連續多年秸稈還田對土壤理化性狀的影響

劉宇慶 劉燕 楊曉東 陳靜 李文西

摘 ?要：為研究傳統耕作方式下連續秸稈全量還田對土壤理化性狀的影響，通過對8年田間定位試驗的大田土壤研究常規施肥和秸稈全量還田2種處理對土壤密度、孔隙度和土壤有機質、有效磷、速效鉀的影響。結果表明，秸稈全量還田不僅能改善土壤物理性狀，還能顯著提高土壤的養分狀況，相比對照土壤有機質、有效磷、速效鉀分別提高了6.7 g/kg、2.6 mg/kg、33.1 mg/kg，對耕地質量管理和提升具有積極意義。

關鍵詞：秸稈還田;土壤;理化性狀

中圖分類號：S158.5 ? ?文獻標志碼：A ? ?論文編號：2014-0491

Effect of Continuous Straw Returning on Physical and Chemical Properties in Soil

Liu Yuqing1， Liu Yan1， Yang Xiaodong1， Chen Jing1，Li Wenxi2

（1Institute of Hanjiang Soil and Fertilizer， Yangzhou 225009， Jiangsu， China;

2Yangzhou Soil and Fertilizer Extension Service Station， Yangzhou 225101， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the effect on continuous total straws returning to field on soil physical and chemical properties under conventional tillage， the long-term located trials with eight years were conducted to study effect of two measures with conventional fertilization and total straws returning to field on soil bulk density， porosity and soil organic matter， extractable phosphorus， available potassium in soil. The results showed that the total straws returning to field could improve physical properties in soil， and also increase the contents of nutrients in soil significantly. Compared to the control， the content of soil organic matter， extractable phosphorus， available potassium increased by 6.7 g/kg， 2.6 mg/kg and 33.1 mg/kg， respectively， and it was a positive meaning for management and improvement of the farmland quality.

Key words： Straw Returning; Soil; Physical and Chemical Properties

0 ?引言

良好的土壤養分狀況是保證優質高產作物生產至關重要的物質條件之一。由于自然因素和人為因素的影響，農田土壤養分含量常具有明顯的時空變化特點，這種時空變化特征會影響作物產量水平[1]。作為農作物生產的廢棄物，秸稈還田循環是提高土壤有機質的一種有效途徑和不可或缺的保護性耕作措施，是一種有效保護土壤的農業管理方式[2]。近年來關于秸稈還田在農業生產中的作用已有較多報道，秸稈還田可以培肥地力，改善土壤結構和理化性質，提高土壤保水保肥能力，優化農田生態環境[3-4]。但也有試驗結果表明在實際生產中秸稈在不能有效分解的情況下，會降低秸稈培肥改土作用，降低作物產量[5-6]。因此，本試驗通過連續秸稈還田研究秸稈對土壤理化性狀的變化的影響，旨在為秸稈還田技術的推廣應用提供科學依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗時間與地點

揚州市邗江區地處江淮平原南端，位于東經119°43′—119°16′，北緯32°13′—32°40′，區內西北部屬于鎮揚丘陵地區，東南部為長江沖積平原，總面積757 km2，耕地面積3.1萬hm2。區內土壤分為黃棕壤、潮土、水稻土、沼澤土4大土類，其中水稻土為主要的土類。年均降水量1063 mm，年平均溫度約15℃，年均日照時間2172.3 h，年無霜天數223天，耕作方式為稻麥輪作。

試驗點位于邗江區的秸稈還田長期定位監測點。2006年6月—2013年6月在稻麥輪作種植制度下進行連續定位試驗8年，研究16茬作物秸稈還田對作物產量和土壤理化性狀的影響，試驗田塊全部為水稻土。

1.2 ?試驗方法

試驗設2個處理：（1）常規施肥（NPK無秸稈還田）;（2）常規施肥+秸稈腐熟劑+秸稈還田（NPK+R）。每個試驗設3個重復，試驗區面積不小于30 m2，處理隨機排列，還田量基本相同且加入秸稈腐熟劑（30 kg/hm2）以加速秸稈腐爛。2個處理間化肥用量相同，其他管理措施按當地高產栽培方式進行。

在每個小區內沿“S”形路線隨機選取10～15個點，采集0～20 cm土樣后充分混勻，制成混合樣品。樣品經風干后，分別過1 mm和0.25 mm孔篩備用。土壤理化性狀分析采用常規方法[7]：土壤含水率采用105℃烘干法，土壤密度和孔隙度采用環刀法，有機質含量采用重鉻酸鉀法，有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法。

2 ?結果與分析

2.1 ?秸稈還田對土壤密度和孔隙度的影響

土壤密度是衡量土壤環境好壞的重要指標之一，它直接影響著土壤水肥供應、通氣狀況及作物根系穿透阻力等因素。在土壤密度增大的情況下，土壤水分和氣體含量降低，機械阻力增加，延緩作物根系生長，對N、P等營養元素的吸收相應減少，進而影響作物產量[8]。由表1可以看出，定位試驗剛開始的2006年，2個處理間的土壤密度只相差0.01 g/cm3，經過8年的秸稈還田試驗后，秸稈全量還田區較未秸稈還田區的土壤密度低0.14 g/kg。8年未秸稈還田的土壤密度從1.22 g/cm3增加到1.32 g/cm3，而經過8年秸稈全量還田的土壤密度卻從1.21 g/cm3降低至1.18 g/cm3。這與劉義國等[9]、張靜等[10]的研究結果一致。

表1結果表明，經過8年秸稈全量還田的土壤孔隙度由45.61%增加到50.12%，未秸稈還田的土壤孔隙度由45.35%降低到42.75%，秸稈全量還田較未還田區的土壤孔隙度高7.37%。這是由于秸稈還田后減少了雨滴對土壤的部分直接撞擊，減少了土壤中細小顆粒充填空隙，從一定程度上增加了土壤孔隙度，減少了土壤板結，保護了土壤結構。

2.2 ?秸稈還田對土壤養分含量的影響

2.2.1 ?秸稈還田對土壤有機質含量的影響 ?試驗結果顯示，連續8年秸稈全量還田后土壤有機質含量提高至29.3 g/kg，有機質含量平均年提高0.39 g/kg，連續8年秸稈未還田處理的土壤有機質含量下降至22.6 g/kg。在試驗第1年秸稈全量還田和秸稈未還田的土壤有機質含量分別為26.2 g/kg和25.4 g/kg，而經過連續8年秸稈還田后其土壤有機質含量較未還田處理的土壤有機質含量高6.7 g/kg（表2）。在秸稈全量還田處理中，連續第4年后秸稈還田對土壤有機質含量的提升趨勢逐漸放緩，這還有待進一步擴大試驗范圍進行驗證。結果表明，秸稈還田作為一種保護性耕作措施，對提高土壤有機質含量具有明顯的改善作用。

2.2.2 ?秸稈還田對土壤有效磷含量的影響 ?連續8年秸稈全量還田和秸稈未還田的土壤有效磷含量如表2所示。經過連續8年的秸稈全量還田后土壤有效磷含量提高至15.5 mg/kg，而連續8年秸稈未還田的土壤有效磷含量為12.9 mg/kg，秸稈全量還田處理較未還田處理高出2.6 mg/kg。這與前人[11-13]的研究結果基本一致。連續8年秸稈全量還田后，速效磷的大幅度提高可能是秸稈本身提供磷素，也可能是秸稈還田對土壤中的磷有一定的活化作用。這可能是由于秸稈還田提高土壤微生物和土壤酶的活性，以及秸稈分解產生的CO2和有機酸等有利于磷鉀釋放的結果。連續8年秸稈未還田的土壤有效磷含量的趨勢一直是穩中有升，這可能是因為目前農民習慣使用高濃度的復合肥中磷素過高的原因所致。

2.2.3 ?秸稈還田對土壤速效鉀含量的影響 ?由表2可以看出，連續8年秸稈全量還田后土壤速效鉀含量升至124.9 mg/kg，連續8年秸稈未還田的土壤速效鉀含量為91.8 mg/kg，經過8年后兩處理間相差33.1 mg/kg。秸稈還田不僅能改善土壤環境，其釋放的養分還可以供作物吸收利用從而增加產量，尤其是鉀素含量大、釋放快，容易被作物吸收利用[14]。也有研究指出，秸稈鉀素往往是一次性投入，容易受到淋洗、徑流、下滲等環境因素的影響，損失量可能較大[15]。本研究結果表明，秸稈全量還田在提高土壤速效鉀含量的效果比較顯著，鑒于當前中國鉀肥供應緊張的局勢，而在高復種生產制度下農田鉀素常處于虧缺狀態，秸稈全量還田補充鉀素不失為一種重要的鉀肥替代資源。鐘杭等[16]研究認為秸稈連續全量還田后，全量減鉀與全量還田處理的稻麥產量無顯著差異，提出生產上麥稻秸稈全量還田情況下可減少鉀肥用量的1/2。李繼福等[17]研究結果顯示，秸稈還田可不同程度地增加水稻產量和地上部鉀素累積量，可明顯提高中、低鉀土壤的鉀肥吸收利用率，認為在短期秸稈還田條件下，高鉀和中鉀土壤田塊中實施秸稈全量還田鉀素可不同程度地替代部分化學鉀肥施用。

3 ?結論與討論

連續秸稈全量還田可降低土壤密度和提高土壤孔隙度，有效改善土壤物理性狀，減少土壤板結，保護土壤結構。相比秸稈未還田的土壤有機質、有效磷分別提高了6.7 g/kg和2.6 mg/kg，尤其速效鉀增加了33.1 mg/kg，說明秸稈全量還田對土壤速效養分的改善程度明顯強于秸稈未還田處理，能夠提升耕地質量。

劉義國等[9]的研究結果表明，秸稈還田能增加土壤濕度，能使土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷含量增加，隨覆蓋還田量的增加其增加幅度加大，秸稈覆蓋使土壤容重降低，孔隙度加大，更好地保護了土壤的物理結構。楊帆等[18]研究發現，研究區秸稈還田的土壤肥力綜合指數均高于秸稈未還田的田塊，秸稈還田的土壤肥力綜合指數平均值較秸稈未還田提高了6.8%，秸稈還田試驗點的作物產量較秸稈未還田試驗點的作物產量平均提高4.4%。本研究發現，秸稈還田1年期的土壤孔隙度提高了1.6%，連續秸稈還田的土壤孔隙度年均增加量均低于1.6%。在連續秸稈還田第5年后，秸稈還田與秸稈未還田的試驗點之間的土壤孔隙度擴大至7.58%。這可能是由于秸稈還田后表層土壤含水量增加，使得土壤板結降低，更好地保護了土壤的物理結構。同時在本研究中連續8年秸稈全量還田后，土壤有機質和速效鉀分別提高了3.1 g/kg和19.2 mg/kg，秸稈未還田試驗點的土壤有機質和速效鉀分別降低了2.8 g/kg和9.7 mg/kg，說明秸稈還田對土壤有機質和速效鉀含量的增加有重要作用，而秸稈未還田試驗點的土壤有機質含量下降可能是由于耕地土壤的地上作物被認為移除后，長期缺少有機物的補充和耕作的影響，土壤有機質礦化速度加快，土壤中易于分解有機質被不斷氧化，最終導致土壤有機質含量下降。這與許多學者的研究結果一致[19-22]。因此，秸稈全量還田對緩解中國氮、磷、鉀比例失調的矛盾，彌補磷、鉀肥力不足和肥力保育方面具有積極意義。

國內外一些施肥試驗已經表明，秸稈還田或者有機無機肥料配施能提高土壤中有機質的含量，土壤中有機碳的固定和保護機制已成為土壤碳循環的研究熱點[21，23]。然而，由于連續秸稈全量還田需要投入大量的人力物力，而且部分農民認為秸稈全量還田影響田間作業和下茬作物產量等固有觀念，農民對秸稈全量還田的積極性并不高，目前僅在機械化程度較高的地方能夠順利實施。要實現大面積的秸稈還田，不僅需要科研人員積累更加豐富的數據，提高農民對秸稈還田的認可度，還需要制定相應的鼓勵政策，提高農民對秸稈還田的積極性。此外，本研究僅是從土壤基礎肥力的角度來探討秸稈全量還田的效果，而未從秸稈還田量、秸稈還田方式、作物產量和秸稈還田對土壤微生物環境的影響以及秸稈還田如何與測土配方優化施肥技術相結合等方面進行全面的研究，具有一定的局限性，在今后的研究中，應將諸多的因素進行全面分析，得出更加綜合的結論。

參考文獻

[1] 楊俐蘋.評價與改善土壤肥力的系統研究方法[M].北京：中國農業出版社，2005：9-21.

[2] 馬永良，師宏奎，張書奎，等.玉米秸稈整株全量還田土壤理化性狀的變化及其對后茬小麥生長的影響[J]. 中國農業大學學報，2003（8）：42-46.

[3] 劉建國，卞新民，李彥斌，等.長期連作和秸稈還田對棉田土壤生物活性的影響[J].應用生態學報，2008，19（5）：1027-1032.

[4] Kapkiyai J J， Karanja N K， Qureshi J N， et al. Soil organic matter and nutrient dynamics in a Kenyan nitisol under long-term fertilizer and organic input management[J]. Soil Biology and Biochemistry，1999，31（13）：1773-1782.

[5] 江永紅，宇振榮，馬永良，等.小麥秸稈還田對農田生態系統及作物生長的影響[J].土壤通報2001，32（5）：209-213.

[6] 高明，張磊，魏朝富，等.稻田長期壟作免耕對水稻產量及土壤肥力的影響研究[J].植物營養與肥料報，2004，10（4）：343-348.

[7] 中科院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科學技術出版社，1978：25-32.

[8] 李潮海，梅沛沛，王群，等.下層土壤密度對玉米植株養分吸收和分配的影響[J].中國農業科學，2007，40（7）：1371-1378.

[9] 劉義國，劉永紅，劉洪軍，等.秸稈還田對土壤理化性狀及小麥產量的影響[J].中國農學通報，2013，29（3）：131-135.

[10] 張靜，溫曉霞，廖允成，等.不同玉米秸稈還田量對土壤肥力及冬小麥產量的影響[J].植物營養與肥料學報，2010，16（3）：612-619.

[11] 陳冬林，易鎮邪，周文新，等.不同土壤耕作方式下秸稈還田量對晚稻土壤養分與微生物的影響[J].環境科學學報，2010，30（8）：1722-1728.

[12] Costanza Z， Albertia G， Biasiola S， et al. Microbial mineralization of biochar and wheat straw mixture in soil： A short-term study Applied[J]. Soil Ecology，2011（50）：45-51.

[13] Tang X， Ma Y B， Hao X Y， et al. Determining critical values of soil Olsen-P for maize and winter wheat from long-term experiments in China[J]. Plant and Soil，2009，323：143-151.

[14] 戴志剛，魯劍巍，李小坤，等.不同作物還田秸稈的養分釋放特征試驗[J].農業工程學報，2010，26（6）：272-276.

[15] Zhang J C， De Angelis D L， Zhuang J Y. Spatial variability of soil credibility （K factor） at a catchment scale in Nanjing， China. Theory and practice of soil loss control in Eastern China[J]. Springer Science Business Media， LLC，2011：101-113.

[16] 鐘杭，張勇勇，林潮瀾，等.麥稻秸稈全量整草免耕還田方法和效果[J].土壤肥料，2003（3）：34-37.

[17] 李繼福，魯劍巍，任濤，等.稻田不同供鉀能力條件下秸稈還田替代鉀肥效果[J].中國農業科學，2014，47（2）：292-302.

[18] 楊帆，董燕，徐明崗，等.南方地區秸稈還田對土壤綜合肥力和作物產量的影響[J].應用生態學報，2012，23（11）：3040-3044.

[19] Joseph O D， Schjonning P， SIbbesen E. Aggregation and organic matter fractions of three Nigerian soils as affected by soil disturbance and incorporation of plant material[J]. Soil and Tillage Research，1999（50）：105-114.

[20] 陳尚洪，朱鐘麟，劉定輝，等.秸稈還田和免耕對土壤養分及碳庫管理指數的影響研究[J].植物營養與肥料學報，2008，14（1）：806-809.

[21] 郝翔翔，楊春葆，苑亞茹，等.連續秸稈還田對黑土團聚體中有機碳含量及土壤肥力的影響[J].中國農學通報，2013，29（35）：263-269.

[22] 譚德水，金繼運，黃紹文，等.不同種植制度下長期施鉀與秸稈還田對作物產量和土壤鉀素的影響[J].中國農業科學，2007，40（1）：133-139.

[23] 孫漢印，姬強，王勇，等.不同秸稈還田模式下水穩性團聚體有機碳的分布及其氧化穩定性研究[J].農業環境科學學報，2012，31（2）：369-376.