油菜秸稈還田養分釋放率及對玉米產量的影響

何 川，楊 勤，蒲全波，陳 巖，楊 云，王 鵬，金 容，鄭祖平，夏清清

(1.南充市農業科學院，四川 南充 637000；2.四川省農業科學院，成都 610000)

農作物目標產量不斷提高，其副產物秸稈也顯著增多，按通用公式估算，我國主要農業秸稈現年產量已突破9億t，占全球的16.8%。農作物秸稈作為生物質資源，含有豐富的營養元素，但未得到科學合理利用，大量桔桿被焚燒、丟棄，不僅造成資源浪費，還嚴重污染生態環境，目前已經成為社會關注的焦點問題[1]。2011年由國家發改委、農業部和財政部共同制定了《“十二五”農作物秸稈綜合利用實施方案》，當前基礎上將秸稈的資源化利用量提高7 557萬t。秸稈含有大量木質素和纖維素，氮、磷、鉀以及微量元素，還田后，土壤肥力得到修復，土壤結構得以改善[2]。秸稈利用主要是秸稈直接還田或者畜禽過腹處理，目前我國多數地方采取直接秸稈還田處理，是較為有效的辦法，一定程度提高了秸稈利用率。張紅等研究發現，不同秸稈處理的腐解殘留率與土壤微生物群落的優勢度呈顯著負相關，微生物群落在一定程度上影響了秸稈分解的速率[3]。除了農作物秸稈種類、碳氮比、干濕程度以外，溫度、環境濕度都會影響農作物秸稈在土壤里的腐解率和養分變化[4]。由于不同種類農作物秸稈的固有物理性狀、養分含量、粉碎程度千差萬別，其秸稈腐解率和養分釋放率之間存在較大差異，目前已經有各種耕作模式秸稈腐解狀態的研究報道，但不同還田處理下農作物秸稈腐解率以及對下茬產量影響的研究鮮見。本文通過設置旋耕整地、前茬秸稈粉碎、地表覆蓋等模式,研究秸稈腐解率、養分釋放規律，總結分析不同秸稈還田方式影響的差異。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年12月至2019年11月在四川省閬中市水觀鎮老山寨村實施。該地點屬于濕潤亞熱帶季風氣候區，年降水量1 013 mm，年均氣溫16.9 ℃，土壤類型為石灰性紫色土，有機質8.9 g/kg，堿解氮183.6 g/kg，有效磷61.5 mg/kg，速效鉀139.7 mg/kg，供試材料為上茬油菜秸稈。

1.2 試驗設計

采用單因素隨機區組試驗設計，設計5個處理，每處理3次重復，小區面積不小于67 m2。試驗處理如下：T1前茬秸稈不還田+旋耕整地(ck)；T2前茬秸稈粉碎+旋耕混耙還田；T3前茬秸稈粉碎地表覆蓋+免耕整地；T4前茬秸稈整稈地表覆蓋+旋耕整地；T5前茬秸稈整稈地表覆蓋+免耕整地。

1.3 取樣方法

大田試驗與尼龍網袋法結合。

秸稈粉碎處理：將秸稈粉碎或截成5～10 cm小段，尼龍網袋法用于秸稈腐解度調查，尼龍網袋的大小60 cm×45 cm，孔徑為80目。

秸稈整稈處理：將秸稈截成60 cm小段，稱取242 g放入尼龍網袋中。

前茬秸稈粉碎+旋耕混耙還田處理：裝入0～10 cm表土40.5 kg，然后與秸稈混合均勻，用尼龍線縫好封口，埋入土中，網袋上端與地表持平。

地表覆蓋處理：固定平鋪于小區內。

還田處理后20 d、40 d、60 d、80 d、100 d各取1次樣，將網袋內的秸稈全部挑出并用清水洗凈，烘干稱重，粉碎后對殘余秸稈中的養分含量加以測定。

1.4 植株和籽粒樣品測定指標及方法

樣品通過H2SO4-CuSO4-K2SO4消煮后,采用凱氏定氮法測定全氮，經H2SO4-H2O2熔融，消解釩鉬黃比色法測定全磷含量，火焰光度計法測定全鉀含量[5]。

腐解率(%)=[(Mo-Mt)/Mo]×100%；

養分率放率(%)=[(Mo×Co-Mt×Ct)/(Mo×Co)]×100%；

式中Mo指測試秸稈重量(g)，Mt指經過t時腐解后重量(g)，Co指測試秸稈養分含量，Ct指經過t時腐解后測試的養分含量。

1.5 數據處理與分析

利用SAS 9.2軟件進行數據的統計分析，其中多重比較應用最小顯著性差異法(LSD法)，并對數據進行分析作圖[7]。

2 結果與分析

2.1 腐解率

進行秸稈粉碎后混土還田降解速度最快的是處理2，可以有效的將秸稈中本身的養分分解釋放回土壤之中，而最差的為處理4和處理5(秸稈整稈地表覆蓋免耕)，分析原因可能是秸稈整株還田，土壤接觸面較小，微生物不易與秸稈充分接觸，導致秸稈腐解率變低(表1)。

2.2 氮釋放率

由圖1可見，隨著時間的變化，N含量均有下降趨勢，各處理表現具有一致性，N釋放率呈逐步增加趨勢，處理4即前茬秸稈整稈地表覆蓋+旋耕整地的N釋放率表現勻速狀態，處理2(秸稈粉碎旋耕混耙還田)從取樣始N釋放率最高，為47.8%，直到107 d后達65.5%，穩居第一，處理5(秸稈整稈地表覆蓋免耕)的N釋放率由3.5%變換為37.8%，一直處于最低水平，且顯著低于其他處理。

2.3 磷釋放率

由圖2可看出，處理2、處理3、處理4表現具有一致性，P2O5釋放率呈逐步增加趨勢，處理3(秸稈粉碎地表覆蓋+免耕整地)P2O5釋放率從20%上升到39.6%表現勻速狀態，處理2(秸稈粉碎旋耕混耙還田)從取樣開始其P2O5釋放率平均水平一直處于高位，最終達58.9%，但差異不顯著，處理5(秸稈整稈地表覆蓋免耕)開始取樣時的P2O5釋放率最低，為5.6%。

2.4 鉀釋放率

由圖3可知，處理2、處理3、處理5表現具有一致性，K2O釋放率呈現勻速增加趨勢，處理4即前茬秸稈整稈地表覆蓋+旋耕整地的K2O釋放率表現波動狀態，前期較慢，60 d后由16.3%顯著增加到40%，處理2(秸稈粉碎旋耕混耙還田)K2O釋放率從取樣開始的31.8%逐漸上升到82.6%，顯著高于其他處理，其他處理間差異不顯著，處理5(秸稈整稈地表覆蓋免耕)的K2O釋放率最低。

2.5 纖維素釋放率

由圖4可見，處理2(秸稈粉碎旋耕混耙還田)從取樣開始其纖維素釋放率(33.7%上升到77.8%)顯著高于其他處理，其他處理間差異不顯著，處理3、5線型表現具有一致性，纖維素釋放率呈現緩慢增加趨勢，處理4即前茬秸稈整稈地表覆蓋+旋耕整地的纖維素釋放率在80 d后由21.2%上升為32.6%，表現先慢后快的狀態，處理5(秸稈整稈地表覆蓋免耕)的纖維素釋放率最低。

3 結 論

旋耕加秸稈還田處理的秸稈腐解率顯著高于其它處理還田，秸稈養分釋放率表現為K2O最高，且旋耕還田處理有85%以上的鉀素釋放，生產上應減少鉀肥施用量或施用時間后移，提高鉀肥利用效率。旋耕加秸稈還田可提高耕層土壤有機碳、全氮、全磷含量，根據還田秸稈腐解后測試養分含量分析，秸稈粉碎加旋耕還田適宜本區域土壤類型的秸稈還田方式。

4 討 論

旋耕還田處理的秸稈與土壤充分混拌、土壤通氣透水性好，利于土壤微生物對秸稈的分解活動，秸稈腐解表現前期快后期慢的特征，與龔振平等[6]，劉少東等[7]，張一平等[8]的研究結果一致。秸稈機械化粉碎混土全量還田技術，利用大型拖拉機就地粉碎秸稈，均勻拋撤，通過滅茬旋耕，把作物秸稈全量混拌到土壤中，實現一次性完成粉碎、滅茬、旋耕和鎮壓作業，旋耕秸稈還田處理的土壤環境利于秸稈逐漸腐熟，秸稈組織結構的破壞程度大于露天處理[9]，把秸稈中的營養物質全部保留在土壤里，增加土壤有機質含量，改良土壤，培肥地力，克服重茬，減少作物病蟲草害的發生，提高作物產量，減少環境污染，是爭搶農時季節的一項綜合配套技術。免耕秸稈還田處理的秸稈與土壤接觸面變小，大部分表面暴露于外界，土壤酶和微生物接觸少，秸稈腐解強度不足。本研究表明，秸稈養分釋放規律與秸稈腐解率相類似，均為旋耕還田養分釋放率顯著高于免耕覆蓋還田處理。生態氣候和土壤條件主導了氮磷營養成分的釋放，農作物秸稈腐解后期，土壤生物主導了秸稈養分釋放[10]。隨著腐解時間延伸，全鉀釋放率可以達到90%，采取栽培措施應酌情降低鉀肥施用量，這也是提高資源利用率的最佳方式。