油菜·小麥秸稈在稻田土壤中腐解及養(yǎng)分釋放特征

黃 晶，段轉(zhuǎn)寧，馬 鵬，任品安，陶詩順

(西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽 621010)

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油菜·小麥秸稈在稻田土壤中腐解及養(yǎng)分釋放特征

黃 晶，段轉(zhuǎn)寧，馬 鵬，任品安，陶詩順

(西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽 621010)

[目的]探明川東北丘陵區(qū)油菜、小麥秸稈在稻田土壤中腐解及養(yǎng)分釋放特征，為水稻合理栽培提供理論依據(jù)。[方法]采用尼龍網(wǎng)袋法，以油菜莢殼、油菜莖稈、油菜蔸部和小麥秸稈為試驗材料，研究這4種材料在土壤中腐解及養(yǎng)分釋放特征。[結(jié)果]4種秸稈材料腐解速率均呈現(xiàn)先快后慢，從大到小依次為油菜莢殼、小麥秸稈、油菜莖稈、油菜蔸部，還埋10 d累積腐解率在29.20%～51.70%，還埋100 d 累積腐解率在43.50%～75.80%；不同秸稈材料養(yǎng)分釋放速率亦表現(xiàn)為先快后慢，還埋20 d各材料的碳、氮、磷、鉀釋放率均在30.00%以上，其中鉀素釋放速度最快(平均達98.70%)，還埋100 d累積釋放率從大到小依次為鉀(99.10%)、磷(60.60%)、氮(58.40%)、碳(58.00%)。[結(jié)論]生產(chǎn)上應根據(jù)秸稈腐解規(guī)律及養(yǎng)分釋放規(guī)律制訂合理的水稻栽培管理措施。

作物秸稈；腐解；養(yǎng)分釋放

川東北丘陵區(qū)稻田以油菜或小麥接茬水稻兩熟制為主。長期以來，油菜、小麥秸稈的處置都是一項難題，農(nóng)民焚燒秸稈和政府禁燒矛盾突出。秸稈還田是秸稈綜合利用的重要途徑。研究表明，秸稈還田在資源高效利用、減少環(huán)境污染及培肥地力等方面具有積極作用[1-2]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)機械化水平的提高，油菜、小麥秸稈碎稈直接翻埋還田已成為該區(qū)域秸稈還田的重要方式。這一還田方式與現(xiàn)有其他還田方式相比簡便易行，易被農(nóng)民接受。同時，秸稈翻埋還田還有利于避免秸稈漂浮、堆積而影響農(nóng)事操作等問題。然而，秸稈翻埋還田可能會在一定時期影響土壤的養(yǎng)分平衡，且秸稈在腐解高峰期釋放出的有害物質(zhì)也可能會不同程度地影響水稻生長[3]。因此，生產(chǎn)上必須明確秸稈腐解規(guī)律，以制訂合理的水稻栽培管理措施。筆者研究油菜秸稈不同部位(莢殼、莖桿、蔸部)及小麥秸稈在稻田土壤中腐解及養(yǎng)分釋放規(guī)律，以期為川東北丘陵區(qū)油菜、小麥秸稈翻埋還田條件下水稻合理栽培措施的制訂提供決策依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2015年6～9月在西南科技大學校內(nèi)試驗基地進行。該地耕層土壤(0～20 cm)的基本理化性狀：容重1.5 g/cm3，有機質(zhì)含量13.3 g/kg，有效氮含量89.2 mg/kg，有效磷含量8.0 mg/kg，有效鉀含量63.9 mg/kg，pH 7.1。

1.2試驗材料供試秸稈包括4種不同秸稈材料：①油菜莢殼，油菜脫粒后直接獲取；②油菜莖稈，油菜收獲后獲取帶分枝的莖稈，經(jīng)機械碾壓后剪至5～8 cm長的節(jié)段；③油菜蔸部，油菜收獲后將其蔸部拔出，洗凈晾干；④小麥秸稈，經(jīng)機械碾壓后剪至5～8 cm長的節(jié)段。供試秸稈材料的養(yǎng)分含量見表1。

表1　供試秸稈的基本養(yǎng)分含量

1.3樣品處理稱取各試驗材料置于烘箱內(nèi)于105 ℃烘至恒重。選取30 cm×25 cm尼龍網(wǎng)袋，每袋分別裝入不同秸稈材料50.0 g，扎實袋口。每種材料各30袋，于6月4日將所有材料埋入稻田5～15 cm的土層內(nèi)。稻田的施肥及灌溉管理措施與常規(guī)稻田管理相同，但為了防止作物串根，不栽植水稻，嚴防雜草滋生。各材料埋入稻田土壤后至100 d，每10 d取樣1次，每次每種材料各挖取3袋。取出被埋秸稈后，用自來水反復沖洗干凈，置于105 ℃烘箱內(nèi)烘干，稱重，待測。

1.4測定項目與方法將樣品烘干后計算秸稈腐解率。計算方法見式(1)：

(1)

分別對原始秸稈材料和第2、4、6、8、10次取樣的秸稈材料進行全碳、全氮、全磷和全鉀含量測定，計算被埋秸稈在不同時期的養(yǎng)分累積釋放率。計算方法見式(2)：

養(yǎng)分累積釋放率(%)=

(2)

秸稈全碳與全氮含量采用元素分析儀(型號：Vario EL CUBE；生產(chǎn)商：德國元素分析系統(tǒng)公司)測定；全磷與全鉀含理分別采用鉬銻抗比色法與火焰光度法測定[4]。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)均采用 DPS 軟件和 Excel 軟件進行統(tǒng)計分析。采用最小顯著差數(shù)法(LSD)檢驗試驗數(shù)據(jù)的差異顯著性水平(P<0.05)。

2　結(jié)果與分析

2.1不同秸稈材料腐解特征從圖1可以看出，各秸稈材料腐解速率的上升整體表現(xiàn)為先快后慢。其中油菜莢殼還埋10 d后秸稈殘留量僅為24.13 g，腐解率達到51.70%，與原始材料重量差異顯著(P<0.05)，10～40 d變化不顯著，還埋50 d腐解率達到64.10%，還埋100 d達到75.80%。油菜莖桿各時期腐解率均低于油菜莢殼，但基本趨勢一致；還埋10 d 后秸稈殘留量與原始材料達到顯著性差異(P<0.05)，腐解率為35.00%，還埋50 d腐解率達到43.90%，還埋100 d腐解率達到54.00%。油菜蔸部各還埋時期累積腐解率均為各材料中最低，還埋10 d腐解率為29.20%，還埋50 d達到34.90%，還埋100 d達到43.50%。小麥秸稈各還埋時期腐解率低于油菜莢殼，但整體高于油菜莖稈，還田10 d為33.50%，還田50 d為53.30%，還田100 d則達到69.10%。綜上，各秸稈材料均在前10 d腐解最快，腐解率為29.20%～51.70%；腐解速率從大到小依次為油菜莢殼、小麥秸稈、油菜莖稈、油菜蔸部，100 d 腐解率為43.50%～75.80%。

圖1　不同秸稈材料腐解率變化情況Fig.1　Characteristics of decomposition rate of different crop straws

2.2不同秸稈材料養(yǎng)分釋放特征經(jīng)測定，各秸稈材料全碳含量約為19.60～21.40 g。從圖2可以看出，不同秸稈碳累積釋放速率表現(xiàn)不一致，但整體上均表現(xiàn)為先快后慢；各秸稈材料還埋后20 d碳釋放速率最快，不同材料碳累積釋放率從大到小依次為油菜莢殼(51.00%)、小麥秸稈(37.50%)、油菜莖稈(34.40%)、油菜蔸部(30.80%)；還埋20 d后，各秸稈材料碳釋放速率逐漸減緩；經(jīng)過100 d還埋后，油菜莢殼的碳累積釋放率仍為最高，達73.50%，油菜蔸部的碳累積釋放率仍為最低，僅41.30%。

圖2　不同秸稈材料碳釋放特征Fig.2　Characteristics of C release of different crop straws

經(jīng)測定，各秸稈材料全氮含量為0.20～0.30 g。從圖3可以看出，與碳釋放趨勢類似，各秸稈材料氮釋放也表現(xiàn)為先快后慢；各材料在還埋20 d氮累積釋放率在30.00%～49.60%，從大到小依次為油菜莢殼(小麥秸稈)、油菜莖稈、油菜蔸部；油菜莢殼與小麥秸稈氮累積釋放率在還埋前60 d較為接近；還埋100 d后，各材料的氮素累積釋放率從大到小依次為油菜莢殼(72.00%)、小麥秸稈(67.90%)、油菜莖稈(53.50%)、油菜蔸部(40.30%)。

圖3　不同秸稈材料氮釋放特征Fig.3　Characteristics of N release of different crop straws

經(jīng)測定，各秸稈原材料全磷含量較低，約為0.02～0.04 g。從圖4可以看出，各秸稈材料磷素累積釋放率在還埋后20 d達到33.60%～57.40%，以油菜莢殼釋放率最高，油菜蔸部釋放率最低；隨著還埋時間的推移，各材料累積釋放率不斷升高，但釋放速率減緩；還埋100 d后，各秸稈材料磷素累積排放率從大到小依次為油菜莢殼(76.30%)、小麥秸稈(68.70%)、油菜莖稈(54.00%)、油菜蔸部(43.50%)。

圖4　不同秸稈材料磷釋放特征Fig.4　Characteristics of P release of different crop straws

經(jīng)測定，各秸稈原材料鉀素含量約為0.30～0.60 g。從圖5可以看出，秸稈鉀素釋放特征與其他幾種營養(yǎng)元素有較大差別，主要表現(xiàn)在還埋前20 d各材料鉀素迅速釋放，釋放率均達到98.70%，之后變化不明顯，還埋100 d各材料鉀素平均累積釋放率為99.1%。

圖5　不同秸稈材料鉀釋放特征Fig.5　Characteristics of K release of different crop straws

3　結(jié)論與討論

(1)前人關(guān)于油菜、小麥秸稈還田后腐解及養(yǎng)分釋放特征研究較多[5-6]，然而針對川東北丘陵區(qū)兩熟制稻田的油菜、小麥秸稈還田的相關(guān)研究較少。該研究發(fā)現(xiàn)，不同秸稈材料腐解過程整體上表現(xiàn)為前期快、后期慢的特點，這與前人的研究結(jié)果基本一致[6-8]。各秸稈材料均在還埋10 d內(nèi)腐解最快，然而不同秸稈之間腐解率差異較大，油菜蔸部最低(29.20%)，而油菜莢殼最高(51.70%)；培養(yǎng)100 d后，累積腐解率仍以油菜蔸部最低(43.50%)，油菜莢殼最高(75.80%)，油菜莖稈及小麥秸稈累積腐解率居中。不同秸稈腐解率的不同與秸稈材料結(jié)構(gòu)組織不同有關(guān)[6，9-10]。

(2)不同秸稈材料養(yǎng)分釋放速率與腐解率變化趨勢基本一致，亦均表現(xiàn)為先快后慢。還埋20 d后，各材料的碳、氮、磷、鉀釋放率均在30.00%以上，其中鉀素最快，達到98.70%。主

要原因是秸稈中鉀元素主要以離子態(tài)形式存在，碳、氮、磷主要以有機態(tài)存在而不易分解，釋放速率緩慢[4-5]。各秸稈材料還埋100 d后，4種營養(yǎng)元素累積釋放率從大到小依次為鉀(99.10%)、磷(60.60%)、氮(58.40%)、碳(58.00%)，這與武際等[5]的研究結(jié)果類似。

(3)綜上所述，不同秸稈材料無論是腐解率還是養(yǎng)分釋放率均在還田初期(10～20 d)最快，生產(chǎn)上應根據(jù)秸稈腐解規(guī)律及養(yǎng)分釋放規(guī)律制訂合理的水稻栽培管理措施。如在秸稈快速腐解期，應針對微生物與作物爭氮導致土壤速效氮含量下降的問題[11-13]，適當增施氮肥；此外，秸稈快速腐解期，還應防止有害物質(zhì)積累造成水稻僵苗的問題[3]。由于秸稈還田后鉀素釋放速率較快，且累積釋放率極高，生產(chǎn)上應該減少鉀肥的施用量；以秸稈還田的方式減少鉀肥投入，不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且對農(nóng)田鉀素可持續(xù)利用具有重要意義[14]。

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Decomposition and Nutrient Release Characteristics of Rapeseed and Wheat Straws Incorporated into Paddy Soil

HUANG Jing, DUAN Zhuan-ning, MA Peng et al

(School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010)

[Objective] This study aims to explore the decomposition and nutrient release characteristics of rapeseed and wheat straws incorporated into paddy soil in the hilly area of northeast Sichuan Province. [Method] With rapeseed pod shell, stem, root and wheat straw as materials, the decomposition and nutrient release characteristics were studied by method of nylon net bag incorporated into paddy soil. [Result] The decomposition rates of 4 materials were much faster at the beginning stage than the end of the experiment, and rapeseed pod shell decomposed fastest, followed by wheat straw, rapeseed stem and rapeseed root. After 10 days of incorporation, the cumulative decomposition rates of the four straws were between 29.20% to 51.70% while those were between 43.50% to 75.80% after 100 days of incorporation. The nutrient release rate also had been found to be much faster at the beginning stage than the end. After 20 days of incorporation, the release rates of nutrient (C, N, P, K) for all the straws were more than 30.00%, and the release rate of K was the highest (an average of 98.70%). After 100 days of incorporation, the sequence of nutrient release rates for all the straws were K (99.10%), P(60.60%), N(58.40%), C(58.00%). [Conclusion] It is necessary to make reasonable management measures for rice cultivation on the basis of crop straw decomposition characteristics and nutrient release.

Crop straw; Decomposition; Nutrient release

國家“十二五”科技支撐計劃重大項目(2013BAD07B13)；綿陽市科技局項目(2015NZ0083)。

黃晶(1987- )，女，四川西充人，講師，博士，從事作物高產(chǎn)高效栽培與農(nóng)田生態(tài)健康研究。

2016-05-31

S 141.4

A

0517-6611(2016)18-139-03