基于東北黑土地的秸稈還田對土壤固碳能力影響研究*

騰 云，龐博園，劉新晶，劉深勇

（1．東北農業大學，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江生態工程職業學院，黑龍江 哈爾濱150028；3.黑龍江農墾職業學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

應對全球氣候變化、推進全球可持續發展，日益成為世界共識。習近平主席在第七十五屆聯合國大會上宣布，中國力爭于2030年前達到碳達峰，于2060年前實現碳中和。我國農業農村溫室氣體排放占全國的15%。實施耕地保護增強耕地碳匯能力，促進碳中和效應提升得到我國政府和學界的普遍關注。

農田是地球主要碳庫之一，農田土壤碳庫大約占陸地土壤碳庫近10%[1]，提升農田土壤固碳能力，對農業碳中和有重要意義。秸稈還田是農作物收獲后將其秸稈直接粉碎到耕地或者在外面進行腐熟后再施入耕地中的有效手段。大力推廣秸稈綜合利用技術，減少了化肥投入量，增加了糧食產量，促進了農業綠色發展[2-3]。土壤團聚體是有機碳固定的主要載體，其穩定性決定著有機碳固定的效果，秸稈還田是影響土壤團聚體結構的主要外來影響方式和農田碳輸入的主要途徑，秸稈還田不僅能夠吸收空氣中的二氧化碳，而且能夠固定土壤中的有機碳，對農業碳中和產生重要影響[4-6]。

基于此，選擇東北黑土地為研究對象，探尋秸稈還田對土壤固碳能力及作物生長發育的影響機理，為提升農業碳中和效應提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地情況

試驗時間從2019年5月到2020年10月。試驗地點選擇遼寧省海城市黑土種植基地，主要種植小麥、玉米等農作物。試驗地土壤類型為黑土地，氣候類型為溫帶季風氣候，每年降雨量集中在6-8月，平均降雨量為720mm左右。農田有機質含量在3.5%左右，土壤的pH值在7.1左右。

1.2 試驗材料和方法

（1）試驗材料。小麥選擇沈陽農業大學選育的米808號品種，畝產在400公斤左右。玉米選擇黑龍江省農科院玉米研究所選育的龍高L2品種，畝產在1000公斤左右。

（2）小麥和玉米的種植。設置3個秸稈還田處理方式：處理1玉米、小麥秸稈全還田處理；處理2玉米秸稈還田（小麥秸稈不還田）；處理3小麥秸稈還田（玉米秸稈不還田）；對照組玉米、小麥秸稈不還田。在種植小麥和玉米時要施足底肥，其他田間管理條件要做到一致。

（3）試劑與儀器。試劑為0.136mol/L的重鉻酸鉀-硫酸標準溶液、0.2mol/L的硫酸亞鐵標準溶液和鄰啡羅啉指示劑。儀器為分析天平、硬質試管、油浴鍋、鐵絲籠（消煮時插試管用）、溫度計、滴定管、三角瓶、量筒、角匙、吸水紙、滴瓶、試管夾和試劑瓶等[7]。

1.3 樣品采集和測量

（1）土壤容重。從試驗區內隨機選擇5個點對土壤進程容重進行取樣測量，采用環刀法，每10cm作為取樣層，依次測量土壤中0-40cm的容重。

（2）土壤有機碳含量。取土法如上，運用重鉻酸鉀法測定土壤有機碳含量。重鉻酸鉀法測定步驟：稱取樣品滴加重鉻酸鉀-硫酸溶液，加熱至煮沸，冷卻后滴加鄰啡羅啉指示劑和硫酸亞鐵溶液，溶液由淺綠色突變為棕紅色即為終點[7]。測定原理是用過量的重鉻酸鉀-硫酸溶液，氧化土壤有機質中的碳，剩余重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標準溶液滴定，根據消耗重鉻酸鉀量可以計算出有機碳量[7]。

1.4 數據處理方式

數據采用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 對土壤容重的影響

不同秸稈還田方式對土壤容重影響如表1所示。從數據看出，在0-40cm深度土層內，隨取土層深度增加，土壤容重增加。3種處理秸稈還田方式能夠降低0-30cm土層深度內的土壤容重，但在30-40cm土層深度影響并不顯著。在3種秸稈還田方式中，處理1對秸稈還田后土壤容重的降低效果最為顯著。

表1 秸稈還田對土壤容重影響

2.2 對土壤固碳能力的影響

不同秸稈還田方式對土壤固碳能力影響如表2所示。數據表明：在0-10cm土層深度內，處理1和3兩種方式土壤固碳能力最高，均超過6g.kg-1，顯著高于對照。10-20cm土層深度內，表現為處理1秸稈還田方式土壤固碳能力最高，但與處理2固碳能力無顯著性差異。在20-30cm土層深度內，表現為處理1固碳能力為最強。在30-40cm土層深度，3種不同秸稈還田方式和對照之間固碳能力無顯著性差異。

表2 秸稈還田對土壤固碳能力影響

2.3 對小麥和玉米生長發育影響

對小麥和玉米出苗率影響。4月25日播種玉米，待5月份玉米全部發芽后，對玉米出芽率進行觀察。9月25日播種小麥，待10月份小麥全部發芽后，對小麥出芽率進行觀察。秸稈還田對小麥、玉米出苗率的影響如圖1所示，處理1小麥出苗率為92.7%，玉米出苗率為91.3%，分別比對照減少0.75%和1.76%；處理2玉米出苗率為92.6%，比對照減少0.36%；處理3小麥出苗率為92.3%，比對照組減少1.18%。由此可見，秸稈還田后與未還田地塊相比，小麥和玉米出苗率下降非常少，對小麥和玉米出苗率不會造成影響。

圖1 秸稈還田對小麥、玉米出苗率的影響

對小麥和玉米產量影響如圖2所示。秸稈還田處理1小麥平均畝產量為428.3公斤，玉米平均畝產量為1147.3公斤，分別比對照增產5.76%和5.45%；秸稈還田處理2玉米平均畝產量為1128.7公斤，比對照增產了3.74%；秸稈還田處理3小麥平均畝產量為426.3公斤，比對照高5.28%。由此可見，秸稈還田能夠促進小麥和玉米增產，增產幅度在3%-6%之間，效果很明顯。

圖2 秸稈還田對小麥、玉米產量的影響

3 分析與討論

3.1 秸稈還田對土壤固碳能力影響

本試驗結果顯示，三種不同秸稈還田處理方式，在0-30cm土層深度內，能夠降低土壤容重，處理1方式對土壤容重降低效果最為顯著，顯著高于對照處理；30-40cm土層深度與對照相比無顯著影響。在土壤固碳能力方面，處理1秸稈還田方式對土壤固碳能力增強效果最為顯著，顯著高于對照處理，0-40cm土層深度固碳能力則與對照相比無顯著影響。

3.2 秸稈還田對小麥、玉米影響

本試驗結果顯示，與秸稈未還田處理方式相比，秸稈還田處理方式均可提升小麥和玉米產量。在秸稈還田后，能夠顯著改善土壤結構，補充土壤有機質含量，從而提升農作物產量。玉米和小麥兩季秸稈還田方式的產量高于單季秸稈還田模式，在玉米秸稈還田后，能夠在小麥越冬前和小麥返青后快速腐爛，從而使小麥在生長季節能夠得到充足的養分，達到小麥增產的目的。三種不同方式秸稈還田后，對冬小麥和夏玉米出苗和生長不但未產生負面影響，而且還增加了產量。

4 結論

本文通過研究秸稈還田三種不同方式對土壤固碳能力、小麥和玉米的出苗和生長的影響得出以下結論：第一，秸稈還田方式能夠降低土壤容重，增加土壤有機碳含量，增加土壤固碳效果，其中雙季秸稈還田效果最佳；第二，秸稈還田使小麥和玉米出苗率有所下降，但下降幅度很小且出苗率未對產量產生影響；第三，秸稈還田能增加小麥和玉米產量，其中雙季秸稈還田方式對小麥和玉米畝產量增加較為明顯。