甘蔗葉不同還田方式對土壤養分的影響

文少白 葛暢 李明 鄒雨坤 侯憲文

摘 要 為減輕秸稈焚燒所帶來的環境問題和充分利用甘蔗葉資源，在大田環境下動態監測甘蔗葉粉碎、焚燒和深埋3種還田方式對土壤養分的影響。結果表明：甘蔗葉粉碎還田和深埋還田有利于甘蔗葉中有機碳及氮、磷、鉀養分的緩慢釋放；甘蔗葉焚燒還田提高了土壤堿解氮含量5.6～20.9 mg/kg和速效磷含量0.8～4.0 mg/kg，促進土壤中氮磷向有效態轉化，焚燒還田初期顯著增加了土壤速效鉀的含量12.3～18.3 mg/kg，但焚燒會損失部分甘蔗葉中碳氮元素，也造成環境污染。綜合分析認為甘蔗葉粉碎還田是比較省工、方便的處理方式。

關鍵詞 還田方式；土壤；甘蔗葉；有效養分

中圖分類號 X712；S158.5 文獻標識碼 A

Effects of Different Returning Field Methods

on Soil Nutrient of Sugarcane Leaf

WEN Shaobai1，2， GE Chang3， LI Ming3， ZOU Yukun1， HOU Xianwen1 *

1 Environment and Plant Protection Institute， CATAS， Haikou， Hainan 571101， China

2 School of Tropical and Laboratory Medicine， Hainan Medical University， Haikou， Hainan 571199， China

3 Institute of agricultural machinery， CATAS， Zhanjiang， Guangdong 524091， China

Abstract In order to make full use of the sugarcane leaf resources and mitigate environmental problems brought by the straw burning， effects of three different sugarcane leaf returning field methods on soil nutrient were dynamically monitored. The results showed that it was helpful for the slow releasing of organic carbon， nitrogen， phosphorus， potassium with the methods of sugarcane leaf crushing returning and deeply burning to field. The method of sugarcane leaf burning and returning to the field increased the content of soil available potassium in the range of 12.3-18.3 mg/kg at the early state， improved the content of alkali-hydrolyzed nitrogen and available phosphorous in the range of 5.6-20.9 mg/kg and 0.8-4.0 mg/kg， respectively， and promoted the transformation of nitrogen and phosphorus in the soil to the effective state. However， sugarcane leaf burning and returning to the field caused the loss of carbon and nitrogen elements of sugarcane leaf and brought pollution to the environment. Comprehensive analysis showed that the leaf crushing and returning to field was the most labor saving and convenient method.

Key words Methods of returning to field； soil； sugarcane leaf； available nutrients

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.008

甘蔗（Saccharum officinarum L.）收獲殘留下來數量巨大的甘蔗葉，一般每公頃可產生6 000～10 500 kg（以15%蔗莖重計算），除部分做飼料及粉碎還田外，國內外對其傳統處理方式是直接田間焚燒，直接利用率不到20%。田間焚燒甘蔗葉時，可有效殺滅草籽、蟲卵及病原菌等，防止下茬作物發生嚴重的病蟲害，而且不需要成本投入[1]。但焚燒甘蔗葉所帶來的弊大于利，養分損失大，也嚴重污染空氣環境。甘蔗葉中N、P、K含量豐富，是一種很好的有機肥源[1-2]。如能充分利用好這部分蔗葉，有助于改善甘蔗地土壤結構和養分循環利用。

長期以來，人們針對秸稈還田問題進行了許多研究[3-5]；將農作物秸稈還田不僅可以減少生產投入，還可以維持土壤有機質含量、并提高土壤肥力和土壤生物活性[6-8]。Giacomini等[9]研究表明，秸稈與土壤混合比覆蓋處理更有利于土壤微生物繁殖和提高土壤活性有機碳含量。劉玲等[10]研究表明，土壤微生物對粉碎還田秸稈的腐殖化作用更強，對土壤有機碳、全氮和微生物碳/氮含量貢獻最大。楊育川等[11]認為小麥留茬粉碎還田比焚燒和立茬更有利于提高作物產量。王囡囡等[12]認為秸稈心土還田對土壤地力提升效果比覆蓋和焚燒的明顯，更利于大豆增產。顯然，作物秸稈的還田效果因方式和類型而差異很大。

目前，甘蔗產區主要采用甘蔗葉焚燒方式，少部分采用覆蓋或翻入耕層還田，隨著農機化程度的不斷提高，甘蔗葉直接粉碎還田面積逐年擴大[13]，在全面提高土壤肥力的同時，也促進產量的持續增加[14-15]。因此，本試驗針對熱區甘蔗葉還田問題，通過在大田環境下秸稈不同還田方式比較試驗對土壤養分的動態變化監測，用以闡明甘蔗葉不同還田方式的還田效果，為甘蔗生產及增產提供理論依據和實踐參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料

甘蔗葉來源于中國熱帶農業科學院農業機械研究所在雷州龍門鎮金星農場甘蔗葉粉碎還田試驗示范基地。甘蔗葉粉碎后碳含量為43.9%，氮含量為1.2%，磷含量為0.13%，鉀含量為0.61%。試驗地土壤基本性質：土壤pH值5.21，土壤有機質含量20.33 g/kg，全氮0.65 g/kg，堿解氮136.32 mg/kg，速效磷8.17 mg/kg，速效鉀124.46 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 本試驗設4個處理：（1）粉碎還田，甘蔗收獲后采用還田機粉碎后均勻施入田間，耕翻整地； （2）焚燒還田，甘蔗收獲后甘蔗葉鋪地曬干焚燒，耕翻整地； （3）深埋還田，甘蔗收獲后開溝（溝寬40 cm、溝深40 cm）埋入甘蔗葉，耕翻整地； （4）不還田處理。3次重復，小區面積為4.5 m ×10 m=45 m2，隨機區組排列。各處理均按全量還田進行處理（每平方米約1.0 kg干重），其中甘蔗葉粉碎還田處理的粉碎程度為小于25 cm的占80%以上。

甘蔗生育期分苗期、分蘗期、伸長期和成熟期，各處理區的田間管理、施肥狀況等條件均一致。基肥施用量為復合肥（15-15-15） 750 kg/hm2，磷肥（12%） 750 kg/hm2，中耕培土期統一追施尿素375 kg/hm2，復合肥（15-15-15） 375 kg/hm2，鉀肥（60%） 375 kg/hm2。在甘蔗生育期按10點法采取0～25 cm土層土壤，充分混勻，將土壤裝入無菌自封袋帶回室內剔除植物殘體和其他雜物。測定不同生育期土壤有機質與有效養分含量，比較不同處理的土壤養分含量的動態變化。

1.2.2 分析方法 土壤有機質測定采用燃燒法（multi N/C-3100， HT-1300），全氮測定采用凱氏定氮法，土壤堿解氮測定采用堿解擴散法，土壤有效磷測定采用NH4F-HCl浸提-鉬藍比色法，土壤有效鉀測定采用NH4OAc浸提-火焰光度法[16]。

1.3 數據處理

采用Excel 2007和SAS9.0分析處理數據，顯著性檢驗采用Duncan新復全距測驗法（LSR）。

2 結果與分析

2.1 甘蔗葉不同還田方式下土壤有機質含量的變化情況

從圖1可以看出，不同還田方式處理區的有機質含量變化有差異，焚燒還田比粉碎還田和對照在苗期平均高出1.05和1.24 g/kg，達顯著差異（p<0.05）；但其他生育期的各處理間差異不顯著。在粉碎還田處理中的土壤有機質含量逐漸升高，苗期之后均比焚燒還田的高，這可能與甘蔗葉粉碎還田后在土壤中的腐解速度慢有關，而焚燒處理產生的生物炭與土壤混合也導致苗期監測值較高。由圖1還可以看出，在粉碎還田處理中的有機質含量在伸長期達到了最高值，高出對照0.79 g/kg，甘蔗葉還田腐解是一個逐漸釋放小分子有機物的過程，能增加土壤的有機質含量，有利于土壤改良，也為甘蔗的高產、穩產奠定了基礎。

2.2 甘蔗葉不同還田方式下土壤全氮、堿解氮含量的變化情況

甘蔗在分蘗期追施尿素后，各處理的土壤中全氮含量均有明顯上升（圖2）。在各生育期的不同還田處理的土壤全氮含量差異不顯著。在甘蔗伸長期后，深埋處理土壤中全氮含量略有降低，可能是采樣所致；其他兩個處理和對照基本不變。甘蔗葉在焚燒過程中會損失大部分氮素，粉碎還田腐解過程中也會損失部分氮素，況且還田甘蔗葉總質量相對較少、氮含量也不高，因此其對土壤中全氮含量的影響不大。

土壤速效氮含量與農作物的生長關系最為密切。堿解氮是土壤的潛在有效氮，最能反映土壤近期內氮素供應情況[16]。試驗結果表明，粉碎和深埋處理土壤中堿解氮含量是持續增加的（圖3），雖然在甘蔗苗期階段甚至比對照低3.2～15.3 mg/kg，但在甘蔗伸長期則比對照高4.0～8.2 mg/kg，甘蔗葉中氮素釋放會增加土壤中堿解氮含量，甘蔗葉分解也會促進土壤氮向有效態轉化，但本試驗的各處理間差異不顯著，可能追肥掩蓋了甘蔗葉還田對土壤堿解氮的影響，也可能與甘蔗葉本身含氮量不多和甘蔗生長吸收等因素有關。焚燒處理土壤中的堿解氮含量在還田初期比其他處理高5.6～20.9 mg/kg，表明甘蔗葉焚燒還田能夠促進土壤中氮素的轉化釋放，有利于提高土壤中堿解氮含量。

2.3 甘蔗葉不同還田方式下土壤速效磷、鉀含量的變化情況

甘蔗葉粉碎處理土壤速效磷含量一直維持在11.1～12.3 mg/kg，受追肥影響在后期略有增加（圖4）。甘蔗葉焚燒處理的土壤中速效磷含量在不同生育期均高于粉碎還田和深埋還田處理0.8～4.0 mg/kg，比對照高1.7～2.8 mg/kg，但本試驗的各處理間差異不顯著。焚燒處理明顯提高了土壤中速效磷含量，可能是焚燒使得甘蔗葉中磷全部釋放到土壤中，也可能是甘蔗葉焚燒影響了土壤中磷的存在形態。

同樣的，焚燒處理使得甘蔗葉中鉀以離子形態全部釋放到土壤中，焚燒也會影響土壤表層中鉀形態的變化，從而影響土壤中速效鉀含量的變化（圖5），在本試驗中的處理間差異不顯著。實施甘蔗葉粉碎還田處理的土壤速效鉀含量在整個生育期為162.9～171.3 mg/kg，呈緩慢增加趨勢，苗期比對照高5.9 mg/kg，之后逐漸升高，說明甘蔗葉中鉀能隨著甘蔗葉分解而緩慢釋放到土壤中，能使土壤中速效鉀在較長時間段內保持較高的水平。粉碎處理的土壤速效鉀含量整體高于深埋處理，可能是深埋還田處理的甘蔗葉分解較慢使得土壤速效鉀含量變化不大，并且深埋處理的甘蔗葉分解釋放的鉀主要是集中在溝內，這也是整個大田環境監測值偏低的一個原因，但作物根系依然能深入溝中利用這部分鉀。

3 討論

作物秸稈處理與還田是當前農業廢棄物資源化研究的熱點。秸稈還田對土壤養分有明顯影響[15]，但對土壤養分的增幅多大，則受還田方式、還田量、氣候、生物量及采樣時間等的影響。前期研究表明，甘蔗葉在大田環境下埋入土壤中180 d，碳、氮、磷、鉀的累積釋放率均在95.0%以上[17]。采用甘蔗葉還田能明顯提高土壤的有機質含量和氮、磷、鉀含量[14，15，18]。

秸稈不同的還田方式對土壤養分及增產效果不同，對溫室氣體排放的影響也有差異。小麥秸稈焚燒初期的土壤速效養分（P、K）高于秸稈直接還田處理，但到收獲時則差異不大[19]。大豆秸稈還田方式試驗表明，對照的耕層（0～20 cm）土壤有機質和氮含量最低，而磷、鉀含量最高；心土還田的白漿層（20～40 cm）土壤堿解氮、全氮、有效磷、全磷和有機質含量最高；各還田處理的淀積層（40～60 cm）土壤氮、磷和有機質含量變化差異較小[12]。覆蓋、焚燒還田和心土還田都提高了大豆產量，而心土還田處理的產量最高[20]。秸稈直接還田的CO2、N2O排放量顯著高于對照、原位焚燒和生物質炭還田處理；生物質炭還田處理的綜合溫室效應（GWP）比直接還田處理顯著降低28.7%，而與對照和原位焚燒差異不顯著[21]。

本研究中甘蔗葉3種方式還田處理的土壤養分均有增加，對土壤養分的影響因時間而異。總體來說，甘蔗葉3種方式還田處理對土壤堿解氮和速效磷、鉀的作用效果較好，但對全氮的影響較小。棉花秸稈還田顯著提高了速效氮、鉀含量，但對速效磷的影響不明顯[22]。秸稈還田對土壤磷素在短期內沒有明顯影響，主要可能是秸稈中磷含量較低，而且秸稈還田后釋放到土壤中的磷大部分以離子形式存在，容易被土壤顆粒吸附和固定，所以秸稈還田后速效磷含量并不能顯著提高。但焚燒處理可能影響了土壤中磷的存在形態，進而影響土壤中有效態含量的變化。

本研究采用的3種還田方式中，粉碎還田操作較容易，但甘蔗葉還田量大，在土壤中分解慢，土壤架空會對出苗和儲水產生一系列影響；深埋還田需要特殊機械，作業較困難、成本大，但甘蔗葉分布集中、分解容易，能全部歸還土中。如果是病蟲害嚴重的甘蔗葉采用上述兩種方式還田，則為病蟲害提供了棲息地，存在減產甚至絕產的風險。秸稈焚燒比直接還田處理的除草效果好，且可減輕部分病蟲害[17]，而且秸稈直接粉碎還田還有增加土傳病害的風險[23]。此外，由于甘蔗葉C/N值較高，在分解過程中易出現與作物爭氮問題。焚燒還田相對操作簡單、無成本，但有機物損失較嚴重而且對環境造成重大污染[24]。各種甘蔗葉還田方式都存在著一系列問題，因此探索一種甘蔗葉最佳的還田方式，充分發揮其在培肥土壤、改良土壤結構、增加產量、保護環境等方面的最大效益是值得長期探討研究的。

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