秸秆移除对四川地区紫色土有机质含量的影响

张鹏　任涛　王阳　李龙国

摘 要：四川地区含有丰富的秸秆资源，可推荐作为生物乙醇生产基地，但是秸秆移除可能会造成有机质含量下降，影响土壤生产力。通过在紫色土地区设置5个不同的秸秆移除率（0%、25%、50%、75%和100%）处理，探究不同移除率下土壤有机质含量的变化情况。结果表明，经过1年以上的秸秆移除后，与0%移除相比，各移除率下的土壤有机质含量均发生了下降，但从有机质随时间变化角度来看，25%和0%移除处理的有机质含量并未随时间增长而发生下降。

关键词：秸秆移除;紫色土;有机质

中图分类号 X43文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）03-0108-03

Effect of Residue Removal on the Soil Organic Matter Content of Purple Soil in Sichuan Area

ZHANG Peng et al.

（College of Water Resource and Hydropower， Sichuan University， Chengdu 610000， China）

Abstract： Sichuan region is recommended as a bioethanol production base because of its abundant straw resources. However， removing the crop straw for bioethanol may negatively affect the soil organic matter and productivity. At present， there are few studies on the impact of residue removal on organic matter in the purple soil area， so we conduct field experiments in the purple soil area to investigate the problem. We set five different straw removal rates （0%， 25%， 50%， 75% and 100%） to explore the changes in organic matter content under different removal rates. The results showed that after more than one year of residue removal， the soil organic matter content under other removal rates decreased relative to 0% removal rate. But from the perspective of organic matter changes over time， the organic matter content under 25% and 0% removal treatments did not decrease with time.

Key words： Residue removal; Purple soil; Soil organic carbon

秸秆移除用于生物质能源生产已成为秸秆资源利用新的途径[1]。四川地区作为长江上游主要的农业生产区，由于具有丰富的秸秆资源[2]（每年产生的秸秆占全国总量的12%）被推荐作为生物乙醇生产基地。但是过多的秸秆移除可能会对土壤产生不利影响[3]，尤其是会影响土壤有机质的含量。

土壤有机质是土壤质量的重要指标，其对土壤的物理、化学和生物特性（如土壤保水，养分循环，气体通量和水分和植物根系生长）均有一定的影响，增加和维持土壤有机质对于提高土壤肥力，提高肥料的养分利用率，提高作物产量和改善环境质量的作用至关重要[4]。作物秸秆若保留在田间，可以向土壤提供大量的有机物质[5]。秸秆移除减少了土壤有机物质的供给，影响土壤有机质的含量。众多研究表明，当秸秆移除率超過一定阈值时，会造成土壤有机质下降[6–8]，这个阈值的大小取决于气候和土壤条件，即秸秆移除对土壤有机质造成的影响是有场地特异性的[9]。四川地区紫色土富含矿质营养，容易发生淋溶和侵蚀[10]，当地较高的降雨量也加剧了紫色土淋溶和侵蚀的过程[11]。因此，相对于其他土壤类型，有机质含量对秸秆移除的反应可能会更剧烈，造成土壤有机质含量下降的秸秆移除率阈值也可能会更小。

目前，关于四川紫色土地区秸秆移除的研究较少。为此，本研究通过大田实验探究了秸秆移除对土壤有机质含量的影响，从而得到该地区秸秆移除率阈值，即移除多少比率的秸秆不会造成土壤有机质的下降，为该地区的秸秆移除提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验于2018和2019年度在四川省成都市简阳市（30°29′11″N、104°38′42″E）进行，位于四川盆地丘陵区，海拔高度430m。属亚热带季风气候，多年平均气温17℃，年平均降水量874mm，具体温度和降雨数据见图1。土壤类型为粘壤土，试验前土壤pH8.14，有机质含量22g/kg。试验田在试验开始前已经进行了40年的夏玉米-冬油菜轮作。

1.2 试验设计 试验共设置0%（CK）、25%、50%、75%和100%5个不同的秸秆移除率处理，4次重复，共20个田块，每田块面积为5m×5m。田块在田间呈4列分布，每一列都包含5个秸秆移除率处理。秸秆移除的方法为：先统计田块里的作物植株总数，在作物收获后，根据不同的秸秆移除率移除相应数目的作物秸秆，剩下的秸秆平整地铺在土壤表面。除了秸秆移除率，其他农业管理措施都一致。田间耕作方式为中耕，在每次秸秆移除之后进行。田间所施肥料为尿素和磷肥（P2O5≥12%），施肥量分别为825kg/hm2、1500kg/hm2。

1.3 试验方法

1.3.1 样品采集 试验于2018年4月开始并进行基础土样采集，2018年5月份进行第1次秸秆移除。在进行田间土样采集时，取3kg田间表层10cm的土壤，每个田块选取5个采样点进行土样采集，采集后混合作为1个样品。从第1次秸秆移除到2019年8月份，共进行了5次土样采集和3次秸秆移除。

1.3.2 样品分析 土壤有机质测定采用的方法是燃烧氧化-非红外氧化法[12]。土样风干之后过0.097mm筛，作为有机质分析试样。称取0.05g试样，精确到0.0001g，放入垫上少量玻璃毛的石英杯中，并缓慢滴加5%磷酸溶液，至试样无气泡冒出。将石英杯放入总有机碳测定仪，测量响应值。通过公式计算得到有机碳含量，乘上系数1.724得到有机质含量。计算公式为：

ω_om=[（A-A₀-a）/b×m1×1000]×100×1.724

式中：wom为土壤有机质含量（g/kg），A为试样响应值，A0为空白试样响应值，a为标准曲线的截距，b为标准曲线的斜率，m1为试样中干物质的质量。

1.4 数据分析与处理 运用Spss25中的单因素ANOVA分析对不同移除率和不同处理时间下的土壤有机质含量进行了显著性分析（P≤0.05），使用Excel进行数据处理和图表的绘制。

2 结果与分析

2.1 相同采样时间不同秸秆移除率对土壤有机质的含量的影响 由图1可知，秸秆移除会造成有机质含量的降低，且随着试验时间的增加，由秸秆移除引起的有机质含量的降低变得更加明显。除第7个月的采样，在其他几次采样中，相对于CK，其他移除率下的有机质含量均呈下降趋势。在试验开始之后第3个月的采样中，相对于CK只有50%和75%移除率下的有机质含量发生了显著下降（P≤0.05）。随着试验时间的延长，到第15个月，相比于CK处理，其他移除率下的有机质含量都发生了显著下降（P≤0.05）。

2.2 相同秸秆移除率不同时间对土壤有机质含量的影响 由图2可知，在所有移除率下，相对于第7个月，第8个月的有机质含量都有显著上升并达到最大。第8个月之前，不同移除率下的有机质含量变化并不一致。第8个月之后，随着试验时间的延长，各个移除率下的土壤有机质含量都在逐渐下降。总体而言，从第3个月到第15个月这段时间，低移除率（0，25%）下的土壤有机质含量并未发生显著下降，但在高移除率下，有机质含量发生了显著下降（除75%移除处理）。

3 讨论

土壤有机质的含量取决于有机物质的输入和输出的动态平衡[8]。秸秆的移除减少了有机物质向土壤的输入，会减小土壤有机质的含量。由本次研究结果显示，高比率的秸秆移除会造成土壤有机质含量的下降，尤其是在较长试验时间下，这与前人的研究类似[13]。土壤有机质的下降还与紫色土易发生侵蚀的特性有关[14]，试验地的高降雨量也会加重紫色土的水力侵蚀。研究表明，秸秆还田可以减小紫色土的侵蚀损失[11]。因此，在高移除率处理下会有更高的土壤侵蚀损失，有机质的含量也会损失更多。

从第3个月到第15个月这段时间，低移除率（0和25%）下的土壤有机质含量并未发生显著性变化，但是在高移除率下（除了75%）土壤有机质含量发生了显著下降。在冬油菜生长期内（3个月到第11个月），所有移除率下的土壤有机质并未发生显著变化。高移除率处理（除了75%）下的有机质含量的显著下降主要发生在夏玉米生长期内（第11个月到第15个月）。这是因为夏玉米生长期间当地降雨量较大，会导致较高的侵蚀损失，尤其是在高移除率处理下，土壤表面覆盖的秸秆较少，雨水直接冲刷泥土，造成了更高的侵蚀损失，导致有机质含量发生显著下降。

在低移除率处理下（0和25%），有机质含量从第3个月到第7个月发生了显著下降，但在高移除率下有机质含量却出现了明显上升（除了100%移除处理），这种现象与秸秆的降解过程有关。玉米和油菜秸秆都含有较高的碳氮比，这会加大秸秆降解的难度[15]，土壤氮或者外源氮的补充可以减小碳氮比[16]，从而加速玉米和油菜秸秆的降解過程。在本试验中，第7个月土壤采样前20d，每个田块都施加了相同量的尿素，所以在低移除率下会有更高的碳氮比，秸秆降解也更慢。这导致低移除率下有机质的供给更少，同时土壤中的有机质在微生物的作用在不断分解，因此，土壤有机质含量发生了显著下降。在100%移除率下，秸秆全部移除只保留根部，投入的有机物质太少，土壤有机质含量也发生了下降。50%和75%移除率下，秸秆降解过程较快，土壤有机质的补给过程大于分解过程，使得土壤有机质含量有所上升。第8个月，所有移除率下的土壤有机质含量相对于第7个月都出现了显著上升，这是因为田间秸秆发生了比较完全的分解，向田间土壤提供了大量的有机质，在100%移除率下由于作物根部的分解，土壤有机质含量也有一定的上升趋势。

由此可见，秸秆移除后，有机物质投入的减少和土壤侵蚀损失的增大是导致土壤有机质含量减小的原因，所以在进行1年多的秸秆移除之后，相对于CK，其他移除率处理下的土壤有机质含量都发生了显著下降。但是从有机质含量随时间变化的角度来看，只有高移除率下的有机质含量发生了显著下降，低移除率（0，25%）下的有机质含量无显著变化。说明进行25%的秸秆移除后，土壤有机质含量虽然相对于CK有所下降，但并不会随时间增加而发生显著下降，有机质的含量可以保持在一定水平。因此，在进行秸秆移除时，选择25%的秸秆移除率是可取的。

4 结论

研究表明，秸秆移除减少了土壤有机物质的输入，造成土壤有机质的含量下降，且随着时间的增长，其他移除率下的土壤有机质含量相对于CK的下降幅度越来越大。但是从各个移除率下的土壤有机质含量随时间的变化可以看到，25%的秸秆移除并不会造成土壤有机质含量的下降。因此，在四川紫色土农田中推荐进行25%的秸秆移除。

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基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（No.51709190）

作者简介：张鹏（1995—），男，安徽安庆人，硕士，研究方向：土壤修复和土壤侵蚀。  收稿日期：2020-12-03