秸稈與沼肥同步翻埋還田對秸稈腐解特性的影響

王忠江 王澤宇 司愛龍 張 正 吳 婧 王麗麗,3

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 哈爾濱 150030； 2.農(nóng)業(yè)部生豬養(yǎng)殖設(shè)施工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150030；3.寒地農(nóng)業(yè)可再生資源利用技術(shù)與裝備黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150030)

秸稈與沼肥同步翻埋還田對秸稈腐解特性的影響

王忠江1,2王澤宇1司愛龍1張 正1吳 婧1王麗麗1,3

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 哈爾濱 150030； 2.農(nóng)業(yè)部生豬養(yǎng)殖設(shè)施工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150030；3.寒地農(nóng)業(yè)可再生資源利用技術(shù)與裝備黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150030)

為探討秸稈和沼肥同步翻埋還田對秸稈腐解的影響規(guī)律，在室溫條件下，105 d試驗(yàn)周期內(nèi)，采用網(wǎng)袋法模擬翻埋還田，系統(tǒng)研究添加沼肥和自來水對秸稈腐解的影響，以及添加沼肥后不同土壤類型和不同秸稈長度對秸稈腐解過程各主要參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，沼肥對秸稈腐解具有顯著的促進(jìn)作用，添加自來水組的秸稈降解率為33.61%，而添加沼肥組的秸稈降解率則達(dá)到42.37%；配施沼肥后，秸稈的降解主要集中在前70 d，試驗(yàn)結(jié)束時各試驗(yàn)組的秸稈降解率均高于42%，秸稈長度20 mm試驗(yàn)組的秸稈降解率高于10 mm秸稈，試驗(yàn)結(jié)束時20 mm試驗(yàn)組的秸稈降解率達(dá)到52%；秸稈長度對半纖維素的降解影響較明顯，而土壤類型則對纖維素和木質(zhì)素降解具有較顯著的影響。

沼肥； 秸稈還田； 土壤種類； 秸稈長度； 秸稈腐解

引言

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生約7億t的農(nóng)作物秸稈亟待處理和利用[1-3]。針對這一問題近年來人們加大了對秸稈利用的研究力度，開發(fā)出一系列秸稈利用技術(shù)[4-7]，如秸稈厭氧發(fā)酵技術(shù)、秸稈壓塊技術(shù)等，在眾多的秸稈利用技術(shù)中秸稈還田由于同時具有增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤肥力狀況，提高農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和利用量大等特點(diǎn)，成為近年來應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)[7-10]。但目前秸稈還田技術(shù)仍存在秸稈分解腐熟速度慢、影響后續(xù)耕作等問題，阻礙了秸稈還田技術(shù)的應(yīng)用和推廣，造成在部分地區(qū)，尤其在一些城郊地區(qū)農(nóng)作物秸稈被大量無效焚燒，致使土壤肥力逐年下降，農(nóng)田生態(tài)平衡遭受破壞，空氣質(zhì)量下降，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境不斷惡化[11-15]，因此，探索加快秸稈還田后腐解速率的方法成為一個亟待解決的問題。造成秸稈分解腐熟速度慢的原因，一方面是由于收獲后的秸稈碳氮比較高[16-19]，需要施入一定的氮素來調(diào)整碳氮比，但由于成本原因，在秸稈還田時很少有農(nóng)戶同時施用尿素等氮素肥料[20-21]；另一方面是由于作物收割時秸稈中的水分較少[4]，加之收割后秸稈并沒有立即翻入土中，而是粉碎以后覆蓋于地表，使秸稈中殘留的水分很快散失，待秸稈翻入土壤后秸稈不易腐爛，影響后續(xù)耕作。所以秸稈還田過程中補(bǔ)水、補(bǔ)氮并及時翻入土壤成為加快秸稈腐解速度的關(guān)鍵。

目前我國已建成2萬余處大中型沼氣工程[22-23]，這些沼氣工程在處理廢棄物并產(chǎn)生新能源沼氣的同時，也產(chǎn)生大量的發(fā)酵后副產(chǎn)物——沼肥[24]，這些沼肥因未達(dá)到直接排放河道的國家標(biāo)準(zhǔn)而需要作進(jìn)一步處理，進(jìn)而增加了相應(yīng)的處理成本。另一方面，雖然沼肥中養(yǎng)分全面，含有豐富的腐殖酸等有機(jī)質(zhì)，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料源[25-27]，但由于目前普遍推廣規(guī)模化沼氣工程，沼肥的產(chǎn)生量非常大[28]，而且沼肥的施用具有明顯的季節(jié)性，施用時間主要集中在春季和夏季，秋季的施用量很少，進(jìn)而造成秋季時沼肥的大量累積，如果得不到及時處理和利用，將使沼肥這種水分含量較高并富含氮素等營養(yǎng)物質(zhì)的資源變成污染源，對周邊環(huán)境造成潛在威脅，進(jìn)而阻礙沼氣工程的應(yīng)用和推廣進(jìn)程。所以如何拓寬沼肥的利用途徑，實(shí)現(xiàn)沼肥周年利用，成為沼肥資源化的關(guān)鍵。

本文針對目前秸稈還田和沼肥利用過程中存在的關(guān)鍵問題，利用沼肥水分含量大并富含氮素的特點(diǎn)，通過秸稈和沼肥的同步翻埋還田，實(shí)現(xiàn)對還田后秸稈的補(bǔ)水補(bǔ)氮，加快秸稈的腐解速度，同時還可以拓寬沼肥施用淡季的利用途徑，充分實(shí)現(xiàn)沼肥的資源化。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時間及供試材料

表1 土壤特性參數(shù)

1.2 供試秸稈

試驗(yàn)用玉米秸稈取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)東門實(shí)驗(yàn)田，玉米品種為東農(nóng)253。用粉碎機(jī)將取回后的秸稈粉碎成10 mm和20 mm長的秸稈段，風(fēng)干，貯存?zhèn)溆谩Ｔ囼?yàn)前測定的供試秸稈相關(guān)理化指標(biāo)為：總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)93.58%、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)44.01%、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.69%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

在室溫20℃條件下，采用尼龍網(wǎng)袋法進(jìn)行不同長度秸稈在不同土壤中的腐解試驗(yàn)。尼龍網(wǎng)袋的長和寬分別為25 cm和20 cm。根據(jù)不同長度秸稈對自來水、沼肥的吸附能力，測得每100 g秸稈可吸附200 g自來水或沼肥。將不同長度秸稈分別與自來水、沼肥混合后，裝入尼龍網(wǎng)袋并封口。每袋裝混合秸稈100 g，埋入試驗(yàn)土槽5～15 cm處。試驗(yàn)共設(shè)5個處理，試驗(yàn)各處理如下：①10 mm秸稈600 g+沼肥1 200 g+黑壤土。②20 mm秸稈600 g+自來水1 200 g+黑壤土。③ 20 mm秸稈600 g+沼肥1 200 g+黑壤土。④10 mm秸稈600 g+沼肥1 200 g+砂壤土。⑤20 mm秸稈600 g+沼肥1 200 g+砂壤土。其中沼肥和水對秸稈腐解的影響研究部分采用的秸稈長度為20 mm，所用土壤為黑壤土。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用2個3 cm厚的聚氯乙烯板制成的長120 cm、寬50 cm、高60 cm的土槽，均用聚氯乙烯板隔成3個區(qū)域，分別填入供試黑壤土和砂壤土，底土厚度為30 cm。將裝有秸稈和沼肥(或自來水)混合物的尼龍網(wǎng)袋封口并朝上豎直埋入土壤中，上層覆土5 cm。試驗(yàn)過程中每隔7 d取樣，共取15次。取樣后將尼龍網(wǎng)袋加套網(wǎng)袋，在蒸餾水中上下浸提50次，沖洗干凈并在100℃條件下干燥(纖維素等組分的測定需要100℃高溫干燥)，之后測定秸稈質(zhì)量以及纖維素、半纖維素、木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。定期用噴壺向試驗(yàn)土壤表面噴施自來水，保持土壤表面濕潤、不板結(jié)。

秸稈質(zhì)量用烘干法測定[29]；秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)用ANKOM半自動纖維分析儀測定。

數(shù)據(jù)處理與分析軟件為Microsoft Excel 2013、Origin 9.1和SPSS 22.0。

2 結(jié)果與討論

2.1 沼肥和水對秸稈腐解的影響

2.1.1 玉米秸稈降解率

還田后秸稈降解率隨時間的變化如圖1所示。

圖1 20 mm秸稈降解率變化曲線Fig.1 Changing curves of degradation rate of straw with length of 20 mm

從圖中可以看出，兩組的秸稈降解率變化規(guī)律基本一致，即試驗(yàn)開始后先快速上升，在試驗(yàn)的中后期秸稈降解速度逐漸減慢，降解率緩慢上升并逐漸趨于穩(wěn)定。從圖中還可以看出，添加沼肥組的秸稈降解率從還田開始就高于自來水組，試驗(yàn)中期2組的差距逐漸增大，試驗(yàn)結(jié)束時添加自來水組的秸稈降解率為33.61%，添加沼肥組的降解率達(dá)到42.37%。這主要是由于沼氣發(fā)酵是在厭氧條件下進(jìn)行的，而且厭氧微生物主要利用發(fā)酵原料中的碳素，致使氮元素在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中累積，而且氮素主要是以銨態(tài)氮的形式存在[17,30]，所以厭氧發(fā)酵后沼肥中的氨氮含量較高，這些富含氮素的沼肥與碳素含量較高的秸稈混合后起到調(diào)節(jié)還田秸稈碳氮比的作用，利于后續(xù)秸稈降解微生物的代謝，進(jìn)而加快秸稈的降解，而添加自來水組的對照組僅有補(bǔ)水的作用而沒有補(bǔ)氮的作用，所以出現(xiàn)添加沼肥組的秸稈降解率明顯高于添加自來水組的現(xiàn)象。

2.1.2 玉米秸稈殘余半纖維素含量

還田后秸稈的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間的變化如圖2所示。

圖2 20 mm秸稈殘余半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.2 Changing curves of content of residual hemicellulose in straw with length of 20 mm

從圖中可以看出，沼肥組和自來水組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律基本一致，呈現(xiàn)先上升后穩(wěn)定再下降的趨勢，這與王旭東等[31]發(fā)現(xiàn)的半纖維素的變化規(guī)律相一致，這主要是由于秸稈中除纖維素、半纖維素和木質(zhì)素以外，還含有一定比例的淀粉、蔗糖、低聚糖、果糖和氨基酸等水溶性組分，這些水溶性組分與纖維素、半纖維素和木質(zhì)素相比更容易被微生物降解和利用，所以試驗(yàn)初期這些物質(zhì)迅速被微生物降解，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)迅速降低，使試驗(yàn)初期秸稈中較難降解的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)均出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，而試驗(yàn)的中后期較容易降解的水溶性組分已經(jīng)降解殆盡，而此時相對比較容易降解的半纖維素得到迅速降解，使剩余秸稈中的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)又呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。從圖中還可以看出，在整個試驗(yàn)過程中沼肥組的半纖維素含量均低于對應(yīng)的自來水組，試驗(yàn)開始時各試驗(yàn)組秸稈的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.47%，而試驗(yàn)結(jié)束時添加沼肥組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.71%，添加自來水組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.59%，兩個試驗(yàn)組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于試驗(yàn)開始時的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這說明秸稈還田后秸稈中的半纖維素相對比較容易降解[31]，而且添加沼肥能顯著加快半纖維素的降解。

2.1.3 玉米秸稈殘余纖維素含量

還田后秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間的變化如圖3所示。

圖3 20 mm秸稈殘余纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.3 Changing curves of content of residual cellulose in straw with length of 20 mm

由圖中可以看出，2個試驗(yàn)組纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律基本一致，即試驗(yàn)前期迅速上升，試驗(yàn)中后期纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較小，基本保持穩(wěn)定。從圖中還可以看出，在整個試驗(yàn)過程中除第35天時自來水組的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)略低于沼肥組，在其他的試驗(yàn)過程中自來水組的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于沼肥組，試驗(yàn)結(jié)束時自來水組和沼肥組的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由試驗(yàn)開始的43.59%變化為58.39%和56.18%，相對含量略有上升，說明纖維素在秸稈還田后也容易降解，但與半纖維素相比，半纖維素更容易降解[32]。

2.1.4 玉米秸稈殘余木質(zhì)素含量

還田后秸稈的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間的變化如圖4所示。

圖4 20 mm秸稈殘余木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.4 Changing curves of content of residual lignin in straw with length of 20 mm

從圖中可以看出，沼肥組和自來水組的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律基本一致，沼肥組從試驗(yàn)開始后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)較穩(wěn)定的上升趨勢，而自來水組除第35天和第70天木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有下降之外，其他時間均保持上升趨勢。試驗(yàn)開始時2個試驗(yàn)組的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.34%，而試驗(yàn)結(jié)束時沼肥組的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.45%，自來水組的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.78%， 2個試驗(yàn)組的木質(zhì)素相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在整個試驗(yàn)過程中均顯著增加，這主要是由于秸稈還田后，秸稈中較容易降解的半纖維素等首先降解，使剩余秸稈中的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，而較難降解的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對升高，這與匡恩俊等[33]的研究結(jié)果一致。

2.2 秸稈長度和土壤類型對秸稈腐解的影響

在添加沼肥條件下對比研究長度為10 mm和20 mm的秸稈在黑壤土和砂壤土中的腐解特性。圖5～8中B+10 mm表示黑壤土、秸稈長度10 mm；B+20 mm表示黑壤土、秸稈長度20 mm；S+10 mm表示砂壤土、秸稈長度10 mm；S+20 mm表示砂壤土、秸稈長度20 mm。

2.2.1 玉米秸稈降解率

還田后秸稈降解率的變化如圖5所示。

圖5 不同長度秸稈在不同土壤中的降解率Fig.5 Degradation rate of straw of different sizes returning to different soils

從圖5中可以看出，4個試驗(yàn)組的整體變化規(guī)律基本一致，即試驗(yàn)開始后先快速上升，70 d后秸稈降解速度減慢，降解率緩慢上升并逐漸趨于穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)束時各試驗(yàn)組的秸稈降解率維持在42%～52%。從圖中還可以看出在整個試驗(yàn)過程中秸稈長度為20 mm的2個試驗(yàn)組的秸稈降解率均高于其他2個秸稈長度為10 mm的試驗(yàn)組，試驗(yàn)結(jié)果表明在配施沼肥的條件下并不是秸稈長度越小秸稈降解速度越快，這可能是由于翻埋還田后的秸稈降解是一個兼氧過程，氧氣的參與可以顯著加快秸稈的降解速度，但由于翻埋后秸稈的上部覆蓋5 cm土壤使秸稈無法與空氣中的氧氣充分接觸，而10 mm的秸稈與20 mm的秸稈相比尺寸更小，秸稈間的空隙也更小，進(jìn)一步阻礙了秸稈降解微生物與氧氣的接觸機(jī)會，進(jìn)而阻礙了秸稈降解進(jìn)程，所以才會出現(xiàn)20 mm秸稈試驗(yàn)組的秸稈降解速率高于10 mm秸稈試驗(yàn)組的現(xiàn)象。

2.2.2 玉米秸稈殘余半纖維素含量

還田后秸稈半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如圖6所示。

圖6 不同長度秸稈在不同土壤中的殘余半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.6 Changing curves of content of residual hemicellulose in different sizes straw returning to different soils

從圖中可以看出，黑壤土2個試驗(yàn)組和砂壤土2個試驗(yàn)組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化規(guī)律基本一致，即試驗(yàn)開始后各試驗(yàn)組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)先上升，之后達(dá)到各組的較高值后又開始逐漸下降，84 d之后各試驗(yàn)組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸趨于穩(wěn)定。從圖中還可以看出，秸稈長度為10 mm的2個試驗(yàn)組秸稈的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在整個試驗(yàn)過程中均低于秸稈長度為20 mm的對照組，經(jīng)顯著性分析，其差異達(dá)到極顯著(P<0.01)。此外從圖中還可以看出，砂壤土2個試驗(yàn)組秸稈的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在整個試驗(yàn)過程中變化規(guī)律及差值的差異均較小，而黑壤土2個試驗(yàn)組秸稈的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在整個試驗(yàn)過程中的差值則較大，特別是試驗(yàn)的中后期，經(jīng)顯著性分析，其差異達(dá)到極顯著(P<0.01)，所以在黑壤土中進(jìn)行秸稈還田時應(yīng)對秸稈的長度進(jìn)行合理的選擇。試驗(yàn)結(jié)束時4個試驗(yàn)組的半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從試驗(yàn)開始時的24.47%下降到19%～22%，含量有所下降。

2.2.3 玉米秸稈殘余纖維素含量

還田后秸稈纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如圖7所示。

圖7 不同長度秸稈在不同土壤中的殘余纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.7 Changing curves of content of residual cellulose in different sizes straw returning to different soils

從圖中可以看出，黑壤土2個不同長度試驗(yàn)組在整個試驗(yàn)過程中均呈現(xiàn)10 mm試驗(yàn)組秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于20 mm試驗(yàn)組的現(xiàn)象，而砂壤土2個不同長度試驗(yàn)組則在試驗(yàn)前56 d呈現(xiàn)10 mm試驗(yàn)組秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于20 mm試驗(yàn)組的現(xiàn)象，而56 d之后則呈現(xiàn)出20 mm試驗(yàn)組秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于10 mm試驗(yàn)組的現(xiàn)象。從圖中還可以看出，砂壤土試驗(yàn)組和黑壤土試驗(yàn)組在試驗(yàn)中后期秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化規(guī)律存在一定差異，黑壤土試驗(yàn)組秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)平穩(wěn)小幅上升的趨勢，而砂壤土試驗(yàn)組秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)則呈現(xiàn)先快速下降后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢，這與王旭東等[31]研究中發(fā)現(xiàn)的不同肥力土壤對纖維素降解率的影響規(guī)律相一致，主要是由于秸稈在還田后的180 d內(nèi)纖維素在低肥力的砂壤土中的礦化分解速度高于高肥力的黑壤土，進(jìn)而出現(xiàn)本試驗(yàn)的現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)束時兩個黑壤土試驗(yàn)組秸稈的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在56%附近，而砂壤土兩個試驗(yàn)組則維持在49%附近，但4個試驗(yàn)組的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較試驗(yàn)開始時有所上升。

2.2.4 玉米秸稈殘余木質(zhì)素含量

還田后秸稈木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如圖8所示。

圖8 不同長度秸稈在不同土壤中的殘余木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.8 Changing curves of content of residual lignin in different sizes straw returning to different soils

從圖中可以看出，黑壤土2個試驗(yàn)組秸稈的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在整個試驗(yàn)過程均呈現(xiàn)出20 mm試驗(yàn)組高于10 mm試驗(yàn)組的現(xiàn)象，而砂壤土2個試驗(yàn)組秸稈的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)除在42～56 d間10 mm試驗(yàn)組高于20 mm試驗(yàn)組外，在其他的試驗(yàn)時間內(nèi)均呈現(xiàn)20 mm試驗(yàn)組高于10 mm試驗(yàn)組的現(xiàn)象。從圖中還可以看出，砂壤土2個試驗(yàn)組和黑壤土2個試驗(yàn)組秸稈的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的整體變化規(guī)律在試驗(yàn)的中后期存在一定差異，黑壤土2個試驗(yàn)組秸稈的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在試驗(yàn)的中后期出現(xiàn)小幅上升，而砂壤土2個試驗(yàn)組則呈現(xiàn)小幅下降趨勢，試驗(yàn)結(jié)束時黑壤土2個試驗(yàn)組秸稈的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在20%左右，而砂壤土2個試驗(yàn)組則維持在15%左右，但4個試驗(yàn)組試驗(yàn)結(jié)束時的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于試驗(yàn)開始時的8.34%。

3 結(jié)論

(1)沼肥對秸稈還田后的腐解具有顯著的促進(jìn)作用，在105 d的試驗(yàn)周期內(nèi)添加自來水組的秸稈降解率為33.61%，而添加沼肥組的秸稈降解率則達(dá)到42.37%，秸稈和沼肥同步還田能顯著加快秸稈的腐解速率，且腐解后添加沼肥試驗(yàn)組秸稈的纖維素和半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于添加自來水組，而木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)則高于自來水組。

(2)配施沼肥后，秸稈的降解主要集中在前70 d，試驗(yàn)結(jié)束時各試驗(yàn)組的秸稈降解率均高于42%，且秸稈長度20 mm試驗(yàn)組的秸稈降解率高于10 mm秸稈，試驗(yàn)結(jié)束時20 mm試驗(yàn)組的秸稈降解率達(dá)到52%；秸稈長度對半纖維素的降解影響較明顯，長度越小半纖維素降解速度越快；而土壤類型則對纖維素和木質(zhì)素降解具有較顯著的影響，砂壤土更利于還田后秸稈中纖維素和木質(zhì)素的降解。

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Effect of Synchronously Burying and Returning Straw and Biogas Slurry to Soil on Straw Decomposition

WANG Zhongjiang1,2WANG Zeyu1SI Ailong1ZHANG Zheng1WU Jing1WANG Lili1,3

(1.CollegeofEngineering,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China2.KeyLaboratoryofPig-breedingFacilitiesEngineering,MinistryofAgriculture,Harbin150030,China3.HeilongjiangKeyLaboratoryofTechnologyandEquipmentfortheUtilizationofAgriculturalRenewableResources,Harbin150030,China)

In order to make an investigation on the effect of synchronously burying and returning straw and biogas slurry to the soil on straw decomposition, the research was conducted under normal condition at 20℃ by simulating burying and returning to soil by net bag method. In the 105 d experimental period, effects of biogas slurry produced by anaerobic fermentation of cattle manure or tape water on straw decomposition were systematically studied; influences of different soil types and different straw lengths on the decomposition rate of straw, the contents of cellulose, hemicelluloses, and lignin in straw decomposition after adding biogas slurry were also explored. The experimental results showed that biogas slurry could greatly accelerate straw decomposition. The straw decomposition rate in groups of tape water added was 33.61%, while that in groups of biogas slurry added was 42.37%. The straw decomposition mainly occurred in the first 70 d after adding biogas slurry. When the experiment was over, the straw decomposition rate of each experimental group was higher than 42%. The straw decomposition rate in the experimental groups of straw length being 20 mm was higher than that of being 10 mm. When the experiment was over, the straw decomposition rate in the experimental groups of straw length being 20 mm could reach 52%. Hemicelluloses decomposition could apparently be affected by straw lengths, and the shorter the straw length was, the quicker hemicelluloses decomposition was. However, cellulose and lignin decomposition could obviously be influenced by soil types. Compared with black loam soil, sandy loam soil was more active for the decomposition of cellulose and lignin in straw after its returning to soil. This research may lay a theoretical foundation for quick decomposition of straw in its returning to soil, as well as promote the widespread application of technique in straw returning to soil.

biogas slurry; straw returning; soil types; straw lengths; straw decomposition

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.06.035

2017-04-13

2017-04-30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51406032)、黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(E201406)、教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金項(xiàng)目(20131792)和黑龍江省博士后科研啟動基金項(xiàng)目(LBH-Q10148)

王忠江(1978—)，男，教授，主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程研究，E-mail： neauwzj@126.com

S141.4

A

1000-1298(2017)06-0271-07