不同稻壳处理方式对甘薯产量和土壤肥力的影响

刘泽斌

摘要    为明确稻壳的农业應用方式，开展了不同稻壳处理方式对甘薯产量和土壤肥力的影响试验，并分析了土壤容重、pH值、有机质、微生物数量和甘薯产量的变化。结果表明，不经过处理的稻壳肥效十分有限，甘薯仅增产2.96%;与没有碾磨的稻壳相比，单纯将稻壳碾磨成粉作肥料无益于过酸土壤改良和土壤容重降低，甘薯只增产5.63%;稻壳碾磨成粉后喷施1%尿素水溶液混匀堆沤可以提高土壤有机质含量，加速稻壳的发酵分解，加快土壤中微生物的繁殖和增长，甘薯增产9.63%，这是优良的稻壳农业应用方式;稻壳炭（灰）能有效降低土壤的容重，明显改良过酸的土壤，有助于土壤微生物的生长与繁殖，甘薯增产7.99%，因而把稻壳制作成稻壳炭（灰）是一种可取的应用方式;稻壳与鸡粪进行堆沤作肥料能显著改良过酸土壤，促进土壤中微生物的增长和繁殖，从而有效提高土壤肥力水平和平稳供应甘薯各种养分，甘薯产量显著提高，增产率高达12.31%。在本试验中，稻壳与鸡粪堆沤作肥料是最佳的稻壳农业应用方式。

关键词    甘薯;稻壳;产量;土壤改良

中图分类号    S531;S147.5        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）23-0012-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

我国是世界上水稻主要生产国，2011—2018年连续8年水稻年产量稳定在2亿t以上，稻谷平均出壳率为19%～23%，按20%的比例计算，稻壳产量约有4 000万t[1-2]。然而稻壳作为粮食加工企业的副产品，经常被当作垃圾大量堆放。因此，合理利用稻壳、提高稻壳的利用率、改善稻壳利用效果是目前的当务之急。

稻壳的用途很多。稻壳可以用于制备糠醛、糠醇、木糖、木糖醇等化学品，也可以用于制备吸附剂、去污剂、一次性环保餐具，还可以用于发电厂发电、制作燃料棒、锅炉燃料、生产饲料、制作白炭黑和活性炭、制作合成各类二氧化硅等。此外，稻壳还可以用于生产涂料、水泥，作清洁剂、绝热耐火砖、人造木材，用于提取生物活性物质[3]。稻壳粉的水解液可以发酵生产燃料酒精[4]。国外研究人员把稻壳灰酸化后作脂肪酶的载体[5]。

稻壳在农业方面的应用虽然也有报道，如稻壳可以用作肥料，改良土壤[6]，提高农作物品质，提高蔬菜产量[7]，稻壳炭可以用于秧苗;然而如何恰当地对稻壳进行处理使其更合理地为农业生产服务这方面的研究还不多。本文以甘薯（品种为金山57）作为试验作物，开展了不同稻壳处理方式对土壤肥力和甘薯产量的影响研究，以期寻找稻壳的最佳农业应用方式。

1    材料与方法

1.1    试验地概况

试验地位于福建省南平市建阳区麻沙镇，属亚热带季风气候，年平均气温18.1 ℃，平均无霜期282 d，年均降雨量1 500～1 700 mm。试验土壤为黄棕壤，质地较为黏重。试验前对土壤的背景值进行检测（0～20 cm土层），得到土壤基本理化性质：pH值4.96，容重1.41 g/cm3，有机质21.2 g/kg，全氮1.31 g/kg，全磷0.78 g/kg，全钾22.12 g/kg，碱解氮110.3 mg/kg，有效磷14.2 mg/kg，速效钾148.6 mg/kg。

1.2    试验材料

供试甘薯品种为金山57。供试肥料为稻壳、尿素、硫酸钾。

1.3    试验设计

试验设6个处理，各处理设计如表1所示。其中，甘薯团棵期时处理T1（CK）、T2、T3、T5追施尿素120 kg/hm2，处理T4、T6不再施用追肥;薯块膨大期各处理均追施硫酸钾180 kg/hm2。每个处理4次重复，共24个小区，随机区组排列，小区面积为10 m2（1 m×10 m）。小区间设有50 cm的保护行。试验自2018年5月开始，7月初以甘薯苗作种苗开始种植，11月初收获测产，并对土壤养分进行测定。

2    结果与分析

2.1    不同处理对甘薯产量的影响

从表2可以看出，尽管处理T2有施用稻壳，但稻壳处理得过于简单，与处理T1（CK）相比，产量无显著差异，这说明不经过处理的稻壳其肥效十分有限。其他处理与处理T1（CK）相比均显著增产（P<0.05）。其中增幅最高的是处理T6，达到12.31%，其原因可能是因为稻壳与鸡粪混合是一种完全肥料，不仅含有大量元素和许多微量元素，而且还含有植物生长所需的激素和多种土壤有益微生物，在其正常分解过程中，平稳地供应植物各种养分，提高了土壤肥力水平。

处理T5将稻壳燃烧成炭（灰），增产效果也很显著。稻壳炭是生物质炭之一，生物质炭中含有大量植物所需的必需营养元素，除C含量较高外，N、P、K、Ca和Mg的含量也较高[8]。施用生物质炭能够促进土壤有机质水平的提高[9]。一方面是由于生物质炭能吸附土壤有机分子，通过表面催化活性促进小的有机分子聚合形成土壤有机质;另一方面生物质炭本身极为缓慢的分解过程有助于腐殖质的形成，能够通过长期作用促进土壤肥力的提高[10]。处理T4、T3都将稻壳碾成粉，这明显有利于稻壳与土壤的充分接触，也有利于土壤中微生物（如纤维素酶等）分解稻壳，特别是处理T4中将1%尿素水溶液和少许石灰水与稻壳粉混合，这促进了稻壳的微生物发酵分解。因此，处理T4、T3的增产效果也显著。

2.2    不同处理对土壤pH值的影響

从图1可以看出，处理T2、T3、T4与处理T1（CK）相比差异不显著，这说明无论是将未经碾磨、完整的稻壳施入土壤，还是把稻壳碾磨成稻壳粉施入土壤或是将稻壳粉加尿素水发酵后施入土壤，对于酸性土壤的改良效果都不显著。处理T5、T6与处理T1（CK）差异显著，这表明处理T5、T6对于酸性土壤的改良效果显著。其中，处理T5将稻壳燃烧成稻壳炭（灰），稻壳炭属于生物质炭的一种，生物质炭一般呈碱性[11]，且裂解温度越高，pH值越高[12]。生物质炭之所以呈碱性，是因其含有一定量灰分，矿质元素如钠、钾、钙、镁等以氧化物或碳酸盐的形式存在于灰分中，溶于水后呈碱性[13]。袁金华等[14]研究结果也表明，加入稻壳炭后，红壤和黄棕壤的pH值均较不加稻壳炭的对照处理有不同程度的增加。生物质炭加入土壤后能有效增加土壤的pH值，当稻壳炭用量与土壤的体积比超过2/3时，棕壤和褐土的pH值分别增加0.44和0.30[15]。鸡粪是碱性的，有的鸡粪pH值达8.0以上。周新伟等[16]采用2∶1的鸡粪与稻壳为原料进行堆肥试验，堆沤起始pH值从8.158开始上升，最高达到8.672，在25 d左右下降，直到堆肥结束时，稳定在8.189。因此，稻壳鸡粪堆肥后肥料呈碱性，这些肥料施入土壤以后，对于提高土壤的pH值、改良过酸土壤效果很好。

2.3    不同处理对土壤容重的影响

从图2可以看出，与处理T1相比，处理T2、T5、T6显著地降低了土壤的容重。其中，处理T6降低土壤容重的效果最好，其次是处理T2，而处理T3、T4的效果最差。这表明完整的稻壳施入土壤较将稻壳碾磨成稻壳粉后施入土壤更有利于降低土壤容重，这可能是因为稻壳粉较稻壳颗粒更小，稻壳粉施入土壤后与土壤颗粒结合得更为紧密。沈建锋等[13]研究显示，稻壳粉的堆积密度随着粒径的减小先增大后减小，当粒径<0.074 mm时，堆积密度又急剧增加。具有良好耕性的土壤团粒结构的粒径一般为0.25～10.00 mm，其他结构的土壤（无论是块状结构、核状结构、柱状还是片状结构）的粒径都较团粒结构土壤粒径大，有的还大很多，所以土壤结构确定（如土质黏重的核状结构土壤）的情况下，稻壳被碾得越细，稻壳与土壤堆积得越结实，密度越高。处理T5把稻壳燃烧成稻壳炭施入土壤对于降低土壤容重也有较好的效果。稻壳炭是生物质炭之一，张明月[15]研究显示，施用生物质炭对土壤的物理性质有明显影响，生物质炭能有效降低土壤的容重与密度，增加土壤的总孔隙度、毛管孔隙度与通气孔隙度[17]。高中超等[18]研究结果也显示，稻壳深施能降低土壤容重、提高土壤孔隙度和通透性能。

2.4    不同处理对土壤有机质的影响

从图3可以看出，与处理T1（CK）相比，处理T2、T3、T4、T5、T6都可以显著地提高土壤的有机质。其中，以稻壳作鸡舍垫料然后实行堆沤的处理T6效果最为显著，这可能与堆沤后的稻壳鸡粪本身有机质含量高有关。当甘薯定植时，稻壳鸡粪给土壤增加了大量的有机质，而这些有机质在甘薯收获后仍有许多未被吸收而留在土壤中。值得一提的是，处理T5中施用的稻壳炭（灰）也能为土壤有机质的提升带来显著的效果，这与王艳红等[19]的研究结果一致。生物质炭施加到土壤中，可能作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的来源，不仅能稳定土壤有机碳库，持留土壤养分，而且对维持土壤生态系统平衡可能发挥重要作用[20]。生物质炭有很强的吸附能力，可吸附铵、硝酸盐，还可吸附磷和其他水溶性盐离子，减少土壤养分淋失，具有保肥性能[21]。另外，在处理T3、T4中稻壳都被加工成稻壳粉，但是在提高土壤有机质方面处理T4较处理T3有显著差异，这表明稻壳粉经1%尿素和少许石灰水堆沤处理更有利于提高土壤有机质。这可能在1%尿素和少许石灰水堆沤时降低了C/N值，提升了酸碱度，从而促进了稻壳微生物分解。处理T3与处理T2（稻壳未被加工成稻壳粉）相比无显著差异，这表明稻壳粉不经其他处理施入土壤与稻壳直接施入土壤对提高土壤有机质含量的效果方面差别不大。

2.5    不同处理对土壤微生物数量的影响

从表3可以看出，与处理T1（CK）相比，处理T2土壤中细菌和放线菌的数量都没有显著增长，仅真菌的数量有显著增长，这表明未经碾磨的稻壳对于土壤中微生物生长的促进作用是有限的。处理T3土壤中细菌和真菌的数量与处理T1相比都有较为显著增长;但是与处理T2相比，其增长幅度并不显著，这表明把稻壳碾磨成稻壳粉并无显著作用，因为与未经碾磨的稻壳相比，碾磨后的稻壳粉在促进土壤微生物生长方面效果差不多。处理T4土壤中3种类型的微生物数量都有显著增长，这表明“把稻壳碾磨成稻壳粉后浇1%尿素和少许石灰水混匀堆放”这种处理措施有助于促进土壤中各种类型微生物的繁殖和增长。可能在处理中降低了稻壳粉的C/N值，调节了稻壳粉的pH值，使降解稻壳的各类微生物有更适宜的生长环境，从而促进了各类微生物繁殖生长，加速了稻壳粉降解进程。与处理T1相比，处理T5土壤中3种类型的微生物数量也有显著增长，其中细菌和真菌的数量增加得更为明显。这表明稻壳炭有助于土壤细菌和真菌的生长与繁殖，这与姚玲丹等[22]的研究结论一致。稻壳炭作为生物质炭的一种，它之所以能促进微生物的繁殖在于炭表面含有功能基团，这些功能基团可以通过专性吸附作用有效吸附包括溶解性有机碳在内的易矿化有机碳和NH4+，这为微生物提供了丰富的食物来源，进而增加微生物的丰度[23]。与处理T1相比，处理T6土壤中3种类型微生物数量增长显著。这表明施用堆沤过的稻壳鸡粪能显著地促进土壤中微生物的增长和繁殖。事实上稻壳鸡粪在堆沤过程中就已经繁殖大量的微生物，这些微生物在施肥时部分进入土壤中，这会对土壤的微生物群落有着较大的影响。马刘峰等[24]研究结果也显示，施用有机肥可明显增加土壤中细菌、真菌及放线菌的数量和活性，有机肥种类对土壤中生物活性有一定的影响。张  瑞等[25]研究结果表明，单施有机肥处理的土壤微生物群落丰富度和优势度指数较高，有机肥的添加有利于提高土壤微生物代谢活性和土壤微生物群落功能多样性。

2.6    土壤微生物数量与甘薯产量的相关性

在本試验条件下，土壤中3种微生物类型细菌、真菌和放线菌的数量与甘薯产量均成极显著正相关，其中细菌相关系数r=0.845**，P<0.01;真菌相关系数r=0.790**，P<0.01;放线菌相关系数r=0.793**，P<0.01。这表明各处理带来的土壤微生物的变化在一定程度上促进甘薯生长，从而提高了甘薯产量。微生物数量与土壤大多数养分含量之间存在着一定的正相关关系，即土壤微生物数量随土壤养分含量的增加而增加[26]。因此，土壤中的微生物数量在一定程度上可以反映土壤的肥力。

3    结论与讨论

试验结果表明，不经过处理的稻壳虽然能降低土壤容重和改善土壤通气状况，并在一定程度上提高土壤的有机质，但甘薯产量增长不显著，也就是其短期的肥效是十分有限的。无论对于过酸土壤的改良方面，还是对于降低土壤容重方面，抑或是对于甘薯增产方面，碾磨后稻壳粉较未碾磨的稻壳效果差异不显著，所以单纯将稻壳碾磨成粉作肥料的作用不大。稻壳碾磨成粉后喷浓度1%尿素水溶液和少许石灰水混匀堆沤这种稻壳的处理方式虽然无助于改良过酸的土壤，但是可以提高土壤的有机质，加速稻壳的微生物发酵分解，能促进土壤中各种类型微生物的繁殖和增长，其增产效果显著，这是优良的稻壳农业应用方式。稻壳炭（灰）能有效降低土壤的容重与密度，增加土壤的总孔隙度、毛管孔隙度与通气孔隙度，可以明显地改良过酸的土壤，加快土壤中细菌和真菌的生长与繁殖，显著提高甘薯的产量。把稻壳燃烧成稻壳炭（灰）是一种可取的稻壳农业应用方式。稻壳与鸡粪进行堆沤作肥料能明显改良过酸土壤，显著降低土壤容重和提高土壤有机质含量，可以显著地促进土壤中微生物的增长和繁殖，从而有效提高土壤肥力水平和平稳供应甘薯各种养分。在本试验中，稻壳与鸡粪堆沤作肥料处理的甘薯增产幅度最高，因而它是最佳的稻壳农业应用方式。

本试验中，土壤中3种微生物类型（细菌、真菌和放线菌）的数量与甘薯产量均成极显著正相关，土壤中的微生物数量在一定程度上可以反映土壤的肥力。

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