秸稈預處理后集中還田對農作物及土壤的影響

摘要：大量的秸稈在經過預處理后還田，研究其對作物生長及產量構成因素的影響，檢測土壤中氮磷鉀及有機質含量的變化。研究顯示，大量的秸稈在經過預處理后還田，不僅可以完全替代化肥實現作物高產，還能顯著增加土壤氮磷鉀及有機質的含量，改良土壤，實現農業的可持續發展。究其原因，除了秸稈分解釋放出大量營養物質可供給作物生長需求外，大量分解秸稈的微生物活動，還能固定、利用環境中的礦質元素，最終轉化為作物可利用的形式。大量微生物的次生代謝產物也有利于作物的生長。

關鍵詞：秸稈還田；預處理；菌種；土壤養分

中圖分類號： S216.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0480-03

收稿日期：2016-01-15

基金項目：江蘇省農業三新工程（編號：SXGC[2016]178）。

作者簡介：王志春（1972—），男，江蘇鹽城人，副研究員，主要從事資源環境研究。E-mail：wzcyzh@126.com。利用農作物秸稈還田培肥土壤在我國有著悠久的歷史，近年來科研工作者在利用秸稈還田培養土壤肥力等方面也進行了許多的研究[1-4]。秸稈還田不僅提高了土壤腐殖質的含量，而且提高了土壤腐殖質的品質[5]。無論采用機械化直接還田技術還是覆蓋技術，都可達到蓄水保墑、增加肥力、提高農作物經濟產量的良好效益，可以有效防止因焚燒秸稈所造成的大氣污染和資源浪費，同時還可減少勞動力和能源的投入，提高勞動生產率，達到高產、高效、低耗和可持續發展的目的[6]。

一般的秸稈還田，容易發生土壤微生物（即秸稈腐化的微生物）與作物爭奪養分的矛盾，特別是幼苗期，甚至出現黃苗、死苗等現象，導致減產。所以一般每667 m2秸稈粉碎翻壓還田在300 kg以下，最多不超過500 kg，否則，會影響秸稈在土壤中的分解速度及作物產量[7]。

在秸稈直接還田時，一般還需要增施一些速效氮肥，這樣不僅操作復雜、技術性強，還會增加秸稈還田的成本。單位面積大量秸稈還田，利用秸稈完全替代化肥的研究報道還很少。為此，我們研究了大量秸稈在經過預處理后集中還田，不使用任何化肥情況下對農作物及土壤的影響，旨在為秸稈資源充分利用和農業可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1試驗設計

1.1.1供試土壤試驗地位于江蘇省鹽城市東郊新洋農業試驗站內，是江蘇沿海地區典型的壤性鹽潮土，土壤肥力中等。

1.1.2試驗作物試驗作物為小麥，品種為半冬性小麥新品種淮麥33。

1.1.3試驗設計本試驗于2013—2014年進行，設置秸稈還田數量、預處理菌種用量2種處理，各處理水平、實施方法見表1。

試驗所用秸稈為水稻秸稈，預處理的菌種為鹽城市新洋農業試驗站研制的秸稈還田預處理專用菌種。秸稈先用秸稈粉碎機進行粉碎，再按比例加入，攪拌均勻，澆透水以利于菌種發揮作用，遮陽存放5 d，按照試驗設計均勻撒入田間，經翻耕、旋耕，使秸稈粉與耕作層土壤均勻混合。化肥施用方法同常規方法，分基肥、苗肥、臘肥、返青拔節肥和穗肥幾次施用。試驗采用隨機區組設計，3次重復。

1.1.4小麥測定項目與土壤樣品采集測定在小麥落黃時調查各小區的株高、有效穗數，在收獲后室內調查每穗粒數、千粒質量等性狀及各小區的實際產量。

土壤采用常規分析法測定[8]。土壤pH值用pH計測定，有機質用重鉻酸鉀容量法測定，全氮用半微量凱氏法測定，全磷用高氯酸-硫酸-鉬銻抗比色法測定。

2結果與分析

2.1對作物的影響

由表2可知，只利用秸稈而不使用化肥的各處理對小麥主要性狀產生影響，其中對株高的影響相對較小，對有效穗數和每穗粒數影響最大。各處理間產量差距很大，從減產 29.0% 至增產23.8%。

秸稈用量和預處理菌種用量對小麥產量的影響及變化趨勢見圖1。在秸稈沒有經菌種預處理直接還田時，小麥產量均表現出大幅度減產，而且隨著秸稈用量的增加，產量沒有提高。但秸稈經過菌種預處理后還田，小麥產量隨著秸稈用量的增加和預處理菌種用量的增加而不斷提高，最高產量出現在秸稈用量為40 t/hm2。菌種用量為150 kg/hm2時，增產幅度達23.8%。當秸稈用量較少（20 t/hm2）時，隨著預處理菌種用量的增加，小麥產量略有增加，但增幅不大，說明小麥產量的限制因素已不是菌種，而是秸稈的使用量。由于秸稈總量不多，即使全部分解所能提供的養分仍然不能滿足小麥高產的需要，總體表現為減產。而當秸稈用量較多（40 t/hm2）時，隨著預處理菌種用量的增加，小麥產量不斷增加，說明當菌種用量不足時，秸稈分解、利用不充分；當菌種用量充足時，秸稈分解所能提供的營養成分已經可以滿足小麥高產需求。值得注意的是M4N4、M4N3、M3N4處理組，不僅實現了利用秸稈完全替代化肥達到作物高產，而且產量比對照還大幅度增加，這為農作物高產栽培開辟了新的途徑。

2.2對土壤的影響

由表3、圖2、圖3、圖4可知，不同處理間土壤氮、磷、鉀的含量差異明顯。在沒有對秸稈進行預處理的情況下，經1季小麥生產后，土壤中氮、磷、鉀及有機質含量普遍下降。不同數量的秸稈還田后，在沒有經過菌種預處理時，對氮、磷、鉀含量增效不大，相互間差別也不大。而大量秸稈在經過預處理后還田，土壤中氮、磷、鉀及有機質含量都有大幅度的提高，隨著秸稈和菌種數量的增加，氮、磷、鉀含量增加明顯。同等數量的秸稈，隨著菌種用量的增加，氮、磷、鉀含量也都有不同程度的增加，秸稈用量越多，增幅越大。說明氮、磷、鉀含量的增減與秸稈和菌種用量關系都很密切，隨著秸稈和菌種用量的增加而增加。

由圖5可知，土壤中有機質的含量變化與氮、磷、鉀不同，有機質的增減與菌種的用量相關性更強，而3個秸稈用量處理水平間差異不大。只要秸稈還田，即使沒有經過預處理，土壤中有機質的含量比對照組仍然增加，隨著預處理菌種用量的增加，土壤中有機質的含量迅速提高，說明微生物在土壤有機質形成中起到至關重要的作用，在沒有經過預處理的試驗中，應該是土壤中原有的微生物發揮的作用，使有機質含量增加。

3討論

秸稈中含有較多磷和鉀，秸稈本身就是有機物，經分解后土壤中有機質的含量必然大幅度增加。但秸稈中氮素含量并不高，即使秸稈中的氮素全部釋放出來，也無法在滿足作物生長的情況下大幅度提高土壤中速效氮的含量。氮素來源不僅僅是秸稈，通過菌種中的微生物活動，固定了空氣中的氮素，供給作物利用，多余部分存留于土壤中。這種固氮形式有待于進一步研究。

利用秸稈還田作物產量可以大幅度超過正常使用化肥的產量，應該不僅僅是由于氮、磷、鉀等一般營養元素充足的原因，微生物活動所產生的大量代謝產物，可能是促進作物增產的另一重要原因。

在小麥越冬期，田間大量的秸稈經微生物分解會釋放出大量能量，提高土壤溫度，有利于小麥根系的生長，對最終產量形成起到促進作用。

4結論

大量秸稈經過預處理集中使用，在不使用化肥的情況下，不僅可以實現作物的高產，還能增加土壤中氮、磷、鉀及有機質的含量，實現農業的可持續性發展。但如果不經過預處理，直接還田，則達不到這樣的效果。

秸稈還田后，除了秸稈自身分解釋放出礦物質等成分供作物利用外，分解秸稈的微生物自身還可以利用環境中的礦質元素，轉化為作物可利用的形式。微生物的次生代謝產物也有利于作物的生長。

參考文獻：

[1]王振忠，吳敬民，陳留根，等. 稻麥兩熟地區秸稈全量直接還田施肥技術的增產培肥效果[J]. 江蘇農業學報，2003，19（3）：151-156.

[2]蔡曉布，錢成，張永青，等. 秸稈還田對西藏中部退化土壤環境的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2003，9（4）：411-415.

[3]王志明，朱培立，黃東邁，等. 秸稈碳的田間原位分解和微生物量碳的周轉特征[J]. 土壤學報，2003，40（3）：446-453.

[4]勞秀榮，孫偉紅，王真，等. 秸稈還田與化肥配合施用對土壤肥力的影響[J]. 土壤學報，2003，40（4）：618-623.

[5]孫星，劉勤，王德建，等. 長期秸稈還田對土壤肥力質量的影響[J]. 土壤，2007，39（5）：782-786.

[6]王應，袁建國. 秸稈還田對農田土壤有機質提升的探索研究[J]. 山西農業大學學報：自然科學版，2007，27（6）：120-121，126.

[7]劉長躍. 秸稈還田的利與弊[J]. 農業環境與發展，2004，21（5）：37-38.

[8]中國科學院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M].上海：上海科學技術出版社，1978：2-142.

摘要：大量的秸稈在經過預處理后還田，研究其對作物生長及產量構成因素的影響，檢測土壤中氮磷鉀及有機質含量的變化。研究顯示，大量的秸稈在經過預處理后還田，不僅可以完全替代化肥實現作物高產，還能顯著增加土壤氮磷鉀及有機質的含量，改良土壤，實現農業的可持續發展。究其原因，除了秸稈分解釋放出大量營養物質可供給作物生長需求外，大量分解秸稈的微生物活動，還能固定、利用環境中的礦質元素，最終轉化為作物可利用的形式。大量微生物的次生代謝產物也有利于作物的生長。

關鍵詞：秸稈還田；預處理；菌種；土壤養分

中圖分類號： S216.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0480-03

收稿日期：2016-01-15

基金項目：江蘇省農業三新工程（編號：SXGC[2016]178）。

作者簡介：王志春（1972—），男，江蘇鹽城人，副研究員，主要從事資源環境研究。E-mail：wzcyzh@126.com。利用農作物秸稈還田培肥土壤在我國有著悠久的歷史，近年來科研工作者在利用秸稈還田培養土壤肥力等方面也進行了許多的研究[1-4]。秸稈還田不僅提高了土壤腐殖質的含量，而且提高了土壤腐殖質的品質[5]。無論采用機械化直接還田技術還是覆蓋技術，都可達到蓄水保墑、增加肥力、提高農作物經濟產量的良好效益，可以有效防止因焚燒秸稈所造成的大氣污染和資源浪費，同時還可減少勞動力和能源的投入，提高勞動生產率，達到高產、高效、低耗和可持續發展的目的[6]。

一般的秸稈還田，容易發生土壤微生物（即秸稈腐化的微生物）與作物爭奪養分的矛盾，特別是幼苗期，甚至出現黃苗、死苗等現象，導致減產。所以一般每667 m2秸稈粉碎翻壓還田在300 kg以下，最多不超過500 kg，否則，會影響秸稈在土壤中的分解速度及作物產量[7]。

在秸稈直接還田時，一般還需要增施一些速效氮肥，這樣不僅操作復雜、技術性強，還會增加秸稈還田的成本。單位面積大量秸稈還田，利用秸稈完全替代化肥的研究報道還很少。為此，我們研究了大量秸稈在經過預處理后集中還田，不使用任何化肥情況下對農作物及土壤的影響，旨在為秸稈資源充分利用和農業可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1試驗設計

1.1.1供試土壤試驗地位于江蘇省鹽城市東郊新洋農業試驗站內，是江蘇沿海地區典型的壤性鹽潮土，土壤肥力中等。

1.1.2試驗作物試驗作物為小麥，品種為半冬性小麥新品種淮麥33。

1.1.3試驗設計本試驗于2013—2014年進行，設置秸稈還田數量、預處理菌種用量2種處理，各處理水平、實施方法見表1。

試驗所用秸稈為水稻秸稈，預處理的菌種為鹽城市新洋農業試驗站研制的秸稈還田預處理專用菌種。秸稈先用秸稈粉碎機進行粉碎，再按比例加入，攪拌均勻，澆透水以利于菌種發揮作用，遮陽存放5 d，按照試驗設計均勻撒入田間，經翻耕、旋耕，使秸稈粉與耕作層土壤均勻混合。化肥施用方法同常規方法，分基肥、苗肥、臘肥、返青拔節肥和穗肥幾次施用。試驗采用隨機區組設計，3次重復。

1.1.4小麥測定項目與土壤樣品采集測定在小麥落黃時調查各小區的株高、有效穗數，在收獲后室內調查每穗粒數、千粒質量等性狀及各小區的實際產量。

土壤采用常規分析法測定[8]。土壤pH值用pH計測定，有機質用重鉻酸鉀容量法測定，全氮用半微量凱氏法測定，全磷用高氯酸-硫酸-鉬銻抗比色法測定。

2結果與分析

2.1對作物的影響

由表2可知，只利用秸稈而不使用化肥的各處理對小麥主要性狀產生影響，其中對株高的影響相對較小，對有效穗數和每穗粒數影響最大。各處理間產量差距很大，從減產 29.0% 至增產23.8%。

秸稈用量和預處理菌種用量對小麥產量的影響及變化趨勢見圖1。在秸稈沒有經菌種預處理直接還田時，小麥產量均表現出大幅度減產，而且隨著秸稈用量的增加，產量沒有提高。但秸稈經過菌種預處理后還田，小麥產量隨著秸稈用量的增加和預處理菌種用量的增加而不斷提高，最高產量出現在秸稈用量為40 t/hm2。菌種用量為150 kg/hm2時，增產幅度達23.8%。當秸稈用量較少（20 t/hm2）時，隨著預處理菌種用量的增加，小麥產量略有增加，但增幅不大，說明小麥產量的限制因素已不是菌種，而是秸稈的使用量。由于秸稈總量不多，即使全部分解所能提供的養分仍然不能滿足小麥高產的需要，總體表現為減產。而當秸稈用量較多（40 t/hm2）時，隨著預處理菌種用量的增加，小麥產量不斷增加，說明當菌種用量不足時，秸稈分解、利用不充分；當菌種用量充足時，秸稈分解所能提供的營養成分已經可以滿足小麥高產需求。值得注意的是M4N4、M4N3、M3N4處理組，不僅實現了利用秸稈完全替代化肥達到作物高產，而且產量比對照還大幅度增加，這為農作物高產栽培開辟了新的途徑。

2.2對土壤的影響

由表3、圖2、圖3、圖4可知，不同處理間土壤氮、磷、鉀的含量差異明顯。在沒有對秸稈進行預處理的情況下，經1季小麥生產后，土壤中氮、磷、鉀及有機質含量普遍下降。不同數量的秸稈還田后，在沒有經過菌種預處理時，對氮、磷、鉀含量增效不大，相互間差別也不大。而大量秸稈在經過預處理后還田，土壤中氮、磷、鉀及有機質含量都有大幅度的提高，隨著秸稈和菌種數量的增加，氮、磷、鉀含量增加明顯。同等數量的秸稈，隨著菌種用量的增加，氮、磷、鉀含量也都有不同程度的增加，秸稈用量越多，增幅越大。說明氮、磷、鉀含量的增減與秸稈和菌種用量關系都很密切，隨著秸稈和菌種用量的增加而增加。

由圖5可知，土壤中有機質的含量變化與氮、磷、鉀不同，有機質的增減與菌種的用量相關性更強，而3個秸稈用量處理水平間差異不大。只要秸稈還田，即使沒有經過預處理，土壤中有機質的含量比對照組仍然增加，隨著預處理菌種用量的增加，土壤中有機質的含量迅速提高，說明微生物在土壤有機質形成中起到至關重要的作用，在沒有經過預處理的試驗中，應該是土壤中原有的微生物發揮的作用，使有機質含量增加。

3討論

秸稈中含有較多磷和鉀，秸稈本身就是有機物，經分解后土壤中有機質的含量必然大幅度增加。但秸稈中氮素含量并不高，即使秸稈中的氮素全部釋放出來，也無法在滿足作物生長的情況下大幅度提高土壤中速效氮的含量。氮素來源不僅僅是秸稈，通過菌種中的微生物活動，固定了空氣中的氮素，供給作物利用，多余部分存留于土壤中。這種固氮形式有待于進一步研究。

利用秸稈還田作物產量可以大幅度超過正常使用化肥的產量，應該不僅僅是由于氮、磷、鉀等一般營養元素充足的原因，微生物活動所產生的大量代謝產物，可能是促進作物增產的另一重要原因。

在小麥越冬期，田間大量的秸稈經微生物分解會釋放出大量能量，提高土壤溫度，有利于小麥根系的生長，對最終產量形成起到促進作用。

4結論

大量秸稈經過預處理集中使用，在不使用化肥的情況下，不僅可以實現作物的高產，還能增加土壤中氮、磷、鉀及有機質的含量，實現農業的可持續性發展。但如果不經過預處理，直接還田，則達不到這樣的效果。

秸稈還田后，除了秸稈自身分解釋放出礦物質等成分供作物利用外，分解秸稈的微生物自身還可以利用環境中的礦質元素，轉化為作物可利用的形式。微生物的次生代謝產物也有利于作物的生長。

參考文獻：

[1]王振忠，吳敬民，陳留根，等. 稻麥兩熟地區秸稈全量直接還田施肥技術的增產培肥效果[J]. 江蘇農業學報，2003，19（3）：151-156.

[2]蔡曉布，錢成，張永青，等. 秸稈還田對西藏中部退化土壤環境的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2003，9（4）：411-415.

[3]王志明，朱培立，黃東邁，等. 秸稈碳的田間原位分解和微生物量碳的周轉特征[J]. 土壤學報，2003，40（3）：446-453.

[4]勞秀榮，孫偉紅，王真，等. 秸稈還田與化肥配合施用對土壤肥力的影響[J]. 土壤學報，2003，40（4）：618-623.

[5]孫星，劉勤，王德建，等. 長期秸稈還田對土壤肥力質量的影響[J]. 土壤，2007，39（5）：782-786.

[6]王應，袁建國. 秸稈還田對農田土壤有機質提升的探索研究[J]. 山西農業大學學報：自然科學版，2007，27（6）：120-121，126.

[7]劉長躍. 秸稈還田的利與弊[J]. 農業環境與發展，2004，21（5）：37-38.

[8]中國科學院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M].上海：上海科學技術出版社，1978：2-142.