盧秉林,包興國,車宗賢,張久東,楊新強(qiáng),王　平

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；

2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所， 甘肅 蘭州 730070；

3.農(nóng)業(yè)部甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站， 甘肅 蘭州 730070)

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帶膜還田時玉米秸稈的腐解率和還田層的溫濕度變化趨勢

盧秉林1,2,3,包興國2,3,車宗賢2,3,張久東2,3,楊新強(qiáng)2,3,王平1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；

2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所， 甘肅 蘭州 730070；

3.農(nóng)業(yè)部甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站， 甘肅 蘭州 730070)

摘要：采用尼龍網(wǎng)袋法對河西綠洲灌區(qū)帶膜還田時玉米秸稈的腐解率及其還田層的溫、濕度變化趨勢進(jìn)行分析，旨在為當(dāng)?shù)赜衩捉斩掃€田提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。結(jié)果表明，秸稈還田在早晨8∶00左右可以提高土壤表層溫度，在傍晚8∶00左右可以減緩?fù)寥罍囟冉档?，其中翻壓帶膜還田時，秸稈還田層的日均相對濕度、最大相對濕度和最小相對濕度均高于覆蓋帶膜還田，但是相對濕度的日較差卻低于覆蓋帶膜還田。同時，還田層的日最低溫度高于覆蓋帶膜還田，而日均溫度、最高溫度和溫度日較差卻低于覆蓋帶膜還田。還田層溫度、相對濕度和腐解時間是還田秸稈腐解的主要影響因子，其中還田層的溫度影響最大，相對濕度和腐解時間其次。秸稈覆蓋帶膜還田時，還田層溫度和相對濕度對還田秸稈的腐解起主要作用，腐解時間起次要作用。秸稈翻壓帶膜還田時，還田層溫度、相對濕度和腐解時間三者對還田秸稈的腐解率均起主要作用。翻壓帶膜還田30天進(jìn)入秸稈腐解高峰期，月腐解率達(dá)15%～16%，覆蓋帶膜還田60天進(jìn)入腐解高峰期，月腐解率達(dá)11%～16%。經(jīng)過180天的腐解后，翻壓帶膜還田的秸稈累積腐解率為72.5%，覆蓋帶膜還田秸稈的累積腐解率為56.0%?？梢?，在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行秸稈帶膜還田時，翻壓帶膜還田要好于覆蓋帶膜還田。

關(guān)鍵詞：帶膜還田；玉米秸稈；腐解速率；土壤溫度；土壤濕度；通徑分析；河西綠洲灌區(qū)

秸稈還田是保護(hù)性耕作技術(shù)的核心內(nèi)容，在蓄水保墑、培肥土壤、提高產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境和節(jié)本增效方面效果明顯，對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大，其中直接還田是目前秸稈還田的主要方式[1-6]。許多研究表明，小麥和玉米秸稈在傳統(tǒng)翻壓和覆蓋還田時，半年后的腐解率在50%左右，完全腐解則需要一年或更長時間[7-9]。而在我國西北綠洲灌區(qū)，種植玉米的休閑期只有6個月左右，常規(guī)的全地翻壓和覆蓋還田無法使秸稈完全腐解，翌年會影響作物的播種和生長。為此，本研究團(tuán)隊提出了在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行秸稈帶膜還田的理念，秸稈帶膜還田就是將秸稈呈帶狀還于作物種植行之間，上面覆膜，這種還田模式將秸稈還田帶和種植帶進(jìn)行有效分離，避免了秸稈腐解期與作物生長期同時同位而造成的爭水、爭氮矛盾，給秸稈提供了更長的腐解期限，同時因為覆膜，給還田秸稈提供了相對適宜的溫濕度環(huán)境，加快了秸稈腐解速度[10]。雖然這種“種”“還”分離的帶膜還田有望解決西北綠洲灌區(qū)秸稈還田難的問題，但是在帶膜還田過程中，秸稈的腐解速率及其秸稈還田層溫濕度的變化規(guī)律還不清楚，為此，本試驗采用尼龍網(wǎng)袋法對河西綠洲灌區(qū)大田玉米種植過程中，玉米秸稈帶膜還田時的腐解速率及其秸稈還田層的溫濕度變化規(guī)律進(jìn)行了研究，旨在為當(dāng)?shù)赜衩捉斩掃€田提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

試驗于2013年在甘肅省農(nóng)科院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所武威綠洲農(nóng)業(yè)試驗站進(jìn)行，地理位置38°37′N，102°40′E，海拔1 504 m，無霜期150 d左右，年降雨量150 mm，年蒸發(fā)量2 021 mm，年均氣溫7.7℃，年日照時數(shù)3 023 h，≥10℃的有效積溫為3 016℃，年太陽輻射總量140～158 kJ·cm-2。供試環(huán)境為大田平作玉米，玉米為4月16日播種，10月15日收獲，種植密度為75 000 株·hm-2，采用寬窄行種植，玉米帶行距為40 cm，帶間距為80 cm，還田秸稈為玉米秸稈，還田方式采用帶膜還田，還田時間為玉米播種后第二天。試驗共設(shè)3個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積為6 m×5 m=30 m2。處理1：不還田(CK)；處理2：粉碎全量翻壓(CB)；處理3：粉碎全量覆蓋(CM)，其中秸稈還田量為干重13 500 kg·hm-2，粉碎長度為5～10 cm。秸稈還田時用2%的尿素溶液將其噴濕，翻壓處理是先將秸稈翻壓于玉米種植帶之間的10 cm土層下，然后在上面覆地膜，覆蓋處理是將秸稈鋪設(shè)于玉米種植帶之間，直接在上面覆地膜，同時每小區(qū)埋設(shè)裝有200 g秸稈的尼龍網(wǎng)袋(200目)8個，用于取樣檢測。

1.2測定項目與方法

在試驗期間，利用8721型手持式溫濕度計在每月20—23日的8∶00、11∶00、14∶00、17∶00和20∶00對各處理網(wǎng)袋埋設(shè)層的溫度(T)和相對濕度(RH)進(jìn)行測定，取其平均值代表當(dāng)月秸稈還田層的溫度和相對濕度，同時在每月24日進(jìn)行取樣，樣品洗凈后80℃烘干,利用失重法測定秸稈腐解速率(DR)。

DR=(Wi-Wf)/Wi×100

式中，DR為對應(yīng)時期的秸稈腐解速率(%)，Wi為對應(yīng)時期的秸稈初始質(zhì)量(kg)；Wf為對應(yīng)時期的秸稈殘留量(kg)。

1.3數(shù)據(jù)處理

文中數(shù)據(jù)采用Excel和DPS 3.01軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1秸稈帶膜還田時秸稈還田層溫度的變化規(guī)律

從秸稈帶膜還田時秸稈還田層溫度的變化規(guī)律(圖1)可以看出，在整個試驗期間，秸稈翻壓和覆蓋帶膜還田時秸稈還田層溫度的日變化趨勢為早晨和傍晚低，中午高的單峰曲線。隨著還田時間的延續(xù)，還田處理和不還田處理之間還田層溫度的差異逐漸變小，這主要是因為隨著還田時間的延續(xù)，玉米逐漸長大，玉米植株對秸稈還田帶的遮陰所致。在環(huán)境溫度相對較低的早晨(8∶00)和傍晚(20∶00)，不還田處理的溫度均低于還田處理，說明秸稈還田具有穩(wěn)定和緩沖土壤溫度變化的能力，具有一定的“增溫效應(yīng)”，在早晨可以提高土壤表層溫度，在傍晚可以減緩?fù)寥罍囟冉档?，這與李玲玲[11]、鄭華平[12]的研究結(jié)果相一致。蔡立群[13]連續(xù)7年的試驗結(jié)果表明，黃土高原秸稈翻壓還田和免耕覆蓋處理14∶00時0～20 cm土壤溫度均低于傳統(tǒng)耕作處理，而且個別年份的差異達(dá)到5%顯著水平。而本研究結(jié)果表明，在環(huán)境溫度相對較高的中午(14∶00)，翻壓帶膜還田層土壤溫度總低于不還田處理，這與蔡立群的研究結(jié)果相一致，而覆蓋帶膜還田層土壤溫度總高于不還田處理，這與蔡立群的研究結(jié)果不盡相同，究其原因，主要是因為在本研究中，秸稈覆蓋還田時，在所還秸稈上面進(jìn)行了覆膜。從平均溫度來看，覆蓋帶膜還田處理秸稈還田層的平均溫度均為最高，比翻壓帶膜還田處理高0℃～14.4℃，比環(huán)境溫度高0.8℃～12.6℃，而翻壓帶膜還田處理除9、10月份比環(huán)境溫度高1.2℃～1.6℃外，5—8月份卻要比環(huán)境溫度低0.6℃～1.4℃。從最高溫來看，覆蓋帶膜還田方式下秸稈還田層的溫度均為最高，比環(huán)境溫度高3℃～25℃，比翻壓處理高1℃～33℃，而翻壓處理同樣除9、10月份高于環(huán)境溫度2℃外，5—8月份低于環(huán)境溫度3℃～8℃。從最低溫來看，覆蓋帶膜還田方式下秸稈還田層的最低溫度基本與環(huán)境溫度相當(dāng)，低于翻壓帶膜還田處理0℃～2℃。同時，在整個試驗觀測期間，秸稈覆蓋帶膜還田處理秸稈還田層溫度的日較差最大，為10℃～48℃，高于環(huán)境1℃～25℃，高于翻壓帶膜還田1℃～35℃。可見，在整個還田期間，雖然覆蓋帶膜還田相對翻壓帶膜還田為秸稈提供了相對較高的溫度環(huán)境，但是其溫度的日較差較大，不利于微生物的存活，說明翻壓帶膜還田相比覆蓋帶膜還田為還田秸稈提供了更為有利的腐解溫度。

注：CK：不還田；CM：粉碎全量覆蓋；CB：粉碎全量翻壓。下同。

Note: CK：No straw returned to field; CM: total of straw-crushed and straw-mulched; CB: total of straw-crushed and straw-buried, and hereinafter.

圖1秸稈帶膜還田時秸稈還田層溫度的變化規(guī)律

Fig.1Changes of temperature at the straw returned layer under straw returning to blank strips above cover plastic film model

2.2秸稈帶膜還田時秸稈還田層相對濕度的變化規(guī)律

從秸稈帶膜還田時秸稈還田層相對濕度的變化規(guī)律(圖2)可以看出，翻壓和覆蓋帶膜還田處理秸稈還田層相對濕度的日變化規(guī)律與環(huán)境相對濕度相同，均為早晨和傍晚高，中午低。其中翻壓帶膜還田方式下秸稈還田層的日均相對濕度、最大相對濕度和最小相對濕度在整個觀測期(4—10月)均為最高，分別高于覆蓋帶膜還田處理3.51%～27.52%、0～13.95%和4.55%～94.44%，分別高于環(huán)境相對濕度10.06%～142.44%、6.02%～34.29%和13.11%～1066.67%。但是覆蓋帶膜還田處理秸稈還田層相對濕度的日較差卻要高于翻壓還田處理5.26%～163.64%。可見，秸稈翻壓帶膜還田相對覆蓋帶膜還田能夠為還田秸稈提供相對較高，而且相對平穩(wěn)的濕度環(huán)境，更有利于微生物的存活和發(fā)揮微生物的活性，加快秸稈的腐解。

圖2秸稈帶膜還田時秸稈還田層相對濕度的變化規(guī)律

Fig.2Changes of relative humidity at the straw returned layer under straw returning to blank strips above cover plastic film model

2.3帶膜還田時秸稈的月腐解率

從秸稈帶膜還田時秸稈月腐解率的變化規(guī)律(圖3)可以看出，覆蓋和翻壓帶膜還田時秸稈月腐解率在整個試驗期間均呈先增后降的單峰變化趨勢，而且還田秸稈的腐解主要發(fā)生在還田后的前4個月，后期將逐漸變慢并趨于相對平穩(wěn)，這與李逢雨[14]、胡宏祥等[15]人的研究結(jié)果相一致。這主要是因為在腐解前期秸稈中的可溶性有機(jī)物如多糖、氨基酸、有機(jī)酸以及無機(jī)養(yǎng)分較多，為微生物提供了大量的碳源(能源)和養(yǎng)分，微生物數(shù)量增多，活性增強(qiáng)，隨著腐解的進(jìn)行，秸稈中可溶性有機(jī)物逐漸減少，剩余部分主要為難分解的有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致微生物活性降低，秸稈的腐解也隨之變慢[16]。翻壓帶膜還田30天進(jìn)入秸稈腐解高峰期，月腐解率達(dá)15%～16%，而覆蓋帶膜還田60天進(jìn)入腐解高峰期，月腐解率達(dá)11%～16%。這是因為翻壓帶膜還田相比覆蓋帶膜還田，秸稈與土壤接觸更加充分，溫濕度相對適宜，有利于微生物活性的提高，進(jìn)而加快了秸稈的腐解。經(jīng)過180天的腐解后，翻壓帶膜還田的累積腐解率為72.5%，覆蓋帶膜還田秸稈的累積腐解率為56.0%。說明翻壓帶膜還田的秸稈腐解效果要好于覆蓋帶膜還田。

圖3帶膜還田時秸稈的月腐解率

Fig.3The monthly decomposition rates of straw under straw

returning to blank strips above cover plastic film model

2.4還田秸稈月腐解率與還田層溫度、相對濕度及腐解時間的相關(guān)系數(shù)

還田秸稈月腐解率與還田層溫度、相對濕度及腐解時間的關(guān)系可用線性方程來表示，以月腐解率(MDR)為因變量，還田層溫度(T)、相對濕度(RH)和腐解時間(D)為自變量，進(jìn)行多元線性回歸分析得出，在秸稈覆蓋帶膜還田時，其回歸方程為：MDR=-15.085+0.258T+0.188RH+0.036D(r=0.65904，P<0.01)；在秸稈翻壓帶膜還田時，其回歸方程為：MDR=4.960+0.209T+0.096RH-0.053D(r=0.9624，P<0.01)，可見，還田層溫度、相對濕度和腐解時間是河西綠洲灌區(qū)秸稈翻壓和覆蓋帶膜還田時的主要影響因子，而且相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平，說明在當(dāng)?shù)亟斩拵み€田時，可用還田層溫度、相對濕度和腐解時間對月腐解率進(jìn)行評估。

從還田秸稈月腐解率與還田層溫度、相對濕度及腐解時間的相關(guān)系數(shù)(表1)可以看出，無論是翻壓還是覆蓋帶膜還田，還田層的溫度與腐解率之間的相關(guān)性均達(dá)到了顯著水平，而相對濕度，無論是翻壓還是覆蓋帶膜還田，與腐解率之間的相關(guān)性均不顯著，說明秸稈帶膜還田時，秸稈還田層的溫度是還田秸稈腐解的主要限制因子，而還田層相對濕度對秸稈腐解率的影響相對較小。這是因為相對較高的土壤溫度能提高土壤微生物的活性，加速秸稈的分解，而當(dāng)?shù)貧夂螂m然比較干燥，但是為了保證作物的正常生長所需，整個試驗期間進(jìn)行了多次灌水，秸稈還田層的水分未出現(xiàn)虧缺，而且在帶膜還田過程中，其中一項關(guān)鍵的措施，就是在還田秸稈上面進(jìn)行了覆膜，這樣可以有效地減少水分散失，較長時間地為還田秸稈提供相對較高的濕度環(huán)境，從而使?jié)穸炔辉偈墙斩捀獾南拗埔蛩?。秸稈覆蓋帶膜還田時，腐解時間與秸稈月腐解率之間的相關(guān)性不顯著，而秸稈翻壓還田時卻達(dá)到了極顯著的負(fù)相關(guān)性，說明覆蓋帶膜還田時，還田時間不再是秸稈腐解的決定因素，而翻壓還田時秸稈的月腐解率隨時間的延長而減小，這主要是因為隨著還田時間的延長，秸稈中可溶性有機(jī)物逐漸減少，殘留物是越來越難分解的有機(jī)物質(zhì)，從而導(dǎo)致微生物活性降低，秸稈腐解速率變慢。

表1　還田秸稈月腐解率與還田層溫度、相對濕度及腐解時間的相關(guān)系數(shù)

注：CM: 粉碎全量覆蓋；CB: 粉碎全量翻壓。*P<0.05; **P<0.01，下同。

Note: CK：No straw return to field; CM: the total of straw-crushed and straw-mulched; CB: the total of straw-crushed and straw-buried, and hereinafter.

2.5還田秸稈月腐解率與還田層溫度、相對濕度及腐解時間的通徑系數(shù)

從秸稈帶膜還田時還田秸稈月腐解率與還田層溫度、相對濕度及腐解時間的通徑系數(shù)(表2)可以看出，在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行秸稈翻壓和覆蓋帶膜還田時，對秸稈月腐解率影響最大的因子是溫度，其次是還田層的相對濕度和腐解時間。其中秸稈覆蓋帶膜還田時，還田層溫度和相對濕度對秸稈月腐解率的直接通徑系數(shù)均大于其通過其它因子所得到的間接通徑系數(shù)，表明還田層溫度和相對濕度對秸稈覆蓋帶膜還田時還田秸稈的腐解起主要作用。腐解時間對秸稈月腐解率的直接通徑系數(shù)小于其通過還田層溫度得到的間接通徑系數(shù)，表明腐解時間對秸稈月腐解率的直接影響小于其通過還田層溫度所起到的間接作用，說明秸稈腐解時間對秸稈覆蓋帶膜還田時還田秸稈的腐解不起主要作用。秸稈翻壓帶膜還田時，還田層溫度、相對濕度和腐解時間對秸稈月腐解率的直接通徑系數(shù)均大于其通過其它因子所得到的間接通徑系數(shù)，表明三者在秸稈翻壓帶膜還田時對還田秸稈的月腐解率均起主要作用。

表2　還田秸稈月腐解率與還田層溫度、相對濕度及腐解時間的通徑系數(shù)

3結(jié)論

1) 秸稈還田對秸稈還田層具有一定的“增溫效應(yīng)”，在早晨可以提高土壤表層溫度，在傍晚可以減緩?fù)寥罍囟冉档?。其中翻壓帶膜還田時，秸稈還田層的日均相對濕度、最大相對濕度和最小相對濕度均高于覆蓋帶膜還田，但是相對濕度的日較差卻低于覆蓋帶膜還田。同時，還田層的日最低溫度高于覆蓋帶膜還田，而日均溫度、最高溫度和溫度日較差卻低于覆蓋帶膜還田。

2) 在河西綠洲進(jìn)行玉米秸稈覆蓋和翻壓帶膜還田時，還田秸稈的腐解主要發(fā)生在還田后的前120天，其中翻壓帶膜還田30天進(jìn)入秸稈腐解高峰期，月腐解率達(dá)15%～16%，覆蓋帶膜還田60天進(jìn)入腐解高峰期，月腐解率達(dá)11%～16%。經(jīng)過180天的腐解后，翻壓帶膜還田的秸稈腐解效果要好于覆蓋帶膜還田，累積腐解率達(dá)到了72.5%，而覆蓋帶膜還田秸稈的累積腐解率為56.0%。

3) 在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行秸稈翻壓和覆蓋帶膜還田時，還田層溫度、相對濕度和腐解時間是還田秸稈腐解的主要影響因子，在當(dāng)?shù)亟斩拵み€田時，可用還田層溫度、相對濕度和腐解時間對月腐解率進(jìn)行評估。對秸稈腐解影響最大的因子是還田層的溫度，其次是相對濕度和腐解時間。其中秸稈覆蓋帶膜還田時，還田層溫度和相對濕度對還田秸稈的腐解起主要作用，秸稈腐解時間起次要作用。秸稈翻壓帶膜還田時，還田層溫度、相對濕度和腐解時間三者對還田秸稈的腐解率均起主要作用。

4) 可見，在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行秸稈帶膜還田時，翻壓帶膜還田要好于覆蓋帶膜還田。

參 考 文 獻(xiàn)：

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Variation trends in decomposition rate of corn straw and in temperature and relative humidity of straw returned layer when returning straw to blank strips above plastic film

LU Bing-lin1,2,3, BAO Xing-guo2,3, CHE Zong-xian2,3, ZHANG Jiu-dong2,3, YANG Xin-qiang2,3, WANG Ping1

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China;2.InstituteofSoil,FertilizerandWaterSavingAgricultural,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China;3.GansuScientificObservingandExperimentStationofAgeo-EnvironmentandArableLandConservation,MinistryofAgriculture,P.R.China,Lanzhou,Gansu730070,China)

Abstract：To provide a theoretical basis and technical support for returning corn straw to field in local areas, variation trends in decomposition rate of corn straw, and temperature and relative humidity of straw returned layer when returning straw to blank strips above plastic film were studied by using nylon net bags in Hexi oasis irrigation. The results showed that straw returning could increase topsoil temperature at around 8 am but alleviate the soil temperature decline at around 8 pm. Daily average relative humidity, maximum relative humidity and minimum relative humidity at the straw returned layer under straw-buried to blank strips above the plastic film were higher than those with the straw-mulching treatment, but the diurnal relative humidity was lower. Meanwhile, daily minimum temperature at the straw returned layer by the straw-buried treatment was higher than that by straw-mulching, but the average daily temperature, maximum temperature and diurnal temperature were lower than those by straw-mulching to blank strips above cover plastic film. The temperature, relative humidity and decomposition time of straw returning layer were the main influencing factors for corn straw decomposition. Temperature at the straw returned layer had the greatest effect on the decomposition of corn straw, followed by relative humidity and decomposition time. The temperature and relative humidity at the straw returned layer played major roles in the decomposition of straw and the decomposition time played a secondary role under straw-mulcheing to blank strips above plastic film. The temperature, relative humidity and decomposition time played major roles in the decomposition rate of corn straw under straw-buried to blank strips above cover plastic film model. Straw-buried treatment entered the peak stage of straw decomposition after 30 days, while the monthly decomposition rate of corn straw reached to 15%～16%. Straw-mulched treatment entered the peak stage of straw decomposition after 60 days, while the monthly decomposition rate of corn straw reached to 11%～16%. After 180 days decomposition, cumulative decomposition rate of straw-buried reached 72.5%, and cumulative decomposition rate of straw-mulched reached to 56.0%. Therefore, straw-buried to blank strips above cover plastic film and separating it from seed rows model is better than straw-mulching in the Hexi oasis irrigation area.

Keywords:straw return to blank strips above cover plastic film; corn straw; decomposition rate; soil temperature; soil humidity; path analysis; hexi oasis irrigation

中圖分類號：S141.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：盧秉林(1979—)，甘肅民勤人，在讀碩士，副研究員，主要研究方向為土壤肥料與生態(tài)農(nóng)業(yè)。 E-mail:lblhappy@163.com。通信作者：王平，E-mail: wp1826@126.com。

基金項目：“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃(2012BAD05B03-2)

收稿日期：2015-02-07

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.06

文章編號：1000-7601(2016)02-0038-06