連續(xù)年秸稈還田對土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響

楊曉磊+施儉+王成科

摘要 為了解多年秸稈還田對土壤和作物的影響，本研究在上海市郊區(qū)奉賢、金山和崇明3個區(qū)典型地塊中，連續(xù)3年對秸稈全量還田對土壤的理化性質(zhì)影響進行監(jiān)測，檢測土壤全氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、緩效鉀、容重、有機質(zhì)、pH值和CEC值。結(jié)果表明，秸稈還田后土壤養(yǎng)分有所提高，土壤有機質(zhì)含量提高了4.37%，速效鉀平均提高了4.55%，全氮平均提高了3.59%，秸稈還田后土壤容重值降低了5.79%。土壤固碳（C）量為2 062.06 kg/hm2，秸稈還田后增加的土壤固定N量103.10 kg/hm2，N肥減施量為5.16 kg/hm2。秸稈還田能提高土壤有機質(zhì)，有效培肥土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)。水稻秸稈還田后，小麥產(chǎn)量比對照產(chǎn)量增加4.5%，對作物增產(chǎn)有一定作用。

關(guān)鍵詞 秸稈還田；土壤；養(yǎng)分；作物產(chǎn)量

中圖分類號 S141.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）24-0167-02

作物秸稈是一種寶貴的自然資源，也是量最大的農(nóng)業(yè)廢棄物。研究認為秸稈還田促進秸稈資源循環(huán)利用，增加土壤營養(yǎng)成分，改良土壤結(jié)構(gòu)，使土質(zhì)疏松、孔隙度增加、容重減輕，促進微生物活力和作物根系發(fā)育[1-3]。通過秸稈還田能避免秸稈焚燒造成資源浪費和環(huán)境污染，改善作物品質(zhì)，提升耕地綜合生產(chǎn)能力，對促進保護農(nóng)田環(huán)境、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收具有十分重要的意義[4]。農(nóng)作物秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和纖維物質(zhì)，在歸還農(nóng)田后，經(jīng)過一段時間腐熟作用，秸稈里養(yǎng)分迅速礦化，并積累在耕層，滿足作物生長的需要[5]。

1 研究方法

1.1 試驗地概況

在奉賢區(qū)莊行鎮(zhèn)、金山區(qū)廊下鎮(zhèn)和崇明區(qū)城橋鎮(zhèn)試驗基地開展2010—2013年秸稈連續(xù)全量還田小區(qū)試驗。試驗點為常年種植稻麥輪作。秸稈還田前，土壤樣品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在3個監(jiān)測點進行，即奉賢、金山和崇明。設(shè)2個處理，分別為秸稈全量還田（A）和無秸稈還田對照（CK）。3次重復(fù)，小區(qū)面積為666.7 m2。

平均秸稈還田量干重為7 470 kg/hm2，留茬10 cm左右，將秸稈切成長10～15 cm的小段，均勻鋪撒在田間，進行2～3次耕翻耙平。各監(jiān)測點秸稈還田量見表2。

1.3 樣品采集

在水稻收獲時，在秸稈還田前和第3年秸稈腐熟后小麥種植前分別進行2次樣品采集，土壤采集按照“S”形多點取土樣，用四分法將土樣縮分至1 kg土樣待測。

1.4 檢測方法

將樣品在實驗室自然風干后，剔除石塊和植物殘渣等雜物，過60目篩后進行分析。土壤有機質(zhì)測定用重鉻酸鉀氧化法，全氮采用半微量開氏消煮法測定，有效磷采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法，速效鉀采用火焰光度計比色法，陽離子交換量測定采用EDTA-乙酰胺鹽交換法[6]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2003進行統(tǒng)計分析，用SPSS 17.0進行方差分析和相關(guān)性分析。

1.6 計算公式

土壤固碳量（kg/hm2）=（年終有機質(zhì)含量-年初有機質(zhì)含量）×2 250 000/（1 000×1.724）

式中，2 250 000表示每公頃耕層20 cm土壤的干重為2 250 t，1 000為土壤有機質(zhì)含量的單位g/kg轉(zhuǎn)化為kg/kg，1.724為土壤有機質(zhì)與其有機碳量的換算系數(shù)。

秸稈還田增加的土壤固定N量（kg/hm2）=土壤固碳量/20；

N肥減施量（kg/hm2）=土壤固定N量×5%。

式中，20表示土壤有機質(zhì)C∶N=20∶1；5%表示土壤有機N平均礦化率[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對土壤養(yǎng)分含量的影響

3個監(jiān)測點的土壤樣品檢測結(jié)果與開展秸稈還田前相比，秸稈還田腐熟后土壤養(yǎng)分含量有所增加，秸稈還田后土壤養(yǎng)分含量有所增加，有機質(zhì)增加0.82～1.05 g/kg，全氮增加0.03～0.11 g/kg，有效磷增加0.46～0.64 mg/kg，速效鉀增加2.84～9.94 mg/kg，pH值變化為-0.06～0.06，CEC值增加0.44～0.88 cmol/kg，土壤容重變化為-0.07～-0.06 g/cm3，從土壤特征理化性狀分析，土壤地力有所提升（表3）。

土壤有機質(zhì)是反映土壤肥力狀況的重要指標，將對照與秸稈還田土壤比較，秸稈還田土壤有機質(zhì)含量比對照土壤有機質(zhì)含量平均提高了4.37%，秸稈還田對有機質(zhì)提升有較好的效果。大多數(shù)研究表明，秸稈添加增加了土壤碳源輸入，在一定范圍內(nèi)，隨著秸稈還田量和時間的增加，可顯著提升表層土壤有機質(zhì)含量[8-11]。

土壤養(yǎng)分含量和陽離子交換量是衡量土壤保肥能力的重要指標。土壤養(yǎng)分含量越高，陽離子交換量越大，土壤的保肥能力越大[12]。由圖1所示，秸稈還田后對土壤養(yǎng)分有較大幅度的提高，土壤速效鉀平均提高了4.55%，全氮平均提高了3.59%，有效磷平均提高2.90%，CEC值平均升高3.89%。秸稈中鉀含量本身較為豐富，同時秸稈添加對作物吸收氮素起著積極作用，減少氮素淋洗損失，增加氮素利用率，提高氮素有效性[13]。土壤容重是土壤水、肥、氣、熱協(xié)調(diào)的指標，稻田耕層土壤容重一般在1.0～1.2 g/cm3范圍最為理想[12]。由試驗結(jié)果表明，秸稈還田土壤容重值降低了5.79%。

2.2 秸稈還田對耕地地力的影響

2.2.1 稻田秸稈還田減少施氮量。根據(jù)土壤有機質(zhì)的增加量，估算秸稈還田的土壤固碳量。由土壤化驗結(jié)果，項目實施前土壤有機質(zhì)平均含量為26.59 g/kg，項目實施后無秸稈還田土壤有機質(zhì)平均含量為27.19 g/kg，秸稈還田土壤有機質(zhì)平均含量為28.09 g/kg，代入上述公式得出土壤固碳（C）量分別為783.06、1 957.66 kg/hm2，項目實施后增加的土壤固定N量分別為39.15、97.88 kg/hm2，N肥減施量分別為1.96、4.89 kg/hm2（表4）。endprint

2.2.2 秸稈還田增加的土壤鉀量。計算方法如下：稻田秸稈還田增加的土壤中鉀含量（kg/hm2）=秸稈含鉀量×秸稈還田量（干重）。

按照平均秸稈還田量7 470 kg/hm2計算，稻草含鉀量為1.5%，秸稈還田可以增加土壤K量112.05 kg/hm2。

2.3 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

據(jù)監(jiān)測點統(tǒng)計（表5），水稻秸稈還田后種植小麥，平均產(chǎn)量5 347.95 kg/hm2，比對照增產(chǎn)230.2 kg/hm2，增幅4.5%，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量比對照好。按照小麥收購價0.8元/kg計算，平均增收184.16元/hm2。同時，由于減少化肥投入約60元/hm2，共計節(jié)本增收244.16元/hm2。由此可見，秸稈還田后，能夠略增加后茬作物的產(chǎn)量，而且也能改善作物品質(zhì)，秸稈中含有植物所需要的大量營養(yǎng)成分，這就為農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)提供了前提條件。大量研究表明，秸稈還田能有效提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，增加作物產(chǎn)量[14-16]。

3 結(jié)論與討論

秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的肥料來源和潛在的碳庫能源，秸稈還田能提升土壤有機質(zhì)含量和質(zhì)量，增加速效養(yǎng)分含量和土壤氮素有效性，對培肥土壤和改善農(nóng)田環(huán)境有長遠作用。本研究表明，通過3年秸稈還田，土壤有機質(zhì)含量比對照土壤有機質(zhì)含量平均提高了4.37%，土壤養(yǎng)分有較大幅度的提高，速效鉀平均提高了4.55%，全氮平均提高了3.59%，有效磷平均提高2.90%，CEC值平均升高3.89%。特別是秸稈還田后土壤容重值降低了5.79%。

秸稈還田是增加農(nóng)田土壤碳庫的主要途徑，秸稈還田補充了大量土壤碳源，不僅可使退化土壤得到恢復(fù)，增加土壤肥力，提高作物生產(chǎn)力，而且是有效減排CO2的廉價途徑。本研究中，連續(xù)3年秸稈還田后，土壤固碳（C）量為1 957.66 kg/hm2，秸稈還田后增加的土壤固定N量97.88 kg/hm2，N肥減施量為4.89 kg/hm2。秸稈中鉀素含量較高，秸稈還田可減少鉀肥的施用，秸稈還田可以增加土壤K量112.05 kg/hm2。秸稈還田可減少化肥使用量，是實現(xiàn)化肥零增長目標的有效途徑。

水稻秸稈還田后種植小麥，平均產(chǎn)量為5 347.95 kg/hm2，較秸稈不還田增產(chǎn)230.2 kg/hm2，增幅4.5%左右，平均增收184.16元/hm2。同時，減少化肥投入約60元/hm2，共計節(jié)本增收244.16元/hm2。

4 參考文獻

[1] 姜潔，陳宏，趙秀蘭.農(nóng)作物秸桿改良土壤的方式與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國農(nóng)學通報，2008，24（8）：420-423.

[2] 武志杰，張海軍，許廣山，等.玉米秸稈還田培肥土壤的效果[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2002，13（5）：539-542.

[3] 戰(zhàn)秀梅，彭靖，李秀龍，等.耕作及秸稈還田方式對春玉米產(chǎn)量及土壤理化性狀的影響[J].華北農(nóng)學報，2014，29（3）：204-209.

[4] 劉娣，范丙全，龔明波.秸稈還田技術(shù)在中國生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用[J].中國農(nóng)學通報，2008，24（6）：404-406.

[5] 姜潔，陳宏，趙秀蘭.農(nóng)作物秸桿改良土壤的方式與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國農(nóng)學通報，2008，24（8）：420-423.

[6] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

[7] 梁金鳳，郭寧，于躍躍，等.北京地區(qū)玉米秸稈還田對土壤培肥及增產(chǎn)效應(yīng)的研究[J].中國農(nóng)技推廣，2016，32（10）：43-47.

[8] SAFFIH-HDADI K，MARY B.Modeling consequences of strawresidues export on soil organic carbon[J].Soil Biology &Biochemistry，2008，40（3）：594-607.

[9] LOU Y L，XU M G，WANG W，et al.Return rate of straw residueaffects soil organic C sequestration by chemical fertilization[J].Soil & Tillage Research，2011，113（1）：70-73.

[10] 曾木祥，張玉潔.秸稈還田對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，1997（1）：1-7.

[11] 王海景，康曉東.秸稈還田對土壤有機質(zhì)含量的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2009，37（10）：42-45.

[12] 湯文光，肖小平，唐海明，等.長期不同耕作與秸稈還田對土壤養(yǎng)分庫容及重金屬Cd的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2015，26（1）：168-176.

[13] 強學彩.秸稈還田量的農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學，2003.

[14] 李朝蘇，湯永祿，黃鋼，等.麥稻輪作區(qū)周年耕作模式對作物產(chǎn)量和土壤特性的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2012，25（3）：786-791.

[15] 游東海，田霄鴻，把余玲，等.小麥-玉米輪作體系中秸稈還田方式對土壤肥力及作物產(chǎn)量的影響[J].西北農(nóng)林科技大學學報，2012，40（7）：167-172.

[16] 余延豐，熊桂云，張繼銘，等.秸稈還田對作物產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2008，47（2）：169-171.endprint