稻麦秸秆连续还田配施腐熟剂对土壤性状和水稻产量的影响

朱 萍,顾艾节,王 华,顾建芹

（上海市奉贤区农业技术推广中心，上海 201400）

我国是粮食生产大国，秸秆资源丰富，每年秸秆产量高达6亿t［1］，其中仅2%—5%的农作物秸秆用于工业利用［2］。上海市奉贤区每年产生稻麦秸秆约12万t，随着液化气的普及，秸秆在农村地区已不再被作为燃料使用。2010年以前，每年稻麦收获期，秸秆焚烧造成空气污染、火灾频发；2010年以后，奉贤区实行秸秆禁止焚烧政策，秸秆还田率达90%以上，即每年约有10万t的秸秆还田，还田的主要方式为直接还田。稻麦秸秆直接还田就是在稻麦收割时，利用收割机将秸秆截成10 cm长的短秆，均匀抛洒在地表，并用旋根机将秸秆深翻入田。此项技术不仅避免了焚烧秸秆造成的大气污染，保护了生态环境，还有利于培肥土壤，遏制近20年来土壤有机质不断下降的趋势。然而，随着秸秆还田政策的深入推进，各种问题也随之显现，如稻麦秸秆连续还田后，秸秆臃积导致后续作物出苗缓慢甚至出现僵苗，秸秆降解时微生物夺氮造成后续作物缺氮等，且秸秆在土壤中的降解速度受到气温、水分、微生物、土种等多种因素的影响。稻秸秆在冬季的降解速度较为缓慢，稻麦秸秆连续还田对秸秆降解的压力非常大，农民担心秸秆还田会造成地秸秆过多、地面松散淤陷等问题，影响水稻种植和产量。尽管国内外在秸秆还田方面取得了较大进展，表明长期秸秆还田有利于增加土壤有机质，但长期秸秆还田配施腐熟剂条件下土壤肥力的演变规律及水稻产量变化规律还需进一步深入研究。本研究采用大田试验探讨秸秆连续还田配施腐熟剂对土壤性状和水稻产量的影响。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

秸秆连续还田定位试验于2010年分别在奉贤区奉城镇、柘林镇和庄行镇3个粮食种植面积较大的镇进行，具体土壤基础条件见表1。

表1 供试土壤基本性状（2010年）Table 1 Basic properties of tested soil

1.2 试验设计

试验为3处理3重复连续5年定位试验，每处理田块面积0.2 hm2。处理1（CK）：秸秆不还田，稻麦收获后由人工清理出田外；处理2：秸秆全量还田不加腐熟剂，稻麦收获时，秸秆粉碎成10 cm左右的小段，在常规施肥的基础上基肥增施碳铵300 kg/hm2用于调节碳氮比［3］，增施的氮肥占水稻一生用氮量的15%左右；处理3：秸秆全量还田添加腐熟剂，稻麦收获后与处理2相同处理，在施基肥时增施30 kg/hm2谷霖牌粉状秸秆腐熟剂，加速秸秆的腐烂，秸秆腐熟剂施用后，尽早用旋耕机或灭茬机进行旋耕灭茬，避免秸秆腐熟剂长时间暴晒于阳光之下。所有处理后期施肥及管理措施和常规保持一致。

1.3 采样及测定方法

土壤采样在每年水稻收获后进行，在每个小区内沿“S”型路线随机取样20点，采样深度为0—20 cm，土样充分混合后，风干粉碎备用。土壤有机质、全氮、全磷、速效钾的测定均采用常规农化分析法［4］。每年水稻收获后，每处理小区内棋盘型布点9个，测定该田块的土壤容重值，取平均值。

植株采样在每年水稻收获前进行，考察有效穗数、总粒数、实粒数、千粒重等，计算理论产量，并测实产。

1.4 数据分析

每年对3个定位试验点的不同处理进行土壤采样，分析理化性状，同一个处理的3个点作为重复，进行数据分析，采用LSD法检验P＜0.05水平和P＜0.01水平的差异显著性。连续5年的土壤理化性状数据试验结果按年度制作土壤养分趋势图。每年对3个定位试验点进行水稻穗粒结构和产量统计分析，产量数据为同一个处理3个点的平均值。

2 结果与分析

2.1 稻麦秸秆连续还田对土壤有机质、全氮的影响

从稻麦秸秆连续还田5年后田块的土壤养分状况来看（表2），2015年秸秆还田处理和秸秆还田添加腐熟剂处理土壤有机质平均含量分别达20.7 g/kg和22.6 g/kg，比秸秆不还田处理同期土壤有机质含量（18.5 g/kg）分别提高了11.9%和22.2%，差异分别达显著水平和极显著水平。从3个点不同处理5年间土壤有机质的变化情况来看（表3），秸秆还田2—3年后，不同类型土壤的有机质含量均有极显著提高。秸秆连续还田后，秸秆还田处理和秸秆还田添加腐熟剂处理土壤有机质的提升较秸秆不还田更快，这与孙星等［5］、劳秀荣等［6］研究结果一致。

稻麦秸秆连续还田5年后，秸秆还田添加腐熟剂处理对土壤全氮影响较大（表1、表2）。2015年秸秆还田添加腐熟剂处理土壤全氮达1.32 g/kg，比秸秆不还田处理同期土壤全氮含量（1.10 g/kg）提高了20%，差异达极显著水平；而秸秆还田处理2015年土壤全氮含量与同期不还田处理差异不显著，说明秸秆还田添加腐熟剂可以有效提升土壤全氮水平。

表2 稻麦秸秆连续还田5年后田块的土壤有机质和全氮含量Table 2 Soil organic matter content and total nitrogen content in paddy field after 5 years of continuous rice and wheat straw returning

表3 不同处理5年间土壤有机质含量的变化情况Table 3 The change of soil organic matter under different treatments for 5 yearsg·kg-1

2.2 稻麦秸秆连续还田对土壤全磷、速效钾的影响

稻麦秸秆连续还田5年后（表4、图1），与对照相比，秸秆还田处理和秸秆还田添加腐熟剂处理的土壤全磷积累效果不明显，速效钾分别增加34 mg/kg和45 mg/kg。三种土壤类型中，秸秆还田对黄泥型土壤速效钾的提升较青黄土和黄夹砂快，秸秆还田对黄夹砂型土壤全磷和速效钾的积累效果较差。2013年土壤全磷出现低谷期，这可能与该年水稻种植期间连续53 d最高温度超过35℃有关。根据汪涛等［7］的研究，全磷的积累与年均温度有关，随着年均温度的增加，土壤全磷显著降低。

表4 连续稻麦秸秆还田5年后田块的土壤全磷、速效钾含量Table 4 Content of total P and available K in soil after 5 years of continuous rice and wheat straw returning

图1 不同处理土壤全磷、速效钾变化趋势Fig.1 Changes of soil total P and available K of different treatments

2.3 稻麦秸秆连续还田对土壤容重的影响

从表层土壤容重数据可以看出（表5），与对照相比，秸秆连续还田4年后（2014年），土壤容重有极显著的下降，秸秆还田添加腐熟剂处理在2年后表层土壤容重有显著下降。但秸秆连续还田5年后，这种显著性差异消失，主要原因是目前水稻实行机械收割，收割时地面留出20 cm高的稻茬和麦茬，随翻耕作业翻入土壤表层。土壤机械翻耕深度一般为12—15 cm，因此表层土壤中秸秆数量逐年增加达到饱和，表层土壤容重也逐渐趋于稳定。

表4 连续稻麦秸秆还田5年间不同处理表层土壤容重的变化Table 4 Changes of surface soil bulk density under different treatments of continuous rice and wheat straw returning for 5 years

2.4 稻麦秸秆连续还田对水稻穗粒结构和产量的影响

综合3个点5年的水稻穗粒结构和产量来看（图2），秸秆还田添加腐熟剂、秸秆还田处理的水稻产量分别较对照高出717 kg/hm2和814 kg/hm2，增产7.79%和8.84%。秸秆还田和秸秆还田添加腐熟剂处理的水稻有效穗和产量高于秸秆不还田处理，说明秸秆还田可以增加水稻有效穗，从而提高水稻产量，这与叶文培等［8］研究结果一致。秸秆还田添加腐熟剂处理的水稻产量连续4年高于不添加腐熟剂的处理，说明在秸秆还田前几年，添加腐熟剂增加了土壤微生物数量，有助于提高水稻产量。在水稻千粒重方面，秸秆还田处理的水稻千粒重低于不还田处理，说明秸秆还田可能会影响水稻灌浆和千粒重，但是添加腐熟剂后这种影响被降低，这可能与腐熟剂中微生物分解秸秆后，及时释放养分有关。综上所述，秸秆还田有助于水稻有效穗和产量的增加，秸秆还田添加腐熟剂可以提高水稻千粒重，促使秸秆还田田块水稻产量进一步提高。

图2 3个定位点水稻穗粒结构和产量Fig.2 Panicle-grain structure and yield of rice at three location points

3 结论与讨论

稻麦秸秆还田2—3年后土壤有机质就有极显著改善；稻麦秸秆连续还田5年后，与对照相比，秸秆还田添加腐熟剂、秸秆还田处理的有机质分别增加4.1 g/kg和2.2 g/kg，速效钾分别增加45 mg/kg和34 mg/kg。秸秆还田对土壤全磷的积累效果不明显，秸秆还田添加腐熟剂可以加速秸秆分解，提高土壤有机质和速效钾的积累量。

表层土壤容重在秸秆还田2—4年后有显著下降，但随着表层土壤中秸秆数量达到饱和，表层土壤容重的下降趋势开始放缓并达到平衡，维持在1.0 g/cm3左右。添加秸秆腐熟剂对土壤容重影响不大。

秸秆还田可以增加水稻有效穗，秸秆还田添加腐熟剂可以提高水稻千粒重。秸秆还田添加腐熟剂、秸秆还田处理的水稻产量分别较对照高717 kg/hm2和814 kg/hm2，增产7.79%和8.84%。连续5年试验中，秸秆还田添加腐熟剂处理的水稻产量连续4年位居第一，相对对照增产显著。

［1］曹国良，张晓曳，郑方成，等.中国大陆秸秆露天焚烧的量的估算［J］.资源科学，2008，28（1）：9-13.

［3］GAO B Y，XU Y，WANG Y，et al.Preparation and characteristics of quaternary amino anion exchanger from wheat residue［J］.Journal of hazardousmaterials，2009，165：461-468.

［3］陈兴丽，周建斌，刘建亮，等.不同施肥处理对玉米秸秆碳氮比及其矿化特性的影响［J］.应用生态学报，2009，20（2）：314-319.

［4］鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京：中国农业科技出版社，2000：25-32.

［5］孙星，刘勤，王德建，等.长期秸秆还田对土壤肥力质量的影响［J］.土壤，2007，39（5）：782-786.

［6］劳秀荣，孙伟红，王真，等.秸秆还田与化肥配合施用对土壤肥力的影响［J］.土壤学报，2003，40（4）：618-623.

［7］汪涛，杨元合，马文红.中国土壤磷库的大小［J］.北京大学学报（自然科学版），2008，44（6）：945-952.

［8］叶文培，谢小立，王凯荣，等.不同时期秸秆还田对水稻生长发育及产量的影响［J］.中国水稻科学，2008，22（1）：65-70.