作者简介:刘晓霞(1986—),女,山东胶州人,农艺师,博士,从事土肥技术推广工作,E-mail: 10914048@zju.edu.cn。
以水稻为试验材料,连续4 a年开展秸秆还田试验,研究前茬小麦秸秆还田对后茬水稻产量和土壤肥力的影响。结果表明,秸秆还田可增加后茬水稻产量,且水稻增产率随秸秆还田年限的增加而提高。连续实施秸秆还田3~4 a,土壤有机质水平显著高于对照,但秸秆还田对土壤全氮含量的短期效应尚未显现。与对照相比,秸秆还田提高了土壤有效磷和速效钾含量,且土壤有效磷和速效钾含量随着秸秆还田开展年限的增加而提高。秸秆还田降低了土壤容重、提高了土壤阳离子交换量,且秸秆还田年限越长,效果越明显。由此可见,秸秆还田是增加作物产量、提高土壤肥力的有效途径,秸秆还田对作物增产和耕地质量的提升效应随着实施年限的增加而越发突出。
我国秸秆资源丰富, 统计数据显示, 当前我国秸秆年产量约8亿t[1]。虽然我国作物秸秆总量居世界之首, 但利用率较低。目前秸秆的处理方式主要是随意丢弃或就地焚烧, 不仅浪费资源, 而且污染环境[2, 3]; 因此, 合理开发利用秸秆资源是亟待解决的农业问题。秸秆还田可增加土壤有机质含量, 改善土壤理化性质, 增强土壤微生物活性, 提高土壤肥力, 是当今秸秆资源利用的主要渠道之一[4, 5, 6, 7]。张雅洁等[8]的研究表明, 秸秆还田或秸秆还田配施化肥可提高土壤有机质含量。有研究表明, 长期秸秆还田, 可促进土壤有机质积累, 提高速效氮磷钾的生物有效性[9, 10, 11]。另有研究显示, 玉米秸秆还田量9 000 kg· hm-2, 能有效提高土壤肥力, 可使接茬冬小麦显著增产7.47%[12]。已有的研究多关注秸秆还田对土壤物理性状、土壤肥力和作物产量、土壤微生物和酶活性等方面的影响, 但对小麦-水稻轮作制度下, 秸秆连续还田对土壤肥力和作物产量的影响尚缺乏研究。为此, 特开展田间试验, 研究小麦-水稻轮作制度下, 连续4 a开展秸秆还田对水稻产量、土壤性质和养分含量的影响。现将结果报道如下。
供试物料为小麦秸秆(苏麦188), 供试作物为晚稻(嘉58), 土壤类型为潮土。土壤基本理化性状:有机质15.70 g· kg-1, 全氮0.91 g· kg-1, 有效磷21.20 mg· kg-1, 速效钾56.70 mg· kg-1, 阳离子交换量(CEC)9.20 cmol· kg-1, 土壤容重1.23 g· cm-3。
试验设2个处理:处理1, 对照(无秸秆还田); 处理2, 秸秆粉碎还田(全量)。各处理随机排列, 重复3次。试验连续开展4 a。2010年秸秆鲜草产量9 186.0 kg· hm-2, 含水率34.4%, N、P2O5和K2O含量分别为2.69、0.56和11.21 g· kg-1; 2011年秸秆鲜草产量9 351.0 kg· hm-2, 含水率34.4%, N、P2O5和K2O含量分别为2.99、0.62和12.25 g· kg-1; 2012年秸秆鲜草产量9 336.0 kg· hm-2, 含水率34.9%, N、P2O5和K2O含量分别为3.09、0.66和13.21 g· kg-1; 2013年秸秆鲜草产量9 538.5 kg· hm-2, 含水率34.2%, N、P2O5和K2O含量分别为3.12、0.69和15.01 g· kg-1。各处理单灌单排, 施肥按照常规处理进行, 即667 m2施尿素43.9 kg、钙镁磷肥20 kg、氯化钾8 kg, 各处理其他田间管理措施按照常规栽培进行。
收获期测定水稻产量, 测定土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量, 土壤容重以及阳离子交换量。
数据采用DPS 2000软件进行方差分析(ANOVA), 对有显著差异的各处理采用Duncan's新复极差法进行多重比较, 利用Origin 8.0软件制图。
土壤有机质含量的高低常用于表征土壤肥力水平。如图1所示, 秸秆还田对土壤有机质含量有一定的提升作用, 实施秸秆还田前期(2010— 2011年), 土壤有机质水平变化不大, 继续实施秸秆还田多年后, 土壤有机质含量显著(P< 0.05)高于2009年的基础值。由此可见, 秸秆还田是提高土壤有机质含量的有效途径。但秸秆还田对土壤全氮含量的影响不显著(图1)。
秸秆还田显著提高了土壤有效磷和速效钾含量。由图2可见, 实施秸秆还田前期(2010— 2012年), 土壤有效磷含量变化不大, 继续实施秸秆还田, 土壤有效磷含量显著高于基础值(2009年)。与土壤有效磷含量变化趋势类似, 秸秆连续还田前期(2010— 2011年)土壤速效钾含量变化不大, 继续实施秸秆还田, 土壤速效钾含量显著提升, 与基础值(2009年)相比, 2012年和2013年土壤速效钾含量分别提高14.5%和14.8%。
容重是土壤最基本的物理性质, 容重的大小反映土壤的结构、透气性、透水性以及保水保肥能力的高低[13]。由图3可见, 连续实施秸秆还田处理显著降低了土壤容重, 且秸秆还田对土壤容重的降低作用随着秸秆还田实施年限的增加而增大, 如连续开展秸秆还田第4年(2013年), 土壤容重比基础值(2009年)下降5.7%。
土壤的阳离子交换量(CEC)是指带负电荷的土壤胶体借静电引力而吸附溶液中阳离子的数量, 以每千克干土所含全部代换性阳离子的物质的量表示, 是评价土壤保水保肥能力以及缓冲能力的重要指标。图3显示, 连续实施秸秆还田对土壤阳离子交换量有显著的提升作用, 且秸秆还田实施年限越长, 阳离子交换量越高, 如秸秆还田第4年(2013年)的土壤阳离子交换量较基础值(2009年)提高了9.8%。
秸秆还田对后茬作物产量有一定的影响。研究表明, 连续两季25%和50%秸秆还田量表现出显著的作物增产效果[14], 且秸秆还田有利于下一季大豆产量的提高[15]。季陆鹰等[16]的研究发现, 水稻每穗粒数、千粒重、结实率以及产量随秸秆还田量的增加呈上升趋势。本研究发现, 小麦秸秆还田显著提高了后茬作物水稻的产量, 且随着秸秆还田年限的增加, 秸秆还田对后茬作物的增产效果越发明显, 秸秆还田连续实施4 a中, 水稻的增产率由0.6%提高到3.2%。
秸秆含有作物生长发育所必需的氮、磷、钾等营养元素, 能有效增加土壤中有机质含量, 改善土壤肥力状况。秸秆还田后土壤中有机质、碱解氮和全氮含量均高于对照以及试验前的土壤养分水平[16]。连续14 a的缸栽定位试验结果表明, 长期秸秆还田改善了土壤的理化性状, 土壤有机质、孔隙度、速效氮、锌、铁、锰、酶活性等理化指标与秸秆还田量呈显著正相关[9]。本试验结果显示, 秸秆还田显著提高了土壤有机质、有效磷和速效钾含量, 但是对土壤全氮含量的影响并不显著, 这可能是由于试验开展年限较短, 秸秆还田对全氮含量的影响尚未显现。
秸秆还田不仅影响土壤肥力, 对土壤物理结构也有一定的影响。劳秀荣等[9]的研究结果证实, 土壤容重随着秸秆用量的增加而降低。本研究结果与上述研究一致, 土壤容重随着秸秆还田实施年限的增加显著降低。此外, 本研究还发现, 秸秆还田显著提高了土壤阳离子交换量。
综上, 秸秆还田是提高作物产量、提升土壤肥力、改善土壤理化性状的有效措施, 且秸秆还田实施年限越久, 对作物的增产效果以及土壤肥力的提升效果越明显。
The authors have declared that no competing interests exist.
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