強還原條件下秸稈還田量對南繁水稻土土壤肥力和微生物數量的影響①

曹 明 張雪彬 陶 凱 楊小鋒 柯用春

(三亞市南繁科學技術研究院 海南三亞572000)

隨著我國農業生產水平的不斷提高，糧食產量逐年遞增，秸稈產生量也隨之增加。至2015年，我國秸稈資源總量已超過10億t，占世界秸稈總產量的20%～30%［1］，主要來源于玉米、水稻、小麥三大糧食作物［2］。近年來，焚燒秸稈帶來的環境污染和危害公共安全問題越來越受到重視，秸稈資源化利用成為主要出路，其中秸稈作為有機肥料還田是目前主要利用方法［3］。由于作物秸稈中有機碳含量豐富，秸稈還田對土壤有機質含量、土壤容重、土壤養分均具有重要影響。徐蔣來等［3］通過開展大田定位試驗，發現不同秸稈還田量能不同程度地增加土壤全氮、有效磷和速效鉀含量，連續5季75%秸稈還田量顯著提高了土壤總有機碳含量。張靜等［4］研究得出，秸稈還田可以增加土壤有機質和緩解土壤氮流失，提高土壤微生物碳、氮的固持和供給效果，增加土壤微生物量C/N，提高土壤供肥水平。汪金平等［5］研究發現，秸稈廂溝腐熟還田免耕試驗2年后，土壤密度減小，孔隙度增加，土壤有機質、全氮、水解氮、速效鉀含量增加。但秸稈還田量是否越多越好，目前尚未定論［6-7］。國內有關秸稈還田對作物產量與土壤肥力的影響，大多集中在南方當年的稻麥輪作體系［5，8］以及北方地區年際間水旱輪作體系［9］，而南繁基地水稻秸稈還田的土壤培肥效應研究較少。習近平總書記考察南繁工作時強調：“十幾億人口要吃飯，這是我國最大的國情。良種在促進糧食增產方面具有十分關鍵的作用。國家南繁科研育種基地是國家寶貴的農業科研平臺，一定要建成集科研、生產、銷售、科技交流、成果轉化為一體的服務全國的‘南繁硅谷’”。南繁基地土壤是科研平臺的基礎，更需要得到保護和改良。因此，本文通過水稻秸稈粉碎還田并結合淹水覆膜強還原的土壤滅菌技術［10］，研究南繁科研育種水稻土不同秸稈還田量對土壤肥力及微生物數量的影響，為國家南繁科研育種基地秸稈還田利用和土壤改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地位于三亞市吉陽區 （109°35′24″E，18°16′48″N）海南國家南繁研發中心三亞市育制種科技示范園，年平均降水量1 826.5 mm、年蒸發量1 950.7 mm、年均溫度25.4℃、有效積溫9 298.8℃。土壤類型為水稻土，冬季瓜菜—夏季水稻輪作。0～20 cm土壤容重1.33 g/cm3，土壤pH 6.65，有機質14.24 g/kg，全氮0.98 g/kg，堿解氮73.76 mg/kg，有效磷72.93 mg/kg，速效鉀175.08 mg/kg。水稻秸稈全氮含量9.16 g/kg，全磷含量1.32 g/kg，全鉀含量18.79 g/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗設5個處理：覆膜不淹水對照（A1），淹水覆膜＋0 t/hm2水稻秸稈（A2），淹水覆膜＋2.5t/hm2水稻秸稈（A3），淹水覆膜＋5.0 t/hm2水稻秸稈（A4），淹水覆膜＋7.5 t/hm2水稻秸稈（A5）。每個小區面積36.7 m2，隨機區組排列，重復3次。具體操作為：將水稻秸稈切成5～8 cm與0～20 cm土層混合均勻。灌水至土壤飽和，保持田面水位高5 cm，采用0.015 mm厚度的透明薄膜覆蓋，處理周期為15 d，處理完成后排水揭膜。

1.2.2 樣品采集與測定

分別在處理后0、1、3、5、10和15 d采集0～20 cm土樣，每個小區五點法取樣，測定pH值、EC值、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤細菌、真菌、放線菌數量。土壤pH值、EC值分別采用pH計和電導率儀測定［11］；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法［11］；堿解氮采用堿解擴散法［11］；有效磷采用0.03 mol/L氟化銨-0.025 mol/L鹽酸提取—鉬銻抗比色法［11］；速效鉀采用NH4OAc浸提—火焰光度計法［11］；土壤細菌、真菌、放線菌數量采用平板法測定。

1.2.3 數據處理

試驗數據利用SPSS 17.0軟件和Excel 2007進行統計分析和作圖，用Duncan新復極差法檢驗差異顯著性，p＜0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同秸稈還田量對南繁基地土壤pH值及EC值的影響

由圖1可知，秸稈還田并淹水覆膜處理3 d后土壤pH值變化明顯。所有淹水覆膜處理土壤的pH值較對照（A1）均有顯著提高，但添加不同秸稈量處理間差異不顯著。由此說明，淹水處理較秸稈還田處理更有利于土壤pH值的提升。秸稈還田量對土壤pH值變化影響不大。從圖2可以看出，隨著處理時間的延長，土壤EC值均表現為先升高后降低的趨勢，相對于A1和A2，秸稈還田的處理變化幅度較大，但不同秸稈量處理（A3、A4和A5）間差異不顯著。由此看來，秸稈還田量對土壤EC值的影響有限。

圖1 不同秸稈還田量對土壤pH值影響

圖2 不同秸稈還田量對土壤電導率（EC值）影響

2.2 不同秸稈還田量對南繁基地土壤養分的影響

秸稈還田后，土壤中的堿解氮、速效磷和速效鉀等速效養分含量均有升高（圖3～5）。處理15 d后，除對照A1外，其它處理土壤堿解氮、速效磷和速效鉀養分均顯著高于處理前的水平，其中A3處理土壤堿解氮較處理前提高最多，提高了67.73%；A4處理土壤速效磷和速效鉀較處理前提高最多，分別提高了147.89%和49.23%。而不同秸稈還田量處理之間總體差異不明顯。由此表明，淹水覆膜處理可提高土壤速效養分，但秸稈還田在短期內對土壤的速效養分含量影響不明顯。

圖6結果表明，相對于對照（A1），其他處理土壤有機質均升高，并且隨著時間推移和秸稈量的增加，土壤的有機質含量不斷升高。處理15 d后，相對于對照（A1），A2～A5分別提升了34.56%、43.71%、51.15%和61.89%。由此可見，在強還原條件下秸稈腐解作為土壤的有機質重要補充，能有效提高土壤的有機質。秸稈還田量越大，土壤有機質含量的提升越明顯，7.5 t/hm2水稻秸稈還田，土壤有機質含量最高。

圖3 不同秸稈還田量對土壤速效磷含量影響

圖4 不同秸稈還田量對土壤堿解氮含量影響

圖5 不同秸稈還田量對土壤速效鉀含量影響

2.3 不同秸稈還田量對南繁基地土壤微生物數量的影響

不同秸稈還田量對土壤微生物數量的影響結果表明，土壤中細菌數量在監測時間段內變化較大。隨著秸稈還田，各處理細菌數量先減少再增加，第5天時，A3、A4、A5處理細菌較第1天數量增加1倍，并且隨著時間的推移，其數量不斷增加，至15 d時，A2、A3、A4、A5處理細菌數量較第1天分別增加2.21、1.20、1.61和1.65倍。同一時間點，A4和A5處理顯著高于A2、A3處理。秸稈還田量越大，細菌數量越大，真菌卻相反。秸稈還田處理后的土壤中，真菌數量卻急劇減少，且秸稈量越大，真菌數量越少。土壤放線菌的數量變化規律不明顯。這可能是因為真菌大多為好氧生物，在強還原的厭氧條件下難以生存的緣故。并且秸稈量越大，殺滅真菌的效果越明顯，按照7.5 t/hm2水稻秸稈還田，土壤細菌數量最大、真菌數量最小（表1）。

圖6 不同秸稈還田量對土壤有機質含量影響

表1 不同秸稈還田量對細菌、真菌、放線菌數量的影響

3 討論與結論

作物秸稈作為一種重要的有機肥料，含有碳、氮、磷、鉀和其他多種營養物質，秸稈分解后可直接增加土壤養分含量特別是有機質含量。前人研究表明，秸稈還田后能夠提高土壤有機質含量，減少土壤中氮的流失，加強土壤微生物對碳、氮的固持，提高土壤供肥水平［4］。連續實施秸稈還田3～4年后土壤有機質、有效磷和速效鉀含量都顯著提高，但秸稈還田對土壤全氮含量的短期效應有限［12］。也有研究發現，作物秸稈中含磷量較低，秸稈還田對磷養分循環作用不大［13］。本研究發現，在強還原條件下，秸稈還田可有效提高土壤pH值，顯著增加土壤有機質含量。由于土壤中氮和磷在自然條件下也將部分釋放出來，即使只作覆膜處理的情況下，土壤的堿解氮、速效磷含量也會隨著處理時間的延長有一定的增加。秸稈還田量的高低對其它理化指標影響有限。另有部分學者認為，土壤微生物數量和活性受到了秸稈還田量等因素的影響，但并非秸稈還田量越高，土壤微生物豐富度越高。由于秸稈還田過高會導致土壤C/N提高，土壤中沒有足夠的氮素供微生物繁殖生長，導致微生物的數量和活性降低［4，14］。本研究結果表明，秸稈還田強還原處理后，土壤中真菌、細菌、放線菌等微生物數量變化規律不一致。秸稈還田可明顯提高土壤細菌數量，而強還原環境對殺滅土壤中真菌有積極作用，土壤放線菌的數量變化規律不明顯。并且秸稈還田量越大，殺滅真菌的效果越明顯。

綜上所述，淹水覆膜處理可提高土壤速效養分，秸稈還田可顯著增加土壤有機質含量。兩者綜合作用可有效提高酸性土壤pH值，一定程度提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量水平，能提高土壤中細菌數量，并對殺滅土壤中的真菌起積極作用。秸稈還田量只直接影響土壤有機質含量和土壤真菌數量，對土壤pH值、EC值、土壤堿解氮、速效磷和速效鉀以及放線菌數量的影響有限。在進行南繁水稻土壤保護和改良時，按7.5 t/hm2水稻秸稈還田并淹水覆膜處理，土壤有機質含量最高，土壤細菌數量最大、真菌數量最小，效果最明顯。