不同稻殼處理方式對甘薯產量和土壤肥力的影響

劉澤斌

摘要 ? ?為明確稻殼的農業應用方式，開展了不同稻殼處理方式對甘薯產量和土壤肥力的影響試驗，并分析了土壤容重、pH值、有機質、微生物數量和甘薯產量的變化。結果表明，不經過處理的稻殼肥效十分有限，甘薯僅增產2.96%;與沒有碾磨的稻殼相比，單純將稻殼碾磨成粉作肥料無益于過酸土壤改良和土壤容重降低，甘薯只增產5.63%;稻殼碾磨成粉后噴施1%尿素水溶液混勻堆漚可以提高土壤有機質含量，加速稻殼的發酵分解，加快土壤中微生物的繁殖和增長，甘薯增產9.63%，這是優良的稻殼農業應用方式;稻殼炭（灰）能有效降低土壤的容重，明顯改良過酸的土壤，有助于土壤微生物的生長與繁殖，甘薯增產7.99%，因而把稻殼制作成稻殼炭（灰）是一種可取的應用方式;稻殼與雞糞進行堆漚作肥料能顯著改良過酸土壤，促進土壤中微生物的增長和繁殖，從而有效提高土壤肥力水平和平穩供應甘薯各種養分，甘薯產量顯著提高，增產率高達12.31%。在本試驗中，稻殼與雞糞堆漚作肥料是最佳的稻殼農業應用方式。

關鍵詞 ? ?甘薯;稻殼;產量;土壤改良

中圖分類號 ? ?S531;S147.5 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）23-0012-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

我國是世界上水稻主要生產國，2011—2018年連續8年水稻年產量穩定在2億t以上，稻谷平均出殼率為19%～23%，按20%的比例計算，稻殼產量約有4 000萬t[1-2]。然而稻殼作為糧食加工企業的副產品，經常被當作垃圾大量堆放。因此，合理利用稻殼、提高稻殼的利用率、改善稻殼利用效果是目前的當務之急。

稻殼的用途很多。稻殼可以用于制備糠醛、糠醇、木糖、木糖醇等化學品，也可以用于制備吸附劑、去污劑、一次性環保餐具，還可以用于發電廠發電、制作燃料棒、鍋爐燃料、生產飼料、制作白炭黑和活性炭、制作合成各類二氧化硅等。此外，稻殼還可以用于生產涂料、水泥，作清潔劑、絕熱耐火磚、人造木材，用于提取生物活性物質[3]。稻殼粉的水解液可以發酵生產燃料酒精[4]。國外研究人員把稻殼灰酸化后作脂肪酶的載體[5]。

稻殼在農業方面的應用雖然也有報道，如稻殼可以用作肥料，改良土壤[6]，提高農作物品質，提高蔬菜產量[7]，稻殼炭可以用于秧苗;然而如何恰當地對稻殼進行處理使其更合理地為農業生產服務這方面的研究還不多。本文以甘薯（品種為金山57）作為試驗作物，開展了不同稻殼處理方式對土壤肥力和甘薯產量的影響研究，以期尋找稻殼的最佳農業應用方式。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗地概況

試驗地位于福建省南平市建陽區麻沙鎮，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫18.1 ℃，平均無霜期282 d，年均降雨量1 500～1 700 mm。試驗土壤為黃棕壤，質地較為黏重。試驗前對土壤的背景值進行檢測（0～20 cm土層），得到土壤基本理化性質：pH值4.96，容重1.41 g/cm3，有機質21.2 g/kg，全氮1.31 g/kg，全磷0.78 g/kg，全鉀22.12 g/kg，堿解氮110.3 mg/kg，有效磷14.2 mg/kg，速效鉀148.6 mg/kg。

1.2 ? ?試驗材料

供試甘薯品種為金山57。供試肥料為稻殼、尿素、硫酸鉀。

1.3 ? ?試驗設計

試驗設6個處理，各處理設計如表1所示。其中，甘薯團棵期時處理T1（CK）、T2、T3、T5追施尿素120 kg/hm2，處理T4、T6不再施用追肥;薯塊膨大期各處理均追施硫酸鉀180 kg/hm2。每個處理4次重復，共24個小區，隨機區組排列，小區面積為10 m2（1 m×10 m）。小區間設有50 cm的保護行。試驗自2018年5月開始，7月初以甘薯苗作種苗開始種植，11月初收獲測產，并對土壤養分進行測定。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?不同處理對甘薯產量的影響

從表2可以看出，盡管處理T2有施用稻殼，但稻殼處理得過于簡單，與處理T1（CK）相比，產量無顯著差異，這說明不經過處理的稻殼其肥效十分有限。其他處理與處理T1（CK）相比均顯著增產（P<0.05）。其中增幅最高的是處理T6，達到12.31%，其原因可能是因為稻殼與雞糞混合是一種完全肥料，不僅含有大量元素和許多微量元素，而且還含有植物生長所需的激素和多種土壤有益微生物，在其正常分解過程中，平穩地供應植物各種養分，提高了土壤肥力水平。

處理T5將稻殼燃燒成炭（灰），增產效果也很顯著。稻殼炭是生物質炭之一，生物質炭中含有大量植物所需的必需營養元素，除C含量較高外，N、P、K、Ca和Mg的含量也較高[8]。施用生物質炭能夠促進土壤有機質水平的提高[9]。一方面是由于生物質炭能吸附土壤有機分子，通過表面催化活性促進小的有機分子聚合形成土壤有機質;另一方面生物質炭本身極為緩慢的分解過程有助于腐殖質的形成，能夠通過長期作用促進土壤肥力的提高[10]。處理T4、T3都將稻殼碾成粉，這明顯有利于稻殼與土壤的充分接觸，也有利于土壤中微生物（如纖維素酶等）分解稻殼，特別是處理T4中將1%尿素水溶液和少許石灰水與稻殼粉混合，這促進了稻殼的微生物發酵分解。因此，處理T4、T3的增產效果也顯著。

2.2 ? ?不同處理對土壤pH值的影響

從圖1可以看出，處理T2、T3、T4與處理T1（CK）相比差異不顯著，這說明無論是將未經碾磨、完整的稻殼施入土壤，還是把稻殼碾磨成稻殼粉施入土壤或是將稻殼粉加尿素水發酵后施入土壤，對于酸性土壤的改良效果都不顯著。處理T5、T6與處理T1（CK）差異顯著，這表明處理T5、T6對于酸性土壤的改良效果顯著。其中，處理T5將稻殼燃燒成稻殼炭（灰），稻殼炭屬于生物質炭的一種，生物質炭一般呈堿性[11]，且裂解溫度越高，pH值越高[12]。生物質炭之所以呈堿性，是因其含有一定量灰分，礦質元素如鈉、鉀、鈣、鎂等以氧化物或碳酸鹽的形式存在于灰分中，溶于水后呈堿性[13]。袁金華等[14]研究結果也表明，加入稻殼炭后，紅壤和黃棕壤的pH值均較不加稻殼炭的對照處理有不同程度的增加。生物質炭加入土壤后能有效增加土壤的pH值，當稻殼炭用量與土壤的體積比超過2/3時，棕壤和褐土的pH值分別增加0.44和0.30[15]。雞糞是堿性的，有的雞糞pH值達8.0以上。周新偉等[16]采用2∶1的雞糞與稻殼為原料進行堆肥試驗，堆漚起始pH值從8.158開始上升，最高達到8.672，在25 d左右下降，直到堆肥結束時，穩定在8.189。因此，稻殼雞糞堆肥后肥料呈堿性，這些肥料施入土壤以后，對于提高土壤的pH值、改良過酸土壤效果很好。

2.3 ? ?不同處理對土壤容重的影響

從圖2可以看出，與處理T1相比，處理T2、T5、T6顯著地降低了土壤的容重。其中，處理T6降低土壤容重的效果最好，其次是處理T2，而處理T3、T4的效果最差。這表明完整的稻殼施入土壤較將稻殼碾磨成稻殼粉后施入土壤更有利于降低土壤容重，這可能是因為稻殼粉較稻殼顆粒更小，稻殼粉施入土壤后與土壤顆粒結合得更為緊密。沈建鋒等[13]研究顯示，稻殼粉的堆積密度隨著粒徑的減小先增大后減小，當粒徑<0.074 mm時，堆積密度又急劇增加。具有良好耕性的土壤團粒結構的粒徑一般為0.25～10.00 mm，其他結構的土壤（無論是塊狀結構、核狀結構、柱狀還是片狀結構）的粒徑都較團粒結構土壤粒徑大，有的還大很多，所以土壤結構確定（如土質黏重的核狀結構土壤）的情況下，稻殼被碾得越細，稻殼與土壤堆積得越結實，密度越高。處理T5把稻殼燃燒成稻殼炭施入土壤對于降低土壤容重也有較好的效果。稻殼炭是生物質炭之一，張明月[15]研究顯示，施用生物質炭對土壤的物理性質有明顯影響，生物質炭能有效降低土壤的容重與密度，增加土壤的總孔隙度、毛管孔隙度與通氣孔隙度[17]。高中超等[18]研究結果也顯示，稻殼深施能降低土壤容重、提高土壤孔隙度和通透性能。

2.4 ? ?不同處理對土壤有機質的影響

從圖3可以看出，與處理T1（CK）相比，處理T2、T3、T4、T5、T6都可以顯著地提高土壤的有機質。其中，以稻殼作雞舍墊料然后實行堆漚的處理T6效果最為顯著，這可能與堆漚后的稻殼雞糞本身有機質含量高有關。當甘薯定植時，稻殼雞糞給土壤增加了大量的有機質，而這些有機質在甘薯收獲后仍有許多未被吸收而留在土壤中。值得一提的是，處理T5中施用的稻殼炭（灰）也能為土壤有機質的提升帶來顯著的效果，這與王艷紅等[19]的研究結果一致。生物質炭施加到土壤中，可能作為土壤腐殖質中高度芳香化結構組分的來源，不僅能穩定土壤有機碳庫，持留土壤養分，而且對維持土壤生態系統平衡可能發揮重要作用[20]。生物質炭有很強的吸附能力，可吸附銨、硝酸鹽，還可吸附磷和其他水溶性鹽離子，減少土壤養分淋失，具有保肥性能[21]。另外，在處理T3、T4中稻殼都被加工成稻殼粉，但是在提高土壤有機質方面處理T4較處理T3有顯著差異，這表明稻殼粉經1%尿素和少許石灰水堆漚處理更有利于提高土壤有機質。這可能在1%尿素和少許石灰水堆漚時降低了C/N值，提升了酸堿度，從而促進了稻殼微生物分解。處理T3與處理T2（稻殼未被加工成稻殼粉）相比無顯著差異，這表明稻殼粉不經其他處理施入土壤與稻殼直接施入土壤對提高土壤有機質含量的效果方面差別不大。

2.5 ? ?不同處理對土壤微生物數量的影響

從表3可以看出，與處理T1（CK）相比，處理T2土壤中細菌和放線菌的數量都沒有顯著增長，僅真菌的數量有顯著增長，這表明未經碾磨的稻殼對于土壤中微生物生長的促進作用是有限的。處理T3土壤中細菌和真菌的數量與處理T1相比都有較為顯著增長;但是與處理T2相比，其增長幅度并不顯著，這表明把稻殼碾磨成稻殼粉并無顯著作用，因為與未經碾磨的稻殼相比，碾磨后的稻殼粉在促進土壤微生物生長方面效果差不多。處理T4土壤中3種類型的微生物數量都有顯著增長，這表明“把稻殼碾磨成稻殼粉后澆1%尿素和少許石灰水混勻堆放”這種處理措施有助于促進土壤中各種類型微生物的繁殖和增長。可能在處理中降低了稻殼粉的C/N值，調節了稻殼粉的pH值，使降解稻殼的各類微生物有更適宜的生長環境，從而促進了各類微生物繁殖生長，加速了稻殼粉降解進程。與處理T1相比，處理T5土壤中3種類型的微生物數量也有顯著增長，其中細菌和真菌的數量增加得更為明顯。這表明稻殼炭有助于土壤細菌和真菌的生長與繁殖，這與姚玲丹等[22]的研究結論一致。稻殼炭作為生物質炭的一種，它之所以能促進微生物的繁殖在于炭表面含有功能基團，這些功能基團可以通過專性吸附作用有效吸附包括溶解性有機碳在內的易礦化有機碳和NH4+，這為微生物提供了豐富的食物來源，進而增加微生物的豐度[23]。與處理T1相比，處理T6土壤中3種類型微生物數量增長顯著。這表明施用堆漚過的稻殼雞糞能顯著地促進土壤中微生物的增長和繁殖。事實上稻殼雞糞在堆漚過程中就已經繁殖大量的微生物，這些微生物在施肥時部分進入土壤中，這會對土壤的微生物群落有著較大的影響。馬劉峰等[24]研究結果也顯示，施用有機肥可明顯增加土壤中細菌、真菌及放線菌的數量和活性，有機肥種類對土壤中生物活性有一定的影響。張 ?瑞等[25]研究結果表明，單施有機肥處理的土壤微生物群落豐富度和優勢度指數較高，有機肥的添加有利于提高土壤微生物代謝活性和土壤微生物群落功能多樣性。

2.6 ? ?土壤微生物數量與甘薯產量的相關性

在本試驗條件下，土壤中3種微生物類型細菌、真菌和放線菌的數量與甘薯產量均成極顯著正相關，其中細菌相關系數r=0.845**，P<0.01;真菌相關系數r=0.790**，P<0.01;放線菌相關系數r=0.793**，P<0.01。這表明各處理帶來的土壤微生物的變化在一定程度上促進甘薯生長，從而提高了甘薯產量。微生物數量與土壤大多數養分含量之間存在著一定的正相關關系，即土壤微生物數量隨土壤養分含量的增加而增加[26]。因此，土壤中的微生物數量在一定程度上可以反映土壤的肥力。

3 ? ?結論與討論

試驗結果表明，不經過處理的稻殼雖然能降低土壤容重和改善土壤通氣狀況，并在一定程度上提高土壤的有機質，但甘薯產量增長不顯著，也就是其短期的肥效是十分有限的。無論對于過酸土壤的改良方面，還是對于降低土壤容重方面，抑或是對于甘薯增產方面，碾磨后稻殼粉較未碾磨的稻殼效果差異不顯著，所以單純將稻殼碾磨成粉作肥料的作用不大。稻殼碾磨成粉后噴濃度1%尿素水溶液和少許石灰水混勻堆漚這種稻殼的處理方式雖然無助于改良過酸的土壤，但是可以提高土壤的有機質，加速稻殼的微生物發酵分解，能促進土壤中各種類型微生物的繁殖和增長，其增產效果顯著，這是優良的稻殼農業應用方式。稻殼炭（灰）能有效降低土壤的容重與密度，增加土壤的總孔隙度、毛管孔隙度與通氣孔隙度，可以明顯地改良過酸的土壤，加快土壤中細菌和真菌的生長與繁殖，顯著提高甘薯的產量。把稻殼燃燒成稻殼炭（灰）是一種可取的稻殼農業應用方式。稻殼與雞糞進行堆漚作肥料能明顯改良過酸土壤，顯著降低土壤容重和提高土壤有機質含量，可以顯著地促進土壤中微生物的增長和繁殖，從而有效提高土壤肥力水平和平穩供應甘薯各種養分。在本試驗中，稻殼與雞糞堆漚作肥料處理的甘薯增產幅度最高，因而它是最佳的稻殼農業應用方式。

本試驗中，土壤中3種微生物類型（細菌、真菌和放線菌）的數量與甘薯產量均成極顯著正相關，土壤中的微生物數量在一定程度上可以反映土壤的肥力。

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