油菜秸秆还田对土壤养分供应的影响

黄乙琼 刘蓉 赵长坤 施良 杨国涛 王学春 胡运高

摘要：为研究免耕条件下油菜秸秆还田对土壤养分的影响。通过盆栽和连续田间试验，设置不同的油菜秸秆还田量，探索了免耕条件下油菜秸秆还田量对秸秆腐解率和不同土层氮、磷含量的影响。结果表明，还田量对秸秆腐解规律无显著影响，全量还田时最终秸秆腐解率最高;秸秆全量还田后耕作层氮、磷含量最高，连续秸秆还田对耕作层氮素的补充效应大于磷素;长期秸秆还田可以减少犁底层以下氮、磷含量，有利于减少养分的渗漏损失，降低资源浪费和环境污染。

关键词：油菜;秸秆还田;土壤养分;补偿;渗漏

中图分类号：S158;S565.4

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020） 20-0051-05

DOl：101408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.20.011

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

中国作物秸秆产量从高到低依次是稻草、麦秸、玉米秸、棉秆、油料作物秸秆、豆类和薯芋类秸秆[1]。川东丘陵稻区油稻两熟是主要的作物轮作模式。油菜作为养地作物，在生长时就能提高土壤肥力，如根系分泌有机酸等能溶解土壤中难溶性磷，叶子和花在成熟时掉落还田补充养分等[2]。同时成熟期的油菜秸秆氮素含量可达136.20 kg/hm2，远高于小麦秸秆（氮素含量在40.37-64.25 kg/hm2）[3]。相关研究表明，在油稻两熟轮作系统中，连续秸秆还田可以提高土壤氮、磷、钾和有机质含量[4]，增加稻谷和油菜产量[5]，提高资源利用效率[6]，减少环境污染[7-9]。秸秆还田主要是对提高土壤肥力、改善理化性状、加大保水保墒能力有着明显的促进作用[10-12]。

但当前推行的油菜秸秆还田技术缺少相应的理论支持，农民进行秸秆还田操作时常以不正确的还田方式进行处理。而错误的秸秆还田处理对后季作物的生产还会起到抑制作用。如前人研究提出秸秆还田后影响其养分释放的因素主要有还田方式、还田时间、还田量、碳氮比等[13-16]。其中，秸秆还田量在一定范围内时，秸秆腐解率和腐解速度等均随着还田量的增加而增加[17]，土壤有机质也随还田量的增加而增加[18]。但还田量过高时，水稻生育前期会积累过多的CO2和有机酸[19];还田量过低时，水稻生育后期养分供应不足，二者均导致增产不显著，甚至减产[20]。

20世纪70年代末，候光炯等[21]首创水田免耕理论，获得极大成功。20世纪80-90年代，谢德体等[22]对水田生态系统和免耕高产栽培体系进行深入研究，半旱式垄作自然免耕理论与技术完善实用，成为南方地区免耕水稻的主要种植方式。目前南方广大稻区掀起研究推广热潮，其中，四川平原丘陵地区研究推广板田直插及撬窝免耕稻，在节约劳动力、维护土壤表层结构、保持水土等方面效果显著。因此，基于川东油稻两熟区域免耕条件下的秸秆还田技术研究，对充分利用秸秆资源、促进水稻生产的节能增效具有重要意义。

1 材料与方法

试验于2017-2018年在四川省绵阳市涪城区龙门镇尖峰村进行，地处涪江上游，是四川盆地典型丘陵区之一。年均降水量887.3-927.6 mm，年均气温16.7 -17.4℃，年均日照时数1 300-1 328 h，平均无霜期283-300 d，属亚热带季风性湿润气候[23]。主要种植制度为油稻或麦稻两熟制。试验前土壤全氮含量1.63 g/kg、全磷含量0.72 g/kg、全钾含量0.66 g/kg。

1.1 试验设计

试验设置4个油菜还田量水平进行试验，即：不还田（SO）、半量（0.5倍还田量）1.5 t/hm2（S1），全量3.0 t/hm2（ S2），1.5量（1.5倍还田量）4.5 t/hm2（S3），田间试验每个处理设置3次重复，共计12个小区;小区四周设置保护行，小区间垒土埂并用薄膜覆盖，防止水稻生育期串水串肥。盆栽试验中每个桶加入20 kg混匀水稻土，秸秆还田量和施肥量根据盆内径换算所得，将秸秆覆盖于土柱表面，每盆移栽水稻1株，每隔5d对盆内水深进行校正，保证淹水深3 cm左右，每个处理6盆，设置3次重复。所有处理的施肥方法：氮肥为纯氮150 kg/hm2，基肥、分蘖肥、穗肥按照质量比5：3：2的比例施用;磷肥（P205） 60 kg/hm2作基肥一次施人;钾肥120 kg/hm2以1：1作基肥和穗肥施人。水稻（品种：德优4727）于4月初育秧，秧龄35 d左右，5月中旬选取具2个分蘖的壮秧移栽。供试秸秆材料为前茬油菜（品种：绵油15号）的秸秆，油菜收获后其秸秆经机械（金阳4L2-1.2）粉碎、晾干备用。水稻移栽前将油菜秸秆按照试验设置覆盖于田间。

1.2样品的采集与测定

盆栽秸秆腐解率试验于水稻移栽后20、40、60、100、140 d（水稻全生育期158 d左右，因此秸秆腐解为水稻生长季的腐解规律）采集秸秆样，将覆盖处理的秸秆连同表面一层土壤一起装入网袋中，确保未腐解的秸秆完全裝入。用清水将秸秆轻轻冲净，60℃条件下烘干，称取未腐解秸秆重量。

大田试验，每年10月水稻收获后油菜播种以前，各取0-80 cm土层土样（0-10、10-20、20-30、30-40、40-60、60-80 cm）;测定土壤全氮、全磷含量，土壤全氮测定利用凯氏定氮法测定，全磷含量用酸溶一钼锑抗比色法测定。

2 结果与分析

2.1 还田量对秸秆腐解规律的影响

在免耕处理不同秸秆还田量条件下，还田后油菜秸秆腐解规律均呈现先快后慢的趋势（图1）。在140 d后其秸秆的全部腐解率在45%左右，其中，0-20 d时腐解率最快，20 d时腐解率达30%左右;40-60 d时腐解率最慢。不同秸秆还田量之间腐解规律相似，最终腐解率1.5倍还田量（S3）最低，半量（S1）和全量（S2）还田腐解率相近，均高于1.5倍还田量。

2.2 不同因素对土壤养分含量的影响

由表1可见，连续2年不同量秸秆还田处理条件下，秸秆还田量对土壤氮、磷含量影响达到极显著水平，不同土层深度之间氮、磷含量差异也达到极显著差异。还田量与土层深度的互作因素对氮、磷含量的影响也达到显著或极显著水平。不同土层深度之间养分存在的显著差异可能与耕作模式和耕作层厚度相关，而秸秆还田量与土层深度之间的互作效应可能与秸秆腐解后养分的下渗有关。

2.3 秸秆还田量对土壤养分分布的影响

由图2可见，随着土层深度的增加土壤氮含量迅速降低，其中耕作层（0-40 cm）降低更为明显，犁底层以下（40-80 cm）氮含量降低较慢。随着秸秆还田量增加各土层氮含量呈先增加后降低的趋势，全量还田（S2）条件下各土层氮含量最高。随着秸秆还田年限的增加，不同还田量土层氮含量差异变大。在秸秆不还田条件下2018年各土层（特别是耕作层）氮含量较2017年下降较大;全量还田和半量还田条件下2年各土层氮含量差异不大。

由图3可见，不同土层磷含量变化规律与氮相似，均随着土层深度的增加磷含量迅速降低。其中，耕作层（0-40 cm）降低更为显著，犁底层以下（40-80 cm）含量降低较慢。秸秆还田可以增加各土层磷含量，但秸秆1.5倍量还田条件下各土层磷含量低于半量和全量还田。其中，全量还田（S2）条件下各土层磷含量最高，1.5倍量秸秆还田各土层磷含量次之。随着秸秆还田年限的增加，不同还田量各土层磷差异变大。

2.4 秸秆还田量对耕作层土壤养分的补充作用

秸秆还田可以提高耕作层（0-20 cm）氮、磷含量（表2），0-10 cm和10-20 cm土壤中氮含量在2017年较高的处理分别为S1和S2，但SI与S2处理在相同土层中氮含量无显著差异，而在连续2年秸秆还田条件下，S2处理0-10 cm土层氮含量达1.87 g/kg，较秸秆不还田（SO）处理（1.10 g/kg）提高了70.00%，同时与2017年氮含量无显著差异;秸秆全量还田（S2）处理时耕作层磷含量最高，连续2年秸秆全量还田条件下耕作层磷含量达1.05 g/kg，较秸秆不还田（SO）处理（0.81 g/kg）提高了29.63%，同时与2017年磷含量无显著差异。

免耕、秸秆还田条件下，耕作层10 cm和20 cm土层氮含量存在显著差异，20 cm土层氮、磷含量呈现出显著低于10 cm土层含量的趋势，这可能主要与免耕种植模式有关。连续2年秸秆还田后耕作层10 cm和20 cm土层氮含量差异降低，2018年SI、S2、S3处理10 cm较20 cm土层氮含量分别提高了23.29%、34.53%、65.05%，较1年还田处理（56.10%、54.03%和81.19%）差异明显降低。而磷含量方面表现出相反的趋势，连续2年秸秆还田扩大了10cm和20 cm土层之间的磷含量差异。

2.5 秸秆还田量对土壤养分的滲漏影响

秸秆还田基本不会显著影响犁底层以下（60-80 cm）氮、磷含量（表3）。秸秆不还田（SO）及连续2年秸秆全量（S2）和1.5倍量（S3）还田处理可以显著降低60 cm土层氮含量，还田2年后（2018年）较还田1年后（2017年）分别降低27.94%、9.72%、24.66%。在不还田条件下连续种植2年水稻使得80 cm土层磷含量显著升高，而连续2年秸秆1.5倍量（S3）还田处理则会显著降低60-80 cm土层的磷含量。

3 小结与讨论

秸秆还人农田后土壤表层有机质明显增加，同时通过长期秸秆还田可增加土壤中氮、磷、钾含量，一定程度上缓解氮、磷、钾肥比例失调等问题[24.25]。节约了化肥的使用，降低了生产投入。本试验主要在免耕、油稻两熟制条件下，研究不同油菜秸秆还田量对秸秆腐解规律和土壤养分分布的影响。

3.1 秸秆还田后腐解规律

油菜秸秆存在角质层，使得秸秆质地更加坚硬，还田后腐解速度较麦稻类秸秆更为缓慢[26]。赵勇等[27]研究发现，油菜秸秆还田60 d后，土壤的肥力才会明显提高，同时其纤维素酶活性明显增强。秸秆还田后缓慢分解的过程就是秸秆腐解微生物分解秸秆的过程，需要秸秆分解微生物的大量繁殖。这一过程需要以碳素为能源、以氮素为营养[28]。同时秸秆分解速率又受土壤微生物数量及种群的影响[29]。因此在土壤养分供应和微生物群落相同的条件下，秸秆还田量的多少对秸秆的腐解速率非常重要。本试验条件下，不同秸秆还田量不会影响秸秆的腐解速率和规律。在水稻全生育期内（移栽后140 d）不同还田量的秸秆均可以腐解45%左右，但是过量还田（1.5倍量）条件下秸秆的最终腐解率最低。这可能与过量秸秆条件下土壤养分供应不足，导致秸秆腐解微生物活动变缓所致。还田后油菜秸秆腐解规律均呈现先快后慢的趋势，主要是由于前期水稻处于淹水分蘖期，充足的水分浸泡和土壤肥料供应有利于秸秆的快速腐解。而水稻移栽30 d左右需要排水晒田，同时还田秸秆中剩余的多是难分解的纤维素、木质素类，所以还田后40-60 d腐解率降低较大。

3.2 秸秆还田对土壤养分供应的影响

还田量在一定范围内时，秸秆腐解率和腐解速度、土层活性有机碳比重、土壤碳矿化速率和累积矿化量等均可随着还田量的增加而增加[17];郑洪兵等[30]发现，秸秆还田量由0.5倍增加至4.0倍时，土壤全氮、水解氮、磷、钾、有机质含量随秸秆还田量的增加而提高。高金虎等[31]研究发现，全氮含量随着秸秆还田量的增加而提高，而硝态氮和铵态氮含量却表现为随着秸秆还田量的增加而减少。因川东丘陵稻区土壤钾含量充足，本试验系统研究了连续秸秆还田对耕层土壤氮、磷含量的补偿作用，及其不同深度土壤的氮、磷分布。发现随着秸秆还田量增加各土层氮、磷含量均呈先增加后降低趋势，全量还田（S2）条件下耕作层氮、磷含量最高。增加秸秆还田年限，不同还田量土层氮含量差异变大;而磷含量变化不大。可见连续秸秆还田对耕作层氮素的补充效应较强。同时连续免耕和秸秆还田可以降低耕作层内部氮含量的差异，有利于耕作层土壤养分向更加均一性发展。

3.3 秸秆还田对土壤养分渗漏的影响

水稻生产中化肥的投入量大，但利用率低[32]。水稻的氮肥吸收利用率平均为20.0% -35.0O%[33]。过多的氮肥随地表径流和渗漏作用进入水体，也导致资源的浪费和环境污染加重[34.35]。作物秸秆还田后养分缓慢释放，可以起到缓释肥的相似作用，能提高化肥利用率，减少氮、磷的损失污染及浪费。本试验中连续2年秸秆全量和1.5倍量还田处理可以显著降低60 cm土层氮含量，连续2年秸秆1.5倍量还田处理则会显著降低60-80 cm土层的磷含量;而不还田条件下犁底层以下土壤磷含量会显著升高。因此长期秸秆还田可以减少犁底层以下氮、磷含量，有利于减少养分的渗漏损失，降低资源浪费和环境污染。

秸秆还田量的变化通过影响土壤理化状况，进而影响作物生长。因此，秸秆还入田中量的多少对作物生长及产量非常重要。本研究条件下油菜秸秆全量还田，其最终腐解率最高，对耕作层土壤养分的补偿作用较优，同时可以减少养分的渗漏损失。

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作者簡介：黄乙琼（1999-），女，四川雅安人，在读本科生，研究方向为农学，（电话）13408351129（电子信箱）2750818295@qq.com;通信作者，胡运高，男，四川三台人，研究员，主要从事水稻遗传育种T作，（电子信箱）swust.rri@163.com。