王子陽，陳婉華，袁 偉，馬賢超，周正萍，劉世平

（江蘇省作物遺傳生理重點實驗室，江蘇省作物栽培生理重點實驗室，江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，揚州大學，江蘇 揚州 225009）

我國是糧食生產(chǎn)大國，生產(chǎn)糧食的同時，大量農(nóng)作物秸稈也隨之產(chǎn)生。2017 年底，我國作物可收集資源量已達8 億～9 億t，水稻、小麥、玉米三大作物的秸稈總量占全國秸稈資源總量的84.8%［1-3］。秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，作物收獲后的秸稈焚燒、隨意丟棄會增加環(huán)境治理壓力［4-5］。作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀等作物生長所必需的營養(yǎng)元素，秸稈還田可以減少化肥的使用量，提高作物產(chǎn)量和資源的利用效率［6-9］。秸稈還田后能否很好地分解，將影響到下季作物的生長發(fā)育，研究秸稈在土壤中的腐解規(guī)律，有助于制定合理的還田工藝。秸稈施入土壤后其腐解速度與養(yǎng)分釋放受到秸稈的化學組成、土壤性質(zhì)和分解的環(huán)境等多種因素的影響［10-11］。有關(guān)小麥-玉米、小麥（油菜）-水稻種植方式秸稈腐解的研究較多，楊志謙等［12］的研究表明，作物秸稈碳氮比在一定程度上影響作物秸稈腐解的速度。張素瑜等［13］認為，秸稈腐解速度的快慢與土壤中水分含量的多少有關(guān)，腐解速度隨著土壤水分含量的增加而增加；也有研究者認為，還田深度與秸稈腐解、養(yǎng)分釋放有所關(guān)聯(lián)，一定的還田深度更利于秸稈的腐解與養(yǎng)分釋放［14-15］。雙季稻秸稈腐解的研究相對較少，針對不同類型水稻秸稈的研究還未見報道。張洪程等［16］在江西省探索“秈改粳”的研究工作已取得較大進展，雙季晚粳稻表現(xiàn)出較大的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)潛力，雙季稻一般為早秈晚秈和早秈晚粳組合，隨著粳稻在雙季稻地區(qū)的推廣應(yīng)用，晚粳面積將不斷擴大，秸稈的類型將越來越多。秸稈還田作為一項秸稈綜合利用的有效途徑，為探討雙季稻地區(qū)不同類型水稻秸稈還田的腐解進程，進行了本試驗研究。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

研究在江西省上高縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合示范區(qū)試驗田內(nèi)進行。地理位置為東經(jīng)115°12′，北緯28°27′，年日照時長為1725 h，年平均氣溫為18.9 ℃，年降水量為1683.5 mm。

1.2 供試材料和方法

試驗于2017 年4 月至2017 年11 月進行，兩季水稻，供試土壤為紅壤土，土壤的有機質(zhì)含量為29.30 g/kg，全氮含量為1.92 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為154.0、16.3 和125.5 mg/kg，pH 為5.3。

供試早稻品種為株兩優(yōu)308，晚稻品種為甬優(yōu)538，通過根袋試驗研究雙季稻秸稈的腐解進程和碳氮變化。秸稈腐解量采用尼龍網(wǎng)袋法測定，尼龍網(wǎng)袋長×寬為15 cm×10 cm，孔徑1 mm。早稻季還田包括隆香優(yōu)130（L，雜交秈稻）和甬優(yōu)538（Y，雜交粳稻）兩種秸稈，晚稻季還田包括江早361（J，常規(guī)秈稻）和株兩優(yōu)308（Z，雜交秈稻）兩種秸稈。80 ℃烘干后，剪切成1 cm 左右放入尼龍網(wǎng)袋中，每袋裝4.0 g，每個處理3 次重復(fù)，預(yù)埋0 和10 cm 兩個深度，L0 為隆香優(yōu)130，埋深0 cm；L10 為隆香優(yōu)130，埋深10 cm；Y0 為甬優(yōu)538，埋深0 cm；Y10 為甬優(yōu)538，埋深10 cm；J0 為江早361，埋深0 cm；J10 為江早361，埋深10 cm；Z0 為株兩優(yōu)308，埋深0 cm；Z10 為株兩優(yōu)308，埋深10 cm。秸稈埋后15、30、60、90 d 定期收回根袋（晚稻增加至120 d），取樣后樣品經(jīng)洗凈，80 ℃烘干。利用失重法測定秸稈腐解速度，并測定秸稈的含氮率及有機碳率。秸稈全氮用半微量凱氏法，有機碳用重鉻酸鉀容量法測定［17］。

1.3 參數(shù)計算

秸稈腐解率（%）=（試驗前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈質(zhì)量－網(wǎng)袋內(nèi)秸稈殘留質(zhì)量）/試驗前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈質(zhì)量×100。

分別測定水稻秸稈原始樣的全碳、全氮含量。每次取樣后測定秸稈的全碳、全氮含量，計算秸稈養(yǎng)分釋放率。

秸稈氮碳釋放率（%）=（試驗前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈氮碳含量－第t 天網(wǎng)袋內(nèi)秸稈氮碳含量）/試驗前網(wǎng)袋內(nèi)秸稈氮碳含量×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 進行統(tǒng)計分析，LSD 法進行多重比較（α=0.05）；采用Excel 2007 繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙季稻不同水稻類型秸稈和埋深對秸稈腐解率的影響

雙季稻不同水稻類型秸稈和埋深對秸稈腐解率的影響如圖1 所示，早稻季秸稈還田各處理秸稈腐解均表現(xiàn)為前30 d 秸稈腐解速率最快，至秸稈還田后第30 d，L0 和L10 處理秸稈腐解率分別 為38.75%和38.08%，Y0 和Y10 處 理 秸 稈 腐解率分別為32.83%和30.25%。秸稈腐解率均表現(xiàn)為L0＞L10、Y0＞Y10。秸稈還田后30 到90 d，所有處理秸稈腐解速度呈現(xiàn)遞減的趨勢，秸稈腐解速率變緩。秸稈還田后第90 d，秸稈腐解率為61.25%～66.0%，平均為64.0%，秸稈腐解速率仍表現(xiàn)為L0＞L10、Y0＞Y10，差異不顯著。

圖1 雙季稻不同水稻秸稈還田的腐解率

早稻季秸稈還田腐解率雜交秈稻高于雜交粳稻，不同埋深早稻秸稈腐解率差異不大，在土壤表層腐解速率略快，秸稈還田后30 到90 d，秸稈腐解速率增速變緩。

晚稻季秸稈還田各處理秸稈腐解均表現(xiàn)為前30 d 秸稈腐解速率最快，至秸稈還田后30 d，J0 和J10 處理秸稈腐解率分別為54.64%和54.37%，Z0和Z10 處理秸稈腐解率分別為35.25%和31.97%。秸稈腐解率均表現(xiàn)為J0＞J10、Z0＞Z10。秸稈還田后30 到90 d，所有處理秸稈腐解速度呈現(xiàn)遞減的趨勢，秸稈腐解速率變緩。秸稈還田后90 d，J0 和J10 處理秸稈腐解率分別為75.41%和71.31%，表層秸稈腐解速率略快，也快于早稻秸稈。Z0 和Z10處理秸稈腐解速率分別為65.57%和58.2%，表現(xiàn)為J0＞Z0、J10＞Z10。秸稈還田后120 d 晚稻季秸稈腐解率常規(guī)秈稻為75.96%～80.05%，雜交秈稻為65.57%～68.31%，兩種秸稈腐解率平均為72.47%，表層秸稈腐解速率略快。

晚稻季秸稈還田腐解速率常規(guī)秈稻快于雜交秈稻，土壤表層腐解速率更快，秸稈還田后第90 d 晚稻秸稈腐解速率比早稻要快，這可能與晚稻生長環(huán)境溫度較高有關(guān)。晚稻處理中雜交秈稻的腐解速度較慢，這可能是與秸稈的結(jié)構(gòu)組成有關(guān)。

總的來看，秸稈腐解速率晚稻季快于早稻季，常規(guī)秈稻快于雜交秈稻，雜交秈稻快于雜交粳稻，表層秸稈腐解速率略快于下層秸稈。同時呈現(xiàn)前期快，中后期逐漸放緩的趨勢。

2.2 雙季稻秸稈還田后氮釋放率的變化

隨著秸稈腐解，秸稈含氮率會發(fā)生一定的變化，秸稈有機氮逐漸釋放。由圖2 可見，早稻季秸稈在還田后到30 d 秸稈氮釋放相對較慢，開始可能還有吸收固氮的過程。Y0 在秸稈還田后15 d 秸稈氮釋放最慢，釋放率為17.22%。Y0 在秸稈還田后30 d 秸稈氮釋放率達到36.84%，秸稈氮釋放率最高。秸稈還田30 到60 d，秸稈氮釋放率增長呈現(xiàn)上升趨勢。到90 d，秸稈氮釋放率增長趨于平緩，各處理秸稈氮釋放率達60%左右，各處理間無明顯差異。

圖2 雙季稻水稻秸稈還田后氮釋放率

早稻季秸稈在還田初期秸稈氮釋放較緩，這可能與吸收固氮有關(guān)。在秸稈還田30 d 后秸稈氮釋放率增長較快，到90 d 秸稈氮釋放率增長趨于平緩。秸稈還田初期，不同埋深秸稈氮釋放率無明顯差異，在秸稈還田30 d 后，Y0 的秸稈氮釋放率均高于土壤下層（Y10）秸稈，說明早稻季雜交粳稻秸稈表層還田氮釋放更快，與秸稈腐解速率不同，雜交秈稻固定氮的能力較強。

晚稻季秸稈還田后，秸稈氮釋放率呈現(xiàn)為J0＞Z0、J10＞Z10。在秸稈還田后30 d 秸稈氮釋放率差異最為明顯。同一類型不同埋深秸稈氮釋放率差異不顯著。秸稈還田30 d 后，土壤表層秸稈氮釋放率高于下層。Z0 和Z10 處理在秸稈還田后15 d 時最小，分別為11.68%和10.43%。秸稈還田后30到60 d，Z0 和Z10 處理秸稈氮釋放率呈現(xiàn)上升趨勢，達到40%以上，并在60 d 后上升趨勢趨于平緩。到秸稈還田后120 d，各處理秸稈氮釋放率達60%左右。

晚稻季常規(guī)秈稻秸稈氮釋放率高于雜交秈稻秸稈，在秸稈還田后30 d 差異最為明顯。在秸稈還田30 d 時，不同埋深秸稈氮釋放率無明顯差異，而在60 d 后土壤表層秸稈氮釋放率略高于下層，可能與秸稈還田初期吸收固氮的過程有關(guān)。晚稻季秸稈表層還田氮釋放更快。

2.3 雙季稻水稻秸稈還田后碳釋放率的變化

秸稈含有大量的化學能，是土壤微生物生命活動的能源。秸稈還田為土壤微生物活動繁殖提供了充足的能源和碳源，可以增強各種微生物的活性，促進纖維的分解。秸稈還田后不同埋深對碳釋放率的影響，由圖3 可見，隨著秸稈還田時間的推移，早稻季秸稈碳釋放率呈現(xiàn)平緩上升趨勢。在秸稈還田后30 d，秸稈碳釋放率達60%。

圖3 雙季稻水稻秸稈還田后碳釋放率

不同埋深對秸稈碳釋放率影響不大，土壤表層秸稈碳釋放率較土壤下層略高。秸稈還田后90 d，秸稈碳釋放率達80%左右。

早稻季各處理碳釋放率隨著還田天數(shù)的推移增長平緩，不同埋深對早稻季秸稈碳釋放率影響不顯著。

隨著晚稻季秸稈還田天數(shù)的推移，晚稻季秸稈碳釋放率呈現(xiàn)平緩上升趨勢。秸稈還田后30 d，常規(guī)秈稻秸稈碳釋放率達60%以上，雜交秈稻秸稈碳釋放率達50%以上。不同埋深對秸稈碳釋放率影響不大，土壤表層秸稈碳釋放率較土壤下層略高。秸稈還田后90 d，常規(guī)秈稻秸稈碳釋放率達80%以上，雜交秈稻秸稈碳釋放率達70%以上。

晚稻季秸稈還田后碳釋放率與早稻季變化相似。常規(guī)秈稻秸稈碳釋放率高于雜交秈稻秸稈。不同埋深對晚稻秸稈碳釋放率影響不顯著，表層碳釋放略快。

3 討論

3.1 不同水稻類型秸稈和埋深對秸稈腐解率的影響

本研究結(jié)果顯示，雙季稻秸稈在土壤表層的腐解速度更快，這與胡宏祥等［18］研究結(jié)果一致，而與旱作作物的研究結(jié)果有一定差異。李新舉等［19］研究結(jié)果顯示，覆蓋在表層的小麥秸稈腐解速度較慢，主要原因為表層土壤水分條件較差，且土壤水分不易留存。本試驗所處地區(qū)土壤水分充足，秸稈水分飽和，土壤表層溫度較高，更有利于微生物的繁殖，同時在水稻生育初期，田間保持淺水層，土壤中微生物較為活躍，在一定程度上加速了秸稈的腐解［20-21］。不同埋深、不同類型的秸稈腐解都呈現(xiàn)前期快、中后期放緩這一特點，多數(shù)研究者的研究也印證了這一點［22-24］。水稻秸稈主要是由易分解的可溶性化合物與不易分解的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、單寧和蠟質(zhì)等構(gòu)成［25-26］。隨著還田時間的增加，秸稈中易分解物質(zhì)減少，在90 d 時，早稻的秸稈平均腐解率可達64.00%，而同期晚稻秸稈的平均腐解率為67.62%，晚稻秸稈的腐解率略高于早稻秸稈，究其原因可能是由于晚稻生育期內(nèi)的氣溫要高于早稻，同時，由于在晚稻秸稈還田時，早稻秸稈已先期腐解，田間微生物量、微生物群落數(shù)量維持在一定水平，更利于晚稻秸稈的腐解［27］。晚稻秸稈由于腐解時間更長，其腐解率在120 d 時常規(guī)秈稻為75.96%～80.05%，雜交秈稻為65.57%～68.31%，兩種不同類型的秸稈可能在組成成分與組成成分的含量不同導致了兩者腐解率具有差異，而剩余未分解部分，如木質(zhì)素、蠟質(zhì)等屬于短期內(nèi)難以分解的部分，完全分解可能需要一年甚至更長的時間［28］。

3.2 雙季稻秸稈還田后氮和碳釋放率的變化

雙季稻的氮釋放過程呈現(xiàn)為前期較慢，中期增長，后期放緩的一個過程。一般水稻移栽時，在大田中會施用大量的氮肥作為基肥，氮肥作為速效養(yǎng)分，易于被土壤中的微生物吸收固定，而秸稈中的氮元素分解礦化的過程較長，導致在秸稈還田初期，秸稈中的氮釋放速度較慢，微生物難以獲得秸稈中的氮素。隨著還田時間的延長，土壤中的微生物數(shù)量與活性提高，秸稈的氮釋放速度隨之提高。晚稻秸稈的氮釋放率在秸稈還田的前期要快于早稻，這可能是由于晚稻的移栽是緊接著早稻收獲后進行的，且氣溫較高，土壤中的微生物量與活性都維持在較高水平有關(guān)。秸稈還田30 d 后土壤表層秸稈氮釋放率均高于土壤下層，這可能與微生物多在土壤表層，同時與其需要吸收氮素進行固氮的過程有關(guān)。不同埋深對雙季稻秸稈氮釋放率影響不顯著。但有學者的研究結(jié)果顯示，秸稈深埋的氮釋放要高于秸稈表層覆蓋，這可能與氣候、秸稈類型和田間是否有淺水層有關(guān)［29-30］。

雙季稻秸稈還田的碳釋放整體呈現(xiàn)前期釋放迅速、中期逐漸放緩的過程。秸稈中的雙季稻早稻季秸稈還田碳釋放率在15 d 時即達到50%以上。秸稈中的碳元素主要以有機態(tài)存在，微生物在繁殖過程中需要大量碳源物質(zhì)，對有機碳需求較高，使得秸稈還田初期碳釋放迅速［31］。隨著還田時間的增加，整體呈平緩上升的趨勢。

4 結(jié)論

雙季稻秸稈還田秸稈腐解過程總體呈前期快、中后期平緩的狀態(tài)。不同埋深對早稻秸稈腐解率影響不顯著。雜交秈稻腐解率高于雜交粳稻。晚稻季表層秸稈腐解率高于深層，常規(guī)秈稻秸稈的腐解率高于雜交秈稻。

雙季稻秸稈腐解過程中氮釋放呈現(xiàn)前期慢、中期快、后期緩的狀態(tài)。常規(guī)秈稻秸稈的氮釋放率高于雜交粳稻。

雙季稻秸稈腐解過程中，秸稈的碳釋放呈現(xiàn)前期快，中后期緩的狀態(tài)。不同埋深對秸稈碳釋放的影響不顯著，常規(guī)秈稻秸稈的碳釋放率高于雜交秈稻。