不同条件下茭草腐解及养分释放特征研究

周 杨，姚岳良，施丽珍，陈建霞，章明奎

(1.缙云县农业局，浙江 缙云 321400； 2.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

不同条件下茭草腐解及养分释放特征研究

周 杨1，姚岳良1，施丽珍1，陈建霞1，章明奎2

(1.缙云县农业局，浙江 缙云 321400； 2.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

为了解还田茭草的腐解过程及其养分释放特点，开展了不同水分(淹水和湿润)和不同温度(15 ℃、25 ℃、35 ℃)条件下茭白茎叶与茭白根系物质在土壤中的分解速率及其N、P、K释放的模拟研究。结果表明，茭草的腐解速率随温度的升高而增加，湿润条件下茭草的腐解快于淹水条件，茎叶的腐解快于根系；还田前期，茭草中氮、磷、钾可随茭草腐解逐渐释放，增加表水中水溶性有机碳、氮、钾和磷的浓度。研究认为，茭草还田可能会增加对地表水体污染的风险，特别是在茭草还田前期。

茭草还田； 腐解； 养分； 面源污染

茭白是缙云县农业的主导产业之一，规模种植始于20世纪90年代后期，至2015年全县茭白种植面积已达到5.45 hm2，主要分布大洋镇、壶镇镇、前路乡、新建镇和大源镇等乡镇。缙云县茭白生产具有长年淹水种植、秸秆全量还田的特点，土壤有机质积累明显高于相应的稻田土壤。有研究报道，秸秆还田对于农田生态系统而言具有正负二方面的作用，其在归还作物吸收的养分、增加土壤有机质积累的同时[1-3]，也会因过量还田使得秸秆在分解过程中向水体释放大量的污染物质[4-5]。为了解还田茭草的腐解规律及茭草还田过程中对农田养分状况和地表水环境的可能影响，在室内开展了不同条件下茭草腐解及养分释放特征的模拟研究。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验茭草材料分茭白茎叶与茭白根系物质2种类型。茭白茎叶的氮(N)、磷(P)、钾(K)含量分别为15.47、4.01、15.21 g·kg-1；茭白根系的N、P、K含量分别为14.66、3.95、17.68 g·kg-1。供试土壤为种植茭白8年的水稻土，土壤类型为培泥沙田，土壤有机质含量为32.74 g·kg-1，pH 6.14；全氮2.34 g·kg-1，全磷0.78 g·kg-1，有效钾158 mg·kg-1。

1.2 研究方法

研究内容包括淹水(保持土表3～5 cm水层)与非淹水(湿润状况)条件和不同温度条件(15 ℃、25 ℃、35 ℃)对茭白茎叶与茭白根系物质腐解、N、P、K释放及对田面水中水溶性有机碳(DOC)、N、P、K浓度的影响。腐解试验采用盆钵培养方式进行。茭草材料放置在尼龙网袋中，网袋规格为15 cm × 15 cm，孔径200目。每个尼龙网袋中放置3.00 g茭草物质(试验前剪成2～3 cm)，封口后埋压在5 cm深的土层中。每盆用土量为10 kg，每盆钵各放置8个装有茭草的尼龙网袋。试验设置淹水与湿润条件和不同温度条件(15 ℃、25 ℃、35 ℃，分别放置在不同温度的大型控温箱中)，每2～5 d加适量水调节土壤水分。分别在试验时间0、10、25、75、90、120、150 d在各培养盆钵中取其中1个培养尼龙网袋，在清水中洗干净、烘干后称重，根据尼龙网袋内含物重量的变化测算其中茭草物质的腐解速率。残留的内含物用常规方法消化后测定N、P、K含量[6]。根据内含物中N、P、K浓度及残留物质量与试验前比较，估算试验过程中N、P、K的释放速率。同时采集淹水处理的土表水样分析DOC、N、P、K浓度。茭草残留率和养分残留率按下式计算：

茭草残留率=培养后茭草残留量/培养前茭草重量×100；

养分残留率=(培养后茭草残留量×残物中养分含量)/(培养前茭草重量×培养前茭草中养分含量)×100。

2 结果与分析

2.1 茭草腐解特征

表1可知，培养培养过程中茭草残留率随培养时间的增加逐渐下降，但下降速率因茭草物质类别、水分和温度不同有所差别。无论培养温度和水分如何，茭白茎叶的腐解速率始终明显高于茭白根系物质；茎叶和根系物质的腐解程度均随温度增加而增加，表明夏季茭草还田可在较短的时间内分解，而秋季还田茭草物质可在农田中保留较长的时间。水分条件也可影响茭草的腐解进程，在相同茭草物质种类和相同的温度条件下，一般是湿润条件下的茭草前期腐解速率较快，而后期腐解速率逐渐下降；而淹水条件下茭草初期腐解速率小于湿润条件，但后期腐解速率反而高于湿润条件，至试验结束时，淹水条件和湿润条件下的茭草腐解率非常接近。

表1 茭草残留率随培养时间的变化 %

湿润条件下，茎叶物质在15、25、35 ℃时腐解一半的时间分别约为96、81和45 d，根系物质在15、25、35 ℃时腐解一半的时间分别约为120、85和63 d；淹水条件下，茎叶物质在15、25、35 ℃时腐解一半的时间分别约为108、88和62 d，根系物质在15、25、35 ℃时腐解一半的时间分别为133、120和76 d。

2.2 茭草中氮的释放特征

茭草腐解过程中氮素的释放基本上与茭草腐解相似(表2)。但在茭草腐解初期，氮素的释放要滞后于茭草的腐解，因此茭草腐解初期其残留的内含物中C/N比有轻微下降(表3)。与茭草腐解率相似，茭草腐解过程中氮素的释放随培养温度的增加而增加，茎叶中氮素的释放大于根系氮素的释放。茭草腐解过程中前期氮素的释放也是湿润条件下高于淹水条件下，但至试验结束时，淹水条件和湿润条件下茭草中氮素的释放量也非常接近。

表2 茭草中N的残留率随培养时间的变化 %

表3 茭草腐解残留物中C/N比随培养时间的变化

2.3 茭草磷和钾的释放特征

茭草腐解过程中磷素和钾素的释放也随培养时间的增加和培养温度的提高而增加(表4～5)，且在茎叶中的释放快于根部。与茭草整体腐解和氮释放比较，磷与钾的释放一般要高于氮素释放和秸秆的整体分解，其中钾素的释放又比磷素快。

表4 茭草中P的残留率随培养时间的变化 %

表5 茭草中K的残留率随培养时间的变化 %

2.4 表水中DOC和N、P、K浓度的变化

表6表明，茭草淹水还田可增加表水中水溶性有机碳(DOC)、氮素、钾素和磷素的浓度，以茭草还田后的初期最为明显。但随着时间的增加，表水中这些物质逐渐下降。这一结果表明，茭草还田可能会增加对地表水体污染的风险，特别是在茭草还田前期。

表6 添加茭草(茎叶)对淹水培养农田表水中养分的影响 mg·L-1

3 小结

研究表明，进入农田的茭草腐解速率随温度的升高而增加，湿润条件下茭草的腐解快于淹水条件，茎叶部分的腐解快于根系；还田前期，茭草中氮、磷、钾可随茭草腐解逐渐释放，明显增加表水中水溶性有机碳、氮、钾和磷的浓度。养分元素释放速率钾>磷>氮。在淹水条件下，茎叶物质在15、25、35 ℃时腐解一半的时间分别约为108、88和62 d，根系物质在15、25、35 ℃时腐解一半的时间分别约为133、120和76 d。研究认为，茭草还田前期由于养分释放可增加对地表水体污染的风险。

[1] 吴家梅，纪雄辉，彭华，等. 稻草还田方式下对双季稻田耕层土壤有机碳积累的影响[J]. 生态环境学报，2010，19(10)：2360-2365.

[2] 陈尚洪，刘定辉，朱钟麟，等. 四川盆地秸秆还田免耕对土壤养分及碳库的影响[J]. 中国水土保持，2008，6(增刊)：54-56.

[3] 李孝勇，武际，朱宏斌，等. 秸秆还田对作物产量及土壤养分的影响[J]. 安徽农业科学，2003，31(5)：870-871.

[4] 戴志刚，鲁剑巍，鲁明星，等. 水稻秸秆用量对淹水培养土壤表层溶液理化性质的影响[J]. 中国生态农业学报，2010，18(1)：20-24.

[5] 杨志敏，陈玉成，张赟，等. 淹水条件下秸秆还田的面源污染物释放特征[J]. 生态学报，2012，32(6)：1854-1860.

[6] 中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海：上海科技出版社，1978.

2017-11-29

周 杨(1963—)，高级农艺师，本科，从事土肥肥料研究工作，E-mail：1364284769@qq.com。

文献著录格式：周杨，姚岳良，施丽珍，等. 不同条件下茭草腐解及养分释放特征研究[J].浙江农业科学，2018，58(12)：2169-2172.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171227

S645.2

A

0528-9017(2017)12-2169-04

张瑞麟)