秸稈還田對雙季稻土壤有機(jī)碳和全氮含量的影響

周飛，魯立明，陳余平，韓紅煊

(1.余姚市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)總站，浙江 余姚 315400； 2.余姚市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，浙江 余姚 315400)

土壤有機(jī)碳不僅能為作物生長提供碳源、維持良好的土壤物理結(jié)構(gòu)，還是評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的基礎(chǔ)指標(biāo)之一。農(nóng)田土壤有機(jī)碳庫是土壤地力高低的關(guān)鍵，是作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)，是土壤肥力和土壤健康評價(jià)的重要指標(biāo)之一[1-2]。耕層不但是土壤最大的有機(jī)碳庫，還含有80%以上的有機(jī)氮素，耕層土壤中有機(jī)碳、氮素含量的細(xì)微變化都會對作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，短期內(nèi)微生物量碳和氮是反映耕作措施的敏感指標(biāo)，中期內(nèi)土壤有機(jī)碳可以敏感反映土壤健康狀況[3-4]。

余姚市是浙江省典型的雙季稻農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)區(qū)，由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低、水土流失嚴(yán)重、土壤質(zhì)量退化，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定性差。通過適宜的基于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的管理措施，如秸稈還田、水旱輪作、保護(hù)性耕作等，可改善土壤肥力，促進(jìn)土壤健康。本研究以余姚市雙季稻農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)為對象，研究施肥和秸稈還田等措施對土壤有機(jī)碳、全氮含量的影響，研究結(jié)果可為雙季稻農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和水稻綠色生產(chǎn)提供指導(dǎo)與借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于余姚市泗門鎮(zhèn)(30°08′33″N，121°03′25″E)，粉泥田土種，海拔4.5 m，地下水位0.7 m，常年積溫5 913 ℃，無霜期230 d，排水能力強(qiáng)。2010年試驗(yàn)田土壤pH值5.9，有機(jī)質(zhì)含量43.7 g·kg-1，全氮含量2.3 g·kg-1，有效磷含量17.4 mg·kg-1，速效鉀含量88.5 mg·kg-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)開始于2010年，共設(shè)3個(gè)處理：不施肥處理(CK1)、常規(guī)施肥處理(CK2)、秸稈還田+常規(guī)施肥處理(CK3)。處理不設(shè)重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為66.7 m2。測試土壤采自2012和2014—2018年12月連作晚稻收獲期，利用土鉆取0～20 cm耕層土樣，每個(gè)小區(qū)取樣5次，混合。分別采用重鉻酸鉀外加熱法和凱氏定氮法測定土壤有機(jī)碳、全氮含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕層土壤有機(jī)碳含量變化

如圖1所示，各處理下耕層土壤的有機(jī)碳含量隨時(shí)間的變化趨勢基本一致。2014年以后，在常規(guī)施肥條件(CK2)下，耕層土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)先下降后增高的趨勢，其中，2018年耕層土壤有機(jī)碳含量最高(26.57 g·kg-1)，比2015年的最低值增加8.88 g·kg-1。秸稈還田條件(CK3)下，耕層土壤的有機(jī)碳含量與常規(guī)施肥條件下的變化趨勢一致，同樣以2018年耕層土壤有機(jī)碳含量最高(35.15 g·kg-1)，比2015年的最低值增加7.95 g·kg-1。自2014年起，CK3處理的耕層土壤有機(jī)碳含量始終高于其他2個(gè)處理。這主要是因?yàn)?，秸稈覆蓋提高了土壤溫度和濕度，同時(shí)，秸稈腐爛分解時(shí)還產(chǎn)生了大量的有機(jī)物，使得土壤有機(jī)碳含量不斷增加[5]。

圖1 不同處理耕層土壤的有機(jī)碳含量變化

2.2 耕層土壤全氮含量變化

如圖2所示，各處理下耕層土壤全氮含量隨時(shí)間的變化趨勢基本一致。2014年以后，在常規(guī)施肥條件下，耕層土壤全氮含量呈現(xiàn)先下降后增高的趨勢，其中，耕層土壤的全氮含量在2014年最高(3.02 g·kg-1)，在2015年最低(1.01 g·kg-1)。秸稈還田條件下，耕層土壤的全氮含量與常規(guī)施肥條件下變化趨勢相似，同樣以2014年最高(3.73 g·kg-1)，但最低值出現(xiàn)在2016年(1.26 g·kg-1)。對比不同處理可知，CK3的耕層土壤全氮含量始終高于其他2個(gè)處理，而CK2與CK1的耕層土壤全氮含量差別不大。這是因?yàn)椋斩掃€田增強(qiáng)了土壤對環(huán)境水熱變化的緩沖能力，為水稻生長和微生物活動創(chuàng)造了良好的生境，加快了土壤氮循環(huán)，提高了土壤氮的有效性[6]。

圖2 不同處理耕層土壤的全氮含量變化

2.3 耕層土壤有機(jī)碳與全氮的相互關(guān)系

如圖3所示，各年度不同處理下耕層土壤有機(jī)碳(OC)與全氮(N)含量的比值(OC/N)差別不大，變化趨勢相似，均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。在常規(guī)施肥條件下，耕層土壤的OC/N在2016年最大(19.6)，在2012年最低(9.2)；在秸稈還田條件下，耕層土壤的OC/N同樣在2016年最大(22.8)，在2012年最低(9.8)。

圖3 不同處理耕層土壤OC/N的動態(tài)變化

3 小結(jié)

土壤有機(jī)碳、全氮含量可以敏感反映出土壤的健康狀況。利用多年定點(diǎn)試驗(yàn)，分析了不同施肥處理和秸稈還田條件下余姚市雙季稻農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中土壤有機(jī)碳和全氮含量的變化。試驗(yàn)結(jié)果初步表明，耕層土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)先下降后增高的趨勢，秸稈還田+常規(guī)施肥處理的耕層土壤有機(jī)碳、全氮含量最高。