油菜秸稈還田對土壤養分供應的影響

黃乙瓊 劉蓉 趙長坤 施良 楊國濤 王學春 胡運高

摘要：為研究免耕條件下油菜秸稈還田對土壤養分的影響。通過盆栽和連續田間試驗，設置不同的油菜秸稈還田量，探索了免耕條件下油菜秸稈還田量對秸稈腐解率和不同土層氮、磷含量的影響。結果表明，還田量對秸稈腐解規律無顯著影響，全量還田時最終秸稈腐解率最高;秸稈全量還田后耕作層氮、磷含量最高，連續秸稈還田對耕作層氮素的補充效應大于磷素;長期秸稈還田可以減少犁底層以下氮、磷含量，有利于減少養分的滲漏損失，降低資源浪費和環境污染。

關鍵詞：油菜;秸稈還田;土壤養分;補償;滲漏

中圖分類號：S158;S565.4

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 20-0051-05

DOl：101408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.20.011

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中國作物秸稈產量從高到低依次是稻草、麥秸、玉米秸、棉稈、油料作物秸稈、豆類和薯芋類秸稈[1]。川東丘陵稻區油稻兩熟是主要的作物輪作模式。油菜作為養地作物，在生長時就能提高土壤肥力，如根系分泌有機酸等能溶解土壤中難溶性磷，葉子和花在成熟時掉落還田補充養分等[2]。同時成熟期的油菜秸稈氮素含量可達136.20 kg/hm2，遠高于小麥秸稈（氮素含量在40.37-64.25 kg/hm2）[3]。相關研究表明，在油稻兩熟輪作系統中，連續秸稈還田可以提高土壤氮、磷、鉀和有機質含量[4]，增加稻谷和油菜產量[5]，提高資源利用效率[6]，減少環境污染[7-9]。秸稈還田主要是對提高土壤肥力、改善理化性狀、加大保水保墑能力有著明顯的促進作用[10-12]。

但當前推行的油菜秸稈還田技術缺少相應的理論支持，農民進行秸稈還田操作時常以不正確的還田方式進行處理。而錯誤的秸稈還田處理對后季作物的生產還會起到抑制作用。如前人研究提出秸稈還田后影響其養分釋放的因素主要有還田方式、還田時間、還田量、碳氮比等[13-16]。其中，秸稈還田量在一定范圍內時，秸稈腐解率和腐解速度等均隨著還田量的增加而增加[17]，土壤有機質也隨還田量的增加而增加[18]。但還田量過高時，水稻生育前期會積累過多的CO2和有機酸[19];還田量過低時，水稻生育后期養分供應不足，二者均導致增產不顯著，甚至減產[20]。

20世紀70年代末，候光炯等[21]首創水田免耕理論，獲得極大成功。20世紀80-90年代，謝德體等[22]對水田生態系統和免耕高產栽培體系進行深入研究，半旱式壟作自然免耕理論與技術完善實用，成為南方地區免耕水稻的主要種植方式。目前南方廣大稻區掀起研究推廣熱潮，其中，四川平原丘陵地區研究推廣板田直插及撬窩免耕稻，在節約勞動力、維護土壤表層結構、保持水土等方面效果顯著。因此，基于川東油稻兩熟區域免耕條件下的秸稈還田技術研究，對充分利用秸稈資源、促進水稻生產的節能增效具有重要意義。

1 材料與方法

試驗于2017-2018年在四川省綿陽市涪城區龍門鎮尖峰村進行，地處涪江上游，是四川盆地典型丘陵區之一。年均降水量887.3-927.6 mm，年均氣溫16.7 -17.4℃，年均日照時數1 300-1 328 h，平均無霜期283-300 d，屬亞熱帶季風性濕潤氣候[23]。主要種植制度為油稻或麥稻兩熟制。試驗前土壤全氮含量1.63 g/kg、全磷含量0.72 g/kg、全鉀含量0.66 g/kg。

1.1 試驗設計

試驗設置4個油菜還田量水平進行試驗，即：不還田（SO）、半量（0.5倍還田量）1.5 t/hm2（S1），全量3.0 t/hm2（ S2），1.5量（1.5倍還田量）4.5 t/hm2（S3），田間試驗每個處理設置3次重復，共計12個小區;小區四周設置保護行，小區間壘土埂并用薄膜覆蓋，防止水稻生育期串水串肥。盆栽試驗中每個桶加入20 kg混勻水稻土，秸稈還田量和施肥量根據盆內徑換算所得，將秸稈覆蓋于土柱表面，每盆移栽水稻1株，每隔5d對盆內水深進行校正，保證淹水深3 cm左右，每個處理6盆，設置3次重復。所有處理的施肥方法：氮肥為純氮150 kg/hm2，基肥、分蘗肥、穗肥按照質量比5：3：2的比例施用;磷肥（P205） 60 kg/hm2作基肥一次施人;鉀肥120 kg/hm2以1：1作基肥和穗肥施人。水稻（品種：德優4727）于4月初育秧，秧齡35 d左右，5月中旬選取具2個分蘗的壯秧移栽。供試秸稈材料為前茬油菜（品種：綿油15號）的秸稈，油菜收獲后其秸稈經機械（金陽4L2-1.2）粉碎、晾干備用。水稻移栽前將油菜秸稈按照試驗設置覆蓋于田間。

1.2樣品的采集與測定

盆栽秸稈腐解率試驗于水稻移栽后20、40、60、100、140 d（水稻全生育期158 d左右，因此秸稈腐解為水稻生長季的腐解規律）采集秸稈樣，將覆蓋處理的秸稈連同表面一層土壤一起裝入網袋中，確保未腐解的秸稈完全裝入。用清水將秸稈輕輕沖凈，60℃條件下烘干，稱取未腐解秸稈重量。

大田試驗，每年10月水稻收獲后油菜播種以前，各取0-80 cm土層土樣（0-10、10-20、20-30、30-40、40-60、60-80 cm）;測定土壤全氮、全磷含量，土壤全氮測定利用凱氏定氮法測定，全磷含量用酸溶一鉬銻抗比色法測定。

2 結果與分析

2.1 還田量對秸稈腐解規律的影響

在免耕處理不同秸稈還田量條件下，還田后油菜秸稈腐解規律均呈現先快后慢的趨勢（圖1）。在140 d后其秸稈的全部腐解率在45%左右，其中，0-20 d時腐解率最快，20 d時腐解率達30%左右;40-60 d時腐解率最慢。不同秸稈還田量之間腐解規律相似，最終腐解率1.5倍還田量（S3）最低，半量（S1）和全量（S2）還田腐解率相近，均高于1.5倍還田量。

2.2 不同因素對土壤養分含量的影響

由表1可見，連續2年不同量秸稈還田處理條件下，秸稈還田量對土壤氮、磷含量影響達到極顯著水平，不同土層深度之間氮、磷含量差異也達到極顯著差異。還田量與土層深度的互作因素對氮、磷含量的影響也達到顯著或極顯著水平。不同土層深度之間養分存在的顯著差異可能與耕作模式和耕作層厚度相關，而秸稈還田量與土層深度之間的互作效應可能與秸稈腐解后養分的下滲有關。

2.3 秸稈還田量對土壤養分分布的影響

由圖2可見，隨著土層深度的增加土壤氮含量迅速降低，其中耕作層（0-40 cm）降低更為明顯，犁底層以下（40-80 cm）氮含量降低較慢。隨著秸稈還田量增加各土層氮含量呈先增加后降低的趨勢，全量還田（S2）條件下各土層氮含量最高。隨著秸稈還田年限的增加，不同還田量土層氮含量差異變大。在秸稈不還田條件下2018年各土層（特別是耕作層）氮含量較2017年下降較大;全量還田和半量還田條件下2年各土層氮含量差異不大。

由圖3可見，不同土層磷含量變化規律與氮相似，均隨著土層深度的增加磷含量迅速降低。其中，耕作層（0-40 cm）降低更為顯著，犁底層以下（40-80 cm）含量降低較慢。秸稈還田可以增加各土層磷含量，但秸稈1.5倍量還田條件下各土層磷含量低于半量和全量還田。其中，全量還田（S2）條件下各土層磷含量最高，1.5倍量秸稈還田各土層磷含量次之。隨著秸稈還田年限的增加，不同還田量各土層磷差異變大。

2.4 秸稈還田量對耕作層土壤養分的補充作用

秸稈還田可以提高耕作層（0-20 cm）氮、磷含量（表2），0-10 cm和10-20 cm土壤中氮含量在2017年較高的處理分別為S1和S2，但SI與S2處理在相同土層中氮含量無顯著差異，而在連續2年秸稈還田條件下，S2處理0-10 cm土層氮含量達1.87 g/kg，較秸稈不還田（SO）處理（1.10 g/kg）提高了70.00%，同時與2017年氮含量無顯著差異;秸稈全量還田（S2）處理時耕作層磷含量最高，連續2年秸稈全量還田條件下耕作層磷含量達1.05 g/kg，較秸稈不還田（SO）處理（0.81 g/kg）提高了29.63%，同時與2017年磷含量無顯著差異。

免耕、秸稈還田條件下，耕作層10 cm和20 cm土層氮含量存在顯著差異，20 cm土層氮、磷含量呈現出顯著低于10 cm土層含量的趨勢，這可能主要與免耕種植模式有關。連續2年秸稈還田后耕作層10 cm和20 cm土層氮含量差異降低，2018年SI、S2、S3處理10 cm較20 cm土層氮含量分別提高了23.29%、34.53%、65.05%，較1年還田處理（56.10%、54.03%和81.19%）差異明顯降低。而磷含量方面表現出相反的趨勢，連續2年秸稈還田擴大了10cm和20 cm土層之間的磷含量差異。

2.5 秸稈還田量對土壤養分的滲漏影響

秸稈還田基本不會顯著影響犁底層以下（60-80 cm）氮、磷含量（表3）。秸稈不還田（SO）及連續2年秸稈全量（S2）和1.5倍量（S3）還田處理可以顯著降低60 cm土層氮含量，還田2年后（2018年）較還田1年后（2017年）分別降低27.94%、9.72%、24.66%。在不還田條件下連續種植2年水稻使得80 cm土層磷含量顯著升高，而連續2年秸稈1.5倍量（S3）還田處理則會顯著降低60-80 cm土層的磷含量。

3 小結與討論

秸稈還人農田后土壤表層有機質明顯增加，同時通過長期秸稈還田可增加土壤中氮、磷、鉀含量，一定程度上緩解氮、磷、鉀肥比例失調等問題[24.25]。節約了化肥的使用，降低了生產投入。本試驗主要在免耕、油稻兩熟制條件下，研究不同油菜秸稈還田量對秸稈腐解規律和土壤養分分布的影響。

3.1 秸稈還田后腐解規律

油菜秸稈存在角質層，使得秸稈質地更加堅硬，還田后腐解速度較麥稻類秸稈更為緩慢[26]。趙勇等[27]研究發現，油菜秸稈還田60 d后，土壤的肥力才會明顯提高，同時其纖維素酶活性明顯增強。秸稈還田后緩慢分解的過程就是秸稈腐解微生物分解秸稈的過程，需要秸稈分解微生物的大量繁殖。這一過程需要以碳素為能源、以氮素為營養[28]。同時秸稈分解速率又受土壤微生物數量及種群的影響[29]。因此在土壤養分供應和微生物群落相同的條件下，秸稈還田量的多少對秸稈的腐解速率非常重要。本試驗條件下，不同秸稈還田量不會影響秸稈的腐解速率和規律。在水稻全生育期內（移栽后140 d）不同還田量的秸稈均可以腐解45%左右，但是過量還田（1.5倍量）條件下秸稈的最終腐解率最低。這可能與過量秸稈條件下土壤養分供應不足，導致秸稈腐解微生物活動變緩所致。還田后油菜秸稈腐解規律均呈現先快后慢的趨勢，主要是由于前期水稻處于淹水分蘗期，充足的水分浸泡和土壤肥料供應有利于秸稈的快速腐解。而水稻移栽30 d左右需要排水曬田，同時還田秸稈中剩余的多是難分解的纖維素、木質素類，所以還田后40-60 d腐解率降低較大。

3.2 秸稈還田對土壤養分供應的影響

還田量在一定范圍內時，秸稈腐解率和腐解速度、土層活性有機碳比重、土壤碳礦化速率和累積礦化量等均可隨著還田量的增加而增加[17];鄭洪兵等[30]發現，秸稈還田量由0.5倍增加至4.0倍時，土壤全氮、水解氮、磷、鉀、有機質含量隨秸稈還田量的增加而提高。高金虎等[31]研究發現，全氮含量隨著秸稈還田量的增加而提高，而硝態氮和銨態氮含量卻表現為隨著秸稈還田量的增加而減少。因川東丘陵稻區土壤鉀含量充足，本試驗系統研究了連續秸稈還田對耕層土壤氮、磷含量的補償作用，及其不同深度土壤的氮、磷分布。發現隨著秸稈還田量增加各土層氮、磷含量均呈先增加后降低趨勢，全量還田（S2）條件下耕作層氮、磷含量最高。增加秸稈還田年限，不同還田量土層氮含量差異變大;而磷含量變化不大。可見連續秸稈還田對耕作層氮素的補充效應較強。同時連續免耕和秸稈還田可以降低耕作層內部氮含量的差異，有利于耕作層土壤養分向更加均一性發展。

3.3 秸稈還田對土壤養分滲漏的影響

水稻生產中化肥的投入量大，但利用率低[32]。水稻的氮肥吸收利用率平均為20.0% -35.0O%[33]。過多的氮肥隨地表徑流和滲漏作用進入水體，也導致資源的浪費和環境污染加重[34.35]。作物秸稈還田后養分緩慢釋放，可以起到緩釋肥的相似作用，能提高化肥利用率，減少氮、磷的損失污染及浪費。本試驗中連續2年秸稈全量和1.5倍量還田處理可以顯著降低60 cm土層氮含量，連續2年秸稈1.5倍量還田處理則會顯著降低60-80 cm土層的磷含量;而不還田條件下犁底層以下土壤磷含量會顯著升高。因此長期秸稈還田可以減少犁底層以下氮、磷含量，有利于減少養分的滲漏損失，降低資源浪費和環境污染。

秸稈還田量的變化通過影響土壤理化狀況，進而影響作物生長。因此，秸稈還入田中量的多少對作物生長及產量非常重要。本研究條件下油菜秸稈全量還田，其最終腐解率最高，對耕作層土壤養分的補償作用較優，同時可以減少養分的滲漏損失。

參考文獻：

[1]農業部新聞辦公室.全國農作物秸稈資源調查與評價報告[J].農業工程技術（新能源產業），2011（2）：2-5.

[2]李春勃，張勁苗，王明玖，等.油菜根茬肥田作用的研究[J].河北農學報，1982，7（1）：21-27.

[3]張葉大，陳炎忠，朱德峰，等.稻田冬季作物秸稈還田的養分含量分析[J].中國稻米，2013，19（5）：57-59.

[4]王靜.連續免耕與秸稈還田對土壤肥力和小麥產量的影響[D]江蘇揚州：揚州大學，2014.

[5]王允青，郭熙盛.無水層節水灌溉豐產溝秸稈還田對水稻、油菜產量和土壤培肥的影響[J].土壤通報，2009，40（4）：824-828.

[6]韓笑.農田管理措施對土壤碳庫和溫室氣體排放的影響[D]北京：中國農業大學，2018.

[7]刁曉林，曾祥亮，龔振平，等.秸稈還田對水稻生育期間土壤溶液中養分變化的影響[J].東北農業大學學報，2010，41（4）：43-48.

[8]李鳳博.不同耕作方式下秸稈還田對直播田生態環境的影響[D]南京：南京農業大學，2008.

[9]申源源，陳宏，秸稈還田對土壤改良的研究進展[J].中國農學通報，2009，25（ 19）：291-294.

[10]張維樂，戴志剛，任濤，等.不同水旱輪作體系秸稈還田與氮肥運籌對作物產量及養分吸收利用的影響LJl.中國農業科學，2016 .49（7）：1254-1266.

[11]慕平，張恩和，王漢寧，等.不同年限全量玉米秸稈還田對玉米生長發育及土壤理化性狀的影響[J].中國生態農業學報，2012，20（3）：291-296.

[12] SHARMA P，ABROL V， SHARMA R K.Impact of tillage andmulch management on economlcs. energy requirement and cropperformance in maize-wheat rotation in rainfed suhhumid incepti-sols， India [Jl. European journal of agronomy， 2011， 34（1）：46-51.

[13]安豐華，王志春，楊帆，等.秸稈還田研究進展[J]土壤與作物，2015，4（2）：57-63.

[14]江曉東，遲淑筠，王蕓，等.少免耕對小麥/玉米農田玉米還田秸稈腐解的影響[J].農業工程學報，2009，25（10）：247-251.

[15]范靖尉，農作管理措施對華北平原典型冬小麥一夏玉米田N20排放及土壤有機碳的影響[D]北京：中國農業科學院，2016.

[16]龐黨偉，陳金，唐玉海.等，玉米秸稈還田方式和氮肥處理對土壤理化性質及冬小麥產量的影響[J].作物學報，2016，42（11）：1689-1699.

[17]張鵬，李涵，賈志寬，等.秸稈還田對寧南旱區土壤有機碳含量及土壤碳礦化的影響[J].農業環境科學學報，2011，30（12）：2518-2525.

[18]劉芳，王明娣，劉世亮，等.玉米秸稈腐解對石灰性褐土酶活性和有機質質量分數動態變化的影響[J]西北農業學報，2012，21（4）：149-153.

[19]徐國偉，翟志華，陳珂，等.不同秸稈還田量對直播水稻生長特性的影響[J]廣東農業科學，2015，42（ 16）：1-6

[20]代文才，高明，蘭木羚，等.不同作物秸稈在旱地和水田中的腐解特性及養分釋放規律[J]中國生態農業學報，2017，25（2）：188-199.

[21]候光炯，謝德體.水田自然免耕技術可獲高產[J]農業科技通訊，1986（ 11）：2-4.

[22]謝德體，魏朝富，黃昭賢，等.水田白然免耕技術的研究[J].耕作與栽培，1986（6）：1-5，9

[23]胡瑤，王學春，王紅妮.等.油菜秸稈覆蓋還田及磷肥調控對水稻生長及產量的影響[J].東北師大學報（自然科學版），2018，50（3）：114-123

[24]孫星，劉勤，王德建，等.長期秸稈還田對剖面土壤肥力質量的影響[J]中國生態農業學報，2008（3）：587-592.

[25] GAO S， TANJI K K， SCARDACI S C.Impact of rice straw incorpo-ration on soil redox status and sulfide toxicity[J].Agronomy jour-nal.2004.96（1）：70-76.

[26]韓增祥，朱冀寧，張小平油菜秸稈的氨化處理[J].飼料研究，1996（5）：21-22

[27]趙勇，李武，周志華，等.秸稈還田后土壤微生物群落結構變化的初步研究[J].農業環境科學學報，2005，24（6）：1114- 1118.

[28] REINERTSEN S A. ELLIOTT L F，COCHRAN V L，et al Role ofavailahle carbon and nilrogen in determining the rate of wheat sLrawdecomposition IJl. Soil biology and biochemistrV. 1984. 16 （5）：459-464.

[29]張紅，呂家瓏，曹瑩菲，等不同植物秸稈腐解特性與土壤微生物功能多樣性研究[J]土壤學報，2014，51（4）：743-752.

[30]鄭洪兵，鄭金玉，羅洋，等.玉米秸稈粉碎不同量級還田對土壤養分的影響[J].吉林農業科學，2014，39（5）：38-42.

[31]高金虎，孫占祥，馮良山，等秸稈與氮肥配施對遼西旱區土壤酶活性與土壤養分的影響[J].生態環境學報，2012，2l（4）：677-681

[32]羅斌，束維正.我國緩控釋肥料的研究現狀與展望[J]化肥設計，2010，48（6）：58-60.

[33]趙宏偉，沙漢景.我國稻田氮肥利用率的研究進展[J].東北農業大學學報，2014，45（2）：116-122.

[34] PENC S B，TANG Q Y，ZOU Y B.Current status and challenges drice production in China[J] .Plant Prod Sci. 2008， 12： 3-8.

[35] JU C X， BURESH R J.WANG Z Q.et al. Root and shooi traits forrice varielies with higher grain yield and higher nitrogen use effi-ciency at lower nitrogen rates application[J]. Field Crops Res，2015. 175：47-55.

作者簡介：黃乙瓊（1999-），女，四川雅安人，在讀本科生，研究方向為農學，（電話）13408351129（電子信箱）2750818295@qq.com;通信作者，胡運高，男，四川三臺人，研究員，主要從事水稻遺傳育種T作，（電子信箱）swust.rri@163.com。