油菜秸稈還田與氮肥調控對腐解率及養分釋放的影響

2020-03-08 12:53:00劉雨杭劉蓉趙長坤楊國濤王學春胡運高

江蘇農業科學 2020年21期

劉雨杭劉蓉趙長坤楊國濤王學春胡運高

摘要：為研究不同氮肥水平對油菜秸稈還田腐解率及養分釋放的影響，選用當年收獲的油菜秸稈為材料，采用網袋法進行室外模擬試驗，設置低氮（Nu1）、中氮（Nu2）、高氮（Nu3）3個氮肥處理水平，在秸稈翻埋后不同時期對秸稈腐解率、大量元素釋放情況及土壤養分含量變化進行測定。結果表明，（1）秸稈翻埋還田后20 d秸稈腐解速度較快，高氮條件秸稈快速腐解期持續到翻埋還田后40 d;最終秸稈翻埋后100 d，Nu1、Nu2、Nu3處理秸稈累積腐解率相近。（2）油菜秸稈中氮素釋放較磷素、鉀素慢，最終秸稈元素釋放率表現為鉀>磷>氮。（3）秸稈還田處理均可以增加水稻全生育期內稻田土壤中氮磷鉀含量，但油菜秸稈腐解速度較慢（水稻生育期內總腐解率45%左右），且土壤養分主要集中在后期增加，因此對后季作物的生長影響應該更大一些。

關鍵詞：秸稈還田;氮肥調控;腐解率;養分釋放

中圖分類號：S511.06?文獻標志碼：A?文章編號：1002-1302（2020）21-0288-04

作為重要的生物資源，農業生產系統每年秸稈產量約為2×1012 kg[1]，同時，秸稈是農作物最重要的副產品形式，含有較多的有機質和作物生長所需的元素如氮、磷、鉀等[2]，是一類能直接利用的可再生有機資源。為響應國家秸稈禁燒的政策，解決秸稈在不焚燒的情況下經濟實惠地將之就地處理成為了一項亟需解決的課題[3]。研究發現，在秸稈還田和化肥配合施用條件下，一方面在一定程度下利用田間秸稈資源，減少秸稈就地焚燒對環境的危害，另一方面能增加土壤肥力，改變土壤結構，促進作物生長等作用[4-5]。若對田地進行長期秸稈還田處理，則可增加土壤微生物和小動物種類，對酶活性提高也有顯著作用，同時對土壤養分指標也有明顯的提升作用;劉世平等認為，秸稈還田可以提高土壤速效磷、速效鉀含量[6]。

本研究通過網袋法，比較氮含量對油菜秸稈翻埋還田后秸稈在土壤中的腐解、大量元素養分釋放率和土壤中養分含量的變化規律。明確油菜秸稈翻埋還田處理與氮肥施用量對土壤養分的調節規律，為油菜秸稈資源的合理運用、農業可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用當年收獲的油菜秸稈作為還田材料，氮肥為尿素（含氮量45%）;水稻品種為蜀恢498。

1.2 試驗設計與方法

試驗于2019年在西南科技大學綿陽農園基地進行，設置3個氮肥處理：低氮（Nu1，90 kg/hm2）、中氮（Nu2，180 kg/hm2）和高氮（Nu3，270 kg/hm2）。盆栽、網袋法，每個處理設置3個重復，加入20 kg/盆混勻水稻土，秸稈還田量和施肥量根據盆內徑換算所得，將油菜秸稈粉碎后裝入網袋，每個網袋秸稈量15 g（折合還田量625 kg/hm2）。采用翻埋還田方式，試驗時將裝好的秸稈翻埋入10 cm土壤中，緩慢加入清水至淹沒土壤3～5 cm。移栽水稻 1株/盆，按照大田水稻田間管理方法進行水分管理。還田處理前取樣測定秸稈全氮、全磷、全鉀含量;測定土壤的全氮、全磷、全鉀含量。還田后每種處理每隔20 d秸稈取樣（取出網袋后，用水緩慢沖凈，裝入紙袋，在65 ℃溫度下烘干至恒質量），測定剩余秸稈干質量，通過下列公式計算腐解率。之后每隔 20 d 取樣1次（共取樣5次）。

腐解率=（m0-mt）/m0×100%

式中：m0為初始干質量，g。mt為腐解t d后干質量（g）。

之后將烘干秸稈研磨后過篩，消化后測定全氮、全磷、全鉀含量。

在取最后一個樣品時，將水放干，靜置等到水分風干后對網袋周圍的土壤取樣并測定其全氮、全磷、全鉀含量。

1.3 數據處理

采用Excel 2010對數據進行分析并繪制圖表，用DPS分析軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對秸稈還田腐解影響差異分析

從表1可以看出，氮肥水平對秸稈腐解率影響不顯著，對氮釋放量的影響與腐解率相似，沒有顯著的影響，但對秸稈磷釋放量和鉀釋放量的影響差異極顯著。在不同施氮量處理時期，氮、磷、鉀的釋放量在不同處理下均達到極顯著差異。氮肥水平和處理時間對磷、鉀的釋放量的影響均達到極顯著水平，但對秸稈腐解率和秸稈氮釋放量均無顯著影響。由此可以看出，處理時間對秸稈腐解及養分釋放影響較大，而秸稈磷、鉀的釋放量主要受氮肥水平及翻埋時間的互作影響。

2.2 秸稈翻埋還田后腐解特征

從圖1可以看出，秸稈翻埋還田后，隨著氮肥水平的增加，秸稈的腐解率呈現出先快后慢的特征。至秸稈翻埋100 d時，不同氮肥水平處理的秸稈腐解率逐漸趨于一致，無明顯差異。在油菜秸稈翻埋處理后，在水稻分蘗期內（還田后20 d內），Nu1腐解率為20.44%，Nu2腐解率為22.00%，Nu3腐解率為11.24%，表明氮肥水平對油菜秸稈翻埋前期腐解速率的影響存在差異，不同處理的秸稈腐解率表現為Nu2>Nu1>Nu3，其中Nu1和Nu2差異不明顯，但均明顯高于Nu3處理。

在正常油菜秸稈翻埋后的水稻返青分蘗盛期（秸稈還田后20～40 d），Nu1、Nu2、Nu3處理網袋內秸稈質量平均日減少量分別為0.018、0.010、0.101 g，Nu3處理條件下，秸稈質量的日均減少量明顯大于Nu1、Nu2處理，且在還田后40 d時，Nu3處理的秸稈剩余質量處于最低水平，腐解率最高。

在不同施氮條件處理后100 d時，不同處理秸稈剩余量平均為8.47、8.60、8.55g，總腐解率分別為43.53%、42.69%、42.98%，處理間差異不明顯。

2.3 不同氮肥處理對秸稈還田養分釋放的影響

2.3.1 不同氮肥處理對秸稈翻埋還田后氮素釋放的影響從表2可以看出，秸稈還田后20 d時，Nu1處理的秸稈全氮含量為3.24g/kg，顯著高于Nu2、Nu3處理，秸稈全氮含量分別為2.85、2.82 g/kg，Nu2、Nu3處理差異不顯著;而處理后100 d時，這3個氮肥水平處理的秸稈全氮含量排列順序為Nu3>Nu2>Nu1，且均顯著高于初始秸稈氮全含量。由于最終秸稈腐解率在不同氮肥水平下差異不顯著，因而過高的氮肥水平不利于翻埋條件秸稈中氮素的釋放。

2.3.2 不同氮肥處理對秸稈翻埋還田后磷素釋放的影響從表2可以看出，在翻埋后20 d時，Nu3處理的秸稈全磷含量為0.49 g/kg，分別比Nu1、Nu2處理高13.95%、16.67%;且還田后20 d Nu1、Nu2、Nu3處理下磷釋放量分別達49.41%、42.35%、50.58%。還田后100 d時，不同處理的全磷含量均在翻埋處理前的5.80%左右，且處理間無顯著差異。磷元素在油菜秸稈中的釋放特征為前期較快，后期含量逐漸趨于穩定，Nu1、Nu3處理均能提高其前期磷的釋放速率。

2.3.3 不同氮肥處理對秸稈翻埋還田后鉀素釋放的影響從表2可以看出，在翻埋后20 d時，Nu1、Nu2、Nu3處理下秸稈全鉀含量為1.45、1.27、1.36 g/kg，釋放率分別為57.85%、63.08%、60.47%，Nu1處理釋放率低于Nu2、Nu3處理。表明Nu1條件可能減慢了秸稈鉀素在翻埋前期的釋放。秸稈腐解過程中鉀的釋放主要集中在處理后20 d，Nu3、Nu2處理可促進鉀素在秸稈翻埋前期的釋放。

2.4 秸稈翻埋還田后土壤養分含量變化

從圖2可以看出，秸稈翻埋處理后100 d時，Nu1處理下土壤全氮含量低于處理前，且比處理前低0.11%，Nu2、Nu3處理均高于處理前土壤中氮含量，Nu2處理提高7.40%，Nu3處理提高10.25%。表明在秸稈翻埋還田后，氮肥水平不同會影響土壤中全氮含量（圖2-A）。翻埋還田處理后100 d時，土壤中磷含量相比于處理前有明顯的升高，Nu1處理比處理前增加16.5%，Nu2、Nu3處理則分別增加43.91%、11.61%，土壤中磷素最高的處理為Nu2，Nu1、Nu3處理次之（圖2-B）。秸稈翻埋條件下不同氮肥水平下土壤中全鉀含量均略高于處理前，Nu1比處理前高12.75%，Nu2比處理前高8.25%，Nu3比處理前高16.33%（圖2-C）。表明秸稈翻埋還田對稻田土壤中磷元素、鉀元素含量的增加有明顯的正向效應，可為水稻提供充足的養分。

3 討論與結論

3.1 氮肥對油菜秸稈還田腐解速率的影響

本試驗表明，秸稈翻埋還田后腐解率呈現出前期迅速腐解，后期較慢，不同氮肥水平下，前期腐解率表現為氮肥水平180 kg/hm2>氮肥水平 90 kg/hm2> 氮肥水平270 kg/hm2。秸稈翻埋還田后100 d時，不同氮肥水平處理之間的秸稈腐解率逐漸趨于一致，處理間差異不顯著。與李逢雨等研究結果[7-9]基本一致。導致這樣結果的原因可能是秸稈還田前期土壤氮素供應充足，同時秸稈本身溶出有機物較多，為田間微生物提供了養分，促進其活動。微生物數量增多，活性增強，秸稈腐解速度較快;隨著腐解過程的進行，秸稈中溶出性物質減少，導致微生物缺乏基料，活性降低，而秸稈腐解進入緩慢腐解期后，主要構成物質為纖維素，較難分解，因而腐解率就變得緩慢[10-11]。

3.2 氮肥處理對油菜秸稈還田養分釋放的影響

劉世平等研究表明，秸稈含氮量在還田前期緩慢增加，中期有一個穩定的過程，但還田后期會有一定的上升[9]。然而在本研究中還田前期秸稈全氮含量有所下降，中期則為一個較為穩定的過程，后期全氮含量仍有所上升。原因可能是秸稈腐解過程中不僅有元素的釋放，還存在碳釋放入土壤的過程。其中，氮素釋放到土中的比例減少，而秸稈質量下降較快，導致剩余秸稈中全氮含量增加。閏超研究表明，還田秸稈對周圍環境中的氮具有一定的吸附作用[12]。劉平東研究表明，秸稈在田間腐解時，微生物會與土壤發生爭氮作用，導致秸稈中氮含量增加[13]。劉單卿等研究表明，秸稈還田后磷元素、鉀元素的釋放特征為前期快、后期慢，且鉀元素釋放率遠高于磷[11]。與本研究秸稈翻埋還田后磷素、鉀素的釋放率呈先快后慢最后再趨于穩定的規律一致。磷素的釋放主要集中在翻埋處理后80 d，低氮和高氮處理均能提高其前期的釋放率。鉀素的釋放主要集中在秸稈翻埋后20 d，高氮、中氮可促進鉀素在秸稈翻埋前期的釋放率。

3.3 油菜秸稈還田后土壤養分供應的影響

在對田間施用化肥的同時進行秸稈還田，對土壤有機質的積累無疑起一個正向作用，并可改善團粒結構，對地力衰竭也有良好的減緩效果，因而大大提高作物對養分的吸收效率[4，14]。汪軍等研究表明，氮肥施用和秸稈還田交互作用對提升土壤氮、磷、鉀含量有顯著影響[1]。楊濱娟等認為，化肥結合秸稈還田對田間土壤大量元素的提高有著非常積極的作用[15]。田平等研究表明，土壤中養分提升率表現為鉀>磷>氮[16]。本研究中不同氮肥下秸稈還田后土壤中全氮、全磷、全鉀含量均有所提升，與前人結果基本一致。秸稈還田后100 d，低氮條件下的土壤全氮含量與翻埋前無顯著差異。中氮和高氮有所提升。而不同氮肥水平下的土壤全磷含量均有所提升，且中氮處理提升最高，低氮和高氮次之。全鉀含量均略高于秸稈還田前，且相互之間差異不顯著。

3.4 結論

秸稈翻埋還田條件不同氮肥水平對還田后 100 d 腐解率無顯著影響，但氮肥水平高時可加快前期的腐解;在水稻全生育期內油菜秸稈腐解后殘留氮含量大于初始秸稈中的全氮含量，全磷、全鉀的含量降低。因此，油菜秸稈中磷鉀元素的釋放較快;油菜秸稈還田后，高氮條件有利于土壤氮元素、鉀元素的補充，中氮條件有利于磷元素的補充。具體哪種施氮水平更有利于土壤養分的穩定還有待于選用不同的養分利用效率型水稻品種開展深入研究確定。同時，油菜秸稈腐解率較慢，水稻生育期內總腐解率45%左右，以及土壤養分主要集中在后期增加，因此對后季作物的生長影響應該更大一些。應進一步結合后季油菜季的生產考慮全年內養分的供給情況。

參考文獻：

[1]汪軍，王德建，張剛，等. 連續全量秸稈還田與氮肥用量對農田土壤養分的影響[J]. 水土保持學報，2010，24（5）：40-44，62.

[2]趙金花，張叢志，張佳寶. 激發式秸稈深還對土壤養分和冬小麥產量的影響[J]. 土壤學報，2016，53（2）：438-449.

[3]高金虎，孫占祥，馮良山，等. 秸稈與氮肥配施對遼西旱區土壤酶活性與土壤養分的影響[J]. 生態環境學報，2012，21（4）：677-681.

[4]勞秀榮，孫偉紅，王真，等. 秸稈還田與化肥配合施用對土壤肥力的影響[J]. 土壤學報，2003，40（4）：618-623.

[5]蔡強國，馬紹嘉. 橫廂耕作措施對紅壤坡耕地水土流失影響的試驗研究[J]. 水土保持通報，1994，14（1）：45-55.

[6]劉世平，陳后慶，聶新濤，等. 稻麥兩熟制不同耕作方式與秸稈還田土壤肥力的綜合評價[J]. 農業工程學報，2008，24（5）：51-56.

[7]李逢雨，孫錫發，馮文強，等. 麥稈、油菜稈還田腐解速率及養分釋放規律研究[J]. 植物營養與肥料學報，2009，15（2）：374-380.

[8]胡宏祥，程燕，馬友華，等. 油菜秸稈還田腐解變化特征及其培肥土壤的作用[J]. 中國生態農業學報，2012，20（3）：297-302.

[9]劉世平，陳文林，聶新濤，等. 麥稻兩熟地區不同埋深對還田秸稈腐解進程的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2007，13（6）：1049-1053.

[10]王靜靜，毛筱曄，鄔明偉，等. 不同氮肥運籌下水稻秸稈腐解特征及對稻茬小麥產量和土壤養分的影響[J]. 江西農業學報，2017，29（6）：54-57.

[11]劉單卿，李順義，郭夏麗. 不同還田方式下小麥秸稈的腐解特征及養分釋放規律[J]. 河南農業科學，2018，47（4）：49-53.