秸秆还田配施腐熟剂对低产黄泥田的改良作用

胡 诚, 陈云峰, 乔 艳, 刘东海, 张顺陶, 李双来*

(1湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉 430064; 2农业部潜江农业环境与耕地保育科学观测实验站, 武汉 430064;3湖北省荆门市农业局，湖北荆门 448000)



秸秆还田配施腐熟剂对低产黄泥田的改良作用

胡 诚1, 2, 陈云峰1, 2, 乔 艳1, 2, 刘东海1, 2, 张顺陶3, 李双来1, 2*

(1湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉 430064; 2农业部潜江农业环境与耕地保育科学观测实验站, 武汉 430064;3湖北省荆门市农业局，湖北荆门 448000)

低产黄泥田; 秸秆还田; 秸秆腐熟剂; 土壤肥力

黄泥田是由黄壤、 黄壤性土或黄泥土水耕而成，其成土母质为页岩，板岩风化物[1]。主要分布于安徽、 江苏、 浙江、 福建、 贵州及湖北等省，是当地的主要低产水稻田[2]。低产黄泥田是一种发育程度低的水稻土，其主要障碍因子是“粘、 瘦、 薄、 旱”，水耕熟化时间短，熟化度低，土壤粘重，抵御自然灾害的能力低。低产黄泥田土壤剖面没有分异或分异甚微，铁锰移动和沉积少，犁底层发育不好，潴育层未见发育，其理化特性与起源土壤相似，有机质含量低，磷、 钾缺乏，永久电荷少，离子交换量低，含水氧化胶体多，对磷固定强[1]。目前黄泥田上的作物产量一般都不高，水稻单产每亩只有300多公斤。秸秆还田是一种改良黄泥田的好方法，湖北省秸秆产量大，而且容易获得，但是传统的秸秆直接还田，腐解时间长，难于推广。因此，本文开展了秸秆还田、 同时施用秸秆腐熟剂的研究，为低产黄泥田改良提供技术上的支撑。

土壤团聚体是土壤结构的重要物质基础和肥力的重要载体，其组成和稳定性直接影响了土壤的许多物理、 化学、 生物学性质，进而影响农作物的生长。保持最适宜的土壤结构是土壤肥力演变的重要内容[3]。土壤腐殖物质是有机物料在微生物、 酶的作用下形成的特殊类型的高分子有机化合物的混合物[4]。它的形成与转化对土壤肥力、 土壤固碳和环境解毒有重要意义。土壤中的腐殖物质大多是与矿物部分相结合，形成有机无机复合体而存在，由于结合的方式和松紧程度不一，可分为松结态、 稳结态和紧结态三种，它们在固碳和肥力特性上各不相同。不同结合形态腐殖质对土壤结构状况具有不同的影响，对土壤的肥沃状况也有很大的影响[5]。以前的秸秆还田试验主要集中在对土壤肥力与作物产量的影响方面[6]，秸秆还田对土壤团聚体结构、 腐殖质组成、 腐殖质结合形态的研究很少报道。本文开展了不同的秸秆还田方式对低产黄泥田作物产量、 土壤养分含量及土壤团聚体结构、 腐殖质组成、 腐殖质结合形态影响的研究。

1　材料与方法

1.1试验地点与土壤状况

1.2试验设计

试验设7个处理。1)对照，施用化肥N80kg/hm2，P2O590kg/hm2,K2O120kg/hm2; 氮肥基、 蘖、 穗肥比例为4 ∶3 ∶3，磷、钾肥全部基施; 2)麦秸，即在对照基础上施用干麦秸3000kg/hm2; 3)麦秸+腐熟剂，即在处理2)基础上施用秸秆腐熟剂30kg/hm2; 4)稻秸，在对照基础上施用干稻草3000kg/hm2; 5)稻秸+腐熟剂，即在处理4)基础上，加施秸杆腐熟剂30kg/hm2; 6)油菜秸，即在对照基础上施用干油菜秸3000kg/hm2; 7)油菜秸+腐熟剂，即在处理6)基础上，加施秸杆腐熟剂30kg/hm2。小区面积20m2，随机区组排列，四周设保护行，中间设排水沟，3次重复。

试验所用氮肥为尿素(N46%)，磷肥为过磷酸钙(P2O512%)，钾肥为氯化钾(K2O60%)。秸秆快腐剂主要由能强烈分解纤维素、 半纤维素、 木质素的枯草芽孢杆菌、 热带假丝酵母、 绿色木霉菌和米曲霉组成。有效活菌数为0.50亿/克，每公顷施用30kg。

2012年早稻: 3月26日育秧苗，4月25日整田同时施基肥，2012年4月26日移栽，5月2日施分蘖肥，6月8日施孕穗肥，7月16日收获。早稻品种为两优287。2012年晚稻: 6月25日育秧苗，7月19日整田，7月20日施基肥，7月21日移栽，7月27日施分蘖肥，8月22日施孕穗肥，10月31日收获。2012年7月29日、 8月11日、 8月26日施用农药3次，晚稻品种为T优250。早晚稻为同一田块原位试验。

2013年早稻: 4月24日施基肥，4月25日移栽，5月2日施分蘖肥，5月23日施孕穗肥，7月17日收获。早稻品种为两优287。2013年晚稻: 7月19日施基肥，7月20日移栽，7月26日施分蘖肥，8月20日施孕穗肥，10月22日收获。晚稻品种为湘丰优103。早晚稻为同一田块原位试验，2012年与2013年在不同的田块试验，田间管理相同。

1.3数据收集与测定方法

收获期测定早晚稻籽粒的产量，考种，取土样测定土壤的物理化学指标。水稻产量是每个小区20m2稻谷的实际产量，然后折算成每公顷的稻谷产量。土壤常规理化性质的测定参照鲍士旦等[7]的方法，土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定，土壤全氮采用半微量凯氏法测定，碱解氮用碱解扩算法测定，土壤有效磷采用0.5mol/LNaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用1mol/L的NH4Ac浸提—火焰光度法测定，土壤pH值用去CO2蒸馏水浸提—玻璃电极法测定，土壤容重采用环刀法测定，土壤团聚体结构与稳定性测定采用干/湿筛法[8]，腐殖质的提取与分组用腐殖质组成修改法，主要是参照Kumada方法、 但修改了提取温度和分组方法[4]，腐殖质结合形态采用傅积平改进法测定[9]。

2　结果与分析

2.1不同秸秆还田处理对稻谷产量的影响

无论是早稻还是晚稻所有添加了秸秆的处理都比单施化肥的对照稻谷产量高，最多增产1423.2kg/hm2，达到23.5%; 所有添加了秸秆腐熟剂的秸秆还田处理都比不添加秸秆腐熟剂的秸秆还田处理的稻谷产量高，最多增产653.8kg/hm2，达到9.6% (表1)。在2012年与2013年的早稻作物上，小麦秸秆、 稻草与油菜秸秆添加腐熟剂之后的作物产量显著高于单施化肥的对照(P<0.05)。与对照相比，油菜秸秆还田配施秸秆腐熟剂晚稻显著增产(P<0.05)。

表1　不同秸秆还田处理稻谷产量及增产率Table 1　Rice grain yields and yield increase rate in different treatments

注(Note): “+”meantheadditionofstrawdecomposinginoculants. 同列数值后不同字母表示处理之间差异显著(P<0.05)Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentamongtreatments(P<0.05).

2.2不同的秸秆还田处理对土壤理化性质的影响

试验结果表明，与单施化肥的对照相比，添加秸秆处理的土壤有机质、 全氮、 碱解氮、 有效磷、 速效钾含量与阳离子交换量都有所提高，容重有所下降，pH值变化不大。添加了秸秆腐熟剂处理的土壤有机质、 土壤全量养分与有效养分、 阳离子交换量普遍高于相应的单独秸秆还田处理，而土壤容重则略有下降(表2)。油菜秸秆+秸秆腐熟剂处理的土壤有机质、 全氮、 碱解氮、 有效磷与速效钾含量均显著高于单施化肥的对照处理，土壤容重显著下降 (P < 0.05)。

表2　不同秸秆还田处理的土壤理化性质Table 2　Physical-chemical properties in the soils from different treatments of returning straw

注(Note): “+”meantheadditionofstrawdecomposinginoculants; 同列数值后不同字母表示处理之间差异显著(P<0.05)Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentamongtreatments(P<0.05).

2.3不同秸秆还田处理对土壤团聚体结构与稳定性的影响

表3　不同秸秆还田处理不同大小土壤风干团聚体分布(%)Table 3　Percentages of different sizes of soil dry-aggregates in different treatments

注(Note): “+”meantheadditionofstrawdecomposinginoculants.

表4　不同处理不同粒级土壤水稳性团聚体分布(%)Table 4　Distributions of different size of soil water-stable aggregates under different treatments

注(Note): “+”meantheadditionofstrawdecomposinginoculants.

2.4不同秸秆还田处理对土壤腐殖质组成的影响

与单施化肥的对照相比，添加秸秆处理的土壤水溶性物质都有所增加，其中添加油菜秸秆的两个处理较对照显著增加; 添加秸秆处理的土壤胡敏酸、 富里酸、 可提取腐殖物质总量、 胡敏素含量增加，其中麦秸+秸杆腐熟剂、 油菜秸、 油菜秸+秸杆快腐剂处理胡敏酸、 胡敏素含量、 可提取腐殖物质总量较对照显著增加，富里酸含量各处理之间差异不显著(P>0.05)。添加秸杆腐熟剂之后，胡敏酸与富里酸比值较相应的单独秸秆还田处理要低一些(表5)。

2.5不同秸秆还田处理对土壤腐殖质结合形态的影响

与单施化肥的对照相比，添加秸秆的处理土壤松结合态腐殖质、 稳结合态腐殖质、 紧结合态腐殖质含量及结合态腐殖质总含量都有所增加，秸秆还田处理土壤松结合态腐殖质含量与结合态腐殖质总含量显著高于单施化肥的对照处理; 然而稳结合态、 紧结合态腐殖质含量各处理之间差异均不显著(P>0.05)。松、 稳、 紧结合态腐殖质中松结合态腐殖质含量最高，所有的处理都在60%以上，松结合态腐殖质所占百分数在所有的秸秆还田处理中都高于单施化肥的对照，稳结合态腐殖质所占百分数单施化肥的对照处理高于所有的秸秆还田处理，紧结合态腐殖质所占百分数单施化肥的对照处理高于其它的秸秆还田处理(麦秆还田处理除外)(表6)。

3　讨论

秸秆还田能够提高土壤肥力，增加作物的产量[6]。曾桂宁[10]报道稻草还田提高了土壤有机质、全氮、 有效磷、 速效钾含量，降低了土壤容重，本研究结果与之一致。研究还发现，秸秆还田后土壤阳离子交换量均有所提高，尤其是添加了秸秆快腐剂之后阳离子交换量增加更多，而阳离子交换量是评价土壤保水保肥能力和指导土壤改良的重要指标，一般阳离子交换量大，土壤保肥性能好，肥料流失量小，表现出良好的稳肥性[11-12]。添加了秸秆快腐剂之后加速了秸秆的腐解，增加了土壤有机质，降低了土壤容重，改善了土壤物理化学性质，促进了有效养分的释放，增加了土壤阳离子交换量，改良了土壤，因此，作物产量提高。本研究也发现小麦秸秆、 稻草与油菜秸秆添加快腐剂之后的作物产量增加。

表5　不同处理土壤腐殖质组成Table 5　Composition of soil humus in different treatments

注(Note): “+”meantheadditionofstrawdecomposinginoculants;WSS—Watersolublesubstances;HA—Humicacid;FA—Fulvicacid;HM—Humin;HE—Extractedhumicsubstances; 同列数值后不同字母表示处理之间差异显著(P<0.05)Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferences(P<0.05).

表6　不同处理不同结合形态土壤腐殖质含量和在总量中的比例Table 6　The contents and percentage of different fractions in the total soil humus in different treatments

注(Note): “+”meantheadditionofstrawdecomposinginoculants; 同列数值后不同字母表示处理之间差异显著(P<0.05)Differentlettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferences(P<0.05).

土壤腐殖质是土壤有机质的重要组成部分[5]，是有机物料在微生物、 酶的作用下形成的特殊类型的高分子有机化合物的混合物，对土壤肥力、 结构和性质具有调节作用，是土壤肥力的基础，其数量、 质量一定程度上反映了土壤形成过程和肥力水平[4]。土壤腐殖质由非腐殖物质和腐殖物质组成，非腐殖物质由水溶性物质与水浮性物质组成，腐殖物质由胡敏酸、 富里酸和胡敏素组成[19]。与单施化肥的对照相比，秸秆还田处理的土壤水溶性物质、 胡敏酸、 富里酸、 可提取腐殖物质总量、 胡敏素含量增加，说明秸秆还田有利于土壤腐殖物质的增加。万晓晓等[19]报道长期的秸秆还田增加了土壤胡敏酸与富里酸含量，于淑芳等[20]报道长期施用有机肥增加了棕壤、 潮土、 褐土腐殖酸与胡敏素含量。与此同时，长期施用有机肥有利于胡敏酸和胡敏素的积累，胡敏酸是腐殖质中对土壤肥力贡献最大的成分，其显著提高也说明了长期施有机肥能增加碱化草甸土土壤的吸附性能和保持养分和水分的能力，并能促进土壤结构体的形成，从而改良了盐渍土[21]。所有添加了秸秆快腐剂的处理比单独的秸秆还田处理的HA/FA值低，可能是微生物的添加使秸秆迅速分解，使其含有的类FA增加以及新形成的FA大量减少所致，窦森等[4]也观察到了类似的结果。

土壤腐殖质除少部分以游离态存在外，大部分与土壤介质结合，其结合形态可分为3种，即松结合态、 稳结合态和紧结合态腐殖质，3种结合态腐殖质质与量的组成与变化和土壤肥力关系密切[22]。与单施化肥的对照相比，添加秸秆处理的土壤松结合态腐殖质、 稳结合态腐殖质、 紧结合态腐殖质含量及结合态腐殖质总含量都有所增加。本研究中松结合态腐殖质比例最大，区惠平等[23]研究表明稻田耕层土壤腐殖质以游离松结态腐殖质为主，而华北平原小麦-玉米种植模式的旱地土壤紧结合态腐殖质比例最高[24]。松结态腐殖质主要影响到土壤养分的释放[25]，秸秆快腐剂的添加增加了土壤松结合态腐殖质含量。张鸿龄等[22]研究发现，长期施用有机肥土壤紧结合态腐殖质含量与结合态腐殖质总含量显著增加，相似于本文的研究。接晓辉等[26]报道施用有机肥的处理，土壤松结态、 稳结态、 紧结态腐殖质的含量都是随着施肥年份的增加而增加。秸秆还田土壤松、 紧结态腐殖质含量比值增加，李建明等[5]发现草本植物残体显著提高了这个比值。

4　结论

在早晚稻上秸秆还田配施秸秆腐熟剂增加了稻谷的产量，比单施化肥最多增产1423.2kg/hm2，增幅为23.5%; 添加秸秆腐熟剂比单独秸秆还田最多增产653.8kg/hm2，增幅为9.6%。

秸秆还田配施秸秆腐熟剂提高了土壤有机质、 全氮、 碱解氮、 有效磷、 速效钾含量及阳离子交换量，降低了土壤容重。秸秆还田提高了大于0.25mm风干团聚体、 水稳性大团聚体含量, 降低了小于0.25mm风干团聚体含量，秸秆还田处理减少了土壤团聚体破坏率。

秸秆还田处理显著提高了土壤松结合态腐殖质含量和结合态腐殖质总含量。秸秆还田配施秸秆腐熟剂可以进一步提高秸秆还田的效果，因此，化肥+油菜秸杆+秸杆腐熟剂处理是一种良好的低产黄泥田改良措施。

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Effectofreturningstrawaddedwithstraw-decomposinginoculantsonsoilmeliorationinlow-yieldingyellowclayeysoil

HUCheng1,2,CHENYun-feng1,2,QIAOYan1,2,LIUDong-hai1,2,ZHANGShun-tao3,LIShuang-lai1,2*

(1 Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China;2 Qianjiang Scientific Observing and Experimental Station of Agro-environment and Arable Land Conservation, Ministry of Agriculture, Wuhan 430064, China; 3 Agriculture Bureau of Jingmen City in Hubei Province, Jingmen 448000, China)

【Objectives】Theyellowclayeysoilisalessdevelopedpaddysoil.Afieldexperimentwascarriedouttoinvestigatethemeliorationeffectofreturningstrawaddedwithstraw-decomposinginoculantsinlow-yieldingyellowclayeysoil. 【Methods】Threekindsoftreatmentswereestablished:singlechemicalfertilizerascontrol,chemicalfertilizer+returningwheatstraw,ricestraworrapestraw,andthesestrawreturning+straw-decomposinginoculants.Cropyields,soilphysical-chemicalproperties,proportionvariationofdefacementsizesofsoilaggregates,thecompositionandcombiningformofsoilhumuswereinvestigatedindoublecroppingriceinJingmenCity,HubeiProvince.【Results】Boththeearlyandlatericeyieldswereincreasedwithreturningstraw+straw-decomposinginoculants,withthehighestincreaseof1423.2kg/hm2,equalingto23.5%.Comparewithreturningstrawonly,thericegrainyieldswiththereturningstraw+straw-decomposinginoculantswasincreasedby653.8kg/hm2,orby9.6%.Incomparisontocontrol,latericegrainyieldswithrapestrawreturning+straw-decomposinginoculantsweresignificantlyincreased.Thecontentsofsoilorganicmatter,totalN,alkali-hydrolysableN,availableP,availableKandthecationexchangecapacitywithtreatmentofreturningstraw+straw-decomposinginoculantswerehigherthanthosewiththetreatmentofreturningsinglestrawonly,buttheeffectinsoilbulkdensitywasopposite.ComparedtoCK,thepercentageofsoildry-aggregates>5mmwithstrawreturningwereincreasedby3.78%-8.62%,those> 0.25mmwerealsoincreased,butthose< 0.25mmweredecreased.Inaddition,thetreatmentofstrawreturningincreasedthecontentofwatersolublesubstance,humicacid,fulvicacid,huminandextractedhumicsubstancesinsoil.Theratioofhumicacidversusfulvicacidinthestrawreturningtreatmentswithadditionofstraw-decomposinginoculantswerelowerthaninthetreatmentswithoutaddition.ComparedwithCK,thecontentsofloosely,firmly,tightlycombinedhumusandthetotalcombinedhumusinthestrawreturningtreatmentswereallincreased,andthecontentsoflooselycombinedhumusarehigherrelativetothoseoffirmlyandtightlycombinedhumus,andthepercentagecontentwasover60%.【Conclusion】Strawreturningplusstraw-decomposinginoculantsiseffectiveinriceyieldincreasesandameliorationofthetestedsoil.Exceptthesoilbulkdensity,allthetesteditemsareenhancedmorewiththetreatmentsofstrawreturningplusinoculantsthanwithstrawreturningonly.Therefore,theadditionofstraw-decomposinginoculantsisrecommendedinthelowyieldclayeysoilsforthehighefficiencyofstrawreturningpractice.

low-yieldingyellowclayeysoil;strawreturning;straw-decomposinginoculant;soilfertility

2014-07-02接受日期: 2014-10-08网络出版日期: 2015-05-13

农业部公益性行业(农业)科研专项(201403016); 湖北省研究与开发计划项目(2010BBB010); 湖北省农业科技创新中心项目(2014-620-003-003)资助。

胡诚(1972—)，男，湖北安陆人，博士，副研究员，主要从事土壤生态学研究。Tel: 027-88430575,E-mail:huchenghxz@163.com

Tel: 027-88430471,E-mail: 156691670@qq.com

S153.6

A

1008-505X(2016)01-0059-08