不同秸稈還田對(duì)黃色石灰土土壤理化特性及番茄生長的影響

郭佳瑤，龍 健，廖洪凱，李 娟*，唐 璐

（1.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴陽 550025；2.貴州師范大學(xué)貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550001）

秸稈是生物質(zhì)能源物質(zhì)，含有大量的碳、氮、磷和鉀等元素，對(duì)提高土壤肥力具有重要作用[1]。長期秸稈還田可以提高土壤養(yǎng)分的含量和穩(wěn)定性，改善土壤理化性質(zhì)、質(zhì)量和肥力，增加作物產(chǎn)量，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈還田被廣泛運(yùn)用[2]。目前秸稈還田還存在一些問題，例如，秸稈還田在短期內(nèi)提高土壤肥力效果不明顯；作物收獲后留茬高或秸稈施入不均勻影響作物的生長；秸稈的降解速率也會(huì)影響土壤肥力的提升等[3]。尤其，秸稈降解速率很大程度上影響土壤肥力，有研究報(bào)道稱，秸稈內(nèi)部的纖維素類物質(zhì)在自然條件下難以降解，腐蝕時(shí)間過長會(huì)影響土壤對(duì)養(yǎng)分的固持效率，抑制作物生長[4]。竇森[4]研究證明，一年時(shí)間內(nèi)秸稈腐殖化成營養(yǎng)肥力的分解率僅達(dá)65%，并且耗時(shí)過長會(huì)耽誤作物一年的耕種。大多研究采用降解劑，但是化學(xué)降解劑會(huì)造成土壤污染，生物降解劑的成本較高[3]。因此探索更高效更實(shí)惠的秸稈還田方式至關(guān)重要。

厭氧淹水處理也稱為“強(qiáng)還原土壤滅菌法”，基本操作是在土壤中添加大量易降解的有機(jī)物料，淹水覆膜一段時(shí)間，在無氧的環(huán)境下改善土壤理化性質(zhì)和抑制土壤病原菌[5]。曹明等[6]研究證明此方法能提高秸稈還田的降解率，縮短秸稈降解時(shí)間，并且成本低易操作。楊封科等[2]也通過膜秸雙覆蓋調(diào)控土壤水熱環(huán)境的增效作用，加快秸稈的降解，提高土壤的養(yǎng)分含量，證明此方法是一種更加高效地管理土壤肥力的方法。當(dāng)前此方法的研究傾向于解決土壤中微生物失衡的問題，對(duì)于提高土壤質(zhì)量的研究還比較少。并且如何進(jìn)一步促進(jìn)厭氧條件下秸稈充分降解和釋放大量養(yǎng)分供作物吸收是需要深入研究的科學(xué)問題。

貴州的地貌主要以喀斯特較為發(fā)育，其面積占比全省62%，而黃色石灰土是貴州喀斯特地貌的第二大土類典型土壤，大多呈弱堿性[7-8]。黃色石灰土的土壤生態(tài)系統(tǒng)脆弱、生態(tài)效益低以及人為活動(dòng)影響較為頻繁，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)劣化及養(yǎng)分的流失，不利于作物的生長[9]。并且當(dāng)前很少有研究關(guān)注如何提高黃色石灰土的肥力，大多以酸性或中性的土壤為研究對(duì)象。鑒于番茄是我國乃至世界上設(shè)施栽培面積最大的茄果蔬菜作物，我國常年產(chǎn)量在5 000 t以上，占全國7.1%，目前貴州正在大力推廣進(jìn)行番茄栽培設(shè)施，其種植面積逐年擴(kuò)大[10]。因此本研究以黃色石灰土為供試土壤，番茄為供試作物，采用盆栽試驗(yàn)，結(jié)合土壤養(yǎng)分指標(biāo)和作物生長量的測定，探討不同秸稈在厭氧淹水條件下對(duì)黃色石灰土肥力的提升效果，以期為提高黃色石灰土的肥力提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

該試驗(yàn)在貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地進(jìn)行（106°38′5.68″，26°23′7.01″），該地區(qū)海拔高度為1 058 m，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，平均溫度在15℃，積溫4 484.6℃，年平均無霜期285 d，年降水量在1187.1 mm。供試土壤為黃色石灰土，其基本理化性質(zhì)為：pH值7.51、有機(jī)質(zhì)5.73 g/kg、全氮 0.89 g/kg、堿解氮 20 mg/kg、全磷0.776 g/kg、速效磷 1.804 mg/kg、全鉀 18.65 g/kg、速效鉀110.70 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共有8個(gè)處理：CK(空白對(duì)照)、CK1（僅淹水）、R1(低添加量水稻秸稈)、R2（高添加量水稻秸稈）、C1(低添加量玉米秸稈)、C2（高添加量玉米秸稈）、M1(低添加量芒草秸稈)以及M2（高添加量芒草秸稈），低添加量為0.4%，高添加量為2%，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)。將處理好的秸稈與土壤均勻混合，淹水至土壤飽和，覆膜密封，處理周期為21 d，處理溫度在25℃以上。處理完后揭膜排水，施入番茄種子，種植周期為一個(gè)月。試驗(yàn)用的秸稈是在當(dāng)?shù)夭杉乃窘斩挕⒂衩捉斩捯约懊⒉萁斩?，將收集的作物秸稈自然風(fēng)干后進(jìn)行粉碎，長度小于2 cm。秸稈的基本理化性質(zhì)見表1。

表1 秸稈的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of straw

1.3 樣品采集與測定方法

黃色石灰土土壤采集20 cm以上的表層土壤，剔除土壤中的石塊和植物根系，風(fēng)干過2 mm篩，每個(gè)盆栽處理裝1.5 kg的土壤，與秸稈混勻并淹水覆膜。每個(gè)處理以淹水處理7 d為一個(gè)周期，每個(gè)周期結(jié)束后，利用四分法分別采集第7、14和21天的土樣測定土壤化學(xué)特性[11]，具體的測定方法見表2。并記錄后期番茄的發(fā)芽率(GP)、株高(PH)、鮮重(FW)與干重(DW)。

表2 土壤理化性質(zhì)測定指標(biāo)及方法Table 2 Determination indexes and methods of soil physical and chemical properties

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有樣品都通過3次重復(fù)，并以平均值加誤差線的形式表示，采用Spss、Origin以及Microsoft Excel等軟件對(duì)其進(jìn)行整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈處理下土壤pH值及有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)演變分析

土壤pH值影響著土壤中微生物的活動(dòng)與土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)換速率。由圖1可知，從厭氧淹水覆膜處理3個(gè)周期土壤pH值的變化趨勢來看：添加秸稈處理后的pH值均顯著比CK高除第三周期的C2處理外；并且土壤pH值在第2周期略有上升的趨勢，到第3周期明顯下降，變化范圍為7.50～8.05，說明隨著時(shí)間的延長會(huì)導(dǎo)致土壤pH值下降。不同的秸稈和不同的施入量會(huì)導(dǎo)致最后的結(jié)果有所區(qū)別，可以從第3周期的結(jié)果中看出高量秸稈處理土壤pH值均低于少量處理，其中水稻秸稈和玉米秸稈的處理結(jié)果均顯著。而玉米秸稈處理的土壤pH值下降的幅度最大，C2處理的結(jié)果比CK處理還略低。說明不同的秸稈和施入量都會(huì)影響土壤pH值。

圖1 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)的變化特征Figure 1 Variation characteristics of soil pH value and organic matter

CK1處理中土壤的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK處理，而各施入秸稈處理下土壤的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK1處理，說明厭氧淹水覆膜能提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，而施入秸稈的處理效果更佳，變化范圍為5.73～15.55 g/kg?？傮w上，隨著厭氧淹水時(shí)間的延長，土壤的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)遞增的趨勢，并可以明顯看出高量秸稈處理下土壤的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于少量秸稈處理，說明秸稈的施入量顯著影響土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。從第3個(gè)周期的結(jié)果來看，施入秸稈處理土壤的有機(jī)質(zhì)含量比CK處理增加一倍以上，其中玉米秸稈處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高為15.55 g/kg。

2.2 不同秸稈處理下土壤全量養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)演變分析

由圖2可知，各處理下土壤的全氮含量均顯著低于CK處理，說明厭氧淹水處理會(huì)影響土壤的全氮含量降低，變化范圍為0.74～0.90 g/kg。隨著時(shí)間的延長，施入秸稈處理的土壤全氮含量呈現(xiàn)較小上升的波動(dòng)，且高量秸稈處理下土壤的全氮含量高于少量秸稈處理，除第一周期的芒草處理外。厭氧淹水處理結(jié)束后，土壤中全氮的含量表現(xiàn)為施入秸稈處理的土壤全氮含量均顯著高于CK1處理。C2處理相比C1處理全氮含量明顯提升，差異性達(dá)到顯著水平，其他兩種秸稈處理的結(jié)果均不顯著，而其中R2處理的土壤全氮含量最大。

圖2 土壤全量養(yǎng)分含量的變化特征Figure 2 Variation characteristics of soil total nutrient content

從總體看，土壤的全鉀含量有較大波動(dòng)，呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，變化范圍為9.75～14.21 g/kg。每個(gè)周期中，C2處理提升土壤全鉀含量的效果最好，分別為11.32、12.48和14.21 g/kg，也可以看出高量秸稈處理的效果比低量秸稈處理好，但是差異不顯著，除第二周期的玉米秸稈處理外。厭氧處理結(jié)束后，CK1處理下土壤的全鉀含量比CK處理高，但是差異不顯著；秸稈處理中土壤的全鉀含量均顯著高于CK處理，水稻秸稈處理和玉米秸稈處理顯著高于CK1處理；等量秸稈處理之間土壤全鉀的含量差異也不顯著，除玉米秸稈處理外。說明在厭氧淹水處理方面，水稻秸稈與玉米秸稈對(duì)全鉀具有提升作用。

從總體看，土壤中全磷含量呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，變化范圍為0.76～1.12 g/kg。每個(gè)周期的CK1處理下土壤的全磷含量顯著高于CK處理，并且施入秸稈處理的效果顯著高于CK和CK1處理，高量秸稈處理的效果比少量秸稈處理好，除第一周期的C2處理土壤全磷含量略低于C1處理外。不同秸稈處理之間差異性不顯著，呈現(xiàn)較小的波動(dòng)。從厭氧淹水處理完成后，其范圍為0.81～1.04 g/kg，其中高量玉米秸稈處理土壤中全磷含量值最大，并顯著高于其他處理，說明玉米秸稈對(duì)促進(jìn)土壤的全磷含量具有很大的作用。

2.3 不同秸稈處理下土壤速效養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)演變分析

由圖3可知，土壤中堿解氮含量隨著時(shí)間的延長呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，各處理的效果顯著高于CK處理，其變化范圍為15.67～38.00 mg/kg，說明厭氧條件下可以提高土壤中堿解氮的含量。高量秸稈處理下土壤的堿解氮含量高于少量秸稈處理，但是差異并不顯著，除第一周期的M2處理略低于M1處理外。厭氧淹水結(jié)束后，厭氧淹水處理下土壤的堿解氮含量比CK處理顯著提高一倍以上，其中R2處理的效果最佳，值為38.00 mg/kg，并且不同秸稈處理之間和等量秸稈處理之間土壤的堿解氮含量差異均不顯著。

圖3 土壤速效養(yǎng)分含量的變化特征Figure 3 Variation characteristics of soil available nutrients

土壤的速效鉀含量呈現(xiàn)較大的波動(dòng)，呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，其變化范圍為110.7～277.60 mg/kg。各秸稈處理下土壤的速效鉀含量均顯著高于CK處理與CK1處理，說明秸稈在厭氧淹水的條件下可促進(jìn)土壤中速效鉀的含量。并且高量秸稈處理的效果明顯高于少量秸稈處理，且差異比較顯著。不同秸稈處理的效果有所差別，厭氧淹水結(jié)束后，玉米秸稈處理的效果顯著于其他兩種秸稈處理，并且高量玉米秸稈處理最為明顯，較其他兩種高量秸稈處理增幅分別為34.73%、35.08%。

不同厭氧淹水處理周期之間土壤的速效磷含量隨著時(shí)間的延長，其呈現(xiàn)遞增的規(guī)律。隨腐解時(shí)間延長，呈現(xiàn)上升波動(dòng)，其變化范圍為1.80～2.52 mg/kg。各秸稈處理下土壤的速效磷含量均顯著高于CK處理，除第一周期的芒草處理外。高量秸稈處理下土壤的速效磷含量均高于少量秸稈處理，其中第二周期的玉米秸稈處理和第三周期的水稻秸稈處理、玉米秸稈處理的效果差異較為顯著。厭氧淹水結(jié)束后，R2處理與C2處理下土壤的速效磷含量相對(duì)較高，分別為2.52和2.45 mg/kg，并且不同的秸稈處理效果有所差異。

2.4 土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)及化學(xué)計(jì)量特征

將厭氧淹水處理結(jié)束后所測的8項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行匯總，得到不同處理下各土壤養(yǎng)分的平均狀況（表3）。各處理的養(yǎng)分均有差異，綜合8種處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果分析，土壤pH值：CK1＞M1＞M2＞R1＞C1＞R2＞CK＞C2；土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀：C2＞R2＞M2＞C1＞R1＞M1＞CK1＞CK；全 鉀 ：C2＞C1＞R2＞R1＞M2＞M1＞CK1＞CK；全氮：CK＞R2＞M2＞C2＞R1＞M1＞C1＞CK1；全磷：C2＞R2＞M2＞M1＞R1＞C1＞CK1＞CK；堿解氮：R2＞M2＞C2＞R1＞CK1＞M1＞C1＞CK；速效磷：R2＞C2＞R1＞C1＞M2＞M1＞CK1＞CK?？傮w上可以看出高量水稻秸稈和玉米秸稈處理對(duì)提高土壤養(yǎng)分的效果最佳。

表3 不同秸稈處理下的土壤養(yǎng)分特征Table 3 Soil nutrient characteristics under different straw treatments

土壤養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)是土壤性質(zhì)抵抗外界因素的敏感性和空間變異程度的內(nèi)在反映。利用算術(shù)平均法將8種不同處理的土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計(jì)，見表4，結(jié)果表明：土壤pH值的范圍在7.58～7.87，處理后的土壤為弱堿性，變異系數(shù)為1.42%，受外界因素的影響很小。土壤有機(jī)質(zhì)含量的范圍在5.73～15.55 g/kg，變異系數(shù)為25.66%，所以外界因素的影響較小。此外，土壤中速效養(yǎng)分的變異系數(shù)均大于全量養(yǎng)分的變異系數(shù)，這是因?yàn)樗傩юB(yǎng)分與施入的秸稈降解有很大的關(guān)系?？傮w上，由于是在厭氧淹水條件下處理，不受外界因素的影響，每個(gè)處理中土壤養(yǎng)分的提升較為均勻，因此變異系數(shù)均相對(duì)較小。

表4 不同秸稈處理下的土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of soil nutrients under different straw treatments

如圖4所示：從8個(gè)處理土壤中的碳氮比、氮磷比和碳磷比均值來看，CK處理分別為6.48、1.10和7.12；CK1處理分別為7.61、0.85和6.48；R1處理分別為8.00、0.79和6.35；R2處理分別為8.09、0.76和6.19；C1處理分別為8.02、0.78和6.26；C2處理分別為 8.07、0.70和 5.68；M1處理分別為7.72、0.79和6.08；M2處理分別為7.90、0.79和6.24。碳氮比中以CK處理最小，且與其他處理均顯著，高量秸稈處理下的土壤碳氮比比少量處理高，但是并不顯著，除芒草處理外，芒草的處理效果要低于其他兩種秸稈處理。土壤中氮磷比與碳磷比均表現(xiàn)為CK處理的最大，C2處理的值最小，兩者均隨秸稈的施入量增加而有下降的趨勢，除芒草秸稈處理外。

圖4 不同秸稈處理下土壤的化學(xué)計(jì)量特征Figure 4 Stoichiometric characteristics of soil under different straw treatments

2.5 番茄生物量的響應(yīng)及與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

3個(gè)周期的厭氧淹水處理結(jié)束后，施入番茄種子后，番茄的生長發(fā)育結(jié)果見表5?？傮w上看，番茄的發(fā)芽率、株高、鮮重與干重均顯著高于CK、CK1處理，除C1處理的發(fā)芽率較CK相比不顯著和芒草處理的發(fā)芽率、株高外。番茄的發(fā)芽率差異性表現(xiàn)為同種秸稈處理番茄的發(fā)芽率差異均不顯著；少量秸稈處理下R1處理與C1處理不顯著，但是顯著于M1處理，而高量秸稈處理之間均不顯著，其中R1處理的發(fā)芽率最大，為93.33%。株高的差異性表現(xiàn)為C2處理顯著高于C1處理，而其他兩種秸稈的少量與高量處理之間差異并不顯著；等量秸稈處理下，少量、高量秸稈處理下水稻與玉米處理的差異均不顯著，但是均顯著于芒草處理，C2處理的株高值最大，為8.17 cm。鮮、干重的差異總體表現(xiàn)為高量秸稈處理顯著高于少量秸稈處理，除芒草秸稈處理的干重外，少量秸稈處理下R1與C1差異不顯著且均顯著高于M1，而高量處理的差異均顯著，以C2處理的鮮、干重最大，為0.295、0.026 g/株。說明高量玉米秸稈處理對(duì)番茄生長發(fā)育有較好的促進(jìn)作用。

表5 番茄的生物量特征Table 5 Biomass characteristics of tomato

以整個(gè)試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)為對(duì)象，對(duì)土壤各個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)與番茄生長發(fā)育狀況作相關(guān)分析，分析結(jié)果見表6。按照兩兩一組總共44組關(guān)系，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值范圍為0.005～0.973。從土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間來看，其中有機(jī)質(zhì)與速效磷的相關(guān)系數(shù)最大，為0.927；土壤pH值與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)最小，為0.066。有機(jī)質(zhì)除與pH值、全氮無顯著相關(guān)外，與速效鉀存在顯著性相關(guān)，與其他養(yǎng)分指標(biāo)都存在極顯著相關(guān)。pH值、全氮與其他的養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性都不顯著，說明本試驗(yàn)中pH值和全氮對(duì)土壤其他養(yǎng)分的影響不大。全鉀與速效鉀、全磷與速效磷、全磷與堿解氮均呈顯著相關(guān)，而全鉀與速效磷呈現(xiàn)極顯著相關(guān)。堿解氮、速效鉀與速效磷三者之間都存在顯著相關(guān)性。

表6 土壤養(yǎng)分指標(biāo)與番茄生物量的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of soil nutrient index and tomato biomass

從土壤養(yǎng)分指標(biāo)與番茄生長發(fā)育狀況來看，全鉀與干重的相關(guān)系數(shù)最大，為0.921；全氮與發(fā)芽率的相關(guān)系數(shù)最小，為0.005。土壤pH、全氮、堿解氮均與番茄的生物量呈不顯著相關(guān)，說明其對(duì)番茄生長的影響較小。發(fā)芽率與有機(jī)質(zhì)、全鉀呈顯著相關(guān)，與速效磷呈極顯著相關(guān)；株高與速效磷呈顯著相關(guān)，與總鉀、速效鉀呈極顯著相關(guān)；干重與總鉀、速效鉀呈顯著相關(guān)，與速效磷呈極顯著相關(guān)；干重與有機(jī)質(zhì)呈顯著相關(guān)，與全鉀、速效鉀、速效磷呈極顯著相關(guān)。總體上，全鉀、速效鉀和速效磷對(duì)番茄生長發(fā)育的貢獻(xiàn)率相對(duì)大一些。

3 討論

3.1 土壤養(yǎng)分的分析與評(píng)價(jià)

土壤pH影響著土壤生物活動(dòng)、養(yǎng)分物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而影響作物的生長，是影響土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[12]。本試驗(yàn)研究采用的黃色石灰土pH偏高，呈弱堿性，經(jīng)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)厭氧淹水條件下在第一周期會(huì)導(dǎo)致土壤的pH上升，但是隨著時(shí)間的延長，土壤pH有所下降。在厭氧淹水的條件下發(fā)生還原反應(yīng)，土壤中SO42-消耗H+還原生成H2S氣體，導(dǎo)致土壤pH上升，并且在未酸化的土壤中，加入秸稈產(chǎn)生的NH4+會(huì)提高土壤pH[12]，而隨著時(shí)間的延長，秸稈降解產(chǎn)生的有機(jī)酸使土壤pH值有所降低，這與本研究結(jié)果一致。秸稈含有豐富的碳元素，大約為40%～50%，是土壤提升有機(jī)質(zhì)的重要途徑[13]。大量有機(jī)物質(zhì)的存在可以促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體的形成，并使有機(jī)質(zhì)吸附和固持于土壤中，而且土壤的有機(jī)質(zhì)含量與溫度和微生物活性有關(guān)，隨著溫度的升高加快秸稈礦化速率和土壤中有機(jī)質(zhì)的積累量[14]。并且也有研究表明，黃色石灰土在25℃左右能極大地促進(jìn)黃色石灰土對(duì)有機(jī)碳的礦化[7]，這與本研究相符。本研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)在5.73～15.55 g/kg范圍內(nèi)逐漸提升。有研究報(bào)道稱，秸稈在厭氧淹水條件下可以有效保持土壤溫度，并且在土壤水分飽和的協(xié)同作用下，大量的碳源能快速刺激微生物的活性，加快秸稈的降解與養(yǎng)分的釋放[2]。

研究結(jié)果表明，除全氮外，CK1處理中土壤養(yǎng)分含量均比CK處理有所提高。覆膜處理能提高土壤溫度和水分含量，從而提高微生物活性，對(duì)土壤中養(yǎng)分含量的提升效果明顯[15]，由于土壤中各養(yǎng)分在自然條件下也將部分釋放出來，即使僅覆膜處理的情況下，土壤的養(yǎng)分含量也會(huì)隨著處理時(shí)間的延長有一定的增加[6]。曹明等[6]研究結(jié)果表明僅淹水覆膜的土壤養(yǎng)分含量均高于空白對(duì)照，這均與本研究結(jié)果一致，也有可能是由于未處理之前的土壤中還殘留未腐解的有機(jī)物料。秸稈中不僅含有豐富的有機(jī)碳，還含有大量的氮、磷和鉀等養(yǎng)分元素。張婧等[16]與張聰?shù)萚17]研究證明隨著秸稈還田時(shí)間的延長，土壤中全量養(yǎng)分含量與速效養(yǎng)分相比于對(duì)照顯著增加。曹明等[6]也研究證明秸稈在厭氧條件下可以提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量水平，均與本研究結(jié)果一致。但是本研究結(jié)果表明，各處理下的土壤全氮含量相比于對(duì)照顯著降低。前人研究表明厭氧淹水條件下可以促進(jìn)土壤發(fā)生反硝化作用，NO3--N轉(zhuǎn)化成N2O和N2，導(dǎo)致土壤中全氮含量的降低[18]，這與本研究結(jié)果一致；而在厭氧淹水結(jié)束后，各秸稈處理的全氮含量顯著比CK1處理的高，說明秸稈還田可以補(bǔ)充一部分土壤消耗的氮元素[19]。研究結(jié)果還表明，不同的秸稈與施入量不同土壤的養(yǎng)分指標(biāo)不同，造成的原因可能有：不同的有機(jī)物料物質(zhì)組成也不同，還田后對(duì)土壤中各養(yǎng)分的礦化和固持效果也不同[20]；養(yǎng)分含量較高和碳氮比高的秸稈還田后更能激發(fā)土壤對(duì)養(yǎng)分元素的礦化，增加土壤氮、磷和鉀的含量[21]；高量秸稈還田下土壤微生物對(duì)養(yǎng)分固持的效果要高于少量秸稈處理，能更有效提高土壤質(zhì)量[22]，這均與本研究大致相符。經(jīng)本研究結(jié)果分析，高量玉米秸稈處理的效果最好，因?yàn)橛衩捉斩挶绕渌麅煞N秸稈的碳氮比高，并且較容易分解，導(dǎo)致更多的有效養(yǎng)分固定于土壤中[23]。朱興娟等[24]研究證明高量秸稈還田與少量秸稈還田相比，土壤微生物對(duì)碳、氮固持的效果要好一些。但是秸稈的施入量存在閾值，當(dāng)土壤肥力過高時(shí)，施入大量秸稈還田會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的過剩，作物生長發(fā)育過旺、貪青晚熟，產(chǎn)量降低[25-26]。本研究結(jié)果表明，秸稈在厭氧淹水處理下，沒有發(fā)生對(duì)由于土壤養(yǎng)分的過剩導(dǎo)致作物生長發(fā)育的問題，一方面原因可能是由于土壤養(yǎng)分的背景值較低，不構(gòu)成對(duì)作物產(chǎn)生迫害；另一方面可能是添加的秸稈量還在土壤可調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)。

3.2 土壤化學(xué)計(jì)量特征的分析與評(píng)價(jià)

土壤碳、氮和磷的化學(xué)計(jì)量比是衡量土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化和質(zhì)量程度的重要指標(biāo)[27]。其中碳氮比是評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)礦化的速率及微生物活性，碳氮比越低土壤中的有效含氮量較高，反之土壤礦化速率較慢，微生物活性較低[28]。但是本試驗(yàn)中各秸稈處理的土壤碳氮比較CK處理呈現(xiàn)下降狀態(tài)，這是由于厭氧淹水消耗氮元素影響土壤對(duì)氮元素的固持，所以建議后期可以適當(dāng)施入氮肥或者延長厭氧淹水時(shí)間。有研究提出，碳磷比是衡量土壤磷元素釋放與吸收的重要指標(biāo)，有效磷受有機(jī)質(zhì)礦化速率的影響，碳磷比越低有效磷含量越高，土壤微生物固持磷的能力較強(qiáng)[29]；氮磷比是預(yù)判氮、磷元素對(duì)植物生長發(fā)育的限制大小和反映磷活性，氮磷比越高磷活性較低，反之越高。本研究結(jié)果證明，土壤中氮磷比與碳磷比均表現(xiàn)為C2處理的值最小，顯著低于CK處理，并且碳磷比隨秸稈的施入量增加而有下降的趨勢。說明玉米秸稈比其他兩種秸稈更適合提高土壤養(yǎng)分肥力，并且高量處理的效果比少量秸稈處理好。

3.3 土壤各養(yǎng)分指標(biāo)、番茄生長的相關(guān)性分析與評(píng)價(jià)

有機(jī)碳的提高使得土壤供肥能力變得優(yōu)越，其他養(yǎng)分元素得到有效利用，從而提高作物產(chǎn)量[30]，這與本研究結(jié)果表明有機(jī)質(zhì)與其他各養(yǎng)分指標(biāo)呈顯著相關(guān)性相符，除與全氮無顯著相關(guān)外，說明有機(jī)質(zhì)的變化是影響著其他養(yǎng)分變化的重要因素。本研究中pH值、全氮與各養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性不顯著，說明pH值與全氮對(duì)土壤其他養(yǎng)分的影響較小。全量養(yǎng)分與速效養(yǎng)分有一定的相關(guān)性，除全氮與堿解氮外。有研究報(bào)道稱，土壤中氨氣和氧化亞氮等氣體的排放會(huì)導(dǎo)致氮元素的流失，影響土壤中氮元素的轉(zhuǎn)化[31]，這可能是導(dǎo)致全氮與堿解氮不相關(guān)的原因。堿解氮、速效鉀以及速效磷三者之間存在顯著相關(guān)性，說明速效養(yǎng)分之間會(huì)相互影響，這與楊一凡等[14]研究一致。作物生物量是土壤各養(yǎng)分含量最好的反映指標(biāo)，許多研究表明土壤有機(jī)質(zhì)是作物生長發(fā)育的能量供應(yīng)庫，與生物量的形成顯著相關(guān)[32]；作物產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等養(yǎng)分含量有較好的相關(guān)性[32]；作物的生物量與土壤氮素養(yǎng)分密切相關(guān)[12]。本研究條件下，番茄生物量與有機(jī)質(zhì)、全鉀、速效鉀以及速效磷具有較強(qiáng)的相關(guān)性，這與前人研究一致[34]。但與全氮、堿解氮以及全磷的相關(guān)性不顯著，可能是由于厭氧淹水造成土壤中的氮元素的降低和土壤的養(yǎng)分初始值較低，對(duì)番茄的生物量沒有做出較大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

黃色石灰土的土壤養(yǎng)分含量相對(duì)較低，屬于肥力較低的土壤。本研究中秸稈在厭氧淹水處理下在一定的程度上能提高土壤的養(yǎng)分含量，除全氮含量外。為了保持土壤中能有足夠的氮元素供作物生長，建議厭氧淹水結(jié)束后適量添加氮肥或者延長厭氧淹水的時(shí)間?？傮w上，玉米秸稈的處理效果優(yōu)于水稻、芒草秸稈處理，并且高量秸稈處理的效果優(yōu)于少量秸稈處理，從作物的生物量也反映出高量玉米秸稈處理的效果最佳。