譚可菲 王麒 劉傳增 馬波胡繼芳 趙富陽 曾憲楠
(1黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院,黑龍江齊齊哈爾161006;2黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所,哈爾濱150086;第一作者:tkfhlj@163.com)
隨著我國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,糧食產(chǎn)量大幅度增加,相應(yīng)產(chǎn)生的秸稈量也驟然增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年秸稈產(chǎn)生總量約為22億t,我國每年秸稈產(chǎn)生總量約為7億t,其中稻田秸稈產(chǎn)生量為2億t,大部分的秸稈被焚燒、堆積或者遺棄。2016年黑龍江西部的齊齊哈爾和大慶等地區(qū)水稻種植面積高達(dá)53.34萬hm2,相應(yīng)的稻田秸稈產(chǎn)生量高達(dá)400多萬t。農(nóng)作物秸稈中富含纖維素、木質(zhì)素以及氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)元素[1-3]。秸稈還田有利于土壤改良,培肥地力。如何做好農(nóng)作物秸稈的就地轉(zhuǎn)化已成為一個急需解決的問題。目前關(guān)于江淮地區(qū)秸稈還田的研究相對較多,但是針對黑龍江西部地區(qū)水稻秸稈腐解研究較少。因此,本試驗(yàn)研究了黑龍江省西部地區(qū)水稻秸稈還田后的腐解變化特征,探討秸稈腐解規(guī)律,以為實(shí)現(xiàn)秸稈資源循環(huán)利用提供技術(shù)參數(shù)。
龍粳21水稻秸稈。
試驗(yàn)于2013-2016年在齊齊哈爾市曙光村進(jìn)行,采用尼龍網(wǎng)袋翻埋法。尼龍網(wǎng)袋規(guī)格:孔徑0.15 mm,長30 cm、寬20 cm。供試水稻秸稈自然風(fēng)干后剪成5~10 cm長的小段放入袋中,每袋裝入秸稈100 g(干質(zhì)量),封住袋口。將網(wǎng)袋于2013年10月15日水田翻地后埋入20 cm土層下。每年春季正常整地、施肥,每hm2施用尿素300 kg(40%作基肥,30%作分蘗肥,30%作穗肥)、磷酸二銨 100 kg(全部基施)、硫酸鉀 150 kg(基肥和穗肥各占50%),其他管理措施與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)相同。
秸稈埋入后即進(jìn)入冬季,在10月至翌年5月之間不進(jìn)行取樣,在每年的5-9月每月采樣1次,秸稈取出后用水沖洗干凈、去除秸稈以外的雜物,在80℃下烘干至恒質(zhì)量。
從圖1可見,連續(xù)3年秸稈還田,每年的10月至翌年5月秸稈腐解都進(jìn)入停滯期,翌年6月到翌年9月期間,進(jìn)入快速腐解期。且隨腐解時間的延長,秸稈殘余物質(zhì)量變化整體呈下降趨勢,具體表現(xiàn)為“快-慢-慢”的變化過程。
圖1 秸稈殘余質(zhì)量隨時間變化曲線
圖2 秸稈腐解率隨時間變化曲線
從圖2可見,連續(xù)3年秸稈還田,隨腐解時間的延長,秸稈腐解率變化整體呈現(xiàn)上升的趨勢,具體表現(xiàn)為“快-慢-慢”的變化過程。秸稈還田1周年時,秸稈腐解率達(dá)44.3%;秸稈還田2周年時,秸稈腐解率提高速率相對減慢,其腐解率為63.8%;秸稈還田3周年時,秸稈腐解率提高速率趨近于平緩,腐解率為69.5%。
從圖3可見,秸稈還田后的第1個月到第8個月秸稈殘余物質(zhì)量變化較少,第9個月秸稈質(zhì)量為初始值的89.6%,第10個月秸稈質(zhì)量為初始值的78.2%,第11個月秸稈質(zhì)量為初始值的65.1%,第12個月秸稈質(zhì)量為初始值的55.7%。
從圖4可見,秸稈還田后的第13個月到第20個月秸稈殘余物質(zhì)量變化較少,第21個月秸稈質(zhì)量為初始值的47.3%,第22個月秸稈質(zhì)量為初始值的43.4%,第23個月秸稈質(zhì)量為初始值的38.3%,第24個月秸稈質(zhì)量為初始值的36.2%。
圖3 腐解1年秸稈殘余物質(zhì)量變化
圖4 腐解2年秸稈殘余物質(zhì)量變化
圖5 腐解3年秸稈殘余物質(zhì)量變化
從圖5可見,秸稈還田后的第25個月到32個月秸稈殘余物質(zhì)量變化較少,第33個月秸稈質(zhì)量為初始值的34.2%,第34個月秸稈質(zhì)量為初始值的32.1%,第35個月秸稈質(zhì)量為初始值的31.5%,第36個月秸稈質(zhì)量為初始值的30.5%。
結(jié)合圖1~圖5的數(shù)據(jù)對秸稈殘余物質(zhì)量變化進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析,其結(jié)果如圖6所示,對數(shù)方程對秸稈殘留質(zhì)量的擬合效果良好,R2=0.9727,擬合方程為y=-51.69 Ln(x)+96.6660,其中y為秸稈殘余物質(zhì)量,x為秸稈腐解年限。
圖6 腐解秸稈殘余物質(zhì)量變化動態(tài)
圖7 秸稈腐解率變化動態(tài)
結(jié)合圖1~圖5數(shù)據(jù)對秸稈腐解率變化進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析,其結(jié)果如圖7所示,對數(shù)方程對秸稈腐解率的擬合效果良好,R2=0.9727,擬合方程為y=51.69 Ln(x)+3.3337,其中,y為秸稈腐解率,x為秸稈腐解年限。
試驗(yàn)結(jié)果,秸稈還田第1年的腐解率為44.3%;秸稈還田第2年的腐解率為19.5%,連續(xù)2年秸稈還田腐解率共計(jì)63.8%;秸稈還田第3年的腐解率為5.7%,連續(xù)3年秸稈還田腐解率共計(jì)69.5%。
本試驗(yàn)結(jié)果表明,黑龍江西部半干旱地區(qū)水稻秸稈腐解整體呈現(xiàn)“快-慢-慢”的趨勢[4-6]。秸稈腐解第1年腐解速率最快為44.3%,第2年腐解速率降低為19.5%,第3年腐解速率為5.7%。分析秸稈腐解速率變化的原因,可能是由于秸稈中容易被分解的成分前期已被腐解,后期剩余大量的纖維素和半纖維素等難以被分解的物質(zhì)。目前很多地區(qū)水稻都采用秸稈連年還田的耕作模式,導(dǎo)致稻田中難以被分解的纖維素、半纖維素大量沉積[7-9]。構(gòu)建一種適合黑龍江西部半干旱地區(qū)的、獨(dú)特的秸稈還田模式有待于進(jìn)一步研究。