秸秆还田、有机肥以及化学氮肥对稻田耕地质量和水稻产量的影响

缪辰　许爱霞　于倩倩　宋亚

[摘 要] 为解决秸秆还田和有机肥在稻田施用效果的问题，于2013年在姜堰双徐农场开展秸秆还田、施用有机肥以及氮肥与以上配施对耕地地力和稻田生态系统活力影响的研究，结果表明：稻田生态系统需要大量的氮肥投入，所以氮肥+秸秆+有机肥处理的水稻产量最高，其配合施用显著提高每亩穗数和穗粒数，产量达656.3 kg/亩，相对纯化学肥料增产显著。秸秆还田+有机肥+无机氮肥配施对土壤养分的提高效果比单施秸秆更为明显，其中收获期土壤碱解氮、有效磷、速效钾相对单施化肥处理分别提高31.3%、27.2%和10.3%。秸秆还田以及有机肥的投入为土壤提供了大量的碳源和腐殖质，不同程度的影响土壤细菌、放线菌和真菌的数量，其与化学氮肥的配合施用显著提高细菌数量，为土壤有机质的分解和矿化提供能量和动力，提高了养分循环利用效率。

[关键词] 秸秆还田 耕地地力 土壤养分 有机肥 微生物

[中图分类号] S14 [文献标识码] B [文章编号] 1003-1650 （2015）11-0167-03

近年来，秸秆产量随着粮食等农作物产量的不断提高而增加，传统的秸秆利用方式逐渐被弱化和淘汰，大量剩余秸秆的处理成为农业生产环境中凸显的问题[1]，一些农民采取了最简单的处理方式—焚烧或随意堆弃，不仅浪费了宝贵的养分资源，而且造成了大气污染、火灾和引发交通事故等社会、经济和生态问题[2，3]。随着国家和政府对秸秆资源利用现状的关注，秸秆还田也逐渐被农民所接受，但秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，C/N一般为60～80左右，使秸秆在土壤中难以被微生物分解[3-5]。因此秸秆还田要配施一定比例的化学氮肥以调解土壤C/N比，加速秸秆分解、腐熟过程，以保证土壤全期的肥力[6]。另一方面，随着人们对畜禽肉产量需求的增大，畜禽粪便的处理也成为一个难题，为有效利用这些粪便资源，将其转为有机肥料是个很好的选择，但是农民对于有机肥的施用方法和用量缺乏一定的技术指导，有盲目使用的情况[3，5]。现有文献对水稻生态系统施用有机肥、有机肥与秸秆配合施用等情况对环境因子的影响方面的研究少之又少，本文通过研究秸秆还田以及有机肥与化肥配施对耕地质量和当地水稻产量的影响，旨在提出相对合理得施用方法和用量，对推广当地农作物秸秆还田提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2013年5月-10月在姜堰双徐农场开展大田试验，土质为中粘壤土，地力中等、平衡，前茬为小麦。试验设秸秆还田、有机肥和氮肥3因素，根据可行的配比和用量共设置了6个处理（如表1）。试验考虑充分利用秸秆资源，故依当地小麦亩产400Kg，并考虑根茎残茬而折算秸秆还田量设定为400Kg/亩；化学氮肥用量按当地水稻高产需求以19 N Kg/亩设计。小区面积40m2试验，小区间土埂塑膜包裹，单灌单排，4次重复，随机排列。还田的麦秸经切碎3-5cm段后于7cm左右深埋。氮肥为尿素，其中基蘖肥：蘖肥：穗肥比为4：3：3，基肥在耕翻施用，蘖肥在移栽后7天施用，穗肥在倒4、倒3叶各施一半。有机肥为江苏滋龙生物科技有限公司生产的“滋龙”牌有机肥（总养分≥6%，有机质≥40%），全部基施。磷、钾肥统一基施，施用量为过磷酸钙40Kg/亩（含P2O512%）、氯化钾10Kg（含K2O 60%）。水稻于5月7日育苗，6月20日移栽，移栽叶龄期为7叶期，栽插行株距27×15cm。除草除虫等措施视农情而定，水稻品种为淮稻5号。

1.2 测定项目

于成熟期前10天普查小区穗数，每个小区普查100穴，折算成亩穗数。然后按照平均茎蘖数取有代表性的水稻10穴，考察穗粒结构，并计算理论产量。成熟期每小区收获100穴正常植株，单独脱粒、晒干，计算实产。采用稀释平板法测定测定成熟期土壤的微生物（包括细菌、放线菌、真菌）的量[7]。在水稻生长的五个时期（分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期）用五点取样法取土样，取样深度为20cm，放置冰箱保存。测定五个时期土样的碱解氮、有效磷和速效钾。

2 结果与分析

2.1 不同处理对产量及其结构因素的影响

秸秆还田及有机肥配施对水稻有一定的增产效果。从表1结果看，N+ST+OM显著增加水稻产量，最高达656.3 kg/亩，相对CK增产72.9%。相对N处理的603.5 kg/亩增产8.7%。而化肥和秸秆配施（N+ST）相对单施化肥（N）产量也有增加，但是不显著，而且增幅没有N+ST+OM大。从产量结构来看，氮肥与秸秆或有机肥配施处理的亩穗数最高，最高的为三者配施24.7万穗/亩，单秸秆还田或有机肥因为氮投入量相对较小，影响水稻分蘖。CK，ST以及OM三个处理因为分蘖少，故其具有空间优势，结实率以及千粒重都要显著高于其他三处理。

2.2 不同处理对土壤速效养分的影响

对土壤碱解氮的影响结果表明（表2），同一生长时期测定结果的碱解氮含量均随着实际供氮量的增加而增加，即总体表现为CK

由表3可以看出，随着时间的推移，各处理土壤有效磷含量均呈下降的趋势，无论秸秆还田还是无机氮肥均可增加土壤有效磷的含量，各处理在各个生育期的有效磷含量均高于空白，并呈显著差异。但是OM处理的有效磷含量基本没有显著增加，可能肥料本身的磷含量就较少的原因。不同生长时期有效磷含量最高的均为N+ST+OM处理，分蘖期时达到21.3mg/kg，其相对纯N处理高37.4%，到了成熟期，N+ST+OM处理的有效磷仍然有1.4 mg/kg，相对纯N处理（其与CK值相同，均最低）高27.2%，差异极其显著。但是其他施肥处理之间的数值虽然有一定的变动但是并没有显著的差异。

由表4可以看出，各处理土壤速效钾含量均随着时间推移而下降。总体而言不施肥的CK处理速效钾含量最低，ST和OM因为秸秆和有机肥本身带有大量的钾元素，其在水稻生长初期迅速释放出来供作物吸收利用。由成熟期速效钾的数据可以看出，ST处理速效钾含量比CK增加196.8%，增施无机氮肥可增加土壤速效钾的含量（N+ST、N+ST+OM），各处理在各个生育期的速效钾含量均高于空白，但无机氮肥和秸秆的叠加的协同增加土壤速效钾的作用却不明显，从成熟期来看，对于土壤速效钾提高的大小顺序为N+ST+OM>OM>N处理，各处理间差异均达显著水平，可见秸秆还田配施有机肥和无机肥更有利于土壤速效钾含量的积累。

2.3 不同处理对土壤微生物的影响

秸秆还田和有机肥的投入显著增加水稻根际和非根际土壤中细菌数量，两者与氮肥配施效果更显著。而从不同部位土壤的细菌数量看，根际土的细菌数量增幅更大。细菌数量最大的处理为N+ST+OM，其根际土和非根际土的微生物数量相对CK分别增加209%和135%。从不同处理对土壤真菌数量的影响看，ST处理可以增减真菌数量，而OM处理似乎有降低真菌数量的作用，有秸秆的处理均表现为非根际土壤大于根际土壤，无秸秆的处理则为根际土大于非根际土。放线菌的变化趋势与细菌相思，均表现为秸秆和有机肥投入后放线菌数量显著增加，不过在低肥料投入时根际土的数量高，高肥料量时非根际土的数量大。

3 讨论

作物秸秆作为一种重要的有机肥，含有大量的碳、氮、磷、钾等营养元素，秸秆还田后，经过腐解会增加土壤养分含量，供作物生长需要，对作物生长发育有促进作用。在本试验的施肥水平下从本文的研究结果看，秸秆还田与有机肥和化学氮肥配施可以提高水稻的产量，但是单独的秸秆还田或者单独施用有机肥对于产量的提高没有显著效果，相对高产措施的化学氮肥施用显著减产，主要原因是秸秆全量还田以及有机肥单独施用的处理，其提供的氮量相对太少，不利于水稻前期生长，尤其是导致水稻分蘖数的显著降低，最终导致减产。所以无论是秸秆还田，还是有机肥施用，在提供充足量的同时，都要与无机化学氮肥配合施用效果才好。这与目前的研究结果基本一致，马宗国等认为秸秆还田表现为前期抑制水稻生长，中后期促进水稻生长，可能是由于秸秆还田后，麦秸经水泡发酵，分解产生一些对水稻生长不利的物质，如各种有机酸和CO2，初期会抑制水稻幼苗生长，但是由于夏季温度较高，秸秆很快会被腐解向土壤释放养分，在水稻生育后期土壤碱解氮含量得到显著提高，从而提供水稻营养生长和生殖生长所需营养物质。

经过一季秸秆还田后，不同处理土壤主要的养分含量均大于对照不还田，尤其对土壤速效氮和速效钾含量提高作用最显著，单施秸秆和有机肥的处理分蘖期土壤碱解氮的含量少，但是到了拔节期碱解氮略有升高，可能就是前期有机质等资源释放速度慢的原因。另一方面又因为小麦秸秆C/N较高，还田初期为了满足微生物对氮素的需求，微生物和植株会竞争氮素养分，导致土壤C/N 失衡。秸秆翻耕速效钾在水稻生长前期含量相当高，但随着时间的推移，一直处于快速下降状态。主要还是因为秸秆中的钾释放速度很快，容易被植物吸收利用。

周文新等研究了不同秸秆还田量对土壤微生物群落功能多样性的影响，发现秸秆还田增加了土壤细菌数量。陈冬林等研究发现了秸秆还田量对土壤微生物活度的影响在不同耕作方式下表现不同，耕翻条件下土壤微生物活度高，而少免耕条件下相对较弱。这些研究结果都说明土壤微生物数量和活性受到了秸秆还田量等因素的影响，本试验也证明了这一点，秸秆和有机肥均显著增加了土壤的细菌数量。但是对于根际和非根际的微生物数量的影响又有不同的趋势，可能与根系分泌物的种类以及根系微环境等有关。

近年来，农作物秸秆已成为农村面源污染的新源头。大量的作物秸秆在田间焚烧，造成严重的大气污染等问题。究其原因还是缺乏完善的秸秆还田技术。在数量把握不当或翻压质量不好的情况下，秸秆还田反而会表现出不利影响。故此，解决秸秆适宜还田量、秸秆与无机化肥的配比以及高效的秸秆还田方式至关重要。本文研究结果为当地适宜小麦秸秆还田量的确定提供了一定的理论指导，同时也为提高土壤地力水平和改善环境提供对应的数据支持。本研究仅仅是一年的大田研究结果，数据说服力略显单薄，但是随着处理年限的增加（即长期秸秆全量还田），其对水稻产量以及耕地地力水平的持续影响的数据对于建立优质、高效、生态的作物轮作体系具有重要意义。

参考文献

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作者简介：缪辰（1982-），男，江苏泰州姜堰区人，农艺师，从事土壤肥料新技术试验示范推广和生态农业工作。