连续多年秸秆还田对土壤理化性状的影响

刘宇庆 刘燕 杨晓东 陈静 李文西

摘  要：为研究传统耕作方式下连续秸秆全量还田对土壤理化性状的影响，通过对8年田间定位试验的大田土壤研究常规施肥和秸秆全量还田2种处理对土壤密度、孔隙度和土壤有机质、有效磷、速效钾的影响。结果表明，秸秆全量还田不仅能改善土壤物理性状，还能显著提高土壤的养分状况，相比对照土壤有机质、有效磷、速效钾分别提高了6.7 g/kg、2.6 mg/kg、33.1 mg/kg，对耕地质量管理和提升具有积极意义。

关键词：秸秆还田;土壤;理化性状

中图分类号：S158.5    文献标志码：A    论文编号：2014-0491

Effect of Continuous Straw Returning on Physical and Chemical Properties in Soil

Liu Yuqing1， Liu Yan1， Yang Xiaodong1， Chen Jing1，Li Wenxi2

（1Institute of Hanjiang Soil and Fertilizer， Yangzhou 225009， Jiangsu， China;

2Yangzhou Soil and Fertilizer Extension Service Station， Yangzhou 225101， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the effect on continuous total straws returning to field on soil physical and chemical properties under conventional tillage， the long-term located trials with eight years were conducted to study effect of two measures with conventional fertilization and total straws returning to field on soil bulk density， porosity and soil organic matter， extractable phosphorus， available potassium in soil. The results showed that the total straws returning to field could improve physical properties in soil， and also increase the contents of nutrients in soil significantly. Compared to the control， the content of soil organic matter， extractable phosphorus， available potassium increased by 6.7 g/kg， 2.6 mg/kg and 33.1 mg/kg， respectively， and it was a positive meaning for management and improvement of the farmland quality.

Key words： Straw Returning; Soil; Physical and Chemical Properties

0  引言

良好的土壤養分状况是保证优质高产作物生产至关重要的物质条件之一。由于自然因素和人为因素的影响，农田土壤养分含量常具有明显的时空变化特点，这种时空变化特征会影响作物产量水平[1]。作为农作物生产的废弃物，秸秆还田循环是提高土壤有机质的一种有效途径和不可或缺的保护性耕作措施，是一种有效保护土壤的农业管理方式[2]。近年来关于秸秆还田在农业生产中的作用已有较多报道，秸秆还田可以培肥地力，改善土壤结构和理化性质，提高土壤保水保肥能力，优化农田生态环境[3-4]。但也有试验结果表明在实际生产中秸秆在不能有效分解的情况下，会降低秸秆培肥改土作用，降低作物产量[5-6]。因此，本试验通过连续秸秆还田研究秸秆对土壤理化性状的变化的影响，旨在为秸秆还田技术的推广应用提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  试验时间与地点

扬州市邗江区地处江淮平原南端，位于东经119°43′—119°16′，北纬32°13′—32°40′，区内西北部属于镇扬丘陵地区，东南部为长江冲积平原，总面积757 km2，耕地面积3.1万hm2。区内土壤分为黄棕壤、潮土、水稻土、沼泽土4大土类，其中水稻土为主要的土类。年均降水量1063 mm，年平均温度约15℃，年均日照时间2172.3 h，年无霜天数223天，耕作方式为稻麦轮作。

试验点位于邗江区的秸秆还田长期定位监测点。2006年6月—2013年6月在稻麦轮作种植制度下进行连续定位试验8年，研究16茬作物秸秆还田对作物产量和土壤理化性状的影响，试验田块全部为水稻土。

1.2  试验方法

试验设2个处理：（1）常规施肥（NPK无秸秆还田）;（2）常规施肥+秸秆腐熟剂+秸秆还田（NPK+R）。每个试验设3个重复，试验区面积不小于30 m2，处理随机排列，还田量基本相同且加入秸秆腐熟剂（30 kg/hm2）以加速秸秆腐烂。2个处理间化肥用量相同，其他管理措施按当地高产栽培方式进行。

在每个小区内沿“S”形路线随机选取10～15个点，采集0～20 cm土样后充分混匀，制成混合样品。样品经风干后，分别过1 mm和0.25 mm孔筛备用。土壤理化性状分析采用常规方法[7]：土壤含水率采用105℃烘干法，土壤密度和孔隙度采用环刀法，有机质含量采用重铬酸钾法，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法。

2  结果与分析

2.1  秸秆还田对土壤密度和孔隙度的影响

土壤密度是衡量土壤环境好坏的重要指标之一，它直接影响着土壤水肥供应、通气状况及作物根系穿透阻力等因素。在土壤密度增大的情况下，土壤水分和气体含量降低，机械阻力增加，延缓作物根系生长，对N、P等营养元素的吸收相应减少，进而影响作物产量[8]。由表1可以看出，定位试验刚开始的2006年，2个处理间的土壤密度只相差0.01 g/cm3，经过8年的秸秆还田试验后，秸秆全量还田区较未秸秆还田区的土壤密度低0.14 g/kg。8年未秸秆还田的土壤密度从1.22 g/cm3增加到1.32 g/cm3，而经过8年秸秆全量还田的土壤密度却从1.21 g/cm3降低至1.18 g/cm3。这与刘义国等[9]、张静等[10]的研究结果一致。

表1结果表明，经过8年秸秆全量还田的土壤孔隙度由45.61%增加到50.12%，未秸秆还田的土壤孔隙度由45.35%降低到42.75%，秸秆全量还田较未还田区的土壤孔隙度高7.37%。这是由于秸秆还田后减少了雨滴对土壤的部分直接撞击，减少了土壤中细小颗粒充填空隙，从一定程度上增加了土壤孔隙度，减少了土壤板结，保护了土壤结构。

2.2  秸秆还田对土壤养分含量的影响

2.2.1  秸秆还田对土壤有机质含量的影响  试验结果显示，连续8年秸秆全量还田后土壤有机质含量提高至29.3 g/kg，有机质含量平均年提高0.39 g/kg，连续8年秸秆未还田处理的土壤有机质含量下降至22.6 g/kg。在试验第1年秸秆全量还田和秸秆未还田的土壤有机质含量分别为26.2 g/kg和25.4 g/kg，而经过连续8年秸秆还田后其土壤有机质含量较未还田处理的土壤有机质含量高6.7 g/kg（表2）。在秸秆全量还田处理中，连续第4年后秸秆还田对土壤有机质含量的提升趋势逐渐放缓，这还有待进一步扩大试验范围进行验证。结果表明，秸秆还田作为一种保护性耕作措施，对提高土壤有机质含量具有明显的改善作用。

2.2.2  秸秆还田对土壤有效磷含量的影响  连续8年秸秆全量还田和秸秆未还田的土壤有效磷含量如表2所示。经过连续8年的秸秆全量还田后土壤有效磷含量提高至15.5 mg/kg，而连续8年秸秆未还田的土壤有效磷含量为12.9 mg/kg，秸秆全量还田处理较未还田处理高出2.6 mg/kg。这与前人[11-13]的研究结果基本一致。连续8年秸秆全量还田后，速效磷的大幅度提高可能是秸秆本身提供磷素，也可能是秸秆还田对土壤中的磷有一定的活化作用。这可能是由于秸秆还田提高土壤微生物和土壤酶的活性，以及秸秆分解产生的CO2和有机酸等有利于磷钾释放的结果。连续8年秸秆未还田的土壤有效磷含量的趋势一直是稳中有升，这可能是因为目前农民习惯使用高浓度的复合肥中磷素过高的原因所致。

2.2.3  秸秆还田对土壤速效钾含量的影响  由表2可以看出，连续8年秸秆全量还田后土壤速效钾含量升至124.9 mg/kg，连续8年秸秆未还田的土壤速效钾含量为91.8 mg/kg，经过8年后两处理间相差33.1 mg/kg。秸秆还田不仅能改善土壤环境，其释放的养分还可以供作物吸收利用从而增加产量，尤其是钾素含量大、释放快，容易被作物吸收利用[14]。也有研究指出，秸秆钾素往往是一次性投入，容易受到淋洗、径流、下渗等环境因素的影响，损失量可能较大[15]。本研究结果表明，秸秆全量还田在提高土壤速效钾含量的效果比较显著，鉴于当前中国钾肥供应紧张的局势，而在高复种生产制度下农田钾素常处于亏缺状态，秸秆全量还田补充钾素不失为一种重要的钾肥替代资源。钟杭等[16]研究认为秸秆连续全量还田后，全量减钾与全量还田处理的稻麦产量无显著差异，提出生产上麦稻秸秆全量还田情况下可减少钾肥用量的1/2。李继福等[17]研究结果显示，秸秆还田可不同程度地增加水稻产量和地上部钾素累积量，可明显提高中、低钾土壤的钾肥吸收利用率，认为在短期秸秆还田条件下，高钾和中钾土壤田块中实施秸秆全量还田钾素可不同程度地替代部分化学钾肥施用。

3  结论与讨论

连续秸秆全量还田可降低土壤密度和提高土壤孔隙度，有效改善土壤物理性状，减少土壤板结，保护土壤结构。相比秸秆未还田的土壤有机质、有效磷分别提高了6.7 g/kg和2.6 mg/kg，尤其速效钾增加了33.1 mg/kg，说明秸秆全量还田对土壤速效养分的改善程度明显强于秸秆未還田处理，能够提升耕地质量。

刘义国等[9]的研究结果表明，秸秆还田能增加土壤湿度，能使土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷含量增加，随覆盖还田量的增加其增加幅度加大，秸秆覆盖使土壤容重降低，孔隙度加大，更好地保护了土壤的物理结构。杨帆等[18]研究发现，研究区秸秆还田的土壤肥力综合指数均高于秸秆未还田的田块，秸秆还田的土壤肥力综合指数平均值较秸秆未还田提高了6.8%，秸秆还田试验点的作物产量较秸秆未还田试验点的作物产量平均提高4.4%。本研究发现，秸秆还田1年期的土壤孔隙度提高了1.6%，连续秸秆还田的土壤孔隙度年均增加量均低于1.6%。在连续秸秆还田第5年后，秸秆还田与秸秆未还田的试验点之间的土壤孔隙度扩大至7.58%。这可能是由于秸秆还田后表层土壤含水量增加，使得土壤板结降低，更好地保护了土壤的物理结构。同时在本研究中连续8年秸秆全量还田后，土壤有机质和速效钾分别提高了3.1 g/kg和19.2 mg/kg，秸秆未还田试验点的土壤有机质和速效钾分别降低了2.8 g/kg和9.7 mg/kg，说明秸秆还田对土壤有机质和速效钾含量的增加有重要作用，而秸秆未还田试验点的土壤有机质含量下降可能是由于耕地土壤的地上作物被认为移除后，长期缺少有机物的补充和耕作的影响，土壤有机质矿化速度加快，土壤中易于分解有机质被不断氧化，最终导致土壤有机质含量下降。这与许多学者的研究结果一致[19-22]。因此，秸秆全量还田对缓解中国氮、磷、钾比例失调的矛盾，弥补磷、钾肥力不足和肥力保育方面具有积极意义。

国内外一些施肥试验已经表明，秸秆还田或者有机无机肥料配施能提高土壤中有机质的含量，土壤中有机碳的固定和保护机制已成为土壤碳循环的研究热点[21，23]。然而，由于连续秸秆全量还田需要投入大量的人力物力，而且部分农民认为秸秆全量还田影响田间作业和下茬作物产量等固有观念，农民对秸秆全量还田的积极性并不高，目前仅在机械化程度较高的地方能够顺利实施。要实现大面积的秸秆还田，不仅需要科研人员积累更加丰富的数据，提高农民对秸秆还田的认可度，还需要制定相应的鼓励政策，提高农民对秸秆还田的积极性。此外，本研究仅是从土壤基础肥力的角度来探讨秸秆全量还田的效果，而未从秸秆还田量、秸秆还田方式、作物产量和秸秆还田对土壤微生物环境的影响以及秸秆还田如何与测土配方优化施肥技术相结合等方面进行全面的研究，具有一定的局限性，在今后的研究中，应将诸多的因素进行全面分析，得出更加综合的结论。

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