秸稈還田對水稻生育期間土壤溶液中養(yǎng)分變化的影響

刁曉林，曾祥亮，龔振平*，馬春梅，張 磊，董守坤

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，哈爾濱 150086）

作物根系吸收土壤中的養(yǎng)分要以土壤溶液作為介質(zhì)。孫明德等指出，土壤溶液不僅是土壤化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的場所，也是植物根系獲取養(yǎng)分的源泉，土壤溶液中養(yǎng)分的濃度是土壤養(yǎng)分的強(qiáng)度因素，它比土壤中有效養(yǎng)分的數(shù)量更能反映土壤養(yǎng)分的新動態(tài)[1]。特別是水稻田土壤處于水飽和狀態(tài)，土壤溶液中養(yǎng)分含量水平更能反映出土壤養(yǎng)分活度。Samra等指出，稻草燃燒的產(chǎn)物中包括70%的CO2，7%的 CO，0.66%的 CH4和 2.09%的 N2O[2]。焚燒稻草不僅產(chǎn)生大量的溫室氣體，而且損失了大量的營養(yǎng)成分。很多研究者指出，稻草還田不僅避免了對環(huán)境的污染，而且增加了氮、磷、鉀等植株必需養(yǎng)分的含量[3-6]，有機(jī)質(zhì)含量升高[4-7]，使土壤的容重和緊實(shí)度下降，總孔隙度和非毛管孔隙度升高[8]。

本文針對寒地水稻，在水稻秸稈還田與不還田兩種生產(chǎn)條件下，研究了水稻土壤溶液中氮、磷、鉀含量的動態(tài)變化，旨在為水稻科學(xué)施肥提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為東農(nóng)425。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2008年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行，在用混凝土筑成2 m×2 m的框池中，填入供試土壤，土壤的基礎(chǔ)肥力為：全氮2.2 g·kg-1，全磷 1.7 g·kg-1，速效鉀 286.73 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)26.2 g·kg-1。將前一年收獲的水稻秸稈截成5 cm左右的小段，于5月15日將稻秸采用翻埋的方式還入田里，還田量為5 kg·框-1，處理采用隨機(jī)排列方式，每個處理3次重復(fù)。5月20日開始泡田，于6月1日插秧，插秧規(guī)格為27 cm（行距）×13 cm（株距）×3～4株·穴-1。每框按照尿素（N：46%）150 kg·hm-2、磷酸二銨（N：18%，P2O5：46%）150 kg·hm-2和硫酸鉀（K2O：30%）100 kg·hm-2的施肥量作為基肥，并于6月25日追施150 kg·hm-2的尿素（N：46%），其他管理措施與大田生產(chǎn)一致。于10月1日進(jìn)行收獲。

1.3 取樣方法

土壤溶液的采集裝置如圖1所示。將30 cm長的PVC硬塑管一端封閉，靠近封閉端2～3 cm處鉆取2 mm孔徑的細(xì)孔兩個，作為土壤溶液采集孔；在PVC管的另一端鉆取5 mm的通氣孔，土壤溶液收集孔外用紗網(wǎng)包嚴(yán)，防止雜物堵塞進(jìn)水孔，在每個稻池中隨機(jī)插入一個取液管，使土壤溶液采集孔位于土層中10 cm處，采集土層中10 cm內(nèi)的土壤溶液；自返青期開始，每隔10 d用安裝細(xì)橡膠長管的50 mL注射器取樣；為了保證取樣管中的溶液為當(dāng)天滲入的土壤溶液，在取樣的前一天將取樣管中在取樣間歇期已滲入的土壤溶液抽凈，并蓋上橡膠塞防止雨水及雜物落入管內(nèi)，第2天進(jìn)行取樣；6月23日和6月27日，即追肥前后2 d各加取1次；采集的土壤溶液存放在塑料瓶中，并迅速放置于冰柜中冷凍，待測。

1.4 測定方法

土壤溶液中NH4+-N和NO3--N的測定：NH4+-N采用全自動B-324型凱式定氮儀直接測定；NO3--N經(jīng)FeSO4·7H2O和Zn還原為NH4+-N后，用全自動B-324型凱式定氮儀測定出此溶液中的NH4+-N含量，用此值減去同體積溶液中NH4+-N的含量，計算NO3--N的濃度；

土壤溶液中P的測定：采用鉬銻抗比色法測定；

土壤溶液中K的測定：采用HG-5型火焰光度計測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理與分析采用Excel 2003。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤溶液中無機(jī)氮含量的變化

結(jié)果見圖2。

土壤中的無機(jī)氮主要包括NH4+-N和NO3--N，圖2是NH4+-N+NO3--N總量的變化動態(tài)，兩個處理中無機(jī)氮含量的變化趨勢在7月22日之前比較相似，整體上保持下降的趨勢，且秸稈還田處理＞不還田處理，7月22日之后，兩處理中無機(jī)氮含量開始上升，尤其是水稻的生育后期，上升趨勢表現(xiàn)的更加明顯，而且不還田處理的無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N）含量逐漸超過了還田處理，這可能是水稻秸稈腐解過程中對N的固定作用所致。

圖2 土壤溶液中無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N）濃度的變化Fig.2 Change of(NH4+-N+NO3--N)concentration in soil solution

圖3 土壤溶液中NH4+-N濃度的變化Fig.3 Change of NH4+-N concentration in soil solution

由圖3可見，兩個處理NH4+-N的濃度總體上呈現(xiàn)隨生育期推進(jìn)而逐漸降低的趨勢。6月25日追施尿素后，土壤溶液中的NH4+-N濃度經(jīng)小幅上升后，均開始出現(xiàn)下降，8月2日后，兩個處理中NH4+-N的濃度開始平穩(wěn)上升。兩個處理中NH4+-N的濃度表現(xiàn)為秸稈還田處理＞不還田處理。而在7月22日后，兩個處理中的銨態(tài)氮含量的差距已變的很小。盧萍等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料還田能顯著提高水稻土壤溶液中NH4+-N濃度。有機(jī)物料還田帶入額外氮素，可能是土壤溶液NH4+-N濃度增高的主要原因[9]，而段英華等指出，NH4+是水稻氮素（N）吸收利用的主要形態(tài)，還田處理NH4+的增加對水稻氮素吸收利用有重要的作用[10]。

圖4是NO3--N在土壤溶液中的動態(tài)變化圖。在7月12日前，兩個處理土壤溶液中的含量較接近，且變化趨勢平穩(wěn)，經(jīng)過7月12日后出現(xiàn)較明顯的下降，從7月22日開始，兩個處理中NO3--N濃度均開始出現(xiàn)上升趨勢，但不還田處理的濃度增加迅速。通過與NH4+-N的對比后，可以明顯的發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律與NH4+-N恰好相反，秸稈還田引起后期土壤溶液中NO3--N含量降低。盧萍等研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)物料后，會使土壤溶液中NO3-的濃度顯著降低[9]。7月22日之前，在兩個處理的土壤溶液中檢測到的NO3--N含量很低。段英華等指出，水稻根系能分泌O2，這些O2能被土壤硝化微生物利用，從而將NH4+氧化成NO3-，在根表形成的NO3-立即被水稻吸收，因而通常從水稻田采集的土樣中較難測到NO3-或數(shù)量極微[10]，這可能是前期檢測到NO3--N的含量低的主要原因。7月22日后，兩個處理土壤溶液中NO3--N的含量在7月22日后都開始上升，不還田處理中的NO3--N的含量增加要快于還田處理。

2.2 土壤溶液中磷含量的變化

結(jié)果見圖5。

圖5是土壤溶液中磷（P2O5）濃度的變化曲線。6月27日之前，兩個處理中的磷含量變化不大，后經(jīng)小幅下降后，7月12日開始上升，且還田處理上升趨勢更為明顯。在7月22日之前，土壤溶液中磷的含量為不還田處理＞秸稈還田處理。與不還田處理相比，秸稈還田降低了磷的含量，Phongpan研究發(fā)現(xiàn)，稻草還田淹水后的一周左右，P固定現(xiàn)象加劇[11]。而Black和Hundal等也指出，秸稈還田在作物生長前期降低了可溶性磷的含量[12-13]；而在7月22日后，還田處理溶液中磷的含量開始上升，并超過了不還田處理；在水稻生育后期，還田處理中磷的含量平穩(wěn)上升，而不還田處理中的磷含量則逐漸降低，表明秸稈中的磷對土壤溶液進(jìn)行了有效的補(bǔ)充。而王玄德等通過試驗(yàn)證明，稻草能補(bǔ)充和活化土壤磷，提高土壤磷的有效性[4]。

2.3 土壤溶液中鉀含量的變化

兩個處理土壤溶液中的鉀（K2O）含量變化如圖6所示。

圖4 土壤溶液中NO3--N濃度的變化Fig.4 Change of NO3--N concentration in soil solution

圖5 土壤溶液中磷濃度的變化Fig.5 Change of P2O5concentration in soil solution

圖6 土壤溶液中鉀濃度的變化Fig.6 Change of K2O concentration in soil solution

在整個生育期內(nèi)，兩個處理土壤溶液中的鉀含量呈平穩(wěn)下降的趨勢。兩處理中鉀的含量差距明顯，表現(xiàn)為秸稈還田處理＞不還田處理。在泡田20 d后即在移栽后12 d進(jìn)行的第一次取樣，測得土壤溶液中K的含量分別為67.89、16.33 mg·L-1，莫淑勛等通過研究發(fā)現(xiàn)，作物體內(nèi)的鉀幾乎全部呈離子狀態(tài)，易溶于水，不論稻草含鉀量高低，其鉀的80%～85%均可用普通水浸提出來，故稻草還田可迅速供應(yīng)水稻對鉀的需要[3]，Yadvinder-Singh等也發(fā)現(xiàn)，稻草還田后，秸稈中的鉀很快便會釋放出來[14]。

隨著生育期的推進(jìn)，由于水稻植株對鉀的吸收和部分鉀隨水溶液的流失，土壤溶液中K含量逐漸減少。在水稻生育后期，兩個處理中鉀的含量已分別降至11.61、1.79 mg·L-1，秸稈還田處理中的鉀含量仍然處于較高水平，而不還田處理中的鉀被水稻植株吸收利用后，由于沒有秸稈中鉀素的補(bǔ)充，土壤溶液中的鉀含量已變得很低。

3 討 論

由于秸稈的施入，土壤溶液中NH4+增加，而NO3-減少。段英華等指出，增加NO3-營養(yǎng)可以增加水稻對氮素的吸收，提高氮素利用率，進(jìn)而促進(jìn)水稻生長[10]，雖然不還田處理的NH4+-N濃度要低于還田處理，但是由于NO3-的調(diào)節(jié)作用，不還田處理中水稻的生長并沒有表現(xiàn)出劣勢。稻草還田會產(chǎn)生N的固定作用，對水稻的營養(yǎng)生長產(chǎn)生影響，Yadvinder-Singh等通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈施入后，如果能夠經(jīng)過10 d左右的有氧腐解，然后進(jìn)行下季作物的種植，幾乎不會對土壤N產(chǎn)生有害影響[14]，而Jeffrey等指出，連續(xù)的秸稈還田建立了活躍的N庫，在降低肥料使用量的條件下，具有獲得理想產(chǎn)量的潛力[7]。從本試驗(yàn)的結(jié)果來看，還入秸稈的前期并沒有降低土壤溶液中氮的含量，與不還田處理相比，可以滿足水稻植株對氮素的需要。在水稻生長的后期雖然還田處理土壤溶液中的N有所降低，但并沒有對水稻生長造成不利影響。

還田處理前期的土壤溶液中磷的含量要低于不還田處理。可能是秸稈還田抑制了土壤磷向土壤溶液的釋放，隨著秸稈的腐解和養(yǎng)分的釋放，上述的影響逐漸減少。Gupta等指出，稻草還田增加了土壤速效磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷的含量，減少磷的固定，增加了磷的釋放，并且在稻麥輪作體系中，連續(xù)的秸稈還田將幫助每年每公頃節(jié)省13 kg磷肥的用量，秸稈還田能夠提高土壤的磷含量[15]。

稻草還田明顯提高了土壤溶液中供作物直接吸收的速效鉀含量，有效地補(bǔ)充了土壤溶液中鉀的含量。許多研究指出，稻草還田可顯著提高土壤中鉀的含量，稻草還田攜入的鉀與化學(xué)鉀肥具有相同的營養(yǎng)功效，稻草可替代部分化學(xué)鉀肥[3-4]。寒地稻田鉀45.3%的虧缺，60%以上的稻田土壤鉀中等或偏低[16]。從本試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，秸稈可以作為一個經(jīng)濟(jì)的鉀源，在生產(chǎn)中如果稻草還田，則可適當(dāng)減少鉀肥用量。

4 結(jié)論

水稻秸稈還田使土壤溶液中銨態(tài)氮（NH4+-N）含量增加，而對硝態(tài)氮（NO3--N）含量的影響則表現(xiàn)為前期兩個處理含量相近，而后期則使土壤溶液中硝態(tài)氮（NO3--N）的含量有所降低，還入秸稈的前期并沒有降低土壤溶液中氮的含量，與不還田處理相比，可以滿足水稻植株對氮素的需要。但秸稈的施入降低了水稻生育前期土壤溶液中磷的含量，而隨著生育期的推進(jìn)，秸稈還田處理中磷的含量逐漸增加，并超過不還田處理中的含量，表明后期秸稈釋放出的磷逐漸補(bǔ)充到土壤中。土壤溶液中鉀的含量因秸稈施入變化最為明顯，在整個生育期內(nèi)，始終表現(xiàn)為秸稈還田處理高于不還田處理，稻草還田明顯提高了土壤溶液中供作物直接吸收的速效鉀含量，有效地補(bǔ)充了土壤溶液中的鉀的含量。

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