秸稈還田對雙季稻土壤有機碳和全氮含量的影響

周飛，魯立明，陳余平，韓紅煊

(1.余姚市農業技術推廣服務總站，浙江 余姚 315400； 2.余姚市農業科學研究所，浙江 余姚 315400)

土壤有機碳不僅能為作物生長提供碳源、維持良好的土壤物理結構，還是評價生態系統可持續性的基礎指標之一。農田土壤有機碳庫是土壤地力高低的關鍵，是作物穩產高產的基礎，是土壤肥力和土壤健康評價的重要指標之一[1-2]。耕層不但是土壤最大的有機碳庫，還含有80%以上的有機氮素，耕層土壤中有機碳、氮素含量的細微變化都會對作物高產穩產產生深遠影響，短期內微生物量碳和氮是反映耕作措施的敏感指標，中期內土壤有機碳可以敏感反映土壤健康狀況[3-4]。

余姚市是浙江省典型的雙季稻農業系統生產區，由于傳統農業生產水平低、水土流失嚴重、土壤質量退化，導致農業系統穩定性差。通過適宜的基于生態系統穩定性的管理措施，如秸稈還田、水旱輪作、保護性耕作等，可改善土壤肥力，促進土壤健康。本研究以余姚市雙季稻農業生產系統為對象，研究施肥和秸稈還田等措施對土壤有機碳、全氮含量的影響，研究結果可為雙季稻農業生產系統的可持續發展和水稻綠色生產提供指導與借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于余姚市泗門鎮(30°08′33″N，121°03′25″E)，粉泥田土種，海拔4.5 m，地下水位0.7 m，常年積溫5 913 ℃，無霜期230 d，排水能力強。2010年試驗田土壤pH值5.9，有機質含量43.7 g·kg-1，全氮含量2.3 g·kg-1，有效磷含量17.4 mg·kg-1，速效鉀含量88.5 mg·kg-1。

1.2 處理設計

試驗開始于2010年，共設3個處理：不施肥處理(CK1)、常規施肥處理(CK2)、秸稈還田+常規施肥處理(CK3)。處理不設重復，隨機區組排列，小區面積為66.7 m2。測試土壤采自2012和2014—2018年12月連作晚稻收獲期，利用土鉆取0～20 cm耕層土樣，每個小區取樣5次，混合。分別采用重鉻酸鉀外加熱法和凱氏定氮法測定土壤有機碳、全氮含量。

2 結果與分析

2.1 耕層土壤有機碳含量變化

如圖1所示，各處理下耕層土壤的有機碳含量隨時間的變化趨勢基本一致。2014年以后，在常規施肥條件(CK2)下，耕層土壤有機碳含量呈現先下降后增高的趨勢，其中，2018年耕層土壤有機碳含量最高(26.57 g·kg-1)，比2015年的最低值增加8.88 g·kg-1。秸稈還田條件(CK3)下，耕層土壤的有機碳含量與常規施肥條件下的變化趨勢一致，同樣以2018年耕層土壤有機碳含量最高(35.15 g·kg-1)，比2015年的最低值增加7.95 g·kg-1。自2014年起，CK3處理的耕層土壤有機碳含量始終高于其他2個處理。這主要是因為，秸稈覆蓋提高了土壤溫度和濕度，同時，秸稈腐爛分解時還產生了大量的有機物，使得土壤有機碳含量不斷增加[5]。

圖1 不同處理耕層土壤的有機碳含量變化

2.2 耕層土壤全氮含量變化

如圖2所示，各處理下耕層土壤全氮含量隨時間的變化趨勢基本一致。2014年以后，在常規施肥條件下，耕層土壤全氮含量呈現先下降后增高的趨勢，其中，耕層土壤的全氮含量在2014年最高(3.02 g·kg-1)，在2015年最低(1.01 g·kg-1)。秸稈還田條件下，耕層土壤的全氮含量與常規施肥條件下變化趨勢相似，同樣以2014年最高(3.73 g·kg-1)，但最低值出現在2016年(1.26 g·kg-1)。對比不同處理可知，CK3的耕層土壤全氮含量始終高于其他2個處理，而CK2與CK1的耕層土壤全氮含量差別不大。這是因為，秸稈還田增強了土壤對環境水熱變化的緩沖能力，為水稻生長和微生物活動創造了良好的生境，加快了土壤氮循環，提高了土壤氮的有效性[6]。

圖2 不同處理耕層土壤的全氮含量變化

2.3 耕層土壤有機碳與全氮的相互關系

如圖3所示，各年度不同處理下耕層土壤有機碳(OC)與全氮(N)含量的比值(OC/N)差別不大，變化趨勢相似，均表現為先上升后下降的趨勢。在常規施肥條件下，耕層土壤的OC/N在2016年最大(19.6)，在2012年最低(9.2)；在秸稈還田條件下，耕層土壤的OC/N同樣在2016年最大(22.8)，在2012年最低(9.8)。

圖3 不同處理耕層土壤OC/N的動態變化

3 小結

土壤有機碳、全氮含量可以敏感反映出土壤的健康狀況。利用多年定點試驗，分析了不同施肥處理和秸稈還田條件下余姚市雙季稻農業生產系統中土壤有機碳和全氮含量的變化。試驗結果初步表明，耕層土壤有機碳含量呈現先下降后增高的趨勢，秸稈還田+常規施肥處理的耕層土壤有機碳、全氮含量最高。