黑龍江西部地區(qū)水稻秸稈腐解特征研究

譚可菲 王麒 劉傳增 馬波胡繼芳 趙富陽 曾憲楠

（1黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾161006；2黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所，哈爾濱150086；第一作者：tkfhlj@163.com）

隨著我國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，糧食產(chǎn)量大幅度增加，相應(yīng)產(chǎn)生的秸稈量也驟然增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年秸稈產(chǎn)生總量約為22億t，我國每年秸稈產(chǎn)生總量約為7億t，其中稻田秸稈產(chǎn)生量為2億t，大部分的秸稈被焚燒、堆積或者遺棄。2016年黑龍江西部的齊齊哈爾和大慶等地區(qū)水稻種植面積高達(dá)53.34萬hm2，相應(yīng)的稻田秸稈產(chǎn)生量高達(dá)400多萬t。農(nóng)作物秸稈中富含纖維素、木質(zhì)素以及氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)元素[1-3]。秸稈還田有利于土壤改良，培肥地力。如何做好農(nóng)作物秸稈的就地轉(zhuǎn)化已成為一個急需解決的問題。目前關(guān)于江淮地區(qū)秸稈還田的研究相對較多，但是針對黑龍江西部地區(qū)水稻秸稈腐解研究較少。因此，本試驗(yàn)研究了黑龍江省西部地區(qū)水稻秸稈還田后的腐解變化特征，探討秸稈腐解規(guī)律，以為實(shí)現(xiàn)秸稈資源循環(huán)利用提供技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

龍粳21水稻秸稈。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013-2016年在齊齊哈爾市曙光村進(jìn)行，采用尼龍網(wǎng)袋翻埋法。尼龍網(wǎng)袋規(guī)格：孔徑0.15 mm，長30 cm、寬20 cm。供試水稻秸稈自然風(fēng)干后剪成5～10 cm長的小段放入袋中，每袋裝入秸稈100 g（干質(zhì)量），封住袋口。將網(wǎng)袋于2013年10月15日水田翻地后埋入20 cm土層下。每年春季正常整地、施肥，每hm2施用尿素300 kg（40%作基肥，30%作分蘗肥，30%作穗肥）、磷酸二銨 100 kg（全部基施）、硫酸鉀 150 kg（基肥和穗肥各占50%），其他管理措施與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)相同。

1.3 取樣方法

秸稈埋入后即進(jìn)入冬季，在10月至翌年5月之間不進(jìn)行取樣，在每年的5-9月每月采樣1次，秸稈取出后用水沖洗干凈、去除秸稈以外的雜物，在80℃下烘干至恒質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈殘留量隨時間的變化規(guī)律

從圖1可見，連續(xù)3年秸稈還田，每年的10月至翌年5月秸稈腐解都進(jìn)入停滯期，翌年6月到翌年9月期間，進(jìn)入快速腐解期。且隨腐解時間的延長，秸稈殘余物質(zhì)量變化整體呈下降趨勢，具體表現(xiàn)為“快-慢-慢”的變化過程。

2.2 秸稈腐解率隨時間的變化規(guī)律

圖1 秸稈殘余質(zhì)量隨時間變化曲線

圖2 秸稈腐解率隨時間變化曲線

從圖2可見，連續(xù)3年秸稈還田，隨腐解時間的延長，秸稈腐解率變化整體呈現(xiàn)上升的趨勢，具體表現(xiàn)為“快-慢-慢”的變化過程。秸稈還田1周年時，秸稈腐解率達(dá)44.3%；秸稈還田2周年時，秸稈腐解率提高速率相對減慢，其腐解率為63.8%；秸稈還田3周年時，秸稈腐解率提高速率趨近于平緩，腐解率為69.5%。

2.3 腐解第1年水稻秸稈殘余物質(zhì)量變化規(guī)律

從圖3可見，秸稈還田后的第1個月到第8個月秸稈殘余物質(zhì)量變化較少，第9個月秸稈質(zhì)量為初始值的89.6%，第10個月秸稈質(zhì)量為初始值的78.2%，第11個月秸稈質(zhì)量為初始值的65.1%，第12個月秸稈質(zhì)量為初始值的55.7%。

2.4 腐解第2年水稻秸稈殘余物變化規(guī)律

從圖4可見，秸稈還田后的第13個月到第20個月秸稈殘余物質(zhì)量變化較少，第21個月秸稈質(zhì)量為初始值的47.3%，第22個月秸稈質(zhì)量為初始值的43.4%，第23個月秸稈質(zhì)量為初始值的38.3%，第24個月秸稈質(zhì)量為初始值的36.2%。

2.5 腐解第3年水稻秸稈殘余物變化規(guī)律

圖3 腐解1年秸稈殘余物質(zhì)量變化

圖4 腐解2年秸稈殘余物質(zhì)量變化

圖5 腐解3年秸稈殘余物質(zhì)量變化

從圖5可見，秸稈還田后的第25個月到32個月秸稈殘余物質(zhì)量變化較少，第33個月秸稈質(zhì)量為初始值的34.2%，第34個月秸稈質(zhì)量為初始值的32.1%，第35個月秸稈質(zhì)量為初始值的31.5%，第36個月秸稈質(zhì)量為初始值的30.5%。

2.6 腐解秸稈殘留質(zhì)量變化動態(tài)

結(jié)合圖1～圖5的數(shù)據(jù)對秸稈殘余物質(zhì)量變化進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，其結(jié)果如圖6所示，對數(shù)方程對秸稈殘留質(zhì)量的擬合效果良好，R2=0.9727，擬合方程為y=-51.69 Ln（x）+96.6660，其中y為秸稈殘余物質(zhì)量，x為秸稈腐解年限。

2.7 腐解秸稈殘留質(zhì)量變化動態(tài)

圖6 腐解秸稈殘余物質(zhì)量變化動態(tài)

圖7 秸稈腐解率變化動態(tài)

結(jié)合圖1～圖5數(shù)據(jù)對秸稈腐解率變化進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，其結(jié)果如圖7所示，對數(shù)方程對秸稈腐解率的擬合效果良好，R2=0.9727，擬合方程為y=51.69 Ln（x）+3.3337，其中，y為秸稈腐解率，x為秸稈腐解年限。

2.8 秸稈年腐解率變化

試驗(yàn)結(jié)果，秸稈還田第1年的腐解率為44.3%；秸稈還田第2年的腐解率為19.5%，連續(xù)2年秸稈還田腐解率共計(jì)63.8%；秸稈還田第3年的腐解率為5.7%，連續(xù)3年秸稈還田腐解率共計(jì)69.5%。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，黑龍江西部半干旱地區(qū)水稻秸稈腐解整體呈現(xiàn)“快-慢-慢”的趨勢[4-6]。秸稈腐解第1年腐解速率最快為44.3%，第2年腐解速率降低為19.5%，第3年腐解速率為5.7%。分析秸稈腐解速率變化的原因，可能是由于秸稈中容易被分解的成分前期已被腐解，后期剩余大量的纖維素和半纖維素等難以被分解的物質(zhì)。目前很多地區(qū)水稻都采用秸稈連年還田的耕作模式，導(dǎo)致稻田中難以被分解的纖維素、半纖維素大量沉積[7-9]。構(gòu)建一種適合黑龍江西部半干旱地區(qū)的、獨(dú)特的秸稈還田模式有待于進(jìn)一步研究。