強(qiáng)還原條件下秸稈還田量對(duì)南繁水稻土土壤肥力和微生物數(shù)量的影響①

曹 明 張雪彬 陶 凱 楊小鋒 柯用春

(三亞市南繁科學(xué)技術(shù)研究院 海南三亞572000)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，糧食產(chǎn)量逐年遞增，秸稈產(chǎn)生量也隨之增加。至2015年，我國(guó)秸稈資源總量已超過(guò)10億t，占世界秸稈總產(chǎn)量的20%～30%［1］，主要來(lái)源于玉米、水稻、小麥三大糧食作物［2］。近年來(lái)，焚燒秸稈帶來(lái)的環(huán)境污染和危害公共安全問(wèn)題越來(lái)越受到重視，秸稈資源化利用成為主要出路，其中秸稈作為有機(jī)肥料還田是目前主要利用方法［3］。由于作物秸稈中有機(jī)碳含量豐富，秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤容重、土壤養(yǎng)分均具有重要影響。徐蔣來(lái)等［3］通過(guò)開(kāi)展大田定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同秸稈還田量能不同程度地增加土壤全氮、有效磷和速效鉀含量，連續(xù)5季75%秸稈還田量顯著提高了土壤總有機(jī)碳含量。張靜等［4］研究得出，秸稈還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)和緩解土壤氮流失，提高土壤微生物碳、氮的固持和供給效果，增加土壤微生物量C/N，提高土壤供肥水平。汪金平等［5］研究發(fā)現(xiàn)，秸稈廂溝腐熟還田免耕試驗(yàn)2年后，土壤密度減小，孔隙度增加，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、速效鉀含量增加。但秸稈還田量是否越多越好，目前尚未定論［6-7］。國(guó)內(nèi)有關(guān)秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量與土壤肥力的影響，大多集中在南方當(dāng)年的稻麥輪作體系［5，8］以及北方地區(qū)年際間水旱輪作體系［9］，而南繁基地水稻秸稈還田的土壤培肥效應(yīng)研究較少。習(xí)近平總書(shū)記考察南繁工作時(shí)強(qiáng)調(diào)：“十幾億人口要吃飯，這是我國(guó)最大的國(guó)情。良種在促進(jìn)糧食增產(chǎn)方面具有十分關(guān)鍵的作用。國(guó)家南繁科研育種基地是國(guó)家寶貴的農(nóng)業(yè)科研平臺(tái)，一定要建成集科研、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、科技交流、成果轉(zhuǎn)化為一體的服務(wù)全國(guó)的‘南繁硅谷’”。南繁基地土壤是科研平臺(tái)的基礎(chǔ)，更需要得到保護(hù)和改良。因此，本文通過(guò)水稻秸稈粉碎還田并結(jié)合淹水覆膜強(qiáng)還原的土壤滅菌技術(shù)［10］，研究南繁科研育種水稻土不同秸稈還田量對(duì)土壤肥力及微生物數(shù)量的影響，為國(guó)家南繁科研育種基地秸稈還田利用和土壤改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地位于三亞市吉陽(yáng)區(qū) （109°35′24″E，18°16′48″N）海南國(guó)家南繁研發(fā)中心三亞市育制種科技示范園，年平均降水量1 826.5 mm、年蒸發(fā)量1 950.7 mm、年均溫度25.4℃、有效積溫9 298.8℃。土壤類(lèi)型為水稻土，冬季瓜菜—夏季水稻輪作。0～20 cm土壤容重1.33 g/cm3，土壤pH 6.65，有機(jī)質(zhì)14.24 g/kg，全氮0.98 g/kg，堿解氮73.76 mg/kg，有效磷72.93 mg/kg，速效鉀175.08 mg/kg。水稻秸稈全氮含量9.16 g/kg，全磷含量1.32 g/kg，全鉀含量18.79 g/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理：覆膜不淹水對(duì)照（A1），淹水覆膜＋0 t/hm2水稻秸稈（A2），淹水覆膜＋2.5t/hm2水稻秸稈（A3），淹水覆膜＋5.0 t/hm2水稻秸稈（A4），淹水覆膜＋7.5 t/hm2水稻秸稈（A5）。每個(gè)小區(qū)面積36.7 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。具體操作為：將水稻秸稈切成5～8 cm與0～20 cm土層混合均勻。灌水至土壤飽和，保持田面水位高5 cm，采用0.015 mm厚度的透明薄膜覆蓋，處理周期為15 d，處理完成后排水揭膜。

1.2.2 樣品采集與測(cè)定

分別在處理后0、1、3、5、10和15 d采集0～20 cm土樣，每個(gè)小區(qū)五點(diǎn)法取樣，測(cè)定pH值、EC值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量。土壤pH值、EC值分別采用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀測(cè)定［11］；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法［11］；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法［11］；有效磷采用0.03 mol/L氟化銨-0.025 mol/L鹽酸提取—鉬銻抗比色法［11］；速效鉀采用NH4OAc浸提—火焰光度計(jì)法［11］；土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量采用平板法測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 17.0軟件和Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖，用Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)差異顯著性，p＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田量對(duì)南繁基地土壤pH值及EC值的影響

由圖1可知，秸稈還田并淹水覆膜處理3 d后土壤pH值變化明顯。所有淹水覆膜處理土壤的pH值較對(duì)照（A1）均有顯著提高，但添加不同秸稈量處理間差異不顯著。由此說(shuō)明，淹水處理較秸稈還田處理更有利于土壤pH值的提升。秸稈還田量對(duì)土壤pH值變化影響不大。從圖2可以看出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤EC值均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，相對(duì)于A1和A2，秸稈還田的處理變化幅度較大，但不同秸稈量處理（A3、A4和A5）間差異不顯著。由此看來(lái)，秸稈還田量對(duì)土壤EC值的影響有限。

圖1 不同秸稈還田量對(duì)土壤pH值影響

圖2 不同秸稈還田量對(duì)土壤電導(dǎo)率（EC值）影響

2.2 不同秸稈還田量對(duì)南繁基地土壤養(yǎng)分的影響

秸稈還田后，土壤中的堿解氮、速效磷和速效鉀等速效養(yǎng)分含量均有升高（圖3～5）。處理15 d后，除對(duì)照A1外，其它處理土壤堿解氮、速效磷和速效鉀養(yǎng)分均顯著高于處理前的水平，其中A3處理土壤堿解氮較處理前提高最多，提高了67.73%；A4處理土壤速效磷和速效鉀較處理前提高最多，分別提高了147.89%和49.23%。而不同秸稈還田量處理之間總體差異不明顯。由此表明，淹水覆膜處理可提高土壤速效養(yǎng)分，但秸稈還田在短期內(nèi)對(duì)土壤的速效養(yǎng)分含量影響不明顯。

圖6結(jié)果表明，相對(duì)于對(duì)照（A1），其他處理土壤有機(jī)質(zhì)均升高，并且隨著時(shí)間推移和秸稈量的增加，土壤的有機(jī)質(zhì)含量不斷升高。處理15 d后，相對(duì)于對(duì)照（A1），A2～A5分別提升了34.56%、43.71%、51.15%和61.89%。由此可見(jiàn)，在強(qiáng)還原條件下秸稈腐解作為土壤的有機(jī)質(zhì)重要補(bǔ)充，能有效提高土壤的有機(jī)質(zhì)。秸稈還田量越大，土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升越明顯，7.5 t/hm2水稻秸稈還田，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高。

圖3 不同秸稈還田量對(duì)土壤速效磷含量影響

圖4 不同秸稈還田量對(duì)土壤堿解氮含量影響

圖5 不同秸稈還田量對(duì)土壤速效鉀含量影響

2.3 不同秸稈還田量對(duì)南繁基地土壤微生物數(shù)量的影響

不同秸稈還田量對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響結(jié)果表明，土壤中細(xì)菌數(shù)量在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)變化較大。隨著秸稈還田，各處理細(xì)菌數(shù)量先減少再增加，第5天時(shí)，A3、A4、A5處理細(xì)菌較第1天數(shù)量增加1倍，并且隨著時(shí)間的推移，其數(shù)量不斷增加，至15 d時(shí)，A2、A3、A4、A5處理細(xì)菌數(shù)量較第1天分別增加2.21、1.20、1.61和1.65倍。同一時(shí)間點(diǎn)，A4和A5處理顯著高于A2、A3處理。秸稈還田量越大，細(xì)菌數(shù)量越大，真菌卻相反。秸稈還田處理后的土壤中，真菌數(shù)量卻急劇減少，且秸稈量越大，真菌數(shù)量越少。土壤放線菌的數(shù)量變化規(guī)律不明顯。這可能是因?yàn)檎婢蠖酁楹醚跎铮趶?qiáng)還原的厭氧條件下難以生存的緣故。并且秸稈量越大，殺滅真菌的效果越明顯，按照7.5 t/hm2水稻秸稈還田，土壤細(xì)菌數(shù)量最大、真菌數(shù)量最小（表1）。

圖6 不同秸稈還田量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量影響

表1 不同秸稈還田量對(duì)細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量的影響

3 討論與結(jié)論

作物秸稈作為一種重要的有機(jī)肥料，含有碳、氮、磷、鉀和其他多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，秸稈分解后可直接增加土壤養(yǎng)分含量特別是有機(jī)質(zhì)含量。前人研究表明，秸稈還田后能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，減少土壤中氮的流失，加強(qiáng)土壤微生物對(duì)碳、氮的固持，提高土壤供肥水平［4］。連續(xù)實(shí)施秸稈還田3～4年后土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量都顯著提高，但秸稈還田對(duì)土壤全氮含量的短期效應(yīng)有限［12］。也有研究發(fā)現(xiàn)，作物秸稈中含磷量較低，秸稈還田對(duì)磷養(yǎng)分循環(huán)作用不大［13］。本研究發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)還原條件下，秸稈還田可有效提高土壤pH值，顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。由于土壤中氮和磷在自然條件下也將部分釋放出來(lái)，即使只作覆膜處理的情況下，土壤的堿解氮、速效磷含量也會(huì)隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)有一定的增加。秸稈還田量的高低對(duì)其它理化指標(biāo)影響有限。另有部分學(xué)者認(rèn)為，土壤微生物數(shù)量和活性受到了秸稈還田量等因素的影響，但并非秸稈還田量越高，土壤微生物豐富度越高。由于秸稈還田過(guò)高會(huì)導(dǎo)致土壤C/N提高，土壤中沒(méi)有足夠的氮素供微生物繁殖生長(zhǎng)，導(dǎo)致微生物的數(shù)量和活性降低［4，14］。本研究結(jié)果表明，秸稈還田強(qiáng)還原處理后，土壤中真菌、細(xì)菌、放線菌等微生物數(shù)量變化規(guī)律不一致。秸稈還田可明顯提高土壤細(xì)菌數(shù)量，而強(qiáng)還原環(huán)境對(duì)殺滅土壤中真菌有積極作用，土壤放線菌的數(shù)量變化規(guī)律不明顯。并且秸稈還田量越大，殺滅真菌的效果越明顯。

綜上所述，淹水覆膜處理可提高土壤速效養(yǎng)分，秸稈還田可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。兩者綜合作用可有效提高酸性土壤pH值，一定程度提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量水平，能提高土壤中細(xì)菌數(shù)量，并對(duì)殺滅土壤中的真菌起積極作用。秸稈還田量只直接影響土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤真菌數(shù)量，對(duì)土壤pH值、EC值、土壤堿解氮、速效磷和速效鉀以及放線菌數(shù)量的影響有限。在進(jìn)行南繁水稻土壤保護(hù)和改良時(shí)，按7.5 t/hm2水稻秸稈還田并淹水覆膜處理，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，土壤細(xì)菌數(shù)量最大、真菌數(shù)量最小，效果最明顯。