張學(xué)林，周亞男，李曉立，侯小畔，安婷婷，王群

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氮肥對室內(nèi)和大田條件下作物秸稈分解和養(yǎng)分釋放的影響

張學(xué)林，周亞男，李曉立，侯小畔，安婷婷，王群

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室/2011河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450002）

【目的】明確室內(nèi)和大田條件下小麥和玉米秸稈分解和養(yǎng)分釋放的影響因素，能夠為作物秸稈合理還田及其養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)?！痉椒ā坎捎媚猃埦W(wǎng)袋法于室內(nèi)培養(yǎng)和大田試驗相結(jié)合研究氮肥用量（0，CK；180 kg N·hm-2，N180和360 kg N·hm-2，N360）作用下作物秸稈分解特征，其中室內(nèi)主要研究氮肥用量和土壤類型（砂姜黑土和潮土）對小麥和玉米秸稈分解的影響；2015年6月至2016年6月冬小麥-夏玉米大田研究氮肥用量和秸稈還田深度（地表和20 cm）對小麥和玉米秸稈分解的影響?！窘Y(jié)果】室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，秸稈類型和土壤類型顯著影響秸稈分解常數(shù)、有機碳釋放量、氮釋放量和磷釋放量。隨氮肥用量增加，小麥秸稈分解常數(shù)在兩種土壤類型上均呈增加趨勢，玉米秸稈呈降低趨勢；小麥和玉米秸稈氮釋放量呈降低趨勢（小麥秸稈在潮土上呈增加趨勢）。小麥秸稈在潮土上的分解常數(shù)及其碳、氮、磷釋放量均顯著高于砂姜黑土，而土壤類型對玉米秸稈分解影響較小。室內(nèi)相同培養(yǎng)條件下（180 d），小麥秸稈碳釋放量均值為370 g·kg-1、氮為4 g·kg-1、磷為3.6 g·kg-1；玉米秸稈碳釋放量為560 g·kg-1、氮11 g·kg-1、磷3.3 g·kg-1。大田條件下，秸稈還田深度顯著影響小麥和玉米秸稈分解常數(shù)及其碳、氮、磷釋放量；其中秸稈還田20 cm處理的分解常數(shù)及其養(yǎng)分釋放量均顯著高于地表處理。隨氮肥用量增加，地表處理小麥秸稈分解常數(shù)和全碳釋放量逐漸降低，玉米秸稈呈增加趨勢；20 cm處理小麥分解常數(shù)及其碳、氮和磷釋放量均隨氮肥用量呈增加趨勢，而玉米秸稈呈降低趨勢。地表處理小麥秸稈經(jīng)過一個玉米生長季能分解40%，釋放碳150 g·kg-1、氮2 g·kg-1、磷3.5 g·kg-1左右；翻埋到地下20 cm可以分解80%，釋放碳360 g·kg-1、氮4 g·kg-1、磷3.8 g·kg-1。玉米秸稈還田到地表，經(jīng)過一個小麥生長季只能分解40%，釋放碳210 g·kg-1、氮5 g·kg-1、磷2 g·kg-1；而還田于土層20 cm處理可以分解60%，釋放碳360 g·kg-1、氮6 g·kg-1、磷2.5 g·kg-1。主成分分析結(jié)果表明，室內(nèi)條件下小麥秸稈分解常數(shù)與土壤無機氮、脲酶、秸稈氮含量呈顯著正相關(guān)，與蔗糖酶和秸稈碳氮比呈顯著負相關(guān)，而玉米秸稈分解常數(shù)與土壤無機氮呈顯著負相關(guān)。大田條件下小麥秸稈分解常數(shù)與土壤脲酶、蔗糖酶、秸稈碳氮比、秸稈碳、氮含量均顯著負相關(guān)；玉米秸稈分解常數(shù)與土壤硝態(tài)氮、無機氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸稈碳氮比均呈顯著負相關(guān)，而與秸稈氮、磷含量呈顯著正相關(guān)。【結(jié)論】室內(nèi)培養(yǎng)試驗和大田試驗均表明，小麥和玉米秸稈分解常數(shù)和養(yǎng)分釋放特征存在差異，增施氮肥促進小麥秸稈分解但對玉米秸稈分解的影響較?。怀蓖梁蜕敖谕溜@著影響小麥秸稈分解而對玉米秸稈分解的影響較小，秸稈還田深埋入土能夠顯著促進小麥和玉米秸稈的分解及其養(yǎng)分釋放。生產(chǎn)上作物秸稈應(yīng)該還田入土，并根據(jù)土壤類型和作物類型采取合適的肥料用量促進秸稈分解。

作物秸稈；秸稈分解常數(shù)；氮肥管理；砂姜黑土；潮土

0 引言

【研究意義】秸稈還田是培肥地力、促進養(yǎng)分循環(huán)利用、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要措施。秸稈分解是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量相互轉(zhuǎn)化的重要生物化學(xué)循環(huán)過程之一，該過程一方面釋放出作物可利用性氮素和作物生長需要的其他礦質(zhì)養(yǎng)分、培肥地力；另一方面增加土壤有機質(zhì)含量、改善土壤理化性狀、提升耕地質(zhì)量[1-3]。我國每年主要農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)量在6—8億噸左右，其中小麥和玉米秸稈總量占到25%— 40%[4-6]，這些秸稈含有豐富的碳、氮、磷等營養(yǎng)元素，研究小麥和玉米秸稈分解及其養(yǎng)分釋放特征，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】普遍認為，秸稈分解受自身特性、氣候環(huán)境、土壤類型及農(nóng)田管理技術(shù)等因素的影響[7-9]。XU等[2]、南雄雄等[7]、AGEHARA等[10]采用大田試驗和室內(nèi)培養(yǎng)試驗研究發(fā)現(xiàn)秸稈特性如碳氮比的差異顯著影響其分解，其中玉米秸稈分解和碳氮等養(yǎng)分釋放量顯著高于小麥；土壤水分和溫度對秸稈分解的影響隨秸稈類型的變化而不同，最大田間持水量條件下小麥和玉米秸稈分解較快；李昌明等[11]大田研究則認為，氣候和土壤條件主導(dǎo)著秸稈氮磷的釋放，其中土壤類型間由于通氣性、機械組成、養(yǎng)分狀況等差異，顯著影響秸稈分解過程中養(yǎng)分的釋放，相同條件下，黑土中氮磷主要表現(xiàn)為直接釋放，而潮土和紅壤多表現(xiàn)為先富集后釋放[11-12]。農(nóng)田管理技術(shù)尤其是氮肥用量是影響秸稈分解和養(yǎng)分釋放的重要因素。大量研究表明作物秸稈分解配合施用氮肥，能夠避免微生物在分解秸稈過程中與作物競爭土壤中的氮素，促進秸稈分解，提高養(yǎng)分釋放量[13-14]；但是LI等采用盆栽試驗研究發(fā)現(xiàn)增施氮肥抑制玉米秸稈分解[15-17]；還有研究認為氮肥對作物秸稈分解的作用隨秸稈特性、氮肥用量和土壤特性變化而不同[18-20]。秸稈還田方式如地表覆蓋和深埋入土，是目前生產(chǎn)上大面積推廣的技術(shù)，也是諸多學(xué)者關(guān)注的焦點[7-8,11]。秸稈深埋入土有利于增加深層土壤有機質(zhì)含量，提升土壤有機質(zhì)和輕組有機碳總量，改善土壤理化性質(zhì)[14]。【本研究切入點】秸稈分解的研究方式主要為室內(nèi)培養(yǎng)和大田試驗，室內(nèi)培養(yǎng)具有研究條件可控、研究結(jié)果受外界因素影響小、接近最佳狀態(tài)等特點，能夠有針對性明確某種因素對作物秸稈分解的影響程度，其缺點是研究結(jié)果與生產(chǎn)實際有一定差距[17,21-22]；大田試驗?zāi)軌蛟佻F(xiàn)自然條件下作物秸稈的分解特征，但由于影響因素變化復(fù)雜，很難明確影響作物秸稈分解的主導(dǎo)因素。因此，室內(nèi)培養(yǎng)與大田試驗相結(jié)合是探討秸稈分解和養(yǎng)分釋放量及其影響因素的最佳研究策略?！緮M解決的關(guān)鍵問題】室內(nèi)培養(yǎng)與大田研究相結(jié)合，探討土壤類型、氮肥用量、還田深度等因素對不同作物秸稈分解及養(yǎng)分釋放的影響，以期為制定秸稈還田技術(shù)、合理施肥、科學(xué)養(yǎng)地提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 室內(nèi)培養(yǎng)試驗：氮肥用量和土壤類型對秸稈分解及養(yǎng)分釋放的影響

1.1.1 土壤和秸稈收集 培養(yǎng)試驗選用黃淮海農(nóng)田兩種代表性土壤類型：砂姜黑土（ST）和潮土（FT）。砂姜黑土取自駐馬店西平縣二郎鄉(xiāng)張堯鎮(zhèn)試驗站（114.02E，33.38N），潮土取自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)鄭州實驗農(nóng)場（113.59E，34.86N）。兩種土壤均取自農(nóng)田0—20 cm土層，風(fēng)干過篩后用于進行培養(yǎng)試驗，同時測定其基本理化特性（表1）。2015年6—10月在西平試驗站分別收集小麥秸稈和玉米秸稈。小麥秸稈主要為莖葉混合樣品（碳448.13 g·kg-1、氮6.19 g·kg-1、磷3.8 g·kg-1、C﹕N為72.39）；玉米秸稈為莖葉混合樣品（碳598.39 g·kg-1、氮12.07 g·kg-1、磷3.4 g·kg-1、C﹕N為49.60），這些樣品于70°C烘干至恒重后切成長度為1 cm段用于分解試驗。

表1 室內(nèi)培養(yǎng)試驗所用潮土和砂姜黑土基礎(chǔ)養(yǎng)分、機械組成等特性比較

*和**表示0.05和0.01水平的差異顯著性，NS表示差異不顯著 *and**: Indicated the significant difference at 0.05 and 0.01 levels, NS: not significant

1.1.2 試驗設(shè)計和室內(nèi)培養(yǎng) 培養(yǎng)試驗為秸稈類型（小麥和玉米）、土壤類型（砂姜黑土和潮土）、氮肥用量（SCK：0，SN180：180 kg N·hm-2和 SN360：360 kg N·hm-2）三因素設(shè)計。其中氮肥用量是根據(jù)黃淮海生產(chǎn)實際設(shè)置的最低值、適宜值和最高值3個梯度，氮肥選用尿素，所有處理均重復(fù)4次。

采用尼龍網(wǎng)分解袋+培養(yǎng)瓶法在室內(nèi)25℃培養(yǎng)箱內(nèi)進行秸稈分解試驗，具體作法為：選用容積為1 L的廣口培養(yǎng)瓶，先在培養(yǎng)瓶底部平鋪100 g土壤，后將重量為10 g的小麥秸稈或玉米秸稈分解袋（分解袋為10 cm×10 cm，網(wǎng)孔1 mm2）放入培養(yǎng)瓶內(nèi)；再在分解袋上部添加400 g土，根據(jù)培養(yǎng)瓶容積和土壤重量，計算出培養(yǎng)瓶內(nèi)土壤容重1.2 g·cm-3條件下的裝土高度，進而調(diào)整分解袋與土壤在培養(yǎng)瓶內(nèi)的緊實度?；诿總€培養(yǎng)瓶裝土量為500 g，按照每公頃土壤2 000 000 kg，計算出每個氮肥處理每個培養(yǎng)瓶內(nèi)的氮肥施用量，在試驗開始第一天把定量尿素溶于蒸餾水，均勻噴灑于培養(yǎng)土壤的表層；隨后添加相應(yīng)水分使培養(yǎng)瓶內(nèi)保持在田間持水量的60%左右。秸稈分解期間采用稱重法調(diào)控土壤含水量，每2—3 d添加一次蒸餾水。秸稈分解試驗持續(xù)180 d，每30 d取一次樣品，取出來的樣品在托盤內(nèi)用蒸餾水小心清洗干凈，烘干至恒重，稱重，測定并計算秸稈分解率及碳、氮、磷等養(yǎng)分釋放量。

1.2 大田試驗：氮肥用量和秸稈還田深度對秸稈分解及養(yǎng)分釋放的影響

1.2.1 研究地點和試驗設(shè)計 小麥和玉米秸稈大田分解試驗分別于2015年6—10月（玉米生育期）和2015年10月至2016年6月（小麥生育期）在駐馬店西平縣二郎鄉(xiāng)張堯鎮(zhèn)試驗站進行。該站地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，屬亞濕潤大陸性季風(fēng)型氣候，年均日照時數(shù)2 157.2 h，平均氣溫14.8℃，無霜期221 d，降雨量852 mm，屬典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，土壤類型為砂姜黑土[23]。試驗期間大氣溫度、降雨量如圖（圖1）所示。小麥和玉米秸稈大田分解試驗為氮肥用量和還田深度兩因素設(shè)計，其中氮肥用量處理同室內(nèi)培養(yǎng)試驗，即：0 kg N·hm-2（CK）、180 kg N·hm-2（N180）和360 kg N·hm-2（N360）；兩個秸稈還田深度處理分別為：秸稈放置在地表（Surface）和秸稈埋入地下20 cm深度（20 cm）處理，試驗小區(qū)面積80 m2，4次重復(fù)。

箭頭表示玉米季和小麥季施肥時間及施肥比例The arrows represent N application time and their ratio during maize or wheat growth periods

1.2.2 秸稈收集與取樣 2015年6月收獲小麥地上部莖葉混合樣，烘干至恒重后切成長度為1 cm段后，裝入10 cm×15 cm分解袋內(nèi)（網(wǎng)孔為1 mm2），每袋15 g，于玉米生育期進行試驗。玉米試驗田品種為生產(chǎn)上大面積推廣的“偉科702”，播種時間為2015年6月5日，種植密度為67 500株/hm2；同日將地表處理小麥秸稈放入玉米行間；20 cm處理則將小麥秸稈埋入玉米行間地下20 cm處，隨后每30 d取一次樣，取樣時間分別為30 d （7月5日），60 d （8月4日），90 d（9月3日）和120 d （10月3日）。玉米生育期的施肥時間和追施比例根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實際進行：氮肥分別于玉米苗期（4片完全展開葉）（50%）和大喇叭口期（50%）兩次開溝施入 5 cm 土層并覆蓋，磷肥（90 kg·hm-2）和鉀肥（120 kg·hm-2）于苗期（4葉）一次性施入（圖1所示），氮肥采用尿素，磷肥采用過磷酸鈣，鉀肥采用氯化鉀。

2015年10月玉米收獲后收集地上部莖葉混合樣品，烘干、切段、裝袋，每袋15 g，于小麥生育期進行玉米秸稈分解試驗。小麥試驗田品種為生產(chǎn)上大面積推廣的“鄭麥9023”，播種時間為2015年10月15日，10月27日把玉米秸稈分解袋放入試驗田，其中地表處理的分解袋放入小區(qū)麥行間；20 cm處理分解袋埋入小麥行間地下20 cm處。根據(jù)黃淮海生產(chǎn)實際，取樣時間分別為60 d （2015年12月 26日），120 d（2016年2月24日），150 d（2016年3月26日），180 d（2016年4月25日）和210 d（2016年5月25日）。樣品收集后的秸稈處理同室內(nèi)試驗進行清洗、烘干、稱重，計算分解量并測定殘留秸稈養(yǎng)分含量。小麥生育期氮肥分別于基施（50%）和拔節(jié)期（50%）兩次施入，磷肥（120 kg·hm-2）和鉀肥（90 kg·hm-2）作為基肥一次性施入。氮肥采用尿素，磷肥采用過磷酸鈣，鉀肥采用氯化鉀，追肥為開溝施入5 cm土層并覆蓋。小麥和玉米秸稈分解期間同時測定土壤含水量，其中小麥和玉米分解期20 cm處理含水量平均值分別比0 cm處理高90%和18%（圖2）。

*，**，***分別表示處理之間0.05，0.01和0.001水平的差異顯著性。下同

1.3 作物秸稈養(yǎng)分和土壤特性測定

室內(nèi)培養(yǎng)和大田試驗開始前，均留一部分秸稈作為初始樣品(0 d)，初始樣品和秸稈分解期間所取樣品均于70°C烘干至恒重，測定其養(yǎng)分含量，其中采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測定秸稈全碳含量[24]；采用凱氏定氮法測定全氮[25]；采用鉬銻抗比色法測定全磷[26]。室內(nèi)培養(yǎng)和大田試驗期間，同時測定土壤硝態(tài)氮、無機氮、脲酶和蔗糖酶活性，其中土壤硝態(tài)氮和無機氮含量采用2 mol·L-1KCl浸提后用流動分析儀測定，土壤脲酶和蔗糖酶采用關(guān)松蔭[27]的方法測定。

1.4 計算

根據(jù)不同分解時間秸稈殘留量和養(yǎng)分含量計算各分解階段秸稈生物量干重剩余率（L）、秸稈分解常數(shù)（k）、養(yǎng)分剩余率（Ft）和養(yǎng)分釋放量（Dt）[11]：

L (%) = (Wt)/W0 × 100% （1）

Wt/W0= e-kt（2）

Ft(%)= Ct×Wt/(C0×W0) （3）

Dt(g·kg-1秸稈)=C0×W0-Ct×Wt （4）

式中，L為作物秸稈干重剩余率，W0為秸稈最初重量，Wt為某次收獲的秸稈烘干重；k為秸稈分解常數(shù)。Ft為養(yǎng)分剩余率，即某個取樣時間點殘留秸稈養(yǎng)分含量（Ct）與干物重乘積占最初秸稈養(yǎng)分含量（C0）與干物重乘積的百分比（%）。每千克秸稈養(yǎng)分釋放量（Dt）為分解初期養(yǎng)分含量（C0）與干物重（W0）乘積減去試驗結(jié)束時殘留秸稈養(yǎng)分含量（Ct）與干物重（Wt）乘積。

1.5 統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)均采用SPSS19.0（SPSS Inc., Chicago, IL, USA）進行分析，并用SigmaPlot 12.5進行作圖。不同處理之間秸稈干重剩余率（L）、秸稈分解常數(shù)（k）、養(yǎng)分剩余率（Ft）和養(yǎng)分釋放量（Dt）進行方差分析，并采用LSD法進行多重比較。室內(nèi)培養(yǎng)條件下兩種土壤類型以及兩種作物秸稈類型之間的分解常數(shù)k值差異顯著性采用paired t-test進行檢驗；大田試驗不同還田深度之間的差異顯著性采用paired t-test進行檢驗，采用Canoco5軟件進行主成分分析秸稈分解常數(shù)與其他植株和土壤特性之間的關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 室內(nèi)培養(yǎng)試驗

方差分析結(jié)果表明（表2），秸稈類型和土壤類型均顯著影響秸稈分解常數(shù)及其碳、氮、磷（土壤類型除外）釋放量，其中玉米秸稈分解常數(shù)和養(yǎng)分釋放量均顯著高于小麥秸稈；潮土條件下小麥秸稈分解常數(shù)及其養(yǎng)分釋放量顯著高于砂姜黑土。氮肥用量顯著影響秸稈碳、氮釋放量，其中小麥秸稈分解常數(shù)在兩種土壤類型上均隨氮肥用量增加呈增加趨勢，玉米秸稈呈降低趨勢；小麥和玉米秸稈碳釋放量在砂姜黑土上均隨氮肥用量增加呈降低趨勢，氮釋放量呈降低趨勢（小麥秸稈在潮土上呈增加趨勢）。

表2 室內(nèi)培養(yǎng)條件下不同處理之間小麥和玉米秸稈分解常數(shù)（k）、養(yǎng)分釋放量（Dt）比較

Cr：作物；S：土壤；F：肥料；Tr：處理。均值后不同字母表示處理之間0.05水平上差異顯著性。*，**，*** 分別表示0.05，0.01和0.001水平差異顯著性；NS表示差異不顯著。表3同

Cr: Crop; S: Soil; F: Fertilizer; Tr: Treatment. Different letters in same column indicated a statistically significant difference among treatments (< 0.05). *, **, *** Indicated the significant difference at 0.05, 0.01 and 0.001 levels, respectively; NS: Not significant. The same as Table 3

由表3看出，與培養(yǎng)初期相比，相同培養(yǎng)條件下，小麥和玉米秸稈生物量干重均呈降低趨勢，至培養(yǎng)結(jié)束，砂姜黑土和潮土條件下小麥秸稈的剩余率分別為20%和12%，玉米秸稈剩余率為6%左右。秸稈分解期間，小麥和玉米秸稈殘留部分的養(yǎng)分含量變化趨勢不同（圖3）：小麥殘留秸稈碳含量在兩種土壤上均呈增加趨勢，說明小麥秸稈分解慢，秸稈內(nèi)碳在殘留部分中所占比例增加，與培養(yǎng)初期相比，砂姜黑土和潮土條件下小麥秸稈碳在殘留秸稈中的比例分別提高了7.5%和10%。玉米殘留秸稈中碳含量呈降低趨勢；與分解初期相比，該含量分別降低了17.3%和10.2%。小麥和玉米秸稈氮在殘留秸稈的含量在兩種土壤類型上均呈增加趨勢，小麥秸稈含量在砂姜黑土和潮土上分別增加68.8%和88.8%，玉米分別增加30.2%和26%。小麥和玉米秸稈全磷在殘留秸稈的含量在砂姜黑土和潮土上呈降低趨勢，其中小麥秸稈分別減少72.4%和70.2%，玉米秸稈減少25.3%和17.8%。

室內(nèi)培養(yǎng)條件下，小麥和玉米秸稈碳、氮、磷等養(yǎng)分在砂姜黑土和潮土上逐漸釋放出來，其剩余率呈降低趨勢（圖4），其中小麥秸稈在兩種土壤類型上的全碳剩余率分別為18.5%和13.3%，全氮剩余率分別為38.2%和22.5%，全磷剩余率為5%左右。玉米全碳剩余率分別為5.3%和5.6%，全氮剩余率為7.4%和4.5%，全磷剩余率為5%左右。其中每千克玉米秸稈碳（560 g左右）和氮（11 g左右）釋放量均值均顯著高于小麥碳（370 g左右）、氮（4 g左右）釋放量，而磷釋放量（3.3 g左右）顯著低于小麥（3.6 g左右）。

圖3 室內(nèi)培養(yǎng)條件下小麥和玉米秸稈分解過程中殘留部分碳、氮、磷含量動態(tài)變化

表3 室內(nèi)培養(yǎng)條件下小麥和玉米秸稈干重剩余率（L）的變化

圖4 室內(nèi)培養(yǎng)條件下小麥和玉米秸稈分解過程中碳、氮、磷剩余率（Ft）動態(tài)變化

2.2 大田秸稈分解試驗

2.2.1 小麥秸稈分解 方差分析結(jié)果（表4）表明，秸稈還田深度顯著影響小麥秸稈分解常數(shù)及其碳、氮、磷養(yǎng)分釋放量，其中20 cm處理的小麥秸稈分解常數(shù)及其養(yǎng)分釋放量均顯著高于地表處理。隨氮肥用量增加，地表處理小麥秸稈分解常數(shù)和碳釋放量逐漸降低，而20 cm處理分解常數(shù)、秸稈碳、氮、磷釋放量均呈增加趨勢。

小麥秸稈分解期間其生物量干重逐漸減少（表5），至培養(yǎng)結(jié)束時地表處理秸稈剩余率為60%左右，20 cm處理為20%左右，t- test比較結(jié)果表明20 cm處理剩余率顯著低于地表處理。小麥秸稈分解期間其碳、氮在殘留部分的含量均呈增加趨勢，而磷呈降低趨勢（圖5）。與分解初期相比，培養(yǎng)結(jié)束時地表處理和20 cm處理碳含量分別提高17.4%和14.7%；氮分別提高26.4%和90%；磷減少73%，且磷不受還田深度的影響。地表處理和20 cm處理小麥秸稈分解期間其碳、氮、磷剩余率均呈降低趨勢（圖6）；與秸稈分解初期相比，地表處理和20 cm處理小麥秸稈碳剩余率分別為68.5%和33.6%；氮剩余率為72.7%和48. 6%；磷剩余率為15.2%和8.3%；地表處理和20 cm處理每千克小麥秸稈碳釋放量為150 g和360 g左右；氮釋放量為2 g和4 g左右；磷釋放量為3.5 g和3.8g左右。

圖5 大田條件下小麥和玉米秸稈分解過程中殘留秸稈內(nèi)碳、氮、磷含量的動態(tài)變化

表4 大田條件下不同處理之間小麥和玉米秸稈分解常數(shù)（k）、養(yǎng)分釋放量（Dt）比較

D：深度Depth。均值后字母表示同一土層處理間0.05水平差異顯著性

Different letters in same column indicated a statistically significant difference among treatments of the same soil layer (< 0.05)

圖6 大田條件下小麥和玉米秸稈分解過程中碳、氮、磷剩余率（Ft）動態(tài)變化

表5 大田條件下小麥和玉米秸稈分解期間干重剩余率（L）變化

均值后字母表示同一土層處理間0.05水平差異顯著性。*，**，***分別表示兩個還田深度處理間0.05，0.01和0.001水平差異顯著性

Different letters in same column indicated a statistically significant difference among treatments of the same soil layer (<0.05). *, **, *** Indicated the significant difference between two residue returning depth treatments at 0.05, 0.01 and 0.001 levels, respectively

2.2.2 玉米秸稈分解 方差分析結(jié)果表明（表4），秸稈還田深度顯著影響玉米秸稈分解常數(shù)及其碳、氮、磷養(yǎng)分釋放量，其中20 cm處理秸稈分解常數(shù)及其養(yǎng)分釋放量均顯著高于地表處理。地表處理秸稈分解常數(shù)及秸稈碳、氮、磷釋放量均隨氮肥用量增加呈增加趨勢，但差異不顯著；20 cm處理秸稈分解常數(shù)及碳、氮、磷釋放量均隨氮肥用量增加呈降低趨勢。

玉米秸稈分解期間其干重逐漸降低（表5），至培養(yǎng)結(jié)束時地表處理秸稈剩余率為60%左右，20 cm處理為40%左右；20 cm處理剩余率顯著低于地表處理。玉米秸稈分解期間殘留部分氮含量呈增加趨勢，而磷呈降低趨勢（圖5）；與培養(yǎng)初期相比，培養(yǎng)結(jié)束時地表處理秸稈殘留部分氮含量減少10.2%，20 cm處理氮增加20.2%；磷分別減少36.1%和24.1%。整個分解期間，地表處理和20 cm處理玉米秸稈碳、氮和磷剩余率均呈降低趨勢（圖6）；與分解初期相比，培養(yǎng)結(jié)束時地表處理和20 cm處理玉米秸稈碳剩余率分別為64.4%和39.1%；氮剩余率分別為60.4%和47.5%；磷剩余率分別為46%和30.4%；地表處理和20 cm處理每千克玉米秸稈全碳釋放量為210 g和360 g左右，氮釋放量為5 g和6 g左右，磷釋放量為2 g和2.5 g左右。

2.3 室內(nèi)和大田條件下秸稈分解常數(shù)與土壤和秸稈特性的主成分分析

主成分分析結(jié)果可以看出（圖7），室內(nèi)培養(yǎng)條件下，小麥秸稈分解常數(shù)與土壤硝態(tài)氮、無機氮、脲酶、秸稈氮含量呈顯著正相關(guān)，與土壤蔗糖酶和秸稈碳氮比呈顯著負相關(guān)；玉米秸稈與土壤硝態(tài)氮和無機氮呈顯著負相關(guān)。大田條件下小麥秸稈分解常數(shù)與土壤脲酶、蔗糖酶、秸稈碳氮比、秸稈碳、氮含量均顯著負相關(guān)；玉米秸稈分解常數(shù)與土壤硝態(tài)氮、無機氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸稈碳氮比均呈顯著負相關(guān)，而與秸稈氮、磷含量呈顯著正相關(guān)。

3 討論

室內(nèi)培養(yǎng)和大田研究均表明，小麥和玉米秸稈分解期間其養(yǎng)分釋放速率表現(xiàn)為磷>氮>碳，這與徐健程等[12]的研究結(jié)果基本一致。秸稈養(yǎng)分釋放過程中殘留秸稈中氮所占比重增加、表現(xiàn)為氮含量呈增加趨勢，而磷呈降低趨勢，這主要是秸稈分解期間，微生物活動加劇并固持氮素，導(dǎo)致秸稈碳氮比降低，全氮含量增加[28-29]；作物秸稈磷含量降低是由于分解期間可溶性磷迅速釋放所致[16]，且作物秸稈分解初期會不同程度的固持磷元素，致使磷含量呈現(xiàn)波峰變化，但固持磷的最大量不會超過秸稈自身最初的磷含量。

不同作物秸稈類型之間分解速率和養(yǎng)分釋放存在顯著差異。秸稈分解過程主要受秸稈理化特性、秸稈分解微環(huán)境、土壤特性等因素的影響程度不同[28]。室內(nèi)條件下玉米秸稈分解速率比小麥秸稈快，其原因一方面是秸稈分解微環(huán)境和土壤特性基本一致，影響作物秸稈分解的因素主要是秸稈特性，尤其是秸稈碳、氮含量及其C/N 比[30]，C/N 較低的秸稈更適合土壤微生物的新陳代謝，利于作物秸稈的腐解和土壤有機碳的礦化，而較高的則相反[30-31]。本試驗中小麥秸稈碳氮比高、氮含量低、分解較慢，玉米秸稈養(yǎng)分含量特別是氮含量高、碳氮比低、分解快的研究結(jié)果也證明了前人的觀點[16,31]。另一方面是，玉米秸稈含有大量易分解的可溶性糖等成分，這些碳素大部分容易被微生物利用，進而加快秸稈分解[29]。大田條件下，小麥秸稈分解比玉米快，這與黃濤等[32]的華北地區(qū)冬小麥生育期低溫干燥、玉米秸稈分解較慢、夏玉米季高溫多雨、小麥秸稈腐解較快的研究結(jié)果一致。大田條件下作物秸稈分解受到土壤特性、氣象因素和秸稈特性綜合作用的影響[13, 33]，尤其是土壤含水量、土壤溫度等非生物因素的作用相對較大[2,34-35]。玉米生育期進行分解的小麥秸稈經(jīng)歷了降雨量月份之間的不均勻分配以及夏季溫度相對較高等復(fù)雜因素的綜合影響進而加速秸稈分解；而小麥生育期分解的玉米秸稈經(jīng)歷的是冬季低溫、不良的通氣、降雨量相對較低等條件，這可能是玉米秸稈分解較慢的主要原因[34-36]

土壤無機氮Soil inorganic N (INN)，植物碳含量Plant C，植物氮含量Plant N，植物磷含量Plant P

氮肥用量對不同作物秸稈分解的影響程度不同。室內(nèi)試驗和大田試驗（20 cm處理）均表明，增施氮肥促進小麥秸稈分解而抑制玉米秸稈分解；這與 LI 等[15]的尿素降低玉米秸稈分解的結(jié)果基本一致。增施氮肥促進小麥秸稈分解的一個原因是，小麥秸稈纖維素含量相對較高，增施氮肥后秸稈纖維素等碳水化合物水解酶的活性增強，促進了秸稈中可溶性物質(zhì)及纖維素等碳水化合物的分解；另一個原因是微生物分解有機體以C/N為25﹕1為最佳，其中微生物體C/N 為5﹕1，其他20 個單位的碳素作為能源消耗，氮素就成為影響參與秸稈分解的微生物的活性的重要限制因素，小麥秸稈C/N相對較高、氮含量含對較低，參與分解秸稈的微生物利用氮肥的同時也可直接吸收利用小麥秸稈含氮有機分子，進而加速其分解[19, 31, 37]。玉米秸稈分解受氮肥抑制或作用不顯著的主要原因是，玉米木質(zhì)素含量相對較高，增施氮肥抑制了木質(zhì)素裂解酶活性，因此其分解較慢；其次是含氮量大于1.5%—1.7%的秸稈如玉米秸稈不需外源氮素即可滿足分解過程中微生物對氮素的需要，增施氮肥后，營養(yǎng)素供應(yīng)水平很高，減少了微生物生物量需求，降低了土壤中細菌群落多樣性和豐富度，如白腐菌（木質(zhì)素主要分解菌）活性降低，抑制了秸稈腐解[13,20]。

土壤類型和還田深度均顯著影響小麥秸稈分解。土壤類型的作用主要與土壤理化性質(zhì)如黏土、壤土等特性有關(guān)，其中秸稈分解速率與土壤中黏粒含量呈負相關(guān)[38]，這可能是潮土小麥秸稈分解常數(shù)比砂姜黑土高的原因。秸稈還田入土20 cm顯著促進小麥和玉米秸稈分解，是因為作物秸稈還田到地表時，地表水分、溫度、光照等環(huán)境條件比較惡劣，不利于微生物活動，也就不利于秸稈分解[22]；作物秸稈埋入土壤后，地下土壤環(huán)境具有很強的緩沖性，溫度和濕度隨惡劣天氣的急劇變化相對較慢，為土壤微生物活動創(chuàng)造了有利的微環(huán)境，增加了微生物與秸稈之間的交換，刺激秸稈的分解[3,39-40]。作物秸稈分解是一個需水過程，當(dāng)土壤水分為16%—20%時，秸稈的分解速率最快[35]，翻埋入土的秸稈所處的土壤含水量相對比較穩(wěn)定，變幅較小，也促進了秸稈的分解。另外，秸稈還田入土降低土壤容重，增加土壤孔隙度、田間持水量等，改善了土壤水、氣、熱傳導(dǎo)和孔隙中 O2等土壤理化性狀，進而影響微生物活動，促進秸稈分解[38, 40-41]。

4 結(jié)論

小麥和玉米秸稈分解期間其養(yǎng)分釋放速率為磷>氮>碳。室內(nèi)相同土壤類型、相同培養(yǎng)時間、相同氮肥用量條件下，玉米秸稈分解速率比小麥快，秸稈分解速率主要是受秸稈碳、氮含量及碳氮比等特性的影響；大田條件下玉米秸稈比小麥秸稈分解慢，主要是秸稈分解期間溫度和降雨量等氣象因素起著主導(dǎo)作用。增施氮肥促進小麥秸稈分解，但抑制玉米秸稈分解。潮土和砂姜黑土均顯著影響小麥秸稈分解及其養(yǎng)分的釋放；與砂姜黑土相比，潮土由于其粉粒較高、黏粒較低等特性促進小麥秸稈分解，但兩種土壤類型對玉米秸稈分解的影響不顯著。與秸稈還田到土壤表層相比，秸稈還田入土20 cm能加速其分解及養(yǎng)分釋放。因此，黃淮海地區(qū)小麥和玉米秸稈應(yīng)還田入土，并根據(jù)不同類型秸稈在潮土和砂姜黑土上的分解特征，采取適宜的氮肥管理措施促進秸稈分解。

[1] 宋潔, 李志洪, 趙小軍, 劉龍, 崔婷婷. 秸稈還田對土壤微團聚體特征的影響. 水土保持學(xué)報, 2018, 32(5):116-120.

SONG J, LI Z H, ZHAO X J, LIU L, CUI T T. Effects of straw returning on soil micro-aggregate characteristics., 2018, 32(5): 116-120. (in Chinese)

[2] XU Y H, CHEN Z M, FONTAINE S, WANG W J, LUO J F, FAN J L, DING W X. Dominant effects of organic carbon chemistry on decomposition dynamics of crop residues in a Mollisol., 2017,115: 221-232.

[3] SCHMIDT A, JOHN K, ARIDA G, AUGE H, BRANDL R, HORGAN F G. Effects of residue management on decomposition in irrigated rice fields are not related to changes in the decomposer community., 2015, 10:1371-1389.

[4] 畢于運, 高春雨, 王亞靜, 李寶玉. 中國秸稈資源數(shù)量估算. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2009, 25(12): 211-217.

BI Y Y, GAO C Y, WANG Y J, LI B Y. Estimation of straw resources in China., 2009, 25(12): 211-217. (in Chinese)

[5] GAO H, CHEN X, WEI J, ZHANG Y, ZHANG L, CHANG J. Decomposition dynamics and changes in chemical composition of wheat straw residue under anaerobic and aerobic conditions., 2016, 11: e0158172. doi:10.1371/journal. pone.0158172.

[6] 米國華, 伍大利, 陳延玲, 夏婷婷, 馮國忠, 李前, 石東峰, 蘇效坡, 高強. 東北玉米化肥減施增效技術(shù)途徑探討. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(14): 2758-2770.

MI G H, WU D L, CHEN Y L, XIA T T, FENG G Z, LI Q, SHI D F, SU X P, GAO Q. The ways to reduce chemical fertilizer input and increase fertilizer use efficiency in maize in Northeast China., 2018, 51(14): 2758-2770. (in Chinese)

[7] 南雄雄, 田霄鴻, 張琳, 游東海, 吳玉紅, 曹玉賢. 小麥和玉米秸稈腐解特點及對土壤中碳、氮含量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報 2010, 16(3): 626-633.

NAN X X, TIAN X H, ZHANG L, YOU D H, WU Y H, CAO Y X. Decomposition characteristics of maize and wheat straw and their effects on soil carbon and nitrogen contents., 2010, 16(3):626-633. (in Chinese)

[8] 鄒文秀, 韓曉增, 陸欣春, 陳旭, 郝翔翔, 嚴君, 尤夢陽. 玉米秸稈混合還田深度對土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分含量的影響. 土壤與作物, 2018, 7(2): 139-147.

ZOU W X, HAN X Z, LU X C, CHEN X, HAO X X, YAN J, YOU M Y. Responses of soil organic matter and nutrients contents to corn stalk incorporated into different soil depths., 2018, 7(2): 139-147. (in Chinese)

[9] 張靜, 溫曉霞, 廖允成, 劉陽. 不同玉米秸稈還田量對土壤肥力及冬小麥產(chǎn)量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2010, 16(3): 612-619.

ZHANG J, WEN X X, LIAO Y C, LIU Y. Effects of different amount of maize straw returning on soil fertility and yield of winter wheat., 2010, 16(3): 612-619. (in Chinese)

[10] AGEHARA S, WARNCKE D D. Soil moisture and temperature effects on nitrogen release from organic nitrogen sources., 2005, 69(6): 1844-1855.

[11] 李昌明, 王曉玥, 孫波.不同氣候和土壤條件下秸稈腐解過程中養(yǎng)分的釋放特征及其影響因素. 土壤學(xué)報, 2017, 54(5): 1206-1217.

LI C M, WANG X Y, SUN B. Characteristics of nutrient release and its affecting factors during plant residue decomposition under different climate and soil conditions., 2017, 54(5):1206-1217. (in Chinese)

[12] 徐健程, 王曉維, 朱曉芳, 鄧曉東, 楊文亭. 不同綠肥種植模式下玉米秸稈腐解特征研究. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2016, 22(1): 48-58.

XU J C, WANG X W, ZHU X F, DENG X D, YANG W T. Study on decomposition of maize straw under different green manure cropping patterns., 2016, 22(1): 48-58. (in Chinese)

[13] HOBBIE S E. Contrasting effects of substrate and fertilizer nitrogen on the early stages of decomposition., 2005, 8: 644-656.

[14] CONDE E, CARDENAS M, PONCE-MENDOZA A. The impacts of inorganic nitrogen application on mineralization of14C-labelled maize and glucose, and on priming effect in saline alkaline soil., 2005, 37: 681-691.

[15] LI X G, JIA B, LV J T, MA Q J, KUZYAKOV Y, LI F M. Nitrogen fertilization decreases the decomposition of soil organic matter and plant residues in planted soils., 2017, 112: 47-55.

[16] HOBBIE S E. Nitrogen effects on decomposition: a five-year experiment in eight temperate sites., 2008, 89: 2633-2644.

[17] PENG Q, QI YC, DONG YS, HE YT, XIAO S S, LIU X C, SUN L J, JIA J Q, GUO S F, CAO C C. Litter decomposition and C and N dynamics as affected by N additions in a semi-arid temperate steppe, Inner Mongolia of China., 2014, 6: 432-444.

[18] MUBARAK A R, ROSENANI A B, ANUAR A R, ZAUYAH S. Decomposition and nutrient release of maize stover and groundnut haulm under tropical field conditions of Malaysia., 2002, 33: 609-622.

[19] KNORR M, FREY S D, CURTIS P S. Nitrogen additions and litter decomposition: a meta-analysis., 2005, 86: 3252-3257.

[20] LIU J X, FANG X, DENG Q, HAN T F, HUANG W J, LI Y Y. CO2enrichment and N addition increase nutrient loss from decomposing leaf litter in subtropical model forest ecosystems., 2015, 5: 7952-7960.

[21] 黃婷苗, 鄭險峰, 王朝輝. 還田玉米秸稈氮釋放對關(guān)中黃土供氮和冬小麥氮吸收的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(14) : 2785-2795.

HUANG T M, ZHENG X F, WANG Z H. Nitrogen release of returned maize straw and its effects on loess n supply and nitrogen uptake by winter wheat in Guanzhong Plain., 2015, 48(14): 2785-2795. (in Chinese)

[22] ZHOU G X, ZHANG J B, MAO J D, ZHANG C Z, CHEN L, XIN X L, ZHAO B Z. Mass loss and chemical structures of wheat and maize straws in response to ultraviolet-B radiation and soil contact.2015, 5: 14851. doi: 10.1038/srep14851.

[23] 安婷婷, 侯小畔, 周亞男, 劉衛(wèi)玲, 王群, 李潮海, 張學(xué)林. 氮肥用量對小麥開花后根際土壤特性和產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(17): 3352-3364.

AN T T, HOU X P, ZHOU Y N, LIU W L, WANG Q, LI C H, ZHANG X L. Effects of nitrogen fertilizer rates on rhizosphere soil characteristics and yield after anthesis of wheat., 2017, 50(17): 3352-3364. (in Chinese)

[24] NELSON D W, SOMMERS L E. Total carbon, organic carbon, and organic matter//SPARKS D L, PAGE A L, HELMKE P A, LOEPPERT R H, SOLTANPOUR P N, TABATABAI M A, JOHNSTON C T, SUMMER M E.. Soil Society of America Book Series. 1982: 961-1010.

[25] GALLAHER R N, WELDON C O, BOSWELL F C. A semi- automated procedure for total nitrogen in plant and soil samples., 1976, 40: 887-889.

[26] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

LU R K.. Beijing: China Agricultural Science of Technology Press, 2000. (in Chinese)

[27] 關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986.

GUAN SM.. Beijing: Agricultural Press, 1986. (in Chinese)

[28] MELLILO J M, ABER J D, MURATORE J F. Nitrogen and lignin control of hardwood leaf litter decomposition dynamics., 1982, 63: 621-626.

[29] SAKALA W D, CADISCH G, GILLER K E. Interactions between residues of maize and pigeonpea and mineral N fertilizers during decomposition and N mineralization., 2000, 32: 679-688.

[30] HUNTING E R, ARIE V J, MUSTERS C J M, KRAAK M H S, VIJVER M G. Effects of agricultural practices on organic matter degradation in ditches., 2016, 6: 21474-21482.

[31] CRAINE J M, MORRIW C, FIERER N. Microbial nitrogen limitation increases decomposition., 2007, 88: 2105-2113.

[32] 黃濤, 仇少君, 杜娟, 史振俠, 巨曉棠. 碳氮管理措施對冬小麥/夏玉米輪作體系作物產(chǎn)量、秸稈腐解、土壤CO2排放的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(4) : 756-768.

HUANG T, CHOU S J, DU J, SHI Z X, JU X T. Effects of different carbon and nitrogen managements on yield, straw decomposition, soil CO2flux of the winter wheat/summer maize., 2013, 46(4): 756-768. (in Chinese)

[33] CORTET J, ANDERSEN M N, CAUL S, GRIFFITHS B, JOFFRE R, LACROIX B, SAUSSE C, THOMPSON J, KROGH P H. Decomposition processes under Bt () maize: results of a multi-site experiment., 2006, 38: 195-199.

[34] HAMADI Z, STEINBERGER Y, KUTIEL P, LAVEE H, BARNESS G. Decomposition oflitter under arid conditions., 2000, 46: 281-293.

[35] 左玉萍, 賈志寬. 土壤含水量對秸稈分解的影響及動態(tài)變化. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2004, 32(5): 61-63.

ZUO Y P, JIA Z K. Effect of soil moisture content on straw decomposing and its dynamic changes., 2004, 32(5): 61-63. (in Chinese)

[36] 江曉東, 遲淑筠, 王蕓, 寧堂原, 李增嘉. 少免耕對小麥/玉米農(nóng)田玉米還田秸稈腐解的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2009, 25(10): 247-251.

JING X D, CHI S Y, WANG Y, LING T Y, LI Z J. Effect of less tillage and no-tillage patterns on decomposition of returned maize straw in wheat/maize system., 2009, 25(10): 247-251. (in Chinese)

[37] SJOBERG G, NILSSON S I, PERSSON T, KARLSSON P. Degradation of hemicellulose, cellulose and lignin in decomposing spruce needle litter in relation to N., 2004, 36: 1761-1768.

[38] FINN D, PAGE K, CATTON K, STROUNINA E, KIENZLE M, ROBERTSON F, ARMSTRONG R, DALAL R. Effect of added nitrogen on plant litter decomposition depends on initial soil carbon and nitrogen stoichiometry., 2015, 91: 160-168.

[39] BARNES P W, TROOP H L, HEWINS D B, ABBENE M L, ARCHER S R. Soil coverage reduces photodegradation and promotes the development of soil-microbial films on dryland leaf litter., 2012, 15: 311-321.

[40] LONDO?O-R L M, TARKALSON D, THIES J E. In-field rates of decomposition and microbial communities colonizing residues vary by depth of residue placement and plant part, but not by crop genotype for residues from two Cry1Ab Bt corn hybrids and their non- transgenic isolines., 2013, 57: 349-355.

[41] KALBURTJI K L, MAMOLOS A P. Maize, soybean and sunflower litter dynamics in two physicochemically different soils., 2000, 57: 195-206.

（責(zé)任編輯 李云霞）

Effects of Nitrogen Fertilizer on Crop Residue Decomposition and Nutrient Release Under Lab Incubation and Field Conditions

ZHANG XueLin, ZHOU YaNan, LI XiaoLi, HOU XiaoPan, AN TingTing, WANG Qun

(AgronomyCollege, Henan Agricultural University/State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops for 2011, Zhengzhou 450002)

【Objective】 The study was carried out to investigate factors affecting the decomposition and nutrient release of wheat and maize residue under indoor and field conditions, so as to provide a theoretical basis for the rational return of crop residue and its suitable nutrient management practices. 【Method】 We conducted indoor incubation experiment with nylon bag and field experiment to study residue decomposition characteristics of wheat and maize under various nitrogen (N) fertilizer dosages (0, CK; 180 kg N·hm-1, N180; 360 kg N·hm-2, N360). In indoor environment, we focused on the effects of N dosage and soil types (Shajiang black soil: ST, Fluvo-aquic soil: FT), while in field condition, we emphasized on the effects of N dosages and burying depth (surface and 20 cm depth treatment) of the residue. 【Result】 Laboratory studies found that both residue types and soil types significantly affected residue decay constant, C, N, and P release. With the increasing of N application rate, the decay constant of wheat residue increased in both soil types, while the maize residue decreased. The N releases of maize and wheat residue decreased (the wheat residue increased in FT soil). The decay constant of wheat residue of the FT soil and the release of C, N, and P were significantly higher than those of the ST soil, while the soil types had little effect on the decomposition of maize residue. Under the lab incubation condition (180d), the average C releases of wheat residue were 370 g·kg-1, N was 4 g·kg-1, and P was 3.6 g·kg-1; maize residue C release was 560 g·kg-1, N was 11 g·kg-1, and P was 3.3 g·kg-1. Under field condition, the depth of residue returning significantly affected the decay constants of wheat and maize residue and the release of C, N and P. The decay constant and nutrient releases of residues treated with 20 cm were significantly higher than that of surface treatment. For surface treatment, the decay constant and C release of wheat residue declined gradually with the increase of N fertilizer application rate, but the maize residue increased. For 20 cm treatment, the decay constant of wheat residue and the release of C, N, and P increased with the amount of N fertilizer, while maize residue showed a decreasing trend. Under field condition, surface wheat residue biomass could decompose 40% after a maize growing season (June - October 2015), releasing 150 g C·kg-1, 2 g N·kg-1and 3.5 g P·kg-1; burying underground to 20 cm could decompose 80%, releasing 360 g C·kg-1, 4 g N·kg-1, and 3.8 g P·kg-1. Maize residues biomass could only decompose 40% after a wheat growth season (October 2015-June 2016) when the residues being returned to the surface, releasing 210 g C·kg-1, 5 g N·kg-1, and 2 g P·kg-1, but the 20 cm treatment could decompose 60%, releasing 360 g C·kg-1, 6 g N·kg-1, and 2.5 g P·kg-1. Principal component analysis showed that the decay constant of wheat residue under indoor conditions was significantly positively correlated with soil inorganic N, urease and straw N content, and negatively correlated with soil sucrase and straw C/N ratio, while maize residue decay constant was negatively correlated with soil inorganic N. Under field conditions, the decay constant of wheat residue was negatively correlated with soil urease, soil invertase, residue C content, N content and residue C/N ratio, while maize residue decay constant was negatively correlated with soil inorganic N content, soil urease, invertase and residue C/N ratio, and positively correlated with residue N and P content.【Conclusion】Both indoor and field experiment showed that the decay constants and nutrient release characteristics of wheat and maize residue were different. The application of N fertilizer promoted the decomposition of wheat residue but had little effect on the decomposition of maize residue. The soil types (ST and FT) significantly affected the decomposition of wheat residue, but the effects on maize residue decomposition were small. Returning crop residue to the soil could significantly promote the decomposition of wheat and maize residue and its nutrient release. In production, the crop residue should be returned to the soil, and appropriate N dosage should be adopted to soil types and residue types to promote the decomposition of straw.

crop residue; residue decay constant; nitrogen fertilizer management; Shajiang black soil; Fluvo-aquic soil

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.008

2018-11-21；

2019-01-18

河南省高等學(xué)校重點科研項目（18A210019）、國家重點研發(fā)計劃課題（2018YFD0200605）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-02-19）

張學(xué)林，Tel：13643867669；E-mail：xuelinzhang1998@163.com；zxl1998@henau.edu.cn