油菜·小麦秸秆在稻田土壤中腐解及养分释放特征

黄 晶，段转宁，马 鹏，任品安，陶诗顺

(西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621010)



油菜·小麦秸秆在稻田土壤中腐解及养分释放特征

黄 晶，段转宁，马 鹏，任品安，陶诗顺

(西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621010)

[目的]探明川东北丘陵区油菜、小麦秸秆在稻田土壤中腐解及养分释放特征，为水稻合理栽培提供理论依据。[方法]采用尼龙网袋法，以油菜荚壳、油菜茎秆、油菜蔸部和小麦秸秆为试验材料，研究这4种材料在土壤中腐解及养分释放特征。[结果]4种秸秆材料腐解速率均呈现先快后慢，从大到小依次为油菜荚壳、小麦秸秆、油菜茎秆、油菜蔸部，还埋10 d累积腐解率在29.20%～51.70%，还埋100 d 累积腐解率在43.50%～75.80%；不同秸秆材料养分释放速率亦表现为先快后慢，还埋20 d各材料的碳、氮、磷、钾释放率均在30.00%以上，其中钾素释放速度最快(平均达98.70%)，还埋100 d累积释放率从大到小依次为钾(99.10%)、磷(60.60%)、氮(58.40%)、碳(58.00%)。[结论]生产上应根据秸秆腐解规律及养分释放规律制订合理的水稻栽培管理措施。

作物秸秆；腐解；养分释放

川东北丘陵区稻田以油菜或小麦接茬水稻两熟制为主。长期以来，油菜、小麦秸秆的处置都是一项难题，农民焚烧秸秆和政府禁烧矛盾突出。秸秆还田是秸秆综合利用的重要途径。研究表明，秸秆还田在资源高效利用、减少环境污染及培肥地力等方面具有积极作用[1-2]。近年来，随着农业机械化水平的提高，油菜、小麦秸秆碎秆直接翻埋还田已成为该区域秸秆还田的重要方式。这一还田方式与现有其他还田方式相比简便易行，易被农民接受。同时，秸秆翻埋还田还有利于避免秸秆漂浮、堆积而影响农事操作等问题。然而，秸秆翻埋还田可能会在一定时期影响土壤的养分平衡，且秸秆在腐解高峰期释放出的有害物质也可能会不同程度地影响水稻生长[3]。因此，生产上必须明确秸秆腐解规律，以制订合理的水稻栽培管理措施。笔者研究油菜秸秆不同部位(荚壳、茎杆、蔸部)及小麦秸秆在稻田土壤中腐解及养分释放规律，以期为川东北丘陵区油菜、小麦秸秆翻埋还田条件下水稻合理栽培措施的制订提供决策依据。

1　材料与方法

1.1试验地概况试验于2015年6～9月在西南科技大学校内试验基地进行。该地耕层土壤(0～20 cm)的基本理化性状：容重1.5 g/cm3，有机质含量13.3 g/kg，有效氮含量89.2 mg/kg，有效磷含量8.0 mg/kg，有效钾含量63.9 mg/kg，pH 7.1。

1.2试验材料供试秸秆包括4种不同秸秆材料：①油菜荚壳，油菜脱粒后直接获取；②油菜茎秆，油菜收获后获取带分枝的茎秆，经机械碾压后剪至5～8 cm长的节段；③油菜蔸部，油菜收获后将其蔸部拔出，洗净晾干；④小麦秸秆，经机械碾压后剪至5～8 cm长的节段。供试秸秆材料的养分含量见表1。

表1　供试秸秆的基本养分含量

1.3样品处理称取各试验材料置于烘箱内于105 ℃烘至恒重。选取30 cm×25 cm尼龙网袋，每袋分别装入不同秸秆材料50.0 g，扎实袋口。每种材料各30袋，于6月4日将所有材料埋入稻田5～15 cm的土层内。稻田的施肥及灌溉管理措施与常规稻田管理相同，但为了防止作物串根，不栽植水稻，严防杂草滋生。各材料埋入稻田土壤后至100 d，每10 d取样1次，每次每种材料各挖取3袋。取出被埋秸秆后，用自来水反复冲洗干净，置于105 ℃烘箱内烘干，称重，待测。

1.4测定项目与方法将样品烘干后计算秸秆腐解率。计算方法见式(1)：

(1)

分别对原始秸秆材料和第2、4、6、8、10次取样的秸秆材料进行全碳、全氮、全磷和全钾含量测定，计算被埋秸秆在不同时期的养分累积释放率。计算方法见式(2)：

养分累积释放率(%)=

(2)

秸秆全碳与全氮含量采用元素分析仪(型号：Vario EL CUBE；生产商：德国元素分析系统公司)测定；全磷与全钾含理分别采用钼锑抗比色法与火焰光度法测定[4]。

1.5数据统计数据均采用 DPS 软件和 Excel 软件进行统计分析。采用最小显著差数法(LSD)检验试验数据的差异显著性水平(P<0.05)。

2　结果与分析

2.1不同秸秆材料腐解特征从图1可以看出，各秸秆材料腐解速率的上升整体表现为先快后慢。其中油菜荚壳还埋10 d后秸秆残留量仅为24.13 g，腐解率达到51.70%，与原始材料重量差异显著(P<0.05)，10～40 d变化不显著，还埋50 d腐解率达到64.10%，还埋100 d达到75.80%。油菜茎杆各时期腐解率均低于油菜荚壳，但基本趋势一致；还埋10 d 后秸秆残留量与原始材料达到显著性差异(P<0.05)，腐解率为35.00%，还埋50 d腐解率达到43.90%，还埋100 d腐解率达到54.00%。油菜蔸部各还埋时期累积腐解率均为各材料中最低，还埋10 d腐解率为29.20%，还埋50 d达到34.90%，还埋100 d达到43.50%。小麦秸秆各还埋时期腐解率低于油菜荚壳，但整体高于油菜茎秆，还田10 d为33.50%，还田50 d为53.30%，还田100 d则达到69.10%。综上，各秸秆材料均在前10 d腐解最快，腐解率为29.20%～51.70%；腐解速率从大到小依次为油菜荚壳、小麦秸秆、油菜茎秆、油菜蔸部，100 d 腐解率为43.50%～75.80%。

图1　不同秸秆材料腐解率变化情况Fig.1　Characteristics of decomposition rate of different crop straws

2.2不同秸秆材料养分释放特征经测定，各秸秆材料全碳含量约为19.60～21.40 g。从图2可以看出，不同秸秆碳累积释放速率表现不一致，但整体上均表现为先快后慢；各秸秆材料还埋后20 d碳释放速率最快，不同材料碳累积释放率从大到小依次为油菜荚壳(51.00%)、小麦秸秆(37.50%)、油菜茎秆(34.40%)、油菜蔸部(30.80%)；还埋20 d后，各秸秆材料碳释放速率逐渐减缓；经过100 d还埋后，油菜荚壳的碳累积释放率仍为最高，达73.50%，油菜蔸部的碳累积释放率仍为最低，仅41.30%。

图2　不同秸秆材料碳释放特征Fig.2　Characteristics of C release of different crop straws

经测定，各秸秆材料全氮含量为0.20～0.30 g。从图3可以看出，与碳释放趋势类似，各秸秆材料氮释放也表现为先快后慢；各材料在还埋20 d氮累积释放率在30.00%～49.60%，从大到小依次为油菜荚壳(小麦秸秆)、油菜茎秆、油菜蔸部；油菜荚壳与小麦秸秆氮累积释放率在还埋前60 d较为接近；还埋100 d后，各材料的氮素累积释放率从大到小依次为油菜荚壳(72.00%)、小麦秸秆(67.90%)、油菜茎秆(53.50%)、油菜蔸部(40.30%)。

图3　不同秸秆材料氮释放特征Fig.3　Characteristics of N release of different crop straws

经测定，各秸秆原材料全磷含量较低，约为0.02～0.04 g。从图4可以看出，各秸秆材料磷素累积释放率在还埋后20 d达到33.60%～57.40%，以油菜荚壳释放率最高，油菜蔸部释放率最低；随着还埋时间的推移，各材料累积释放率不断升高，但释放速率减缓；还埋100 d后，各秸秆材料磷素累积排放率从大到小依次为油菜荚壳(76.30%)、小麦秸秆(68.70%)、油菜茎秆(54.00%)、油菜蔸部(43.50%)。

图4　不同秸秆材料磷释放特征Fig.4　Characteristics of P release of different crop straws

经测定，各秸秆原材料钾素含量约为0.30～0.60 g。从图5可以看出，秸秆钾素释放特征与其他几种营养元素有较大差别，主要表现在还埋前20 d各材料钾素迅速释放，释放率均达到98.70%，之后变化不明显，还埋100 d各材料钾素平均累积释放率为99.1%。

图5　不同秸秆材料钾释放特征Fig.5　Characteristics of K release of different crop straws

3　结论与讨论

(1)前人关于油菜、小麦秸秆还田后腐解及养分释放特征研究较多[5-6]，然而针对川东北丘陵区两熟制稻田的油菜、小麦秸秆还田的相关研究较少。该研究发现，不同秸秆材料腐解过程整体上表现为前期快、后期慢的特点，这与前人的研究结果基本一致[6-8]。各秸秆材料均在还埋10 d内腐解最快，然而不同秸秆之间腐解率差异较大，油菜蔸部最低(29.20%)，而油菜荚壳最高(51.70%)；培养100 d后，累积腐解率仍以油菜蔸部最低(43.50%)，油菜荚壳最高(75.80%)，油菜茎秆及小麦秸秆累积腐解率居中。不同秸秆腐解率的不同与秸秆材料结构组织不同有关[6，9-10]。

(2)不同秸秆材料养分释放速率与腐解率变化趋势基本一致，亦均表现为先快后慢。还埋20 d后，各材料的碳、氮、磷、钾释放率均在30.00%以上，其中钾素最快，达到98.70%。主

要原因是秸秆中钾元素主要以离子态形式存在，碳、氮、磷主要以有机态存在而不易分解，释放速率缓慢[4-5]。各秸秆材料还埋100 d后，4种营养元素累积释放率从大到小依次为钾(99.10%)、磷(60.60%)、氮(58.40%)、碳(58.00%)，这与武际等[5]的研究结果类似。

(3)综上所述，不同秸秆材料无论是腐解率还是养分释放率均在还田初期(10～20 d)最快，生产上应根据秸秆腐解规律及养分释放规律制订合理的水稻栽培管理措施。如在秸秆快速腐解期，应针对微生物与作物争氮导致土壤速效氮含量下降的问题[11-13]，适当增施氮肥；此外，秸秆快速腐解期，还应防止有害物质积累造成水稻僵苗的问题[3]。由于秸秆还田后钾素释放速率较快，且累积释放率极高，生产上应该减少钾肥的施用量；以秸秆还田的方式减少钾肥投入，不仅可以节约生产成本，而且对农田钾素可持续利用具有重要意义[14]。

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Decomposition and Nutrient Release Characteristics of Rapeseed and Wheat Straws Incorporated into Paddy Soil

HUANG Jing, DUAN Zhuan-ning, MA Peng et al

(School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010)

[Objective] This study aims to explore the decomposition and nutrient release characteristics of rapeseed and wheat straws incorporated into paddy soil in the hilly area of northeast Sichuan Province. [Method] With rapeseed pod shell, stem, root and wheat straw as materials, the decomposition and nutrient release characteristics were studied by method of nylon net bag incorporated into paddy soil. [Result] The decomposition rates of 4 materials were much faster at the beginning stage than the end of the experiment, and rapeseed pod shell decomposed fastest, followed by wheat straw, rapeseed stem and rapeseed root. After 10 days of incorporation, the cumulative decomposition rates of the four straws were between 29.20% to 51.70% while those were between 43.50% to 75.80% after 100 days of incorporation. The nutrient release rate also had been found to be much faster at the beginning stage than the end. After 20 days of incorporation, the release rates of nutrient (C, N, P, K) for all the straws were more than 30.00%, and the release rate of K was the highest (an average of 98.70%). After 100 days of incorporation, the sequence of nutrient release rates for all the straws were K (99.10%), P(60.60%), N(58.40%), C(58.00%). [Conclusion] It is necessary to make reasonable management measures for rice cultivation on the basis of crop straw decomposition characteristics and nutrient release.

Crop straw; Decomposition; Nutrient release

国家“十二五”科技支撑计划重大项目(2013BAD07B13)；绵阳市科技局项目(2015NZ0083)。

黄晶(1987- )，女，四川西充人，讲师，博士，从事作物高产高效栽培与农田生态健康研究。

2016-05-31

S 141.4

A

0517-6611(2016)18-139-03