不同地区“玉米田养鹅”农田系统可利用生物质资源量分析

于振良，关法春，边步云，王树文，宗宪春，鹿 鑫

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.吉林省农业科学院，吉林 长春 130033；3.西藏农牧学院，西藏 林芝 860000；4.岭南师范学院信息工程学院，广东 湛江 524048；5. 牡丹江师范学院生命科学与技术学院，黑龙江 牡丹江 157012)

近年来，农业生产中出现农田土层变薄和土壤有机质下降等问题[1]，导致农作物生产过度依赖于化肥，进而造成土壤氮损失[2]、水体等环境污染[3]，土壤肥力下降[4]等一系列问题. 为此农田生产常采取氮肥减量[5]、氮肥与缓控肥配施[6]等措施来在一定程度上能减少氮损失，但化肥驱动下的农业生产仍不足以解决上述问题.生物质直接或间接还田一直被认为是改善土壤质量的有效途径[7]，为此需要探索新的生产方式促进系统生物质资源还田，促进土壤肥力质量的改善.

“农牧一体化”下的玉米田养鹅生产将农田杂草视为农产品的来源之一[8]，其借助放牧鹅在控制杂草的同时，高效利用和转化田间杂草等生物资源，实现鹅粪就地还田[9]，从而在维持较高系统生物多样性的基础上[10]，促进系统物质循环，培肥土壤[11-12].玉米田养鹅生产，对增加物质输入、土壤培肥具有重要意义，但其在不同地区的生产表现尚不清楚.

为此本文采用田间对比试验方法，采集不同地区当地玉米典型生产方式下的玉米秸秆、杂草等田间生物质资源，进行量化对比分析，明确玉米田养鹅模式下的系统生物质资源量，以及区域间生物质资源量差异，从而为提高资源化生产能力与土壤培肥潜力奠定基础.

1 研究区域概况

萝北试验区位于黑龙江省农垦总局延军农场(130°51′E、47°43′N)，海拔为131 ～400 m，耕地面积达1.45 ×104hm2. 该区域属寒温带大陆性季风气候区，年总日照时长约为2 127 h.年平均气温1.57 ℃，无霜期128 d，年降水量为729 mm，6 ～9 月份降雨分布较为集中，降雨量占全年的76.65%，1 月至3 月份和11 月～12 月份降雨分布较弱.土壤为黑土.

林芝试验区位于林芝市章麦村(93°25′ E、29°50′N)，海拔为3 057 m. 该区域属藏东南温暖半湿润气候区，年降水量649.7 mm，6 ～9 月降雨集中，降雨量占全年85% 以上；年均温度8. 7 ℃，全年日均温≥10 ℃的日数165.2 d，无霜期约180 d；年日照时数2 015.2 h，日照率为46.3%.土质为沙壤土.

2 材料与方法

2.1 试验设计

鉴于不同区域气候、土壤条件差异较大，因此玉米生产各自遵照当地常规生产方式进行.

萝北试验地小区面积约500 m2，3 次重复，种植玉米品种为“德美亚1 号”，根据当地农作物的种植习惯，5 月初进行耙地、播种，机械播种的播量控制范围为25～30 kg/hm2，株距为18 ～22 cm，行间距为65 cm，农田底肥为“史丹利”复合肥(w(N) =15%，w(P) =15%，w(K) =15%”)，用量375 kg/hm2.玉米小喇叭口期机械追施尿素100 ～150 kg/hm2(w(N)≥46.4%)；

林芝试验地小区面积约120 m2，3 次重复，种植玉米品种为“酒单4 号”，根据当地种植习惯，4 月中旬进行耙地、播种，株距为25 cm，行间距为60 cm，农田底肥为复合肥(其中，w(N) =33%；w(P2O5) =17%；w(K2O) =17%；w(有机质) =20%)，用量400 kg/hm2.

两试验地均为玉米田养鹅处理(RGICF 处理)，该处理下农田不除草，小区四周用1.20 m 高尼龙网围封，用于放养幼鹅(体重约为1.5 kg/只)，8 月6 日小区内放入幼鹅18 只，每小区放牧期为3 d，3 d 过后轮换到下一小区，循环进行.早晨6 点放入鹅，白天分别于午前和午后两次供水；傍晚约6 点将鹅赶回，投喂复合饲料(玉米面与育成鹅浓缩饲料比例为7：3，其中浓缩饲料产品成分：粗蛋白≥36.0%，粗纤维≤10.0%，粗灰分≤26.0%，总磷≥0.6，钙1.5% ～4.5%，赖氨酸≥1.0%，氯化钠0.8% ～3.0%)，每天每只幼鹅补饲量50 g，9 月底结束放养. RGICF 处理鹅舍内外收集的鹅粪，集中起来做堆肥并自然发酵，翌年4 月中旬抛洒于小区内. RGICF 处理杂草枯落物、残体和玉米植株根系、枯落物秋收后均翻压还田.

2.2 样本采集与测定

9 月底玉米成熟期(放牧后)随机采集地上杂草残体(指仍直立存在的新鲜杂草，等同放牧后杂草地上生物量)和枯落物(指凋落枯萎于地表的杂草)，采样面积为1 m×1 m，3 次重复，将杂草和枯落物齐地面剪下装入信封，带回实验室，将草样和使用蒸馏水清洗泥土后的枯落物放入恒温烘箱，于105 ℃杀青30 min后于80 ℃下烘至恒重后称重.

每小区随机选取50 株进行人工掰棒收获玉米粒，采用四分法收集粉碎秸秆于信封，玉米粒和秸秆均在80℃下烘至恒重.

放牧期间，将1 m ×1 m 的样方框随机埋于小区地表，样方框与地表面持平，每小区3 次重复.每3 天收集样方框内的鹅粪1 次，用镊子等采集鹅粪将其装入自封袋.傍晚赶回将5 只鹅放入2 m×2 m 围网内，收集鹅舍粪便1 d/次.收集鹅粪均经放置风干室初步风干后，恒温80 ℃烘干至恒重，统计鹅粪总还田量.

上述生物质的N、P2O5、K2O 养分含量计算方法分别参见文献[13-14].

2.3 数据处理

利用Excel 2003 统计处理数据，SPSS 17.0 单因素方差分析判断差异显著性.

3 结果与分析

3.1 不同地区农田可利用生物质资源量

玉米收获后萝北试验区可利用秸秆的资源量分别为3 638. 72 kg/hm2(表1)，比林芝试验区高出656.57 kg/hm2，但处理间差异不显著(P ＞0.05). 因此，萝北玉米植株田间资源量均丰富，为玉米秸秆循环利用提供坚实的物质基础.

枯落物以及地表的杂草，在地表形成保护层，并翻地覆盖后逐渐分解后还田，有助于培肥土壤. 萝北试验区的杂草和枯落物的资源量52. 22 kg/hm2和174.39 kg/hm2，分别比林芝试验区高20.09 kg/hm2和69.96 kg/hm2，处理间差异不显著(P ＞0.05). 说明萝北试验区的杂草和枯落物向土壤输入的生物质资源量同样高于林芝试验区.

表1 不同地区农田可利用生物质资源量Table 1 Available biomass resources of farmland in different areas

3.2 不同地区的鹅粪资源量

玉米田养鹅模式下萝北试验区的鹅舍内积累的鹅粪量为1 287.90 kg/hm2(图1)，比林芝试验区的鹅舍内鹅粪量(782.46 kg/hm2)高505.44 kg/hm2，差异显著(P ＜0.05)；而萝北试验区的田间积累的鹅粪量为2 169.4 kg/hm2，比林芝试验区的鹅舍内鹅粪量(1 653.07kg/hm2)高516.33 kg/hm2，差异不显著(P＞0. 05). 萝北试验区鹅粪总量比林芝试验区高出1 021.77 kg/hm2，其田培肥土壤潜力更高.

此外，萝北试验区和林芝试验区田间鹅粪分别占总量的62.75%和67.87%，这说明了玉米田养鹅模式下田间鹅粪对还田总量的贡献率高于鹅舍中的鹅粪.

图1 不同地区鹅粪资源量Fig.1 Available biomass resources of goose feces in different areas

3.3 不同地区的可利用生物质养分资源量

地上部的玉米秸秆、杂草与枯落物数量大小，能够反映今后可利用资源的潜力. 从表2 结果来看，萝北试验区地上植株(秸秆、杂草与枯落物)的N、P2O5、K2O 养分总量分别为29.4 kg/ hm2、5.48 kg/ hm2和33.1 kg/ hm2，分别高于林芝试验区649.39 kg/ hm2、231.39 kg/ hm2和1 000.2 kg/ hm2.

萝北试验区的鹅粪N、P2O5、K2O 养分总量分别为2 466.30 kg/ hm2、2 242.09 kg/ hm2和4 259.97 kg/ hm2，分别高于林芝试验区728. 89 kg/ hm2、662.63 kg/ hm2和1 258.99 kg/ hm2. 说明萝北试验区玉米田养鹅生产向土壤中输送的养分量高于林芝试验区.

表2 不同地区生物质资源养分总量(kg/hm2）Table 2 Thenutrient quantities of biomass resource in different regions(kg/ hm2）

4 讨论

4.1 “玉米田养鹅”农田生态系统的资源还田潜力

农田生态系统在时间、空间上存在尚未利用的冗余资源，可以通过不同方式，在时间、空间上实现对生物质资源有效转化和利用，从而产生更多的产品，这往往成为生态系统生产力提高的基础[15].“玉米田养鹅”生产方式下，萝北试验区的可收集秸秆资源量高于林芝试验区，如农田秸秆继续按照农牧一体化生产方式开展肉牛过腹还田利用[16]，将进一步提高土壤培肥效果；同时，“玉米田养鹅”模式下鹅采食田间杂草和枯叶，产生的鹅粪经田间就地还田或堆积堆肥发酵后，可以更好地发挥培肥土壤等系统生态功能. 从区域生产效果来看，萝北试验区鹅舍鹅粪资源量为林芝试验区的1.65 倍，土壤培肥潜力更大.

4.2 生物质资源还田的区域性差异

“玉米田养鹅”模式是以玉米生产为核心开展的资源高效利用生产方式，气候状况、品种特性、土壤状况和耕作措施等因素均影响玉米生长状况[17-18]，受气候差异、品种使用等区域生产差异性因素影响，从试验结果来看，萝北和林芝两个试验区的生物质资源量差异较为明显，由此必将对土壤培肥作用产生差异[19].但是相对于单做玉米无法进行粪肥还田而言，玉米田养鹅生产能够实现废弃物资源循环利用，从而为生产效益提高奠定了坚实物质基础.

5 结论

玉米田养鹅处理下，萝北玉米秸秆量、杂草量、枯落物量和鹅粪总量均高于林芝，依次高出656.57 kg/hm2、20. 09 kg/hm2、69. 96 kg/hm2和1 021. 77 kg/hm2，萝北试验区农田生物质资源养分总量也高于林芝试验区.因此，受区域生产因素差异性影响，萝北试验区生物质资源量明显高于林芝试验区，其用于还田后的土壤培肥潜力也更大.