不同方式秸稈還田對(duì)土壤呼吸的影響

王曉飛，李志洪，郭夢(mèng)橋，肖 宇，潘 靜

(1.黑龍江省科學(xué)院大慶分院，黑龍江大慶163319;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130118)

有機(jī)質(zhì)是土壤微生物生命活動(dòng)的能源，可以提高微生物多樣性及其活動(dòng)性，從而有助于改良以及保持土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)狀態(tài)［1－2］。有機(jī)質(zhì)含量顯著影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)［3］。研究土壤有機(jī)質(zhì)的保持對(duì)于今后的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。大量的研究表明，秸稈中除含有豐富的N、P、K和有機(jī)碳養(yǎng)分外，還可提供相當(dāng)數(shù)量的中量、微量元素和氨基酸、核酸、糖、維生素等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分［4］;秸稈還田能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量;秸稈分解釋放CO2，促進(jìn)土壤微生物體固持或礦化釋放無機(jī)氮，最終形成土壤有機(jī)質(zhì)［5－7］;秸稈還田還能刺激土壤微生物活性，為微生物提供生活的基質(zhì)，增加土壤微生物量［8］。但是，以往的秸稈還田技術(shù)多數(shù)將秸稈施在土壤的表層，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)的加速礦化，土壤養(yǎng)分得不到積累，下層土壤得不到更多的養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤質(zhì)量越來越差，植物根系下扎困難［9］。通過在燒杯和土柱中加入大量的秸稈來模擬秸稈還田，筆者分析了不同層次土壤加入粉碎的秸稈后CO2的釋放情況，揭示土壤有機(jī)質(zhì)礦化速度，為秸稈還田快速培肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料 供試土壤采自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)以南的耕地黑土，分別采取0 ～20、20 ～40、40 cm 三個(gè)層次，分別用 A、B、C來表示。供試土壤是位于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)南部的黑土耕地，種植玉米，前茬玉米。A層土壤全氮1.15 g/kg，全磷0.35 g/kg，堿解氮 120 mg/kg，pH 6.27，有機(jī)質(zhì)含量 21.48 g/kg;B層土壤全氮1.05 g/kg，全磷0.31 g/kg，堿解氮115 mg/kg，pH 6.40，有機(jī)質(zhì)含量 20.26 g/kg;C 層土壤全氮 1.21 g/kg，全磷0.25 g/kg，堿解氮 110 mg/kg，pH 6.51，有機(jī)質(zhì)含量 10.04 g/kg。試驗(yàn)所用的有機(jī)物料為粉碎的玉米秸稈。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在500 ml燒杯中分別裝入A、B、C土壤以及相當(dāng)于土重4%和8%的粉碎秸稈，用硫酸銨調(diào)節(jié)碳氮比，分別在通氣和不通氣的條件下放入25℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，同時(shí)注意補(bǔ)充水分。分別在第4、10、20、35、55、80、90、100 天測(cè)定CO2釋放量。另外，在土柱培養(yǎng)中，將混合好的土壤放入長(zhǎng)30 cm的土柱中，每層10 cm。7個(gè)處理的土柱中從上到下分別為空白對(duì)照ABC、Ⅰ處理(A+R)BC、Ⅱ處理A(B+R)C、Ⅲ處理AB(C+R)、Ⅳ處理A(A+R)B、Ⅴ處理AA(A+R)、Ⅵ處理AA(B+R)、Ⅶ處理B(C+R)C。其中，+R代表加入4%的秸稈，A、B、C分別代表上、中、下三層土壤。土柱培養(yǎng)中，要注意控制土壤容重。

1.3 分析方法 土壤氮、磷、鉀采用常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)定［10］;土壤pH用pH計(jì)直接測(cè)定;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定;全氮采用半微量開氏法消煮，凱氏定氮儀測(cè)定;全磷采用HClO4-H2SO4法測(cè)定;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;CO2采用堿液隔離法［11］測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 A層土壤按照不同方式加入秸稈后對(duì)土壤呼吸的影響 由圖1可知，在燒杯培養(yǎng)中A層土壤加入8%秸稈且處于通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最高，加入4%秸稈且處于不通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最低，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤各個(gè)處理CO2釋放量降低，從培養(yǎng)當(dāng)日至第35天土壤CO2釋放量下降幅度較大，即4～10 d A+4%通氣、A+4%不通氣、A+8%通氣、A+8%不通氣處理分別下降40%、20%、10%、23%，10～20 d各個(gè)處理CO2釋放量分別比上一階段降低了57%、72%、73%、63%，20～35 d CO2釋放量分別比上一階段降低了42%、50%、52%、51%，35 d以后各個(gè)處理CO2釋放量均處于較低水平。

2.2 B層土壤按照不同方式加入秸稈后對(duì)土壤呼吸的影響由圖2可知，在燒杯培養(yǎng)中B層土壤加入8%秸稈且處于通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最高，加入4%秸稈且處于不通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最低，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤各個(gè)處理CO2釋放量降低，從培養(yǎng)當(dāng)日至第35天土壤CO2釋放量下降幅度較大，即4～10 d B+4%通氣、B+4%不通氣、B+8%通氣、B+8%不通氣處理分別下降51%、42%、14%、23%，10～20 d各個(gè)處理CO2釋放量分別比上一階段降低了54%、50%、68%、61%，20～35 d CO2釋放量分別比上一階段降低了43%、52%、54%、53%，35 d以后各個(gè)處理CO2釋放量均處于較低水平。

2.3 C層土壤按照不同方式加入秸稈后對(duì)土壤呼吸的影響 由圖3可知，與A、B兩層土壤相比，C層土壤CO2釋放量的變化有所不同。在4～10 d CO2釋放量不是降低而是有所上升;在10 d以后，CO2釋放量下降，與前兩種土壤規(guī)律相近。在燒杯培養(yǎng)中，C層土壤加入8%秸稈且處于通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最高，加入4%秸稈且處于不通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最低，4～10 d C+4%通氣、C+4%不通氣、C+8%通氣、C+8%不通氣處理分別上升12%、4%、6%、2%，10～20 d各個(gè)處理CO2釋放量分別比上一階段降低了78%、68%、71%、69%，20～35 d CO2釋放量分別比上一階段降低了45%、48%、50%、52%，35 d以后各個(gè)處理CO2釋放量均處于較低水平。

2.4 土柱中不同處理CO2釋放量變化 由圖4可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤各個(gè)處理的CO2釋放量降低，從培養(yǎng)當(dāng)日至第35天土壤CO2釋放量下降幅度較大，即4～10 d各處理分別下降 54.1%、51.2%、42.1%、37.3%、33.3%、27.4%、28.3%，10～20 d各個(gè)處理 CO2釋放量分別降低了37.1%、37.3%、53.0%、52.9%、62.16%、47.07%、50.2%，20～35 d CO2釋放量分別降低了 61.5%、48.6%、33.9%、57.5%、35.7%、45.9%、22.3%，35 d 以后各個(gè)處理 CO2釋放量均處于較低水平。從圖中還可以看出，不同處理同一時(shí)期CO2釋放量不同，其中處理Ⅰ和處理Ⅳ最高，其次是處理Ⅱ、處理Ⅴ，最后是處理Ⅵ和處理Ⅶ。

3 結(jié)論與討論

秸稈還田可以使土壤養(yǎng)分增加，但是所加入的秸稈并不能全部轉(zhuǎn)化為土壤的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。主要的損失途徑就是以CO2的形式釋放到空氣中。在一般情況下，作物秸稈以碳占絕大部分，直接施入土壤會(huì)刺激微生物迅速繁殖，導(dǎo)致大量土壤有效氮被暫時(shí)固定。因此，在生產(chǎn)中，秸稈還田往往要配施一定數(shù)量的氮肥，使得秸稈物料的C/N達(dá)到一定的數(shù)值［12］。

試驗(yàn)證明，不同形式的秸稈還田土壤的CO2釋放量是有所不同的，但是整體的趨勢(shì)一致，在第4～35天CO2釋放量的下降幅度最大，土柱培養(yǎng)中4～10 d各處理下降范圍為28.3% ～54.1%，10～20 d各個(gè)處理的CO2釋放量降低范圍為37.1% ～62.16%，在第20～35天CO2釋放量的降低范圍為22.3% ～61.5%，35 d以后各個(gè)處理的CO2釋放量均處于較低水平。由于較深土層通氣性較低，分解轉(zhuǎn)化變緩，更利于有機(jī)質(zhì)的積累［8］。不同處理同一時(shí)期的CO2釋放量不同，其中Ⅰ處理和Ⅳ處理最高，其次是Ⅱ處理、Ⅴ處理，最后是Ⅵ處理和Ⅶ處理。

在燒杯培養(yǎng)中A、B兩層的土壤CO2釋放量一直降低，但是C層土壤有所不同，0～4 d呈上升趨勢(shì)。這主要是由于C層土壤為母質(zhì)土壤，其土壤結(jié)構(gòu)性差，微生物量少且活性低，當(dāng)加入秸稈以后微生物有了充足的養(yǎng)分，數(shù)量與活性增加，分解有機(jī)物的能力也隨之增加。所以，在10 d以后CO2釋放量達(dá)到最大值。另外，隨著加入秸稈量的增大，CO2的釋放量也在增加。

［1］PEVERILL KI，JUDSON GJC.Soil Analysis.An Interpretation Manua［M］.Collingwood:Australian Soil and Plant Analysis Council Inc，1999:319 －323.

［2］SOMBROEK WG，NACHTERGAELE FO，HEBEL A.Amounts，dynamo 2 ics and sequestering of carbon in tropical and subtropical soils［J］.Am Bio，1993，22:417 －425.

［3］孫星，劉勤，王德建，等.長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)剖面土壤肥力質(zhì)量的影響［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16(3):587 －592.

［4］吳東旭.現(xiàn)階段中國(guó)耕地的現(xiàn)狀、分類及保護(hù)措施［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2009(5):30 －32.

［5］周衛(wèi)軍，王凱榮，劉鑫.有機(jī)物循環(huán)對(duì)紅壤稻田土壤N礦化的影響［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2004，23(1):39 －43.

［6］楊景成，韓興國(guó)，黃建輝，等.土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)田管理措施的動(dòng)態(tài)響應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23(4):787 －796.

［7］胡喜巧，楊文平，陳翠玲.玉米秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分及小麥產(chǎn)量的影響［J］.河南科技學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013(1):6 －8.

［8］強(qiáng)學(xué)彩，袁紅莉，高旺盛.秸稈還田量對(duì)土壤CO2釋放和土壤微生物量的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15(3):469 －472.

［9］矯麗娜，李志洪，殷程程，等.高量秸稈不同深度還田對(duì)黑土有機(jī)質(zhì)組成和酶活性的影響［J/OL］.土壤學(xué)報(bào)，http://www.cnki.net/kcms/detail/10.11766/trxb20140312016.html.

［10］LIU X H，WANG A L，GAO W S.Summarize of the domestic and oversea research of crop in corporation［M］//LIU X H，GAO W S，ZHU W S.The Mechanism and Technological Pattern of Crop Incorporation.Beijing:China Agricultural Press，2001:55 －61.

［11］陳素英，胡春勝.太行山前平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸速率的研究［J］.生態(tài)農(nóng)業(yè)研究，1997，5(2):44 －48.

［12］楊志謙，王維敏.秸稈還田后碳、氮在土壤中的積累與釋放［J］.土壤肥料，1991(5):43 －46.