油菜秸稈還田對土壤養(yǎng)分供應(yīng)的影響

黃乙瓊 劉蓉 趙長坤 施良 楊國濤 王學(xué)春 胡運(yùn)高

摘要：為研究免耕條件下油菜秸稈還田對土壤養(yǎng)分的影響。通過盆栽和連續(xù)田間試驗(yàn)，設(shè)置不同的油菜秸稈還田量，探索了免耕條件下油菜秸稈還田量對秸稈腐解率和不同土層氮、磷含量的影響。結(jié)果表明，還田量對秸稈腐解規(guī)律無顯著影響，全量還田時最終秸稈腐解率最高;秸稈全量還田后耕作層氮、磷含量最高，連續(xù)秸稈還田對耕作層氮素的補(bǔ)充效應(yīng)大于磷素;長期秸稈還田可以減少犁底層以下氮、磷含量，有利于減少養(yǎng)分的滲漏損失，降低資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：油菜;秸稈還田;土壤養(yǎng)分;補(bǔ)償;滲漏

中圖分類號：S158;S565.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 20-0051-05

DOl：101408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.20.011

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中國作物秸稈產(chǎn)量從高到低依次是稻草、麥秸、玉米秸、棉稈、油料作物秸稈、豆類和薯芋類秸稈[1]。川東丘陵稻區(qū)油稻兩熟是主要的作物輪作模式。油菜作為養(yǎng)地作物，在生長時就能提高土壤肥力，如根系分泌有機(jī)酸等能溶解土壤中難溶性磷，葉子和花在成熟時掉落還田補(bǔ)充養(yǎng)分等[2]。同時成熟期的油菜秸稈氮素含量可達(dá)136.20 kg/hm2，遠(yuǎn)高于小麥秸稈（氮素含量在40.37-64.25 kg/hm2）[3]。相關(guān)研究表明，在油稻兩熟輪作系統(tǒng)中，連續(xù)秸稈還田可以提高土壤氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量[4]，增加稻谷和油菜產(chǎn)量[5]，提高資源利用效率[6]，減少環(huán)境污染[7-9]。秸稈還田主要是對提高土壤肥力、改善理化性狀、加大保水保墑能力有著明顯的促進(jìn)作用[10-12]。

但當(dāng)前推行的油菜秸稈還田技術(shù)缺少相應(yīng)的理論支持，農(nóng)民進(jìn)行秸稈還田操作時常以不正確的還田方式進(jìn)行處理。而錯誤的秸稈還田處理對后季作物的生產(chǎn)還會起到抑制作用。如前人研究提出秸稈還田后影響其養(yǎng)分釋放的因素主要有還田方式、還田時間、還田量、碳氮比等[13-16]。其中，秸稈還田量在一定范圍內(nèi)時，秸稈腐解率和腐解速度等均隨著還田量的增加而增加[17]，土壤有機(jī)質(zhì)也隨還田量的增加而增加[18]。但還田量過高時，水稻生育前期會積累過多的CO2和有機(jī)酸[19];還田量過低時，水稻生育后期養(yǎng)分供應(yīng)不足，二者均導(dǎo)致增產(chǎn)不顯著，甚至減產(chǎn)[20]。

20世紀(jì)70年代末，候光炯等[21]首創(chuàng)水田免耕理論，獲得極大成功。20世紀(jì)80-90年代，謝德體等[22]對水田生態(tài)系統(tǒng)和免耕高產(chǎn)栽培體系進(jìn)行深入研究，半旱式壟作自然免耕理論與技術(shù)完善實(shí)用，成為南方地區(qū)免耕水稻的主要種植方式。目前南方廣大稻區(qū)掀起研究推廣熱潮，其中，四川平原丘陵地區(qū)研究推廣板田直插及撬窩免耕稻，在節(jié)約勞動力、維護(hù)土壤表層結(jié)構(gòu)、保持水土等方面效果顯著。因此，基于川東油稻兩熟區(qū)域免耕條件下的秸稈還田技術(shù)研究，對充分利用秸稈資源、促進(jìn)水稻生產(chǎn)的節(jié)能增效具有重要意義。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2017-2018年在四川省綿陽市涪城區(qū)龍門鎮(zhèn)尖峰村進(jìn)行，地處涪江上游，是四川盆地典型丘陵區(qū)之一。年均降水量887.3-927.6 mm，年均氣溫16.7 -17.4℃，年均日照時數(shù)1 300-1 328 h，平均無霜期283-300 d，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候[23]。主要種植制度為油稻或麥稻兩熟制。試驗(yàn)前土壤全氮含量1.63 g/kg、全磷含量0.72 g/kg、全鉀含量0.66 g/kg。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)置4個油菜還田量水平進(jìn)行試驗(yàn)，即：不還田（SO）、半量（0.5倍還田量）1.5 t/hm2（S1），全量3.0 t/hm2（ S2），1.5量（1.5倍還田量）4.5 t/hm2（S3），田間試驗(yàn)每個處理設(shè)置3次重復(fù)，共計12個小區(qū);小區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行，小區(qū)間壘土埂并用薄膜覆蓋，防止水稻生育期串水串肥。盆栽試驗(yàn)中每個桶加入20 kg混勻水稻土，秸稈還田量和施肥量根據(jù)盆內(nèi)徑換算所得，將秸稈覆蓋于土柱表面，每盆移栽水稻1株，每隔5d對盆內(nèi)水深進(jìn)行校正，保證淹水深3 cm左右，每個處理6盆，設(shè)置3次重復(fù)。所有處理的施肥方法：氮肥為純氮150 kg/hm2，基肥、分蘗肥、穗肥按照質(zhì)量比5：3：2的比例施用;磷肥（P205） 60 kg/hm2作基肥一次施人;鉀肥120 kg/hm2以1：1作基肥和穗肥施人。水稻（品種：德優(yōu)4727）于4月初育秧，秧齡35 d左右，5月中旬選取具2個分蘗的壯秧移栽。供試秸稈材料為前茬油菜（品種：綿油15號）的秸稈，油菜收獲后其秸稈經(jīng)機(jī)械（金陽4L2-1.2）粉碎、晾干備用。水稻移栽前將油菜秸稈按照試驗(yàn)設(shè)置覆蓋于田間。

1.2樣品的采集與測定

盆栽秸稈腐解率試驗(yàn)于水稻移栽后20、40、60、100、140 d（水稻全生育期158 d左右，因此秸稈腐解為水稻生長季的腐解規(guī)律）采集秸稈樣，將覆蓋處理的秸稈連同表面一層土壤一起裝入網(wǎng)袋中，確保未腐解的秸稈完全裝入。用清水將秸稈輕輕沖凈，60℃條件下烘干，稱取未腐解秸稈重量。

大田試驗(yàn)，每年10月水稻收獲后油菜播種以前，各取0-80 cm土層土樣（0-10、10-20、20-30、30-40、40-60、60-80 cm）;測定土壤全氮、全磷含量，土壤全氮測定利用凱氏定氮法測定，全磷含量用酸溶一鉬銻抗比色法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 還田量對秸稈腐解規(guī)律的影響

在免耕處理不同秸稈還田量條件下，還田后油菜秸稈腐解規(guī)律均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢（圖1）。在140 d后其秸稈的全部腐解率在45%左右，其中，0-20 d時腐解率最快，20 d時腐解率達(dá)30%左右;40-60 d時腐解率最慢。不同秸稈還田量之間腐解規(guī)律相似，最終腐解率1.5倍還田量（S3）最低，半量（S1）和全量（S2）還田腐解率相近，均高于1.5倍還田量。

2.2 不同因素對土壤養(yǎng)分含量的影響

由表1可見，連續(xù)2年不同量秸稈還田處理?xiàng)l件下，秸稈還田量對土壤氮、磷含量影響達(dá)到極顯著水平，不同土層深度之間氮、磷含量差異也達(dá)到極顯著差異。還田量與土層深度的互作因素對氮、磷含量的影響也達(dá)到顯著或極顯著水平。不同土層深度之間養(yǎng)分存在的顯著差異可能與耕作模式和耕作層厚度相關(guān)，而秸稈還田量與土層深度之間的互作效應(yīng)可能與秸稈腐解后養(yǎng)分的下滲有關(guān)。

2.3 秸稈還田量對土壤養(yǎng)分分布的影響

由圖2可見，隨著土層深度的增加土壤氮含量迅速降低，其中耕作層（0-40 cm）降低更為明顯，犁底層以下（40-80 cm）氮含量降低較慢。隨著秸稈還田量增加各土層氮含量呈先增加后降低的趨勢，全量還田（S2）條件下各土層氮含量最高。隨著秸稈還田年限的增加，不同還田量土層氮含量差異變大。在秸稈不還田條件下2018年各土層（特別是耕作層）氮含量較2017年下降較大;全量還田和半量還田條件下2年各土層氮含量差異不大。

由圖3可見，不同土層磷含量變化規(guī)律與氮相似，均隨著土層深度的增加磷含量迅速降低。其中，耕作層（0-40 cm）降低更為顯著，犁底層以下（40-80 cm）含量降低較慢。秸稈還田可以增加各土層磷含量，但秸稈1.5倍量還田條件下各土層磷含量低于半量和全量還田。其中，全量還田（S2）條件下各土層磷含量最高，1.5倍量秸稈還田各土層磷含量次之。隨著秸稈還田年限的增加，不同還田量各土層磷差異變大。

2.4 秸稈還田量對耕作層土壤養(yǎng)分的補(bǔ)充作用

秸稈還田可以提高耕作層（0-20 cm）氮、磷含量（表2），0-10 cm和10-20 cm土壤中氮含量在2017年較高的處理分別為S1和S2，但SI與S2處理在相同土層中氮含量無顯著差異，而在連續(xù)2年秸稈還田條件下，S2處理0-10 cm土層氮含量達(dá)1.87 g/kg，較秸稈不還田（SO）處理（1.10 g/kg）提高了70.00%，同時與2017年氮含量無顯著差異;秸稈全量還田（S2）處理時耕作層磷含量最高，連續(xù)2年秸稈全量還田條件下耕作層磷含量達(dá)1.05 g/kg，較秸稈不還田（SO）處理（0.81 g/kg）提高了29.63%，同時與2017年磷含量無顯著差異。

免耕、秸稈還田條件下，耕作層10 cm和20 cm土層氮含量存在顯著差異，20 cm土層氮、磷含量呈現(xiàn)出顯著低于10 cm土層含量的趨勢，這可能主要與免耕種植模式有關(guān)。連續(xù)2年秸稈還田后耕作層10 cm和20 cm土層氮含量差異降低，2018年SI、S2、S3處理10 cm較20 cm土層氮含量分別提高了23.29%、34.53%、65.05%，較1年還田處理（56.10%、54.03%和81.19%）差異明顯降低。而磷含量方面表現(xiàn)出相反的趨勢，連續(xù)2年秸稈還田擴(kuò)大了10cm和20 cm土層之間的磷含量差異。

2.5 秸稈還田量對土壤養(yǎng)分的滲漏影響

秸稈還田基本不會顯著影響犁底層以下（60-80 cm）氮、磷含量（表3）。秸稈不還田（SO）及連續(xù)2年秸稈全量（S2）和1.5倍量（S3）還田處理可以顯著降低60 cm土層氮含量，還田2年后（2018年）較還田1年后（2017年）分別降低27.94%、9.72%、24.66%。在不還田條件下連續(xù)種植2年水稻使得80 cm土層磷含量顯著升高，而連續(xù)2年秸稈1.5倍量（S3）還田處理則會顯著降低60-80 cm土層的磷含量。

3 小結(jié)與討論

秸稈還人農(nóng)田后土壤表層有機(jī)質(zhì)明顯增加，同時通過長期秸稈還田可增加土壤中氮、磷、鉀含量，一定程度上緩解氮、磷、鉀肥比例失調(diào)等問題[24.25]。節(jié)約了化肥的使用，降低了生產(chǎn)投入。本試驗(yàn)主要在免耕、油稻兩熟制條件下，研究不同油菜秸稈還田量對秸稈腐解規(guī)律和土壤養(yǎng)分分布的影響。

3.1 秸稈還田后腐解規(guī)律

油菜秸稈存在角質(zhì)層，使得秸稈質(zhì)地更加堅硬，還田后腐解速度較麥稻類秸稈更為緩慢[26]。趙勇等[27]研究發(fā)現(xiàn)，油菜秸稈還田60 d后，土壤的肥力才會明顯提高，同時其纖維素酶活性明顯增強(qiáng)。秸稈還田后緩慢分解的過程就是秸稈腐解微生物分解秸稈的過程，需要秸稈分解微生物的大量繁殖。這一過程需要以碳素為能源、以氮素為營養(yǎng)[28]。同時秸稈分解速率又受土壤微生物數(shù)量及種群的影響[29]。因此在土壤養(yǎng)分供應(yīng)和微生物群落相同的條件下，秸稈還田量的多少對秸稈的腐解速率非常重要。本試驗(yàn)條件下，不同秸稈還田量不會影響秸稈的腐解速率和規(guī)律。在水稻全生育期內(nèi)（移栽后140 d）不同還田量的秸稈均可以腐解45%左右，但是過量還田（1.5倍量）條件下秸稈的最終腐解率最低。這可能與過量秸稈條件下土壤養(yǎng)分供應(yīng)不足，導(dǎo)致秸稈腐解微生物活動變緩所致。還田后油菜秸稈腐解規(guī)律均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，主要是由于前期水稻處于淹水分蘗期，充足的水分浸泡和土壤肥料供應(yīng)有利于秸稈的快速腐解。而水稻移栽30 d左右需要排水曬田，同時還田秸稈中剩余的多是難分解的纖維素、木質(zhì)素類，所以還田后40-60 d腐解率降低較大。

3.2 秸稈還田對土壤養(yǎng)分供應(yīng)的影響

還田量在一定范圍內(nèi)時，秸稈腐解率和腐解速度、土層活性有機(jī)碳比重、土壤碳礦化速率和累積礦化量等均可隨著還田量的增加而增加[17];鄭洪兵等[30]發(fā)現(xiàn)，秸稈還田量由0.5倍增加至4.0倍時，土壤全氮、水解氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量隨秸稈還田量的增加而提高。高金虎等[31]研究發(fā)現(xiàn)，全氮含量隨著秸稈還田量的增加而提高，而硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量卻表現(xiàn)為隨著秸稈還田量的增加而減少。因川東丘陵稻區(qū)土壤鉀含量充足，本試驗(yàn)系統(tǒng)研究了連續(xù)秸稈還田對耕層土壤氮、磷含量的補(bǔ)償作用，及其不同深度土壤的氮、磷分布。發(fā)現(xiàn)隨著秸稈還田量增加各土層氮、磷含量均呈先增加后降低趨勢，全量還田（S2）條件下耕作層氮、磷含量最高。增加秸稈還田年限，不同還田量土層氮含量差異變大;而磷含量變化不大?？梢娺B續(xù)秸稈還田對耕作層氮素的補(bǔ)充效應(yīng)較強(qiáng)。同時連續(xù)免耕和秸稈還田可以降低耕作層內(nèi)部氮含量的差異，有利于耕作層土壤養(yǎng)分向更加均一性發(fā)展。

3.3 秸稈還田對土壤養(yǎng)分滲漏的影響

水稻生產(chǎn)中化肥的投入量大，但利用率低[32]。水稻的氮肥吸收利用率平均為20.0% -35.0O%[33]。過多的氮肥隨地表徑流和滲漏作用進(jìn)入水體，也導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染加重[34.35]。作物秸稈還田后養(yǎng)分緩慢釋放，可以起到緩釋肥的相似作用，能提高化肥利用率，減少氮、磷的損失污染及浪費(fèi)。本試驗(yàn)中連續(xù)2年秸稈全量和1.5倍量還田處理可以顯著降低60 cm土層氮含量，連續(xù)2年秸稈1.5倍量還田處理則會顯著降低60-80 cm土層的磷含量;而不還田條件下犁底層以下土壤磷含量會顯著升高。因此長期秸稈還田可以減少犁底層以下氮、磷含量，有利于減少養(yǎng)分的滲漏損失，降低資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

秸稈還田量的變化通過影響土壤理化狀況，進(jìn)而影響作物生長。因此，秸稈還入田中量的多少對作物生長及產(chǎn)量非常重要。本研究條件下油菜秸稈全量還田，其最終腐解率最高，對耕作層土壤養(yǎng)分的補(bǔ)償作用較優(yōu)，同時可以減少養(yǎng)分的滲漏損失。

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作者簡介：黃乙瓊（1999-），女，四川雅安人，在讀本科生，研究方向?yàn)檗r(nóng)學(xué)，（電話）13408351129（電子信箱）2750818295@qq.com;通信作者，胡運(yùn)高，男，四川三臺人，研究員，主要從事水稻遺傳育種T作，（電子信箱）swust.rri@163.com。