秸稈預(yù)處理后集中還田對農(nóng)作物及土壤的影響

摘要：大量的秸稈在經(jīng)過預(yù)處理后還田，研究其對作物生長及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響，檢測土壤中氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)含量的變化。研究顯示，大量的秸稈在經(jīng)過預(yù)處理后還田，不僅可以完全替代化肥實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)，還能顯著增加土壤氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)的含量，改良土壤，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。究其原因，除了秸稈分解釋放出大量營養(yǎng)物質(zhì)可供給作物生長需求外，大量分解秸稈的微生物活動，還能固定、利用環(huán)境中的礦質(zhì)元素，最終轉(zhuǎn)化為作物可利用的形式。大量微生物的次生代謝產(chǎn)物也有利于作物的生長。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；預(yù)處理；菌種；土壤養(yǎng)分

中圖分類號： S216.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0480-03

收稿日期：2016-01-15

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程（編號：SXGC[2016]178）。

作者簡介：王志春（1972—），男，江蘇鹽城人，副研究員，主要從事資源環(huán)境研究。E-mail：wzcyzh@126.com。利用農(nóng)作物秸稈還田培肥土壤在我國有著悠久的歷史，近年來科研工作者在利用秸稈還田培養(yǎng)土壤肥力等方面也進(jìn)行了許多的研究[1-4]。秸稈還田不僅提高了土壤腐殖質(zhì)的含量，而且提高了土壤腐殖質(zhì)的品質(zhì)[5]。無論采用機(jī)械化直接還田技術(shù)還是覆蓋技術(shù)，都可達(dá)到蓄水保墑、增加肥力、提高農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的良好效益，可以有效防止因焚燒秸稈所造成的大氣污染和資源浪費(fèi)，同時(shí)還可減少勞動力和能源的投入，提高勞動生產(chǎn)率，達(dá)到高產(chǎn)、高效、低耗和可持續(xù)發(fā)展的目的[6]。

一般的秸稈還田，容易發(fā)生土壤微生物（即秸稈腐化的微生物）與作物爭奪養(yǎng)分的矛盾，特別是幼苗期，甚至出現(xiàn)黃苗、死苗等現(xiàn)象，導(dǎo)致減產(chǎn)。所以一般每667 m2秸稈粉碎翻壓還田在300 kg以下，最多不超過500 kg，否則，會影響秸稈在土壤中的分解速度及作物產(chǎn)量[7]。

在秸稈直接還田時(shí)，一般還需要增施一些速效氮肥，這樣不僅操作復(fù)雜、技術(shù)性強(qiáng)，還會增加秸稈還田的成本。單位面積大量秸稈還田，利用秸稈完全替代化肥的研究報(bào)道還很少。為此，我們研究了大量秸稈在經(jīng)過預(yù)處理后集中還田，不使用任何化肥情況下對農(nóng)作物及土壤的影響，旨在為秸稈資源充分利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1供試土壤試驗(yàn)地位于江蘇省鹽城市東郊新洋農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站內(nèi)，是江蘇沿海地區(qū)典型的壤性鹽潮土，土壤肥力中等。

1.1.2試驗(yàn)作物試驗(yàn)作物為小麥，品種為半冬性小麥新品種淮麥33。

1.1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)本試驗(yàn)于2013—2014年進(jìn)行，設(shè)置秸稈還田數(shù)量、預(yù)處理菌種用量2種處理，各處理水平、實(shí)施方法見表1。

試驗(yàn)所用秸稈為水稻秸稈，預(yù)處理的菌種為鹽城市新洋農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站研制的秸稈還田預(yù)處理專用菌種。秸稈先用秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，再按比例加入，攪拌均勻，澆透水以利于菌種發(fā)揮作用，遮陽存放5 d，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)均勻撒入田間，經(jīng)翻耕、旋耕，使秸稈粉與耕作層土壤均勻混合?；适┯梅椒ㄍＲ?guī)方法，分基肥、苗肥、臘肥、返青拔節(jié)肥和穗肥幾次施用。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。

1.1.4小麥測定項(xiàng)目與土壤樣品采集測定在小麥落黃時(shí)調(diào)查各小區(qū)的株高、有效穗數(shù)，在收獲后室內(nèi)調(diào)查每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等性狀及各小區(qū)的實(shí)際產(chǎn)量。

土壤采用常規(guī)分析法測定[8]。土壤pH值用pH計(jì)測定，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測定，全氮用半微量凱氏法測定，全磷用高氯酸-硫酸-鉬銻抗比色法測定。

2結(jié)果與分析

2.1對作物的影響

由表2可知，只利用秸稈而不使用化肥的各處理對小麥主要性狀產(chǎn)生影響，其中對株高的影響相對較小，對有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)影響最大。各處理間產(chǎn)量差距很大，從減產(chǎn) 29.0% 至增產(chǎn)23.8%。

秸稈用量和預(yù)處理菌種用量對小麥產(chǎn)量的影響及變化趨勢見圖1。在秸稈沒有經(jīng)菌種預(yù)處理直接還田時(shí)，小麥產(chǎn)量均表現(xiàn)出大幅度減產(chǎn)，而且隨著秸稈用量的增加，產(chǎn)量沒有提高。但秸稈經(jīng)過菌種預(yù)處理后還田，小麥產(chǎn)量隨著秸稈用量的增加和預(yù)處理菌種用量的增加而不斷提高，最高產(chǎn)量出現(xiàn)在秸稈用量為40 t/hm2。菌種用量為150 kg/hm2時(shí)，增產(chǎn)幅度達(dá)23.8%。當(dāng)秸稈用量較少（20 t/hm2）時(shí)，隨著預(yù)處理菌種用量的增加，小麥產(chǎn)量略有增加，但增幅不大，說明小麥產(chǎn)量的限制因素已不是菌種，而是秸稈的使用量。由于秸稈總量不多，即使全部分解所能提供的養(yǎng)分仍然不能滿足小麥高產(chǎn)的需要，總體表現(xiàn)為減產(chǎn)。而當(dāng)秸稈用量較多（40 t/hm2）時(shí)，隨著預(yù)處理菌種用量的增加，小麥產(chǎn)量不斷增加，說明當(dāng)菌種用量不足時(shí)，秸稈分解、利用不充分；當(dāng)菌種用量充足時(shí)，秸稈分解所能提供的營養(yǎng)成分已經(jīng)可以滿足小麥高產(chǎn)需求。值得注意的是M4N4、M4N3、M3N4處理組，不僅實(shí)現(xiàn)了利用秸稈完全替代化肥達(dá)到作物高產(chǎn)，而且產(chǎn)量比對照還大幅度增加，這為農(nóng)作物高產(chǎn)栽培開辟了新的途徑。

2.2對土壤的影響

由表3、圖2、圖3、圖4可知，不同處理間土壤氮、磷、鉀的含量差異明顯。在沒有對秸稈進(jìn)行預(yù)處理的情況下，經(jīng)1季小麥生產(chǎn)后，土壤中氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)含量普遍下降。不同數(shù)量的秸稈還田后，在沒有經(jīng)過菌種預(yù)處理時(shí)，對氮、磷、鉀含量增效不大，相互間差別也不大。而大量秸稈在經(jīng)過預(yù)處理后還田，土壤中氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)含量都有大幅度的提高，隨著秸稈和菌種數(shù)量的增加，氮、磷、鉀含量增加明顯。同等數(shù)量的秸稈，隨著菌種用量的增加，氮、磷、鉀含量也都有不同程度的增加，秸稈用量越多，增幅越大。說明氮、磷、鉀含量的增減與秸稈和菌種用量關(guān)系都很密切，隨著秸稈和菌種用量的增加而增加。

由圖5可知，土壤中有機(jī)質(zhì)的含量變化與氮、磷、鉀不同，有機(jī)質(zhì)的增減與菌種的用量相關(guān)性更強(qiáng)，而3個(gè)秸稈用量處理水平間差異不大。只要秸稈還田，即使沒有經(jīng)過預(yù)處理，土壤中有機(jī)質(zhì)的含量比對照組仍然增加，隨著預(yù)處理菌種用量的增加，土壤中有機(jī)質(zhì)的含量迅速提高，說明微生物在土壤有機(jī)質(zhì)形成中起到至關(guān)重要的作用，在沒有經(jīng)過預(yù)處理的試驗(yàn)中，應(yīng)該是土壤中原有的微生物發(fā)揮的作用，使有機(jī)質(zhì)含量增加。

3討論

秸稈中含有較多磷和鉀，秸稈本身就是有機(jī)物，經(jīng)分解后土壤中有機(jī)質(zhì)的含量必然大幅度增加。但秸稈中氮素含量并不高，即使秸稈中的氮素全部釋放出來，也無法在滿足作物生長的情況下大幅度提高土壤中速效氮的含量。氮素來源不僅僅是秸稈，通過菌種中的微生物活動，固定了空氣中的氮素，供給作物利用，多余部分存留于土壤中。這種固氮形式有待于進(jìn)一步研究。

利用秸稈還田作物產(chǎn)量可以大幅度超過正常使用化肥的產(chǎn)量，應(yīng)該不僅僅是由于氮、磷、鉀等一般營養(yǎng)元素充足的原因，微生物活動所產(chǎn)生的大量代謝產(chǎn)物，可能是促進(jìn)作物增產(chǎn)的另一重要原因。

在小麥越冬期，田間大量的秸稈經(jīng)微生物分解會釋放出大量能量，提高土壤溫度，有利于小麥根系的生長，對最終產(chǎn)量形成起到促進(jìn)作用。

4結(jié)論

大量秸稈經(jīng)過預(yù)處理集中使用，在不使用化肥的情況下，不僅可以實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)，還能增加土壤中氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)的含量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。但如果不經(jīng)過預(yù)處理，直接還田，則達(dá)不到這樣的效果。

秸稈還田后，除了秸稈自身分解釋放出礦物質(zhì)等成分供作物利用外，分解秸稈的微生物自身還可以利用環(huán)境中的礦質(zhì)元素，轉(zhuǎn)化為作物可利用的形式。微生物的次生代謝產(chǎn)物也有利于作物的生長。

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