秸秆还田对双季稻土壤有机碳和全氮含量的影响

2019-11-09周飞鲁立明陈余平韩红煊

浙江农业科学 2019年11期

周飞，鲁立明，陈余平，韩红煊

(1.余姚市农业技术推广服务总站，浙江余姚 315400； 2.余姚市农业科学研究所，浙江余姚 315400)

土壤有机碳不仅能为作物生长提供碳源、维持良好的土壤物理结构，还是评价生态系统可持续性的基础指标之一。农田土壤有机碳库是土壤地力高低的关键，是作物稳产高产的基础，是土壤肥力和土壤健康评价的重要指标之一[1-2]。耕层不但是土壤最大的有机碳库，还含有80%以上的有机氮素，耕层土壤中有机碳、氮素含量的细微变化都会对作物高产稳产产生深远影响，短期内微生物量碳和氮是反映耕作措施的敏感指标，中期内土壤有机碳可以敏感反映土壤健康状况[3-4]。

余姚市是浙江省典型的双季稻农业系统生产区，由于传统农业生产水平低、水土流失严重、土壤质量退化，导致农业系统稳定性差。通过适宜的基于生态系统稳定性的管理措施，如秸秆还田、水旱轮作、保护性耕作等，可改善土壤肥力，促进土壤健康。本研究以余姚市双季稻农业生产系统为对象，研究施肥和秸秆还田等措施对土壤有机碳、全氮含量的影响，研究结果可为双季稻农业生产系统的可持续发展和水稻绿色生产提供指导与借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于余姚市泗门镇(30°08′33″N，121°03′25″E)，粉泥田土种，海拔4.5 m，地下水位0.7 m，常年积温5 913 ℃，无霜期230 d，排水能力强。2010年试验田土壤pH值5.9，有机质含量43.7 g·kg-1，全氮含量2.3 g·kg-1，有效磷含量17.4 mg·kg-1，速效钾含量88.5 mg·kg-1。

1.2 处理设计

试验开始于2010年，共设3个处理：不施肥处理(CK1)、常规施肥处理(CK2)、秸秆还田+常规施肥处理(CK3)。处理不设重复，随机区组排列，小区面积为66.7 m2。测试土壤采自2012和2014—2018年12月连作晚稻收获期，利用土钻取0～20 cm耕层土样，每个小区取样5次，混合。分别采用重铬酸钾外加热法和凯氏定氮法测定土壤有机碳、全氮含量。

2 结果与分析

2.1 耕层土壤有机碳含量变化

如图1所示，各处理下耕层土壤的有机碳含量随时间的变化趋势基本一致。2014年以后，在常规施肥条件(CK2)下，耕层土壤有机碳含量呈现先下降后增高的趋势，其中，2018年耕层土壤有机碳含量最高(26.57 g·kg-1)，比2015年的最低值增加8.88 g·kg-1。秸秆还田条件(CK3)下，耕层土壤的有机碳含量与常规施肥条件下的变化趋势一致，同样以2018年耕层土壤有机碳含量最高(35.15 g·kg-1)，比2015年的最低值增加7.95 g·kg-1。自2014年起，CK3处理的耕层土壤有机碳含量始终高于其他2个处理。这主要是因为，秸秆覆盖提高了土壤温度和湿度，同时，秸秆腐烂分解时还产生了大量的有机物，使得土壤有机碳含量不断增加[5]。

图1 不同处理耕层土壤的有机碳含量变化

2.2 耕层土壤全氮含量变化

如图2所示，各处理下耕层土壤全氮含量随时间的变化趋势基本一致。2014年以后，在常规施肥条件下，耕层土壤全氮含量呈现先下降后增高的趋势，其中，耕层土壤的全氮含量在2014年最高(3.02 g·kg-1)，在2015年最低(1.01 g·kg-1)。秸秆还田条件下，耕层土壤的全氮含量与常规施肥条件下变化趋势相似，同样以2014年最高(3.73 g·kg-1)，但最低值出现在2016年(1.26 g·kg-1)。对比不同处理可知，CK3的耕层土壤全氮含量始终高于其他2个处理，而CK2与CK1的耕层土壤全氮含量差别不大。这是因为，秸秆还田增强了土壤对环境水热变化的缓冲能力，为水稻生长和微生物活动创造了良好的生境，加快了土壤氮循环，提高了土壤氮的有效性[6]。

图2 不同处理耕层土壤的全氮含量变化

2.3 耕层土壤有机碳与全氮的相互关系

如图3所示，各年度不同处理下耕层土壤有机碳(OC)与全氮(N)含量的比值(OC/N)差别不大，变化趋势相似，均表现为先上升后下降的趋势。在常规施肥条件下，耕层土壤的OC/N在2016年最大(19.6)，在2012年最低(9.2)；在秸秆还田条件下，耕层土壤的OC/N同样在2016年最大(22.8)，在2012年最低(9.8)。