江苏农业科学2017年第45卷第11期 --——197.-—— 王麒,宋秋来,冯延江,等.施用氮肥对还田水稻秸秆腐解的影响[J].江苏农业科学,2017,45(11):197—201 doi:10.15889/j.issn.1002—1302.2017.11.053 施用氮肥对还田水稻秸秆腐解的影响 王麒 ,宋秋来 ,冯延江。,孙羽 ,曾宪楠 ,来永才 , (1.黑龙江省农业科学院博士后科研工作站,黑龙江哈尔滨150086;2.黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所,黑龙江哈尔滨150086) 摘要:针对黑龙江省水稻秸秆量大、利用率低的问题,开展秸秆腐解规律研究,以期为解决秸秆综合利用问题提供 理论依据。以水稻为试验材料,在秸秆还田条件下研究氮肥施用量对水稻秸秆腐解及养分释放速率的影响。结果表 明:水稻秸秆在冬季腐解缓慢,水稻生长季腐解迅速,还田1年后累积腐解率为49.95%,还田2年累积腐解率为 78.77%;施氮量在103—133 kg/hm 时,秸秆腐解率较高。秸秆还田1年后磷、碳、氮含量分别降低了62.5%、 5.40%、2.94%;腐解2年后磷、碳、氮含量分别降低了56.25%、12.73%、10.29%。在水稻还田1年后,不施氮肥提高 了还田秸秆的碳氮比;而与不施氮肥相比,在适当施用氮肥的情况下水稻秸秆的氮磷比高。 关键词:水稻;秸秆还田;腐解规律;氮肥 中图分类号:S141.4 文献标志码:A 文章编号:1002—1302(2017)11—0197—04 水稻是黑龙江省重要的粮食作物,2015年种植面积达 (哈尔滨市道外区民主乡)进行,采用小区试验,每个小区 400多万hm。,在国家粮食安全中占有极其重要的地位。但 24 m ,供试土壤为黑土,有机质含量29.56 g// ,速效氮含量 是水稻收获的同时其剩余产品稻草的处理却成为一大难题, 79.56 ms/kg,速效磷含量55.84 ms/kg,速效钾含量 大部分稻草都在田问被焚烧处理,这不仅浪费宝贵的自然资 168.42 ms/kg。供试水稻秸秆为2012年秋季收获的,其总碳 源,还造成大气污染…。提高秸秆的利用率、扩大秸秆的利 含量40.39%,全氮含量0.68%,全磷含量0.16%,全钾含量 用途径是农业发展面临的重要问题 。稻草中含有的很多 1.86%。供试尿素(总氮含量/>46.4%)为大庆石化公司生 元素是农业生产上重要的肥料来源,还田后受到土壤微生物 产;磷酸二铵(N:18%,P O :46%)为宜昌东禾化肥有限公司 的影响开始腐解,其中的氮、磷、钾等养分被释放出来,能够被 生产;硫酸钾(K O≥50%)为青上化工(青岛)有限公司 作物吸收利用,可以相对减少化肥使用量,提高经济效益 。 生产。 徐国伟认为随着生长发育的进行,腐解秸秆释放出的养分对 1.2方法 水稻生长产生有利的影响 。李朝苏等在免耕条件下的秸 供试水稻秸秆自然风干后,将秸秆剪成5 cm的小段放人 秆还田试验表明,水稻分蘖数量及干物质积累不受秸秆还田 尼龙网袋(孔径0.150 mm,长30 am,宽20 am)中,每袋装入 的影响,但却延长开花后的绿叶功能期,在产量形成中光合产 水稻秸秆40 g(干质量),封住袋121。将网袋于2012年10月 物积累所占比例也有所提高 。马宗国等也认为,秸秆腐解 15日翻地后埋入1O一15 cm土层。 使水稻前期的生长发育受到抑制,但有益于水稻后期生 试验设置6个氮肥处理:不施氮肥0 ks/hm (I)、总施 长 ]。综上所述,很多学者针对水稻秸秆还田对作物生长及 氮量73 kg/hm (Ⅱ)、总施氮量103 kg/hm (Ⅲ)、总施氮量 土壤养分的影响进行了大量研究,但是由于黑龙江省地处寒 133 kg/hm (地方施氮标准1V)、总施氮量163 ks/hm (V)和 地,对水稻秸秆还田方面系统的研究相对较少 。因此,本 总施氮量193 ks/hm (Ⅵ)。磷钾肥施用量均为纯磷(P O ) 研究针对黑龙江省水稻生产实际,研究水稻秸秆腐解规律,以 46 kg/hm ,纯钾(K:0)75 k hm 。氮肥按基肥(50%)、返青 期为解决黑龙江省水稻秸秆综合利用问题提供理论依据。 肥(30%)和分蘖肥(20%)分3次施用;磷肥作为基肥一次性 施用;钾肥按基肥(60%)、分蘖肥(40%)分别施用。试验设 1材料与方法 3次重复。 1.1材料 秸秆埋入稻田土壤后,从埋入后第7个月开始,每个月采 试验于2012--2014年在黑龙江省国家现代农业示范区 样1次,连续采集6个月;从第19个月开始,每个月采样1 次,连续采集6个月,即每年的10月至第2年的5月之间不 进行取样,在处理后的每年5—1O月进行取样。 收稿日期:2016一i1—23 基金项目:国家重点研发计划(编号:2016YFD0300204);哈尔滨市科 1.2.1不同氮肥施用量下水稻秸秆腐解质量的动态变化 技创新人才项目(编号:2015RQQYJ075);黑龙江省农业科技创新 秸秆取出后用水冲洗干净,去除秸秆以外的杂物,在80℃下 工程(编号:2014ZD004)。 烘干至恒质量,计算腐解率: 作者简介:王麒(198O一),男,黑龙江鸡西人,博士,助理研究员,从 秸秆腐解率=(秸秆原始干质量一取样时秸秆烘干质 事水稻栽培研究。Email:neauwq@163.corn。 量)/秸秆原始质量×100%。 通信作者:来永才,博士,研究员,主要从事耕作栽培研究。E—mail: 1.2.2不同氮肥施用量下水稻秸秆腐解过程中的养分释 yame0451@163.com。 放每次取样后测定水稻秸秆烘干质量,将秸秆粉碎后,测定 江苏农业科学2017年第45卷第11期 解率为9.35%;之后随着温度的升高、降水量的增加,腐解速 率加快,至还田后l2个月,水稻还田后的第1个生长季结束, 秸秆碳、氮、磷、钾含量。碳含量采用重铬酸钾容量法一外加 热法测定;使用H s0 和H 0 联合消煮,采用凯氏定氮仪测 定植株氮素含量;使用H:SO 和H:O 联合消煮,采用钼锑抗 比色法测定植株磷素含量 。 秸秆氮(磷)素质量=秸秆质量X秸秆氮(磷)素含量; 此时期不施氮处理的腐解率最高,施氮量103 ks/hm (m)处 理的腐解率最低,6个处理平均腐解率达49.95%;之后进入 冬季,秸秆腐解基本停滞,至还田后20个月6个不同氮肥施 用量处理的平均腐解率为51.t6%,整个冬季仅腐解了 1.21%,不同氮肥处理比较可知,施氮量133 ks/hm (Ⅳ)处 理的腐解率最高,施氮量103 ks/hm (Ⅲ)处理的腐解率最 低。还田20个月后,水稻开始了第2个生长季,秸秆腐解速 度加快,但明显低于第1年腐解速度,至取样结束6个处理秸 秆平均腐解率为78.77%;不同氮肥处理比较可知,施氮量 碳氮比(C/N)=碳素质量/氮素质量; 氮磷比(N/P):氮素质量/磷素质量。 2结果与分析 2.1 不同氮肥施用量下秸秆腐解的质量动态变化特征 由表1可知,水稻秸秆腐解率呈现逐渐增加的过程,各施 氮处理变化规律基本一致,均呈现出慢一快一慢一快的过程。 103 ks/hm (m)处理的腐解率最高,施氮量133 ks/hm (1V) 处理的腐解率最低。综上可知,不同取样时期秸秆腐解率表 现出明显的时间变化规律,施氮量在103—133 ks/hm 秸秆 腐解率较高。 秸秆还人农田9个月内腐解缓慢,秸秆残余量较大,不同氮肥 施用量处理在腐解9个月时的腐解率分别为8.50%、 9.33%、10.17%、9.17%、9.67%、9.25%,施氮量103 kg/hm: (m)处理的腐解率最高,不施氮处理的腐解率最低,平均腐 表1还田水稻秸秆的腐解率 注:同行数据后不同小写字母表示LSD检验在P<0.05水平上差异显著。表2、表3、表5同。 2.2不同氮肥施用量下水稻秸秆腐解过程中的养分释放 2.2.1 总碳含量变化由表2可知,还田水稻秸秆碳素含量 年5月,秸秆腐解7个月后各处理氮素含量较原始氮素含量 分别降低1.47%、10.29%、2.94%、一1.47%、1.47%、 一的动态变化呈现波动性下降,秸秆腐解7个月后各处理碳素 含量相对原始样品分别降低了3.69%、1.46%、2.57%、 1.47%,平均下降1.47%,氮素含量降低较小,不同氮肥处 理问波动较大,处理Ⅱ(73 kg/hm )降低最多,处理Ⅳ (133 ks/hm )和Ⅵ(193 ks/hm )的秸秆氮含量甚至有所升 高,出现了富集。至2013年10月,秸秆腐解1年后各处理氮 素含量较原始氮素含量分别降低23.53%、一11.76%、 13.24%、17.65%、一19.12%、一1.47%,平均下降2.94%,此 时处理Ⅱ、处理V和处理Ⅵ均出现不同程度的富集。到取样 3.12%、2.85%、8.27%,平均下降3.66%,处理Ⅵ (193 ks/hm )下降最快,处理Ⅱ(73 ks/hm )降低最少。至 2013年10月,秸秆腐解1年后各处理碳素含量相对原始样 品分别降低了6.91%、2.20%、6.78%、9.06%、3.44%、 4.06%,平均下降5.40%,此时处理Ⅳ下降最快,处理Ⅱ碳含 量仍然降低最少。到取样结束(腐解2年后)各处理碳素含 量相对原始样品分别降低了12.21%、13.72%、12.95%、 12.58%、12.78%、12.21%,处理Ⅱ(73 ks/hm )碳含量降低 速度加快,其秸秆最终碳素含量低于其他处理,不同氮肥处理 碳含量平均下降12.73%。可以看出,水稻秸秆碳含量降低 主要出现在水稻生长季,此阶段温度较高、降水充沛,有利于 秸秆腐解,而在秋冬季节水稻秸秆的碳含量降低很少,甚至出 现碳含量升高的情况。 2.2.2氮素含量及碳氮比变化由表3可知,还田水稻秸秆 结束(腐解2年后)各氮肥处理氮含量较原始氮素含量分别 降低了10.29%、一5.88%、16.18%、13.24%、14.7i%、 10.29%,处理m(103 ks/hm )氮含量降低最多,处理Ⅱ (73 ks/hm )出现了氮富集现象,各处理氮含量平均下降 10.29%,此时水稻秸秆平均氮含量为0.61%。可见,水稻秸 秆在腐解过程中氮含量整体下降,但在不同阶段又出现氮含 量的升高,可能是水稻秸秆从环境中吸收了氮素。 由表4可知,水稻秸秆腐解前C/N为59.40,经过1年的 腐解后,各氮肥处理C/N发生了明显变化,各施氮处理的 C/N大小依次为I>IV>m>VI>Ⅱ>V,不施氮处理(I) 腐解过程中氮素含量的动态变化亦呈现波动性下降,至2013 江苏农业科学2017年第45卷第11期 ~199一 的C/N最高,为71.86,明显高于其他处理,而高施氮肥处理 V(163 kg/hm )的C/N最低。秸秆腐解2年后,各处理C/N 有了不同程度的变化,低施氮量处理(I、Ⅱ)的C/N均出现 了不同程度的下降,而施氮量在103~163 kg/hm 的各氮肥 处理C/N均出现了不同程度的升高。可见,水稻秸秆C?N受 氮肥施用影响明显。 表4不同氮肥施用量下还田水稻秸秆的碳氮比变化 2.2.3磷素含量变化由表5可知,水稻秸秆磷素含量整体 呈现下降的过程,秸秆腐解前期磷素含量下降较快,至秸秆腐 解9个月后,磷素含量平均下降56.25%,之后磷素含量一直 没有明显变化,保持在0.07%左右的水平。不同氮肥处理间 比较,秸秆腐解2年后,施氮处理Ⅶ(193 kg/hm。)磷素含量最 高,显著高于其他处理。 一200一 江苏农业科学2017年第45卷第l1期 由表6可知,水稻秸秆腐解前N/P为4.25,经过1年的 腐解后,各氮肥处理N/P明显提高,不同氮肥处理N/P大小 依次为1I>V>HI>VI>IV>I,施氮量73 kg/hm 时N/P 最大,而不施氮肥处理N/P最小,各氮肥处理平均N/P为 降低,施氮量103 ke ̄hm 时N/P最大,而施氮量达到 193 kg/hm 时N/P最小,各氮肥处理平均N/P为9.38。综 上所述,不同施氮处理N/P受氮肥影响较大,但在不同腐解时 期其规律并不一致,整体表现为不施氮处理和过量施氮处理的 1O.93。秸秆腐解2年后,部分处理的N/P较还田1年时有所 N/P较低,可见,适当施用氮肥,能够提高水稻秸秆的N/P。 表6不同氮肥施用量下还田水稻秸秆氮磷比变化 3讨论与结论 而不同氮肥处理间比较可知,施氮量在103—133 kg/hm 秸秆腐解速率较高,与张姗等的研究结果 不尽相同,他们 在小麦田中的试验表明水稻秸秆腐解率随施氮量的增加而显 著增加,造成差异的原因主要是由于水旱环境不同,水田中氮 秸秆直接还田能培肥地力,增加土壤有机碳含量,可使养 分得到循环利用 。土壤微生物对进入农田的秸秆进行分 解,使作物能够利用秸秆中释放出的氮、磷、钾等养分。水稻 秸秆还田腐解总体上表现为生长季腐解速度快而非生长季缓 慢的特点。本研究中秸秆腐解随时间的变化表现为“慢一 快一慢一快”,即在水稻还田初期腐解缓慢,进入水稻生长季 后腐解加速,还田1年后累积腐解率为49.95%,秸秆约腐解 肥对秸秆的作用时间短造成的。而不同氮肥处理下水稻秸秆 中的碳、氮、磷含量并未因氮肥的施入而发生规律性的变化; 而含量随时间发生了明显变化,磷含量降低最为明显,秸秆还 田1年后磷、碳、氮含量分别降低62.50%、5.40%、2.94%, 腐解2年后磷含量降低56.25%,而碳、氮含量降低趋势较为 接近,分别降低了12.73%、10.29%。土壤C/N是衡量水稻 生长发育的一项关键指标,一般研究认为土壤C/N过高会影 响水稻生长发育 ,而土壤C/N变化是受还田秸秆养分含 了一半,还田第2年腐解率为28.82%,2年累积腐解率为 78.77%。而闫超对哈尔滨市的研究表明,第1个水稻生育季 结束后还田秸秆腐解率达50%以上,在试验进行的第2年秸 秆腐解速率明显降低,2年累积腐解率为67.13%[7_,与本研 究中结果较为接近,第1年腐解速率快,而第2年腐解速率明 量变化影响的。本研究发现,在水稻还田1年后,不施氮肥处 理的C/N比最高,明显高于施氮肥的5个处理;而还田2年 后,氮肥的施用对不同氮肥处理的秸秆C/N影响并不一致, 可见氮肥对水稻秸秆C/N的影响主要表现在第1年。水稻 显降低,其2年累积腐解率较本研究低10%左右,可能是秸 秆埋入农田时间及水稻晒田期间土壤水分条件不同所致。 江苏农业科学2017年第45卷第11期 王藏姣,牟守国,赵华.干旱风沙区采煤扰动耕地土壤改良方法研究[J].江苏农业科学,2017,45(11):201—206 一20l一 doi:10.15889/j.issn.1002—1302:2017.1 1.054 干旱风沙区采煤扰动耕地土壤改良方法研究 王藏姣,牟守国,赵华 [中国矿业大学(徐州)环境与测绘学院/江苏省资源环境信息工程重点试验室,江苏徐州221116] 摘要:采煤扰动致使矿区耕地受损,土壤改良措施缺乏使耕地进一步退化。为揭示有机肥、保水剂、绿肥及间作等 土壤改良措施对采煤扰动区耕地土壤理化性质及土壤综合肥力的改良效果,以大柳塔煤矿区内受损耕地为研究对象, 设计有机肥梯度试验、保水剂改良试验、种植豆科绿肥试验及间作试验对土壤改良效果进行分析。结果表明,有机肥 处理中,133.33 kg/hm 有机肥处理能显著改善NH 一N、碱解氮和速效磷(P<0.05);保水剂试验中,保水剂+有机 肥可显著改善速效钾(P<0.05);豆科绿肥试验中,紫花苜蓿可显著提高碱解氮含量(P<0.05);间作处理中,玉米+ 大豆间作可显著提高物理性黏粒含量(P<0.05);施用有机肥及有机肥+保水剂对土壤综合肥力有所改良。研究结 果可为干旱风沙区采煤扰动耕地土壤改良提供依据。 关键词:土壤培肥;土壤理化性质;土壤综合肥力;采煤塌陷地;耕地 中图分类号:X752;S156 文献标志码:A 文章编号:1002—1302(2017)11~0201—06 煤炭是我国最主要~次性能源,消耗量大,约占一次性能 法的缺乏使耕地土壤理化性质进一步恶化 。 国内外有关土壤改良方法的研究较多,大量研究表明,施 用有机肥可有效改善土壤理化性质,实现作物增产 ’ 。针 对干旱半干旱地区土壤水分短缺问题,保水剂成为干旱半=}: 旱地区耕地改良的重要手段之一。保水剂吸水能力可达自身 质量的数百倍之多,作为土壤改良剂具有改善土壤结构、提高 土壤持水性能、保持土壤氮磷钾元素、增进作物抗旱能力、强 化土壤酶活性等作用 。豆科绿肥作物作为土壤改良中低 成本的生物工程,其突出的固氮能力,发达的根系生长对土壤 结构及土壤有机质含量均具有改良作用,因此成为土壤改良 中的重要手段之一 9 。土壤改良是人与自然综合作用的 源总量的74%,而其中96%为井工开采…。井工开采造成采 空区上部顶板垮落,上覆岩层移动与变形,进而导致矿区范围 内耕地耕层受损,土壤有机质及土壤氮磷钾含量降低 、土 壤黏粒减少,耕地逐渐沙化” ,最终导致耕地减产甚至绝产。 我国西部煤矿区内受采煤扰动影响的耕地面积大、恢复能力 弱且所需时间长 。 。矿区范围内耕地因开采扰动影响及不 合理耕种使具备耕种条件的土地被抛荒,而有效土壤培肥方 收稿日期:2016—05—13 基金项目:国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(编号: 2013CB227904)。 结果,而间作模式为农户实际种植过程及研究者所热衷,作为 人类对耕地集约利用的典范,对土壤肥力具有一定调节作用。 研究表明,不同的耕地管理模式不但能改良土壤物理、化学及 生物等性质,而且能提高土地利用率和作物产量 。 。然 而,当前对适合干旱半干旱风沙脆弱区采煤扰动耕地的土壤 对水稻生长发育和产量的调控效应[J].植物营养与肥料学报, 2010,16(3):528—535. 作者简介:王藏姣(1992一),女,湖南安化人,硕士研究生,研究方向 为土地复垦与生态重建。E—mail:wangcangjiao@126.com。 通信作者:牟守国,硕士,副教授,主要从事矿区生态修复等方面的研 究。E—mail:mushouguo@163.tom。 秸秆N/P随着还田时间的增加呈现波动性上升的趋势,这与 秸秆中磷素含量下降快,而氮素变化平缓有关;N/P受氮肥的 影响也较大,适当施用氮肥(73~163 ks/hm ),能够提高水稻 [6]马宗国,卢绪奎,万丽,等.小麦秸秆还田对水稻生长及土壤肥 秸秆的N/P,而不施氮处理和过量施氮处理的N/P较低。 参考文献: [1]杨滨娟,钱海燕,黄国勤,等.秸秆还田及其研究进展[J].农学 学报,2012,2(5):1—4. 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