不同條件下茭草腐解及養(yǎng)分釋放特征研究

周 楊，姚岳良，施麗珍，陳建霞，章明奎

(1.縉云縣農(nóng)業(yè)局，浙江 縉云 321400； 2.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

不同條件下茭草腐解及養(yǎng)分釋放特征研究

周 楊1，姚岳良1，施麗珍1，陳建霞1，章明奎2

(1.縉云縣農(nóng)業(yè)局，浙江 縉云 321400； 2.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

為了解還田茭草的腐解過程及其養(yǎng)分釋放特點，開展了不同水分(淹水和濕潤)和不同溫度(15 ℃、25 ℃、35 ℃)條件下茭白莖葉與茭白根系物質(zhì)在土壤中的分解速率及其N、P、K釋放的模擬研究。結(jié)果表明，茭草的腐解速率隨溫度的升高而增加，濕潤條件下茭草的腐解快于淹水條件，莖葉的腐解快于根系；還田前期，茭草中氮、磷、鉀可隨茭草腐解逐漸釋放，增加表水中水溶性有機碳、氮、鉀和磷的濃度。研究認為，茭草還田可能會增加對地表水體污染的風險，特別是在茭草還田前期。

茭草還田； 腐解； 養(yǎng)分； 面源污染

茭白是縉云縣農(nóng)業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，規(guī)模種植始于20世紀90年代后期，至2015年全縣茭白種植面積已達到5.45 hm2，主要分布大洋鎮(zhèn)、壺鎮(zhèn)鎮(zhèn)、前路鄉(xiāng)、新建鎮(zhèn)和大源鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。縉云縣茭白生產(chǎn)具有長年淹水種植、秸稈全量還田的特點，土壤有機質(zhì)積累明顯高于相應(yīng)的稻田土壤。有研究報道，秸稈還田對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)而言具有正負二方面的作用，其在歸還作物吸收的養(yǎng)分、增加土壤有機質(zhì)積累的同時[1-3]，也會因過量還田使得秸稈在分解過程中向水體釋放大量的污染物質(zhì)[4-5]。為了解還田茭草的腐解規(guī)律及茭草還田過程中對農(nóng)田養(yǎng)分狀況和地表水環(huán)境的可能影響，在室內(nèi)開展了不同條件下茭草腐解及養(yǎng)分釋放特征的模擬研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗茭草材料分茭白莖葉與茭白根系物質(zhì)2種類型。茭白莖葉的氮(N)、磷(P)、鉀(K)含量分別為15.47、4.01、15.21 g·kg-1；茭白根系的N、P、K含量分別為14.66、3.95、17.68 g·kg-1。供試土壤為種植茭白8年的水稻土，土壤類型為培泥沙田，土壤有機質(zhì)含量為32.74 g·kg-1，pH 6.14；全氮2.34 g·kg-1，全磷0.78 g·kg-1，有效鉀158 mg·kg-1。

1.2 研究方法

研究內(nèi)容包括淹水(保持土表3～5 cm水層)與非淹水(濕潤狀況)條件和不同溫度條件(15 ℃、25 ℃、35 ℃)對茭白莖葉與茭白根系物質(zhì)腐解、N、P、K釋放及對田面水中水溶性有機碳(DOC)、N、P、K濃度的影響。腐解試驗采用盆缽培養(yǎng)方式進行。茭草材料放置在尼龍網(wǎng)袋中，網(wǎng)袋規(guī)格為15 cm × 15 cm，孔徑200目。每個尼龍網(wǎng)袋中放置3.00 g茭草物質(zhì)(試驗前剪成2～3 cm)，封口后埋壓在5 cm深的土層中。每盆用土量為10 kg，每盆缽各放置8個裝有茭草的尼龍網(wǎng)袋。試驗設(shè)置淹水與濕潤條件和不同溫度條件(15 ℃、25 ℃、35 ℃，分別放置在不同溫度的大型控溫箱中)，每2～5 d加適量水調(diào)節(jié)土壤水分。分別在試驗時間0、10、25、75、90、120、150 d在各培養(yǎng)盆缽中取其中1個培養(yǎng)尼龍網(wǎng)袋，在清水中洗干凈、烘干后稱重，根據(jù)尼龍網(wǎng)袋內(nèi)含物重量的變化測算其中茭草物質(zhì)的腐解速率。殘留的內(nèi)含物用常規(guī)方法消化后測定N、P、K含量[6]。根據(jù)內(nèi)含物中N、P、K濃度及殘留物質(zhì)量與試驗前比較，估算試驗過程中N、P、K的釋放速率。同時采集淹水處理的土表水樣分析DOC、N、P、K濃度。茭草殘留率和養(yǎng)分殘留率按下式計算：

茭草殘留率=培養(yǎng)后茭草殘留量/培養(yǎng)前茭草重量×100；

養(yǎng)分殘留率=(培養(yǎng)后茭草殘留量×殘物中養(yǎng)分含量)/(培養(yǎng)前茭草重量×培養(yǎng)前茭草中養(yǎng)分含量)×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 茭草腐解特征

表1可知，培養(yǎng)培養(yǎng)過程中茭草殘留率隨培養(yǎng)時間的增加逐漸下降，但下降速率因茭草物質(zhì)類別、水分和溫度不同有所差別。無論培養(yǎng)溫度和水分如何，茭白莖葉的腐解速率始終明顯高于茭白根系物質(zhì)；莖葉和根系物質(zhì)的腐解程度均隨溫度增加而增加，表明夏季茭草還田可在較短的時間內(nèi)分解，而秋季還田茭草物質(zhì)可在農(nóng)田中保留較長的時間。水分條件也可影響茭草的腐解進程，在相同茭草物質(zhì)種類和相同的溫度條件下，一般是濕潤條件下的茭草前期腐解速率較快，而后期腐解速率逐漸下降；而淹水條件下茭草初期腐解速率小于濕潤條件，但后期腐解速率反而高于濕潤條件，至試驗結(jié)束時，淹水條件和濕潤條件下的茭草腐解率非常接近。

表1 茭草殘留率隨培養(yǎng)時間的變化 %

濕潤條件下，莖葉物質(zhì)在15、25、35 ℃時腐解一半的時間分別約為96、81和45 d，根系物質(zhì)在15、25、35 ℃時腐解一半的時間分別約為120、85和63 d；淹水條件下，莖葉物質(zhì)在15、25、35 ℃時腐解一半的時間分別約為108、88和62 d，根系物質(zhì)在15、25、35 ℃時腐解一半的時間分別為133、120和76 d。

2.2 茭草中氮的釋放特征

茭草腐解過程中氮素的釋放基本上與茭草腐解相似(表2)。但在茭草腐解初期，氮素的釋放要滯后于茭草的腐解，因此茭草腐解初期其殘留的內(nèi)含物中C/N比有輕微下降(表3)。與茭草腐解率相似，茭草腐解過程中氮素的釋放隨培養(yǎng)溫度的增加而增加，莖葉中氮素的釋放大于根系氮素的釋放。茭草腐解過程中前期氮素的釋放也是濕潤條件下高于淹水條件下，但至試驗結(jié)束時，淹水條件和濕潤條件下茭草中氮素的釋放量也非常接近。

表2 茭草中N的殘留率隨培養(yǎng)時間的變化 %

表3 茭草腐解殘留物中C/N比隨培養(yǎng)時間的變化

2.3 茭草磷和鉀的釋放特征

茭草腐解過程中磷素和鉀素的釋放也隨培養(yǎng)時間的增加和培養(yǎng)溫度的提高而增加(表4～5)，且在莖葉中的釋放快于根部。與茭草整體腐解和氮釋放比較，磷與鉀的釋放一般要高于氮素釋放和秸稈的整體分解，其中鉀素的釋放又比磷素快。

表4 茭草中P的殘留率隨培養(yǎng)時間的變化 %

表5 茭草中K的殘留率隨培養(yǎng)時間的變化 %

2.4 表水中DOC和N、P、K濃度的變化

表6表明，茭草淹水還田可增加表水中水溶性有機碳(DOC)、氮素、鉀素和磷素的濃度，以茭草還田后的初期最為明顯。但隨著時間的增加，表水中這些物質(zhì)逐漸下降。這一結(jié)果表明，茭草還田可能會增加對地表水體污染的風險，特別是在茭草還田前期。

表6 添加茭草(莖葉)對淹水培養(yǎng)農(nóng)田表水中養(yǎng)分的影響 mg·L-1

3 小結(jié)

研究表明，進入農(nóng)田的茭草腐解速率隨溫度的升高而增加，濕潤條件下茭草的腐解快于淹水條件，莖葉部分的腐解快于根系；還田前期，茭草中氮、磷、鉀可隨茭草腐解逐漸釋放，明顯增加表水中水溶性有機碳、氮、鉀和磷的濃度。養(yǎng)分元素釋放速率鉀>磷>氮。在淹水條件下，莖葉物質(zhì)在15、25、35 ℃時腐解一半的時間分別約為108、88和62 d，根系物質(zhì)在15、25、35 ℃時腐解一半的時間分別約為133、120和76 d。研究認為，茭草還田前期由于養(yǎng)分釋放可增加對地表水體污染的風險。

[1] 吳家梅，紀雄輝，彭華，等. 稻草還田方式下對雙季稻田耕層土壤有機碳積累的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，19(10)：2360-2365.

[2] 陳尚洪，劉定輝，朱鐘麟，等. 四川盆地秸稈還田免耕對土壤養(yǎng)分及碳庫的影響[J]. 中國水土保持，2008，6(增刊)：54-56.

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[4] 戴志剛，魯劍巍，魯明星，等. 水稻秸稈用量對淹水培養(yǎng)土壤表層溶液理化性質(zhì)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，18(1)：20-24.

[5] 楊志敏，陳玉成，張赟，等. 淹水條件下秸稈還田的面源污染物釋放特征[J]. 生態(tài)學(xué)報，2012，32(6)：1854-1860.

[6] 中國科學(xué)院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海：上海科技出版社，1978.

2017-11-29

周 楊(1963—)，高級農(nóng)藝師，本科，從事土肥肥料研究工作，E-mail：1364284769@qq.com。

文獻著錄格式：周楊，姚岳良，施麗珍，等. 不同條件下茭草腐解及養(yǎng)分釋放特征研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，58(12)：2169-2172.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171227

S645.2

A

0528-9017(2017)12-2169-04

張瑞麟)