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秸秆类有机物料还田对稻田土壤理化性状和产量的影响

来源:个人技术集锦
上海农业学报2013,29(5):84—88 Acta Agriculturae Shanghai 文章编号:1000.3924(2013)05—084—05 秸秆类有机物料还田对稻田土壤理化性状和产量的影响 袁大伟,郑宪清,李双喜,张翰林,吕卫光 ,何七勇,张娟琴 (上海市农业科学院生态环境保护研究所,农业部上海农业环境与耕地保育科学观测实验站, 上海市农业环境保护监测站,上海东保农业科技有限公司,上海市设施园艺技术重点实验室,上海201403) 摘要:通过两年的定位试验,对崇明岛地区稻田秸秆类有机物料添加,结合化肥配施对稻田土壤理化性 状和稻谷产量的影响进行了研究。结果表明:相对于常规的化肥施用,几种秸秆类有机物料添加配施化肥处 理均有利于土壤有机质、全量氮磷钾、速效氮、有效磷等养分的提高;增加了土壤团聚体R--zs、平均重量直径 及几何平均直径;在产量方面,虽较常规施肥有所下降,但综合经济效益却有所增加,较常规施肥增收276.61~ 1 457.22元(人民币,下同)/hm ,其中沼渣还田的增益率最高达11.83%。 关键词:秸秆还田;农业废物;土壤理化性状;土壤养分;水稻产量;经济效益 中图分类号:S511;¥506 文献标识码:A Effects ofstraw organic materials manuring on soil physical and chemical properties and rice yield of paddy field YUAN Da.wei,ZHENG Xian.qing,LI Shuang.xi,ZHANG Han.1in, LU Wei.guang ,HE Qi.yong,ZHANG Juan-qin (Institute 0 f ECO—Environment and Plant Protection,Shanghai AcademY 0 f Agricultura Z Sciences; Shanghai Scienti fic Observation and Experimental Station for Agricultura Z Environment and Land Conservation,Ministry of Agriculture;Shanghai Monitoring Station of Agricultural Environment Protection:Shanghai Dongbao Agro—Technology Company Limited:Shanghai Key Laboratory of Protected Horticultural TechnologY,Shanghai 201403,China) Abstract:The 2-year location tests for straw orgamc materials to be added to paddy fields were carried out on the Chongming Island to study the effects on the soil physical and chemical properties and rice yield.The results showed that manuring of several straw organic materials and combined ap— plication of chemical fertilizers was conducive to improvement of soil nutrients such as organic mat- ter,N,P,K,readily available N and available P as well as increasing of the R 025,mean weight diame- ter and geometric mean diameter of soil aggregates;It somewhat decreased the rice yield but improved the comprehensive economic benefit,being 276.61—1 457.22 yuan/hm higher than the conventional fertilization and the gain rate of biogas residue manuring was up to 1 1.83%. Key words:Straw manuring;Agricultural waste;Soil physical and chemical properties;Soil nutri- ent;Rice yield;Economic benefit 我国秸秆资源丰富(约6亿t/年),其中稻麦秸秆约占秸秆总量的1/4E ,而利用率严重不足,约97% 的秸秆被焚烧,一方面严重污染了环境,另一方面浪费了宝贵的生物资源,导致土壤有机质大量损失 。 20世纪9O年代以来,我国粮食主产区的秸秆还田成为了秸秆利用的主要方式之一。关于秸秆还田技 术 、秸秆还田与化肥配施的增产效应 -6_、秸秆还田及对后熟作物产量、土壤肥力和环境的影响等 s] 收稿日期:2013—03—18 基金项目:上海市科技兴农重点攻关项目[沪农科攻字(2011)第6-2号];上海市农业科技成果转化项目(133919N1400);上海市国际科 技合作基金项目(12230707,rIO);上海市科技兴农推广项目[沪农科推字(2012)第1-3号];上海市农委攻关项目沪农科推字(2010第5-2)号 资助 作者简介:袁大伟(1955一),男,大专,助理研究员,主要从事环境监测与植物营养研究。E mail:ydw70749@163.cm *通讯作者,E-mail:1weil217@sina.com.ca 上 海 农 业 学 报 85 报道较多。这些均是基于秸秆直接还田的研究,且水沤法、堆沤法、石灰法等秸秆还田方法较费时费 力_9]。当前,各国已将农作物秸秆处理列为发展生态农业和农村可再生资源利用的重要战略之一,采用 适宜的技术有效开发利用农作物秸秆资源对可持续农业及农村经济的发展必将产生深远意义 ]。上海 市崇明岛作为上海主要的粮食生产基地、国家级生态岛,目前秸秆还田利用的方式、生产模式、经济效益 和环境效益均值得关注。因此本研究基于此提出秸秆及秸秆衍生有机物料还田,配以化肥施用,探讨稻 季生产过程中土壤理化性状、水稻产量和综合经济效益,旨在开发适宜崇明岛农业秸秆废弃物资源化利 用的丰产技术,建立生态农业可持续发展的参考模式。 1材料与方法 1.1 材料 试验于2009年6月初至2011年6月初在崇明岛长江农场水稻试验田进行。供试土壤含有机质 1.95 g/kg,全氮0.11 g/kg,全磷0.19 g/kg,全钾0.29 g/kg,速效氮16.21 m g/kg,有效磷22.16 mg/kg, 速效钾125.60 mg/kg,pH 8.6。供试水稻品种为‘花优14’。种植制度为稻麦轮作。试验设6个处理: cK:常规施肥(纯施化BB);SR:全量稻秸秆(秸秆37 kg/hm ,N:0.773%,P:0.13%,K:1.84%)+NPK; SCSS:含秸秆的腐熟牛粪+羊粪(53 kg/hm2,1:1配比)+NPK;SE:秸秆食用菌渣(风干菌渣23 kg/hm )+ NPK;SB:含秸秆沼渣(新鲜沼渣20 kg/hm )+NPK;SW:全量麦秸秆(秸秆33 kg/hm ,N:0.565%, P:0.067%,K:1.28%)+NPK。各处理所施N(纯N:300 kg/hm )、P、K量基本相同,氮磷钾的施用量: N・P o -K:o为1.0:0.45:0.57。试验前须取样分析各有机物料中的N、P、K含量(表1)。 表1试验用有机物料养分含量f于基) Table 1 Nutrient contents of organic materials tested(Dry basis) % 各类有机物料和磷肥作基肥一次施用;氮肥:60%作基肥,10%作分蘖肥,3O%作穗肥;钾肥:40%作 基肥,60%作分蘖肥。各类有机物料均采用翻埋还田;秸秆翻埋还田时,秸秆应切成10 cn'l左右长度;试 验小区采用移栽苗。试验采用随机区组排列,3次重复,小区面积50 m 。 1.2土壤样品和植株样品的采集 2009年试验前取基础土样;在201 1年水稻收获后采集土壤样品。水稻每季收获时各小区取样考种, 调查其株高、有效穗数、实粒数、结实率和千粒重;要求每个小区单打、单收、单计产,测定每个小区水稻的 实际产量。 1.3测定项目及测定方法 土壤有机质:采用重铬酸钾容量法;全氮:凯氏定氮法.自动定氮仪测定;全磷:酸溶-钼锑抗比色法;全 钾:氢氧化钠熔融法.火焰光度计测定;速效氮:采用碱解扩散法;有效磷:盐酸.氟化胺提取.钼锑抗比色 法;速效钾:采用乙酸铵浸提.火焰光度法;土壤pH:采用电位法(水:土=2.5:1);土壤容重:采用环刀 法 叩;水稳性团粒结构测定及计算:采用人工筛分法_1 。 2结果与分析 2.1不同秸秆类有机物料还田对土壤养分含量的影响 结果表明(表2),相对于常规施肥处理,稻秸秆、牛粪+羊粪、菌渣、沼渣和麦秸秆等处理的土壤中有 机质、全氮、全磷和全钾含量均有所增加,其中秸秆直接还田处理对土壤中有机质含量提升影响最大,全 氮含量秸秆新鲜沼渣含量最高,全磷含量新鲜菌渣和沼渣增加量最高,.全钾含量秸秆增加量最高。有效 氮含量的多少直接影响作物对氮素的吸收利用,进而影响作物的品质。各处理对土壤速效氮的含量影响 不同,稻秸秆>牛粪+羊粪>菌渣>沼渣>麦秸秆>常规施肥,同样是鲜秸秆的处理含量最高。磷元素 在土壤中的固定性较强,不易被植物吸收。本试验结果显示,土壤中有效磷的含量为常规施肥>沼渣> 稻秸秆>牛粪+羊粪>菌渣>麦秸秆,即菌渣处理的土壤中有效磷出现了下降的趋势。速效钾菌渣处理 高于常规施肥、沼渣、稻秸秆、牛粪十羊粪低于常规施肥,综合以上结果说明不同秸秆类有机物料添加相 86 袁大伟,等:秸秆类有机物料还田对稻田土壤理化性状和产量的影响 对于常规施肥,有助于土壤有机质和全量养分的增加,各元素比例更趋于合理,这对于提高水稻产量和品 质有潜在的效应。相对于种植前基础土样速效养分含量有下降趋势,或许是由于植物吸收及地表径流和 土壤养分下渗的流失等原因造成的。 表2不同处理表层土壤(0~20 em)养分含量的比较 Table 2 Comparison of 0--20 cm topsoil nutrients among different treatments mg。kg一 试验处理 有机质 全氮 全磷 全钾 速效氮 速效磷 速效钾 NPK(CK) 1.92 C 0.15 C 0.22 C 0.35 b 15.6 a 24.6 a 139.2 ab SR+NPK 2.04 a 0.19 a 0.23 b 0.39 a 16.1 a 22.2 a 140.4 ab SCSS+NPK 1.98 b 0.18 ab 0.23 b 0.37 ab 14.6 b 21.8 b 132.3 b SE+NPK 1.97 b 0.17 b 0.25 a 0.37 ab 13.5 bc 17.2 C 143.0 a SB+NPK 1.95 b 0.19 a 0.25 a 0.36 ab 13.4 bc 23.8 a 134.1 b SW+NPK 1.94 b 0.18 ab 0.23 b 0.35 b 13.2 bc 22.7 a 129.0 b 注:同列不同小写字母表示处理间差异显著。 2.2不同秸秆类有机物料还田对土壤容重和团聚体的影响 2.2.1 不同秸秆类有机物料还田对土壤容重的影响 土壤容重(土壤密度)反映了土壤颗粒和土壤孔隙的状况,与土壤质地、土壤结构、腐殖质含量及土壤 松紧状况有关,同时也影响着土壤中水、肥、气、热等肥力因素的变化与稳定性。试验表明(表3),各处理 问土壤容重差异不显著,或与定位试验还田时间长短有关:稻秸秆、牛粪+羊粪、沼渣、菌渣和麦秸秆处理 土壤容重有变小的趋势,土壤含水量则呈增加的趋势。土壤酸碱度常规施肥、菌渣和沼渣有降低趋势,而 其余处理则较高,其中常规施肥降低迅速,可能是纯化学肥料的施用使土壤酸化。 表3水稻收获后不同处理表层土壤容重和含水量的比较 Table 3 Comparison of 0--20 cm topsoil volume weight and water content among different treatments after harvesting rice 注:l司列不l司小写字母表不处理l司差异显著。 2.2.2 不同秸秆类有机物料还田对土壤团聚体的影响 土壤团聚体是土壤结构的基本单元,控制水分、气体通量和养分运移而影响土壤和生态系统功能 , 具有环境和肥力双重功能。维持和提高团聚体的稳定性可提高土壤碳汇功能,减少温室气体排放l1 。其 形成受物理、化学和生物因素的驱动 。 通常把>0.25 ITlm的团聚体称为土壤团粒结构体,团粒结构是土壤中最好的结构体,其数量与土壤 的肥力状况呈正相关_】 。因此本研究采用>0.25 Flim团聚体的比例来说明土壤团聚体的数量变化,试 图反映不同秸秆循环后的产物还田后土壤的肥力和稳定性状况。不同粒级团聚体对土壤养分的保持和 供应、孔隙组成、水力性质和生物运动具有不同的作用_1 ,因此在团聚体总量的基础上,团聚体大小分 布状况与土壤的质量关系更加密切。MwD和GMD是反映土壤团聚体大小分布状况的常用指标。 MwD和GMD值越大表示团聚体的平均粒径团聚度越高,稳定性越强l1 。如表4所示,无论在干筛法 还是湿筛法中,秸秆、牛粪、菌渣、沼渣和麦秸秆等处理的MWD和GMD值都高于常规施肥处理。 表4各处理干湿筛的>0.25 mm团聚体含量、平均重量直径及几何平均直径 Table 4 Percentage.MWD and GMD of soil aggregates(>0.25 mm)measured by dry/wet sieving among different treatments 注:同列不同小写字母表示处理间差异显著;*R o zs指土壤中>0.25 mm的团聚体数量。 上 海 农 业 学 报 87 2.3不同秸秆类有机物料还田对水稻产量及经济效益的影响 2.3.1 不同秸秆类有机物料还田对水稻产量的影响 构成作物品质的各种因素中(表5),株高和有效穗数为稻秸秆>常规施肥>沼渣、菌渣、牛粪+羊粪 和麦秸秆;实粒数常规施肥高于稻秸秆、牛粪+羊粪、菌渣、沼渣和麦秸秆;结实率稻秸秆和麦秸秆低于常 规施肥,而牛粪+羊粪、菌渣、沼渣等处理高于常规施肥,千粒重常规施肥低于其他处理。实际产量常规 施肥高于其他处理。 表5不同处理水稻产量 Table 5 Rice yields among different treatments 注:l司列不l司小写字母表不处理I司差异显著。 。 2.3.2 不同秸秆类有机物料还田的经济效益分析 由表6可知,相对于常规施肥,其他几种处理的单位面积产量均有所下降,牛粪+羊粪的产量显著降 低。而对于各处理中化肥的配施投入成本常规施肥远远高于其他处理,从而明显看出常规施肥的实际收 入也相应的低于其他几种处理。因此,与其他处理的产出和投入相比常规施肥最小,相对增益率(其他处 理相对于常规施HE)均大于零,水稻的平均收入较常规施肥增收276.61~1457.22元(人民币,下同)/hm 。 相对增益率为沼渣>牛粪+羊粪>麦秸秆>稻秸秆>菌渣,说明沼渣产生了最好的增益效果。 表6产量经济效益分析 ! :!竺竺 !:!竺! ! ! ! : !!竺竺! :! : 试验处理 /k实际f=it 成本收人产投比 :相对 g.hm/ hm-: / hm-。 NPK(CK) 7 746.67 a 14 873.6 2 767 i2 306.6 5.79 一 一 SR+NPK 7 296.67 ab 14 009.6 1 107 12 902.6 13.66 596.01 4.84 SCSS+NPK 6 938.33 b 13 321.6 0 13 321.6 — 1 115.04 8.O2 SE+NPK 7 385.OO ab 14 379.2 1 797 12 582.2 8.89 276.61 2.24 SB+NPK 7 421.67 a 14 249.6 286 13 763.6 18.08 1 457.22 11.83 SW+NPK 7 015.67 ab 14 324.5 1 011 13 313.5 13.17 1 006.90 8.17 注:稻谷价格两年平均2墙O元/kg计;投入成本是指化肥费用的投入;因是小区实验,未计人人工成本;有机物料为废物利用,不计成 本;实际收入=总收入一投入成本。*相对增益率:秸秆、牛粪、羊粪、菌渣、沼渣相对于常规施肥的实际收入增加量百分比,即:(Mi— Mo)×IO0/Mo,Mi为第i个处理的实际收入(i:秸秆、牛粪、羊粪、菌渣、沼渣),Mo为常规施肥的实际收入。 3讨论与结论 稻麦秸秆以及由稻麦秸秆形成的羊粪、牛粪、沼渣和菌渣等有机物料中不仅含有作物生长所需的N、 P、K、ca、Mg、S等多种营养元素,还含有纤维素、脂肪、蛋白质、氨基酸、胡敏酸类物质等有机物质及植物 生长调节物质等,是较好的营养物质。研究表明:菜田中施用有机物料能增加土壤养分含量,提高作物产 量,改善果实品质口 。本研究显示:在稻田中施用秸秆类有机物料处理较常规化肥施用,在保持土壤肥 力上具有持久性,可提高土壤中养分库的积累量;而配施部分化学肥料后,其养分的有效供给率未出现明 显下降趋势。 有机物料作为土壤腐殖质的物质来源,不仅提高了植物营养条件,在改善土壤结构和提高粮食产品 质量等方面的作用更加重要 。经两年的秸秆类有机物料还田试验表明,施用秸秆类有机物料有助于降 低稻田土壤容重,防止土壤过快板结,提高了MWD和GMD值,有利于土壤保水保肥,而且有助于平衡 土壤酸碱度。两年秸秆类有机物料添加试验虽然没有提高水稻产量,但是降低了投入成本,提高了综合 经济效益,并且使秸秆以及秸秆衍生的有机废弃物得到较好的利用,带来了较好的生态效益。 在改善土壤养分方面,秸秆类有机物料添加配施化肥的处理对土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、速效 氮、有效磷等养分含量较常规施肥有所提高。在改善土壤物理性状方面,秸秆类有机物料添加配施化肥 处理的土壤中团聚体的>0.25 mm团聚体含量、平均重量直径及几何平均直径均较常规施肥提高,团聚 88 袁大伟,等:秸秆类有机物料还田对稻田土壤理化性状和产量的影响 体稳定性增强。在增产丰收方面,虽然秸秆类有机物料添加配施化肥处理的水稻单位面积产量较常规施 肥的有所下降,但是在净利润上均较常规施肥增加,达到276.61~1 457.22元/hm。的增收效果,其中沼 渣还田的增益率最高达11.83%。 参 考 文 献 [1]李国学,张福锁.固体废弃物堆肥化和有机复混肥的生产[M].北京:化学工业出版社,2000. 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