稻麥秸稈連續還田配施腐熟劑對土壤性狀和水稻產量的影響

朱 萍,顧艾節,王 華,顧建芹

（上海市奉賢區農業技術推廣中心，上海 201400）

我國是糧食生產大國，秸稈資源豐富，每年秸稈產量高達6億t［1］，其中僅2%—5%的農作物秸稈用于工業利用［2］。上海市奉賢區每年產生稻麥秸稈約12萬t，隨著液化氣的普及，秸稈在農村地區已不再被作為燃料使用。2010年以前，每年稻麥收獲期，秸稈焚燒造成空氣污染、火災頻發；2010年以后，奉賢區實行秸稈禁止焚燒政策，秸稈還田率達90%以上，即每年約有10萬t的秸稈還田，還田的主要方式為直接還田。稻麥秸稈直接還田就是在稻麥收割時，利用收割機將秸稈截成10 cm長的短稈，均勻拋灑在地表，并用旋根機將秸稈深翻入田。此項技術不僅避免了焚燒秸稈造成的大氣污染，保護了生態環境，還有利于培肥土壤，遏制近20年來土壤有機質不斷下降的趨勢。然而，隨著秸稈還田政策的深入推進，各種問題也隨之顯現，如稻麥秸稈連續還田后，秸稈臃積導致后續作物出苗緩慢甚至出現僵苗，秸稈降解時微生物奪氮造成后續作物缺氮等，且秸稈在土壤中的降解速度受到氣溫、水分、微生物、土種等多種因素的影響。稻秸稈在冬季的降解速度較為緩慢，稻麥秸稈連續還田對秸稈降解的壓力非常大，農民擔心秸稈還田會造成地秸稈過多、地面松散淤陷等問題，影響水稻種植和產量。盡管國內外在秸稈還田方面取得了較大進展，表明長期秸稈還田有利于增加土壤有機質，但長期秸稈還田配施腐熟劑條件下土壤肥力的演變規律及水稻產量變化規律還需進一步深入研究。本研究采用大田試驗探討秸稈連續還田配施腐熟劑對土壤性狀和水稻產量的影響。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

秸稈連續還田定位試驗于2010年分別在奉賢區奉城鎮、柘林鎮和莊行鎮3個糧食種植面積較大的鎮進行，具體土壤基礎條件見表1。

表1 供試土壤基本性狀（2010年）Table 1 Basic properties of tested soil

1.2 試驗設計

試驗為3處理3重復連續5年定位試驗，每處理田塊面積0.2 hm2。處理1（CK）：秸稈不還田，稻麥收獲后由人工清理出田外；處理2：秸稈全量還田不加腐熟劑，稻麥收獲時，秸稈粉碎成10 cm左右的小段，在常規施肥的基礎上基肥增施碳銨300 kg/hm2用于調節碳氮比［3］，增施的氮肥占水稻一生用氮量的15%左右；處理3：秸稈全量還田添加腐熟劑，稻麥收獲后與處理2相同處理，在施基肥時增施30 kg/hm2谷霖牌粉狀秸稈腐熟劑，加速秸稈的腐爛，秸稈腐熟劑施用后，盡早用旋耕機或滅茬機進行旋耕滅茬，避免秸稈腐熟劑長時間暴曬于陽光之下。所有處理后期施肥及管理措施和常規保持一致。

1.3 采樣及測定方法

土壤采樣在每年水稻收獲后進行，在每個小區內沿“S”型路線隨機取樣20點，采樣深度為0—20 cm，土樣充分混合后，風干粉碎備用。土壤有機質、全氮、全磷、速效鉀的測定均采用常規農化分析法［4］。每年水稻收獲后，每處理小區內棋盤型布點9個，測定該田塊的土壤容重值，取平均值。

植株采樣在每年水稻收獲前進行，考察有效穗數、總粒數、實粒數、千粒重等，計算理論產量，并測實產。

1.4 數據分析

每年對3個定位試驗點的不同處理進行土壤采樣，分析理化性狀，同一個處理的3個點作為重復，進行數據分析，采用LSD法檢驗P＜0.05水平和P＜0.01水平的差異顯著性。連續5年的土壤理化性狀數據試驗結果按年度制作土壤養分趨勢圖。每年對3個定位試驗點進行水稻穗粒結構和產量統計分析，產量數據為同一個處理3個點的平均值。

2 結果與分析

2.1 稻麥秸稈連續還田對土壤有機質、全氮的影響

從稻麥秸稈連續還田5年后田塊的土壤養分狀況來看（表2），2015年秸稈還田處理和秸稈還田添加腐熟劑處理土壤有機質平均含量分別達20.7 g/kg和22.6 g/kg，比秸稈不還田處理同期土壤有機質含量（18.5 g/kg）分別提高了11.9%和22.2%，差異分別達顯著水平和極顯著水平。從3個點不同處理5年間土壤有機質的變化情況來看（表3），秸稈還田2—3年后，不同類型土壤的有機質含量均有極顯著提高。秸稈連續還田后，秸稈還田處理和秸稈還田添加腐熟劑處理土壤有機質的提升較秸稈不還田更快，這與孫星等［5］、勞秀榮等［6］研究結果一致。

稻麥秸稈連續還田5年后，秸稈還田添加腐熟劑處理對土壤全氮影響較大（表1、表2）。2015年秸稈還田添加腐熟劑處理土壤全氮達1.32 g/kg，比秸稈不還田處理同期土壤全氮含量（1.10 g/kg）提高了20%，差異達極顯著水平；而秸稈還田處理2015年土壤全氮含量與同期不還田處理差異不顯著，說明秸稈還田添加腐熟劑可以有效提升土壤全氮水平。

表2 稻麥秸稈連續還田5年后田塊的土壤有機質和全氮含量Table 2 Soil organic matter content and total nitrogen content in paddy field after 5 years of continuous rice and wheat straw returning

表3 不同處理5年間土壤有機質含量的變化情況Table 3 The change of soil organic matter under different treatments for 5 yearsg·kg-1

2.2 稻麥秸稈連續還田對土壤全磷、速效鉀的影響

稻麥秸稈連續還田5年后（表4、圖1），與對照相比，秸稈還田處理和秸稈還田添加腐熟劑處理的土壤全磷積累效果不明顯，速效鉀分別增加34 mg/kg和45 mg/kg。三種土壤類型中，秸稈還田對黃泥型土壤速效鉀的提升較青黃土和黃夾砂快，秸稈還田對黃夾砂型土壤全磷和速效鉀的積累效果較差。2013年土壤全磷出現低谷期，這可能與該年水稻種植期間連續53 d最高溫度超過35℃有關。根據汪濤等［7］的研究，全磷的積累與年均溫度有關，隨著年均溫度的增加，土壤全磷顯著降低。

表4 連續稻麥秸稈還田5年后田塊的土壤全磷、速效鉀含量Table 4 Content of total P and available K in soil after 5 years of continuous rice and wheat straw returning

圖1 不同處理土壤全磷、速效鉀變化趨勢Fig.1 Changes of soil total P and available K of different treatments

2.3 稻麥秸稈連續還田對土壤容重的影響

從表層土壤容重數據可以看出（表5），與對照相比，秸稈連續還田4年后（2014年），土壤容重有極顯著的下降，秸稈還田添加腐熟劑處理在2年后表層土壤容重有顯著下降。但秸稈連續還田5年后，這種顯著性差異消失，主要原因是目前水稻實行機械收割，收割時地面留出20 cm高的稻茬和麥茬，隨翻耕作業翻入土壤表層。土壤機械翻耕深度一般為12—15 cm，因此表層土壤中秸稈數量逐年增加達到飽和，表層土壤容重也逐漸趨于穩定。

表4 連續稻麥秸稈還田5年間不同處理表層土壤容重的變化Table 4 Changes of surface soil bulk density under different treatments of continuous rice and wheat straw returning for 5 years

2.4 稻麥秸稈連續還田對水稻穗粒結構和產量的影響

綜合3個點5年的水稻穗粒結構和產量來看（圖2），秸稈還田添加腐熟劑、秸稈還田處理的水稻產量分別較對照高出717 kg/hm2和814 kg/hm2，增產7.79%和8.84%。秸稈還田和秸稈還田添加腐熟劑處理的水稻有效穗和產量高于秸稈不還田處理，說明秸稈還田可以增加水稻有效穗，從而提高水稻產量，這與葉文培等［8］研究結果一致。秸稈還田添加腐熟劑處理的水稻產量連續4年高于不添加腐熟劑的處理，說明在秸稈還田前幾年，添加腐熟劑增加了土壤微生物數量，有助于提高水稻產量。在水稻千粒重方面，秸稈還田處理的水稻千粒重低于不還田處理，說明秸稈還田可能會影響水稻灌漿和千粒重，但是添加腐熟劑后這種影響被降低，這可能與腐熟劑中微生物分解秸稈后，及時釋放養分有關。綜上所述，秸稈還田有助于水稻有效穗和產量的增加，秸稈還田添加腐熟劑可以提高水稻千粒重，促使秸稈還田田塊水稻產量進一步提高。

圖2 3個定位點水稻穗粒結構和產量Fig.2 Panicle-grain structure and yield of rice at three location points

3 結論與討論

稻麥秸稈還田2—3年后土壤有機質就有極顯著改善；稻麥秸稈連續還田5年后，與對照相比，秸稈還田添加腐熟劑、秸稈還田處理的有機質分別增加4.1 g/kg和2.2 g/kg，速效鉀分別增加45 mg/kg和34 mg/kg。秸稈還田對土壤全磷的積累效果不明顯，秸稈還田添加腐熟劑可以加速秸稈分解，提高土壤有機質和速效鉀的積累量。

表層土壤容重在秸稈還田2—4年后有顯著下降，但隨著表層土壤中秸稈數量達到飽和，表層土壤容重的下降趨勢開始放緩并達到平衡，維持在1.0 g/cm3左右。添加秸稈腐熟劑對土壤容重影響不大。

秸稈還田可以增加水稻有效穗，秸稈還田添加腐熟劑可以提高水稻千粒重。秸稈還田添加腐熟劑、秸稈還田處理的水稻產量分別較對照高717 kg/hm2和814 kg/hm2，增產7.79%和8.84%。連續5年試驗中，秸稈還田添加腐熟劑處理的水稻產量連續4年位居第一，相對對照增產顯著。

［1］曹國良，張曉曳，鄭方成，等.中國大陸秸稈露天焚燒的量的估算［J］.資源科學，2008，28（1）：9-13.

［3］GAO B Y，XU Y，WANG Y，et al.Preparation and characteristics of quaternary amino anion exchanger from wheat residue［J］.Journal of hazardousmaterials，2009，165：461-468.

［3］陳興麗，周建斌，劉建亮，等.不同施肥處理對玉米秸稈碳氮比及其礦化特性的影響［J］.應用生態學報，2009，20（2）：314-319.

［4］魯如坤.土壤農業化學分析方法［M］.北京：中國農業科技出版社，2000：25-32.

［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］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.

［7］汪濤，楊元合，馬文紅.中國土壤磷庫的大小［J］.北京大學學報（自然科學版），2008，44（6）：945-952.

［8］葉文培，謝小立，王凱榮，等.不同時期秸稈還田對水稻生長發育及產量的影響［J］.中國水稻科學，2008，22（1）：65-70.