不同秸稈處理方式下春玉米N、P、有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究

(1.山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002；2.河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056000)

中國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物大部分以焚燒或排入水體而流失，不僅污染了環(huán)境而且造成溫室效益氣體的排放。據(jù)估算，中國每年農(nóng)作物秸稈總量為6.5億t左右[1]。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)田生態(tài)循環(huán)中重要的物質(zhì),若把產(chǎn)生的秸稈合理施入田間，對(duì)于維持農(nóng)田生態(tài)平衡具有重要的作用。秸稈還田是把不宜直接作飼料的秸稈(玉米秸稈、高粱秸稈等)直接或堆積腐熟后施入土壤中的一種方法[2]。山西省在60年代到七八十年代從改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施入手，因地制宜推廣秸稈直接還田，增施有機(jī)肥(包括腐熟的畜禽肥、商品有機(jī)肥、沼液沼渣肥、綠肥)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，使耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到當(dāng)?shù)刂兄狄陨纤健Ｍ瑫r(shí)，實(shí)施測(cè)土配方施肥，協(xié)調(diào)農(nóng)田土壤養(yǎng)分，減少不合理施肥造成的危害和損失；每隔2～3年對(duì)農(nóng)田實(shí)施深耕深松，加厚耕作層。土壤肥力是土壤質(zhì)量的重要特征，是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的保證，也是可持續(xù)生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，所以提高土壤肥力、平衡作物營養(yǎng)是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的保證。

科學(xué)合理地利用農(nóng)作物秸稈是保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、提高耕地綜合生產(chǎn)能力的重要研究?jī)?nèi)容[3]。秸稈還田除可增加土壤有機(jī)質(zhì)外,在很大程度上還可以改善土壤物理性狀[4-5]，是改良低產(chǎn)土壤的有效措施,山西省主要采用的秸稈還田方式是采用覆蓋還田或翻入耕層還田,因此,本試驗(yàn)以秸稈不同還田方式對(duì)土壤N、P、有機(jī)質(zhì)含量的影響進(jìn)行研究，進(jìn)而分析比較秸稈不同處理方式的優(yōu)劣，從理論和實(shí)踐上提出一種較為合理的秸稈還田新方式，最終實(shí)現(xiàn)充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)自然資源生產(chǎn)潛力與保護(hù)生態(tài)環(huán)境并舉的目標(biāo)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)情況

試驗(yàn)于2017年3月開始，2017年10月結(jié)束，試驗(yàn)地位于山西省灌溉試驗(yàn)站西南的崖底村(東經(jīng)112°12″，北緯37°17″)，年平均降雨量450mm左右，主要分布在7—9月，年平均蒸發(fā)量為1563.3mm，年累積日照為2303.1h，無霜期為180天左右。該區(qū)域主要種植春玉米，一年一熟。土壤質(zhì)地為壤土，基礎(chǔ)理化性質(zhì)：0～50cm有機(jī)質(zhì)含量為0.85%，速效磷含量為0.31%，pH值為8.12。

1.2 試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為秸稈還田單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置了3個(gè)處理，分別為處理一：長(zhǎng)秸桿氨化還田(3～5cm)(CN)；處理二：粉碎氨化秸桿還田加土壤改良劑(FNT)；處理三：對(duì)照無秸桿還田(CK)，并采用3個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，完全隨機(jī)排列。試驗(yàn)小區(qū)面積為4m×36m，周圍布置2m寬的保護(hù)帶、中間設(shè)置隔離帶。春玉米品種為東單1331，各處理中玉米秸稈還田量，基肥施有機(jī)肥、磷肥、追拔節(jié)肥均相同，處理二中石膏用量約為200g/m2。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

在春玉米全生長(zhǎng)期土壤0～20cm、20～50cm兩個(gè)層次進(jìn)行采土樣集，測(cè)定不同秸稈還田處理下不同生育期土壤全氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量，并同時(shí)對(duì)各土樣測(cè)定pH值，以此來比較不同秸稈還田方式下的土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化情況。試驗(yàn)中土壤樣本采自播種前、拔節(jié)期、灌漿期、收獲后4個(gè)關(guān)鍵生育階段。

土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)，有效磷的測(cè)定采用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提(鉬銻抗比色法)；全氮測(cè)定采用凱氏定氮法[6-7]；pH值的測(cè)定采用電位法[8]。

2 分析與結(jié)果

2.1 不同處理對(duì)土壤全氮、有效磷的影響

為了解經(jīng)過不同秸稈還田處理后的土壤養(yǎng)分變化情況，項(xiàng)目對(duì)生育期土壤的全氮、有效磷進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)，圖1、圖2為玉米生育期3個(gè)處理0～20cm、20～50cm土壤全氮、有效磷含量的動(dòng)態(tài)變化曲線。

圖1 春玉米生育期3個(gè)處理0～20cm、20～50cm土壤全氮?jiǎng)討B(tài)變化曲線

圖2 春玉米生育期3個(gè)處理0～20cm、20～50cm土壤有效磷動(dòng)態(tài)變化曲線

由圖1可以看出3個(gè)不同處理的全氮含量的變化在全生育期有相同的規(guī)律：

a.不論是0～20cm土層還是20～50cm土層，表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，即從播種開始至灌漿期達(dá)到最大，之后到收獲期又逐漸減小。

當(dāng)熟悉的風(fēng)笛聲再次響起，船上的人們歡笑聲再次傳來，你是否還有勇氣與情懷，拿起這一張通向青春記憶里最溫暖的票，奔赴泰坦尼克號(hào)上那一場(chǎng)生命與愛情的舞會(huì)？

b.從播種到收獲期各階段生育期均有秸稈不同處理還田比未還田區(qū)的全氮含量高，且有處理二(FNT)>處理一(CN)>比處理三(CK)。

c.0～20cm與20～50cm土壤層，在灌漿期全氮含量處理二(FNT)比處理一(CN)分別高7mg/kg和2mg/kg、比處理三(CK)高40mg/kg和32mg/kg，處理一(CN)含全氮量比處理三(CK)高23mg/kg和30mg/kg。

d.0～20cm土層的全氮含量要比20～50cm土層的含量要高，說明N的含量主要集中在作物的根系層。

由圖2可知3個(gè)不同處理的有效磷含量的變化在全生育期有相同的規(guī)律:

a.不論是0～20cm土層還是20～50cm土層，表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，即從播種開始至灌漿期達(dá)到最大，之后到收獲期又逐漸減小。

b.從播種到收獲期各階段生育期均有秸稈不同處理還田比未還田區(qū)的有效磷含量高，且有處理二(FNT)>處理一(CN)>比處理三(CK)。

c.在全生育期，有效磷的變化比較平緩，其變化值不十分明顯。

d.0～20cm土層的有效磷含量要比20～50cm土層的含量要高，說明有效磷的含量主要集中在作物的根系層。

2.2 不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

圖3 春玉米生育期3個(gè)處理0～20cm、20～50cm土壤有機(jī)質(zhì)變化曲線

由圖3可以看出玉米播種前秸稈不同處理還田與無秸稈還田的有機(jī)質(zhì)含量變化有差異。春玉米整個(gè)生育期均表現(xiàn)出秸稈不同處理還田比無秸稈還田區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量高，處理二(FNT)比處理一(CN)在0～20cm土壤層播種前高出0.5g/kg、拔節(jié)期高出0.5g/kg、灌漿期高出0.6g/kg、收獲期高出0.4g/kg；處理二FNT比處理三CK在0～20cm土壤層播種前高出0.8g/kg、拔節(jié)期高出0.4g/kg、灌漿期高出1.1g/kg、收獲期高出1.1g/kg；處理一FNT比處理三CK(無秸稈還田)在0～20cm土壤層播種前高出0.3g/kg、灌漿期高出0.5g/kg、收獲期高出0.7g/kg。在土壤20～50cm深度，與0～20cm土壤深度有同樣的趨勢(shì)，處理二比處理一整個(gè)生育期土壤有機(jī)質(zhì)平均高出0.15g/kg；處理二(FNT)比處理三整個(gè)生育期土壤有機(jī)質(zhì)平均高出0.4g/kg；處理一(CN)比處理三(CK)整個(gè)生育期土壤有機(jī)質(zhì)平均高出0.25g/kg。總之，0～50cm土壤層有機(jī)質(zhì)累積含量有如下順序：處理二(FNT)>處理一(CN)>處理三(CK)。

從圖3還可以得出，在秸稈處理還田期間，從4月23日至8月1日玉米播種前到玉米的灌漿期土壤有機(jī)質(zhì)含量有逐漸上升的趨勢(shì)，在玉米灌漿期達(dá)到最大值15.5g/kg，這對(duì)提高玉米產(chǎn)量所必需的養(yǎng)分提供了及時(shí)的幫助。相比秸稈未還田區(qū)，秸稈還田后隨著時(shí)間的延續(xù)，秸稈開始腐化并逐漸釋放出作物需要的有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分，增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，為玉米的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、增收、改良土壤和可持續(xù)發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。

2.3 不同處理對(duì)土壤pH值的影響

樣本采自播種前、拔節(jié)、灌漿、收獲后4個(gè)關(guān)鍵生育階段。對(duì)不同秸稈還田方式下土壤pH值進(jìn)行化驗(yàn)分析，其變化曲線見圖4。

由圖4可以看出以下規(guī)律：

a.在玉米生育期4—6月pH值有逐漸上升的趨勢(shì)，6—8月pH值逐漸減低，8—9月隨著玉米成熟期的到來，pH值又逐漸回升。

b.整個(gè)生育期中處理二(FNT)、處理一(CN)還田區(qū)均比處理三(CK)不還田區(qū)的值偏低，并且在8月灌漿期這種差異比較明顯。結(jié)果表明，秸稈還田在一定程度上能使土壤的pH值降低，很大程度上有利于鹽堿土壤的改良。在隨著玉米的生長(zhǎng)，pH值又體現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)，說明土壤的酸堿度是一個(gè)比較穩(wěn)定的指標(biāo)，玉米秸稈還田對(duì)其影響較小。

3 結(jié) 論

a.從播種到收獲期各階段生育期均有秸稈不同處理秸稈還田比未還田區(qū)的全氮、有效磷含量高，且有處理二(FNT)>處理一(CN)>比處理三(CK)。

圖4 玉米生育期3個(gè)處理0～20cm、20～50cm土壤pH值變化曲線

b.0～20cm土層的全氮、有效磷含量要比20～50cm土層的含量要高，說明全氮、有效磷的含量主要集中在作物的根系層。

c.通過對(duì)玉米生育期不同處理下的有機(jī)質(zhì)含量比較，二者之間有很相似之處。不論是0～20cm土層還是20～50cm土層，表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，即：從播種開始至灌漿期達(dá)到最大，之后到收獲期又逐漸減小，且有處理二(FNT)>處理一(CN)>比處理三(CK)。

d.玉米等莖葉類作物通過農(nóng)田原位粉碎后，在還田過程中將植物體內(nèi)的氮、磷有效釋放到土壤中，存在形式發(fā)生變化，有機(jī)氮礦化并促進(jìn)了固定氮的轉(zhuǎn)化，而有機(jī)磷成為顆粒狀。在農(nóng)田退澇排水過程中，土壤中的氮、磷的水溶性和可沖刷性減弱，相比合成化肥而言，植物還田產(chǎn)生的農(nóng)田退澇排水營養(yǎng)鹽污染可減少。通過秸稈還田，不僅可以有效回收資源、消減燃燒秸稈產(chǎn)生的空氣污染，還能減少化肥量的投加、進(jìn)一步控制氮、磷地表徑流面源污染。

e.土壤有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)量是土壤肥力的指標(biāo)之一，其有效狀態(tài)能被植物吸收利用，提高土壤肥力。隨著還田秸稈的逐漸腐化變質(zhì)，其土壤有機(jī)質(zhì)在灌漿期達(dá)到峰值，而后，逐漸減少直至作物收獲。粉碎秸稈還田加土壤改良劑是一種能夠快速分解且具有較好改土增肥效果的處理方式，表明推廣秸稈還田是一項(xiàng)行之有效的栽培措施。