長期秸稈還田對蘇北稻麥輪作體系土壤肥力的影響

李躍飛 李彬 陶加樂

摘要 ? ?為明確宿遷市宿豫區長時間秸稈還田對土壤肥力的影響，連續6年研究了秸稈還田對土壤pH值和有機質、全氮、有效磷、速效鉀等土壤肥力指標的影響。結果表明，秸稈全量還田后，土壤pH值呈現先降低后升高的變化趨勢，逐漸穩定在中性范圍。秸稈還田后5年土壤平均有機質、有效磷、速效鉀分別為25.45 g/kg、1.56 g/kg、27.52 mg/kg、115.38 mg/kg，較2012年分別增加了5.31%、17.19%、82.1%、18.4%。逐年的秸稈還田平均土壤有機質、有效磷、速效鉀呈極顯著增加，而全氮保持在穩定水平，說明長期秸稈還田有利于土壤肥力的提高和維持土壤肥力的長期穩定，對保障農業可持續發展和實現區域耕地地力水平提高具有重要意義。

關鍵詞 ? ?秸稈還田;稻麥輪作;土壤肥力;蘇北地區

中圖分類號 ? ?S158 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）04-0160-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

農作物秸稈是重要的農業生產副產品，我國秸稈資源豐富，作物秸稈的生產量每年高達9億t[1]，約占世界秸稈總量的25%，是世界第一秸稈大國[2-3]。作物秸稈含有大量有機質和豐富的氮、磷、鉀等營養元素[4]，秸稈還田是增加農田土壤養分的重要途徑之一，也是減少因秸稈焚燒造成環境污染的重要舉措，秸稈還田可以改善農田土壤基本理化性狀，起到提高土壤質量和養分利用效率，增加作物產量的重要作用，有利于農業的可持續發展[5-6]。

現代農業生產中化肥的過量施入，造成土壤酸化、板結等諸多問題[7]。土壤是農業的基礎，作物產量40%～80%的養分來自土壤，只有在土壤肥力提高的條件下，才能達到高產、穩產[8]。秸稈還田能夠將作物吸收的大部分營養元素歸還到土壤，達到提升土壤肥力等作用。雖然國內科技工作者對秸稈還田培肥土壤等方面進行了大量研究[9-13]，但試驗周期較短，很難深入掌握秸稈還田下土壤質量演變規律。已有的長期定位試驗研究顯示，秸稈還田有助于增加土壤有機質含量及土壤養分[5，14]，但是研究尺度較小，研究代表性差。宿遷市宿豫區是蘇北農業大區，本試驗在全區開展長期秸稈還田，并采集具有代表性的土壤樣品進行分析，研究長期秸稈還田對土壤肥力的影響。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗地概況

試驗于2012年1月至2017年12月在江蘇省宿遷市宿豫區進行。宿遷市宿豫區位于江蘇省北部，屬于長三角經濟圈、東隴海產業帶、沿海經濟帶、沿江經濟帶的交叉輻射區，屬于暖溫帶季風氣候區，光熱資源比較優越，四季分明，氣候濕潤，年均氣溫14.2 ℃，年均降水量910 mm，太陽總輻射量約為489.5 kJ/cm2，年均日照總時數2 291 h。無霜期較長，平均為211 d，年均活動積溫5 189 ℃，全年作物生長期為310.5 d。宿豫區耕地面積3.65萬hm2，屬于黃淮海沖擊平原地帶，土類主要為潮土和砂姜黑土，宿豫區種植制度為稻麥輪作。

1.2 ? ?試驗設計

結合測土配方施肥補貼項目和宿豫區長期秸稈還田現狀，選擇2012—2017年6年時間，分析研究秸稈還田對稻麥輪作體系土壤肥力的影響。每年10月水稻收獲后秸稈還田前為一年處理，并在全區均勻布點進行土壤樣品采集化驗工作，連續6年重復試驗，每年土樣均是在小麥水稻秸稈全量還田的大田中采集。旨在區域范圍內推廣秸稈還田基礎上，開展歷年采土化驗分析工作，在大區域長時間條件下研究秸稈還田與土壤理化性狀的關系，揭示秸稈全量還田對土壤肥力的影響。

1.3 ? ?樣品采集與測定方法

2012—2017年，每年10月左右，在水稻收獲后秸稈還田前，結合測土配方施肥補貼項目采集土樣任務，在全區11個鄉鎮按照100～360 hm2設置1個樣點均勻布點，共計1 396個土壤樣點，每個采樣點采用“S”型方法，采集0～20 cm混合土壤樣品，檢測土壤pH值、有機質、全氮、有效磷、速效鉀5項參數。其中，土壤pH值按照NY/T 1377—2007方法測定、有機質采用NY/T 1121.6—2006方法測定，土壤全氮采用半微量開氏法 NY/T 53—1987方法測定、有效磷采用NY/T 1121.7—2014方法測定、速效鉀采用LY/T 1234—2015方法測定。測定數據以2012年數據作為對照，對比分析之后5年長期秸稈還田對宿豫稻麥輪作體系土壤肥力的影響。

1.4 ? ?數據分析

采用Excel和SPSS 18.0進行數據處理與統計分析，采用Duncan方法進行不同處理間差異顯著性檢驗分析。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?長期秸稈還田對土壤pH值的影響

2012—2017年，土壤pH值呈現先下降再升高的變化趨勢，雖然秸稈還田土壤pH值數值總體變動有降低趨勢，但差異并不顯著。土壤平均pH值在2015年達到最低值6.3，呈現土壤酸化現象，且土壤平均pH值極顯著低于其他年份土壤pH值（P<0.01）;2016—2017年這2年中，呈現逐漸增加趨勢，至2017年10月，土壤平均pH值增加至7.16（中性范圍）。秸稈還田條件下的土壤pH值變化規律呈現類反拋物線（R2=0.466 8）（表1、圖1）。土壤pH值的變化規律說明，秸稈還田條件下，在前期秸稈分解過程中，可能產生一定的酸性物質，進而影響土壤的pH值。長期耕作施用化肥對土壤pH值具有酸化作用，在施肥的同時，配合秸稈還田，可以有效改善因長期施肥造成的土壤酸化問題。

2.2 ? ?長期秸稈還田條件下對土壤有機質的影響

秸稈還田條件下，土壤有機質總體呈現增加趨勢，且隨著秸稈還田年份的增加，呈極顯著增加趨勢，具體表現為先增加再降低再增加的變化趨勢，其中土壤有機質在2015年達到最低值，平均為22.64 g/kg，低于2012年土壤有機質，但差異不顯著，極顯著低于其他年份的土壤有機質。土壤有機質的總體變化趨勢呈現線性遞增趨勢，說明秸稈還田后，在大區域長時間范圍內，有利于土壤有機質的增加，有利于整個區域土壤的培肥（R2=0.120 2）（圖2）。經分析發現，土壤pH值與土壤有機質變化具有極顯著負相關（表2）。

2.3 ? ?長期秸稈還田對土壤全氮的影響

秸稈還田條件下，土壤全氮總體呈增加趨勢，逐年變動表現為先升高后降低，土壤全氮變化規律呈現拋物線。不同于pH值和有機質的變化規律，土壤全氮在秸稈還田環境下，于2015年達到最高值1.76 g/kg，極顯著高于其他年份土壤全氮含量，并在隨后的年際間降低，除2017年土壤全氮和2012年差異不顯著外，其他年份的土壤全氮均極顯著地高于2012年（表1、圖3），說明在秸稈還田條件下，土壤的氮素肥力狀況呈現增加趨勢，并維持在穩定水平。土壤全氮和有機質、有效磷、速效鉀呈現顯著性正相關（P<0.01），說明表征土壤基礎地力的指標具有相同的變化規律，體現了秸稈還田對土壤基礎地力的提高作用。

2.4 ? ?長期秸稈還田對土壤有效磷的影響

秸稈全量還田條件下，土壤有效磷總體表現為增加趨勢，且逐年變動呈上升趨勢，在2015—2017年3年時間內，有效磷平均值穩定大于30 mg/kg，極顯著高于2012年的15.12 mg/kg，有效磷含量平均增加82.1%（表1）。秸稈還田條件下，土壤有效磷含量總體呈增加趨勢，說明秸稈還田有助于土壤有效磷的增加（R2=0.805 5，圖4）。土壤有效磷與土壤全氮、速效鉀等營養元素表現為極顯著正相關，與土壤pH值表現為極顯著負相關（表2），這可能和土壤pH值降低有利于土壤被固定的磷元素轉化為活性的有效磷，增加土壤活性營養元素含量。

2.5 ? ?秸稈還田條件下對土壤速效鉀的影響

秸稈還田條件下，土壤速效鉀總體表現為升高趨勢，逐年變化趨勢為先升高再降低然后再升高。土壤速效鉀含量在2016年、2017年均極顯著高于2012年，長期秸稈全量還田條件下，宿豫區范圍內，土壤速效鉀呈現很好的線性增加趨勢（R2=0.684 7，圖5），說明秸稈還田有利于增加土壤速效鉀含量，提高土壤營養元素含量。土壤速效鉀與土壤有機質、全氮、有效磷含量呈現極顯著正相關（表2），說明秸稈還田有助于土壤肥力的整體提高。

3 ? ?結論與討論

3.1 ? ?結論

通過長期秸稈全量還田，土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀均呈現出不同程度的增加，秸稈還田后5年的土壤平均有機質、全氮、有效磷、速效鉀分別為25.45 g/kg、1.56 g/kg、27.52 mg/kg、115.38 mg/kg;較2012年分別增加了5.31%、17.19%、82.1%、18.4%。逐年的秸稈還田多重比較結果顯示，土壤有機質、有效磷、速效鉀均呈現極顯著增加;全氮秸稈還田后5年較第1年表現為增加，但后5年之間全氮變化差異不顯著，土壤全氮保持在穩定水平，說明長期秸稈還田有利于土壤肥力的提高和維持土壤肥力的長期穩定，且對土壤pH值環境具有長期調控作用，減少過量施肥造成土壤酸化等問題的危害，減少農業面源污染的產生，對維持蘇北稻麥輪作區域耕地地力水平提高和農業環境保護，走農業可持續發展道路，保障區域糧食生產功能和糧食安全具有重要意義。

3.2 ? ?討論

秸稈全量還田條件下，土壤pH值先降低，這與楊連飛[15]的秸稈全量還田有助于降低土壤pH值的研究結果相同。土壤pH值降低到2015年的微酸性，又逐步上升呈中性，這與萬毅林[16]研究結果相同。秸稈還田使得土壤有機質含量提高，而有機質在分解過程中生成二氧化碳和大量有機酸，可能導致前期秸稈還田后土壤pH值的降低[17]，但秸稈還田在一定程度上對土壤pH值起到調節作用，可以使土壤pH值由偏酸性或偏堿性向中性轉化[18]。王淑平等[19]研究認為，秸稈還田增強了土壤的緩沖能力，使土壤pH值保持在對于土壤養分循環轉化和作物生長有益并且比較穩定的水平。因此，秸稈還田對土壤pH值的整體調節具有重要作用，有助于維持作物生長所需的正常pH值范圍。秸稈全量還田條件下，土壤pH值與有機質、全氮、有效磷、速效鉀呈現極顯著負相關，說明土壤pH值對土壤微生物活性、有機質礦化、礦物質轉化有重要作用，進而影響土壤團養分的存在狀態、有效性，以及有效養分的釋放和遷移[20]。

秸稈全量還田可以培肥地力，使土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀分別出現不同程度的增加趨勢，這與許多學者研究結果相同[21-25]。秸稈還田有助于增加土壤微生物的數量[26]，土壤微生物對秸稈的分解、土壤有機質的礦化、腐殖質形成和分解、營養元素循環具有積極作用，可以在一定程度上提高土壤肥力[27]，這是秸稈還田土壤培肥地力的主要原因。劉曉霞等[28]在我國南方地區連續實施秸稈還田3～4年，發現相對于秸稈不還田，秸稈還田后土壤有機質、有效磷和速效鉀含量都顯著提高，但秸稈還田對土壤全氮含量的短期效應很有限，與本文研究較為一致。白建忠等[29]在我國西北從2013—2015年連續實施秸稈還田3年，發現秸稈還田量對2014年水稻種植前土壤有機質、全氮和速效鉀含量有顯著影響，而對其他不同時期土壤堿解氮、有效磷含量影響不大。這可能是由于秸稈還田受不同的土壤類型、氣候、秸稈種類、耕作體系等綜合因素影響，表現出不同的研究結論，有待進一步研究。秸稈還田還可以在稻麥輪作條件下顯著地降低農田地表徑流中的氮、磷、鉀流失量，減少農業面源污染[30-32]，對土壤肥力的提高、維持土壤肥力的穩定以及減少農業面源污染具有重要的意義。

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