秸稈還田、有機(jī)肥以及化學(xué)氮肥對(duì)稻田耕地質(zhì)量和水稻產(chǎn)量的影響

繆辰　許愛(ài)霞　于倩倩　宋亞

[摘 要] 為解決秸稈還田和有機(jī)肥在稻田施用效果的問(wèn)題，于2013年在姜堰雙徐農(nóng)場(chǎng)開(kāi)展秸稈還田、施用有機(jī)肥以及氮肥與以上配施對(duì)耕地地力和稻田生態(tài)系統(tǒng)活力影響的研究，結(jié)果表明：稻田生態(tài)系統(tǒng)需要大量的氮肥投入，所以氮肥+秸稈+有機(jī)肥處理的水稻產(chǎn)量最高，其配合施用顯著提高每畝穗數(shù)和穗粒數(shù)，產(chǎn)量達(dá)656.3 kg/畝，相對(duì)純化學(xué)肥料增產(chǎn)顯著。秸稈還田+有機(jī)肥+無(wú)機(jī)氮肥配施對(duì)土壤養(yǎng)分的提高效果比單施秸稈更為明顯，其中收獲期土壤堿解氮、有效磷、速效鉀相對(duì)單施化肥處理分別提高31.3%、27.2%和10.3%。秸稈還田以及有機(jī)肥的投入為土壤提供了大量的碳源和腐殖質(zhì)，不同程度的影響土壤細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量，其與化學(xué)氮肥的配合施用顯著提高細(xì)菌數(shù)量，為土壤有機(jī)質(zhì)的分解和礦化提供能量和動(dòng)力，提高了養(yǎng)分循環(huán)利用效率。

[關(guān)鍵詞] 秸稈還田 耕地地力 土壤養(yǎng)分 有機(jī)肥 微生物

[中圖分類號(hào)] S14 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1003-1650 （2015）11-0167-03

近年來(lái)，秸稈產(chǎn)量隨著糧食等農(nóng)作物產(chǎn)量的不斷提高而增加，傳統(tǒng)的秸稈利用方式逐漸被弱化和淘汰，大量剩余秸稈的處理成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中凸顯的問(wèn)題[1]，一些農(nóng)民采取了最簡(jiǎn)單的處理方式—焚燒或隨意堆棄，不僅浪費(fèi)了寶貴的養(yǎng)分資源，而且造成了大氣污染、火災(zāi)和引發(fā)交通事故等社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問(wèn)題[2，3]。隨著國(guó)家和政府對(duì)秸稈資源利用現(xiàn)狀的關(guān)注，秸稈還田也逐漸被農(nóng)民所接受，但秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大部分組成，C/N一般為60～80左右，使秸稈在土壤中難以被微生物分解[3-5]。因此秸稈還田要配施一定比例的化學(xué)氮肥以調(diào)解土壤C/N比，加速秸稈分解、腐熟過(guò)程，以保證土壤全期的肥力[6]。另一方面，隨著人們對(duì)畜禽肉產(chǎn)量需求的增大，畜禽糞便的處理也成為一個(gè)難題，為有效利用這些糞便資源，將其轉(zhuǎn)為有機(jī)肥料是個(gè)很好的選擇，但是農(nóng)民對(duì)于有機(jī)肥的施用方法和用量缺乏一定的技術(shù)指導(dǎo)，有盲目使用的情況[3，5]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)水稻生態(tài)系統(tǒng)施用有機(jī)肥、有機(jī)肥與秸稈配合施用等情況對(duì)環(huán)境因子的影響方面的研究少之又少，本文通過(guò)研究秸稈還田以及有機(jī)肥與化肥配施對(duì)耕地質(zhì)量和當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量的影響，旨在提出相對(duì)合理得施用方法和用量，對(duì)推廣當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物秸稈還田提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2013年5月-10月在姜堰雙徐農(nóng)場(chǎng)開(kāi)展大田試驗(yàn)，土質(zhì)為中粘壤土，地力中等、平衡，前茬為小麥。試驗(yàn)設(shè)秸稈還田、有機(jī)肥和氮肥3因素，根據(jù)可行的配比和用量共設(shè)置了6個(gè)處理（如表1）。試驗(yàn)考慮充分利用秸稈資源，故依當(dāng)?shù)匦←湲€產(chǎn)400Kg，并考慮根莖殘茬而折算秸稈還田量設(shè)定為400Kg/畝；化學(xué)氮肥用量按當(dāng)?shù)厮靖弋a(chǎn)需求以19 N Kg/畝設(shè)計(jì)。小區(qū)面積40m2試驗(yàn)，小區(qū)間土埂塑膜包裹，單灌單排，4次重復(fù)，隨機(jī)排列。還田的麥秸經(jīng)切碎3-5cm段后于7cm左右深埋。氮肥為尿素，其中基蘗肥：蘗肥：穗肥比為4：3：3，基肥在耕翻施用，蘗肥在移栽后7天施用，穗肥在倒4、倒3葉各施一半。有機(jī)肥為江蘇滋龍生物科技有限公司生產(chǎn)的“滋龍”牌有機(jī)肥（總養(yǎng)分≥6%，有機(jī)質(zhì)≥40%），全部基施。磷、鉀肥統(tǒng)一基施，施用量為過(guò)磷酸鈣40Kg/畝（含P2O512%）、氯化鉀10Kg（含K2O 60%）。水稻于5月7日育苗，6月20日移栽，移栽葉齡期為7葉期，栽插行株距27×15cm。除草除蟲(chóng)等措施視農(nóng)情而定，水稻品種為淮稻5號(hào)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

于成熟期前10天普查小區(qū)穗數(shù)，每個(gè)小區(qū)普查100穴，折算成畝穗數(shù)。然后按照平均莖蘗數(shù)取有代表性的水稻10穴，考察穗粒結(jié)構(gòu)，并計(jì)算理論產(chǎn)量。成熟期每小區(qū)收獲100穴正常植株，單獨(dú)脫粒、曬干，計(jì)算實(shí)產(chǎn)。采用稀釋平板法測(cè)定測(cè)定成熟期土壤的微生物（包括細(xì)菌、放線菌、真菌）的量[7]。在水稻生長(zhǎng)的五個(gè)時(shí)期（分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期、成熟期）用五點(diǎn)取樣法取土樣，取樣深度為20cm，放置冰箱保存。測(cè)定五個(gè)時(shí)期土樣的堿解氮、有效磷和速效鉀。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)因素的影響

秸稈還田及有機(jī)肥配施對(duì)水稻有一定的增產(chǎn)效果。從表1結(jié)果看，N+ST+OM顯著增加水稻產(chǎn)量，最高達(dá)656.3 kg/畝，相對(duì)CK增產(chǎn)72.9%。相對(duì)N處理的603.5 kg/畝增產(chǎn)8.7%。而化肥和秸稈配施（N+ST）相對(duì)單施化肥（N）產(chǎn)量也有增加，但是不顯著，而且增幅沒(méi)有N+ST+OM大。從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)來(lái)看，氮肥與秸稈或有機(jī)肥配施處理的畝穗數(shù)最高，最高的為三者配施24.7萬(wàn)穗/畝，單秸稈還田或有機(jī)肥因?yàn)榈度肓肯鄬?duì)較小，影響水稻分蘗。CK，ST以及OM三個(gè)處理因?yàn)榉痔Y少，故其具有空間優(yōu)勢(shì)，結(jié)實(shí)率以及千粒重都要顯著高于其他三處理。

2.2 不同處理對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

對(duì)土壤堿解氮的影響結(jié)果表明（表2），同一生長(zhǎng)時(shí)期測(cè)定結(jié)果的堿解氮含量均隨著實(shí)際供氮量的增加而增加，即總體表現(xiàn)為CK

由表3可以看出，隨著時(shí)間的推移，各處理土壤有效磷含量均呈下降的趨勢(shì)，無(wú)論秸稈還田還是無(wú)機(jī)氮肥均可增加土壤有效磷的含量，各處理在各個(gè)生育期的有效磷含量均高于空白，并呈顯著差異。但是OM處理的有效磷含量基本沒(méi)有顯著增加，可能肥料本身的磷含量就較少的原因。不同生長(zhǎng)時(shí)期有效磷含量最高的均為N+ST+OM處理，分蘗期時(shí)達(dá)到21.3mg/kg，其相對(duì)純N處理高37.4%，到了成熟期，N+ST+OM處理的有效磷仍然有1.4 mg/kg，相對(duì)純N處理（其與CK值相同，均最低）高27.2%，差異極其顯著。但是其他施肥處理之間的數(shù)值雖然有一定的變動(dòng)但是并沒(méi)有顯著的差異。

由表4可以看出，各處理土壤速效鉀含量均隨著時(shí)間推移而下降?？傮w而言不施肥的CK處理速效鉀含量最低，ST和OM因?yàn)榻斩捄陀袡C(jī)肥本身帶有大量的鉀元素，其在水稻生長(zhǎng)初期迅速釋放出來(lái)供作物吸收利用。由成熟期速效鉀的數(shù)據(jù)可以看出，ST處理速效鉀含量比CK增加196.8%，增施無(wú)機(jī)氮肥可增加土壤速效鉀的含量（N+ST、N+ST+OM），各處理在各個(gè)生育期的速效鉀含量均高于空白，但無(wú)機(jī)氮肥和秸稈的疊加的協(xié)同增加土壤速效鉀的作用卻不明顯，從成熟期來(lái)看，對(duì)于土壤速效鉀提高的大小順序?yàn)镹+ST+OM>OM>N處理，各處理間差異均達(dá)顯著水平，可見(jiàn)秸稈還田配施有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥更有利于土壤速效鉀含量的積累。

2.3 不同處理對(duì)土壤微生物的影響

秸稈還田和有機(jī)肥的投入顯著增加水稻根際和非根際土壤中細(xì)菌數(shù)量，兩者與氮肥配施效果更顯著。而從不同部位土壤的細(xì)菌數(shù)量看，根際土的細(xì)菌數(shù)量增幅更大。細(xì)菌數(shù)量最大的處理為N+ST+OM，其根際土和非根際土的微生物數(shù)量相對(duì)CK分別增加209%和135%。從不同處理對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響看，ST處理可以增減真菌數(shù)量，而OM處理似乎有降低真菌數(shù)量的作用，有秸稈的處理均表現(xiàn)為非根際土壤大于根際土壤，無(wú)秸稈的處理則為根際土大于非根際土。放線菌的變化趨勢(shì)與細(xì)菌相思，均表現(xiàn)為秸稈和有機(jī)肥投入后放線菌數(shù)量顯著增加，不過(guò)在低肥料投入時(shí)根際土的數(shù)量高，高肥料量時(shí)非根際土的數(shù)量大。

3 討論

作物秸稈作為一種重要的有機(jī)肥，含有大量的碳、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，秸稈還田后，經(jīng)過(guò)腐解會(huì)增加土壤養(yǎng)分含量，供作物生長(zhǎng)需要，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用。在本試驗(yàn)的施肥水平下從本文的研究結(jié)果看，秸稈還田與有機(jī)肥和化學(xué)氮肥配施可以提高水稻的產(chǎn)量，但是單獨(dú)的秸稈還田或者單獨(dú)施用有機(jī)肥對(duì)于產(chǎn)量的提高沒(méi)有顯著效果，相對(duì)高產(chǎn)措施的化學(xué)氮肥施用顯著減產(chǎn)，主要原因是秸稈全量還田以及有機(jī)肥單獨(dú)施用的處理，其提供的氮量相對(duì)太少，不利于水稻前期生長(zhǎng)，尤其是導(dǎo)致水稻分蘗數(shù)的顯著降低，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。所以無(wú)論是秸稈還田，還是有機(jī)肥施用，在提供充足量的同時(shí)，都要與無(wú)機(jī)化學(xué)氮肥配合施用效果才好。這與目前的研究結(jié)果基本一致，馬宗國(guó)等認(rèn)為秸稈還田表現(xiàn)為前期抑制水稻生長(zhǎng)，中后期促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，可能是由于秸稈還田后，麥秸經(jīng)水泡發(fā)酵，分解產(chǎn)生一些對(duì)水稻生長(zhǎng)不利的物質(zhì)，如各種有機(jī)酸和CO2，初期會(huì)抑制水稻幼苗生長(zhǎng)，但是由于夏季溫度較高，秸稈很快會(huì)被腐解向土壤釋放養(yǎng)分，在水稻生育后期土壤堿解氮含量得到顯著提高，從而提供水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

經(jīng)過(guò)一季秸稈還田后，不同處理土壤主要的養(yǎng)分含量均大于對(duì)照不還田，尤其對(duì)土壤速效氮和速效鉀含量提高作用最顯著，單施秸稈和有機(jī)肥的處理分蘗期土壤堿解氮的含量少，但是到了拔節(jié)期堿解氮略有升高，可能就是前期有機(jī)質(zhì)等資源釋放速度慢的原因。另一方面又因?yàn)樾←溄斩扖/N較高，還田初期為了滿足微生物對(duì)氮素的需求，微生物和植株會(huì)競(jìng)爭(zhēng)氮素養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤C/N 失衡。秸稈翻耕速效鉀在水稻生長(zhǎng)前期含量相當(dāng)高，但隨著時(shí)間的推移，一直處于快速下降狀態(tài)。主要還是因?yàn)榻斩捴械拟涐尫潘俣群芸?，容易被植物吸收利用?/p>

周文新等研究了不同秸稈還田量對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈還田增加了土壤細(xì)菌數(shù)量。陳冬林等研究發(fā)現(xiàn)了秸稈還田量對(duì)土壤微生物活度的影響在不同耕作方式下表現(xiàn)不同，耕翻條件下土壤微生物活度高，而少免耕條件下相對(duì)較弱。這些研究結(jié)果都說(shuō)明土壤微生物數(shù)量和活性受到了秸稈還田量等因素的影響，本試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)，秸稈和有機(jī)肥均顯著增加了土壤的細(xì)菌數(shù)量。但是對(duì)于根際和非根際的微生物數(shù)量的影響又有不同的趨勢(shì)，可能與根系分泌物的種類以及根系微環(huán)境等有關(guān)。

近年來(lái)，農(nóng)作物秸稈已成為農(nóng)村面源污染的新源頭。大量的作物秸稈在田間焚燒，造成嚴(yán)重的大氣污染等問(wèn)題。究其原因還是缺乏完善的秸稈還田技術(shù)。在數(shù)量把握不當(dāng)或翻壓質(zhì)量不好的情況下，秸稈還田反而會(huì)表現(xiàn)出不利影響。故此，解決秸稈適宜還田量、秸稈與無(wú)機(jī)化肥的配比以及高效的秸稈還田方式至關(guān)重要。本文研究結(jié)果為當(dāng)?shù)剡m宜小麥秸稈還田量的確定提供了一定的理論指導(dǎo)，同時(shí)也為提高土壤地力水平和改善環(huán)境提供對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。本研究?jī)H僅是一年的大田研究結(jié)果，數(shù)據(jù)說(shuō)服力略顯單薄，但是隨著處理年限的增加（即長(zhǎng)期秸稈全量還田），其對(duì)水稻產(chǎn)量以及耕地地力水平的持續(xù)影響的數(shù)據(jù)對(duì)于建立優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)的作物輪作體系具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：繆辰（1982-），男，江蘇泰州姜堰區(qū)人，農(nóng)藝師，從事土壤肥料新技術(shù)試驗(yàn)示范推廣和生態(tài)農(nóng)業(yè)工作。