長期秸稈還田對華北潮土肥力、 氮庫組分及作物產量的影響

趙士誠， 曹彩云， 李科江， 仇少君， 周 衛， 何 萍, 3, 4*

(1 農業部植物營養與肥料重點實驗室， 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所， 北京100081；2 河北省農林科學院旱作農業研究所， 河北衡水 053000； 3 中國農業科學院-國際植物營養研究所植物營養聯合創新實驗室， 北京100081； 4 國際植物營養研究所北京辦事處， 北京 100081)

高土壤肥力是作物高產的保證。氮是作物生長必需的礦質營養元素，由于氮肥在土壤中易發生形態轉化而損失，氮肥管理一直是農田養分管理研究的重點[1-3]。土壤氮包括有機態氮和無機態氮，有機態氮主要指存在于未分解或半分解動植物殘體和有機質中的氮，是土壤氮素的主要存在形態和主體[4]。Bremner[5]用酸解法將土壤有機氮分為酸解氨基酸態氮、 酸解氨基糖態氮、 酸解氨態氮和酸解未知態氮等形態。大部分有機態氮不能被作物直接吸收，但它們是土壤礦化氮的主要來源[6]，植物吸收的氮主要來自酸解氨基酸態氮和酸解氨態氮[7]。土壤微生物是土壤有機氮礦化的動力，同時微生物量氮是高活性有機氮，其礦化速率高于其他有機氮源[8]。土壤無機氮包括速效氮和礦物固定態氮，水溶性銨、 交換性銨和硝態氮是能被作物直接吸收利用的速效氮，而礦物晶格固定態銨則很難被植物直接利用。因此，土壤氮庫的形態組成直接影響著土壤氮的保存和供應能力。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

1.2 樣品采集與分析

在每年的作物成熟期，各小區一半單收計產。2013年小麥收獲后，在CK、 S0、 S1、 S2和S3處理小區采集6個0—20 cm土樣組成一個混合土壤，一部分新鮮土樣用于土壤微生物量氮測定，其余土樣風干過篩后用于土壤養分和氮庫組分分析。

土壤總氮采用高錳酸鉀-鐵粉還原凱氏法消煮—自動定氮儀測定；總磷采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測定；全鉀采用NaOH熔融—原子吸收測定；有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定；土壤pH值用pH計測定，水土比2.5 ∶1[20]。

礦物固定態銨測定參照Silver-Bremner[21]的方法：稱取1.0 g土樣(過0.147 mm篩)放入離心管，加20 mL KOBr混勻后靜置過夜，第二天1200 r/min 離心10 min后棄上清液，加入15 mL 0.5 mol/L KCl后160 r/min振蕩20 min，然后1200 r/min 離心10 min后棄上清液，此操作重復4次；第4次棄上清液加入20 mL 5 mol/L HF-HCl，200 r/min 振蕩24 h后蒸餾測定。

土壤微生物量氮用氯仿熏蒸法測定[22]：將氯仿熏蒸24 h的土壤樣品用0.5 mol/L K2SO4提取(水土比4 ∶1)，同時做不熏蒸對照，浸提液過濾后用TOC儀測定有機氮，土壤微生物量氮含量以熏蒸和未熏蒸土壤的有機氮之差除以kEN(0.54)得到。

1.3 數據處理

試驗數據的統計分析采用SPSS 13.0 軟件，處理間多重比較采用LSD法，圖表用Excel 2007軟件制作。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田對土壤全氮、 全磷、 全鉀、 pH和有機質的影響

表1 不同處理的土壤全氮、 全磷、 全鉀和pH

CK處理的有機質在32年試驗中沒有顯著變化(圖1)。從1981至2004年的每一個試驗周期(6年)，前三年施肥和秸稈還田期間，各施肥處理的有機質均呈增加趨勢，后三年不施肥階段有機質均又顯著降低。從2004至2010年，各處理的有機質呈逐步增加趨勢。在試驗過程中各處理有機質含量基本為CK < S0 < S1

圖1 不同處理土壤有機質變化(19812013年)Fig.1 Change of soil organic matter in different treatments in 1981-2013

2.2 秸稈還田對土壤有機氮組分的影響

表2 不同處理土壤有機氮各組分含量及其占全氮的百分比

2.3 秸稈還田對土壤微生物量氮、 晶格固定態銨、 交換性銨態氮和硝態氮的影響

表3 不同處理土壤微生物氮、 固定態銨、 交換性銨態氮和硝態氮含量及其占全氮的比例

2.4 秸稈還田對作物產量的影響

表4 不同處理20112013年小麥和玉米平均產量(kg/hm2)

3 討論與結論

在化肥基礎上增施秸稈提高了作物產量，這與上述長期秸稈還田提高了土壤肥力是一致的。張靜等[47]和Malhi等[18]也證實，長期秸稈還田提高了土壤生產能力。玉米產量隨秸稈用量的增加而增加，然而增加的秸稈用量并沒有持續增加小麥產量，這可能是因為近幾年小麥播種前的耕作為旋耕，耕層較淺，高量秸稈翻入土壤混合后，耕層土壤秸稈間隙度較大導致土壤失墑嚴重，水分不足和秸稈阻礙均影響了小麥出苗率和苗期的生長質量[48-49]。因此，為保證秸稈還田后的小麥高產，配套的田間秸稈管理和耕作措施，如增加土壤翻耕深度、 提高秸稈粉碎和均勻分布程度、 播后鎮壓保墑等措施，都是十分必要的。

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