黑龙江西部地区水稻秸秆腐解特征研究

谭可菲 王麒 刘传增 马波胡继芳 赵富阳 曾宪楠

（1黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院，黑龙江齐齐哈尔161006；2黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所，哈尔滨150086；第一作者：tkfhlj@163.com）

随着我国农业科学技术的发展，粮食产量大幅度增加，相应产生的秸秆量也骤然增加。据统计，全世界每年秸秆产生总量约为22亿t，我国每年秸秆产生总量约为7亿t，其中稻田秸秆产生量为2亿t，大部分的秸秆被焚烧、堆积或者遗弃。2016年黑龙江西部的齐齐哈尔和大庆等地区水稻种植面积高达53.34万hm2，相应的稻田秸秆产生量高达400多万t。农作物秸秆中富含纤维素、木质素以及氮、磷、钾等多种营养元素[1-3]。秸秆还田有利于土壤改良，培肥地力。如何做好农作物秸秆的就地转化已成为一个急需解决的问题。目前关于江淮地区秸秆还田的研究相对较多，但是针对黑龙江西部地区水稻秸秆腐解研究较少。因此，本试验研究了黑龙江省西部地区水稻秸秆还田后的腐解变化特征，探讨秸秆腐解规律，以为实现秸秆资源循环利用提供技术参数。

1 材料与方法

1.1 试验材料

龙粳21水稻秸秆。

1.2 试验设计

试验于2013-2016年在齐齐哈尔市曙光村进行，采用尼龙网袋翻埋法。尼龙网袋规格：孔径0.15 mm，长30 cm、宽20 cm。供试水稻秸秆自然风干后剪成5～10 cm长的小段放入袋中，每袋装入秸秆100 g（干质量），封住袋口。将网袋于2013年10月15日水田翻地后埋入20 cm土层下。每年春季正常整地、施肥，每hm2施用尿素300 kg（40%作基肥，30%作分蘖肥，30%作穗肥）、磷酸二铵 100 kg（全部基施）、硫酸钾 150 kg（基肥和穗肥各占50%），其他管理措施与当地大田生产相同。

1.3 取样方法

秸秆埋入后即进入冬季，在10月至翌年5月之间不进行取样，在每年的5-9月每月采样1次，秸秆取出后用水冲洗干净、去除秸秆以外的杂物，在80℃下烘干至恒质量。

2 结果与分析

2.1 秸秆残留量随时间的变化规律

从图1可见，连续3年秸秆还田，每年的10月至翌年5月秸秆腐解都进入停滞期，翌年6月到翌年9月期间，进入快速腐解期。且随腐解时间的延长，秸秆残余物质量变化整体呈下降趋势，具体表现为“快-慢-慢”的变化过程。

2.2 秸秆腐解率随时间的变化规律

图1 秸秆残余质量随时间变化曲线

图2 秸秆腐解率随时间变化曲线

从图2可见，连续3年秸秆还田，随腐解时间的延长，秸秆腐解率变化整体呈现上升的趋势，具体表现为“快-慢-慢”的变化过程。秸秆还田1周年时，秸秆腐解率达44.3%；秸秆还田2周年时，秸秆腐解率提高速率相对减慢，其腐解率为63.8%；秸秆还田3周年时，秸秆腐解率提高速率趋近于平缓，腐解率为69.5%。

2.3 腐解第1年水稻秸秆残余物质量变化规律

从图3可见，秸秆还田后的第1个月到第8个月秸秆残余物质量变化较少，第9个月秸秆质量为初始值的89.6%，第10个月秸秆质量为初始值的78.2%，第11个月秸秆质量为初始值的65.1%，第12个月秸秆质量为初始值的55.7%。

2.4 腐解第2年水稻秸秆残余物变化规律

从图4可见，秸秆还田后的第13个月到第20个月秸秆残余物质量变化较少，第21个月秸秆质量为初始值的47.3%，第22个月秸秆质量为初始值的43.4%，第23个月秸秆质量为初始值的38.3%，第24个月秸秆质量为初始值的36.2%。

2.5 腐解第3年水稻秸秆残余物变化规律

图3 腐解1年秸秆残余物质量变化

图4 腐解2年秸秆残余物质量变化

图5 腐解3年秸秆残余物质量变化

从图5可见，秸秆还田后的第25个月到32个月秸秆残余物质量变化较少，第33个月秸秆质量为初始值的34.2%，第34个月秸秆质量为初始值的32.1%，第35个月秸秆质量为初始值的31.5%，第36个月秸秆质量为初始值的30.5%。

2.6 腐解秸秆残留质量变化动态

结合图1～图5的数据对秸秆残余物质量变化进行数据拟合分析，其结果如图6所示，对数方程对秸秆残留质量的拟合效果良好，R2=0.9727，拟合方程为y=-51.69 Ln（x）+96.6660，其中y为秸秆残余物质量，x为秸秆腐解年限。

2.7 腐解秸秆残留质量变化动态

图6 腐解秸秆残余物质量变化动态

图7 秸秆腐解率变化动态

结合图1～图5数据对秸秆腐解率变化进行数据拟合分析，其结果如图7所示，对数方程对秸秆腐解率的拟合效果良好，R2=0.9727，拟合方程为y=51.69 Ln（x）+3.3337，其中，y为秸秆腐解率，x为秸秆腐解年限。

2.8 秸秆年腐解率变化

试验结果，秸秆还田第1年的腐解率为44.3%；秸秆还田第2年的腐解率为19.5%，连续2年秸秆还田腐解率共计63.8%；秸秆还田第3年的腐解率为5.7%，连续3年秸秆还田腐解率共计69.5%。

3 结论与讨论

本试验结果表明，黑龙江西部半干旱地区水稻秸秆腐解整体呈现“快-慢-慢”的趋势[4-6]。秸秆腐解第1年腐解速率最快为44.3%，第2年腐解速率降低为19.5%，第3年腐解速率为5.7%。分析秸秆腐解速率变化的原因，可能是由于秸秆中容易被分解的成分前期已被腐解，后期剩余大量的纤维素和半纤维素等难以被分解的物质。目前很多地区水稻都采用秸秆连年还田的耕作模式，导致稻田中难以被分解的纤维素、半纤维素大量沉积[7-9]。构建一种适合黑龙江西部半干旱地区的、独特的秸秆还田模式有待于进一步研究。