長期秸稈粉碎還田對水稻產(chǎn)量和耕地質(zhì)量的影響

陳紅金，陶云彬，吳春艷

(1.浙江省耕地質(zhì)量與肥料管理總站， 浙江 杭州 310020； 2.蘭溪市農(nóng)業(yè)局土壤與肥料工作站， 浙江 蘭溪 321100; 3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 資源環(huán)境與土壤肥料研究所 浙江 杭州 310021)

浙江省農(nóng)作物秸稈資源豐富，年產(chǎn)量高達(dá)1 200萬t[1]，處理不當(dāng)極易引發(fā)環(huán)境污染，如秸稈大量焚燒形成煙霧，直接影響民航、鐵路、高速公路的正常運(yùn)營，隨意堆放的秸稈腐爛嚴(yán)重污染水體[2]。研究證實(shí)，農(nóng)作物秸稈中富含大量的氮、磷、鉀和中微量元素，是重要的有機(jī)碳源[3]，直接還田可增加土壤養(yǎng)分含量、提升耕地質(zhì)量水平等。田間試驗(yàn)證實(shí)，秸稈還田顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量[4]，提升了棕壤的全氮含量，并促進(jìn)了氮素的積累[5]；秸稈還田在提高土壤養(yǎng)分含量的同時，還有效改善了土壤理化性狀，有助于調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱等因子。王維鈺等[6]認(rèn)為，秸稈還田可平衡和改善耕層土壤溫度，抑制表層土壤水分的蒸發(fā)，具有明顯的保墑效應(yīng)。但也有研究認(rèn)為，秸稈還田導(dǎo)致稻田土壤環(huán)境惡化，如土壤氧氣含量和氧化還原電位顯著降低，土壤還原性物質(zhì)(H2S、Fe2+、Mn2+等)含量顯著增加等，對水稻產(chǎn)生毒害作用，進(jìn)而導(dǎo)致水稻返青緩慢[7]。可見，秸稈還田的安全性仍具有較大爭議，秸稈還田是否可作為解決農(nóng)作物秸稈過剩、提升耕地質(zhì)量水平的長期措施加以推廣還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。為此，特開展長期定位試驗(yàn)，研究秸稈粉碎還田對耕地質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

供試土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)26.10 g·kg-1，全氮1.29 g·kg-1，有效磷25.00 mg·kg-1，速效鉀 44.00 mg·kg-1，pH值5.35。供試作物為水稻，2009—2016年的試驗(yàn)水稻品種分別為兩優(yōu)培九、兩優(yōu)培九、兩優(yōu)培九、兩優(yōu)培九、豐兩優(yōu)5814、豐兩優(yōu)5815、中浙優(yōu)8號、中浙優(yōu)1號。供試肥料、秸稈的養(yǎng)分含量和用量如下：秸稈，N 0.8%，P2O50.2%，K2O 1.1%，用量15 t·hm-2；碳銨，N 17%，用量750 kg·hm-2；尿素，N 46%，用量135 kg·hm-2；過磷酸鈣，P2O512%，用量375 kg·hm-2；氯化鉀，K2O 60%，用量150 kg·hm-2。

試驗(yàn)共設(shè)置不施肥(CK)、各水稻品種的常規(guī)施肥管理(T1)和在常規(guī)施肥管理基礎(chǔ)上的秸稈粉碎(粉碎至2～5 cm)還田(T2)3個處理。

水稻收獲期測產(chǎn)，同時取土樣，參照文獻(xiàn)[8]中的方法測定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量和pH。

2 結(jié)果與分析

2.1 對水稻產(chǎn)量的影響

如表1所示，與CK相比，T1和T2處理的水稻產(chǎn)量均大幅提高，其中，T1處理的水稻產(chǎn)量較CK提高32.50%～159.52%，T2處理較CK高37.50%～166.67%。T2處理的水稻產(chǎn)量在T1基礎(chǔ)上又有所增加，其中，開展秸稈粉碎還田前期(2009—2013年)，T2較T1處理的水稻產(chǎn)量增幅僅為2.56%～3.77%，但隨著秸稈粉碎還田年限的增加，增幅逐漸提高，2014—2016年達(dá)6.82%～8.47%?？梢姡┓适翘岣咦魑锂a(chǎn)量的有效手段，秸稈粉碎還田可在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量。

表1 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響 單位： t·hm-2

2.2 對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響

如圖1所示，T2處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量處于最高水平，T1處理次之，而CK的土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，且試驗(yàn)?zāi)晗拊介L，三者差異越大，如2016年CK的土壤有機(jī)質(zhì)含量僅為19.20 g·kg-1，T1處理下提升至23.10 g·kg-1，T2處理下高達(dá) 28.40 g·kg-1。此外，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨試驗(yàn)?zāi)晗抻兴兓?，其中，T2處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈波動增加趨勢，2016年有機(jī)質(zhì)含量較試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)值高8.81%，而T1和CK的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈降低趨勢，至2016年，其土壤有機(jī)質(zhì)含量分別是試驗(yàn)前基礎(chǔ)值的88.51%和73.56%。由此可見，長期的秸稈粉碎還田有提升土壤有機(jī)質(zhì)含量的效果。

如圖1所示，CK的土壤全氮含量最低，T2處理的土壤全氮含量最高，T1處理居中，且試驗(yàn)?zāi)晗拊介L，三者差異越明顯，如2016年T1和T2處理的土壤全氮含量分別較CK提高16.67%和45.61%。此外，T2處理的土壤全氮含量呈逐年增加趨勢，至2016年，土壤全氮含量是試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)值的1.29倍，T1處理下各年間土壤全氮含量變化不大，而CK的土壤全氮含量呈降低趨勢，至2016年，其土壤全氮含量僅為試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)值的88.37%。結(jié)果表明，長期的秸稈粉碎還田有提升土壤全氮含量的效果。

圖1 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響

2.3 對土壤有效磷和速效鉀含量的影響

施肥是提高土壤有效磷含量的重要措施。如圖2所示，T1和T2處理的土壤有效磷含量接近，遠(yuǎn)高于CK，分別較CK高39.55%～121.43%和54.94%～127.47%。此外，試驗(yàn)期間由于作物吸收帶走土壤中的磷，導(dǎo)致CK的土壤有效磷含量呈逐年下降趨勢，至2016年，土壤有效磷含量僅為試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)值的72.80%，而T1和T2處理的土壤有效磷含量呈逐年增加態(tài)勢，如2016年T1和T2處理的土壤有效磷含量分別為試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)值的1.61和1.66倍。

如圖2所示，不同處理對土壤速效鉀含量的影響不同：T2處理的土壤速效鉀含量最高，T1處理次之，CK的土壤速效鉀含量最低。此外，T2處理的土壤速效鉀含量呈逐年增加態(tài)勢，至2016年土壤速效鉀含量是試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)值的5.39倍；T1處理的土壤速效鉀含量先增加，后趨于穩(wěn)定；而CK的土壤速效鉀含量呈下降態(tài)勢，至2016年，土壤速效鉀含量僅為試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)值的47.73%?？梢?，秸稈粉碎還田和常規(guī)施肥均可提高土壤速效鉀含量，且以秸稈粉碎還田的效果更優(yōu)。

圖2 不同處理對土壤有效磷和速效鉀含量的影響

2.4 對土壤pH值的影響

如圖3所示，試驗(yàn)期間，隨著試驗(yàn)時間的推移，T1處理土壤pH呈下降趨勢，T2和CK差異不大，說明秸稈還田能抑制土壤pH下降。

圖3 不同處理對土壤pH值的影響

3 討論

秸稈還田作為一項(xiàng)重要的農(nóng)業(yè)措施，可以降低耕層土壤容重，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增加土壤通透性和土壤微生物活性，有利于實(shí)現(xiàn)秸稈與土壤間的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)利用[9]。前人研究證實(shí)，秸稈還田顯著促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)累積，提升了土壤全氮、速效氮、有效磷的含量[10-11]。本研究表明，較常規(guī)施肥，秸稈還田提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量，抑制土壤pH下降。不同研究結(jié)果間的差異可能與還田的作物秸稈種類有關(guān)。

研究證實(shí)，秸稈還田對水稻產(chǎn)量有顯著影響[12-13]，秸稈還田的水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量較冬閑田顯著增加[14]。可能是由于秸稈還田顯著提高了作物開花期旗葉的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，同時降低了胞間CO2濃度，進(jìn)而提高了水稻產(chǎn)量。但也有研究認(rèn)為，秸稈還田處理單位面積有效穗數(shù)的增加是水稻增產(chǎn)的主要原因[12,15]。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈粉碎還田的水稻產(chǎn)量高于常規(guī)施肥，且產(chǎn)量增加幅度隨著秸稈還田年限的增加逐漸提高，秸稈還田前期水稻產(chǎn)量增幅僅為3%左右，后期產(chǎn)量增幅穩(wěn)定在6%以上。推測可能是由于秸稈還田增加了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷等養(yǎng)分的含量，且其對土壤質(zhì)量的提升作用隨著秸稈還田年限的增加而不斷累積，充足的營養(yǎng)供給為作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量提升提供了保障。

綜上，長期秸稈粉碎還田可有效增加水稻產(chǎn)量，并具有長期、持續(xù)性地促進(jìn)作物增產(chǎn)和土壤培肥的效果，可作為提升土壤質(zhì)量、構(gòu)建肥沃耕層的重要農(nóng)藝手段長期使用。