油菜秸秆还田养分释放率及对玉米产量的影响

何 川，杨 勤，蒲全波，陈 岩，杨 云，王 鹏，金 容，郑祖平，夏清清

(1.南充市农业科学院，四川 南充 637000；2.四川省农业科学院，成都 610000)

农作物目标产量不断提高，其副产物秸秆也显著增多，按通用公式估算，我国主要农业秸秆现年产量已突破9亿t，占全球的16.8%。农作物秸秆作为生物质资源，含有丰富的营养元素，但未得到科学合理利用，大量桔杆被焚烧、丢弃，不仅造成资源浪费，还严重污染生态环境，目前已经成为社会关注的焦点问题[1]。2011年由国家发改委、农业部和财政部共同制定了《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》，当前基础上将秸秆的资源化利用量提高7 557万t。秸秆含有大量木质素和纤维素，氮、磷、钾以及微量元素，还田后，土壤肥力得到修复，土壤结构得以改善[2]。秸秆利用主要是秸秆直接还田或者畜禽过腹处理，目前我国多数地方采取直接秸秆还田处理，是较为有效的办法，一定程度提高了秸秆利用率。张红等研究发现，不同秸秆处理的腐解残留率与土壤微生物群落的优势度呈显著负相关，微生物群落在一定程度上影响了秸秆分解的速率[3]。除了农作物秸秆种类、碳氮比、干湿程度以外，温度、环境湿度都会影响农作物秸秆在土壤里的腐解率和养分变化[4]。由于不同种类农作物秸秆的固有物理性状、养分含量、粉碎程度千差万别，其秸秆腐解率和养分释放率之间存在较大差异，目前已经有各种耕作模式秸秆腐解状态的研究报道，但不同还田处理下农作物秸秆腐解率以及对下茬产量影响的研究鲜见。本文通过设置旋耕整地、前茬秸秆粉碎、地表覆盖等模式,研究秸秆腐解率、养分释放规律，总结分析不同秸秆还田方式影响的差异。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年12月至2019年11月在四川省阆中市水观镇老山寨村实施。该地点属于湿润亚热带季风气候区，年降水量1 013 mm，年均气温16.9 ℃，土壤类型为石灰性紫色土，有机质8.9 g/kg，碱解氮183.6 g/kg，有效磷61.5 mg/kg，速效钾139.7 mg/kg，供试材料为上茬油菜秸秆。

1.2 试验设计

采用单因素随机区组试验设计，设计5个处理，每处理3次重复，小区面积不小于67 m2。试验处理如下：T1前茬秸秆不还田+旋耕整地(ck)；T2前茬秸秆粉碎+旋耕混耙还田；T3前茬秸秆粉碎地表覆盖+免耕整地；T4前茬秸秆整秆地表覆盖+旋耕整地；T5前茬秸秆整秆地表覆盖+免耕整地。

1.3 取样方法

大田试验与尼龙网袋法结合。

秸秆粉碎处理：将秸秆粉碎或截成5～10 cm小段，尼龙网袋法用于秸秆腐解度调查，尼龙网袋的大小60 cm×45 cm，孔径为80目。

秸秆整秆处理：将秸秆截成60 cm小段，称取242 g放入尼龙网袋中。

前茬秸秆粉碎+旋耕混耙还田处理：装入0～10 cm表土40.5 kg，然后与秸秆混合均匀，用尼龙线缝好封口，埋入土中，网袋上端与地表持平。

地表覆盖处理：固定平铺于小区内。

还田处理后20 d、40 d、60 d、80 d、100 d各取1次样，将网袋内的秸秆全部挑出并用清水洗净，烘干称重，粉碎后对残余秸秆中的养分含量加以测定。

1.4 植株和籽粒样品测定指标及方法

样品通过H2SO4-CuSO4-K2SO4消煮后,采用凯氏定氮法测定全氮，经H2SO4-H2O2熔融，消解钒钼黄比色法测定全磷含量，火焰光度计法测定全钾含量[5]。

腐解率(%)=[(Mo-Mt)/Mo]×100%；

养分率放率(%)=[(Mo×Co-Mt×Ct)/(Mo×Co)]×100%；

式中Mo指测试秸秆重量(g)，Mt指经过t时腐解后重量(g)，Co指测试秸秆养分含量，Ct指经过t时腐解后测试的养分含量。

1.5 数据处理与分析

利用SAS 9.2软件进行数据的统计分析，其中多重比较应用最小显著性差异法(LSD法)，并对数据进行分析作图[7]。

2 结果与分析

2.1 腐解率

进行秸秆粉碎后混土还田降解速度最快的是处理2，可以有效的将秸秆中本身的养分分解释放回土壤之中，而最差的为处理4和处理5(秸秆整秆地表覆盖免耕)，分析原因可能是秸秆整株还田，土壤接触面较小，微生物不易与秸秆充分接触，导致秸秆腐解率变低(表1)。

2.2 氮释放率

由图1可见，随着时间的变化，N含量均有下降趋势，各处理表现具有一致性，N释放率呈逐步增加趋势，处理4即前茬秸秆整秆地表覆盖+旋耕整地的N释放率表现匀速状态，处理2(秸秆粉碎旋耕混耙还田)从取样始N释放率最高，为47.8%，直到107 d后达65.5%，稳居第一，处理5(秸秆整秆地表覆盖免耕)的N释放率由3.5%变换为37.8%，一直处于最低水平，且显著低于其他处理。

2.3 磷释放率

由图2可看出，处理2、处理3、处理4表现具有一致性，P2O5释放率呈逐步增加趋势，处理3(秸秆粉碎地表覆盖+免耕整地)P2O5释放率从20%上升到39.6%表现匀速状态，处理2(秸秆粉碎旋耕混耙还田)从取样开始其P2O5释放率平均水平一直处于高位，最终达58.9%，但差异不显著，处理5(秸秆整秆地表覆盖免耕)开始取样时的P2O5释放率最低，为5.6%。

2.4 钾释放率

由图3可知，处理2、处理3、处理5表现具有一致性，K2O释放率呈现匀速增加趋势，处理4即前茬秸秆整秆地表覆盖+旋耕整地的K2O释放率表现波动状态，前期较慢，60 d后由16.3%显著增加到40%，处理2(秸秆粉碎旋耕混耙还田)K2O释放率从取样开始的31.8%逐渐上升到82.6%，显著高于其他处理，其他处理间差异不显著，处理5(秸秆整秆地表覆盖免耕)的K2O释放率最低。

2.5 纤维素释放率

由图4可见，处理2(秸秆粉碎旋耕混耙还田)从取样开始其纤维素释放率(33.7%上升到77.8%)显著高于其他处理，其他处理间差异不显著，处理3、5线型表现具有一致性，纤维素释放率呈现缓慢增加趋势，处理4即前茬秸秆整秆地表覆盖+旋耕整地的纤维素释放率在80 d后由21.2%上升为32.6%，表现先慢后快的状态，处理5(秸秆整秆地表覆盖免耕)的纤维素释放率最低。

3 结 论

旋耕加秸秆还田处理的秸秆腐解率显著高于其它处理还田，秸秆养分释放率表现为K2O最高，且旋耕还田处理有85%以上的钾素释放，生产上应减少钾肥施用量或施用时间后移，提高钾肥利用效率。旋耕加秸秆还田可提高耕层土壤有机碳、全氮、全磷含量，根据还田秸秆腐解后测试养分含量分析，秸秆粉碎加旋耕还田适宜本区域土壤类型的秸秆还田方式。

4 讨 论

旋耕还田处理的秸秆与土壤充分混拌、土壤通气透水性好，利于土壤微生物对秸秆的分解活动，秸秆腐解表现前期快后期慢的特征，与龚振平等[6]，刘少东等[7]，张一平等[8]的研究结果一致。秸秆机械化粉碎混土全量还田技术，利用大型拖拉机就地粉碎秸秆，均匀抛撤，通过灭茬旋耕，把作物秸秆全量混拌到土壤中，实现一次性完成粉碎、灭茬、旋耕和镇压作业，旋耕秸秆还田处理的土壤环境利于秸秆逐渐腐熟，秸秆组织结构的破坏程度大于露天处理[9]，把秸秆中的营养物质全部保留在土壤里，增加土壤有机质含量，改良土壤，培肥地力，克服重茬，减少作物病虫草害的发生，提高作物产量，减少环境污染，是争抢农时季节的一项综合配套技术。免耕秸秆还田处理的秸秆与土壤接触面变小，大部分表面暴露于外界，土壤酶和微生物接触少，秸秆腐解强度不足。本研究表明，秸秆养分释放规律与秸秆腐解率相类似，均为旋耕还田养分释放率显著高于免耕覆盖还田处理。生态气候和土壤条件主导了氮磷营养成分的释放，农作物秸秆腐解后期，土壤生物主导了秸秆养分释放[10]。随着腐解时间延伸，全钾释放率可以达到90%，采取栽培措施应酌情降低钾肥施用量，这也是提高资源利用率的最佳方式。