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摘要 为了解多年秸秆还田对土壤和作物的影响，本研究在上海市郊区奉贤、金山和崇明3个区典型地块中，连续3年对秸秆全量还田对土壤的理化性质影响进行监测，检测土壤全氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、缓效钾、容重、有机质、pH值和CEC值。结果表明，秸秆还田后土壤养分有所提高，土壤有机质含量提高了4.37%，速效钾平均提高了4.55%，全氮平均提高了3.59%，秸秆还田后土壤容重值降低了5.79%。土壤固碳（C）量为2 062.06 kg/hm2，秸秆还田后增加的土壤固定N量103.10 kg/hm2，N肥减施量为5.16 kg/hm2。秸秆还田能提高土壤有机质，有效培肥土壤，改善土壤结构。水稻秸秆还田后，小麦产量比对照产量增加4.5%，对作物增产有一定作用。
关键词 秸秆还田；土壤；养分；作物产量
中图分类号 S141.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）24-0167-02
作物秸秆是一种宝贵的自然资源，也是量最大的农业废弃物。研究认为秸秆还田促进秸秆资源循环利用，增加土壤营养成分，改良土壤结构，使土质疏松、孔隙度增加、容重减轻，促进微生物活力和作物根系发育[1-3]。通过秸秆还田能避免秸秆焚烧造成资源浪费和环境污染，改善作物品质，提升耕地综合生产能力，对促进保护农田环境、农业增效、农民增收具有十分重要的意义[4]。农作物秸秆中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素和纤维物质，在归还农田后，经过一段时间腐熟作用，秸秆里养分迅速矿化，并积累在耕层，满足作物生长的需要[5]。
1 研究方法
1.1 试验地概况
在奉贤区庄行镇、金山区廊下镇和崇明区城桥镇试验基地开展2010—2013年秸秆连续全量还田小区试验。试验点为常年种植稻麦轮作。秸秆还田前，土壤样品基础数据如表1所示。
1.2 试验设计
试验在3个监测点进行，即奉贤、金山和崇明。设2个处理，分别为秸秆全量还田（A）和无秸秆还田对照（CK）。3次重复，小区面积为666.7 m2。
平均秸秆还田量干重为7 470 kg/hm2，留茬10 cm左右，将秸秆切成长10～15 cm的小段，均匀铺撒在田间，进行2～3次耕翻耙平。各监测点秸秆还田量见表2。
1.3 样品采集
在水稻收获时，在秸秆还田前和第3年秸秆腐熟后小麦种植前分别进行2次样品采集，土壤采集按照“S”形多点取土样，用四分法将土样缩分至1 kg土样待测。
1.4 检测方法
将样品在实验室自然风干后，剔除石块和植物残渣等杂物，过60目筛后进行分析。土壤有机质测定用重铬酸钾氧化法，全氮采用半微量开氏消煮法测定，有效磷采用碳酸氢钠-钼锑抗比色法，速效钾采用火焰光度计比色法，阳离子交换量测定采用EDTA-乙酰胺盐交换法[6]。
1.5 数据分析
试验数据均采用Microsoft Excel 2003进行统计分析，用SPSS 17.0进行方差分析和相关性分析。
1.6 计算公式
土壤固碳量（kg/hm2）=（年终有机质含量-年初有机质含量）×2 250 000/（1 000×1.724）
式中，2 250 000表示每公顷耕层20 cm土壤的干重为2 250 t，1 000为土壤有机质含量的单位g/kg转化为kg/kg，1.724为土壤有机质与其有机碳量的换算系数。
秸秆还田增加的土壤固定N量（kg/hm2）=土壤固碳量/20；
N肥减施量（kg/hm2）=土壤固定N量×5%。
式中，20表示土壤有机质C∶N=20∶1；5%表示土壤有机N平均矿化率[7]。
2 结果与分析
2.1 秸秆还田对土壤养分含量的影响
3个监测点的土壤样品检测结果与开展秸秆还田前相比，秸秆还田腐熟后土壤养分含量有所增加，秸秆还田后土壤养分含量有所增加，有机质增加0.82～1.05 g/kg，全氮增加0.03～0.11 g/kg，有效磷增加0.46～0.64 mg/kg，速效钾增加2.84～9.94 mg/kg，pH值变化为-0.06～0.06，CEC值增加0.44～0.88 cmol/kg，土壤容重变化为-0.07～-0.06 g/cm3，从土壤特征理化性状分析，土壤地力有所提升（表3）。
土壤有机质是反映土壤肥力状况的重要指标，将对照与秸秆还田土壤比较，秸秆还田土壤有机质含量比对照土壤有机质含量平均提高了4.37%，秸秆还田对有机质提升有较好的效果。大多数研究表明，秸秆添加增加了土壤碳源输入，在一定范围内，随着秸秆还田量和时间的增加，可显著提升表层土壤有机质含量[8-11]。
土壤养分含量和阳离子交换量是衡量土壤保肥能力的重要指標。土壤养分含量越高，阳离子交换量越大，土壤的保肥能力越大[12]。由图1所示，秸秆还田后对土壤养分有较大幅度的提高，土壤速效钾平均提高了4.55%，全氮平均提高了3.59%，有效磷平均提高2.90%，CEC值平均升高3.89%。秸秆中钾含量本身较为丰富，同时秸秆添加对作物吸收氮素起着积极作用，减少氮素淋洗损失，增加氮素利用率，提高氮素有效性[13]。土壤容重是土壤水、肥、气、热协调的指标，稻田耕层土壤容重一般在1.0～1.2 g/cm3范围最为理想[12]。由试验结果表明，秸秆还田土壤容重值降低了5.79%。
2.2 秸秆还田对耕地地力的影响
2.2.1 稻田秸秆还田减少施氮量。根据土壤有机质的增加量，估算秸秆还田的土壤固碳量。由土壤化验结果，项目实施前土壤有机质平均含量为26.59 g/kg，项目实施后无秸秆还田土壤有机质平均含量为27.19 g/kg，秸秆还田土壤有机质平均含量为28.09 g/kg，代入上述公式得出土壤固碳（C）量分别为783.06、1 957.66 kg/hm2，项目实施后增加的土壤固定N量分别为39.15、97.88 kg/hm2，N肥减施量分别为1.96、4.89 kg/hm2（表4）。
关键词 秸秆还田；土壤；养分；作物产量
中图分类号 S141.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）24-0167-02
作物秸秆是一种宝贵的自然资源，也是量最大的农业废弃物。研究认为秸秆还田促进秸秆资源循环利用，增加土壤营养成分，改良土壤结构，使土质疏松、孔隙度增加、容重减轻，促进微生物活力和作物根系发育[1-3]。通过秸秆还田能避免秸秆焚烧造成资源浪费和环境污染，改善作物品质，提升耕地综合生产能力，对促进保护农田环境、农业增效、农民增收具有十分重要的意义[4]。农作物秸秆中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素和纤维物质，在归还农田后，经过一段时间腐熟作用，秸秆里养分迅速矿化，并积累在耕层，满足作物生长的需要[5]。
1 研究方法
1.1 试验地概况
在奉贤区庄行镇、金山区廊下镇和崇明区城桥镇试验基地开展2010—2013年秸秆连续全量还田小区试验。试验点为常年种植稻麦轮作。秸秆还田前，土壤样品基础数据如表1所示。
1.2 试验设计
试验在3个监测点进行，即奉贤、金山和崇明。设2个处理，分别为秸秆全量还田（A）和无秸秆还田对照（CK）。3次重复，小区面积为666.7 m2。
平均秸秆还田量干重为7 470 kg/hm2，留茬10 cm左右，将秸秆切成长10～15 cm的小段，均匀铺撒在田间，进行2～3次耕翻耙平。各监测点秸秆还田量见表2。
1.3 样品采集
在水稻收获时，在秸秆还田前和第3年秸秆腐熟后小麦种植前分别进行2次样品采集，土壤采集按照“S”形多点取土样，用四分法将土样缩分至1 kg土样待测。
1.4 检测方法
将样品在实验室自然风干后，剔除石块和植物残渣等杂物，过60目筛后进行分析。土壤有机质测定用重铬酸钾氧化法，全氮采用半微量开氏消煮法测定，有效磷采用碳酸氢钠-钼锑抗比色法，速效钾采用火焰光度计比色法，阳离子交换量测定采用EDTA-乙酰胺盐交换法[6]。
1.5 数据分析
试验数据均采用Microsoft Excel 2003进行统计分析，用SPSS 17.0进行方差分析和相关性分析。
1.6 计算公式
土壤固碳量（kg/hm2）=（年终有机质含量-年初有机质含量）×2 250 000/（1 000×1.724）
式中，2 250 000表示每公顷耕层20 cm土壤的干重为2 250 t，1 000为土壤有机质含量的单位g/kg转化为kg/kg，1.724为土壤有机质与其有机碳量的换算系数。
秸秆还田增加的土壤固定N量（kg/hm2）=土壤固碳量/20；
N肥减施量（kg/hm2）=土壤固定N量×5%。
式中，20表示土壤有机质C∶N=20∶1；5%表示土壤有机N平均矿化率[7]。
2 结果与分析
2.1 秸秆还田对土壤养分含量的影响
3个监测点的土壤样品检测结果与开展秸秆还田前相比，秸秆还田腐熟后土壤养分含量有所增加，秸秆还田后土壤养分含量有所增加，有机质增加0.82～1.05 g/kg，全氮增加0.03～0.11 g/kg，有效磷增加0.46～0.64 mg/kg，速效钾增加2.84～9.94 mg/kg，pH值变化为-0.06～0.06，CEC值增加0.44～0.88 cmol/kg，土壤容重变化为-0.07～-0.06 g/cm3，从土壤特征理化性状分析，土壤地力有所提升（表3）。
土壤有机质是反映土壤肥力状况的重要指标，将对照与秸秆还田土壤比较，秸秆还田土壤有机质含量比对照土壤有机质含量平均提高了4.37%，秸秆还田对有机质提升有较好的效果。大多数研究表明，秸秆添加增加了土壤碳源输入，在一定范围内，随着秸秆还田量和时间的增加，可显著提升表层土壤有机质含量[8-11]。
土壤养分含量和阳离子交换量是衡量土壤保肥能力的重要指標。土壤养分含量越高，阳离子交换量越大，土壤的保肥能力越大[12]。由图1所示，秸秆还田后对土壤养分有较大幅度的提高，土壤速效钾平均提高了4.55%，全氮平均提高了3.59%，有效磷平均提高2.90%，CEC值平均升高3.89%。秸秆中钾含量本身较为丰富，同时秸秆添加对作物吸收氮素起着积极作用，减少氮素淋洗损失，增加氮素利用率，提高氮素有效性[13]。土壤容重是土壤水、肥、气、热协调的指标，稻田耕层土壤容重一般在1.0～1.2 g/cm3范围最为理想[12]。由试验结果表明，秸秆还田土壤容重值降低了5.79%。
2.2 秸秆还田对耕地地力的影响
2.2.1 稻田秸秆还田减少施氮量。根据土壤有机质的增加量，估算秸秆还田的土壤固碳量。由土壤化验结果，项目实施前土壤有机质平均含量为26.59 g/kg，项目实施后无秸秆还田土壤有机质平均含量为27.19 g/kg，秸秆还田土壤有机质平均含量为28.09 g/kg，代入上述公式得出土壤固碳（C）量分别为783.06、1 957.66 kg/hm2，项目实施后增加的土壤固定N量分别为39.15、97.88 kg/hm2，N肥减施量分别为1.96、4.89 kg/hm2（表4）。