劉宇慶 劉燕 楊曉東 陳靜 李文西

摘 ?要：為研究傳統(tǒng)耕作方式下連續(xù)秸稈全量還田對(duì)土壤理化性狀的影響，通過對(duì)8年田間定位試驗(yàn)的大田土壤研究常規(guī)施肥和秸稈全量還田2種處理對(duì)土壤密度、孔隙度和土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀的影響。結(jié)果表明，秸稈全量還田不僅能改善土壤物理性狀，還能顯著提高土壤的養(yǎng)分狀況，相比對(duì)照土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀分別提高了6.7 g/kg、2.6 mg/kg、33.1 mg/kg，對(duì)耕地質(zhì)量管理和提升具有積極意義。

關(guān)鍵詞：秸稈還田;土壤;理化性狀

中圖分類號(hào)：S158.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?論文編號(hào)：2014-0491

Effect of Continuous Straw Returning on Physical and Chemical Properties in Soil

Liu Yuqing1， Liu Yan1， Yang Xiaodong1， Chen Jing1，Li Wenxi2

（1Institute of Hanjiang Soil and Fertilizer， Yangzhou 225009， Jiangsu， China;

2Yangzhou Soil and Fertilizer Extension Service Station， Yangzhou 225101， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the effect on continuous total straws returning to field on soil physical and chemical properties under conventional tillage， the long-term located trials with eight years were conducted to study effect of two measures with conventional fertilization and total straws returning to field on soil bulk density， porosity and soil organic matter， extractable phosphorus， available potassium in soil. The results showed that the total straws returning to field could improve physical properties in soil， and also increase the contents of nutrients in soil significantly. Compared to the control， the content of soil organic matter， extractable phosphorus， available potassium increased by 6.7 g/kg， 2.6 mg/kg and 33.1 mg/kg， respectively， and it was a positive meaning for management and improvement of the farmland quality.

Key words： Straw Returning; Soil; Physical and Chemical Properties

0 ?引言

良好的土壤養(yǎng)分狀況是保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)作物生產(chǎn)至關(guān)重要的物質(zhì)條件之一。由于自然因素和人為因素的影響，農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量常具有明顯的時(shí)空變化特點(diǎn)，這種時(shí)空變化特征會(huì)影響作物產(chǎn)量水平[1]。作為農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物，秸稈還田循環(huán)是提高土壤有機(jī)質(zhì)的一種有效途徑和不可或缺的保護(hù)性耕作措施，是一種有效保護(hù)土壤的農(nóng)業(yè)管理方式[2]。近年來關(guān)于秸稈還田在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用已有較多報(bào)道，秸稈還田可以培肥地力，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，提高土壤保水保肥能力，優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[3-4]。但也有試驗(yàn)結(jié)果表明在實(shí)際生產(chǎn)中秸稈在不能有效分解的情況下，會(huì)降低秸稈培肥改土作用，降低作物產(chǎn)量[5-6]。因此，本試驗(yàn)通過連續(xù)秸稈還田研究秸稈對(duì)土壤理化性狀的變化的影響，旨在為秸稈還田技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

揚(yáng)州市邗江區(qū)地處江淮平原南端，位于東經(jīng)119°43′—119°16′，北緯32°13′—32°40′，區(qū)內(nèi)西北部屬于鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵地區(qū)，東南部為長(zhǎng)江沖積平原，總面積757 km2，耕地面積3.1萬hm2。區(qū)內(nèi)土壤分為黃棕壤、潮土、水稻土、沼澤土4大土類，其中水稻土為主要的土類。年均降水量1063 mm，年平均溫度約15℃，年均日照時(shí)間2172.3 h，年無霜天數(shù)223天，耕作方式為稻麥輪作。

試驗(yàn)點(diǎn)位于邗江區(qū)的秸稈還田長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。2006年6月—2013年6月在稻麥輪作種植制度下進(jìn)行連續(xù)定位試驗(yàn)8年，研究16茬作物秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響，試驗(yàn)田塊全部為水稻土。

1.2 ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理：（1）常規(guī)施肥（NPK無秸稈還田）;（2）常規(guī)施肥+秸稈腐熟劑+秸稈還田（NPK+R）。每個(gè)試驗(yàn)設(shè)3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)區(qū)面積不小于30 m2，處理隨機(jī)排列，還田量基本相同且加入秸稈腐熟劑（30 kg/hm2）以加速秸稈腐爛。2個(gè)處理間化肥用量相同，其他管理措施按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培方式進(jìn)行。

在每個(gè)小區(qū)內(nèi)沿“S”形路線隨機(jī)選取10～15個(gè)點(diǎn)，采集0～20 cm土樣后充分混勻，制成混合樣品。樣品經(jīng)風(fēng)干后，分別過1 mm和0.25 mm孔篩備用。土壤理化性狀分析采用常規(guī)方法[7]：土壤含水率采用105℃烘干法，土壤密度和孔隙度采用環(huán)刀法，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法，有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?秸稈還田對(duì)土壤密度和孔隙度的影響

土壤密度是衡量土壤環(huán)境好壞的重要指標(biāo)之一，它直接影響著土壤水肥供應(yīng)、通氣狀況及作物根系穿透阻力等因素。在土壤密度增大的情況下，土壤水分和氣體含量降低，機(jī)械阻力增加，延緩作物根系生長(zhǎng)，對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收相應(yīng)減少，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[8]。由表1可以看出，定位試驗(yàn)剛開始的2006年，2個(gè)處理間的土壤密度只相差0.01 g/cm3，經(jīng)過8年的秸稈還田試驗(yàn)后，秸稈全量還田區(qū)較未秸稈還田區(qū)的土壤密度低0.14 g/kg。8年未秸稈還田的土壤密度從1.22 g/cm3增加到1.32 g/cm3，而經(jīng)過8年秸稈全量還田的土壤密度卻從1.21 g/cm3降低至1.18 g/cm3。這與劉義國(guó)等[9]、張靜等[10]的研究結(jié)果一致。

表1結(jié)果表明，經(jīng)過8年秸稈全量還田的土壤孔隙度由45.61%增加到50.12%，未秸稈還田的土壤孔隙度由45.35%降低到42.75%，秸稈全量還田較未還田區(qū)的土壤孔隙度高7.37%。這是由于秸稈還田后減少了雨滴對(duì)土壤的部分直接撞擊，減少了土壤中細(xì)小顆粒充填空隙，從一定程度上增加了土壤孔隙度，減少了土壤板結(jié)，保護(hù)了土壤結(jié)構(gòu)。

2.2 ?秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

2.2.1 ?秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 ?試驗(yàn)結(jié)果顯示，連續(xù)8年秸稈全量還田后土壤有機(jī)質(zhì)含量提高至29.3 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量平均年提高0.39 g/kg，連續(xù)8年秸稈未還田處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量下降至22.6 g/kg。在試驗(yàn)第1年秸稈全量還田和秸稈未還田的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為26.2 g/kg和25.4 g/kg，而經(jīng)過連續(xù)8年秸稈還田后其土壤有機(jī)質(zhì)含量較未還田處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量高6.7 g/kg（表2）。在秸稈全量還田處理中，連續(xù)第4年后秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升趨勢(shì)逐漸放緩，這還有待進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)范圍進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，秸稈還田作為一種保護(hù)性耕作措施，對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量具有明顯的改善作用。

2.2.2 ?秸稈還田對(duì)土壤有效磷含量的影響 ?連續(xù)8年秸稈全量還田和秸稈未還田的土壤有效磷含量如表2所示。經(jīng)過連續(xù)8年的秸稈全量還田后土壤有效磷含量提高至15.5 mg/kg，而連續(xù)8年秸稈未還田的土壤有效磷含量為12.9 mg/kg，秸稈全量還田處理較未還田處理高出2.6 mg/kg。這與前人[11-13]的研究結(jié)果基本一致。連續(xù)8年秸稈全量還田后，速效磷的大幅度提高可能是秸稈本身提供磷素，也可能是秸稈還田對(duì)土壤中的磷有一定的活化作用。這可能是由于秸稈還田提高土壤微生物和土壤酶的活性，以及秸稈分解產(chǎn)生的CO2和有機(jī)酸等有利于磷鉀釋放的結(jié)果。連續(xù)8年秸稈未還田的土壤有效磷含量的趨勢(shì)一直是穩(wěn)中有升，這可能是因?yàn)槟壳稗r(nóng)民習(xí)慣使用高濃度的復(fù)合肥中磷素過高的原因所致。

2.2.3 ?秸稈還田對(duì)土壤速效鉀含量的影響 ?由表2可以看出，連續(xù)8年秸稈全量還田后土壤速效鉀含量升至124.9 mg/kg，連續(xù)8年秸稈未還田的土壤速效鉀含量為91.8 mg/kg，經(jīng)過8年后兩處理間相差33.1 mg/kg。秸稈還田不僅能改善土壤環(huán)境，其釋放的養(yǎng)分還可以供作物吸收利用從而增加產(chǎn)量，尤其是鉀素含量大、釋放快，容易被作物吸收利用[14]。也有研究指出，秸稈鉀素往往是一次性投入，容易受到淋洗、徑流、下滲等環(huán)境因素的影響，損失量可能較大[15]。本研究結(jié)果表明，秸稈全量還田在提高土壤速效鉀含量的效果比較顯著，鑒于當(dāng)前中國(guó)鉀肥供應(yīng)緊張的局勢(shì)，而在高復(fù)種生產(chǎn)制度下農(nóng)田鉀素常處于虧缺狀態(tài)，秸稈全量還田補(bǔ)充鉀素不失為一種重要的鉀肥替代資源。鐘杭等[16]研究認(rèn)為秸稈連續(xù)全量還田后，全量減鉀與全量還田處理的稻麥產(chǎn)量無顯著差異，提出生產(chǎn)上麥稻秸稈全量還田情況下可減少鉀肥用量的1/2。李繼福等[17]研究結(jié)果顯示，秸稈還田可不同程度地增加水稻產(chǎn)量和地上部鉀素累積量，可明顯提高中、低鉀土壤的鉀肥吸收利用率，認(rèn)為在短期秸稈還田條件下，高鉀和中鉀土壤田塊中實(shí)施秸稈全量還田鉀素可不同程度地替代部分化學(xué)鉀肥施用。

3 ?結(jié)論與討論

連續(xù)秸稈全量還田可降低土壤密度和提高土壤孔隙度，有效改善土壤物理性狀，減少土壤板結(jié)，保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)。相比秸稈未還田的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷分別提高了6.7 g/kg和2.6 mg/kg，尤其速效鉀增加了33.1 mg/kg，說明秸稈全量還田對(duì)土壤速效養(yǎng)分的改善程度明顯強(qiáng)于秸稈未還田處理，能夠提升耕地質(zhì)量。

劉義國(guó)等[9]的研究結(jié)果表明，秸稈還田能增加土壤濕度，能使土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷含量增加，隨覆蓋還田量的增加其增加幅度加大，秸稈覆蓋使土壤容重降低，孔隙度加大，更好地保護(hù)了土壤的物理結(jié)構(gòu)。楊帆等[18]研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)秸稈還田的土壤肥力綜合指數(shù)均高于秸稈未還田的田塊，秸稈還田的土壤肥力綜合指數(shù)平均值較秸稈未還田提高了6.8%，秸稈還田試驗(yàn)點(diǎn)的作物產(chǎn)量較秸稈未還田試驗(yàn)點(diǎn)的作物產(chǎn)量平均提高4.4%。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田1年期的土壤孔隙度提高了1.6%，連續(xù)秸稈還田的土壤孔隙度年均增加量均低于1.6%。在連續(xù)秸稈還田第5年后，秸稈還田與秸稈未還田的試驗(yàn)點(diǎn)之間的土壤孔隙度擴(kuò)大至7.58%。這可能是由于秸稈還田后表層土壤含水量增加，使得土壤板結(jié)降低，更好地保護(hù)了土壤的物理結(jié)構(gòu)。同時(shí)在本研究中連續(xù)8年秸稈全量還田后，土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀分別提高了3.1 g/kg和19.2 mg/kg，秸稈未還田試驗(yàn)點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀分別降低了2.8 g/kg和9.7 mg/kg，說明秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量的增加有重要作用，而秸稈未還田試驗(yàn)點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)含量下降可能是由于耕地土壤的地上作物被認(rèn)為移除后，長(zhǎng)期缺少有機(jī)物的補(bǔ)充和耕作的影響，土壤有機(jī)質(zhì)礦化速度加快，土壤中易于分解有機(jī)質(zhì)被不斷氧化，最終導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量下降。這與許多學(xué)者的研究結(jié)果一致[19-22]。因此，秸稈全量還田對(duì)緩解中國(guó)氮、磷、鉀比例失調(diào)的矛盾，彌補(bǔ)磷、鉀肥力不足和肥力保育方面具有積極意義。

國(guó)內(nèi)外一些施肥試驗(yàn)已經(jīng)表明，秸稈還田或者有機(jī)無機(jī)肥料配施能提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，土壤中有機(jī)碳的固定和保護(hù)機(jī)制已成為土壤碳循環(huán)的研究熱點(diǎn)[21，23]。然而，由于連續(xù)秸稈全量還田需要投入大量的人力物力，而且部分農(nóng)民認(rèn)為秸稈全量還田影響田間作業(yè)和下茬作物產(chǎn)量等固有觀念，農(nóng)民對(duì)秸稈全量還田的積極性并不高，目前僅在機(jī)械化程度較高的地方能夠順利實(shí)施。要實(shí)現(xiàn)大面積的秸稈還田，不僅需要科研人員積累更加豐富的數(shù)據(jù)，提高農(nóng)民對(duì)秸稈還田的認(rèn)可度，還需要制定相應(yīng)的鼓勵(lì)政策，提高農(nóng)民對(duì)秸稈還田的積極性。此外，本研究?jī)H是從土壤基礎(chǔ)肥力的角度來探討秸稈全量還田的效果，而未從秸稈還田量、秸稈還田方式、作物產(chǎn)量和秸稈還田對(duì)土壤微生物環(huán)境的影響以及秸稈還田如何與測(cè)土配方優(yōu)化施肥技術(shù)相結(jié)合等方面進(jìn)行全面的研究，具有一定的局限性，在今后的研究中，應(yīng)將諸多的因素進(jìn)行全面分析，得出更加綜合的結(jié)論。

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