不同绿肥种植模式下玉米秸秆腐解特征分析

李石

[摘 要] 玉米在我国粮食作物中占有重要位置，播种面积占到粮食作物总播种面积的1/3左右。大量种植玉米会导致产生大量的秸秆，如何处理秸秆成为种植过程中需要解决的问题。常用的处理方法是用作肥料，但是，不同模式下其腐解特征不同。基于此，本文探析不同绿肥种植模式下玉米秸秆的腐解特征。

[关键词] 绿肥种植模式；玉米秸秆；腐解特征

[中图分类号] S141.4；S55 [文獻标识码] A [文章编号] 1674-7909（2017）21-60-2

玉米秸秆可以作为饲料，也可以用作肥料。此外，通过直接或者间接的方式还田，能够改良土壤，提高土壤质量，增加土壤肥力与有机质含量，也能够减少由焚烧带来的环境污染问题，对于生态环境保护具有重要意义[1]。

1 试验材料

玉米秸秆收获后，将其在一定温度条件下烘干，剪成小段并小袋封存。每袋装入的秸秆质量是相等的。从所有的试验样品中随机选取10袋，将其粉碎，之后测定其化学元素的含量。测量内容包括磷、氮、碳，并且计算其碳磷比、碳氮比、碳钾比[2]。

测试使用的土壤是耕作层土壤，取20 cm深度，并对其基本理化性质进行测定，测量内容包括有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷和pH值。将秸秆装入尼龙网袋中密封。

2 试验设计

试验设置4个处理，分别是紫花苜蓿、黑麦草、肥田萝卜、空闲。将绿肥埋入玉米秸秆袋之间，并且同期播种。播种后需要即时进行灌溉，之后不再进行灌溉。每个处理小区的面积相等，玉米秸秆埋入的深度控制在10 cm左右，每个小区埋入一定数量的玉米秸秆，翻压后每隔7 d取样一次。取样时，每个小区随机抽取，数量大于1。取样工作结束后，将网袋剩余的秸秆样品烘干并称质量，烘干时要对温度进行合理控制，之后粉碎并对其中的化学元素含量进行测量，测量对象包括磷、钾、氮、碳的含量。

翻压的方法是将烘干后的玉米秸秆剪成小段，装入网袋并埋入土壤，埋入深度控制在10 cm左右。

3 测定项目与计算

秸秆的全碳测量需要利用浓硫酸-重铬酸钾外加热方法，取秸秆样品，浓硫酸双氧水消化。全氮含量测定利用凯氏定氮法，全磷测定利用钼锑抗比色法，全钾测定利用火焰分光光度法[3]。

对于累积的腐解量、养分减少量、养分比例通过公式进行计算。处理数据时，利用Excel与SPSS软件计算网袋中的秸秆养分或者腐解量，计算后绘制图形。

4 结果与分析

4.1 玉米秸秆的腐化速率

在不同处理方式下，玉米秸秆腐化特点体现了共同的特点，即前期速度快，后期速度慢。秸秆埋入土壤7 d内，其腐化速度是最快的，空闲、黑麦草、肥田萝卜、紫花苜蓿的累积腐解量能够达到6.4、4.9、5.6、5.0 g，在总量中所占的比例分别为21%、16%、19%、16%。相比空闲，黑麦草、肥田萝卜、紫花苜蓿累积的腐解量均有所降低，降低比例分别为21%、23%、12%。之后玉米秸秆腐解的速率呈现出下降趋势，而累积腐解率变化情况则开始趋于稳定。第42天，肥田萝卜种植区域玉米秸秆腐解率低于空闲区域，下降程度在13%左右。3个绿肥处理区域累积的腐解量不存在显著差异，之后绿肥处理区域玉米秸秆的腐解量要比空闲区域低。第117天，紫花苜蓿种植区域与空闲区域相比，腐解量有所增加，增加比例在10%左右。试验结束后，空闲、紫花苜蓿、肥田萝卜和黑麦草种植区域累积的腐解量均有所增加，在总加入量中所占比重也有所增加，分别达到了78%、70%、69%、69%。与空闲相比，肥田萝卜、黑麦草、紫花苜蓿种植区域累积腐量有所降低，且较为显著。

4.2 玉米秸秆的碳释放特征

将玉米秸秆埋入土壤7 d内，空闲、紫花苜蓿、肥田萝卜、黑麦草种植区域玉米秸秆的碳累积释放量达到了5.2、4.7、5.3、5.0 g，占到加入量的比例分別为35%、32%、36%、34%。相比空闲，紫花苜蓿与肥田萝卜种植区域碳释放量明显降低，分别为10%、5%，之后碳的释放量趋于平缓。第117天，紫苜蓿种植区域相比空闲区域，累积碳释放量增加显著，增幅在7%左右。空闲、紫花苜蓿、肥田萝卜、黑麦草种植区域玉米秸秆的碳累积释放量分别为12.3%、11.7%、11.1%、11.3%，占加入总量的比例分别为84%、75%、76%、77%。相比空闲，紫花苜蓿、黑麦草、肥田萝卜种植区域碳累积释放量分别有所降低，且比较显著。

4.3 玉米秸秆的氮释放特征

各个处理区域玉米秸秆氮的释放量同样呈现出前快后慢的特点。翻压第7天，空闲、紫苜蓿、肥田萝卜、黑麦草种植区域氮素累积释放量分别为229、139、177、112 mg，在总量中所占的比重分别为33%、20%、25%、16%。相比空闲，紫花苜蓿、黑麦草、肥田种植区域分别有所降低，降低比重达到了39%、22%、57%，黑麦草与紫花苜蓿、肥田萝卜区域氮累积释放量分别有所提升。第14天，空闲区域玉米秸秆氮累积释放量要高于绿肥种植区域，黑麦草种植区域玉米秸秆释放量与肥田萝卜种植区域相比有显著的提升。试验结束时，空闲、紫花苜蓿、肥田萝卜、黑麦草种植区域氮素累积释放量分别达到了479.4、513.0、442.5、530.2 mg，占加入量的比重分别为74%、64%、76%、68%。相比空闲，差异不是特别明显。与黑麦草种植区域相比，紫花苜蓿与肥田萝卜种植区域分别显著提升15%、19%。

4.4 玉米秸秆碳与养分比例的特征

4.4.1 碳氢比。空闲区域的碳氢比呈现出下降趋势，绿肥处理的碳氢比则出现了波动。第117天，碳氢比值达到最小，之后呈现出上升趋势。玉米秸秆在翻压7 d后，紫花苜蓿、空闲、黑麦草、肥田萝卜种植区域碳氢比分别为18.0、20.3、18.2、16.7。相比空闲，种植绿肥的区域显著降低，紫花苜蓿、黑麦草、肥田萝卜三者对应降低比例分别是11%、11%、21%。第117天，紫花苜蓿、黑麦草、肥田萝卜区域碳氢比达到最小，分别为11.1、13.4、12.2。与空闲相比，绿肥种植区域差异表现不显著，紫花苜蓿区域低于黑麦草区域。试验结束时，空闲、紫花苜蓿、黑麦草、肥田萝卜区域碳氢比与最初玉米秸秆相比有所降低。相比于空闲，紫花苜蓿、肥田萝卜区域碳氢比增加十分显著。

4.4.2 碳磷比。空闲、紫花苜蓿、黑麦草、肥田萝卜区域埋入后第一周，碳磷比与最初玉米秸秆相比有所提升，且表现较为明显。第二周至第三周结束，各区域碳磷比的变化均不大。之后空闲区域呈现出先升后降的趋势，紫花苜蓿区域则是一直上升，黑麦草区域和肥田萝卜区域则呈先升后降趋势。试验结束时，紫花苜蓿、空闲、黑麦草、肥田萝卜种植区域碳磷比与最初相比有了大幅度的提升。相比空闲，紫花苜蓿、黑麦草、肥田萝卜区域碳磷比都有所增加。

4.4.3 碳钾比。碳钾比在4个处理方式下均呈现出了上升的趋势，第42天钾释放量达到了100%。翻压后第7天，相比黑麦草的碳钾比，玉米秸秆的碳钾比比埋入时有所降低。其他三种处理方式则呈现出了上升趋势，且低于空闲。第14天，相比于空闲，肥田萝卜处理方式下玉米秸秆碳钾比提升较为明显。

5 讨论

4种处理方式下，玉米秸秆养分释放与腐解速率变化集中于翻压7 d后，后期则相对比较缓慢。主要原因在于前期玉米秸秆中水溶性物质提供了氮源与碳源，微生物活性得以增强。微生物可以通过分泌胞外酶与细胞内消化等方式分解并利用秸秆。可溶性物质分解完之后，剩余的是难以分解的纤维素、木质数、半纤维素，因此后期的分解速率呈现出明显的下降趋势。而翻压后7 d，空闲区域的腐解量高于绿肥处理区域的腐解量，原因可能是播种后即刻进行了浇灌，种子大量吸收水分，使水分受到阻隔，难以进入土壤下层，使秸秆水分含量较少，因此腐解释放速度较慢。试验结束后，绿肥处理区域秸秆的累积腐解量小于空闲區域，原因可能是绿肥已经达到了营养生长的盛期，降水条件相同的情况下，绿肥的根系能够有效吸收土壤中的水分，并且通过蒸腾作用使其离开土壤。空闲区域土壤的水分由于未受到阻隔，直接进入了玉米秸秆结构中，从而使其保持在高湿的环境中。温度上升的同时微生物的活性也在增强，对秸秆分解十分有利。秸秆释放的碳大约有50%可以通过微生物矿化作用散失，而绿肥种植则能够减缓碳的散失过程，二氧化碳的排放量也能够降低。

17 d后，4种处理方式下玉米秸秆磷氮的累积释放量均有所增加，钾元素在42 d全部释放完，钾元素的释放速率大于磷和氮。177 d后，磷元素基本全部釋放，氮元素则剩余较多。养分释放速度与养分存在的形式密切相关，钾主要是离子态存在，易溶于水，因此释放是最快的。磷主要是有机态，难溶。由于种植的植物不同，其分泌的化学物质也不同，也能够促进元素释放与溶解。绿肥种植过程中，肥田萝卜种植能够促进秸秆磷的释放。种子萌发需要大量水分，浇灌后水分由于截留，难以进入秸秆中，因此，相比空闲区域，绿植处理方式氮释放量有所降低。紫花苜蓿与肥田萝卜地促进氮释放的效果较好，黑麦草效果则较差，原因可能是不同植物对氮元素需求量不同。

6 结论

玉米秸秆的腐解与养分释放速度在第7天后达到最大值状态，之后速率会逐渐放缓。相比空闲区域，绿肥种植能够减缓释放速率。不同绿肥对于释放速率的影响不同，因此，需要结合到当地具体的情况来合理选择绿肥。

参考文献

[1]徐健程，王晓维，朱晓芳，等.不同绿肥种植模式下玉米秸秆腐解特征研究[J].植物营养与肥料学报，2016（1）：48-58.

[2]岳丹，蔡立群，齐鹏，等.小麦和玉米秸秆不同还田量下腐解特征及其养分释放规律[J].干旱区资源与环境，2016（3）：80-85.

[3]陈银建，周冀衡，李强.秸秆腐解剂对不同作物秸秆腐解特征研究[J].湖南农业科学，2011（1）：19-21.