水稻秸稈的腐解特征及其培肥增產(chǎn)作用研究

胡宏祥，汪玉芳，何 方，邸云飛

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽合肥 230036)

我國(guó)近些年農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)水平提高較快，農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，糧食產(chǎn)量呈持續(xù)增加之勢(shì)，農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)量也隨之增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年生產(chǎn)約7億t的秸稈，占世界秸稈總量的30%。在廣大農(nóng)村，尤其是農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)，秸稈資源大量過剩的問題也日趨突出。在每年的7億t秸稈中，被利用的不足2 000萬t，約97%的秸稈被焚燒、堆積或者遺棄［1－2］。人們對(duì)秸稈的不恰當(dāng)處置不僅造成資源的極大浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境造成破壞，也影響了交通安全、社會(huì)生產(chǎn)和人民的生活，已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題［3－5］。因此，如何做好農(nóng)作物秸稈的就地轉(zhuǎn)化成為一個(gè)急需解決的農(nóng)業(yè)問題，在新的生產(chǎn)條件和農(nóng)村發(fā)展條件下，積極探索與中國(guó)耕作制度相適應(yīng)的秸稈利用新途徑，對(duì)土壤的可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我們根據(jù)江淮地區(qū)中部的氣候、土壤和農(nóng)業(yè)特點(diǎn)，研究秸稈的腐解變化情況，監(jiān)測(cè)水稻秸稈還田對(duì)培肥土壤和作物增產(chǎn)的效果，以便為更好地調(diào)控水稻秸稈還田腐解速度，推進(jìn)水稻秸稈循環(huán)利用，改善農(nóng)田土壤質(zhì)量提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)從2010年10月至2011年6月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)翠園試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)氣候?yàn)楸眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，多年平均降水量998 mm，多集中在6—8月，年平均氣溫15.7℃，地形為波狀平原，地帶性土壤為黃褐土。供試土壤的初始性狀為：土壤容重 1.42 g/cm3，有機(jī)質(zhì) 17.05 g/kg，全氮 1.22 g/kg，堿解氮99.19 mg/kg，全磷 0.39 g/kg，有效磷 7.50 mg/kg，全鉀 16.45 g/kg，速效鉀 92.05 mg/kg，pH 值 6.35。

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

秸稈腐解試驗(yàn)設(shè)置：田間小區(qū)種植油菜，將水稻秸稈粉碎成長(zhǎng)度為1 cm的小段裝入尼龍網(wǎng)袋中，再埋入耕作田和免耕田中10 cm深的土中，其中埋入免耕田時(shí)，要保持上部10 cm土壤原先的緊實(shí)度。裝入尼龍網(wǎng)袋中的秸稈量為31.0 g，主要根據(jù)尼龍網(wǎng)袋大小(20 cm×30 cm)，按照田間水稻秸稈產(chǎn)生總量的一半量還田為依據(jù)計(jì)算而成。設(shè)置3次重復(fù)。

秸稈還田培肥土壤試驗(yàn)設(shè)置：分別設(shè)置5個(gè)處理，即耕作后水稻秸稈還田10 cm深(耕作還田10 cm)、耕作后水稻秸稈表層覆蓋(耕作表層覆蓋)、耕作后無水稻秸稈還田(耕作對(duì)照)、免耕水稻秸稈表層覆蓋(免耕表層覆蓋)、免耕無水稻秸稈還田(免耕對(duì)照)。耕作指在種植油菜時(shí)進(jìn)行常規(guī)耕作，免耕指在水稻收獲后到油菜種植時(shí)一直不耕作。每個(gè)處理面積10 m2，秸稈還田量為516.8 g(相當(dāng)于半量還田)，按照常規(guī)施肥量和常規(guī)管理方式進(jìn)行管理，用于測(cè)定秸稈還田對(duì)土壤性質(zhì)和油菜產(chǎn)量的影響。各處理設(shè)置3次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)樣品采集與測(cè)定

樣品采集：在水稻秸稈還田后 30、60、90、120、150、180 d 分別采集秸稈樣品，烘干稱秸稈的質(zhì)量。在試驗(yàn)前后分別采集田間土壤樣品，測(cè)定土壤的基本性質(zhì)。油菜成熟時(shí)收獲油菜，測(cè)定各處理的油菜產(chǎn)量。

分析方法：土壤容重采用環(huán)刀法，pH值采用玻璃電極法，有機(jī)質(zhì)采用元素分析儀;其他項(xiàng)目采用常規(guī)的經(jīng)典分析方法［6］：水分含量采用烘箱法，全氮采用半微量開氏法，全磷采用氫氧化鈉堿熔－鉬銻抗比色法，全鉀采用氫氧化鈉熔融－火焰光度法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用NaHCO3浸提－鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAc浸提－火焰光度法。

1.4 試驗(yàn)計(jì)算

水稻還田量的確定：根據(jù)水稻籽粒產(chǎn)量平均每公頃9 750 kg，水稻秸稈質(zhì)量與水稻籽粒質(zhì)量比為1.06∶1，計(jì)算獲得水稻秸稈還田量。全量還田為每公頃秸稈還田10 335 kg，半量還田為每公頃 5 167.5 kg。

秸稈腐解率和秸稈腐解速率的確定：秸稈腐解率和秸稈腐解速率的計(jì)算公式分別為

上二式中：S為秸稈腐解率，%;A為階段初始的秸稈質(zhì)量，g;B為階段末的秸稈質(zhì)量，g;V為秸稈腐解速率，mg/(g·d);T為腐解時(shí)間，d。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 耕作方式對(duì)水稻秸稈還田腐解的影響

2.1.1 耕作方式對(duì)水稻秸稈還田腐解率的影響

圖1顯示，隨著時(shí)間的推移，耕作或免耕土壤中秸稈累積腐解率均呈增加趨勢(shì)，累積腐解率在前期增加得快，后期增加得緩慢。這說明秸稈腐解總體表現(xiàn)出前期快、后期慢的特點(diǎn)，其中前30 d腐解率達(dá)到20%左右，經(jīng)過90 d腐解后，秸稈腐解率超過40%，150 d以后秸稈的腐解率增長(zhǎng)趨緩。就耕作和免耕條件下水稻秸稈腐解率的差異來看，水稻秸稈埋入耕作后的土壤中腐解率要高于埋入免耕土壤中的腐解率，這說明耕作土壤通氣性好于免耕土壤，土壤中有更多的氧氣促進(jìn)微生物活動(dòng)，因此加快了秸稈腐解。從第30 d開始，耕作土壤中秸稈的腐解率20.16%就高于免耕土壤中的19.52%;到180 d時(shí)，耕作土壤中秸稈的腐解率上升到59.03%，高于免耕土壤54.52%的程度更明顯。

圖1 水稻秸稈還田腐解率變化過程

2.1.2 耕作方式對(duì)水稻秸稈還田腐解速率的影響

圖2顯示，早期水稻秸稈的腐解速率大，晚期腐解速率小。一般還田后的第1個(gè)月腐解最快，腐解速率都在6.5 mg/(g·d)以上，第2 個(gè)月腐解速率在6.0 mg/(g·d)以上，第3、4、5 個(gè)月平均腐解速率在4.9～2.6 mg/(g·d)，到第6個(gè)月腐解速率一般降到2.5 mg/(g·d)以下，這符合秸稈進(jìn)入土壤后，前期分解快、后期分解慢的腐解規(guī)律。從圖2還可看出，秸稈還田后的相同時(shí)間段內(nèi)，埋入耕作土壤中的水稻秸稈腐解速率要高于埋入免耕土壤中的。其中，在還田后 30、60、90、120、150、180 d這6個(gè)時(shí)段內(nèi)，耕作土壤中的秸稈腐解速率分別是6.7、6.3、4.9、3.7、3.4、2.4 mg/(g·d)，而免耕土壤中的秸稈腐解速率則分別是 6.5、6.0、4.1、3.2、2.6、2.0 mg/(g·d)，這也說明由于耕作土壤通氣性好，更有利于秸稈腐解。

圖2 水稻秸稈還田的腐解速率

2.2 水稻秸稈還田對(duì)土壤性質(zhì)的影響

從表1可以看出，相對(duì)對(duì)照處理來說，秸稈還田處理的土壤容重減小，土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀含量均高于沒有秸稈還田的土壤，并且氮、磷、鉀全量的增加效果比有效態(tài)含量要穩(wěn)定。這說明秸稈還田改善了土壤理化性狀，培肥了土壤。

對(duì)比耕作與免耕后秸稈還田的結(jié)果可以看出，在耕作后實(shí)行秸稈還田，土壤的容重明顯低于免耕土壤，土壤養(yǎng)分含量也要高于免耕土壤。這一方面是由于耕作土壤有利于提高土壤的通氣性，促進(jìn)了微生物的分解活動(dòng)，有利于秸稈的腐解;另一方面是由于免耕土壤對(duì)秸稈分解養(yǎng)分的保持吸附作用僅限于表面土壤，而耕作土壤有較厚的上層土壤參與對(duì)養(yǎng)分的保持吸附。因此，對(duì)比較黏重的黃褐土來說，耕作后實(shí)行秸稈還田效果要好于免耕條件下的秸稈還田，耕作后秸稈埋入10 cm深還田要好于表層覆蓋還田。

表1 水稻秸稈還田后土壤性質(zhì)的變化

2.3 水稻秸稈還田對(duì)油菜作物的增產(chǎn)作用

在水稻秸稈還田的田間試驗(yàn)中，測(cè)定的油菜產(chǎn)量顯示，進(jìn)行水稻秸稈還田可以提高油菜的產(chǎn)量。其中，在耕作條件下，水稻秸稈埋入10 cm深、表層覆蓋還田和對(duì)照(無秸稈還田)的油菜產(chǎn)量分別為2 751.30、2 653.05 和 2 367.45 kg/hm2，與對(duì)照比秸稈還田后增產(chǎn)分別達(dá)383.85和285.60 kg/hm2。在免耕條件下，水稻秸稈表層覆蓋還田和對(duì)照(無秸稈還田)的油菜產(chǎn)量分別為2 581.35和2 140.95 kg/hm2，秸稈還田后增產(chǎn)幅度達(dá)440.40 kg/hm2。因此，應(yīng)提倡秸稈還田，尤其是免耕區(qū)，更應(yīng)提倡秸稈還田，其增產(chǎn)效果要好于耕作條件下的秸稈還田。實(shí)行秸稈還田，對(duì)于推進(jìn)農(nóng)村循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要的意義。

3 結(jié)論與討論

水稻秸稈還田腐解速率總體上表現(xiàn)出早期快后期慢的特點(diǎn)，最后趨于平穩(wěn)。一般來說，前3個(gè)月秸稈腐解量可達(dá)40%左右。從耕作方式看，水稻秸稈埋入耕作土壤中的腐解速率要高于埋入免耕土壤中。在耕作后實(shí)行秸稈還田，土壤的容重明顯低于免耕土壤，土壤養(yǎng)分含量也要高于免耕土壤。水稻秸稈還田可以提高油菜作物的產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度在285.60～440.40 kg/hm2之間，其中免耕秸稈還田的增產(chǎn)效果要好于耕作秸稈還田。

水稻秸稈在早期腐解速度快，后期腐解速度慢并逐漸趨于相對(duì)平穩(wěn)，這與李逢雨［7］和劉世平［8］等的研究結(jié)果類似。這主要是因?yàn)樵诟馇捌?，秸稈中的可溶性有機(jī)物如多糖、氨基酸、有機(jī)酸等以及無機(jī)養(yǎng)分較多，為微生物提供了大量的碳源(能源)和養(yǎng)分，使微生物數(shù)量增多，活性增強(qiáng);而隨著腐解的進(jìn)行，秸稈中可溶性有機(jī)物逐漸減少，剩余部分主要為難分解的有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致微生物活性降低，秸稈的腐解也就隨之變慢［9］。

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