水稻秸秆的腐解特征及其培肥增产作用研究

胡宏祥，汪玉芳，何 方，邸云飞

(安徽农业大学资源与环境学院，安徽合肥 230036)

我国近些年农业科学技术水平提高较快，农业发展迅速，粮食产量呈持续增加之势，农作物秸秆生产量也随之增加。据统计，我国每年生产约7亿t的秸秆，占世界秸秆总量的30%。在广大农村，尤其是农业主产区，秸秆资源大量过剩的问题也日趋突出。在每年的7亿t秸秆中，被利用的不足2 000万t，约97%的秸秆被焚烧、堆积或者遗弃［1－2］。人们对秸秆的不恰当处置不仅造成资源的极大浪费，而且对环境造成破坏，也影响了交通安全、社会生产和人民的生活，已经成为一个严重的社会问题［3－5］。因此，如何做好农作物秸秆的就地转化成为一个急需解决的农业问题，在新的生产条件和农村发展条件下，积极探索与中国耕作制度相适应的秸秆利用新途径，对土壤的可持续利用和农业的可持续发展具有重要意义。我们根据江淮地区中部的气候、土壤和农业特点，研究秸秆的腐解变化情况，监测水稻秸秆还田对培肥土壤和作物增产的效果，以便为更好地调控水稻秸秆还田腐解速度，推进水稻秸秆循环利用，改善农田土壤质量提供参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

本试验从2010年10月至2011年6月在安徽农业大学农翠园试验场进行。试验点气候为北亚热带季风气候，多年平均降水量998 mm，多集中在6—8月，年平均气温15.7℃，地形为波状平原，地带性土壤为黄褐土。供试土壤的初始性状为：土壤容重 1.42 g/cm3，有机质 17.05 g/kg，全氮 1.22 g/kg，碱解氮99.19 mg/kg，全磷 0.39 g/kg，有效磷 7.50 mg/kg，全钾 16.45 g/kg，速效钾 92.05 mg/kg，pH 值 6.35。

1.2 试验设置

秸秆腐解试验设置：田间小区种植油菜，将水稻秸秆粉碎成长度为1 cm的小段装入尼龙网袋中，再埋入耕作田和免耕田中10 cm深的土中，其中埋入免耕田时，要保持上部10 cm土壤原先的紧实度。装入尼龙网袋中的秸秆量为31.0 g，主要根据尼龙网袋大小(20 cm×30 cm)，按照田间水稻秸秆产生总量的一半量还田为依据计算而成。设置3次重复。

秸秆还田培肥土壤试验设置：分别设置5个处理，即耕作后水稻秸秆还田10 cm深(耕作还田10 cm)、耕作后水稻秸秆表层覆盖(耕作表层覆盖)、耕作后无水稻秸秆还田(耕作对照)、免耕水稻秸秆表层覆盖(免耕表层覆盖)、免耕无水稻秸秆还田(免耕对照)。耕作指在种植油菜时进行常规耕作，免耕指在水稻收获后到油菜种植时一直不耕作。每个处理面积10 m2，秸秆还田量为516.8 g(相当于半量还田)，按照常规施肥量和常规管理方式进行管理，用于测定秸秆还田对土壤性质和油菜产量的影响。各处理设置3次重复。

1.3 试验样品采集与测定

样品采集：在水稻秸秆还田后 30、60、90、120、150、180 d 分别采集秸秆样品，烘干称秸秆的质量。在试验前后分别采集田间土壤样品，测定土壤的基本性质。油菜成熟时收获油菜，测定各处理的油菜产量。

分析方法：土壤容重采用环刀法，pH值采用玻璃电极法，有机质采用元素分析仪;其他项目采用常规的经典分析方法［6］：水分含量采用烘箱法，全氮采用半微量开氏法，全磷采用氢氧化钠碱熔－钼锑抗比色法，全钾采用氢氧化钠熔融－火焰光度法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用NaHCO3浸提－钼锑抗比色法，速效钾采用NH4OAc浸提－火焰光度法。

1.4 试验计算

水稻还田量的确定：根据水稻籽粒产量平均每公顷9 750 kg，水稻秸秆质量与水稻籽粒质量比为1.06∶1，计算获得水稻秸秆还田量。全量还田为每公顷秸秆还田10 335 kg，半量还田为每公顷 5 167.5 kg。

秸秆腐解率和秸秆腐解速率的确定：秸秆腐解率和秸秆腐解速率的计算公式分别为

上二式中：S为秸秆腐解率，%;A为阶段初始的秸秆质量，g;B为阶段末的秸秆质量，g;V为秸秆腐解速率，mg/(g·d);T为腐解时间，d。

2 试验结果与分析

2.1 耕作方式对水稻秸秆还田腐解的影响

2.1.1 耕作方式对水稻秸秆还田腐解率的影响

图1显示，随着时间的推移，耕作或免耕土壤中秸秆累积腐解率均呈增加趋势，累积腐解率在前期增加得快，后期增加得缓慢。这说明秸秆腐解总体表现出前期快、后期慢的特点，其中前30 d腐解率达到20%左右，经过90 d腐解后，秸秆腐解率超过40%，150 d以后秸秆的腐解率增长趋缓。就耕作和免耕条件下水稻秸秆腐解率的差异来看，水稻秸秆埋入耕作后的土壤中腐解率要高于埋入免耕土壤中的腐解率，这说明耕作土壤通气性好于免耕土壤，土壤中有更多的氧气促进微生物活动，因此加快了秸秆腐解。从第30 d开始，耕作土壤中秸秆的腐解率20.16%就高于免耕土壤中的19.52%;到180 d时，耕作土壤中秸秆的腐解率上升到59.03%，高于免耕土壤54.52%的程度更明显。

图1 水稻秸秆还田腐解率变化过程

2.1.2 耕作方式对水稻秸秆还田腐解速率的影响

图2显示，早期水稻秸秆的腐解速率大，晚期腐解速率小。一般还田后的第1个月腐解最快，腐解速率都在6.5 mg/(g·d)以上，第2 个月腐解速率在6.0 mg/(g·d)以上，第3、4、5 个月平均腐解速率在4.9～2.6 mg/(g·d)，到第6个月腐解速率一般降到2.5 mg/(g·d)以下，这符合秸秆进入土壤后，前期分解快、后期分解慢的腐解规律。从图2还可看出，秸秆还田后的相同时间段内，埋入耕作土壤中的水稻秸秆腐解速率要高于埋入免耕土壤中的。其中，在还田后 30、60、90、120、150、180 d这6个时段内，耕作土壤中的秸秆腐解速率分别是6.7、6.3、4.9、3.7、3.4、2.4 mg/(g·d)，而免耕土壤中的秸秆腐解速率则分别是 6.5、6.0、4.1、3.2、2.6、2.0 mg/(g·d)，这也说明由于耕作土壤通气性好，更有利于秸秆腐解。

图2 水稻秸秆还田的腐解速率

2.2 水稻秸秆还田对土壤性质的影响

从表1可以看出，相对对照处理来说，秸秆还田处理的土壤容重减小，土壤有机质和氮、磷、钾含量均高于没有秸秆还田的土壤，并且氮、磷、钾全量的增加效果比有效态含量要稳定。这说明秸秆还田改善了土壤理化性状，培肥了土壤。

对比耕作与免耕后秸秆还田的结果可以看出，在耕作后实行秸秆还田，土壤的容重明显低于免耕土壤，土壤养分含量也要高于免耕土壤。这一方面是由于耕作土壤有利于提高土壤的通气性，促进了微生物的分解活动，有利于秸秆的腐解;另一方面是由于免耕土壤对秸秆分解养分的保持吸附作用仅限于表面土壤，而耕作土壤有较厚的上层土壤参与对养分的保持吸附。因此，对比较黏重的黄褐土来说，耕作后实行秸秆还田效果要好于免耕条件下的秸秆还田，耕作后秸秆埋入10 cm深还田要好于表层覆盖还田。

表1 水稻秸秆还田后土壤性质的变化

2.3 水稻秸秆还田对油菜作物的增产作用

在水稻秸秆还田的田间试验中，测定的油菜产量显示，进行水稻秸秆还田可以提高油菜的产量。其中，在耕作条件下，水稻秸秆埋入10 cm深、表层覆盖还田和对照(无秸秆还田)的油菜产量分别为2 751.30、2 653.05 和 2 367.45 kg/hm2，与对照比秸秆还田后增产分别达383.85和285.60 kg/hm2。在免耕条件下，水稻秸秆表层覆盖还田和对照(无秸秆还田)的油菜产量分别为2 581.35和2 140.95 kg/hm2，秸秆还田后增产幅度达440.40 kg/hm2。因此，应提倡秸秆还田，尤其是免耕区，更应提倡秸秆还田，其增产效果要好于耕作条件下的秸秆还田。实行秸秆还田，对于推进农村循环农业发展，促进农业的高产稳产具有重要的意义。

3 结论与讨论

水稻秸秆还田腐解速率总体上表现出早期快后期慢的特点，最后趋于平稳。一般来说，前3个月秸秆腐解量可达40%左右。从耕作方式看，水稻秸秆埋入耕作土壤中的腐解速率要高于埋入免耕土壤中。在耕作后实行秸秆还田，土壤的容重明显低于免耕土壤，土壤养分含量也要高于免耕土壤。水稻秸秆还田可以提高油菜作物的产量，增产幅度在285.60～440.40 kg/hm2之间，其中免耕秸秆还田的增产效果要好于耕作秸秆还田。

水稻秸秆在早期腐解速度快，后期腐解速度慢并逐渐趋于相对平稳，这与李逢雨［7］和刘世平［8］等的研究结果类似。这主要是因为在腐解前期，秸秆中的可溶性有机物如多糖、氨基酸、有机酸等以及无机养分较多，为微生物提供了大量的碳源(能源)和养分，使微生物数量增多，活性增强;而随着腐解的进行，秸秆中可溶性有机物逐渐减少，剩余部分主要为难分解的有机物质，导致微生物活性降低，秸秆的腐解也就随之变慢［9］。

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