秸稈還田對(duì)土壤理化性質(zhì)及小麥產(chǎn)量的影響

劉繼培，張 揚(yáng)，崔廣祿，李 颯，郄 營(yíng)，司長(zhǎng)城，田 琳

（1.北京市大興區(qū)土肥工作站 北京 102600；2.北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 北京 102600）

據(jù)估算我國(guó)每年的玉米秸稈產(chǎn)量為近2.7億t，受秸稈資源化利用經(jīng)濟(jì)效益不高、技術(shù)不成熟等因素的影響，目前全國(guó)有一半以上的秸稈未能得到有效利用，造成了資源的極大浪費(fèi)。同時(shí)，焚燒秸稈等不當(dāng)處理措施，對(duì)農(nóng)業(yè)及大氣環(huán)境造成了污染，也對(duì)人類生存構(gòu)成了威脅。

秸稈屬于可再生資源，含有豐富的碳、氮、磷、鉀以及中微量元素等[1，2]。秸稈還田不僅能改善土壤的物理結(jié)構(gòu)[3～6]，還能提高土壤肥力[7]。隨著微生物的分解，秸稈中的營(yíng)養(yǎng)元素可以緩慢地釋放出來供給作物利用[8]。秸稈還可以為土壤微生物活動(dòng)提供豐富的碳源和氮源，顯著增加土壤微生物數(shù)量、微生物量碳和活躍微生物量[9～10]，從而提高土壤的生物活性[11]。實(shí)施秸稈還田后，能夠顯著提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、轉(zhuǎn)化酶、纖維素酶和過氧化氫酶等多種酶的活性[12～14]；同時(shí)，還能夠改善耕層土壤環(huán)境，有利于作物根系生長(zhǎng)[15]，增加根系數(shù)量[16]和根長(zhǎng)密度[17]，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，提高各器官的生物量[18，19]，從而提高產(chǎn)量[20]。

目前我國(guó)面臨巨大的人口和資源壓力，這種形勢(shì)決定了作物高產(chǎn)仍然是我國(guó)保護(hù)性耕作研究的重點(diǎn)之一，其中，秸稈還田是一項(xiàng)重要的技術(shù)措施，在培肥土壤、保護(hù)環(huán)境、節(jié)本增效等方面表現(xiàn)出不可替代的作用。隨著近年來“田園清潔行動(dòng)”及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境要求，秸稈資源化利用迫在眉睫，同時(shí)政府部門對(duì)于秸稈資源化利用的推動(dòng)力度不斷加大，因此，如何有效地進(jìn)行秸稈還田顯得尤為重要。研究連續(xù)3 a秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量及土壤理化性狀的影響，旨為實(shí)現(xiàn)秸稈資源養(yǎng)分高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013～2016年連續(xù)3個(gè)小麥季在北京市大興區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為潮土，質(zhì)地為壤土，試驗(yàn)前0～20cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)11.31g/kg、全氮0.91 g/kg、全磷0.82 g/kg、全鉀7.98 g/kg、堿解氮 104.62 mg/kg、有效磷 16.85 mg/kg、速效鉀110.40 mg/kg，容重1.54 g/cm3，pH值8.50。

1.2 試驗(yàn)材料

小麥品種為農(nóng)大211。

秸稈腐熟劑主要成分為芽孢桿菌、放線菌、酵母菌和絲狀真菌等多種有益微生物以及多種胞外酶類，有效活菌總數(shù)＞200億個(gè)/g。

化肥種類有尿素（N含量46.2%）、過磷酸鈣（P2O5含量18%）、硫酸鉀（K2O含量52.%） 和三元復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量分別為20%、10%和15%）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)秸稈還田＋腐熟劑（T1）、秸稈還田（T2）和秸稈不還田（CK）3個(gè)處理。其中，T1處理方法為玉米成熟后將秸稈14 269.5 kg/hm2粉碎成長(zhǎng)5～10 cm的段，然后將秸稈腐熟劑30 kg/hm2與適量潮濕細(xì)砂土混勻并均勻撒施在秸稈上，再用機(jī)械將秸稈翻埋入土壤；T2處理方法除不加秸稈腐熟劑外，其他措施均與T1處理方法相同。小區(qū)面積60 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。

小麥季化肥N、P2O5、K2O的施肥量分別為270、150和90 kg/hm2，其中，氮肥分3次施入（基肥、返青肥、拔節(jié)肥分別占50%、30%和20%），磷肥和鉀肥均一次性基施。小麥前茬作物為玉米，播種前一次性撒施三元復(fù)合肥750 kg/hm2后翻耕。其他栽培管理措施同大田常規(guī)。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 小麥?zhǔn)斋@時(shí)，采用“S”型采樣法，每小區(qū)均選取5個(gè)樣點(diǎn)，采集0～20 cm土樣，揀出雜草和碎石后將5個(gè)土樣混勻，采用四分法取土樣1 kg帶回實(shí)驗(yàn)室，于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，磨細(xì)過篩后置干燥處保存，測(cè)定基礎(chǔ)理化指標(biāo)[21]。其中，容重測(cè)定采用環(huán)刀法，pH值（水土比2.5∶1） 測(cè)定采用電位法，有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用油浴加熱-重鉻酸鉀容量法，有效磷含量測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀含量測(cè)定采用1.0 mol/L NH4OAc溶液浸提-火焰光度計(jì)法。

根據(jù)土壤容重測(cè)定結(jié)果，按照公式，計(jì)算單位面積土壤質(zhì)量（Msoil）∶

式中，Msoil—單位面積土壤質(zhì)量（kg/hm2），ρb—土壤容重（g/cm3），T—土體深度（m）?？紤]到不同耕作方式對(duì)耕層土壤影響較大[23]，本文中T以0.2m計(jì)算。

根據(jù)土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果和土壤質(zhì)量，按照公式，計(jì)算單位面積土壤固碳量（SCS）∶

式中，SCS—土壤固碳量（kg/hm2），SOM1—收獲時(shí)的土壤有機(jī)質(zhì)含量（g/kg），SOM0—播種前的土壤有機(jī)質(zhì)含量（g/kg），1.724—土壤有機(jī)質(zhì)與有機(jī)碳量的換算系數(shù)，1 000—土壤有機(jī)質(zhì)含量單位g/kg轉(zhuǎn)化為kg/kg的系數(shù)。

收獲期，各小區(qū)均實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 利用Excel 2003和SAS 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著法（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 連年秸稈還田對(duì)土壤容重和pH值的影響

相同年份下，土壤容重和pH值順序均為T1處理＜T2處理＜CK，其中，T1與T2處理差異均不顯著，且2015年和2016年二者指標(biāo)值均顯著＜CK（表1）。表明實(shí)施秸稈還田可降低土壤容重和pH值，連續(xù)實(shí)施2 a即可產(chǎn)生明顯效果，其中，增施腐熟劑處理的效果優(yōu)于不施腐熟劑處理，但二者差異并不明顯。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3 a后，T1處理的土壤容重為1.35 g/cm3，較CK降低了0.18 g/cm3；pH值為8.30，較CK降低了0.27個(gè)單位。

隨著試驗(yàn)期限的延長(zhǎng)，CK的土壤容重（1.52～1.54 g/cm3）較初始值（1.54 g/cm3）變化不大，pH值呈逐漸升高趨勢(shì)；而實(shí)施秸稈還田處理的土壤容重和pH值均逐漸降低。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3a后，T1和T2處理的容重分別較初始值降低了0.19和0.14 g/cm3，降幅分別為12.34%和9.09%；pH值較初始值（8.50）分別下降了0.20和0.17個(gè)單位，降幅分別為2.35%和2.00%。表明秸稈還田對(duì)降低土壤容重和酸堿度的效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，其中，增施腐熟劑處理的效果優(yōu)于不施腐熟劑處理。

綜上分析可以看出，實(shí)施秸稈還田可降低土壤容重和pH值，且效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，連續(xù)實(shí)施2 a即可產(chǎn)生明顯效果，其中，增施腐熟劑處理的效果略優(yōu)于不施腐熟劑處理。

表1 秸稈還田對(duì)土壤容重和pH值的影響Table 1 Effects of straw returning on soil bulk density and pH value

2.2 連年秸稈還田對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響

除2015年土壤速效鉀含量順序?yàn)門2處理＞T1處理＞CK外，其他年份的土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量順序均為T1處理＞T2處理＞CK，其中，T1處理的堿解氮含量均與CK差異顯著，T1和T2處理2015年和2016年的有效磷和速效鉀含量與CK差異達(dá)到了顯著水平，而整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)T1與T2處理的所有指標(biāo)差異均不顯著（表2）。表明實(shí)施秸稈還田可提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，其中，僅增施腐熟劑處理對(duì)提高土壤堿解氮含量效果明顯，連續(xù)實(shí)施2 a后無論是否增施腐熟劑均可明顯提高土壤的有效磷和速效鉀含量，但在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)是否增施腐熟劑對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響效果差異均未達(dá)到顯著水平。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3 a后，T1處理的土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為113.7、18.3和130.1 mg/kg，分別較CK提高了6.46%、14.38%和16.16%。

隨著試驗(yàn)期限的延長(zhǎng)，CK的3種土壤速效養(yǎng)分含量均較初始值變化不大；而實(shí)施秸稈還田處理的土壤速效養(yǎng)分含量均逐漸增加。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3 a后，T1和T2處理的堿解氮含量分別較初始值提高了8.68%和8.01%，有效磷含量分別較初始值提高了8.61%和8.01%，速效鉀含量分別較初始值提高了17.84%和17.21%。表明秸稈還田對(duì)提高土壤速效養(yǎng)分含量的效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，對(duì)各養(yǎng)分含量提升幅度的順序?yàn)樗傩р洠緣A解氮＞有效磷，其中，增施腐熟劑處理的效果優(yōu)于不施腐熟劑處理。

表2 秸稈還田對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響 （mg/kg）Table 2 Effects of straw returning on soil available nutrients

綜上分析可以看出，實(shí)施秸稈還田可顯著提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，提升幅度順序?yàn)樗傩р洠緣A解氮＞有效磷，且效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，其中，增施腐熟劑處理的效果略優(yōu)于不施腐熟劑處理。

2.3 連年秸稈還田對(duì)土壤固碳量的影響

相同年份下，T1和T2處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤固碳量均顯著＞CK，其中，T1處理除2016年土壤固碳量與T2處理相同外，其他指標(biāo)值均＞T2處理，但二者差異均未達(dá)到顯著水平（表3）。表明實(shí)施秸稈還田均可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤固碳量，其中，增施腐熟劑處理的效果優(yōu)于不施腐熟劑處理，但二者差異并不明顯。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3 a后，T1處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量為13.22 g/kg，較CK提高了16.27%；土壤固碳量達(dá)到了2427.45kg/hm2，較CK提高了31.00倍。

隨著試驗(yàn)期限的延長(zhǎng)，CK的土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤固碳量均呈降低趨勢(shì)；而實(shí)施秸稈還田處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤固碳量均逐漸增加。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3 a后，T1和T2處理的有機(jī)質(zhì)含量分別較初始值增加了1.91和1.86 g/kg，增幅分別為16.89%和16.45%；土壤固碳量相同，均達(dá)到了2 427.45 kg/hm2。表明秸稈還田對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤固碳量的效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，其中，增施腐熟劑處理的效果優(yōu)于不施腐熟劑處理。

綜上分析可以看出，實(shí)施秸稈還田可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤固碳量，且效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，其中，增施腐熟劑處理的效果略優(yōu)于不施腐熟劑處理。

表3 秸稈還田對(duì)土壤固碳量的影響Table 3 Effecst of straw returning on soil carbon sequestration

2.4 連年秸稈還田對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

相同年份下，小麥產(chǎn)量順序均為T1處理＞T2處理＞CK，其中，T1與T2處理差異不顯著，但二者均與CK差異達(dá)到了顯著水平（表4）。表明實(shí)施秸稈還田均可顯著提高小麥產(chǎn)量，其中，增施腐熟劑處理的效果優(yōu)于不施腐熟劑處理，但二者差異并不明顯。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3 a后，T1處理的小麥產(chǎn)量為6 619.5 kg/hm2，較CK提高了10.16%。

隨著試驗(yàn)期限的延長(zhǎng)，CK的小麥產(chǎn)量變化不大；而實(shí)施秸稈還田處理的小麥產(chǎn)量均逐漸提高，其中，T1處理產(chǎn)量依次較CK提高了5.58%、7.88%和10.16%，T2處理產(chǎn)量依次較CK提高了4.47%、6.94%和9.04%。表明秸稈還田對(duì)小麥產(chǎn)量的提升效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，其中，增施腐熟劑處理的效果優(yōu)于不施腐熟劑處理。

綜上分析可以看出，實(shí)施秸稈還田均可顯著提高小麥產(chǎn)量，且效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，其中，增施腐熟劑處理的效果略優(yōu)于不施腐熟劑處理。

表4 秸稈還田對(duì)小麥產(chǎn)量的影響（kg/hm2）Table 4 Effect of straw returning on wheat yield

3 結(jié)論與討論

秸稈還田可以明顯改善土壤的理化性質(zhì)[25]。土壤容重是土壤的一項(xiàng)重要物理性質(zhì)，在一定程度上能夠反映土壤的穩(wěn)定狀態(tài)。土壤容重的變化影響著土壤中水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)性以及作物根系在土壤中的生長(zhǎng)狀況。本研究結(jié)果表明，與秸稈不還田（CK）相比，連續(xù)2 a實(shí)施秸稈還田即能顯著降低土壤容重，這與郭海斌[26]的研究結(jié)果相一致。在秸稈還田條件下，增施腐熟劑后有利于土壤容重的進(jìn)一步降低，但與未施用腐熟劑處理的差異未達(dá)到顯著水平。

本研究結(jié)果顯示，秸稈還田可以提高土壤的堿解氮含量。與秸稈為土壤微生物的活動(dòng)提供了充足的碳源，有利于土壤氮素的礦化[27]有關(guān)。秸稈還田后土壤有效磷和速效鉀含量增加，連續(xù)實(shí)施2 a即可產(chǎn)生明顯效果。分析原因，認(rèn)為主要有2個(gè)方面∶一方面，秸稈中含有豐富的磷鉀元素，施入土壤后能直接為土壤補(bǔ)充磷鉀養(yǎng)分；另一方面，秸稈腐熟后形成的腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成成分，具有溶磷解鉀的作用，能夠提高土壤磷鉀素的有效性[28，29]。

作物秸稈本身所含有的有機(jī)成分通過還田作為對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充，對(duì)于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量效果顯著[30]。本研究結(jié)果顯示，秸稈還田可有效提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，且效果隨著施用年限的延長(zhǎng)而逐漸增大。作物秸稈循環(huán)利用雖然在一定程度上能夠提高土壤肥力，但生產(chǎn)上能否替代化學(xué)肥料的施用一直是眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，其具體應(yīng)用方式和效果還有待進(jìn)一步研究。

合理施用秸稈可以顯著提高作物 產(chǎn)量[1，8，20，24，31]。實(shí)施秸稈還田后，土壤容重降低利于作物根系生長(zhǎng)，土壤速效養(yǎng)分含量增加提高了土壤肥力，有利于作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用，為產(chǎn)量提高奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。本研究結(jié)果顯示，實(shí)施秸稈還田可明顯提高小麥產(chǎn)量，且效果隨著實(shí)施年限的延長(zhǎng)而逐漸提高，其中，增施腐熟劑處理的效果略優(yōu)于不施腐熟劑處理，但二者差異并不明顯。與秸稈不還田相比，實(shí)施秸稈還田3 a后增施腐熟劑處理的增產(chǎn)率為10.16%，不施腐熟劑處理的增產(chǎn)率為9.04%。

腐熟劑中含有大量的酵母菌、霉菌、細(xì)菌和芽孢桿菌等[30，32]，能夠提高秸稈腐熟的速度和效果。同時(shí)，微生物在分解秸稈過程中可產(chǎn)生多種有機(jī)酸，而有機(jī)酸對(duì)土壤礦質(zhì)成分有一定的溶解作用，有利于提高土壤養(yǎng)分的有效性。因此，秸稈還田＋腐熟劑處理的應(yīng)用效果優(yōu)于秸稈還田處理。

連續(xù)3 a的秸稈還田試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)施秸稈還田能顯著降低土壤容重和pH值，有效提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的含量以及小麥產(chǎn)量，且效果隨著施用年限的延長(zhǎng)而提高。其中，秸稈還田＋腐熟劑處理的效果優(yōu)于秸稈還田處理，但二者指標(biāo)差異均未達(dá)到顯著水平。

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首先進(jìn)行自然邊坡上對(duì)工程區(qū)或建筑物具有潛在危害的地質(zhì)體進(jìn)行普查，如圖1所示。危巖體是邊坡內(nèi)被多組不連續(xù)結(jié)構(gòu)面切割分離，穩(wěn)定性差、可能以滑移、墜落或傾倒等形式失穩(wěn)的地質(zhì)體，是自然邊坡最主要的危險(xiǎn)源。危巖體調(diào)查工作是通過地質(zhì)人員現(xiàn)場(chǎng)勘探、三維激光掃描、陸地?cái)z影測(cè)量、航測(cè)和遙感等技術(shù)手段，查明危巖體的相關(guān)特性參數(shù)、空間形態(tài)、物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，并界定危巖體邊界范圍。

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