秸稈還田對梓潼江流域土壤肥力及糧食生產的影響

鄭雅婷，王學春，胡 瑤，楊國濤，趙長坤，胡運高

(西南科技大學水稻研究所，四川 綿陽 621010)

【研究意義】梓潼江是涪江水系流域面積最大的支流，達到5200 km2，同時是涪江流域農業最發達的區域。梓潼江流域主要地形為丘陵或山地，平壩地形面積小。丘陵或山地區域主要種植小麥、玉米、油菜、豆類、薯類等作物，種植模式主要有小麥-玉米、油菜-玉米、小麥-玉米-豆類或薯類。平壩區主要種植模式為油菜-水稻和小麥-水稻。近年來，隨著秸稈還田的推行，大部分秸稈以不同方式還田。當前，常用的秸稈還田方式主要有直接還田和間接還田，其中直接還田主要有覆蓋還田、翻壓還田、留高茬還田等類型[1]，間接還田包括堆漚還田、過腹還田、過圈還田等類型[2]。小麥-玉米、油菜-水稻、小麥-水稻等種植模式主要采用翻埋或覆蓋還田，間接還田常見于大型養殖場周邊?！厩叭搜芯窟M展】秸稈中富含氮磷鉀及微量營養元素，秸稈作為物質和養分的載體，是糧食作物生產中重要的養分來源[3]。秸稈還田是目前一項應用普遍的影響土壤肥力和糧食生產的措施，符合綠色可持續發展要求[4]，能夠明顯增加土壤養分含量。研究表明，秸稈還田能夠使耕層土壤中有機碳含量提高6%～14%[5]，全氮含量增加3.5%～20.83%[6-7]。土壤有機質含量越高，蓄墑保水能力越好，更有利于作物生長發育，進而實現增產。然而，秸稈還田也可能帶來一定的不利影響，若還田方式選擇不當，則可能會加重糧食作物的病蟲害危害[8]，影響作物出苗[9]，降低播種質量和作物產量。秸稈養分的釋放與秸稈施入土壤后的腐解速度和腐解程度有關，不同的秸稈還田方式具有不同的腐解特點和養分釋放規律，并會產生不同的農田效應和經濟效益。田平[10]等通過試驗表明，秸稈炭化還田對水稻產量和土壤養分的增加幅度明顯高于秸稈直接還田、秸稈粉碎還田。在梓潼江流域，秸稈堆漚還田的應用引起廣泛關注。方華舟等[11]提出秸稈在堆漚過程中，可以有效減少病原及蟲卵。秸稈經堆漚處理后還田，有機物質等養分物質被充分腐熟，有機碳含量高，提高了養分利用效率，促進作物生長能力更強?！颈狙芯壳腥朦c】關于秸稈還田在培肥土壤和作物增產方面的作用，已有大量研究。而針對梓潼江流域秸稈還田生態效益和經濟效益的研究較為缺乏?！緮M解決關鍵問題】本研究通過調查梓潼江流域96個試驗點，分析不同秸稈還田方式對土壤養分、不同作物產量及經濟效益的影響，明確適宜梓潼江流域農業生產的秸稈還田方式，為充分利用、合理利用秸稈資源提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

梓潼江發源于江油市馬角鎮北大堰山，在射洪縣合江村匯入涪江，是培江水系左岸最大支流，年均徑流量55 m3/s。梓潼江流域面積為5200 km2，海拔高度299～700 m，年均氣溫16.5 ℃，年均降水量978.54 mm，無霜期274 d屬亞熱帶偏干濕潤丘陵區氣候，適宜種植水稻、小麥、油菜等作物。

1.2 試驗設計

本研究連續兩年在梓潼江流域共設置96個試驗點(圖1)，其中種植水稻、油菜、小麥和玉米的試驗點各24個，主要分布區域如表1所示。所有試驗點的輪作方式為油菜-水稻或小麥-玉米。所有試驗點均使用前茬作物作為秸稈，并在作物收獲時就地還田。每種作物均調查4種秸稈還田方式，包括秸稈不還田(BR)、秸稈覆蓋還田(FR)、秸稈翻埋還田(MR)和秸稈堆漚還田(DR)。

表1 各作物調查點分布區域

1.3 取樣與測定方法

待作物成熟后(水稻在9月下旬，玉米在9月初，油菜在5月初，小麥在5月中下旬)，用挖方法測定每個處理作物產量，水稻和小麥選取面積為1 m2，油菜和玉米選取面積為2 m2，并準確丈量挖方面積，測產區域力求分布均勻且具有代表性。每個試驗點重復3次，用于估算作物產量。同期在長期進行秸稈不還田與還田區域采集耕作層( 0～20 cm)土壤土樣，利用土鉆取土，取土方法為三點取樣法。得到秸稈不還田、秸稈覆蓋還田、秸稈翻埋還田和秸稈堆漚還田土樣各24個，用于土壤肥力測定。

土壤肥力測定方法[12]：采用凱氏定氮法測土壤全氮含量，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量，采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷含量，采用外加熱法測定土壤有機質。

農資投入成本包括種植作物所需種子、肥料、農藥的費用。勞工和機械投入成本包括所用人工和機械器材的費用。產值則需要通過谷物售賣價格來計算。種子、肥料和農藥的價格和用量、人工和機械價格和用量、谷物售賣價格均通過向農戶調查后，進一步取平均而得。

1.4 數據處理

土壤全氮、堿解氮、有效磷、有機質含量和作物產量均為3個重復的平均值；采用Microsoft Excel 2010進行數據整理及表格繪制，用SPSS24.0進行差異顯著性分析(P<0.05)。

秸稈還田的經濟效益用經濟產投比、凈產值、成本產出率、勞動生產率和勞動盈利率5個指標來衡量。

經濟產投比=產值/農資投入成本

凈產值(萬元/hm2)=產值-農資投入成本

成本產出率=凈產值/農資投入成本

勞動生產率=產值/勞工和機械投入成本

勞動盈利率=凈產值/勞工和機械投入成本

2 結果與分析

2.1 不同秸稈還田方式對土壤肥力的影響

與秸稈不還田(BR)相比(表2)，秸稈覆蓋(FR)、翻埋(MR)和堆漚(DR)還田土壤全氮分別增加了12.10%、14.22%、24.85%，堿解氮增加了1.25%、2.06%、8.08%，有效磷增加了38.17%、44.07%、44.27%，有機質含量增加了2.76%、4.85%、9.78%。DR處理全氮含量顯著高于BR處理，FR與MR間差異不顯著，但均顯著高于BR，顯著低于DR。DR處理堿解氮含量顯著高于FR、MR和BR處理，FR、MR和BR間差異不顯著。FR、MR和DR處理有效磷含量顯著高于BR處理，FR、MR和DR間差異不顯著。MR和DR處理有機質含量較BR處理顯著增加，且DR顯著高于MR，FR與BR間差異不顯著。表明秸稈還田能增加土壤養分，且DR處理比FR、MR處理對土壤養分的增加效果更好。

表2 不同還田方式下土壤養分含量

2.2 不同秸稈還田方式對作物產量的影響

與秸稈不還田(BR)相比(表3)，秸稈覆蓋(FR)、翻埋(MR)和堆漚(DR)處理水稻產量分別提高了12.92%、11.32%、13.43%，小麥產量分別提高了12.54%、12.55%、12.73%，油菜產量分別提高了10.06%、14.29%、17.23%，玉米產量分別提高了10.23%、12.69%、13.80%。FR、MR和DR處理產量平均增幅分別為油菜(13.86%) >小麥(12.61%) >水稻(12.56%) >玉米(12.24%)。FR、MR和DR處理較BR處理顯著提高了水稻、油菜、小麥和玉米產量，DR處理油菜產量顯著高于FR處理，MR和DR處理玉米產量顯著高于FR處理。表明相較于FR和MR，DR處理對作物增產效果更好。不同作物之間，油菜增產幅度最大。

表3 不同秸稈還田方式下糧食作物產量

2.3 不同秸稈還田方式對作物經濟效益的影響

與秸稈不還田(BR，表4)相比，秸稈覆蓋(FR)、翻埋(MR)和堆漚(DR)處理使水稻、凈產值分別提高22.5%、22.5%、41.6%，小麥凈產值分別提高75.8%、36.4%、75.8%，油菜凈產值分別提高66.7%、75.8%、142.9%、玉米凈產值分別提高13.9%、46.5%、72.1%。對于水稻，FR、MR處理經濟產投差異不大，但較BR處理高，較DR處理低。DR處理凈產值、成本產出率及勞動盈利率均最高，FR處理勞動生產率最高。對于小麥，FR和DR處理經濟產投比差異不大，FR和DR處理凈產值、成本產出率、勞動生產率、勞動盈利率均較高。對于油菜和玉米，經濟產投比、凈產值、成本產出率、勞動生產率及勞動盈利率均在DR處理條件下最高。表明秸稈還田能提高作物經濟效益，對于水稻、油菜和玉米，DR處理效果最好，對于小麥，FR處理效果最好，DR處理次之。

表4 不同秸稈還田條件下糧食作物的經濟效益

3 討 論

3.1 不同秸稈還田方式對土壤肥力的影響

連續兩年的調查結果表明，秸稈覆蓋、翻埋、堆漚還田都能增加土壤養分含量，與多數研究結果一致[13-15]。3種還田方式下，堆漚還田處理土壤養分含量均高于覆蓋還田和翻埋還田，對土壤的培肥效果最好。王明達[16]研究表明，與秸稈直接還田相比，秸稈腐熟后還田的有機質含量、全氮含量和有效磷含量分別增加了3.93%、5.30%、5.33%。本研究結論與之相近，較覆蓋和翻埋還田，堆漚條件下有機質含量平均增加了5.44%，全氮含量平均增加了9.37%，有效磷含量增加了2.19%。

有機質含量是衡量土壤養分的重要指標之一。堆漚還田處理下的土壤有機質含量分別較覆蓋、翻埋還田提高6.39%、4.49%。土壤有機質的積累和水解作用不僅直接影響土壤全氮含量的變化，而且有機陰離子與磷酸根離子間存在競爭作用，導致土壤固磷作用相對減弱，從而增加土壤有效磷含量。直接還田秸稈腐解速度慢，腐解率低，養分不易釋放，土壤培肥效果較差[10]，且覆蓋和翻埋處理對秸稈組織結構的破壞較小。土壤腐殖質對改善土壤物理性狀、提高土壤養分含量至關重要，秸稈經堆漚后還田，能夠顯著增加土壤腐殖質含量，并對腐殖質結構有一定改善作用。腐熟秸稈施入土壤較未腐熟秸稈能為土壤微生物提供更為豐富的有機物質和能源，土壤微生物活力更加旺盛，進而加速了養分的釋放，增加了土壤肥力，更好地調節了土壤性狀[16]。

3.2 不同秸稈還田方式對糧食作物產量和經濟效益的影響

秸稈還田對水稻、油菜等主要糧食作物產量的影響已有大量研究，與大多數研究結果相似[17-19]，秸稈覆蓋還田、翻埋還田和堆漚還田水稻、油菜、小麥和玉米產量均顯著高于秸稈不還田。并且秸稈堆漚還田效果最佳。產生這一結果的原因是秸稈經堆漚處理后最易被土壤吸收，覆蓋秸稈和翻埋秸稈還需要較長一段時間進行腐解，轉化為易被吸收的養分。養分含量是否充足直接影響到作物的生長，土壤養分充足，蓄水保墑能力強，植株生長旺盛，從而獲得更高的產量[6]。本研究結論與之一致，土壤養分含量趨勢與產量趨勢一致，這也是堆漚處理土壤養分含量最高，產量最高的原因。

不同的秸稈處理方式，所需要的成本有所不同，對土壤的培肥效果不同、對作物產量存在不同程度的影響，最終經濟收益也不同。秸稈還田能夠帶來極大的經濟效益，黃鸝[20]等研究表明，秸稈還田使當年純收益增加10.49%。吳玉紅[21]等認為秸稈促腐還田的經濟效益顯著高于常規還田。本調查結果表明，水稻、油菜和玉米的凈產值、成功產出率、勞動盈利率均表現為堆漚處理略高于覆蓋處理和翻埋處理，這可能與堆漚處理產量較高有關。而對于小麥，凈產值、成功產出率、勞動盈利率在堆漚處理和覆蓋處理間無明顯差別。翻埋處理較不還田而言，成本增加，但對油菜凈產值僅增加了3.4%，增加幅度明顯小于覆蓋(27.6%)和堆漚(58.62%)還田，在其他3種作物葉表現為相似結果。堆漚還田雖然明顯提高了勞工和機械投入成本，但降低了勞工投入成本，而且經濟效益增幅均較高。

4 結 論

在梓潼江流域，秸稈還田對土壤培肥效果優于不還田，且堆漚還田優于覆蓋和翻埋還田；堆漚還田增產效果優于覆蓋和翻埋還田。對于水稻、油菜和玉米，堆漚還田經濟效益優于覆蓋和翻埋還田；對于小麥，覆蓋還田經濟效益優于翻埋和堆漚還田。綜合分析耕層土壤培肥效果、作物產量及經濟效益，堆漚還田更有利于梓潼江流域水稻、油菜和玉米田的培肥和糧食生產。