不同綠肥種植模式下玉米秸稈腐解特征分析

李石

[摘 要] 玉米在我國糧食作物中占有重要位置，播種面積占到糧食作物總播種面積的1/3左右。大量種植玉米會導(dǎo)致產(chǎn)生大量的秸稈，如何處理秸稈成為種植過程中需要解決的問題。常用的處理方法是用作肥料，但是，不同模式下其腐解特征不同?；诖?，本文探析不同綠肥種植模式下玉米秸稈的腐解特征。

[關(guān)鍵詞] 綠肥種植模式；玉米秸稈；腐解特征

[中圖分類號] S141.4；S55 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）21-60-2

玉米秸稈可以作為飼料，也可以用作肥料。此外，通過直接或者間接的方式還田，能夠改良土壤，提高土壤質(zhì)量，增加土壤肥力與有機(jī)質(zhì)含量，也能夠減少由焚燒帶來的環(huán)境污染問題，對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[1]。

1 試驗(yàn)材料

玉米秸稈收獲后，將其在一定溫度條件下烘干，剪成小段并小袋封存。每袋裝入的秸稈質(zhì)量是相等的。從所有的試驗(yàn)樣品中隨機(jī)選取10袋，將其粉碎，之后測定其化學(xué)元素的含量。測量內(nèi)容包括磷、氮、碳，并且計(jì)算其碳磷比、碳氮比、碳鉀比[2]。

測試使用的土壤是耕作層土壤，取20 cm深度，并對其基本理化性質(zhì)進(jìn)行測定，測量內(nèi)容包括有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效磷和pH值。將秸稈裝入尼龍網(wǎng)袋中密封。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別是紫花苜蓿、黑麥草、肥田蘿卜、空閑。將綠肥埋入玉米秸稈袋之間，并且同期播種。播種后需要即時(shí)進(jìn)行灌溉，之后不再進(jìn)行灌溉。每個(gè)處理小區(qū)的面積相等，玉米秸稈埋入的深度控制在10 cm左右，每個(gè)小區(qū)埋入一定數(shù)量的玉米秸稈，翻壓后每隔7 d取樣一次。取樣時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)抽取，數(shù)量大于1。取樣工作結(jié)束后，將網(wǎng)袋剩余的秸稈樣品烘干并稱質(zhì)量，烘干時(shí)要對溫度進(jìn)行合理控制，之后粉碎并對其中的化學(xué)元素含量進(jìn)行測量，測量對象包括磷、鉀、氮、碳的含量。

翻壓的方法是將烘干后的玉米秸稈剪成小段，裝入網(wǎng)袋并埋入土壤，埋入深度控制在10 cm左右。

3 測定項(xiàng)目與計(jì)算

秸稈的全碳測量需要利用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱方法，取秸稈樣品，濃硫酸雙氧水消化。全氮含量測定利用凱氏定氮法，全磷測定利用鉬銻抗比色法，全鉀測定利用火焰分光光度法[3]。

對于累積的腐解量、養(yǎng)分減少量、養(yǎng)分比例通過公式進(jìn)行計(jì)算。處理數(shù)據(jù)時(shí)，利用Excel與SPSS軟件計(jì)算網(wǎng)袋中的秸稈養(yǎng)分或者腐解量，計(jì)算后繪制圖形。

4 結(jié)果與分析

4.1 玉米秸稈的腐化速率

在不同處理方式下，玉米秸稈腐化特點(diǎn)體現(xiàn)了共同的特點(diǎn)，即前期速度快，后期速度慢。秸稈埋入土壤7 d內(nèi)，其腐化速度是最快的，空閑、黑麥草、肥田蘿卜、紫花苜蓿的累積腐解量能夠達(dá)到6.4、4.9、5.6、5.0 g，在總量中所占的比例分別為21%、16%、19%、16%。相比空閑，黑麥草、肥田蘿卜、紫花苜蓿累積的腐解量均有所降低，降低比例分別為21%、23%、12%。之后玉米秸稈腐解的速率呈現(xiàn)出下降趨勢，而累積腐解率變化情況則開始趨于穩(wěn)定。第42天，肥田蘿卜種植區(qū)域玉米秸稈腐解率低于空閑區(qū)域，下降程度在13%左右。3個(gè)綠肥處理區(qū)域累積的腐解量不存在顯著差異，之后綠肥處理區(qū)域玉米秸稈的腐解量要比空閑區(qū)域低。第117天，紫花苜蓿種植區(qū)域與空閑區(qū)域相比，腐解量有所增加，增加比例在10%左右。試驗(yàn)結(jié)束后，空閑、紫花苜蓿、肥田蘿卜和黑麥草種植區(qū)域累積的腐解量均有所增加，在總加入量中所占比重也有所增加，分別達(dá)到了78%、70%、69%、69%。與空閑相比，肥田蘿卜、黑麥草、紫花苜蓿種植區(qū)域累積腐量有所降低，且較為顯著。

4.2 玉米秸稈的碳釋放特征

將玉米秸稈埋入土壤7 d內(nèi)，空閑、紫花苜蓿、肥田蘿卜、黑麥草種植區(qū)域玉米秸稈的碳累積釋放量達(dá)到了5.2、4.7、5.3、5.0 g，占到加入量的比例分別為35%、32%、36%、34%。相比空閑，紫花苜蓿與肥田蘿卜種植區(qū)域碳釋放量明顯降低，分別為10%、5%，之后碳的釋放量趨于平緩。第117天，紫苜蓿種植區(qū)域相比空閑區(qū)域，累積碳釋放量增加顯著，增幅在7%左右?？臻e、紫花苜蓿、肥田蘿卜、黑麥草種植區(qū)域玉米秸稈的碳累積釋放量分別為12.3%、11.7%、11.1%、11.3%，占加入總量的比例分別為84%、75%、76%、77%。相比空閑，紫花苜蓿、黑麥草、肥田蘿卜種植區(qū)域碳累積釋放量分別有所降低，且比較顯著。

4.3 玉米秸稈的氮釋放特征

各個(gè)處理區(qū)域玉米秸稈氮的釋放量同樣呈現(xiàn)出前快后慢的特點(diǎn)。翻壓第7天，空閑、紫苜蓿、肥田蘿卜、黑麥草種植區(qū)域氮素累積釋放量分別為229、139、177、112 mg，在總量中所占的比重分別為33%、20%、25%、16%。相比空閑，紫花苜蓿、黑麥草、肥田種植區(qū)域分別有所降低，降低比重達(dá)到了39%、22%、57%，黑麥草與紫花苜蓿、肥田蘿卜區(qū)域氮累積釋放量分別有所提升。第14天，空閑區(qū)域玉米秸稈氮累積釋放量要高于綠肥種植區(qū)域，黑麥草種植區(qū)域玉米秸稈釋放量與肥田蘿卜種植區(qū)域相比有顯著的提升。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，空閑、紫花苜蓿、肥田蘿卜、黑麥草種植區(qū)域氮素累積釋放量分別達(dá)到了479.4、513.0、442.5、530.2 mg，占加入量的比重分別為74%、64%、76%、68%。相比空閑，差異不是特別明顯。與黑麥草種植區(qū)域相比，紫花苜蓿與肥田蘿卜種植區(qū)域分別顯著提升15%、19%。

4.4 玉米秸稈碳與養(yǎng)分比例的特征

4.4.1 碳?xì)浔取？臻e區(qū)域的碳?xì)浔瘸尸F(xiàn)出下降趨勢，綠肥處理的碳?xì)浔葎t出現(xiàn)了波動。第117天，碳?xì)浔戎颠_(dá)到最小，之后呈現(xiàn)出上升趨勢。玉米秸稈在翻壓7 d后，紫花苜蓿、空閑、黑麥草、肥田蘿卜種植區(qū)域碳?xì)浔确謩e為18.0、20.3、18.2、16.7。相比空閑，種植綠肥的區(qū)域顯著降低，紫花苜蓿、黑麥草、肥田蘿卜三者對應(yīng)降低比例分別是11%、11%、21%。第117天，紫花苜蓿、黑麥草、肥田蘿卜區(qū)域碳?xì)浔冗_(dá)到最小，分別為11.1、13.4、12.2。與空閑相比，綠肥種植區(qū)域差異表現(xiàn)不顯著，紫花苜蓿區(qū)域低于黑麥草區(qū)域。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，空閑、紫花苜蓿、黑麥草、肥田蘿卜區(qū)域碳?xì)浔扰c最初玉米秸稈相比有所降低。相比于空閑，紫花苜蓿、肥田蘿卜區(qū)域碳?xì)浔仍黾邮诛@著。

4.4.2 碳磷比?？臻e、紫花苜蓿、黑麥草、肥田蘿卜區(qū)域埋入后第一周，碳磷比與最初玉米秸稈相比有所提升，且表現(xiàn)較為明顯。第二周至第三周結(jié)束，各區(qū)域碳磷比的變化均不大。之后空閑區(qū)域呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，紫花苜蓿區(qū)域則是一直上升，黑麥草區(qū)域和肥田蘿卜區(qū)域則呈先升后降趨勢。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，紫花苜蓿、空閑、黑麥草、肥田蘿卜種植區(qū)域碳磷比與最初相比有了大幅度的提升。相比空閑，紫花苜蓿、黑麥草、肥田蘿卜區(qū)域碳磷比都有所增加。

4.4.3 碳鉀比。碳鉀比在4個(gè)處理方式下均呈現(xiàn)出了上升的趨勢，第42天鉀釋放量達(dá)到了100%。翻壓后第7天，相比黑麥草的碳鉀比，玉米秸稈的碳鉀比比埋入時(shí)有所降低。其他三種處理方式則呈現(xiàn)出了上升趨勢，且低于空閑。第14天，相比于空閑，肥田蘿卜處理方式下玉米秸稈碳鉀比提升較為明顯。

5 討論

4種處理方式下，玉米秸稈養(yǎng)分釋放與腐解速率變化集中于翻壓7 d后，后期則相對比較緩慢。主要原因在于前期玉米秸稈中水溶性物質(zhì)提供了氮源與碳源，微生物活性得以增強(qiáng)。微生物可以通過分泌胞外酶與細(xì)胞內(nèi)消化等方式分解并利用秸稈。可溶性物質(zhì)分解完之后，剩余的是難以分解的纖維素、木質(zhì)數(shù)、半纖維素，因此后期的分解速率呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。而翻壓后7 d，空閑區(qū)域的腐解量高于綠肥處理區(qū)域的腐解量，原因可能是播種后即刻進(jìn)行了澆灌，種子大量吸收水分，使水分受到阻隔，難以進(jìn)入土壤下層，使秸稈水分含量較少，因此腐解釋放速度較慢。試驗(yàn)結(jié)束后，綠肥處理區(qū)域秸稈的累積腐解量小于空閑區(qū)域，原因可能是綠肥已經(jīng)達(dá)到了營養(yǎng)生長的盛期，降水條件相同的情況下，綠肥的根系能夠有效吸收土壤中的水分，并且通過蒸騰作用使其離開土壤?？臻e區(qū)域土壤的水分由于未受到阻隔，直接進(jìn)入了玉米秸稈結(jié)構(gòu)中，從而使其保持在高濕的環(huán)境中。溫度上升的同時(shí)微生物的活性也在增強(qiáng)，對秸稈分解十分有利。秸稈釋放的碳大約有50%可以通過微生物礦化作用散失，而綠肥種植則能夠減緩碳的散失過程，二氧化碳的排放量也能夠降低。

17 d后，4種處理方式下玉米秸稈磷氮的累積釋放量均有所增加，鉀元素在42 d全部釋放完，鉀元素的釋放速率大于磷和氮。177 d后，磷元素基本全部釋放，氮元素則剩余較多。養(yǎng)分釋放速度與養(yǎng)分存在的形式密切相關(guān)，鉀主要是離子態(tài)存在，易溶于水，因此釋放是最快的。磷主要是有機(jī)態(tài)，難溶。由于種植的植物不同，其分泌的化學(xué)物質(zhì)也不同，也能夠促進(jìn)元素釋放與溶解。綠肥種植過程中，肥田蘿卜種植能夠促進(jìn)秸稈磷的釋放。種子萌發(fā)需要大量水分，澆灌后水分由于截留，難以進(jìn)入秸稈中，因此，相比空閑區(qū)域，綠植處理方式氮釋放量有所降低。紫花苜蓿與肥田蘿卜地促進(jìn)氮釋放的效果較好，黑麥草效果則較差，原因可能是不同植物對氮元素需求量不同。

6 結(jié)論

玉米秸稈的腐解與養(yǎng)分釋放速度在第7天后達(dá)到最大值狀態(tài)，之后速率會逐漸放緩。相比空閑區(qū)域，綠肥種植能夠減緩釋放速率。不同綠肥對于釋放速率的影響不同，因此，需要結(jié)合到當(dāng)?shù)鼐唧w的情況來合理選擇綠肥。

參考文獻(xiàn)

[1]徐健程，王曉維，朱曉芳，等.不同綠肥種植模式下玉米秸稈腐解特征研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2016（1）：48-58.

[2]岳丹，蔡立群，齊鵬，等.小麥和玉米秸稈不同還田量下腐解特征及其養(yǎng)分釋放規(guī)律[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2016（3）：80-85.

[3]陳銀建，周冀衡，李強(qiáng).秸稈腐解劑對不同作物秸稈腐解特征研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（1）：19-21.