王麒 宋秋來 馮延江 孫羽 曾憲楠 來永才

摘要：針對黑龍江省水稻秸稈量大、利用率低的問題，開展秸稈腐解規(guī)律研究，以期為解決秸稈綜合利用問題提供理論依據(jù)。以水稻為試驗材料，在秸稈還田條件下研究氮肥施用量對水稻秸稈腐解及養(yǎng)分釋放速率的影響。結(jié)果表明：水稻秸稈在冬季腐解緩慢，水稻生長季腐解迅速，還田1年后累積腐解率為49.95%，還田2年累積腐解率為7877%；施氮量在103～133 kg/hm2時，秸稈腐解率較高。秸稈還田1年后磷、碳、氮含量分別降低了62.5%、540%、2.94%；腐解2年后磷、碳、氮含量分別降低了56.25%、12.73%、10.29%。在水稻還田1年后，不施氮肥提高了還田秸稈的碳氮比；而與不施氮肥相比，在適當(dāng)施用氮肥的情況下水稻秸稈的氮磷比高。

關(guān)鍵詞：水稻；秸稈還田；腐解規(guī)律；氮肥

中圖分類號： S141.4文獻標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）11-0197-04[HS）][HT9.SS]

水稻是黑龍江省重要的糧食作物，2015年種植面積達400多萬hm2，在國家糧食安全中占有極其重要的地位。但是水稻收獲的同時其剩余產(chǎn)品稻草的處理卻成為一大難題，大部分稻草都在田間被焚燒處理，這不僅浪費寶貴的自然資源，還造成大氣污染[1]。提高秸稈的利用率、擴大秸稈的利用途徑是農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的重要問題[2]。稻草中含有的很多元素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上重要的肥料來源，還田后受到土壤微生物的影響開始腐解，其中的氮、磷、鉀等養(yǎng)分被釋放出來，能夠被作物吸收利用，可以相對減少化肥使用量，提高經(jīng)濟效益[3]。徐國偉認(rèn)為隨著生長發(fā)育的進行，腐解秸稈釋放出的養(yǎng)分對水稻生長產(chǎn)生有利的影響[4]。李朝蘇等在免耕條件下的秸稈還田試驗表明，水稻分蘗數(shù)量及干物質(zhì)積累不受秸稈還田的影響，但卻延長開花后的綠葉功能期，在產(chǎn)量形成中光合產(chǎn)物積累所占比例也有所提高[5]。馬宗國等也認(rèn)為，秸稈腐解使水稻前期的生長發(fā)育受到抑制，但有益于水稻后期生長[6]。綜上所述，很多學(xué)者針對水稻秸稈還田對作物生長及土壤養(yǎng)分的影響進行了大量研究，但是由于黑龍江省地處寒地，對水稻秸稈還田方面系統(tǒng)的研究相對較少[7]。因此，本研究針對黑龍江省水稻生產(chǎn)實際，研究水稻秸稈腐解規(guī)律，以期為解決黑龍江省水稻秸稈綜合利用問題提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

試驗于2012—2014年在黑龍江省國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)（哈爾濱市道外區(qū)民主鄉(xiāng)）進行，采用小區(qū)試驗，每個小區(qū) 24 m2，供試土壤為黑土，有機質(zhì)含量29.56 g/kg，速效氮含量7956 mg/kg，速效磷含量55.84 mg/kg，速效鉀含量 168.42 mg/kg。供試水稻秸稈為2012年秋季收獲的，其總碳含量40.39%，全氮含量0.68%，全磷含量0.16%，全鉀含量1.86%。供試尿素（總氮含量≥46.4%）為大慶石化公司生產(chǎn)；磷酸二銨（N：18%，P2O5：46%）為宜昌東禾化肥有限公司生產(chǎn)；硫酸鉀（K2O≥50%）為青上化工（青島）有限公司生產(chǎn)。

1.2方法

供試水稻秸稈自然風(fēng)干后，將秸稈剪成5 cm的小段放入尼龍網(wǎng)袋（孔徑0.150 mm，長30 cm，寬20 cm）中，每袋裝入水稻秸稈40 g（干質(zhì)量），封住袋口。將網(wǎng)袋于2012年10月15日翻地后埋入10～15 cm土層。

試驗設(shè)置6個氮肥處理：不施氮肥0 kg/hm2（Ⅰ）、總施氮量73 kg/hm2（Ⅱ）、總施氮量103 kg/hm2（Ⅲ）、總施氮量133 kg/hm2（地方施氮標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ）、總施氮量163 kg/hm2（Ⅴ）和總施氮量193 kg/hm2（Ⅵ）。磷鉀肥施用量均為純磷（P2O5）46 kg/hm2，純鉀（K2O）75 kg/hm2。氮肥按基肥（50%）、返青肥（30%）和分蘗肥（20%）分3次施用；磷肥作為基肥一次性施用；鉀肥按基肥（60%）、分蘗肥（40%）分別施用。試驗設(shè)3次重復(fù)。

秸稈埋入稻田土壤后，從埋入后第7個月開始，每個月采樣1次，連續(xù)采集6個月；從第19個月開始，每個月采樣1次，連續(xù)采集6個月，即每年的10月至第2年的5月之間不進行取樣，在處理后的每年5—10月進行取樣。

1.2.1不同氮肥施用量下水稻秸稈腐解質(zhì)量的動態(tài)變化秸稈取出后用水沖洗干凈，去除秸稈以外的雜物，在80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，計算腐解率：

秸稈腐解率=（秸稈原始干質(zhì)量-取樣時秸稈烘干質(zhì)量）/秸稈原始質(zhì)量×100%。

1.2.2不同氮肥施用量下水稻秸稈腐解過程中的養(yǎng)分釋放每次取樣后測定水稻秸稈烘干質(zhì)量，將秸稈粉碎后，測定秸稈碳、氮、磷、鉀含量。碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；使用H2SO4和H2O2聯(lián)合消煮，采用凱氏定氮儀測定植株氮素含量；使用H2SO4和H2O2聯(lián)合消煮，采用鉬銻抗比色法測定植株磷素含量[8]。

秸稈氮（磷）素質(zhì)量=秸稈質(zhì)量×秸稈氮（磷）素含量；

碳氮比（C/N）=碳素質(zhì)量/氮素質(zhì)量；

氮磷比（N/P）=氮素質(zhì)量/磷素質(zhì)量。

2結(jié)果與分析

[HTK]2.1不同氮肥施用量下秸稈腐解的質(zhì)量動態(tài)變化特征[HT]

由表1可知，水稻秸稈腐解率呈現(xiàn)逐漸增加的過程，各施氮處理變化規(guī)律基本一致，均呈現(xiàn)出慢—快—慢—快的過程。秸稈還入農(nóng)田9個月內(nèi)腐解緩慢，秸稈殘余量較大，不同氮肥施用量處理在腐解9個月時的腐解率分別為8.50%、933%、10.17%、9.17%、9.67%、9.25%，施氮量103 kg/hm2（Ⅲ）處理的腐解率最高，不施氮處理的腐解率最低，平均腐解率為9.35%；之后隨著溫度的升高、降水量的增加，腐解速率加快，至還田后12個月，水稻還田后的第1個生長季結(jié)束，此時期不施氮處理的腐解率最高，施氮量103 kg/hm2（Ⅲ）處理的腐解率最低，6個處理平均腐解率達49.95%；之后進入冬季，秸稈腐解基本停滯，至還田后20個月6個不同氮肥施用量處理的平均腐解率為51.16%，整個冬季僅腐解了121%，不同氮肥處理比較可知，施氮量133 kg/hm2（Ⅳ）處理的腐解率最高，施氮量 103 kg/hm2（Ⅲ）處理的腐解率最低。還田20個月后，水稻開始了第2個生長季，秸稈腐解速度加快，但明顯低于第1年腐解速度，至取樣結(jié)束6個處理秸稈平均腐解率為78.77%；不同氮肥處理比較可知，施氮量103 kg/hm2（Ⅲ）處理的腐解率最高，施氮量133 kg/hm2（Ⅳ）處理的腐解率最低。綜上可知，不同取樣時期秸稈腐解率表現(xiàn)出明顯的時間變化規(guī)律，施氮量在103～133 kg/hm2秸稈腐解率較高。[FL）]

2.2不同氮肥施用量下水稻秸稈腐解過程中的養(yǎng)分釋放[HT]

2.2.1總碳含量變化由表2可知，還田水稻秸稈碳素含量的動態(tài)變化呈現(xiàn)波動性下降，秸稈腐解7個月后各處理碳素含量相對原始樣品分別降低了3.69%、1.46%、257%、312%、2.85%、8.27%，平均下降3.66%，處理Ⅵ（193 kg/hm2）下降最快，處理Ⅱ（73 kg/hm2）降低最少。至2013年10月，秸稈腐解1年后各處理碳素含量相對原始樣品分別降低了6.91%、2.20%、6.78%、9.06%、3.44%、406%，平均下降5.40%，此時處理Ⅳ下降最快，處理Ⅱ碳含量仍然降低最少。到取樣結(jié)束（腐解2年后）各處理碳素含量相對原始樣品分別降低了12.21%、13.72%、12.95%、1258%、12.78%、12.21%，處理Ⅱ（73 kg/hm2）碳含量降低速度加快，其秸稈最終碳素含量低于其他處理，不同氮肥處理碳含量平均下降12.73%?？梢钥闯?，水稻秸稈碳含量降低主要出現(xiàn)在水稻生長季，此階段溫度較高、降水充沛，有利于秸稈腐解，而在秋冬季節(jié)水稻秸稈的碳含量降低很少，甚至出現(xiàn)碳含量升高的情況。

2.2.2氮素含量及碳氮比變化由表3可知，還田水稻秸稈腐解過程中氮素含量的動態(tài)變化亦呈現(xiàn)波動性下降，至2013年5月，秸稈腐解7個月后各處理氮素含量較原始氮素含量分別降低1.47%、10.29%、2.94%、-1.47%、147%、-1.47%，平均下降1.47%，氮素含量降低較小，不同氮肥處理間波動較大，處理Ⅱ（73 kg/hm2）降低最多，處理Ⅳ（133 kg/hm2）和Ⅵ（193 kg/hm2）的秸稈氮含量甚至有所升高，出現(xiàn)了富集。至2013年10月，秸稈腐解1年后各處理氮素含量較原始氮素含量分別降低23.53%、-11.76%、1324%、17.65%、-19.12%、-1.47%，平均下降2.94%，此時處理Ⅱ、處理Ⅴ和處理Ⅵ均出現(xiàn)不同程度的富集。到取樣結(jié)束（腐解2年后）各氮肥處理氮含量較原始氮素含量分別降低了10.29%、-5.88%、16.18%、13.24%、14.71%、1029%，處理Ⅲ（103 kg/hm2）氮含量降低最多，處理Ⅱ（73 kg/hm2）出現(xiàn)了氮富集現(xiàn)象，各處理氮含量平均下降1029%，此時水稻秸稈平均氮含量為0.61%?？梢?，水稻秸稈在腐解過程中氮含量整體下降，但在不同階段又出現(xiàn)氮含量的升高，可能是水稻秸稈從環(huán)境中吸收了氮素。

由表4可知，水稻秸稈腐解前C/N為59.40，經(jīng)過1年的腐解后，各氮肥處理C/N發(fā)生了明顯變化，各施氮處理的 C/N 大小依次為Ⅰ>Ⅳ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅱ>Ⅴ，不施氮處理（Ⅰ）

的C/N最高，為71.86，明顯高于其他處理，而高施氮肥處理Ⅴ（163 kg/hm2）的C/N最低。秸稈腐解2年后，各處理C/N有了不同程度的變化，低施氮量處理（Ⅰ、Ⅱ）的C/N均出現(xiàn)了不同程度的下降，而施氮量在103～163 kg/hm2的各氮肥處理C/N均出現(xiàn)了不同程度的升高?？梢姡窘斩扖/N受氮肥施用影響明顯。[FL）]

2.2.3磷素含量變化由表5可知，水稻秸稈磷素含量整體呈現(xiàn)下降的過程，秸稈腐解前期磷素含量下降較快，至秸稈腐解9個月后，磷素含量平均下降56.25%，之后磷素含量一直沒有明顯變化，保持在0.07%左右的水平。不同氮肥處理間比較，秸稈腐解2年后，施氮處理Ⅵ（193 kg/hm2）磷素含量最高，顯著高于其他處理。

由表6可知，水稻秸稈腐解前N/P為4.25，經(jīng)過1年的腐解后，各氮肥處理N/P明顯提高，不同氮肥處理N/P大小依次為Ⅱ>Ⅴ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅳ>Ⅰ，施氮量73 kg/hm2時N/P最大，而不施氮肥處理N/P最小，各氮肥處理平均N/P為10.93。秸稈腐解2年后，部分處理的N/P較還田1年時有所降低，施氮量103 kg/hm2時N/P最大，而施氮量達到 193 kg/hm2 時N/P最小，各氮肥處理平均N/P為9.38。綜[JP2]上所述，不同施氮處理N/P受氮肥影響較大，但在不同腐解時期其規(guī)律并不一致，整體表現(xiàn)為不施氮處理和過量施氮處理的N/P較低，可見，適當(dāng)施用氮肥，能夠提高水稻秸稈的N/P。[JP]

3討論與結(jié)論

秸稈直接還田能培肥地力，增加土壤有機碳含量，可使養(yǎng)分得到循環(huán)利用[9]。土壤微生物對進入農(nóng)田的秸稈進行分解，使作物能夠利用秸稈中釋放出的氮、磷、鉀等養(yǎng)分。水稻秸稈還田腐解總體上表現(xiàn)為生長季腐解速度快而非生長季緩慢的特點。本研究中秸稈腐解隨時間的變化表現(xiàn)為“慢—快—慢—快”，即在水稻還田初期腐解緩慢，進入水稻生長季后腐解加速，還田1年后累積腐解率為49.95%，秸稈約腐解了一半，還田第2年腐解率為28.82%，2年累積腐解率為7877%。而閆超對哈爾濱市的研究表明，第1個水稻生育季結(jié)束后還田秸稈腐解率達50%以上，在試驗進行的第2年秸稈腐解速率明顯降低，2年累積腐解率為67.13%[7]，與本研究中結(jié)果較為接近，第1年腐解速率快，而第2年腐解速率明顯降低，其2年累積腐解率較本研究低10%左右，可能是秸稈埋入農(nóng)田時間及水稻曬田期間土壤水分條件不同所致。

而不同氮肥處理間比較可知，施氮量在103～133 kg/hm2秸稈腐解速率較高，與張姍等的研究結(jié)果[10]不盡相同，他們在小麥田中的試驗表明水稻秸稈腐解率隨施氮量的增加而顯著增加，造成差異的原因主要是由于水旱環(huán)境不同，水田中氮肥對秸稈的作用時間短造成的。而不同氮肥處理下水稻秸稈中的碳、氮、磷含量并未因氮肥的施入而發(fā)生規(guī)律性的變化；而含量隨時間發(fā)生了明顯變化，磷含量降低最為明顯，秸稈還田1年后磷、碳、氮含量分別降低62.50%、5.40%、2.94%，腐解2年后磷含量降低56.25%，而碳、氮含量降低趨勢較為接近，分別降低了1273%、10.29%。土壤C/N是衡量水稻生長發(fā)育的一項關(guān)鍵指標(biāo)，一般研究認(rèn)為土壤C/N過高會影響水稻生長發(fā)育[11]，而土壤C/N變化是受還田秸稈養(yǎng)分含量變化影響的。本研究發(fā)現(xiàn)，在水稻還田1年后，不施氮肥處理的C/N比最高，明顯高于施氮肥的5個處理；而還田2年后，氮肥的施用對不同氮肥處理的秸稈C/N影響并不一致，可[CM（25]見氮肥對水稻秸稈C/N的影響主要表現(xiàn)在第1年。水稻[CM）]

秸稈N/P隨著還田時間的增加呈現(xiàn)波動性上升的趨勢，這與秸稈中磷素含量下降快，而氮素變化平緩有關(guān)；N/P受氮肥的影響也較大，適當(dāng)施用氮肥（73～163 kg/hm2），能夠提高水稻秸稈的N/P，而不施氮處理和過量施氮處理的N/P較低。

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