基于自清式土壤研磨機樣品處理的秸稈還田免耕地土壤有機質特征

王柏 張爽 郗延彪 白佳玲 杜會石

摘要：利用自清式土壤研磨機對吉林省梨樹縣高家村免耕試驗田土壤樣品進行研磨，化驗分析其有機質特征，并對比分析不同秸稈覆蓋免耕條件下土壤有機質的變化情況。結果表明：免耕秸稈覆蓋能提高土壤中的有機質含量，并在0～5厘米表層深度表現明顯；不同秸稈還田量處理中，免耕秸稈100%還田量對土壤有機質含量的影響最為顯著，與傳統耕作相比，其有機質含量最高可增加58%。

關鍵詞：保護性耕作；秸稈還田；有機質

基金項目：吉林省省級經濟結構戰略調整引導資金專項項目（2015Y081）；吉林省重點科技成果轉化項目（20140307034NY）

中圖分類號： S141 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.14.030

近幾年，以免耕秸稈還田為主的保護性耕作技術已成為農業技術發展的重要趨勢[1]。對農田實行免耕處理，用作物秸稈、殘茬覆蓋地表，可增加土壤有機質含量，改善土壤結構，促進作物生長，提高作物產量[2]。土壤有機質是土壤維持肥力和農業生產力的重要組成部分，是植物養分的重要來源，由一系列存在于土壤中、組成和結構不均一、主要成分為碳和氮的有機化合物組成[3]。目前，如何切實增加土壤中的有機質含量是亟待解決的問題，而保護性耕作是重要的措施[5]。因此，測定不同保護性耕作控制實驗樣地土壤的有機質含量是農學研究重要工作之一。因而，本文以梨樹縣高家村保護性耕作試驗田為研究對象，研究不同秸稈覆蓋量條件下黑土中有機質含量的特征，為東北地區保護性耕作推廣提供科學依據。

1秸稈還田的原理

秸稈還田指將不能夠直接作為動物飼料的秸稈（如水稻秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈）進行堆積腐熟以后或者直接堆入土壤中進行土壤作用的一種方法，其原理就是將能量進行轉化，實現秸稈的廢物利用，避免焚燒等活動帶來的危害。農作物在其生長成熟的過程中需要不間斷的吸收營養和能量，也就需要外界為其提供充足的能量供它生長。土壤中的肥、水、熱量、氣就是保證作物生長的必要條件。在秸稈當中富含新鮮的有機物料，施入土壤之后，經過一定時間的分解，就能轉化成作物生長所需的有機質和部分養分。既可以在一定程度上改善土壤的理化性狀，還可以為作物生長提供條件。并且，秸稈還田還可以節省農業用水，節省成本，提高效率，增加產量，最重要的是環保，因此秸稈還田在現代農業技術中備受重視。

2 技術要求

2.1 秸稈還田一般用作基肥

由于秸稈還田的養分釋放速度較慢，如果超過作物生長的季節就會使作物無法吸收養分。

2.2 秸稈還田的數量要適當控制

一般情況下的秸稈還田是控制在每畝地折干草150～250公斤為宜，數量過多時需要配合相應的耕作措施并適量的施用氮肥。

2.3 均勻施用秸稈

倘若不均勻的話，在土壤濃厚處不易耕翻入土，田面會出現坑洼高低不平的現象，對于農作物的生長不利，導致生長不齊、不均勻出苗等現象。

2.4 適量施用速效氮肥

對農作物使用適量的氮肥可以有效的調節作物的碳氮比。禾本科的作物秸稈在一般情況下含有較多的纖維素，高達30%～40%，秸稈還田之后土壤中的碳素會提升，增加一倍左右。碳素是微生物生長的能源所在，氮素是微生物生長所需的營養所在，有利于對微生物分解最適宜的碳氮比是25∶1，而大多數秸稈的碳氮比是75∶1，因此秸稈在土壤中被腐解時由于碳多氮少產生不良現象，而秸稈還田時進行氮肥施用就會補充作物所需的氮素，不僅可以保障秸稈的腐解，還能增加其腐解效率，保證作物的生長旺盛。

2.5 土壤研磨機的工作原理（以TRM4土壤研磨機為例）

研磨機是通過嵌上或者涂上磨料的研具對土壤進行研磨，利用摩擦等作用將土壤進行充分的攪拌、混合，進行研磨。

TRM4土壤研磨機是在一個轉盤上安裝有四個球磨罐，轉盤開始轉動，球磨罐一邊圍繞著轉盤的中心公轉一邊圍繞著自身中心自轉，在轉的過程中，球磨罐之間相互碰撞，相互摩擦，進行土壤的研磨和混合，使土壤中成分充分研磨。

3材料與方法

3.1 試驗區概況

試驗地點為吉林省梨樹縣高家村保護性耕作試驗地（43°18′51″～43°19′12″N，124°14′26″～124°14′31″ E），供試土壤為黑土，母質為壤質粘土。該地區屬北溫帶半濕潤大陸季風性氣候，四季分明，雨熱同季，年均氣溫5.8℃，年均日照時數2644.2小時，年均降水量577.2毫米，降水主要集中在6～8月。

3.2 試驗設計

試驗于2007年4月，試驗開始前，該樣地經歷了以玉米連作為主的多年傳統耕作，樣區內按秸稈覆蓋量不同共設4種處理，免耕秸稈無覆蓋（NT-0）、免耕+33%秸稈量覆蓋（NT-33）、免耕+67%秸稈量覆蓋（NT-67）和免耕+100%秸稈量覆蓋（NT-100），每個處理4次重復，采用隨機區組設計，共計20個小區，每個小區面積為8.7×30平方米[4]。

3.3 樣品采集與測定方法

采用挖剖面方式取樣，每小區三次重復，深度為0～5厘米，5～10厘米，10～20厘米，20～30厘米，30～40厘米，40～50厘米，時間為2014年9月6日。樣品裝布袋標號后帶回實驗室，剔除土壤以外的有機殘體和石塊，處理后樣品室內陰干，再利用1400轉/分鐘自清式土壤研磨機研磨，過100目篩。有機質測定采用重鉻酸鉀氧化容量法——外加熱法。

4結果與分析

秸稈覆蓋免耕處理對0～50厘米表層土壤有機質含量具有一定影響（圖1），0～5厘米最顯著，土壤有機質含量隨秸稈覆蓋量增加而增加；免耕秸稈全覆蓋（NT-100）處理對不同深度土壤有機質的提高作用明顯；不同秸稈覆蓋量處理的有機質含量均隨深度增加而減少。

與CK相比，免耕處理在不同程度上增加了土壤中有機質含量，免耕秸稈全覆蓋（NT-100）土壤有機質范圍為9.9～31.9g·kg-1，免耕秸稈無覆蓋（NT-0）土壤有機質范圍為8.5～23.1g·kg-1；0～5厘米耕層，三種秸稈覆蓋處理（NT-33/67/100）土壤有機質含量較NT-0分別增加了9%、16%和38%，其中NT-100的增加量為2.01g·kg-1，總變化趨勢為NT-100>NT-67>NT-33>NT-0；5～10厘米耕層，各處理土壤有機質含量較0～5厘米耕層均有所降低，變化趨勢為NT-100>NT-33>NT-0>NT-67；而10厘米以下，各處理的土壤有機質含量變化差異進一步減少。

土壤有機質作為評價土壤質量的一個重要指標，不僅可以提高土壤養分的有效性，增強土壤供肥和保肥的能力，而且還可以改善土壤的蓄水能力、通氣性和透水性。保護性耕作通過改變土壤溫度和濕度等影響土壤微生物量及其活性，進而影響有機質的動態變化和分布 [6]。在相同自然條件下，免耕秸稈覆蓋有助于提高土壤有機質的含量，促進土壤表層有機質的累積。

5 結論

自清式土壤研磨機可實現土樣樣品的快速處理。免耕秸稈還田較傳統耕作可在不同程度上提高土壤有機質的含量，尤其在耕層0～5厘米內影響顯著，說明有機物料的增加有利于地表腐殖質和微生物在土壤中的保持和積累，不同秸稈覆蓋量對不同耕層土壤有機質的影響具有差異性，秸稈覆蓋量較高的區域，土壤有機質含量也較高。

參考文獻

[1] 張海林，高旺盛，陳阜，等.保護性耕作研究現狀、發展趨勢及對策[J].中國農業大學學報，2005，10（01）：16-20.

[2]J.Six，K.Paustian，E.T.Elliott，et al.Soil Structure and OrganicMatter I. Distribution of Aggregate-Size Classes and Aggregate-Associated[J].Soil Science Society of America journal，2000，64（02）：681-689.

[3] 武天云， Schoenau JJ， 李鳳民，等.土壤有機質概念和分組技術研究進展[J].應用生態學報，2004，15（04）：717-722.

[4] 杜會石，滕澤宇，陳智文，等.玉米秸稈覆蓋免耕對土壤緊實度及水分的影響[J].農機化研究，2015（11）：198-202.

[5] Sjoerd W，Douglas B，Beegle.Soil fertility distributions in long-term no-till，chisel/disk and moldboard plow/disk systems[J].Soil and Tillage Research，2006（88）：30-41.

[6] 田慎重，李增嘉，寧堂原，等.保護性耕作對農田土壤不同養分形態的影響[J].青島農業大學學報（自然科學版），2008，25（03）：171-176.