[01194750]秸秆还田快速腐熟与养分高效利用关键技术

针对小麦-玉米轮作区秸秆周年还田过程中存在的秸秆腐解速率慢,养分替代利用效率低等瓶颈问题,集成创新“菌剂优配、激发快腐、磷钾替代、周年增效”总体思路,开展了麦玉秸秆激发快腐与养分周年替代利用的共性理论及关键技术研究和联合攻关,集成构建了麦玉秸秆激发快腐与磷钾周年替代增效关键技术体系,经大面积示范推广,取得了显著的经济、生态和社会效益。 1、揭示秸秆养分替代机理。率先利用高级核磁共振等技术解析了作物秸秆体可溶性组分、易降解组分和难降解组分腐解过程中化学结构变化特征;明确了外源腐秆菌主要通过分泌水解酶和氧化酶促进木质纤维素腐解的作用机理;阐明了作物秸秆腐解的最适C/N、pH、温度和水分等环境条件。探明了秸秆腐解过程中养分释放速率呈现K＞P＞N规律;揭示了麦玉秸秆还田显著改善物理性状,增加土壤氮磷钾养分和有机碳含量,提高土壤微生物群落多样性和酶活性的改土培肥机制。初次阐明小麦与玉米秸秆单季和双季还田替代磷钾养分的理论比率。 2、创制秸秆腐解菌剂与有机肥定殖营养载体。采用离子注入诱变与16S/18S高通量测序等技术,从淮北地区砂姜黑土中选育出能够高效降解纤维素的细菌3株、真菌2株,高效降解木质素的真菌1株和高效腐解作物秸秆的芽胞杆菌、假单胞菌、酵母菌等系列菌株;明确了这些菌株的最适接种量（4%）,最佳激发氮源（硝态氮和尿素）、pH（3-5）和发酵温度（28℃）等产酶条件。将高效腐解纤维素的细菌、高效腐解木质素的白腐真菌与芽胞杆菌及酵母菌等组合复配,优配出高效腐解小麦秸秆的常温耐热型（26.7℃）和高效腐解玉米秸秆的低温耐旱型（16.1℃） 复合菌系;提高了复合菌有效活菌数（≥5亿/g）和产酶量（＞40%）,麦玉秸秆腐解速率分别提高40%以上;集成创新有机物料腐熟剂生产技术与新产品,填补我省自主研发作物秸秆腐熟剂空白。发明了秸秆静态高温发酵堆肥技术,突破了秸秆腐解慢的难题;创新了秸秆有机肥生产工艺与关键技术,研发出秸秆源有机肥6种;创建了以秸秆有机肥为营养载体搭载秸秆腐解菌剂的高效定殖关键技术。 3、创建麦玉秸秆还田磷钾周年替代技术体系。集成创新了小麦秸秆粉碎覆盖还田常温耐热型 （26.7℃）腐解剂和玉米秸秆粉碎翻埋还田低温耐旱型（16.1℃）腐解剂+秸秆有机肥定殖营养载体伴侣的激发快腐关键技术;建立了小麦-玉米秸秆还田快腐条件下磷肥周年减量10%、钾肥周年减量30%的秸秆养分科学替代技术体系。创新集成了小麦秸秆粉碎覆盖还田免耕玉米种子与缓释肥同播一次性施肥关键技术,速效氮前移20%,解决了玉米苗期与秸秆腐解微生物争氮的矛盾;创新了玉米秸秆粉碎翻埋还田“氮肥前移磷钾后移”的小麦养分运筹技术体系,氮肥前移20%,磷钾后移20%,解决了玉米秸秆还田后小麦苗期与秸秆腐解微生物争氮和生育后期磷钾不足问题。 项目采用“理论研究、技术集成、产业化应用、示范推广”模式,累计研发有机物料腐熟剂、复合微生物肥料等秸秆源有机肥6种;建立麦玉秸秆激发快腐与磷钾周年替代关键技术体系4套;获授权发明（实用新型）专利8项、软件著作权3项,制定地方标准1项,发表论文40余篇。累计培养博士、硕士研究生15人,培训农业基层技术人员5.6万人次。近三年（2015-2017）,累计生产有机物料腐熟剂、复合微生物肥料等秸秆源有机肥料11.20万吨,直接经济效益3676.0万元;构建的麦玉秸秆激发快腐与养分周年替代增效技术在淮北地区小麦-玉米轮作区累计示范应用2863万亩,小麦-玉米周年增产53346.1万吨,累计节本增效13.6757亿元,产生了良好的经济、生态和社会效益。