不同秸秆翻埋还田对农田水养分的动态影响

贾 蕾 张清东

(西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010)



不同秸秆翻埋还田对农田水养分的动态影响

贾 蕾 张清东

(西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010)

秸秆还田 氮 磷

农作物秸秆是重要的有机肥源之一，秸秆作为有机肥的途径包括堆沤、垫圈、直接还田等[1]。秸秆还田具有简便、经济等优点，在国内外得到了广泛研究[2]。前人通过研究发现，秸秆还田对农业生态系统有利，秸秆中的大量碳素、氢、磷及纤维素、蛋白质等有机质作为有机肥不仅可以减少农用肥施用，而且实现了秸秆在农业生产中的循环利用，减少了化肥施用引起的二次污染。目前，对于秸秆还田研究大多集中在秸秆还田后对土壤养分流失的间接影响[3-4]、秸秆腐解过程中养分的释放特征及其对土壤肥力的影响[5-13]，而关于秸秆还田后对田间水溶液中N，P等养分变化[14-16]相关报道较少，针对不同秸秆还田后对稻田水养分影响差异研究则更少。为了探究不同秸秆还田后的差异度，本文通过模拟试验研究了小麦和油菜2种秸秆还田后对田间水N，P等的影响，以期为农业施肥及田间N，P养分管理控制提供部分依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验所用小麦和油菜秸秆均来自于西南科技大学农场收获后秸秆作物，风干后剪碎至5 cm左右。所用土壤均采于西南科技大学校内，剔除石块、根茎等后风干过筛混匀。

1.2 试验方法

模拟盆栽试验在绵阳市涪城区西南科技大学环境与资源学院一楼空地进行，阳光充沛。试验共设3个处理：常规对照(B)、油菜秸秆翻埋(R)、小麦秸秆翻埋(W)，每个处理3次重复。模拟系统于2014年5月30日建立，载体为：30 cm×20 cm×18 cm的透明塑料箱，箱体四周及底部密封，装入供试土壤，箱体和土壤共重8.0 kg。参照绵阳地区农田施肥水平，确定施肥量为750.0 kg/hm2，即每个箱体分别加入美丰牌尿素(总N≥46.4%)和仙鱼牌过磷酸钙(有效P≥12.0%)4.5 g做底肥，R和W组按设计需要翻埋加入30.0 g对应秸秆，加蒸馏水至保持淹水5.0 cm。第二天进行秧苗移栽(选取长势均匀秧苗)，每个箱体栽2行，每行2穴，行距20.0 cm，穴距10.0 cm，每穴1株。定期对上覆水层深度观察，水的蒸发作用所导致的损失通过添加蒸馏水补充，确保系统质量一致性。

表1 实验组合表Table 1 Experimental combination

1.3 采样与分析

表2 水样各指标测定方法Table 2 Index determination of water samples

2 结果与分析

2.1 上覆水中TN的浓度变化

上覆水中TN浓度变化趋势见图1，B，R，W组均表现为淹水后持续下降，前21 d浓度下降比较快，21 d后逐渐减缓，培养28 d后各组TN浓度均降至5.00 mg/L附近较低水平，42 d后均维持在1.00 mg/L左右。

各组TN在初期均表现出较高水平，可能是由于施入的底肥溶解后养分进入表层水引起的。测得培养7 d后各组TN浓度分别为：B：30.00 mg/L，R：41.30 mg/L，W：34.25 mg/L，R和W组较B组分别高出37.7%和14.2%。分析R和W组较B组高有两方面原因：一是因为淹水条件下土壤微生物处于厌氧或缺氧状态，秸秆在土壤微生物作用下开始腐解，会直接释放一定的氮素进入淹水层，在蒸散作用下向上层水移动而使TN浓度偏高[18]；另一方面秸秆还田能明显提高土壤总水解氮含量，而土壤总水解氮即为上覆水TN的主要来源[19]。另外，等量的秸秆还田后，各处理组上覆水TN浓度始终表现为R最高，W次之，B最小，还田14 d后R组TN浓度仍高出W组20.7%左右，说明油菜秸秆还田后对稻田水TN影响高于小麦秸秆，而W和B差异度一直相对较小，也说明施肥相对于秸秆还田对TN影响更大，这和吴俊[20]等研究认为农田氮素输入多少是决定田面水中总氮浓度大小的主要因素相吻合。28 d后各组TN浓度均已很小，差异不再明显，除了水稻生长吸收利用、微生物自身需求利用外，微生物对秸秆的分解也主要在前30 d左右[12]，翻埋情况下对氮的释放率相对较低[10]。

由图2上覆水中TN浓度降解率发现，B，R，W各组TN浓度在前期均以较快的速率下降，尤其在淹水21 d内表现最为突出。以淹水7 d后初次测定的TN值作降解基值进行分析计算，各组在第14 d和21 d的TN浓度分别下降B：23.1%，R：23.1%，W：23.2%和B：74.6%，R：67.7%，W：68.3%。这说明随着植物生长营养需求及土壤吸附等因素的影响，氮素一直处于损耗状态[18]，21 d后各组TN浓度均已降低67.7%以上，说明在水稻生长初期的前14 d是防治秸秆还田TN污染的适宜时期，这与秸秆还田后7 d是控制表层水氮素流失的关键时期有一些差异[14]，这与试验设计的差异导致测定时间段不同有一定关系，但淹水条件下水稻生长初期仍是防治高浓度氮污染最佳时间[18]。

图1 上覆水中TN浓度变化Fig.1 The variation of TN in surface water

图2 上覆水中TN浓度降解率Fig.2 The degradation rate of TN in surface water

图3 上覆水中浓度变化Fig.3 The variation of in surface water

图4 上覆水中浓度降解率Fig.4 The degradation rate of in surface water

2.3 上覆水中TP的浓度变化

上覆水中TP的浓度变化趋势见图5，B,W,R组TP浓度均表现为持续下降，前21 d下降比较快。各组TP在初期均表现出较高水平，和施入的底肥进入表层水引起较高的初始值有一定关系。培养7 d后各组TP浓度分别为：B：0.40 mg/L,R：0.55 mg/L,W：0.63 mg/L，R和W组较B组分别高出37.5%和57.5%，主要是因为秸秆在微生物作用下开始腐解释放腐殖酸到水中，降低了土壤pH，使土壤中部分磷酸盐溶解导致TP浓度增加，后期由于土壤pH回升，部分磷又被土壤吸附，加之植物生长吸收作用，TP浓度呈现降低趋势[18]，同时也说明在淹水翻埋还田中，秸秆还田对TP浓度影响比较大，这种影响比对TN的影响更明显[8]。另外，等量的秸秆还田后，各处理组上覆水TP浓度表现为W组始终比R组高，还田28 d内TP浓度高出R组14.5%～40.0%，说明小麦秸秆还田后对稻田水TP影响高于油菜秸秆。

由图6上覆水中TP浓度降解率可以看出，TP浓度降解主要发生在前21 d，培养14 d和21 d时较第7 d测定浓度分别下降B：32.5%,R：45.5%,W：39.7%和B：57.5%,R：63.6%,W：55.6%，说明秸秆还田后对田间水TP的污染防治主要在水稻生长的前21 d，这与杨志敏[18]等人的研究结果相一致。

图5 上覆水中TP浓度变化Fig.5 The variation of TP in surface water

图6 上覆水中TP浓度降解率Fig.6 The degradation rate of TP in surface water

3 结论

[1] 庄恒扬，曹卫星，陆建飞．还田秸秆分解与氮素释放的动态模拟[J]．生态学报，2002，22(8)：1358-1361．

[2] TIANZHI R，STEFANO G．Soil bio-indicators in sustainable agriculture[J]．Sci Agric Sin，2000，33(1)：68-75．

[3] 徐泰平，朱波，汪涛，等．秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响[J]．水土保持学报，2006，20(1)：30-36．

[4] 王静，郭熙盛，王允青．自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响[J]．中国生态农业学报，2010，18(3)：492-495．

[5] MA L W，AHUJA L R，SHAFFER M J，et al．Decomposition of surface crop residues in long-term studies of dryland agroecosystems[J]．Agronomy Journal，1999，91(3)：401-409．

[6] 庄恒扬，曹卫星，陆建飞．还田秸秆分解与氮素释放的动态模拟[J]．生态学报，2002，22(8)：1358-1361．

[7] 温明霞，林德枝，易时来，等．秸秆在土壤中的养分释放动态研究[J]．西南农业学报，2004,(S1)：276-278．

[8] 陈尚洪，朱钟麟，吴婕，等．紫色土丘陵区秸秆还田的腐解特征及对土壤肥力的影响[J]．水土保持学报，2006，20(6)：141-144．

[9] WANG X B，CAI D X，HOOGMOED W B，et al．Crop residue，manure and fertilizer in dryland maize under reduced tillage in northern China：I grain yields and nutrient use efficiencies[J]．Nutrient Cycling in Agroecosystems，2007，79(1)：1-16．

[10] 李逢雨，孙锡发，冯文强,等．麦秆油菜秆还田腐解速率及养分释放规律研究[J]．植物营养与肥料学报，2009，15(2)：374-378．

[11] 王允青，郭熙盛．不同还田方式作物秸秆腐解特征研究[J]．中国农业生态学报，2008，16(3)：607-610．

[12] 戴志刚，鲁剑巍，李小坤,等．不同作物还田秸秆的养分释放特征试验[J]．农业工程学报，2010，26(6)：272-276．

[13] 南雄雄，田霄鸿，张琳,等．小麦和玉米秸秆腐解特点及对土壤中碳氮含量的影响[J]．植物营养与肥料学报，2010，16(3)：626-633．

[14] 李凤博，牛永志，刘金根,等．秸秆填埋对水稻土表层水三氮动态的影响[J]．农业环境科学学报，2009，28(3)：513-517．[15] 汪军，王德建，张刚．秸秆还田下氮肥用量对稻田养分淋洗的影响[J]．中国生态农业学报，2010，18(2)：316-321．

[16] CHESHIRE M V，BEDROCK C N，WILLIAMS B L，et al．Effect of climate and soil type on the immobilization of nitrogen by decomposing straw in northern and southern Europe[J]．Biology and Fertility of Soils，1998，28(3)：306-312．

[17] 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. 125-135．

[18] 杨志敏，陈玉成，张赟,等．淹水条件下秸秆还田的面源污染物释放特征[J]．生态学报，2012，32(6)：1854-1860．

[19] 杨志谦，王维敏．秸秆还田后碳氮在土壤中的积累与释放[J]．土壤肥料，1991, (5)：43-46．

[20] 吴俊，樊剑波，何园球，等．苕溪流域不同施肥条件下稻田田面水氮磷动态特征及产量研究[J]．土壤，2013，45(2)：207-213．

[21] 田玉华，贺发云，尹斌，等．不同氮磷配合下稻田田面水的氮磷动态变化研究[J]．土壤，2006，38(6)：727-733．

Dynamic Effects of Digging in Different Straws to the Farmland’s Water Nutrients

JIA Lei, ZHANG Qing-dong

(SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China)

Straw digging in; Nitrogen; Phosphorus

2014-08-11

贾 蕾(1990—)，女，硕士研究生，研究方向为水生态修复技术。E-mail:595298366@qq.com.通讯作者：张清东，教授，E-mail:zqdonger@126.com

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1671-8755(2015)01-0050-04