稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤和水稻的影響

吳迎奔，許麗娟，陳 薇，王 震，尹紅梅，周冰玉

（湖南省微生物研究所，長沙 410009）

我國農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，往往造成環(huán)境污染，因此對其綜合利用進行研究日益重要[1-2]。稻草還田作為一項重要的農(nóng)業(yè)管理措施[3-4]，可以增加土壤有機質(zhì)的含量[5-6]，提高土壤肥力[7-9]，同時也可以緩解溫室效應(yīng)[10-11]。因此，稻草還田具有重要的經(jīng)濟效益[12-14]和生態(tài)效益[15-16]。但由于稻草秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大部分組成[17]。自然狀態(tài)下難以被分解[18-19]，為了加快稻草腐熟過程，接種有機物料腐熟劑是一種必要且行之有效的技術(shù)措施[20-22]。2011年度下半年本實驗室在雙峰縣進行了在水稻秸稈翻耕還田耕作模式下添加有機物料腐熟劑產(chǎn)品的小區(qū)田間試驗，考察其對稻草還田的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

有機物料腐熟劑由湖南潤邦生物工程有限公司提供。水稻品種：金優(yōu)402。

1.2 供試土壤

試驗在雙峰縣花門鎮(zhèn)李仲仁承包田塊進行，土壤類型為潴育潮泥田，耕作層＜20 cm，土體平整，肥力均勻。供試土壤基本理化性質(zhì)：pH值6.73，土壤有機質(zhì)21.41 g/kg，全氮1.14 g/kg，速效鉀77.06 mg/kg，全鉀 11.20 g/kg，有效磷 6.19 mg/kg，全磷0.246 g/kg。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理（見表1），3次重復(fù)，隨機排列，每小區(qū)面積30 m2。有機物料腐熟劑施用2 kg/667m2。稻草還田時施尿素5 kg/667m2，均勻撒在稻草上。稻草不還田區(qū)施肥時把氮肥與其他3個處理用量補平達一致。

表1 試驗處理設(shè)計

1.4 試驗方法

每小區(qū)插秧810蔸（27行、每行30蔸），每蔸l～2苗。用塑料薄膜包裹田埂隔離防止串肥，隨后進行稻草還田、施有機物料腐熟劑和尿素，小區(qū)面積30.0 m2（長6.0 m、寬5.0 m）。小區(qū)四周均留有1 m以上保護行。

基肥（7月6日）：每個小區(qū)施三安復(fù)合肥（18-18-18）1.35 kg；分蘗肥（7月 11日）：每個小區(qū)施三安復(fù)合肥（18-18-18）1.15 kg、尿素 0.225 kg；穗肥（8月25日）：每小區(qū)施三安復(fù)合肥（18-18-18）1.15 kg。成熟（10月20日）后分小區(qū)收獲測量統(tǒng)計。

各處理除稻草還田和施用有機物料腐熟劑不同外，其他均按常規(guī)管理要求進行。

1.5 土壤樣品的采集與分析

試驗從2011年7月6日開始進行。試驗過程中前28 d每7 d取1次土壤樣，后期每30 d取1次樣，共取7次土樣。過20目篩分析土壤pH值、有效磷、速效鉀；過100目篩分析土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量。土壤分析方法采用《土壤農(nóng)化分析》中介紹的方法。利用Excel與SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機物料腐熟劑對稻草腐解的影響

通過對稻草還田使用腐熟劑后第7天、第14天、第21天、第28天的觀察記載（見表2），處理4的三大指標(biāo)數(shù)值之和最高，因此施用有機物料腐熟劑后稻草腐爛最快，腐熟作用最明顯。而處理1的三大指標(biāo)數(shù)值之和最低，由于未使用腐熟劑，稻草腐爛最慢。因此施用有機物料腐熟劑可加快稻草腐熟[19，20]，提前 3～4 d 腐熟。

2.2 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤pH值的影響

從圖1可以看出，土壤pH值隨稻草還田時間的增加呈明顯的下降趨勢。處理4在88 d時pH值最低，為6.41。說明稻草在代謝過程中被微生物利用產(chǎn)生酸性氣體[10-11]，可降低土壤的pH值。

表2 稻草還田添加有機物料腐熟劑對稻草腐解的影響

圖1 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤pH值的影響

2.3 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤有機質(zhì)的影響

各處理有機質(zhì)含量均先增加后逐漸減少（見圖2），處理2和處理4的土壤有機質(zhì)比處理1分別提高了0.20、0.70 g/kg。處理2與處理3無差異。再結(jié)合表1可知，由于處理4中存在微生物，其對稻草分解轉(zhuǎn)化速度較快，有機質(zhì)的積累最高。

圖2 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤有機質(zhì)的影響

2.4 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤全氮的影響

稻草還田與否，各處理全氮含量均較初始土樣高。處理2和處理4的全氮含量比處理1分別增加0.10、0.11 g/kg，與處理 3 相比無明顯差異（圖 3）。原因在于含氮基肥和2次追施氮肥。第28天土樣分析結(jié)果表明，處理4全氮含量最低，微生物將稻草主要轉(zhuǎn)化為土壤有機質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)等，因此說明稻草已腐熟。

圖3 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤全氮含量的影響

2.5 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤速效鉀與全鉀的影響

土壤速效鉀總體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢（圖4），處理2比處理1減少1.0 mg/kg，而處理4比處理1增加10.0 mg/kg，處理4與處理3差異很小。這說明雖然施用了鉀肥，以及在淹水條件下稻草中鉀元素被浸提出來，但由于水稻是喜鉀作物，隨著生長發(fā)育，其吸收的鉀越來越多，導(dǎo)致土壤中速效鉀下降。其中處理4速效鉀下降趨勢較為平緩。

圖4 稻草還田添加有機物料腐熟劑土壤速效鉀含量的影響

土壤全鉀含量前后變化不大，各處理之間差異很小（圖5）。水稻生長發(fā)育對鉀需求較大，因此土壤中鉀元素大量被吸收利用[25]。

圖5 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤全鉀含量的影響

2.6 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤有效磷與全磷的影響

圖6 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤有效磷含量的影響

土壤有效磷含量有不同程度增加（圖6）。雖然稻草在土壤中的礦化轉(zhuǎn)化為無機磷的速度相對緩慢，但是處理4磷元素積累較高，比處理2高1 mg/kg。土壤全磷含量前后略微上升（圖7）。稻草還田后稻草中的磷礦化出無機磷，或者轉(zhuǎn)化為有機磷，使土壤中的全磷有小幅增加，處理4比初始土樣高0.005 g/kg。

圖7 稻草還田添加有機物料腐熟劑對土壤全磷含量的影響

2.7 有機物料腐熟劑對水稻生長的影響

觀察水稻分蘗、生長情況（表3），結(jié)合水稻農(nóng)藝性狀結(jié)果（表4）可知：雖然株高和結(jié)實率以處理l最高，但是處理4的有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)和每穗實粒數(shù)均最高，這說明有機物料腐熟劑可以改善水稻的農(nóng)藝性狀，與文獻報道一致[23-24]。

表3 稻草還田添加有機物料腐熟劑對水稻分蘗的影響

表4 稻草還田添加有機物料腐熟劑對水稻農(nóng)藝性狀的影響

2.8 稻草還田添加有機物料腐熟劑對水稻產(chǎn)量及其經(jīng)濟效益的影響

水稻成熟后分小區(qū)收獲，各處理產(chǎn)量結(jié)果見表5，由表5可知，處理4（施用有機物料腐熟劑）產(chǎn)量和產(chǎn)值均為最高，產(chǎn)量為454.6 kg/667m2，分別比處理 1、處理 2增產(chǎn) 34.4、18.1 kg/667m2，分別增長8.2%、4.1%。如果晚稻按當(dāng)?shù)厥袌鰞r格2.5元/kg計算，處理4比處理1增加產(chǎn)值86.0元/667m2。減去施用有機物料腐熟劑的成本12.0元/667m2、施肥人員工資13.0元/667m2和增施尿素12.0元/667m2（按 2.2元/kg計算），增加收入 49.0元/667m2。方差分析結(jié)果表明，F(xiàn)>F0.05，各處理間差異達顯著水平。

表5 不同處理水稻的產(chǎn)量

3 結(jié)論

3.1 施用有機物料腐熟劑能縮短腐熟時間

施用有機物料腐熟劑（粉劑）對稻草還田后的腐解有促進作用。試驗結(jié)果表明，其比其他3個處理組的腐熟時間提前3～4 d。

3.2 施用有機物料腐熟劑能改善晚稻農(nóng)藝性狀

施用有機物料腐熟劑與處理2比較，其株高少0.7 cm，結(jié)實率低0.7%，但其有效穗數(shù)、穗實粒數(shù)、千粒重分別增加 0.2 萬穗/667m2、4.2 粒/穗、0.3 g，增加率分別為6.8%，7.5%，1.4%。處理4與其他兩個處理比較，也有相似的效果。

3.3 施用有機物料腐熟劑能提高土壤肥力

稻草還田后，施用有機物料腐熟劑處理組的土壤pH值下降，在28 d時最低，為6.41；全鉀含量較處理2降低了0.5 g/kg，但土壤有機質(zhì)、全氮、全磷含量較處理2分別增加0.5、0.01、0.056 g/kg，速效鉀和有效磷分別增加11、0.78 mg/kg，改善了土壤的理化性狀。

3.4 施用有機物料腐熟劑能增產(chǎn)增效

處理4（施用有機物料腐熟劑）產(chǎn)量和產(chǎn)值均為最高，產(chǎn)量為454.6 kg/667m2，分別比處理1、處理 2增產(chǎn) 34.4、18.1 kg/667m2，分別增長 8.2%、4.1%，增加收入49.0元/667m2。

因此，稻草還田后添加有機物料腐熟劑對加速稻草腐熟，改善水稻經(jīng)濟性狀有明顯效果，對提升土壤有機質(zhì)、培肥地力也有一定作用，而且還有助于下茬作物的增產(chǎn)。這為有機物料腐熟劑的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

[1]曹國良，張曉曳，鄭方成，等.中國大陸秸稈露天焚燒的量得估算[J].資源科學(xué)，2006，28（1）：9-13.

[2]劉 娣，范炳全，龔明波.秸稈還田技術(shù)在中國生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境科學(xué)，2008，24（6）：404-407.

[3]陳冬林，易鎮(zhèn)邪，周文新，等.不同耕作方式下秸稈還田量對晚稻土壤養(yǎng)分與微生物的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，30（8）：1722-1728.

[4]包雪梅，張福鎖，馬文奇.我國作物秸稈資源及養(yǎng)分循環(huán)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2003，（5）：14-17.

[5]陳德章.稻草還田對土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J].土壤肥料，2000，（5）：24-27.

[6]陳冬林，易鎮(zhèn)邪，周文新，等.不同耕作方式下秸稈還田量對晚稻土壤養(yǎng)分與微生物的影響[J].環(huán)境科學(xué)報，2010，30（8）：1722-1728.

[7]李鳳博.不同耕作方式下秸稈還田對直播田生態(tài)環(huán)境的影響[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[8]徐祖祥.連續(xù)秸稈還田對作物產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，（1）：35-36.

[9]勞秀榮，孫偉紅，王 真.秸稈還田與化肥配合施用對土壤肥力的影響[J].土壤學(xué)報，2003，40（4）：619-623.

[10]Setyanto P，Makarim A K，F(xiàn)agi A M，et al.Crop management affecting methane emissions from irrigated and rainfed rice in Central Java （Indonesia）[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems，2000，58：85-93.

[11]肖小平，伍芬琳，黃風(fēng)球，等.不同稻草還田方式對稻田溫室氣體排放影響研究[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2007，28（5）：629-632.

[12]徐國偉，談桂露，王志琴，等.秸稈還田與實地氮肥管理對直播水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42（8）：2736-2746.

[13]江永紅，宇振榮，馬永良.秸稈還田對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)及作物生長的影響[J].土壤通報，2001，32（5）：209-213.

[14]陳新紅，葉玉秀，許仁良，等.小麥秸稈還田量對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].作物雜志，2009，（1）：54-56.

[15]李明德，吳海勇，聶 軍，等.稻草及其循環(huán)利用后的有機廢棄物還田效用研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（17）：3572-3579.

[16]Naser H M，Nagata O，Tamura S，et al.Methane emissions from five paddy fields with different amounts of rice straw application in central Hokkaido，Japan[J].Soil Science and Plant Nutrition.2007，（53）：95-101.

[17]王洪媛范丙全.三株高效秸稈纖維素降解真菌的篩選及其降解效果[J].微生物學(xué)報，2010，50（7）：870-875.

[18]杜甫佑，張曉昱，王宏勛.木質(zhì)纖維素的定量測定及降解規(guī)律的初步研究[J].生物技術(shù)，2004，14（5）：46-48.

[19]房興堂，陳 宏，趙雪鋒，等.秸稈纖維素分解菌的酶活力測定[J].生物技術(shù)通訊，2007，18（4）：628-630.

[20]李雅華，李樹文，咸洪泉.應(yīng)用正交設(shè)計優(yōu)選秸稈降解菌組合[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2012，28（21）：193-198.

[21]Wang H Y,Fan B Q，Li C H，et l.Effects of rhamnolipid on the cellulase and xylanase in hydrolysis of wheat straw[J].Bioresource Technology，2011，102（11）：6515-6521.

[22]王芳芳，楊桂花，陳嘉川，等.篩選選擇性降解玉米秸皮的菌株[J].生物技術(shù)通訊，2011，22（3）：398-402.

[23]李 勇，曹紅娣，鄧九勝，等.小麥秸稈全量還田對土壤速效氮及水稻產(chǎn)量的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2009，25（4）：46-51.

[24]劉世平，聶新濤，張洪程，等.稻麥兩熟條件下不同土壤耕作方式與秸稈還田效用分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2006，22（7）：48-51.

[25]周江明，徐大連，薛才余.稻草還田綜合效益研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2002，18（4）：7-10.