于振良，關(guān)法春，邊步云，王樹文，宗憲春，鹿 鑫

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林 長春 130033；3.西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000；4.嶺南師范學(xué)院信息工程學(xué)院，廣東 湛江 524048；5. 牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157012)

近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)農(nóng)田土層變薄和土壤有機(jī)質(zhì)下降等問題[1]，導(dǎo)致農(nóng)作物生產(chǎn)過度依賴于化肥，進(jìn)而造成土壤氮損失[2]、水體等環(huán)境污染[3]，土壤肥力下降[4]等一系列問題. 為此農(nóng)田生產(chǎn)常采取氮肥減量[5]、氮肥與緩控肥配施[6]等措施來在一定程度上能減少氮損失，但化肥驅(qū)動下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍不足以解決上述問題.生物質(zhì)直接或間接還田一直被認(rèn)為是改善土壤質(zhì)量的有效途徑[7]，為此需要探索新的生產(chǎn)方式促進(jìn)系統(tǒng)生物質(zhì)資源還田，促進(jìn)土壤肥力質(zhì)量的改善.

“農(nóng)牧一體化”下的玉米田養(yǎng)鵝生產(chǎn)將農(nóng)田雜草視為農(nóng)產(chǎn)品的來源之一[8]，其借助放牧鵝在控制雜草的同時，高效利用和轉(zhuǎn)化田間雜草等生物資源，實現(xiàn)鵝糞就地還田[9]，從而在維持較高系統(tǒng)生物多樣性的基礎(chǔ)上[10]，促進(jìn)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)，培肥土壤[11-12].玉米田養(yǎng)鵝生產(chǎn)，對增加物質(zhì)輸入、土壤培肥具有重要意義，但其在不同地區(qū)的生產(chǎn)表現(xiàn)尚不清楚.

為此本文采用田間對比試驗方法，采集不同地區(qū)當(dāng)?shù)赜衩椎湫蜕a(chǎn)方式下的玉米秸稈、雜草等田間生物質(zhì)資源，進(jìn)行量化對比分析，明確玉米田養(yǎng)鵝模式下的系統(tǒng)生物質(zhì)資源量，以及區(qū)域間生物質(zhì)資源量差異，從而為提高資源化生產(chǎn)能力與土壤培肥潛力奠定基礎(chǔ).

1 研究區(qū)域概況

蘿北試驗區(qū)位于黑龍江省農(nóng)墾總局延軍農(nóng)場(130°51′E、47°43′N)，海拔為131 ～400 m，耕地面積達(dá)1.45 ×104hm2. 該區(qū)域?qū)俸疁貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，年總?cè)照諘r長約為2 127 h.年平均氣溫1.57 ℃，無霜期128 d，年降水量為729 mm，6 ～9 月份降雨分布較為集中，降雨量占全年的76.65%，1 月至3 月份和11 月～12 月份降雨分布較弱.土壤為黑土.

林芝試驗區(qū)位于林芝市章麥村(93°25′ E、29°50′N)，海拔為3 057 m. 該區(qū)域?qū)俨貣|南溫暖半濕潤氣候區(qū)，年降水量649.7 mm，6 ～9 月降雨集中，降雨量占全年85% 以上；年均溫度8. 7 ℃，全年日均溫≥10 ℃的日數(shù)165.2 d，無霜期約180 d；年日照時數(shù)2 015.2 h，日照率為46.3%.土質(zhì)為沙壤土.

2 材料與方法

2.1 試驗設(shè)計

鑒于不同區(qū)域氣候、土壤條件差異較大，因此玉米生產(chǎn)各自遵照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)方式進(jìn)行.

蘿北試驗地小區(qū)面積約500 m2，3 次重復(fù)，種植玉米品種為“德美亞1 號”，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的種植習(xí)慣，5 月初進(jìn)行耙地、播種，機(jī)械播種的播量控制范圍為25～30 kg/hm2，株距為18 ～22 cm，行間距為65 cm，農(nóng)田底肥為“史丹利”復(fù)合肥(w(N) =15%，w(P) =15%，w(K) =15%”)，用量375 kg/hm2.玉米小喇叭口期機(jī)械追施尿素100 ～150 kg/hm2(w(N)≥46.4%)；

林芝試驗地小區(qū)面積約120 m2，3 次重復(fù)，種植玉米品種為“酒單4 號”，根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，4 月中旬進(jìn)行耙地、播種，株距為25 cm，行間距為60 cm，農(nóng)田底肥為復(fù)合肥(其中，w(N) =33%；w(P2O5) =17%；w(K2O) =17%；w(有機(jī)質(zhì)) =20%)，用量400 kg/hm2.

兩試驗地均為玉米田養(yǎng)鵝處理(RGICF 處理)，該處理下農(nóng)田不除草，小區(qū)四周用1.20 m 高尼龍網(wǎng)圍封，用于放養(yǎng)幼鵝(體重約為1.5 kg/只)，8 月6 日小區(qū)內(nèi)放入幼鵝18 只，每小區(qū)放牧期為3 d，3 d 過后輪換到下一小區(qū)，循環(huán)進(jìn)行.早晨6 點放入鵝，白天分別于午前和午后兩次供水；傍晚約6 點將鵝趕回，投喂復(fù)合飼料(玉米面與育成鵝濃縮飼料比例為7：3，其中濃縮飼料產(chǎn)品成分：粗蛋白≥36.0%，粗纖維≤10.0%，粗灰分≤26.0%，總磷≥0.6，鈣1.5% ～4.5%，賴氨酸≥1.0%，氯化鈉0.8% ～3.0%)，每天每只幼鵝補(bǔ)飼量50 g，9 月底結(jié)束放養(yǎng). RGICF 處理鵝舍內(nèi)外收集的鵝糞，集中起來做堆肥并自然發(fā)酵，翌年4 月中旬拋灑于小區(qū)內(nèi). RGICF 處理雜草枯落物、殘體和玉米植株根系、枯落物秋收后均翻壓還田.

2.2 樣本采集與測定

9 月底玉米成熟期(放牧后)隨機(jī)采集地上雜草殘體(指仍直立存在的新鮮雜草，等同放牧后雜草地上生物量)和枯落物(指凋落枯萎于地表的雜草)，采樣面積為1 m×1 m，3 次重復(fù)，將雜草和枯落物齊地面剪下裝入信封，帶回實驗室，將草樣和使用蒸餾水清洗泥土后的枯落物放入恒溫烘箱，于105 ℃殺青30 min后于80 ℃下烘至恒重后稱重.

每小區(qū)隨機(jī)選取50 株進(jìn)行人工掰棒收獲玉米粒，采用四分法收集粉碎秸稈于信封，玉米粒和秸稈均在80℃下烘至恒重.

放牧期間，將1 m ×1 m 的樣方框隨機(jī)埋于小區(qū)地表，樣方框與地表面持平，每小區(qū)3 次重復(fù).每3 天收集樣方框內(nèi)的鵝糞1 次，用鑷子等采集鵝糞將其裝入自封袋.傍晚趕回將5 只鵝放入2 m×2 m 圍網(wǎng)內(nèi)，收集鵝舍糞便1 d/次.收集鵝糞均經(jīng)放置風(fēng)干室初步風(fēng)干后，恒溫80 ℃烘干至恒重，統(tǒng)計鵝糞總還田量.

上述生物質(zhì)的N、P2O5、K2O 養(yǎng)分含量計算方法分別參見文獻(xiàn)[13-14].

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003 統(tǒng)計處理數(shù)據(jù)，SPSS 17.0 單因素方差分析判斷差異顯著性.

3 結(jié)果與分析

3.1 不同地區(qū)農(nóng)田可利用生物質(zhì)資源量

玉米收獲后蘿北試驗區(qū)可利用秸稈的資源量分別為3 638. 72 kg/hm2(表1)，比林芝試驗區(qū)高出656.57 kg/hm2，但處理間差異不顯著(P ＞0.05). 因此，蘿北玉米植株田間資源量均豐富，為玉米秸稈循環(huán)利用提供堅實的物質(zhì)基礎(chǔ).

枯落物以及地表的雜草，在地表形成保護(hù)層，并翻地覆蓋后逐漸分解后還田，有助于培肥土壤. 蘿北試驗區(qū)的雜草和枯落物的資源量52. 22 kg/hm2和174.39 kg/hm2，分別比林芝試驗區(qū)高20.09 kg/hm2和69.96 kg/hm2，處理間差異不顯著(P ＞0.05). 說明蘿北試驗區(qū)的雜草和枯落物向土壤輸入的生物質(zhì)資源量同樣高于林芝試驗區(qū).

表1 不同地區(qū)農(nóng)田可利用生物質(zhì)資源量Table 1 Available biomass resources of farmland in different areas

3.2 不同地區(qū)的鵝糞資源量

玉米田養(yǎng)鵝模式下蘿北試驗區(qū)的鵝舍內(nèi)積累的鵝糞量為1 287.90 kg/hm2(圖1)，比林芝試驗區(qū)的鵝舍內(nèi)鵝糞量(782.46 kg/hm2)高505.44 kg/hm2，差異顯著(P ＜0.05)；而蘿北試驗區(qū)的田間積累的鵝糞量為2 169.4 kg/hm2，比林芝試驗區(qū)的鵝舍內(nèi)鵝糞量(1 653.07kg/hm2)高516.33 kg/hm2，差異不顯著(P＞0. 05). 蘿北試驗區(qū)鵝糞總量比林芝試驗區(qū)高出1 021.77 kg/hm2，其田培肥土壤潛力更高.

此外，蘿北試驗區(qū)和林芝試驗區(qū)田間鵝糞分別占總量的62.75%和67.87%，這說明了玉米田養(yǎng)鵝模式下田間鵝糞對還田總量的貢獻(xiàn)率高于鵝舍中的鵝糞.

圖1 不同地區(qū)鵝糞資源量Fig.1 Available biomass resources of goose feces in different areas

3.3 不同地區(qū)的可利用生物質(zhì)養(yǎng)分資源量

地上部的玉米秸稈、雜草與枯落物數(shù)量大小，能夠反映今后可利用資源的潛力. 從表2 結(jié)果來看，蘿北試驗區(qū)地上植株(秸稈、雜草與枯落物)的N、P2O5、K2O 養(yǎng)分總量分別為29.4 kg/ hm2、5.48 kg/ hm2和33.1 kg/ hm2，分別高于林芝試驗區(qū)649.39 kg/ hm2、231.39 kg/ hm2和1 000.2 kg/ hm2.

蘿北試驗區(qū)的鵝糞N、P2O5、K2O 養(yǎng)分總量分別為2 466.30 kg/ hm2、2 242.09 kg/ hm2和4 259.97 kg/ hm2，分別高于林芝試驗區(qū)728. 89 kg/ hm2、662.63 kg/ hm2和1 258.99 kg/ hm2. 說明蘿北試驗區(qū)玉米田養(yǎng)鵝生產(chǎn)向土壤中輸送的養(yǎng)分量高于林芝試驗區(qū).

表2 不同地區(qū)生物質(zhì)資源養(yǎng)分總量(kg/hm2）Table 2 Thenutrient quantities of biomass resource in different regions(kg/ hm2）

4 討論

4.1 “玉米田養(yǎng)鵝”農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的資源還田潛力

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在時間、空間上存在尚未利用的冗余資源，可以通過不同方式，在時間、空間上實現(xiàn)對生物質(zhì)資源有效轉(zhuǎn)化和利用，從而產(chǎn)生更多的產(chǎn)品，這往往成為生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力提高的基礎(chǔ)[15].“玉米田養(yǎng)鵝”生產(chǎn)方式下，蘿北試驗區(qū)的可收集秸稈資源量高于林芝試驗區(qū)，如農(nóng)田秸稈繼續(xù)按照農(nóng)牧一體化生產(chǎn)方式開展肉牛過腹還田利用[16]，將進(jìn)一步提高土壤培肥效果；同時，“玉米田養(yǎng)鵝”模式下鵝采食田間雜草和枯葉，產(chǎn)生的鵝糞經(jīng)田間就地還田或堆積堆肥發(fā)酵后，可以更好地發(fā)揮培肥土壤等系統(tǒng)生態(tài)功能. 從區(qū)域生產(chǎn)效果來看，蘿北試驗區(qū)鵝舍鵝糞資源量為林芝試驗區(qū)的1.65 倍，土壤培肥潛力更大.

4.2 生物質(zhì)資源還田的區(qū)域性差異

“玉米田養(yǎng)鵝”模式是以玉米生產(chǎn)為核心開展的資源高效利用生產(chǎn)方式，氣候狀況、品種特性、土壤狀況和耕作措施等因素均影響玉米生長狀況[17-18]，受氣候差異、品種使用等區(qū)域生產(chǎn)差異性因素影響，從試驗結(jié)果來看，蘿北和林芝兩個試驗區(qū)的生物質(zhì)資源量差異較為明顯，由此必將對土壤培肥作用產(chǎn)生差異[19].但是相對于單做玉米無法進(jìn)行糞肥還田而言，玉米田養(yǎng)鵝生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄物資源循環(huán)利用，從而為生產(chǎn)效益提高奠定了堅實物質(zhì)基礎(chǔ).

5 結(jié)論

玉米田養(yǎng)鵝處理下，蘿北玉米秸稈量、雜草量、枯落物量和鵝糞總量均高于林芝，依次高出656.57 kg/hm2、20. 09 kg/hm2、69. 96 kg/hm2和1 021. 77 kg/hm2，蘿北試驗區(qū)農(nóng)田生物質(zhì)資源養(yǎng)分總量也高于林芝試驗區(qū).因此，受區(qū)域生產(chǎn)因素差異性影響，蘿北試驗區(qū)生物質(zhì)資源量明顯高于林芝試驗區(qū)，其用于還田后的土壤培肥潛力也更大.