劉雨杭 劉蓉 趙長坤 楊國濤 王學春 胡運高

摘要：為研究不同氮肥水平對油菜秸稈還田腐解率及養(yǎng)分釋放的影響，選用當年收獲的油菜秸稈為材料，采用網(wǎng)袋法進行室外模擬試驗，設置低氮（Nu1）、中氮（Nu2）、高氮（Nu3）3個氮肥處理水平，在秸稈翻埋后不同時期對秸稈腐解率、大量元素釋放情況及土壤養(yǎng)分含量變化進行測定。結(jié)果表明，（1）秸稈翻埋還田后20 d秸稈腐解速度較快，高氮條件秸稈快速腐解期持續(xù)到翻埋還田后40 d;最終秸稈翻埋后100 d，Nu1、Nu2、Nu3處理秸稈累積腐解率相近。（2）油菜秸稈中氮素釋放較磷素、鉀素慢，最終秸稈元素釋放率表現(xiàn)為鉀>磷>氮。（3）秸稈還田處理均可以增加水稻全生育期內(nèi)稻田土壤中氮磷鉀含量，但油菜秸稈腐解速度較慢（水稻生育期內(nèi)總腐解率45%左右），且土壤養(yǎng)分主要集中在后期增加，因此對后季作物的生長影響應該更大一些。

關(guān)鍵詞：秸稈還田;氮肥調(diào)控;腐解率;養(yǎng)分釋放

中圖分類號：S511.06?文獻標志碼：A?文章編號：1002-1302（2020）21-0288-04

作為重要的生物資源，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)每年秸稈產(chǎn)量約為2×1012 kg[1]，同時，秸稈是農(nóng)作物最重要的副產(chǎn)品形式，含有較多的有機質(zhì)和作物生長所需的元素如氮、磷、鉀等[2]，是一類能直接利用的可再生有機資源。為響應國家秸稈禁燒的政策，解決秸稈在不焚燒的情況下經(jīng)濟實惠地將之就地處理成為了一項亟需解決的課題[3]。研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈還田和化肥配合施用條件下，一方面在一定程度下利用田間秸稈資源，減少秸稈就地焚燒對環(huán)境的危害，另一方面能增加土壤肥力，改變土壤結(jié)構(gòu)，促進作物生長等作用[4-5]。若對田地進行長期秸稈還田處理，則可增加土壤微生物和小動物種類，對酶活性提高也有顯著作用，同時對土壤養(yǎng)分指標也有明顯的提升作用;劉世平等認為，秸稈還田可以提高土壤速效磷、速效鉀含量[6]。

本研究通過網(wǎng)袋法，比較氮含量對油菜秸稈翻埋還田后秸稈在土壤中的腐解、大量元素養(yǎng)分釋放率和土壤中養(yǎng)分含量的變化規(guī)律。明確油菜秸稈翻埋還田處理與氮肥施用量對土壤養(yǎng)分的調(diào)節(jié)規(guī)律，為油菜秸稈資源的合理運用、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用當年收獲的油菜秸稈作為還田材料，氮肥為尿素（含氮量45%）;水稻品種為蜀恢498。

1.2 試驗設計與方法

試驗于2019年在西南科技大學綿陽農(nóng)園基地進行，設置3個氮肥處理：低氮（Nu1，90 kg/hm2）、中氮（Nu2，180 kg/hm2）和高氮（Nu3，270 kg/hm2）。盆栽、網(wǎng)袋法，每個處理設置3個重復，加入20 kg/盆混勻水稻土，秸稈還田量和施肥量根據(jù)盆內(nèi)徑換算所得，將油菜秸稈粉碎后裝入網(wǎng)袋，每個網(wǎng)袋秸稈量15 g（折合還田量625 kg/hm2）。采用翻埋還田方式，試驗時將裝好的秸稈翻埋入10 cm土壤中，緩慢加入清水至淹沒土壤3～5 cm。移栽水稻 1株/盆，按照大田水稻田間管理方法進行水分管理。還田處理前取樣測定秸稈全氮、全磷、全鉀含量;測定土壤的全氮、全磷、全鉀含量。還田后每種處理每隔20 d秸稈取樣（取出網(wǎng)袋后，用水緩慢沖凈，裝入紙袋，在65 ℃溫度下烘干至恒質(zhì)量），測定剩余秸稈干質(zhì)量，通過下列公式計算腐解率。之后每隔 20 d 取樣1次（共取樣5次）。

腐解率=（m0-mt）/m0×100%

式中：m0為初始干質(zhì)量，g。mt為腐解t d后干質(zhì)量（g）。

之后將烘干秸稈研磨后過篩，消化后測定全氮、全磷、全鉀含量。

在取最后一個樣品時，將水放干，靜置等到水分風干后對網(wǎng)袋周圍的土壤取樣并測定其全氮、全磷、全鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行分析并繪制圖表，用DPS分析軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對秸稈還田腐解影響差異分析

從表1可以看出，氮肥水平對秸稈腐解率影響不顯著，對氮釋放量的影響與腐解率相似，沒有顯著的影響，但對秸稈磷釋放量和鉀釋放量的影響差異極顯著。在不同施氮量處理時期，氮、磷、鉀的釋放量在不同處理下均達到極顯著差異。氮肥水平和處理時間對磷、鉀的釋放量的影響均達到極顯著水平，但對秸稈腐解率和秸稈氮釋放量均無顯著影響。由此可以看出，處理時間對秸稈腐解及養(yǎng)分釋放影響較大，而秸稈磷、鉀的釋放量主要受氮肥水平及翻埋時間的互作影響。

2.2 秸稈翻埋還田后腐解特征

從圖1可以看出，秸稈翻埋還田后，隨著氮肥水平的增加，秸稈的腐解率呈現(xiàn)出先快后慢的特征。至秸稈翻埋100 d時，不同氮肥水平處理的秸稈腐解率逐漸趨于一致，無明顯差異。在油菜秸稈翻埋處理后，在水稻分蘗期內(nèi)（還田后20 d內(nèi)），Nu1腐解率為20.44%，Nu2腐解率為22.00%，Nu3腐解率為11.24%，表明氮肥水平對油菜秸稈翻埋前期腐解速率的影響存在差異，不同處理的秸稈腐解率表現(xiàn)為Nu2>Nu1>Nu3，其中Nu1和Nu2差異不明顯，但均明顯高于Nu3處理。

在正常油菜秸稈翻埋后的水稻返青分蘗盛期（秸稈還田后20～40 d），Nu1、Nu2、Nu3處理網(wǎng)袋內(nèi)秸稈質(zhì)量平均日減少量分別為0.018、0.010、0.101 g，Nu3處理條件下，秸稈質(zhì)量的日均減少量明顯大于Nu1、Nu2處理，且在還田后40 d時，Nu3處理的秸稈剩余質(zhì)量處于最低水平，腐解率最高。

在不同施氮條件處理后100 d時，不同處理秸稈剩余量平均為8.47、8.60、8.55g，總腐解率分別為43.53%、42.69%、42.98%，處理間差異不明顯。

2.3 不同氮肥處理對秸稈還田養(yǎng)分釋放的影響

2.3.1 不同氮肥處理對秸稈翻埋還田后氮素釋放的影響 從表2可以看出，秸稈還田后20 d時，Nu1處理的秸稈全氮含量為3.24g/kg，顯著高于Nu2、Nu3處理，秸稈全氮含量分別為2.85、2.82 g/kg，Nu2、Nu3處理差異不顯著;而處理后100 d時，這3個氮肥水平處理的秸稈全氮含量排列順序為Nu3>Nu2>Nu1，且均顯著高于初始秸稈氮全含量。由于最終秸稈腐解率在不同氮肥水平下差異不顯著，因而過高的氮肥水平不利于翻埋條件秸稈中氮素的釋放。

2.3.2 不同氮肥處理對秸稈翻埋還田后磷素釋放的影響 從表2可以看出，在翻埋后20 d時，Nu3處理的秸稈全磷含量為0.49 g/kg，分別比Nu1、Nu2處理高13.95%、16.67%;且還田后20 d Nu1、Nu2、Nu3處理下磷釋放量分別達49.41%、42.35%、50.58%。還田后100 d時，不同處理的全磷含量均在翻埋處理前的5.80%左右，且處理間無顯著差異。磷元素在油菜秸稈中的釋放特征為前期較快，后期含量逐漸趨于穩(wěn)定，Nu1、Nu3處理均能提高其前期磷的釋放速率。

2.3.3 不同氮肥處理對秸稈翻埋還田后鉀素釋放的影響 從表2可以看出，在翻埋后20 d時，Nu1、Nu2、Nu3處理下秸稈全鉀含量為1.45、1.27、1.36 g/kg，釋放率分別為57.85%、63.08%、60.47%，Nu1處理釋放率低于Nu2、Nu3處理。表明Nu1條件可能減慢了秸稈鉀素在翻埋前期的釋放。秸稈腐解過程中鉀的釋放主要集中在處理后20 d，Nu3、Nu2處理可促進鉀素在秸稈翻埋前期的釋放。

2.4 秸稈翻埋還田后土壤養(yǎng)分含量變化

從圖2可以看出，秸稈翻埋處理后100 d時，Nu1處理下土壤全氮含量低于處理前，且比處理前低0.11%，Nu2、Nu3處理均高于處理前土壤中氮含量，Nu2處理提高7.40%，Nu3處理提高10.25%。表明在秸稈翻埋還田后，氮肥水平不同會影響土壤中全氮含量（圖2-A）。翻埋還田處理后100 d時，土壤中磷含量相比于處理前有明顯的升高，Nu1處理比處理前增加16.5%，Nu2、Nu3處理則分別增加43.91%、11.61%，土壤中磷素最高的處理為Nu2，Nu1、Nu3處理次之（圖2-B）。秸稈翻埋條件下不同氮肥水平下土壤中全鉀含量均略高于處理前，Nu1比處理前高12.75%，Nu2比處理前高8.25%，Nu3比處理前高16.33%（圖2-C）。表明秸稈翻埋還田對稻田土壤中磷元素、鉀元素含量的增加有明顯的正向效應，可為水稻提供充足的養(yǎng)分。

3 討論與結(jié)論

3.1 氮肥對油菜秸稈還田腐解速率的影響

本試驗表明，秸稈翻埋還田后腐解率呈現(xiàn)出前期迅速腐解，后期較慢，不同氮肥水平下，前期腐解率表現(xiàn)為氮肥水平180 kg/hm2>氮肥水平 90 kg/hm2> 氮肥水平270 kg/hm2。秸稈翻埋還田后100 d時，不同氮肥水平處理之間的秸稈腐解率逐漸趨于一致，處理間差異不顯著。與李逢雨等研究結(jié)果[7-9]基本一致。導致這樣結(jié)果的原因可能是秸稈還田前期土壤氮素供應充足，同時秸稈本身溶出有機物較多，為田間微生物提供了養(yǎng)分，促進其活動。微生物數(shù)量增多，活性增強，秸稈腐解速度較快;隨著腐解過程的進行，秸稈中溶出性物質(zhì)減少，導致微生物缺乏基料，活性降低，而秸稈腐解進入緩慢腐解期后，主要構(gòu)成物質(zhì)為纖維素，較難分解，因而腐解率就變得緩慢[10-11]。

3.2 氮肥處理對油菜秸稈還田養(yǎng)分釋放的影響

劉世平等研究表明，秸稈含氮量在還田前期緩慢增加，中期有一個穩(wěn)定的過程，但還田后期會有一定的上升[9]。然而在本研究中還田前期秸稈全氮含量有所下降，中期則為一個較為穩(wěn)定的過程，后期全氮含量仍有所上升。原因可能是秸稈腐解過程中不僅有元素的釋放，還存在碳釋放入土壤的過程。其中，氮素釋放到土中的比例減少，而秸稈質(zhì)量下降較快，導致剩余秸稈中全氮含量增加。閏超研究表明，還田秸稈對周圍環(huán)境中的氮具有一定的吸附作用[12]。劉平東研究表明，秸稈在田間腐解時，微生物會與土壤發(fā)生爭氮作用，導致秸稈中氮含量增加[13]。劉單卿等研究表明，秸稈還田后磷元素、鉀元素的釋放特征為前期快、后期慢，且鉀元素釋放率遠高于磷[11]。與本研究秸稈翻埋還田后磷素、鉀素的釋放率呈先快后慢最后再趨于穩(wěn)定的規(guī)律一致。磷素的釋放主要集中在翻埋處理后80 d，低氮和高氮處理均能提高其前期的釋放率。鉀素的釋放主要集中在秸稈翻埋后20 d，高氮、中氮可促進鉀素在秸稈翻埋前期的釋放率。

3.3 油菜秸稈還田后土壤養(yǎng)分供應的影響

在對田間施用化肥的同時進行秸稈還田，對土壤有機質(zhì)的積累無疑起一個正向作用，并可改善團粒結(jié)構(gòu)，對地力衰竭也有良好的減緩效果，因而大大提高作物對養(yǎng)分的吸收效率[4，14]。汪軍等研究表明，氮肥施用和秸稈還田交互作用對提升土壤氮、磷、鉀含量有顯著影響[1]。楊濱娟等認為，化肥結(jié)合秸稈還田對田間土壤大量元素的提高有著非常積極的作用[15]。田平等研究表明，土壤中養(yǎng)分提升率表現(xiàn)為鉀>磷>氮[16]。本研究中不同氮肥下秸稈還田后土壤中全氮、全磷、全鉀含量均有所提升，與前人結(jié)果基本一致。秸稈還田后100 d，低氮條件下的土壤全氮含量與翻埋前無顯著差異。中氮和高氮有所提升。而不同氮肥水平下的土壤全磷含量均有所提升，且中氮處理提升最高，低氮和高氮次之。全鉀含量均略高于秸稈還田前，且相互之間差異不顯著。

3.4 結(jié)論

秸稈翻埋還田條件不同氮肥水平對還田后 100 d 腐解率無顯著影響，但氮肥水平高時可加快前期的腐解;在水稻全生育期內(nèi)油菜秸稈腐解后殘留氮含量大于初始秸稈中的全氮含量，全磷、全鉀的含量降低。因此，油菜秸稈中磷鉀元素的釋放較快;油菜秸稈還田后，高氮條件有利于土壤氮元素、鉀元素的補充，中氮條件有利于磷元素的補充。具體哪種施氮水平更有利于土壤養(yǎng)分的穩(wěn)定還有待于選用不同的養(yǎng)分利用效率型水稻品種開展深入研究確定。同時，油菜秸稈腐解率較慢，水稻生育期內(nèi)總腐解率45%左右，以及土壤養(yǎng)分主要集中在后期增加，因此對后季作物的生長影響應該更大一些。應進一步結(jié)合后季油菜季的生產(chǎn)考慮全年內(nèi)養(yǎng)分的供給情況。

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