袁嫚嫚，鄔 剛，胡 潤(rùn)，孫義祥*

（1 安徽省養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境省級(jí)實(shí)驗(yàn)室/安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，安徽合肥 230031；

2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇南京 210008；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4 貴池市貴池區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽池州 247100）

秸稈還田配施化肥對(duì)稻油輪作土壤有機(jī)碳組分及產(chǎn)量影響

袁嫚嫚1,2,3，鄔 剛1，胡 潤(rùn)4，孫義祥1*

（1 安徽省養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境省級(jí)實(shí)驗(yàn)室/安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，安徽合肥 230031；

2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇南京 210008；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4 貴池市貴池區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽池州 247100）

【目的】水稻–油菜輪作是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)種植模式。秸稈還田是目前我國(guó)秸稈利用最主要、最直接的途徑。因此，研究水稻–油菜輪作系統(tǒng)下，秸稈還田配施化肥對(duì)水稻和油菜產(chǎn)量、土壤有機(jī)質(zhì)組分及其養(yǎng)分含量的影響，有助于提高水稻和油菜產(chǎn)量，培肥土壤，推進(jìn)秸稈還田技術(shù)的應(yīng)用。 【方法】通過(guò)水稻和油菜 7 年 13季作物的田間定位小區(qū)試驗(yàn)，設(shè)置了不施氮肥不還田處理 (CK) 、農(nóng)民習(xí)慣處理 (FPP) 和 3 個(gè)秸稈還田配施化肥處理 (SF1、SF2、SF3：每年水稻秸稈以 3000 kg/hm2的量還田，配施不同量氮、磷、鉀肥)，分析了各處理土壤有機(jī)碳及其組分、土壤養(yǎng)分含量、作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。 【結(jié)果】 與不施氮肥處理比較，秸稈還田配合氮、磷、鉀平衡施肥能顯著提高土壤總有機(jī)碳及其各組分、土壤養(yǎng)分含量、作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。與農(nóng)民習(xí)慣處理相比，秸稈還田配施化肥處理土壤總有機(jī)碳、胡敏酸和胡敏素分別顯著增加了 5.62%～12.08%、9.05%～22.57%和 7.93%～10.23%，而水溶性有機(jī)碳和富里酸含量差異則不明顯；土壤全氮、有效磷和速效鉀含量分別顯著提高了 6.74%～14.04%、134.67%～249.46% 和 40.18%～70.54%；水稻、油菜和周年平均產(chǎn)量分別增加了8.55%～19.34%、19.06%～27.27% 和 10.34%～24.08%；凈利潤(rùn)提高了 1651～4905 yuan/hm2，但總投入增加了1427～2882 yuan/hm2。秸稈還田配施化肥處理中，以氮、磷、鉀肥用量與運(yùn)籌次數(shù)最多的 SF3 處理土壤各項(xiàng)指標(biāo)、作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益最高，與之相比，SF2 處理在水稻和油菜兩季共減少肥料用量 255 kg/hm2，而作物周年產(chǎn)量減少不明顯。土壤有機(jī)碳組分、土壤養(yǎng)分含量及作物產(chǎn)量之間有較好的相關(guān)性，而逐步回歸分析表明，土壤總氮、胡敏酸、水溶性有機(jī)碳含量是水稻和油菜產(chǎn)量主要決定因素。 【結(jié)論】秸稈還田配施化肥可以提高土壤有機(jī)碳、胡敏酸、胡敏素含量及土壤養(yǎng)分含量，培肥土壤并提高其穩(wěn)定性，促進(jìn)作物增產(chǎn)。雖然秸稈還田配施化肥增加了人工和肥料投入，但適宜的化肥用量配合秸稈還田提高了水稻油菜輪作體系的經(jīng)濟(jì)效益。

秸稈還田；有機(jī)碳組分；土壤養(yǎng)分；水稻油菜輪作；產(chǎn)量

土壤有機(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，也是影響土壤穩(wěn)定性和生產(chǎn)力的重要因素之一[1–2]。秸稈還田是農(nóng)田土壤有機(jī)碳重要的來(lái)源[3]。秸稈還田不僅可以減少因秸稈焚燒而產(chǎn)生的溫室氣體[4]，還能為土壤中的微生物提供豐富的碳源，刺激微生物活性，提高土壤肥力[5]，被認(rèn)為是一種有效的農(nóng)田培肥措施，也是秸稈資源利用中最經(jīng)濟(jì)且可持續(xù)的方式。但是，由于秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，自然狀態(tài)下難以被微生物分解[6]。研究表明，微生物分解秸稈時(shí)需要吸收一定量的氮素[7]，從而與作物爭(zhēng)氮，影響苗期生長(zhǎng)，進(jìn)而影響后期產(chǎn)量。同時(shí)，單施化肥一定程度上促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加輸入土壤的根系及根系分泌物，進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)[8–10]。由于土壤有機(jī)碳處在不斷的礦化與腐殖化的過(guò)程中，有時(shí)這兩個(gè)過(guò)程同時(shí)存在[6]，而不同的化肥養(yǎng)分配比、秸稈還田的加入則使土壤有機(jī)碳組分轉(zhuǎn)化及積累變得更加復(fù)雜[11–12]。

近年來(lái)許多學(xué)者從不同角度對(duì)秸稈還田條件下土壤養(yǎng)分、酶活性和土壤微生物數(shù)量進(jìn)行了一系列的研究[6,13–16]，但對(duì)水稻–油菜輪作系統(tǒng)下，秸稈還田配施化肥，土壤有機(jī)碳組分及其養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的系統(tǒng)性研究較少。因此，通過(guò)田間定位試驗(yàn)研究水稻秸稈配合氮、磷、鉀平衡施肥對(duì)水稻和油菜產(chǎn)量、土壤有機(jī)質(zhì)組分及其養(yǎng)分含量的影響，從而揭示秸稈的腐解、土壤性質(zhì)變化過(guò)程，為探索適宜當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的施肥措施，完善該地區(qū)秸稈還田技術(shù)及培肥土壤提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)于 2009 年至 2015 年在安徽省池州市貴池區(qū)萬(wàn)子村進(jìn)行 (30°50′N、117°33′E)。土壤類型為棕紅壤，0—20 cm 土壤基本理化性質(zhì)：pH 5.55、全氮1.69 g/kg、全磷 0.59 g/kg、全鉀 20.44 g/kg、有機(jī)碳15.42 g/kg、堿解氮 160.15 mg/kg、速效鉀 83.23 mg/kg、有效磷 6.08 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置 5 個(gè)處理，分別為 CK，不施氮肥，水稻秸稈不還田；FPP，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣處理，水稻秸稈不還田；SF1，根據(jù)測(cè)定土壤養(yǎng)分含量，比 FPP 減少稻季氮肥用量，增加了稻季和油菜季磷、鉀肥用量，水稻秸稈還田 3000 kg/hm2；SF2，在 SF1 的基礎(chǔ)上，增加了稻季氮、磷、鉀肥用量，油菜季肥料用量未調(diào)整；SF3，在 SF2 的基礎(chǔ)上，增加了稻季和油菜季氮、磷、鉀肥用量。水稻季和油菜季各處理的磷肥均作為基肥一次施入，氮、鉀肥進(jìn)行運(yùn)籌，各處理施肥詳細(xì)方案見(jiàn)表 1。每個(gè)小區(qū) 4 次重復(fù)，小區(qū)面積 40 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。

水稻每年 6 月 10 日左右移栽，10 月 10 日左右收獲。栽插密度為 26.2 萬(wàn)穴/hm2。油菜每年 10 月 20日左右移栽，次年 5 月 20 日左右收獲。自 2009 年至 2015 年水稻和油菜品種見(jiàn)表 2。秸桿還田方式為人工切碎，分小區(qū)撒施于田間，人工翻耕，均混。水稻秸稈每年都還田，還田量為 3000 kg/hm2，油菜秸稈不還田。水稻秸稈的 N、P、K 和有機(jī)碳平均含量分別為 5.8、0.9、26.5 和 402.5 g/kg，每年通過(guò)水稻秸稈還田，分別向土壤增施 N、P、K 和 C 為 17.4、2.7、79.5 和 1207.5 kg/hm2。供試肥料品種分別為普通尿素 (含 N 46%)、過(guò)磷酸鈣 (含 P2O512%)、氯化鉀 (含 K2O 60%)、硼砂 (含 B 11%) 和水稻秸稈。除草、病蟲害防治等同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理。

表1 不同處理作物施肥時(shí)期及養(yǎng)分投入量 (kg/hm2)Table 1 Nutrient input in different growing stage of the treatment

表2 試驗(yàn)不同年份作物及品種Table 2 Crop and cultivars used in the experiment in different years

1.3 采樣及測(cè)定方法

小區(qū)按面積平均分為兩部分，其中一部分用于成熟期收獲測(cè)實(shí)產(chǎn)，并風(fēng)干折算含水量。2015 年 5月 19 日油菜收獲后，各小區(qū)用 5 點(diǎn)法取 0—20 cm土壤樣品，混合均勻，帶回實(shí)驗(yàn)室后，剔除砂石和根系等雜物，避光風(fēng)干，磨碎，用于測(cè)定土壤養(yǎng)分及有機(jī)碳組分。

土壤總氮、總磷、總鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和總有機(jī)碳參見(jiàn)《土壤農(nóng)化分析》[16]：全氮用半微量開(kāi)氏定氮法；總磷用 HClO4和 H2SO4的混酸消煮—鉬銻抗比色；全鉀用 HF 和 HClO4消煮—火焰光度法；堿解氮用擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷用 0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色；速效鉀用 1 mol/L NH4OAc 浸提—火焰光度法；總有機(jī)碳用重鉻酸鉀容量法。土壤有機(jī)碳組分水溶性有機(jī)碳、富里酸、胡敏酸和胡敏素提取根據(jù) Kumada 方法[17]，但進(jìn)行了修改[17]，各組分有機(jī)碳用 TOC 儀 (德國(guó)耶拿 Multi N/C 2100)測(cè)定。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2015 年安徽省水稻和油菜籽市場(chǎng)收購(gòu)價(jià)格分別為 2.8 和 4.4 yuan/kg，氮肥 (N) 3.48 yuan/kg，磷肥(P2O5) 4.17 yuan/kg，鉀肥 (K2O) 3.5 yuan/kg，硼砂 16 yuan/kg，勞動(dòng)力的日工資 100 yuan，人工秸稈還田費(fèi)用 900 yuan/hm2[18]。根據(jù)目前實(shí)際情況，稻草不計(jì)算成本。本研究涉及的經(jīng)濟(jì)效益均根據(jù)以上價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。

應(yīng)用 Excel 2007 和 SPSS 17.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。處理間比較采用 One-way ANOVA 分析，差異顯著性分析用 Duncan 法，相關(guān)性分析采用Pearson 雙側(cè)顯著檢驗(yàn)和逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥措施對(duì)土壤有機(jī)碳組分的影響

由表 3 可知，秸稈還田下，不同施肥措施顯著影響土壤總有機(jī)碳及其組分含量。與 CK 比較，F(xiàn)PP增加了土壤總有機(jī)碳含量，但差異不顯著，而秸稈還田配施化肥處理 (SF1、SF2、SF3) 顯著增加了土壤總有機(jī)碳，其中 SF3 處理增幅最大，為 13.99%。同樣，秸稈還田配施化肥處理比 FPP 處理顯著提高了土壤總有機(jī)碳，增幅達(dá) 5.62%～12.08%。

秸稈還田下，不同施肥措施土壤有機(jī)碳組分水溶性有機(jī)碳、富里酸、胡敏酸和胡敏素含量與土壤總有機(jī)碳含量的結(jié)果趨勢(shì)相似。秸稈還田配施化肥處理土壤有機(jī)碳各組分含量顯著高于 CK，且秸稈還田配施化肥處理胡敏酸和胡敏素含量顯著高于FPP，而秸稈還田配施化肥處理間各有機(jī)碳組分含量表現(xiàn)為 SF3 ＞ SF2 ＞ SF1 的趨勢(shì)，僅胡敏酸含量 SF3處理顯著高于 SF2 和 SF1 處理，其他組分含量差異不顯著。

胡敏酸與富里酸的比值 HA/FA 常用來(lái)表示腐殖質(zhì)聚合程度，因此，HA/FA 某種程度上反映土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性，一般認(rèn)為 HA/FA 越大，土壤有機(jī)碳越穩(wěn)定，腐殖質(zhì)品質(zhì)越好。秸稈還田后 HA/FA 有增加的趨勢(shì)，SF3 處理的 HA/FA 最大，比 CK 和 FPP 處理的增加達(dá)到了顯著水平，分別為 16.54% 和12.92%。表明秸稈還田合理配施化肥有利于提高土壤腐殖質(zhì)含量及品質(zhì)。

2.2 不同施肥措施對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

表3 不同施肥措施下土壤有機(jī)碳組分及其含量 (g/kg)Table 3 Contents and components of soil organic carbon affected by straw and fertilizer application

表4 不同施肥措施對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響Table 4 Contents of soil nutrients affected by straw returning and nutrient input

由表 4 可見(jiàn)，與 CK、FPP 處理相比，秸稈還田配施化肥處理顯著提高了土壤全氮、有效磷和速效鉀含量。不施氮肥處理 (CK) 土壤全氮和堿解氮含量較其他處理分別下降了 9.20%～24.54% 和 10.64%～24.05%。由于土壤本底有效磷和速效鉀含量?jī)H分別為 6.08 和 83.23 mg/kg，F(xiàn)PP 處理水稻季和油菜季磷、鉀肥施肥量較其他處理少，又無(wú)秸稈還田補(bǔ)充作物吸收的磷、鉀，造成該處理有效磷和速效鉀含量顯著低于其他處理。3 個(gè)秸稈還田配施化肥處理中，SF3 處理土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀含量最高，SF1 和 SF2 處理之間差異則不明顯。

2.3 不同施肥措施對(duì)作物產(chǎn)量的影響

由表 5 可知，秸稈還田合理配施氮、磷、鉀肥可以顯著提高水稻、油菜及其周年產(chǎn)量。2009 年至2015 年各處理水稻平均產(chǎn)量由低到高順序?yàn)?CK、FPP、SF1、SF2、SF3。與 CK 和 FPP 處理相比，秸稈還田配施化肥處理水稻平均產(chǎn)量分別增加45.92%～60.43% 和 8.55%～19.34%。在 7 季水稻試驗(yàn)，秸稈還田配施化肥處理中，SF3 處理水稻產(chǎn)量最高，顯著高于 SF1 處理，而與 SF2 處理比較，除2012 年和 2013 年有顯著差異外，其他年份差異不明顯，但水稻季比 SF2 處理增加了化肥用量 75 kg/hm2。表明秸稈還田下，增加肥料用量，并不能達(dá)到顯著增產(chǎn)的目的。

與水稻產(chǎn)量結(jié)果相似，秸稈還田、平衡施肥能顯著增加油菜產(chǎn)量。6 季油菜各處理平均產(chǎn)量結(jié)果為CK ＜ FPP ＜ SF1 ＜ SF2 ＜ SF3。與 CK 和 FPP 相比，秸稈還田配施化肥處理油菜平均產(chǎn)量分別增加 131.48%～ 186.34% 和 19.06%～27.27%，增幅高于水稻平均產(chǎn)量。6 季油菜試驗(yàn)秸稈還田配施化肥的 3 個(gè)處理中，SF3 處理產(chǎn)量最高，顯著高于 SF1 處理，與 SF2 處理的差異僅于 2010 年和 2013 年達(dá)顯著水平，其他差異不顯著。但 SF1 處理和 SF2 處理油菜季施肥總量相同，均比 SF3 處理減少了 180 kg/hm2，但因 SF2處理對(duì)肥料的施用進(jìn)行了合理的運(yùn)籌，油菜產(chǎn)量未比 SF3 處理顯著減少。

7 年試驗(yàn)的水稻和油菜周年產(chǎn)量結(jié)果，與水稻和油菜產(chǎn)量趨勢(shì)相似，表現(xiàn)為 CK ＜ FPP ＜ SF1 ＜ SF2 ＜SF3。秸稈還田配施化肥處理周年平均產(chǎn)量分別比CK 和 FPP 處理增加了 55.94%～75.36% 和 10.34%～24.08%。SF3 處理比 SF2 處理周年肥料用量增加了255 kg/hm2，但周年產(chǎn)量?jī)H增加了 3.83%。

2.4 不同施肥措施對(duì)作物經(jīng)濟(jì)效益的影響

表5 不同施肥措施對(duì)作物產(chǎn)量的影響 (kg/hm2)Table 5 Rice and rapeseed yields affected by straw returning and fertilization

與對(duì)照 CK 相比，秸稈還田各施肥處理大幅提高了水稻、油菜及其周年的經(jīng)濟(jì)效益 (表 6)。各處理的產(chǎn)值明顯高于農(nóng)民習(xí)慣處理，其中 SF3 處理在水稻、油菜及其周年的產(chǎn)值最高，SF2 處理次之。不同處理成本有較大差別，F(xiàn)PP 處理因施肥量小、施肥次數(shù)少、無(wú)秸稈還田用工投入少，故成本相對(duì)較低，而秸稈還田配施化肥處理由于施肥量或追肥次數(shù)增加，及人工秸稈還田費(fèi)用增加，導(dǎo)致總成本相應(yīng)提高?？鄢杀竞?，SF3 處理在水稻、油菜及其周年的凈利潤(rùn)最高，但周年凈利潤(rùn)僅比 SF2 處理增加了 591 yuan/hm2，而 SF3 處理比 SF2 處理周年肥料投入增加了 921 yuan/hm2，因此，SF2 處理不僅節(jié)約了肥料，而且從產(chǎn)投比平衡角度，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表6 不同施肥措施下作物經(jīng)濟(jì)效益分析 (yuan/hm2)Table 6 Economy benefit of rice and rapeseed compared with CK under different straw and fertilizer treatments

2.5 不同施肥措施下土壤有機(jī)碳組分、土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量的相關(guān)性

土壤總有機(jī)碳含量與富里酸、胡敏酸、胡敏素含量極顯著相關(guān)，但與水溶性碳含量相關(guān)性不顯著(表 7)。不同組分有機(jī)碳間呈顯著或極顯著相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為 0.497～0.778。表明土壤總有機(jī)碳可以較好地反映土壤有機(jī)碳組分的變化。

土壤總有機(jī)碳及其組分含量與土壤總氮、總鉀、堿解氮、速效鉀含量表現(xiàn)為顯著或極顯著相關(guān)。土壤有效磷含量與土壤總有機(jī)碳、胡敏酸、胡敏素含量顯著相關(guān)，但與分子量相對(duì)小的水溶性有機(jī)碳和富里酸含量相關(guān)性不顯著，可能與水溶性有機(jī)碳和富里酸易于被微生物分解或轉(zhuǎn)化成其他有機(jī)碳組分有關(guān)。

表7 土壤不同組分有機(jī)碳、土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量之間的相關(guān)性Table 7 Relationships among soil organic carbon, nutrients and the yields

土壤總有機(jī)碳及其組分含量與水稻和油菜產(chǎn)量均呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.736～0.926 和0.723～0.924。經(jīng)逐步回歸分析，土壤總有機(jī)碳含量 = 0.371 × 全氮 + 0.398 × 堿解氮 + 0.293 × 有效磷，可以認(rèn)為土壤總氮、堿解氮和有效磷含量與土壤總有機(jī)碳含量關(guān)聯(lián)度較大。水稻產(chǎn)量 = 0.446 × 胡敏酸 + 0.515 × 全氮 – 0.214 × 有效磷 + 0.214 × 水溶性有機(jī)碳，油菜產(chǎn)量 = 0.330 × 胡敏酸 + 0.442 × 全氮 + 0.275 × 水溶性有機(jī)碳，表明水稻和油菜產(chǎn)量與胡敏酸、土壤總氮、水溶性有機(jī)碳含量關(guān)聯(lián)度較高。不同的是，水稻產(chǎn)量與土壤有效磷含量關(guān)聯(lián)度較高，油菜產(chǎn)量則與其關(guān)聯(lián)度不強(qiáng)。

3 討論

3.1 秸稈還田配施化肥提高土壤有機(jī)碳含量

7 年定位試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳及其組分含量因施肥措施不同而有所差異。與試驗(yàn)開(kāi)始前相比，不施氮肥處理土壤有機(jī)碳含量略有下降，農(nóng)民習(xí)慣處理土壤有機(jī)碳含量略有增加，秸稈還田配施化肥處理土壤有機(jī)碳含量增加明顯。不施氮肥處理氮肥缺失，導(dǎo)致水稻和油菜地上和根系生物量減少，地上部凋落物、根系及其分泌物進(jìn)入土壤的量大大降低，有機(jī)碳的積累慢于其分解速率[8,10]，造成了不施氮肥處理土壤有機(jī)碳含量下降的趨勢(shì)。農(nóng)民習(xí)慣處理雖然僅施化肥，但仍可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)，土壤外源輸入的有機(jī)碳量，超過(guò)了微生物對(duì)有機(jī)碳分解量，因而土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為積累[10]。秸稈還田配施化肥顯著提高土壤有機(jī)碳含量，原因在于，農(nóng)民習(xí)慣處理，存在重氮肥、輕磷肥、輕鉀肥、重基肥輕追肥等不合理的施肥問(wèn)題[19]，秸稈還田配施化肥處理不僅在秸稈還田的基礎(chǔ)上，不同程度調(diào)整了氮肥用量及運(yùn)籌方式，而且根據(jù)土壤肥力情況增加了磷肥和鉀肥的施用，使氮、磷、鉀肥施用更加合理、平衡，從而影響到土壤微生物群落和酶活性，進(jìn)而制約著土壤礦化和腐殖化的過(guò)程[11]。研究表明，秸稈還田配施化肥在使土壤具有較高微生物數(shù)量和活性的前提下，并未使礦化作用增強(qiáng)而導(dǎo)致較多的CO2釋放[20]。因此，相對(duì)于農(nóng)民習(xí)慣處理，秸稈還田配施化肥處理將更有利于土壤腐殖化進(jìn)程，促進(jìn)土壤有機(jī)碳積累。

3.2 秸稈還田配施化肥影響土壤有機(jī)碳組分含量

秸稈還田顯著影響了土壤有機(jī)碳組分含量及其穩(wěn)定性。一般認(rèn)為有機(jī)碳組分分子量越大、分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜有機(jī)質(zhì)越穩(wěn)定，胡敏素則是腐殖質(zhì)中最穩(wěn)定的部分[1]。與農(nóng)民習(xí)慣處理比較，秸稈還田配施化肥處理顯著提高了土壤胡敏酸和胡敏素含量，而土壤水溶性有機(jī)碳和富里酸差異不明顯。原因可能與水溶性有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳的很少部分，分子量小，可被土壤微生物直接利用有關(guān)[6,21]。富里酸分子量和水溶性有機(jī)碳相似，活性大，氧化程度較高，在微生物作用下容易轉(zhuǎn)化為分子量相對(duì)較大的胡敏酸[1]。因此，秸稈還田配施化肥處理的胡敏酸與富里酸比值有所增加。此外，土壤的 HA/FA 可以反映土壤的熟化程度及肥力狀態(tài)，且與土壤肥力呈正相關(guān)。初度熟化的水稻土 HA/FA 為 0.2～0.3，中度熟化為 0.5 左右，高度熟化可達(dá) 1.4 左右[22–23]。本研究中 HA/FA 為 0.44～0.50，屬于中度熟化，而秸稈還田配施化肥使土壤熟化度有所提高，土壤肥力增加。

3.3 秸稈還田技術(shù)的推廣應(yīng)用

秸稈還田結(jié)合平衡施肥改善了土壤的理化性質(zhì)，從而提高了作物產(chǎn)量[3,5]。本研究中經(jīng)相關(guān)性分析，土壤有機(jī)碳各組分與土壤養(yǎng)分及作物產(chǎn)量呈不同程度顯著或極顯著正相關(guān)，逐步回歸分析表明，土壤總氮、胡敏酸、水溶性有機(jī)碳含量與水稻產(chǎn)量和油菜產(chǎn)量相關(guān)度較高，土壤總氮、堿解氮和速效磷與土壤總有機(jī)碳相關(guān)度較大。因此，秸稈還田后，應(yīng)合理配施氮、磷肥以調(diào)節(jié)土壤 C/N 比，加速秸稈分解、腐熟過(guò)程[6]，否則，會(huì)引起C/N比失調(diào)，起不到增產(chǎn)的效果。

本研究表明，在水稻–油菜輪作系統(tǒng)下，秸稈還田配施化肥處理水稻、油菜及周年產(chǎn)量最高，與楊帆等[5]和劉世平等[24]研究結(jié)果相似。結(jié)果顯示，SF2處理在當(dāng)前生產(chǎn)條件下，可獲得較高的作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。但由科學(xué)理論到實(shí)踐運(yùn)用，秸稈還田技術(shù)的推廣應(yīng)用還有大量工作需要做。

秸稈還田人工投入量大，是影響作物生產(chǎn)成本的最大因素，目前絕大數(shù)秸稈還田技術(shù)仍是高成本的，帶來(lái)的增產(chǎn)效益尚不足以抵消其成本支出的增加[25]。農(nóng)業(yè)技術(shù)選擇主體主要根據(jù)自身?yè)碛幸氐膶?shí)際情況并以自身利益最大化為根本出發(fā)點(diǎn)決定采用勞動(dòng)節(jié)約型技術(shù)還是資源節(jié)約型技術(shù)[26]。而如何降低農(nóng)民秸稈還田的投入，是秸稈還田推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。平英華等[18]研究表明，手扶式機(jī)械秸稈還田比人工秸稈還田節(jié)約成本 412 yuan/hm2，在不同地區(qū)政府對(duì)機(jī)械還田給予 90～150 yuan/hm2的財(cái)政補(bǔ)貼，可進(jìn)一步降低秸稈還田成本。本研究中，秸稈還田配施化肥處理比農(nóng)民習(xí)慣處理增加了氮、鉀肥施肥次數(shù)，增加了投入成本。孫會(huì)峰等[27]利用秸稈與緩釋肥配施節(jié)約了勞動(dòng)成本，同時(shí)提高了水稻產(chǎn)量，可以認(rèn)為是降低秸稈還田成本的一種方式。

為將秸稈還田技術(shù)落實(shí)，應(yīng)加強(qiáng)的秸稈綜合利用措施：通過(guò)宣傳深化對(duì)秸稈資源的認(rèn)識(shí)，提高秸稈利用率；研發(fā)大型秸稈還田、旋耕、播種等一體化機(jī)械，降低秸稈還田機(jī)械成本；研究秸稈還田與一次性施肥和節(jié)肥結(jié)合技術(shù)，降低秸稈還田施肥成本；推行秸稈還田產(chǎn)業(yè)化，增加政府補(bǔ)貼力度，補(bǔ)貼機(jī)械和農(nóng)民同時(shí)進(jìn)行；通過(guò)制定詳盡的環(huán)境法，嚴(yán)懲秸稈焚燒等污染環(huán)境行為。

4 結(jié)論

秸稈還田配施化肥可以提高土壤有機(jī)碳、胡敏酸、胡敏素含量及土壤養(yǎng)分含量，培肥土壤。土壤有機(jī)碳及其組分與土壤養(yǎng)分、水稻產(chǎn)量和油菜產(chǎn)量相關(guān)性較高，而土壤總氮、胡敏酸、水溶性有機(jī)碳含量是水稻產(chǎn)量和油菜產(chǎn)量主要決定因素。

秸稈還田配施化肥比農(nóng)民習(xí)慣處理顯著提高水稻、油菜和周年產(chǎn)量。N–P2O5–K2O 投入量以水稻255–105–150、油菜 240–150–120 產(chǎn)量最高。N–P2O5–K2O投入量水稻 210–90–135、油菜 180–120–120 雖然產(chǎn)量略低，但周年減少了肥料用量 255 kg/hm2，從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益方面綜合考慮，是本試驗(yàn)處理中較優(yōu)的施肥方式。

從秸稈還田推廣應(yīng)用角度，N–P2O5–K2O 投入量水稻 210–90–135、油菜 180–120–120 仍需進(jìn)行優(yōu)化。

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Effects of straw returning plus fertilization on soil organic carbon components and crop yields in rice-rapeseed rotation system

YUAN Man-man1,2,3, WU Gang1, HU Run4, SUN Yi-xiang1*
( 1 Laboratory of Nutrient Cycling, Resources and Environment of Anhui / Institute of Soil and Fertilizer, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture / Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4 Guichi Agricultural Technology Popularization Center, Chizhou, Anhui 247100, China )

【Objectives】Rice-rapeseed rotation is one of the main rotation systems in China, in which large amounts of fertilizer are applied. Straw return is the most direct way to use straw in China. Therefore, studying the proper way of combined use of straw and chemical fertilizer will be beneficial to increase rice and rape yields,improve soil fertility, and promote application of the straw return technology with fertilizers in the lower Yangtze region. 【Methods】A field experiment was conducted consecutively for seven-years and 13 seasons in Anhui Province. Five treatments were designed including no nitrogen fertilizer no straw returning (CK), only chemical fertilizer application without straw returning as farmer's practice pattern (FPP) and three levels of fertilizer application plus rice straw return of 3000 kg/hm2(SF1, SF2 and SF3). The contents of soil total organic carbon (TOC) and its components, the crop yields and net benefits in rice-rapeseed rotation fields were investigated.【Results】Compared with the FPP, treatments of SF1, SF2 and SF3 increased the contents of TOC, humilic acid carbon and humin carbon by 5.6%–12.1%, 9.0%–22.6% and 7.9%–10.2%, respectively, increased the contents of total nitrogen, available phosphorus and available potassium by 6.7%–14.0%, 134.7%–249.5% and 40.2%–70.5%, not increase the contents of water-soluble organic carbon and fulvic acid carbon. The average yields of rice and rapeseed and the total yields of the two seasons were increased by 8.6%–19.3%, 19.1%–27.3% and 10.3%–24.1%, and the net profit and cost were increased by 1651–4905 and 1427–2882 yuan/hm2. The highest contents of soil organic carbon components, nutrients and crop yields were observed in the SF3, however, there was no significant difference in the yields of rice and rapeseed between SF3 and SF2 with reducing the amount of fertilizer 255 kg/hm2. The relationships among the soil organic carbon components, nutrient contents and crop yields were significant or extremely significant. The stepwise regression analysis showed that soil total N, humic acid and water soluble organic carbon content were the key factors determining the yields of rice and rapeseed. 【Conclusions】NPK fertilizers plus straw returning are effective to increase soil total carbon accumulation and soil fertility, improve the crop yields. In spite of higher inputs in labor and fertilizers, the straw returning plus proper fertilizer application rate is still profitable in rice and rapeseed rotation system.

straw return; organic carbon component; soil nutrition; rice-rapeseed rotation; yield

2016–03–09接受日期：2016–08–31

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303103）；安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（13C1008）；安徽省科技廳項(xiàng)目（1406c085025）資助。

袁嫚嫚（1983—），女，安徽宿州人，博士研究生，助理研究員，主要從事生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)資源研究。

E-mail：mmyuan@issas.ac.cn。* 通信作者 E-mail：sunyixiang@126.com