长期秸秆粉碎还田对水稻产量和耕地质量的影响

陈红金，陶云彬，吴春艳

(1.浙江省耕地质量与肥料管理总站， 浙江 杭州 310020； 2.兰溪市农业局土壤与肥料工作站， 浙江 兰溪 321100; 3.浙江省农业科学院 资源环境与土壤肥料研究所 浙江 杭州 310021)

浙江省农作物秸秆资源丰富，年产量高达1 200万t[1]，处理不当极易引发环境污染，如秸秆大量焚烧形成烟雾，直接影响民航、铁路、高速公路的正常运营，随意堆放的秸秆腐烂严重污染水体[2]。研究证实，农作物秸秆中富含大量的氮、磷、钾和中微量元素，是重要的有机碳源[3]，直接还田可增加土壤养分含量、提升耕地质量水平等。田间试验证实，秸秆还田显著提高了土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量[4]，提升了棕壤的全氮含量，并促进了氮素的积累[5]；秸秆还田在提高土壤养分含量的同时，还有效改善了土壤理化性状，有助于调节土壤水、肥、气、热等因子。王维钰等[6]认为，秸秆还田可平衡和改善耕层土壤温度，抑制表层土壤水分的蒸发，具有明显的保墒效应。但也有研究认为，秸秆还田导致稻田土壤环境恶化，如土壤氧气含量和氧化还原电位显著降低，土壤还原性物质(H2S、Fe2+、Mn2+等)含量显著增加等，对水稻产生毒害作用，进而导致水稻返青缓慢[7]。可见，秸秆还田的安全性仍具有较大争议，秸秆还田是否可作为解决农作物秸秆过剩、提升耕地质量水平的长期措施加以推广还需要进一步研究证实。为此，特开展长期定位试验，研究秸秆粉碎还田对耕地质量的影响。

1 材料与方法

供试土壤基本理化性状：有机质26.10 g·kg-1，全氮1.29 g·kg-1，有效磷25.00 mg·kg-1，速效钾 44.00 mg·kg-1，pH值5.35。供试作物为水稻，2009—2016年的试验水稻品种分别为两优培九、两优培九、两优培九、两优培九、丰两优5814、丰两优5815、中浙优8号、中浙优1号。供试肥料、秸秆的养分含量和用量如下：秸秆，N 0.8%，P2O50.2%，K2O 1.1%，用量15 t·hm-2；碳铵，N 17%，用量750 kg·hm-2；尿素，N 46%，用量135 kg·hm-2；过磷酸钙，P2O512%，用量375 kg·hm-2；氯化钾，K2O 60%，用量150 kg·hm-2。

试验共设置不施肥(CK)、各水稻品种的常规施肥管理(T1)和在常规施肥管理基础上的秸秆粉碎(粉碎至2～5 cm)还田(T2)3个处理。

水稻收获期测产，同时取土样，参照文献[8]中的方法测定土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量和pH。

2 结果与分析

2.1 对水稻产量的影响

如表1所示，与CK相比，T1和T2处理的水稻产量均大幅提高，其中，T1处理的水稻产量较CK提高32.50%～159.52%，T2处理较CK高37.50%～166.67%。T2处理的水稻产量在T1基础上又有所增加，其中，开展秸秆粉碎还田前期(2009—2013年)，T2较T1处理的水稻产量增幅仅为2.56%～3.77%，但随着秸秆粉碎还田年限的增加，增幅逐渐提高，2014—2016年达6.82%～8.47%。可见，施肥是提高作物产量的有效手段，秸秆粉碎还田可在常规施肥的基础上进一步提高水稻产量。

表1 不同处理对水稻产量的影响 单位： t·hm-2

2.2 对土壤有机质和全氮含量的影响

如图1所示，T2处理的土壤有机质含量处于最高水平，T1处理次之，而CK的土壤有机质含量最低，且试验年限越长，三者差异越大，如2016年CK的土壤有机质含量仅为19.20 g·kg-1，T1处理下提升至23.10 g·kg-1，T2处理下高达 28.40 g·kg-1。此外，土壤有机质含量随试验年限有所变化，其中，T2处理的土壤有机质含量呈波动增加趋势，2016年有机质含量较试验前土壤基础值高8.81%，而T1和CK的土壤有机质含量呈降低趋势，至2016年，其土壤有机质含量分别是试验前基础值的88.51%和73.56%。由此可见，长期的秸秆粉碎还田有提升土壤有机质含量的效果。

如图1所示，CK的土壤全氮含量最低，T2处理的土壤全氮含量最高，T1处理居中，且试验年限越长，三者差异越明显，如2016年T1和T2处理的土壤全氮含量分别较CK提高16.67%和45.61%。此外，T2处理的土壤全氮含量呈逐年增加趋势，至2016年，土壤全氮含量是试验前土壤基础值的1.29倍，T1处理下各年间土壤全氮含量变化不大，而CK的土壤全氮含量呈降低趋势，至2016年，其土壤全氮含量仅为试验前土壤基础值的88.37%。结果表明，长期的秸秆粉碎还田有提升土壤全氮含量的效果。

图1 不同处理对土壤有机质和全氮含量的影响

2.3 对土壤有效磷和速效钾含量的影响

施肥是提高土壤有效磷含量的重要措施。如图2所示，T1和T2处理的土壤有效磷含量接近，远高于CK，分别较CK高39.55%～121.43%和54.94%～127.47%。此外，试验期间由于作物吸收带走土壤中的磷，导致CK的土壤有效磷含量呈逐年下降趋势，至2016年，土壤有效磷含量仅为试验前土壤基础值的72.80%，而T1和T2处理的土壤有效磷含量呈逐年增加态势，如2016年T1和T2处理的土壤有效磷含量分别为试验前土壤基础值的1.61和1.66倍。

如图2所示，不同处理对土壤速效钾含量的影响不同：T2处理的土壤速效钾含量最高，T1处理次之，CK的土壤速效钾含量最低。此外，T2处理的土壤速效钾含量呈逐年增加态势，至2016年土壤速效钾含量是试验前土壤基础值的5.39倍；T1处理的土壤速效钾含量先增加，后趋于稳定；而CK的土壤速效钾含量呈下降态势，至2016年，土壤速效钾含量仅为试验前土壤基础值的47.73%。可见，秸秆粉碎还田和常规施肥均可提高土壤速效钾含量，且以秸秆粉碎还田的效果更优。

图2 不同处理对土壤有效磷和速效钾含量的影响

2.4 对土壤pH值的影响

如图3所示，试验期间，随着试验时间的推移，T1处理土壤pH呈下降趋势，T2和CK差异不大，说明秸秆还田能抑制土壤pH下降。

图3 不同处理对土壤pH值的影响

3 讨论

秸秆还田作为一项重要的农业措施，可以降低耕层土壤容重，改善土壤物理结构，增加土壤通透性和土壤微生物活性，有利于实现秸秆与土壤间的养分转化和循环利用[9]。前人研究证实，秸秆还田显著促进了土壤有机质累积，提升了土壤全氮、速效氮、有效磷的含量[10-11]。本研究表明，较常规施肥，秸秆还田提高了土壤有机质、全氮、速效钾含量，抑制土壤pH下降。不同研究结果间的差异可能与还田的作物秸秆种类有关。

研究证实，秸秆还田对水稻产量有显著影响[12-13]，秸秆还田的水稻有效穗数、穗粒数和产量较冬闲田显著增加[14]。可能是由于秸秆还田显著提高了作物开花期旗叶的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，同时降低了胞间CO2浓度，进而提高了水稻产量。但也有研究认为，秸秆还田处理单位面积有效穗数的增加是水稻增产的主要原因[12,15]。本研究发现，秸秆粉碎还田的水稻产量高于常规施肥，且产量增加幅度随着秸秆还田年限的增加逐渐提高，秸秆还田前期水稻产量增幅仅为3%左右，后期产量增幅稳定在6%以上。推测可能是由于秸秆还田增加了土壤有机质、全氮、有效磷等养分的含量，且其对土壤质量的提升作用随着秸秆还田年限的增加而不断累积，充足的营养供给为作物的生长发育和产量提升提供了保障。

综上，长期秸秆粉碎还田可有效增加水稻产量，并具有长期、持续性地促进作物增产和土壤培肥的效果，可作为提升土壤质量、构建肥沃耕层的重要农艺手段长期使用。