曹瑩菲　張　紅　劉　克　呂家瓏

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100；2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100)

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不同處理方式的作物秸稈田間腐解特性研究

曹瑩菲1,2張紅1,2劉克1呂家瓏1,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100；2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100)

采用尼龍網(wǎng)袋法，結(jié)合熱重分析，研究玉米和大豆秸稈在3種試驗(yàn)地(葡萄園、桃園、農(nóng)田)腐解過程中的腐解率和組分變化，為秸稈還田措施提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，腐解前期0～20 d作物秸稈腐解20%以上，20～120 d腐解率無明顯變化，120 d后繼續(xù)腐解至60%～70%，大豆秸稈前期較玉米秸稈腐解快。熱重分析得出，玉米秸稈在腐解期間(20～45 d)會(huì)產(chǎn)生TG曲線上200～300℃階段的失重(20%～30%)，腐解后期，大豆秸稈在300～400℃的失重百分比高于玉米秸稈，TG-DTG曲線在600～700℃階段的失重量到腐解末期(300 d)均為6%左右，隨著腐解的進(jìn)行，固定碳和灰分百分比上升至40%。作物秸稈的腐解率、組分百分比在不同處理間(新鮮與干燥處理、大豆秸稈與玉米秸稈處理、加氮與未加氮處理)差異顯著(P<0.05)，在3個(gè)試驗(yàn)地之間則無明顯差異(P>0.05)，腐解率、固定碳與土壤溫度和降水量都呈極顯著正相關(guān)，揮發(fā)分與土壤溫度、降水量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。玉米和大豆秸稈還田有增加土壤碳含量的作用，作物秸稈種類、碳氮比、干濕程度以及土壤溫度、降水條件都會(huì)影響作物秸稈在土壤中的腐解率和組分變化。

秸稈腐解； 熱重分析； 腐解率

引言

我國作物秸稈類有機(jī)固體廢棄物的數(shù)量每年以5%～10%的速度遞增[1]，而大量的作物秸稈就地焚燒不僅浪費(fèi)了秸稈中的有機(jī)碳和養(yǎng)分資源，而且會(huì)增加大氣環(huán)境污染，因此，許多研究者建議將秸稈還田[2-4]。合理的秸稈還田可以改善土壤結(jié)構(gòu)[5]、理化性狀、養(yǎng)分循環(huán)[6-9]、土壤有機(jī)碳(SOC)含量以及控制土壤侵蝕。秸稈還田后，在土壤中的存在狀態(tài)、分解轉(zhuǎn)化和組分變化等都與秸稈還田的效果息息相關(guān)。有研究指出作物殘?bào)w在土壤中的腐解既與秸稈本身物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)，也與溫度、水分、土壤性狀、肥力等環(huán)境條件有關(guān)[10]。有研究指出，不同的作物殘?bào)w由于持水能力及本身組成的差異，其本身的生物學(xué)性質(zhì)和分解的動(dòng)力學(xué)特征必然不同[11-12]。

秸稈腐解是一個(gè)復(fù)雜的過程[13-14]，其在土壤中分解轉(zhuǎn)化形成的中間產(chǎn)物復(fù)雜且難于分離。采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法很難對(duì)混合組分的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定，而且測定過程中會(huì)改變其固有的性質(zhì)[15]。相對(duì)于化學(xué)分析方法，熱重分析有機(jī)物組分特征具有操作簡便、需要的樣品量少和樣品不需特殊分離等優(yōu)點(diǎn)[16-17]。因此，熱重分析可以作為作物殘?bào)w特征描述的一個(gè)方法[18]，也可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)分析[19]。

目前，有關(guān)秸稈還田的研究多集中在對(duì)作物產(chǎn)量以及對(duì)農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的影響等方面[20-21]，而且作物殘?bào)w在土壤中分解、轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜，其在土壤中的變化機(jī)制還不完全清楚。玉米是中國非常普遍且種植較多的農(nóng)作物，其秸稈在農(nóng)田系統(tǒng)中的循環(huán)利用非常重要，大豆秸稈又常常用來作為綠肥。因此，為了了解玉米和大豆秸稈在不同田地里的還田效果，探索其在土壤腐解過程中的腐解特性，本文選取陜西省楊凌區(qū)種植不同植物(農(nóng)田、桃樹、葡萄)的長期試驗(yàn)基地(耕種史在10 a以上)，采用網(wǎng)袋法進(jìn)行玉米和大豆秸稈腐解試驗(yàn)，結(jié)合熱重分析儀，分析玉米和大豆秸稈在不同腐解時(shí)期的腐解率和組分變化規(guī)律；確定影響作物殘?bào)w腐解變化的因素(不同作物碳氮比、水分、種類和不同土地利用類型)，為秸稈還田措施提供理論依據(jù)[22-24]。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地設(shè)在黃土高原南部的陜西省楊凌示范區(qū)，年均氣溫13℃，年均降水量550～600 mm，主要集中在7—9月份，土壤為塿土(土墊旱耕人為土)，質(zhì)地屬粉砂粘壤土。供試植物殘?bào)w為玉米和大豆秸稈(包括莖和葉)。玉米秸稈的全碳質(zhì)量比和全氮質(zhì)量比分別為402.50 g/kg和11.31 g/kg，碳氮比為35.59；大豆秸稈的全碳質(zhì)量比和全氮質(zhì)量比分別為373.18 g/kg和25.47 g/kg，碳氮比為14.65。秸稈還田的腐解試驗(yàn)在3個(gè)試驗(yàn)地(不同土地利用類型)進(jìn)行，分別為國家黃土肥力與肥料效益野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站的農(nóng)田(34°17′51″ N，108°00′48″ E)、西北農(nóng)林科技大學(xué)標(biāo)本園區(qū)的桃園(34°19′81″ N, 108°04′11″ E)和葡萄園(34°17′81″N, 108°04′17″ E)。農(nóng)田種植方式為冬小麥-夏玉米輪作；桃園與葡萄園常年種植桃樹與葡萄。3個(gè)試驗(yàn)地的基本理化性質(zhì)見表1。

表1　供試試驗(yàn)地的基本性質(zhì)Tab.1　Basic soil properties in the three experiment fields

具體步驟：快速將剛采取的新鮮供試作物秸稈剪為2～3 cm大小(包括莖和葉)，在冰箱4℃冷藏保鮮作為新鮮樣品處理；另一部分作物秸稈先風(fēng)干再60℃干燥至恒定質(zhì)量，粉碎過1 mm篩，作為干燥樣品處理；另外分別添加一定量的尿素至部分處理好的新鮮和干燥玉米秸稈中，拌勻，調(diào)整碳氮比至25(微生物分解最佳碳氮比[25])，作為對(duì)比試驗(yàn)處理。即每個(gè)試驗(yàn)地有6個(gè)處理：新鮮玉米秸稈(FC)、新鮮玉米秸稈+氮(fc)、新鮮大豆秸稈(FB)、干燥玉米秸稈(DC)、干燥玉米秸稈+氮(dc)、干燥大豆秸稈(DB)?？紤]腐解速率以及含水率的不同，新鮮秸稈稱取30 g/袋裝入30 cm × 30 cm的350目尼龍網(wǎng)袋中，干燥秸稈稱取15 g/袋裝入20 cm × 20 cm 的350目尼龍網(wǎng)袋中，封口，則每個(gè)試驗(yàn)地共有234袋。10月31日分別將各個(gè)處理的若干袋子埋入3個(gè)試驗(yàn)地0～20 cm處的土壤中，于埋入后10、20、30、45、60、90、120、150、180、210、240、270、300 d取樣。每個(gè)處理每次取出3袋。取出的秸稈樣品60℃干燥稱其質(zhì)量，用于計(jì)算腐解率。之后將樣品磨細(xì)(100目), 用于熱重分析。由于土壤溫度和降水影響作物秸稈的腐解，所以在腐解試驗(yàn)處(0～20 cm)埋入土壤溫度記錄儀(美國TidbiT v2型溫度記錄儀)監(jiān)測土壤溫度，列于表2，降水?dāng)?shù)據(jù)列于表3。

表2　不同試驗(yàn)地不同腐解期的土壤溫度Tab.2　Temperature in one year experimental period　℃

注:數(shù)值為每月每天每個(gè)小時(shí)土壤溫度的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

表3　不同腐解時(shí)期的降水量Tab.3　Precipitations in one year experimental period

1.2熱重分析儀器與方法

熱重分析儀為德國耐馳(STA449C型)熱分析儀，試樣容器為Al2O3坩堝，采用氮?dú)夥諊M(jìn)行熱解試驗(yàn)，其中的氣體流量為20 mL/min，升溫速率為20℃/min。步驟：裝入約5 mg的樣品，通入空氣吹掃約1 h后，開始升溫至40℃并恒溫5 min，繼續(xù)升溫，最后加熱至1 000℃。隨著加熱溫度的上升和樣品質(zhì)量的變化得到TG(熱重)和DTG曲線，DTG曲線表示微商熱重，質(zhì)量變化率與溫度的函數(shù)關(guān)系。利用熱重分析儀自帶的計(jì)算軟件可以確定出作物殘?bào)w中水分、揮發(fā)分和固定碳等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及穩(wěn)定性[16]。

1.3數(shù)據(jù)處理

(1)秸稈腐解率R0計(jì)算公式為

(1)

式中X0——秸稈腐解前的初始質(zhì)量

Xt——分解t時(shí)間的秸稈腐解后剩余質(zhì)量

所有質(zhì)量都是通過含水率換算為干物質(zhì)的質(zhì)量。

(2)秸稈揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)R1計(jì)算公式為

R1=X1+X2+X3

(2)

式中X1——TG曲線中200～300℃階段的失重百分?jǐn)?shù)

X2——300～400℃階段的失重百分?jǐn)?shù)

X3——600～700℃階段的失重百分?jǐn)?shù)

(3)秸稈固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)R2計(jì)算公式為

R2=Xr-Xa

(3)

式中Xr——TG曲線中的殘留質(zhì)量

Xa——灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，通過馬弗爐(575±25)℃加熱5 h測得[16]

所測定的數(shù)據(jù)采用SAS(9.1.2)軟件進(jìn)行方差和相關(guān)分析。作物秸稈的末期腐解率以及揮發(fā)分、固定碳在不同處理和不同試驗(yàn)地之間的方差分析采用Duncan新復(fù)極差法(P<0.05)進(jìn)行，不同字母代表差異顯著；作物秸稈的末期腐解率、揮發(fā)分和固定碳與土壤溫度、降水的相關(guān)性分析運(yùn)用CORR程序進(jìn)行分析。

2　結(jié)果與討論

2.1不同作物秸稈的腐解率變化

圖1　不同作物秸稈處理以及2種作物秸稈在3個(gè)試驗(yàn)地不同腐解期平均腐解率的變化Fig.1　Decomposition rates of six treatments and decomposition rates of corn and bean residues in three long experiments during different decomposition periods

6個(gè)作物秸稈處理和2種作物秸稈在3個(gè)試驗(yàn)地不同腐解期的平均腐解率變化如圖1所示。由圖1a可見，各處理作物秸稈的腐解率在腐解初期(0～20 d)迅速上升，F(xiàn)B處理上升最多，達(dá)到60%左右，F(xiàn)C、fc和DB處理達(dá)到30%左右，DC和dc處理達(dá)到20%～25%；20～120 d內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，120 d之后不同處理的腐解率又逐漸上升，到270 d時(shí)，已經(jīng)基本上腐解了65%～75%；270～300 d腐解率變化較小。圖1b顯示，玉米和大豆秸稈在3個(gè)試驗(yàn)地之間各自的腐解特性差異都不大，其變化趨勢與圖1a相似。由此可以得出本試驗(yàn)中的作物秸稈腐解具有階段性，基本上是在前期0～20 d腐解率變化劇烈，腐解20%以上，20～120 d腐解較少，120～270 d繼續(xù)腐解，270 d后腐解率保持平穩(wěn)。這與張春慧等[26]、胡宏祥等[27]研究結(jié)果一致，作物秸稈進(jìn)入土壤之后前期腐解最快，經(jīng)9個(gè)月后腐解主要進(jìn)程已趨完成，腐解率趨于穩(wěn)定。

結(jié)合腐解末期(300 d)作物秸稈腐解率的方差分析得出(表4)，不同處理間腐解末期的腐解率差異顯著(P<0.05)，新鮮樣品較干燥樣品腐解快，這與“分解的速度與秸稈中含水率有關(guān)”的結(jié)論相一致[12]，碳氮比低的作物秸稈腐解快[28, 29]，玉米和大豆秸稈的腐解特性不同，由圖1b也可以看出，大豆秸稈前期腐解率變化比玉米秸稈快，后期則變化較慢，玉米秸稈后期較大豆秸稈腐解率變化快，這表明大豆秸稈在前期迅速腐解，在中期達(dá)到穩(wěn)定；玉米秸稈則前期腐解較大豆秸稈慢，中期繼續(xù)腐解，腐解后期達(dá)到穩(wěn)定后，與大豆秸稈的腐解率相差不大。此外，不同試驗(yàn)地之間作物秸稈腐解率無明顯差異(P>0.05)(表4)，而與土壤溫度和降水量都達(dá)到極顯著相關(guān)(P<0.01)(表5)，土壤溫度和降水量等氣候條件相似(表2、3)則是不同試驗(yàn)地腐解率無差異的原因[30]。因此，秸稈腐解率與它自身的條件(秸稈碳氮比、干濕程度和種類)有關(guān)(表4)[28-29]，碳氮比低、新鮮的作物秸稈腐解較快，大豆秸稈(碳氮比小)腐解率變化較玉米秸稈快，這是由于碳氮比以及水分條件有利于微生物的分解活動(dòng)，其次，新鮮秸稈含有較高比例的簡單碳水化合物和蛋白質(zhì)易于降解；也與所處環(huán)境的水熱狀態(tài)有關(guān)(表5)[29]，具有階段性：作物秸稈進(jìn)入土壤中，由于微生物等的利用，進(jìn)行快速分解，隨著土壤溫度下降至10℃以下，且降水量也有所減少，環(huán)境條件不適宜，微生物的活力受到溫度和水分的限制，腐解進(jìn)行很慢，隨著土壤溫度升高和降水的逐漸增多，環(huán)境條件轉(zhuǎn)好，微生物活動(dòng)旺盛，則分解作用可以繼續(xù)進(jìn)行，腐解率上升，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

表4　不同作物秸稈處理和不同試驗(yàn)地腐解末期的 腐解率差異比較Tab.4　ANOVA of decomposition rates on 300 d in different treatments and land uses

注：方差分析采用Duncan氏新復(fù)極差法(P= 5%)，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著。

表5　不同處理秸稈腐解率與土壤溫度、降水量動(dòng)態(tài) 變化的相關(guān)性Tab.5　Relationships of decomposition rates with soil temperature and precipitations

注：** 表示極顯著(P<0.01)相關(guān)。

2.2不同作物秸稈的熱重分析結(jié)果

2.2.1玉米和大豆秸稈TG-DTG曲線變化

圖2　不同作物秸稈原樣的TG-DTG曲線Fig.2　TG and DTG profiles of original plant samples

圖2為不同作物秸稈原樣的TG-DTG曲線，大致分為3個(gè)失重階段：80℃、300～400℃和600～700℃。將由TG-DTG曲線(圖2)得出玉米、大豆秸稈原樣各個(gè)失重階段的失重百分比列于表6，結(jié)果顯示，兩種作物秸稈原樣中300～400℃的失重百分比最大，達(dá)到60%左右，表示作物秸稈中的纖維素含量比例較多，且玉米秸稈在該階段的物質(zhì)質(zhì)量百分比較大豆秸稈多。在600～700℃大豆秸稈較玉米秸稈的失重百分比大，由于在TG曲線中分解發(fā)生的失重溫度越高，該物質(zhì)穩(wěn)定性越高，越難被分解[17]，所以大豆秸稈的難分解物質(zhì)成分較多(600～700℃階段)，穩(wěn)定性較高(表6)。

表6　玉米秸稈和大豆秸稈原樣各階段的失重百分比 和殘留質(zhì)量比Tab.6　TG characteristic parameters of original samples　%

隨著腐解的進(jìn)行，作物殘?bào)w的熱重曲線有所變化，腐解末期(300 d)作物秸稈的TG-DTG曲線如圖3所示(以桃園新鮮樣品處理為例)，此時(shí)與原樣(圖2)相比，玉米秸稈變?yōu)?個(gè)失重階段：80℃、200～300℃、300～400℃和600～700℃，大豆秸稈則在TG-DTG線型上無明顯變化(圖3)。80℃左右的失重是作物秸稈中水分散失造成的，由于其不穩(wěn)定性，在本文中不予討論；200～300℃之間的失重是由于半纖維素發(fā)生分解，產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)；300～400℃是纖維素發(fā)生分解，大部分也是生成揮發(fā)性物質(zhì)[31]; 木質(zhì)素較難分解，分解溫度最寬，主要發(fā)生在280～900℃，一部分生成揮發(fā)性物質(zhì)，一部分分解為碳[32]，故600～700℃失重是由于木質(zhì)素等難分解的物質(zhì)分解揮發(fā)所致。

圖3　腐解300 d桃園新鮮樣品的TG-DTG曲線Fig.3　TG and DTG profiles of fresh samples (300 d) in peach garden

2.2.2玉米和大豆秸稈各階段組分變化

由熱重曲線得出的不同腐解期作物秸稈各階段失重質(zhì)量百分比變化如圖4(6個(gè)處理)所示。由熱重曲線圖可知，200～300℃階段的失重是由玉米秸稈和玉米秸稈加氮處理在腐解過程中(20～60 d)產(chǎn)生的，因此，圖4a為FC、DC、fc、dc處理在TG曲線200～300℃階段的失重百分比變化，fc、dc處理較FC、DC處理先出現(xiàn)此階段的失重，各處理的該階段失重百分比先升高至30%左右(90～120 d)，之后起伏變化。該階段的失重代表半纖維素的熱解揮發(fā)，半纖維素容易被微生物利用分解，因此隨著玉米秸稈在土壤中的腐解，到了后期，玉米秸稈處理中200～300℃階段的失重百分比有所降低或消失。圖4b顯示的是300～400℃階段不同處理的失重百分比變化，此階段的失重是由于纖維素的熱解揮發(fā)所致。腐解初期大豆秸稈在300～400℃階段的失重百分比與玉米秸稈相近，腐解后期則明顯高于玉米秸稈，到90 d之后各個(gè)處理的變化都趨于平穩(wěn)，這與腐解率的變化趨勢一致。600～700℃階段(圖4c)，玉米秸稈則無明顯變化，大豆秸稈腐解初期該階段的失重百分比高于玉米秸稈，腐解0～30 d下降較快，30～120 d無明顯變化，腐解后期又逐漸下降，至末期(300 d)其失重百分比接近玉米秸稈(6%左右)。由于大豆秸稈中穩(wěn)定成分多于玉米秸稈(圖1和表6中得出)，隨著腐解的進(jìn)行，逐漸轉(zhuǎn)化、分解為易腐解的物質(zhì)，所以大豆秸稈中較難分解物質(zhì)的百分比(600～700℃階段)下降(圖4c)，分解為纖維素等易腐解的物質(zhì)，加上玉米秸稈中的一部分纖維素易分解產(chǎn)生半纖維素，因此，到腐解后期300～400℃階段的失重百分比高于玉米秸稈(圖4b)。圖4d顯示，固定碳與灰分質(zhì)量百分比隨著腐解的進(jìn)行逐漸上升，秸稈中容易腐解的揮發(fā)分等物質(zhì)分解釋放，比例下降，剩下的較難分解物質(zhì)(固定碳、灰分等)百分比則上升，并隨后可能混入土壤中，說明作物殘?bào)w在土壤中腐解有增加土壤碳含量的作用[33]。

圖4　不同作物秸稈各階段失重百分比隨腐解時(shí)間的變化曲線Fig.4　Mass loss of 200～300℃, 300～400℃, 600～700℃, and remaining mass in six crop treatments during different decomposition periods

TG曲線中的失重是由揮發(fā)分和水分的散失造成的，因此200～300℃、300～400℃和600～700℃階段失重百分比之和為作物秸稈揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，殘留物質(zhì)與灰分百分比之差為固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)[16]，根據(jù)揮發(fā)分的數(shù)值，確定出作物秸稈轉(zhuǎn)化為氣體或液體的產(chǎn)率，對(duì)作物秸稈還田過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化具有指導(dǎo)意義；固定碳則可以影響土壤碳含量。二者在6個(gè)處理和3個(gè)試驗(yàn)地間的方差分析(表7、8)結(jié)果顯示，揮發(fā)分與固定碳在不同作物秸稈處理間的差異顯著(P<0.05)，在3個(gè)試驗(yàn)地之間則無明顯差異(P>0.05)。相關(guān)分析(表9)表明，揮發(fā)分與固定碳含量成反比，作物秸稈中的揮發(fā)分、固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤溫度和降水量呈顯著相關(guān)(P<0.05)。由方差分析和相關(guān)分析得出，大豆秸稈、新鮮玉米秸稈及其加氮處理的固定碳含量較高(P<0.05)，變化趨勢與土壤溫度和降水條件有關(guān)，與秸稈腐解率的變化相似，適宜的碳氮比、溫度、水分條件有利于微生物的分解活動(dòng)[28-29]，腐解進(jìn)行較快，各組分變化較大；若環(huán)境條件不適宜，微生物的活力受到溫度、水分和碳氮比的限制，腐解進(jìn)行較慢，各組分則無明顯變化。

表7　固定碳與揮發(fā)分在6個(gè)不同作物秸稈處理之間 的方差分析Tab.7　Average percentage of fixed carbon and volatile matters with six plant residues treatments

注：方差分析采用Duncan氏新復(fù)極差法(P=5%)，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著。

3　結(jié)論

(1)由作物秸稈的腐解率變化得出，碳氮比低和新鮮的作物秸稈腐解效果較好(P<0.05)，在3個(gè)試驗(yàn)地之間無明顯差異(P>0.05)，作物秸稈腐解的快慢與土壤溫度、降水大小極為相關(guān)(P<0.01)。經(jīng)過一年的腐解，作物秸稈腐解率達(dá)到60%～70%。

表8　固定碳與揮發(fā)分在3個(gè)不同試驗(yàn)地之間的方差分析Tab.8　Average fixed carbon and volatile matters percentage of plant residues in three different land uses

注：方差分析采用Duncan氏新復(fù)極差法(P=5%)，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著。

表9　固定碳、揮發(fā)分、土壤溫度和降水量之間的相關(guān)性Tab.9　Correlation coefficients between fixed carbon and volatile matters in plant residues, soil temperature and precipitations

注：*P<0.05； **P< 0.01。

(2)由作物TG-DTG曲線得出，大豆秸稈的穩(wěn)定成分多于玉米秸稈。玉米秸稈在腐解期間產(chǎn)生200～300℃(TG曲線)的失重(20%～30%)，大豆秸稈在腐解過程中300～400℃階段的失重百分比高于玉米秸稈，到腐解末期(300 d)，不同處理的難分解物質(zhì)(600～700℃階段)含量相差不大，隨著腐解的進(jìn)行，殘留質(zhì)量上升至40%。不同作物秸稈處理間各組分差異顯著(P<0.05)，在3個(gè)試驗(yàn)地之間則無明顯差異(P>0.05)，與土壤溫度和降水量呈顯著相關(guān)(P<0.05)，且TG-DTG曲線與作物秸稈種類和腐解時(shí)期有關(guān)。

(3) 綜上所述，玉米和大豆秸稈還田有增加土壤碳含量的作用。將新鮮的玉米和大豆秸稈粉碎或切成2～3 cm，且玉米秸稈同時(shí)加入適量N肥有利于作物秸稈在土壤中的腐解，不同田地的腐解效果與土壤的溫度、降水條件關(guān)系密切。

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Decomposition Characteristics of Crop Residues among Different Agricultural Treatments

Cao Yingfei1,2Zhang Hong1,2Liu Ke1Lü Jialong1,2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingonLoessPlateau,Yangling,Shaanxi712100,China)

This study was about crop decomposition characteristic changes of corn and bean residues (with different water conditions and C/N ratios) decomposition in the fields of three land uses (vineyard, peach orchard, farmland), using nylon mesh bags method and thermogravimetry (TG), which can provide a scientific basis for the rational use of straw resources. The results showed that at the early stage of the decomposition (0～20 d), the decomposition rate was more than 20% and the decomposition rate of bean straws was faster than that of corn straws. On 0～90 d of the decomposition, they were relatively stable. Then the decomposition rates increased to 60%～70% at the end (300 d). In TG-DTG curves, the mass loss of 200～300℃ stage(20%～30%) was caused by the corn straws during the decomposition (20～45 d). At the end of decomposition, the 300～400℃ mass losses of bean straws were significantly higher than those of corn straws. The values of 600～700℃ in TG and DTG curves at the end of the decomposition (300 d) were about 6%. The decomposition rates and percentages of fixed carbon and volatile matters were significantly different between fresh and dry treatments, corn residues and bean residues, and low C/N ratio and high C/N ratio treatments (P< 0.05). While, there were no obvious differences in three different land uses (P> 0.05). The decomposition rates and fixed carbon contents were significantly positively related to soil temperature and precipitation (P< 0.05), and volatile matters were negatively correlated with soil temperature and precipitation (P< 0.05). Corn and bean straws in soils could increase the carbon content. Type, C/N ratio and water condition of crop residues, and soil temperature and precipitation could affect the crop straw decomposition in the soil.

crop residues decomposition; thermogravimetry; decomposition rate

10.6041/j.issn.1000-1298.2016.09.030

2016-03-03

2016-04-10

中國科學(xué)院黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(K318009902-1310)和陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2011K01-48)

曹瑩菲(1987—)，女，博士生，主要從事土壤化學(xué)研究，E-mail: yingfeicao@126.com

呂家瓏(1962—)，男，教授，博生生導(dǎo)師，主要從事土壤和環(huán)境化學(xué)研究，E-mail: ljlll@nwsuaf.edu.cn

S15

A

1000-1298(2016)09-0212-08