王子陽，陳婉華，袁 偉，馬賢超，周正萍，劉世平

（江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009）

我國是糧食生產(chǎn)大國，生產(chǎn)糧食的同時(shí)，大量農(nóng)作物秸稈也隨之產(chǎn)生。2017 年底，我國作物可收集資源量已達(dá)8 億～9 億t，水稻、小麥、玉米三大作物的秸稈總量占全國秸稈資源總量的84.8%［1-3］。秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，作物收獲后的秸稈焚燒、隨意丟棄會增加環(huán)境治理壓力［4-5］。作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀等作物生長所必需的營養(yǎng)元素，秸稈還田可以減少化肥的使用量，提高作物產(chǎn)量和資源的利用效率［6-9］。秸稈還田后能否很好地分解，將影響到下季作物的生長發(fā)育，研究秸稈在土壤中的腐解規(guī)律，有助于制定合理的還田工藝。秸稈施入土壤后其腐解速度與養(yǎng)分釋放受到秸稈的化學(xué)組成、土壤性質(zhì)和分解的環(huán)境等多種因素的影響［10-11］。有關(guān)小麥-玉米、小麥（油菜）-水稻種植方式秸稈腐解的研究較多，楊志謙等［12］的研究表明，作物秸稈碳氮比在一定程度上影響作物秸稈腐解的速度。張素瑜等［13］認(rèn)為，秸稈腐解速度的快慢與土壤中水分含量的多少有關(guān)，腐解速度隨著土壤水分含量的增加而增加；也有研究者認(rèn)為，還田深度與秸稈腐解、養(yǎng)分釋放有所關(guān)聯(lián)，一定的還田深度更利于秸稈的腐解與養(yǎng)分釋放［14-15］。雙季稻秸稈腐解的研究相對較少，針對不同類型水稻秸稈的研究還未見報(bào)道。張洪程等［16］在江西省探索“秈改粳”的研究工作已取得較大進(jìn)展，雙季晚粳稻表現(xiàn)出較大的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)潛力，雙季稻一般為早秈晚秈和早秈晚粳組合，隨著粳稻在雙季稻地區(qū)的推廣應(yīng)用，晚粳面積將不斷擴(kuò)大，秸稈的類型將越來越多。秸稈還田作為一項(xiàng)秸稈綜合利用的有效途徑，為探討雙季稻地區(qū)不同類型水稻秸稈還田的腐解進(jìn)程，進(jìn)行了本試驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

研究在江西省上高縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合示范區(qū)試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行。地理位置為東經(jīng)115°12′，北緯28°27′，年日照時(shí)長為1725 h，年平均氣溫為18.9 ℃，年降水量為1683.5 mm。

1.2 供試材料和方法

試驗(yàn)于2017 年4 月至2017 年11 月進(jìn)行，兩季水稻，供試土壤為紅壤土，土壤的有機(jī)質(zhì)含量為29.30 g/kg，全氮含量為1.92 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為154.0、16.3 和125.5 mg/kg，pH 為5.3。

供試早稻品種為株兩優(yōu)308，晚稻品種為甬優(yōu)538，通過根袋試驗(yàn)研究雙季稻秸稈的腐解進(jìn)程和碳氮變化。秸稈腐解量采用尼龍網(wǎng)袋法測定，尼龍網(wǎng)袋長×寬為15 cm×10 cm，孔徑1 mm。早稻季還田包括隆香優(yōu)130（L，雜交秈稻）和甬優(yōu)538（Y，雜交粳稻）兩種秸稈，晚稻季還田包括江早361（J，常規(guī)秈稻）和株兩優(yōu)308（Z，雜交秈稻）兩種秸稈。80 ℃烘干后，剪切成1 cm 左右放入尼龍網(wǎng)袋中，每袋裝4.0 g，每個處理3 次重復(fù)，預(yù)埋0 和10 cm 兩個深度，L0 為隆香優(yōu)130，埋深0 cm；L10 為隆香優(yōu)130，埋深10 cm；Y0 為甬優(yōu)538，埋深0 cm；Y10 為甬優(yōu)538，埋深10 cm；J0 為江早361，埋深0 cm；J10 為江早361，埋深10 cm；Z0 為株兩優(yōu)308，埋深0 cm；Z10 為株兩優(yōu)308，埋深10 cm。秸稈埋后15、30、60、90 d 定期收回根袋（晚稻增加至120 d），取樣后樣品經(jīng)洗凈，80 ℃烘干。利用失重法測定秸稈腐解速度，并測定秸稈的含氮率及有機(jī)碳率。秸稈全氮用半微量凱氏法，有機(jī)碳用重鉻酸鉀容量法測定［17］。

1.3 參數(shù)計(jì)算

秸稈腐解率（%）=（試驗(yàn)前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈質(zhì)量－網(wǎng)袋內(nèi)秸稈殘留質(zhì)量）/試驗(yàn)前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈質(zhì)量×100。

分別測定水稻秸稈原始樣的全碳、全氮含量。每次取樣后測定秸稈的全碳、全氮含量，計(jì)算秸稈養(yǎng)分釋放率。

秸稈氮碳釋放率（%）=（試驗(yàn)前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈氮碳含量－第t 天網(wǎng)袋內(nèi)秸稈氮碳含量）/試驗(yàn)前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈氮碳含量×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD 法進(jìn)行多重比較（α=0.05）；采用Excel 2007 繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙季稻不同水稻類型秸稈和埋深對秸稈腐解率的影響

雙季稻不同水稻類型秸稈和埋深對秸稈腐解率的影響如圖1 所示，早稻季秸稈還田各處理秸稈腐解均表現(xiàn)為前30 d 秸稈腐解速率最快，至秸稈還田后第30 d，L0 和L10 處理秸稈腐解率分別 為38.75%和38.08%，Y0 和Y10 處 理 秸 稈 腐解率分別為32.83%和30.25%。秸稈腐解率均表現(xiàn)為L0＞L10、Y0＞Y10。秸稈還田后30 到90 d，所有處理秸稈腐解速度呈現(xiàn)遞減的趨勢，秸稈腐解速率變緩。秸稈還田后第90 d，秸稈腐解率為61.25%～66.0%，平均為64.0%，秸稈腐解速率仍表現(xiàn)為L0＞L10、Y0＞Y10，差異不顯著。

圖1 雙季稻不同水稻秸稈還田的腐解率

早稻季秸稈還田腐解率雜交秈稻高于雜交粳稻，不同埋深早稻秸稈腐解率差異不大，在土壤表層腐解速率略快，秸稈還田后30 到90 d，秸稈腐解速率增速變緩。

晚稻季秸稈還田各處理秸稈腐解均表現(xiàn)為前30 d 秸稈腐解速率最快，至秸稈還田后30 d，J0 和J10 處理秸稈腐解率分別為54.64%和54.37%，Z0和Z10 處理秸稈腐解率分別為35.25%和31.97%。秸稈腐解率均表現(xiàn)為J0＞J10、Z0＞Z10。秸稈還田后30 到90 d，所有處理秸稈腐解速度呈現(xiàn)遞減的趨勢，秸稈腐解速率變緩。秸稈還田后90 d，J0 和J10 處理秸稈腐解率分別為75.41%和71.31%，表層秸稈腐解速率略快，也快于早稻秸稈。Z0 和Z10處理秸稈腐解速率分別為65.57%和58.2%，表現(xiàn)為J0＞Z0、J10＞Z10。秸稈還田后120 d 晚稻季秸稈腐解率常規(guī)秈稻為75.96%～80.05%，雜交秈稻為65.57%～68.31%，兩種秸稈腐解率平均為72.47%，表層秸稈腐解速率略快。

晚稻季秸稈還田腐解速率常規(guī)秈稻快于雜交秈稻，土壤表層腐解速率更快，秸稈還田后第90 d 晚稻秸稈腐解速率比早稻要快，這可能與晚稻生長環(huán)境溫度較高有關(guān)。晚稻處理中雜交秈稻的腐解速度較慢，這可能是與秸稈的結(jié)構(gòu)組成有關(guān)。

總的來看，秸稈腐解速率晚稻季快于早稻季，常規(guī)秈稻快于雜交秈稻，雜交秈稻快于雜交粳稻，表層秸稈腐解速率略快于下層秸稈。同時(shí)呈現(xiàn)前期快，中后期逐漸放緩的趨勢。

2.2 雙季稻秸稈還田后氮釋放率的變化

隨著秸稈腐解，秸稈含氮率會發(fā)生一定的變化，秸稈有機(jī)氮逐漸釋放。由圖2 可見，早稻季秸稈在還田后到30 d 秸稈氮釋放相對較慢，開始可能還有吸收固氮的過程。Y0 在秸稈還田后15 d 秸稈氮釋放最慢，釋放率為17.22%。Y0 在秸稈還田后30 d 秸稈氮釋放率達(dá)到36.84%，秸稈氮釋放率最高。秸稈還田30 到60 d，秸稈氮釋放率增長呈現(xiàn)上升趨勢。到90 d，秸稈氮釋放率增長趨于平緩，各處理秸稈氮釋放率達(dá)60%左右，各處理間無明顯差異。

圖2 雙季稻水稻秸稈還田后氮釋放率

早稻季秸稈在還田初期秸稈氮釋放較緩，這可能與吸收固氮有關(guān)。在秸稈還田30 d 后秸稈氮釋放率增長較快，到90 d 秸稈氮釋放率增長趨于平緩。秸稈還田初期，不同埋深秸稈氮釋放率無明顯差異，在秸稈還田30 d 后，Y0 的秸稈氮釋放率均高于土壤下層（Y10）秸稈，說明早稻季雜交粳稻秸稈表層還田氮釋放更快，與秸稈腐解速率不同，雜交秈稻固定氮的能力較強(qiáng)。

晚稻季秸稈還田后，秸稈氮釋放率呈現(xiàn)為J0＞Z0、J10＞Z10。在秸稈還田后30 d 秸稈氮釋放率差異最為明顯。同一類型不同埋深秸稈氮釋放率差異不顯著。秸稈還田30 d 后，土壤表層秸稈氮釋放率高于下層。Z0 和Z10 處理在秸稈還田后15 d 時(shí)最小，分別為11.68%和10.43%。秸稈還田后30到60 d，Z0 和Z10 處理秸稈氮釋放率呈現(xiàn)上升趨勢，達(dá)到40%以上，并在60 d 后上升趨勢趨于平緩。到秸稈還田后120 d，各處理秸稈氮釋放率達(dá)60%左右。

晚稻季常規(guī)秈稻秸稈氮釋放率高于雜交秈稻秸稈，在秸稈還田后30 d 差異最為明顯。在秸稈還田30 d 時(shí)，不同埋深秸稈氮釋放率無明顯差異，而在60 d 后土壤表層秸稈氮釋放率略高于下層，可能與秸稈還田初期吸收固氮的過程有關(guān)。晚稻季秸稈表層還田氮釋放更快。

2.3 雙季稻水稻秸稈還田后碳釋放率的變化

秸稈含有大量的化學(xué)能，是土壤微生物生命活動的能源。秸稈還田為土壤微生物活動繁殖提供了充足的能源和碳源，可以增強(qiáng)各種微生物的活性，促進(jìn)纖維的分解。秸稈還田后不同埋深對碳釋放率的影響，由圖3 可見，隨著秸稈還田時(shí)間的推移，早稻季秸稈碳釋放率呈現(xiàn)平緩上升趨勢。在秸稈還田后30 d，秸稈碳釋放率達(dá)60%。

圖3 雙季稻水稻秸稈還田后碳釋放率

不同埋深對秸稈碳釋放率影響不大，土壤表層秸稈碳釋放率較土壤下層略高。秸稈還田后90 d，秸稈碳釋放率達(dá)80%左右。

早稻季各處理碳釋放率隨著還田天數(shù)的推移增長平緩，不同埋深對早稻季秸稈碳釋放率影響不顯著。

隨著晚稻季秸稈還田天數(shù)的推移，晚稻季秸稈碳釋放率呈現(xiàn)平緩上升趨勢。秸稈還田后30 d，常規(guī)秈稻秸稈碳釋放率達(dá)60%以上，雜交秈稻秸稈碳釋放率達(dá)50%以上。不同埋深對秸稈碳釋放率影響不大，土壤表層秸稈碳釋放率較土壤下層略高。秸稈還田后90 d，常規(guī)秈稻秸稈碳釋放率達(dá)80%以上，雜交秈稻秸稈碳釋放率達(dá)70%以上。

晚稻季秸稈還田后碳釋放率與早稻季變化相似。常規(guī)秈稻秸稈碳釋放率高于雜交秈稻秸稈。不同埋深對晚稻秸稈碳釋放率影響不顯著，表層碳釋放略快。

3 討論

3.1 不同水稻類型秸稈和埋深對秸稈腐解率的影響

本研究結(jié)果顯示，雙季稻秸稈在土壤表層的腐解速度更快，這與胡宏祥等［18］研究結(jié)果一致，而與旱作作物的研究結(jié)果有一定差異。李新舉等［19］研究結(jié)果顯示，覆蓋在表層的小麥秸稈腐解速度較慢，主要原因?yàn)楸韺油寥浪謼l件較差，且土壤水分不易留存。本試驗(yàn)所處地區(qū)土壤水分充足，秸稈水分飽和，土壤表層溫度較高，更有利于微生物的繁殖，同時(shí)在水稻生育初期，田間保持淺水層，土壤中微生物較為活躍，在一定程度上加速了秸稈的腐解［20-21］。不同埋深、不同類型的秸稈腐解都呈現(xiàn)前期快、中后期放緩這一特點(diǎn)，多數(shù)研究者的研究也印證了這一點(diǎn)［22-24］。水稻秸稈主要是由易分解的可溶性化合物與不易分解的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、單寧和蠟質(zhì)等構(gòu)成［25-26］。隨著還田時(shí)間的增加，秸稈中易分解物質(zhì)減少，在90 d 時(shí)，早稻的秸稈平均腐解率可達(dá)64.00%，而同期晚稻秸稈的平均腐解率為67.62%，晚稻秸稈的腐解率略高于早稻秸稈，究其原因可能是由于晚稻生育期內(nèi)的氣溫要高于早稻，同時(shí)，由于在晚稻秸稈還田時(shí)，早稻秸稈已先期腐解，田間微生物量、微生物群落數(shù)量維持在一定水平，更利于晚稻秸稈的腐解［27］。晚稻秸稈由于腐解時(shí)間更長，其腐解率在120 d 時(shí)常規(guī)秈稻為75.96%～80.05%，雜交秈稻為65.57%～68.31%，兩種不同類型的秸稈可能在組成成分與組成成分的含量不同導(dǎo)致了兩者腐解率具有差異，而剩余未分解部分，如木質(zhì)素、蠟質(zhì)等屬于短期內(nèi)難以分解的部分，完全分解可能需要一年甚至更長的時(shí)間［28］。

3.2 雙季稻秸稈還田后氮和碳釋放率的變化

雙季稻的氮釋放過程呈現(xiàn)為前期較慢，中期增長，后期放緩的一個過程。一般水稻移栽時(shí)，在大田中會施用大量的氮肥作為基肥，氮肥作為速效養(yǎng)分，易于被土壤中的微生物吸收固定，而秸稈中的氮元素分解礦化的過程較長，導(dǎo)致在秸稈還田初期，秸稈中的氮釋放速度較慢，微生物難以獲得秸稈中的氮素。隨著還田時(shí)間的延長，土壤中的微生物數(shù)量與活性提高，秸稈的氮釋放速度隨之提高。晚稻秸稈的氮釋放率在秸稈還田的前期要快于早稻，這可能是由于晚稻的移栽是緊接著早稻收獲后進(jìn)行的，且氣溫較高，土壤中的微生物量與活性都維持在較高水平有關(guān)。秸稈還田30 d 后土壤表層秸稈氮釋放率均高于土壤下層，這可能與微生物多在土壤表層，同時(shí)與其需要吸收氮素進(jìn)行固氮的過程有關(guān)。不同埋深對雙季稻秸稈氮釋放率影響不顯著。但有學(xué)者的研究結(jié)果顯示，秸稈深埋的氮釋放要高于秸稈表層覆蓋，這可能與氣候、秸稈類型和田間是否有淺水層有關(guān)［29-30］。

雙季稻秸稈還田的碳釋放整體呈現(xiàn)前期釋放迅速、中期逐漸放緩的過程。秸稈中的雙季稻早稻季秸稈還田碳釋放率在15 d 時(shí)即達(dá)到50%以上。秸稈中的碳元素主要以有機(jī)態(tài)存在，微生物在繁殖過程中需要大量碳源物質(zhì)，對有機(jī)碳需求較高，使得秸稈還田初期碳釋放迅速［31］。隨著還田時(shí)間的增加，整體呈平緩上升的趨勢。

4 結(jié)論

雙季稻秸稈還田秸稈腐解過程總體呈前期快、中后期平緩的狀態(tài)。不同埋深對早稻秸稈腐解率影響不顯著。雜交秈稻腐解率高于雜交粳稻。晚稻季表層秸稈腐解率高于深層，常規(guī)秈稻秸稈的腐解率高于雜交秈稻。

雙季稻秸稈腐解過程中氮釋放呈現(xiàn)前期慢、中期快、后期緩的狀態(tài)。常規(guī)秈稻秸稈的氮釋放率高于雜交粳稻。

雙季稻秸稈腐解過程中，秸稈的碳釋放呈現(xiàn)前期快，中后期緩的狀態(tài)。不同埋深對秸稈碳釋放的影響不顯著，常規(guī)秈稻秸稈的碳釋放率高于雜交秈稻。