甘蔗葉不同還田方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

文少白 葛暢 李明 鄒雨坤 侯憲文

摘 要 為減輕秸稈焚燒所帶來的環(huán)境問題和充分利用甘蔗葉資源，在大田環(huán)境下動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)甘蔗葉粉碎、焚燒和深埋3種還田方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明：甘蔗葉粉碎還田和深埋還田有利于甘蔗葉中有機(jī)碳及氮、磷、鉀養(yǎng)分的緩慢釋放；甘蔗葉焚燒還田提高了土壤堿解氮含量5.6～20.9 mg/kg和速效磷含量0.8～4.0 mg/kg，促進(jìn)土壤中氮磷向有效態(tài)轉(zhuǎn)化，焚燒還田初期顯著增加了土壤速效鉀的含量12.3～18.3 mg/kg，但焚燒會(huì)損失部分甘蔗葉中碳氮元素，也造成環(huán)境污染。綜合分析認(rèn)為甘蔗葉粉碎還田是比較省工、方便的處理方式。

關(guān)鍵詞 還田方式；土壤；甘蔗葉；有效養(yǎng)分

中圖分類號(hào) X712；S158.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Effects of Different Returning Field Methods

on Soil Nutrient of Sugarcane Leaf

WEN Shaobai1，2， GE Chang3， LI Ming3， ZOU Yukun1， HOU Xianwen1 *

1 Environment and Plant Protection Institute， CATAS， Haikou， Hainan 571101， China

2 School of Tropical and Laboratory Medicine， Hainan Medical University， Haikou， Hainan 571199， China

3 Institute of agricultural machinery， CATAS， Zhanjiang， Guangdong 524091， China

Abstract In order to make full use of the sugarcane leaf resources and mitigate environmental problems brought by the straw burning， effects of three different sugarcane leaf returning field methods on soil nutrient were dynamically monitored. The results showed that it was helpful for the slow releasing of organic carbon， nitrogen， phosphorus， potassium with the methods of sugarcane leaf crushing returning and deeply burning to field. The method of sugarcane leaf burning and returning to the field increased the content of soil available potassium in the range of 12.3-18.3 mg/kg at the early state， improved the content of alkali-hydrolyzed nitrogen and available phosphorous in the range of 5.6-20.9 mg/kg and 0.8-4.0 mg/kg， respectively， and promoted the transformation of nitrogen and phosphorus in the soil to the effective state. However， sugarcane leaf burning and returning to the field caused the loss of carbon and nitrogen elements of sugarcane leaf and brought pollution to the environment. Comprehensive analysis showed that the leaf crushing and returning to field was the most labor saving and convenient method.

Key words Methods of returning to field； soil； sugarcane leaf； available nutrients

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.008

甘蔗（Saccharum officinarum L.）收獲殘留下來數(shù)量巨大的甘蔗葉，一般每公頃可產(chǎn)生6 000～10 500 kg（以15%蔗莖重計(jì)算），除部分做飼料及粉碎還田外，國(guó)內(nèi)外對(duì)其傳統(tǒng)處理方式是直接田間焚燒，直接利用率不到20%。田間焚燒甘蔗葉時(shí)，可有效殺滅草籽、蟲卵及病原菌等，防止下茬作物發(fā)生嚴(yán)重的病蟲害，而且不需要成本投入[1]。但焚燒甘蔗葉所帶來的弊大于利，養(yǎng)分損失大，也嚴(yán)重污染空氣環(huán)境。甘蔗葉中N、P、K含量豐富，是一種很好的有機(jī)肥源[1-2]。如能充分利用好這部分蔗葉，有助于改善甘蔗地土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分循環(huán)利用。

長(zhǎng)期以來，人們針對(duì)秸稈還田問題進(jìn)行了許多研究[3-5]；將農(nóng)作物秸稈還田不僅可以減少生產(chǎn)投入，還可以維持土壤有機(jī)質(zhì)含量、并提高土壤肥力和土壤生物活性[6-8]。Giacomini等[9]研究表明，秸稈與土壤混合比覆蓋處理更有利于土壤微生物繁殖和提高土壤活性有機(jī)碳含量。劉玲等[10]研究表明，土壤微生物對(duì)粉碎還田秸稈的腐殖化作用更強(qiáng)，對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮和微生物碳/氮含量貢獻(xiàn)最大。楊育川等[11]認(rèn)為小麥留茬粉碎還田比焚燒和立茬更有利于提高作物產(chǎn)量。王囡囡等[12]認(rèn)為秸稈心土還田對(duì)土壤地力提升效果比覆蓋和焚燒的明顯，更利于大豆增產(chǎn)。顯然，作物秸稈的還田效果因方式和類型而差異很大。

目前，甘蔗產(chǎn)區(qū)主要采用甘蔗葉焚燒方式，少部分采用覆蓋或翻入耕層還田，隨著農(nóng)機(jī)化程度的不斷提高，甘蔗葉直接粉碎還田面積逐年擴(kuò)大[13]，在全面提高土壤肥力的同時(shí)，也促進(jìn)產(chǎn)量的持續(xù)增加[14-15]。因此，本試驗(yàn)針對(duì)熱區(qū)甘蔗葉還田問題，通過在大田環(huán)境下秸稈不同還田方式比較試驗(yàn)對(duì)土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)，用以闡明甘蔗葉不同還田方式的還田效果，為甘蔗生產(chǎn)及增產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料

甘蔗葉來源于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所在雷州龍門鎮(zhèn)金星農(nóng)場(chǎng)甘蔗葉粉碎還田試驗(yàn)示范基地。甘蔗葉粉碎后碳含量為43.9%，氮含量為1.2%，磷含量為0.13%，鉀含量為0.61%。試驗(yàn)地土壤基本性質(zhì)：土壤pH值5.21，土壤有機(jī)質(zhì)含量20.33 g/kg，全氮0.65 g/kg，堿解氮136.32 mg/kg，速效磷8.17 mg/kg，速效鉀124.46 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：（1）粉碎還田，甘蔗收獲后采用還田機(jī)粉碎后均勻施入田間，耕翻整地； （2）焚燒還田，甘蔗收獲后甘蔗葉鋪地曬干焚燒，耕翻整地； （3）深埋還田，甘蔗收獲后開溝（溝寬40 cm、溝深40 cm）埋入甘蔗葉，耕翻整地； （4）不還田處理。3次重復(fù)，小區(qū)面積為4.5 m ×10 m=45 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。各處理均按全量還田進(jìn)行處理（每平方米約1.0 kg干重），其中甘蔗葉粉碎還田處理的粉碎程度為小于25 cm的占80%以上。

甘蔗生育期分苗期、分蘗期、伸長(zhǎng)期和成熟期，各處理區(qū)的田間管理、施肥狀況等條件均一致?；适┯昧繛閺?fù)合肥（15-15-15） 750 kg/hm2，磷肥（12%） 750 kg/hm2，中耕培土期統(tǒng)一追施尿素375 kg/hm2，復(fù)合肥（15-15-15） 375 kg/hm2，鉀肥（60%） 375 kg/hm2。在甘蔗生育期按10點(diǎn)法采取0～25 cm土層土壤，充分混勻，將土壤裝入無菌自封袋帶回室內(nèi)剔除植物殘?bào)w和其他雜物。測(cè)定不同生育期土壤有機(jī)質(zhì)與有效養(yǎng)分含量，比較不同處理的土壤養(yǎng)分含量的動(dòng)態(tài)變化。

1.2.2 分析方法 土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用燃燒法（multi N/C-3100， HT-1300），全氮測(cè)定采用凱氏定氮法，土壤堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，土壤有效磷測(cè)定采用NH4F-HCl浸提-鉬藍(lán)比色法，土壤有效鉀測(cè)定采用NH4OAc浸提-火焰光度法[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SAS9.0分析處理數(shù)據(jù)，顯著性檢驗(yàn)采用Duncan新復(fù)全距測(cè)驗(yàn)法（LSR）。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗葉不同還田方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化情況

從圖1可以看出，不同還田方式處理區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量變化有差異，焚燒還田比粉碎還田和對(duì)照在苗期平均高出1.05和1.24 g/kg，達(dá)顯著差異（p<0.05）；但其他生育期的各處理間差異不顯著。在粉碎還田處理中的土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸升高，苗期之后均比焚燒還田的高，這可能與甘蔗葉粉碎還田后在土壤中的腐解速度慢有關(guān)，而焚燒處理產(chǎn)生的生物炭與土壤混合也導(dǎo)致苗期監(jiān)測(cè)值較高。由圖1還可以看出，在粉碎還田處理中的有機(jī)質(zhì)含量在伸長(zhǎng)期達(dá)到了最高值，高出對(duì)照0.79 g/kg，甘蔗葉還田腐解是一個(gè)逐漸釋放小分子有機(jī)物的過程，能增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，有利于土壤改良，也為甘蔗的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 甘蔗葉不同還田方式下土壤全氮、堿解氮含量的變化情況

甘蔗在分蘗期追施尿素后，各處理的土壤中全氮含量均有明顯上升（圖2）。在各生育期的不同還田處理的土壤全氮含量差異不顯著。在甘蔗伸長(zhǎng)期后，深埋處理土壤中全氮含量略有降低，可能是采樣所致；其他兩個(gè)處理和對(duì)照基本不變。甘蔗葉在焚燒過程中會(huì)損失大部分氮素，粉碎還田腐解過程中也會(huì)損失部分氮素，況且還田甘蔗葉總質(zhì)量相對(duì)較少、氮含量也不高，因此其對(duì)土壤中全氮含量的影響不大。

土壤速效氮含量與農(nóng)作物的生長(zhǎng)關(guān)系最為密切。堿解氮是土壤的潛在有效氮，最能反映土壤近期內(nèi)氮素供應(yīng)情況[16]。試驗(yàn)結(jié)果表明，粉碎和深埋處理土壤中堿解氮含量是持續(xù)增加的（圖3），雖然在甘蔗苗期階段甚至比對(duì)照低3.2～15.3 mg/kg，但在甘蔗伸長(zhǎng)期則比對(duì)照高4.0～8.2 mg/kg，甘蔗葉中氮素釋放會(huì)增加土壤中堿解氮含量，甘蔗葉分解也會(huì)促進(jìn)土壤氮向有效態(tài)轉(zhuǎn)化，但本試驗(yàn)的各處理間差異不顯著，可能追肥掩蓋了甘蔗葉還田對(duì)土壤堿解氮的影響，也可能與甘蔗葉本身含氮量不多和甘蔗生長(zhǎng)吸收等因素有關(guān)。焚燒處理土壤中的堿解氮含量在還田初期比其他處理高5.6～20.9 mg/kg，表明甘蔗葉焚燒還田能夠促進(jìn)土壤中氮素的轉(zhuǎn)化釋放，有利于提高土壤中堿解氮含量。

2.3 甘蔗葉不同還田方式下土壤速效磷、鉀含量的變化情況

甘蔗葉粉碎處理土壤速效磷含量一直維持在11.1～12.3 mg/kg，受追肥影響在后期略有增加（圖4）。甘蔗葉焚燒處理的土壤中速效磷含量在不同生育期均高于粉碎還田和深埋還田處理0.8～4.0 mg/kg，比對(duì)照高1.7～2.8 mg/kg，但本試驗(yàn)的各處理間差異不顯著。焚燒處理明顯提高了土壤中速效磷含量，可能是焚燒使得甘蔗葉中磷全部釋放到土壤中，也可能是甘蔗葉焚燒影響了土壤中磷的存在形態(tài)。

同樣的，焚燒處理使得甘蔗葉中鉀以離子形態(tài)全部釋放到土壤中，焚燒也會(huì)影響土壤表層中鉀形態(tài)的變化，從而影響土壤中速效鉀含量的變化（圖5），在本試驗(yàn)中的處理間差異不顯著。實(shí)施甘蔗葉粉碎還田處理的土壤速效鉀含量在整個(gè)生育期為162.9～171.3 mg/kg，呈緩慢增加趨勢(shì)，苗期比對(duì)照高5.9 mg/kg，之后逐漸升高，說明甘蔗葉中鉀能隨著甘蔗葉分解而緩慢釋放到土壤中，能使土壤中速效鉀在較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)保持較高的水平。粉碎處理的土壤速效鉀含量整體高于深埋處理，可能是深埋還田處理的甘蔗葉分解較慢使得土壤速效鉀含量變化不大，并且深埋處理的甘蔗葉分解釋放的鉀主要是集中在溝內(nèi)，這也是整個(gè)大田環(huán)境監(jiān)測(cè)值偏低的一個(gè)原因，但作物根系依然能深入溝中利用這部分鉀。

3 討論

作物秸稈處理與還田是當(dāng)前農(nóng)業(yè)廢棄物資源化研究的熱點(diǎn)。秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分有明顯影響[15]，但對(duì)土壤養(yǎng)分的增幅多大，則受還田方式、還田量、氣候、生物量及采樣時(shí)間等的影響。前期研究表明，甘蔗葉在大田環(huán)境下埋入土壤中180 d，碳、氮、磷、鉀的累積釋放率均在95.0%以上[17]。采用甘蔗葉還田能明顯提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量和氮、磷、鉀含量[14，15，18]。

秸稈不同的還田方式對(duì)土壤養(yǎng)分及增產(chǎn)效果不同，對(duì)溫室氣體排放的影響也有差異。小麥秸稈焚燒初期的土壤速效養(yǎng)分（P、K）高于秸稈直接還田處理，但到收獲時(shí)則差異不大[19]。大豆秸稈還田方式試驗(yàn)表明，對(duì)照的耕層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)和氮含量最低，而磷、鉀含量最高；心土還田的白漿層（20～40 cm）土壤堿解氮、全氮、有效磷、全磷和有機(jī)質(zhì)含量最高；各還田處理的淀積層（40～60 cm）土壤氮、磷和有機(jī)質(zhì)含量變化差異較小[12]。覆蓋、焚燒還田和心土還田都提高了大豆產(chǎn)量，而心土還田處理的產(chǎn)量最高[20]。秸稈直接還田的CO2、N2O排放量顯著高于對(duì)照、原位焚燒和生物質(zhì)炭還田處理；生物質(zhì)炭還田處理的綜合溫室效應(yīng)（GWP）比直接還田處理顯著降低28.7%，而與對(duì)照和原位焚燒差異不顯著[21]。

本研究中甘蔗葉3種方式還田處理的土壤養(yǎng)分均有增加，對(duì)土壤養(yǎng)分的影響因時(shí)間而異。總體來說，甘蔗葉3種方式還田處理對(duì)土壤堿解氮和速效磷、鉀的作用效果較好，但對(duì)全氮的影響較小。棉花秸稈還田顯著提高了速效氮、鉀含量，但對(duì)速效磷的影響不明顯[22]。秸稈還田對(duì)土壤磷素在短期內(nèi)沒有明顯影響，主要可能是秸稈中磷含量較低，而且秸稈還田后釋放到土壤中的磷大部分以離子形式存在，容易被土壤顆粒吸附和固定，所以秸稈還田后速效磷含量并不能顯著提高。但焚燒處理可能影響了土壤中磷的存在形態(tài)，進(jìn)而影響土壤中有效態(tài)含量的變化。

本研究采用的3種還田方式中，粉碎還田操作較容易，但甘蔗葉還田量大，在土壤中分解慢，土壤架空會(huì)對(duì)出苗和儲(chǔ)水產(chǎn)生一系列影響；深埋還田需要特殊機(jī)械，作業(yè)較困難、成本大，但甘蔗葉分布集中、分解容易，能全部歸還土中。如果是病蟲害嚴(yán)重的甘蔗葉采用上述兩種方式還田，則為病蟲害提供了棲息地，存在減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。秸稈焚燒比直接還田處理的除草效果好，且可減輕部分病蟲害[17]，而且秸稈直接粉碎還田還有增加土傳病害的風(fēng)險(xiǎn)[23]。此外，由于甘蔗葉C/N值較高，在分解過程中易出現(xiàn)與作物爭(zhēng)氮問題。焚燒還田相對(duì)操作簡(jiǎn)單、無成本，但有機(jī)物損失較嚴(yán)重而且對(duì)環(huán)境造成重大污染[24]。各種甘蔗葉還田方式都存在著一系列問題，因此探索一種甘蔗葉最佳的還田方式，充分發(fā)揮其在培肥土壤、改良土壤結(jié)構(gòu)、增加產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境等方面的最大效益是值得長(zhǎng)期探討研究的。

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