全 文 ：第 13卷 第 2期
2 0 0 5年 4月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．13 NO．2
Apri1， 2005
有机物料循环对红壤稻田系统有机质积累的贡献研究*
周卫 军
(湖南农业大学资源与环境学院 长沙 410128)
王凯荣 刘 鑫 邓先军
(中国科学院亚热带农业生态研究所 长沙 410125)(湖南省临澧县农业局 临澧 415000)
摘 要 中长期定位试验研究有机物料循环再利用对红壤稻 田系统土壤有机质积累的贡献结果表 明，红壤稻 田系
统有机物料 自然归还量可达 6162kg／hm ，人为归还量可达 13480kg／hm ；仅依靠系统 内有机物料的 自然 归还 ，其土
壤有机质亏缺为 50％左右 ，呈下降趋势 ；系统 内可循环再利用 的有机 物料全部还 田，土壤有机 质盈余 率可达 80％
以上；预测结果显示有机物料循环再利用 50年 内可提高土壤有机质 19．4-32．6g／kg，增长率达 83．6％～140．5％。
关键词 有机物料 循环再利用 红壤稻 田系统 有机质
Contribution of organic residue cycling to the soil organic matter in red paddy system．ZHOU Wei—Jun(College of Re—
source and Environment，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China)，WANG Kai—Rong，LIU Xin(Insti—
tute of Subtropical Agriculture and Ecology，Chinese Academy of Sciences，Changsha 410125，China)，DENG Xian—Jun
(Linli Agricultural Bureau，Hunan Province，Linli 415000，China)，CJEA，2005，13(2)：106-109
Abstract Based on a medium—or long—term located experiment，the contributions of organic residue cycling to the soil or—
gmaic matter in red paddy system are studied．The results show that the self—returned amount and artificial returned
amount of organic residue are up to 6162kg／hm2 and 13480kg／hm2，respectively；the soil organic matter shows a decreas—
ing trend merely depending on the self-returned organic residuce，and the deficit of soil organic matter is up to 50％ or so ；
surplus of soil organic matter is up to 80％ while al organic residues are returned．The simulation result shows that the
content of soil organic matter can increase by 19．4～ 32．6g／kg and the increasing ratio is up to 83．6％ ～ 140．5％ after
50 years with organic residue cycling．
Key words Organic residue，Cycling，Red paddy system ，Organic matter
(Received Jan．18，2004；revised Feb．28，2004)
国内外研究表明，有机物料可明显增加土壤有机质和其他营养元素的含量_1．2 J，但这些研究中有机物料
施用量未以系统内可循环量为依据，故其试验结果难以准确评价有机物料循环对系统土壤有机质积累的贡
献。为此长期定位试验研究了红壤稻田系统有机物料循环的潜力及其对土壤有机质积累的贡献 ，为促进红
壤稻 田系统内有机物料 良性循环寻求有效途径。
1 试验材料与方法
试验在中国科学院桃源农业生态试验站进行 ，该地位于东经 l11。33 ，北纬 28。55 ，年均气温 16．5℃ ，年
降水量 1447．9mm。供试土壤为第 四纪红色粘土发育 的水稻土 ，试验前土壤 有机质为 23．20g／kg，全 N
1．39g／kg，全 P 0．604g／kg，全 K 14．94g／kg，速效氮 53．40mg／kg，速效磷 14．70mg／ ，速效钾 67．70mg／kg，
pH5．74。试验始于 1990年，种植制度主要为“稻一稻一肥”，共设 5个处理 (见表 1)。早稻为早中熟籼稻常规
品种 ，晚稻为中迟熟杂交稻。水稻品种(组合 )每 3年更换 1次 ，每处理重复 3次，随机区组排列 。小区面积为
4．1m×8．1m，小区间用水泥埂隔开(其地下埋深 0．5m，地表露出0．2m)。于水稻收获前 1d在每小区东西端
分别调查 10蔸水稻茎蘖数 ，根据平均茎蘖数每小区取 4蔸水稻进行考种 ，测定秸秆生物量。自 1990年始每
间隔 3年进行 1次田间凋落物测定，于每小 区东西两端分别设 lmx lm观测区，自水稻移栽后 15d始每间隔
*国家自然科学基金重点项目(40235057)和中国科学院知识创新工程项目(KZCX2—407)资助
收稿 日期 ：2004—01—18 改回日期 ：2004—02—28
第 2期 周卫军等 ：有机物料循环对红壤稻 田系统有机质积累的贡献研究 107
lOd收集区域 内凋落物及杂草等，洗净
后于 105℃杀青 15rain，80℃ 烘干至恒
重 ，称重测定凋落物量。用重铬酸钾-夕
加热法测定土壤有机质含量。测定数
据用 Excel 2000计算和作 图分析，有机
碳预测采用 SCNC模型 J模拟。
2 结果与分析
2．1 有机物料归还潜力与有机质平衡状况
自然归还量。红壤 稻 田系统有 机
物料 自然归还量包括水稻生长过程 中
落花、落 叶及根分 泌物 和脱 落物 、土壤
中残 留根茬等 。作物生 长过 程中不断
裹 1 施肥处理设计
Tab．1 Designing of application fertilizer treatments
处 理 化肥施用量／kg·hmI2 The araotmt 0ffertil~ a _瞄妇 有机物循环
Treatments 尿 素 过磷酸钙 氯 化 钾 Organic residue cycling
Urea Calcium super- Potassium
phc~phate chloride
进入土壤 的根系分泌物和脱 落物是土 *化肥有效养分含量尿素为450．0g／kg，过磷酸钙52．4g／kg，氯化钾498．1g／kg；
壤有机质来源 ，谷物类如小麦和玉米等 化肥施用量前者为 。～ 6年用量，后者为 6年后用量；F处理N,P肥施用量
在某一生育期 间根系分泌物和脱落物 为NPK处理的 ／3’K肥为其 ／3。
量可占其光合产物 C量的 7％～15％ ．6 J。根系分泌物组成中含有 90％的碳水化合物和 10％的氨基酸，虽
在好气或嫌气条件下碳水化合物和氨基酸易为微生物所分解 ，但仍有一部分 以新形成的腐殖质残 留土壤
中 。本试验 自然归还量仅包括凋落物(落花、落叶等)和根茬量。由表 2可知红壤稻田系统有机物料 自然
归还量很大，且不同处理间差异显著。若将长期未施肥处理(CK)和 NPK+C处理分别作为红壤稻田系统
有机物料 自然归还量上下限，则最大可达 6162kg／hm ，最小可达 3180kg／hm 。
表 2 红壤稻田系统有机物料归还潜力与有机质平衡状况
Tab．2 Returned potential of organic residue and balance state of organ matter in red paddy system
*表 中不同字 母表 不差 异达 P：0．05显著水 平 ；” 以试验 前土 壤有机 质含 量为 依据计 算 ，平衡 I为 自然 归还 状 况 ，平衡 Ⅱ为 自然 归还 结
合人为归还状况。
人为归还量。红壤稻田系统人为归还的有机物料包括水稻秸秆、人畜粪尿和绿肥等各种有机物料 ，水
稻秸秆直接还田量最大可达 7245kg／hm2，即使仅采用 1／2秸秆还 田也可达 3033kg／hm2，而 目前湘北地 区
较多采用水稻收获高茬留田，估计其还田量多达 1／2～2／3。本试验采用 50％(1994年前为 80％)稻谷和全
部空瘪谷混合粉碎后作饲料喂猪 ，以猪粪尿作为系统可循环粪肥量。冬种绿肥还 田一般可达 3000kg／hm2
左右(见表 2)。红壤稻田系统可人为调控施人土壤有机物料量 ，不同归还措施和施肥处理其总归还量有显
著差异。若将全部秸秆、绿肥及人畜粪肥均还田，其最大归还量可达 13480kg／hm2；若部分秸秆、全部绿肥直接
还田，其归还量可达 6612kg／hm2。试验结果(见表 2)表明红壤稻田系统可人为调控的有机物料归还量空间很
大 ，如何采用切实可行的方法，合理利用这部分有效物质资源对维持系统有机质平衡具有重要意义。
有机质平衡状况。输入一定量有机物料是保持和提高土壤有机质含量的主要技术措施 ，对土壤有机质
平衡状况的评价 目前尚无较恰 当方法 ，本试验按有机物含碳量为 0．43，平均腐殖化系数为 0．25，有机质形成
系数为 1．724，土壤有机质矿化系数为 0．045_8 J，计算土壤有机质平衡状况(OP)：
OP：(SA —SM )／SM (1)
式中，SA为土壤有机质增加量，SM 为年土壤有机质矿化量。由表 2可知红壤稻 田系统仅靠有机物料的 自
然归还，土壤有机质均呈亏损状态，其中最大亏缺量达 69．9％(对照，CK)，即使 NPK配施处理其土壤有机
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质亏缺率仍>50％。若采用系统内有机物料循环再利用，特别是尽可能将系统内可循环再利用的有机物料
全部还田，土壤有机质最大盈余量可达 80％以上，即使仅采用 1／2秸秆和绿肥还田，土壤有机质平衡状况仍
有盈余 ，其盈余量可达 10％以上。随试验年限的延长，土壤有机质含量发生变化，土壤有机质年矿化量也随
之发生变化。新鲜有机物料归还土壤后可促进土壤原有有机质的矿化，亦即新鲜有机物对土壤有机质分解
的激发作用[引，土壤有机质矿化速率加快 ，有机质年矿化量增加。故上述结果 只能说明土壤有机质平衡状
况的发展趋势，不能视为绝对数量。
2．2 土壤有机质的消长规律
由图 1可知长期未施肥处理(CK)土壤有机质呈明显下降趋
势，11年共降低 1．3g／kg，其原因主要是由于长期未施肥，土壤肥
力状况严重亏缺 ，土壤动物和微生物生物量及其活力降低 ，加之系
统生产力降低 ，系统内有机物料 自然归还量逐渐减少，导致系统内
有机物料的归还及周转速率降低 ，以致土壤有机质累积量呈负增
长。从有机质平衡状况看 NPK化肥配施处理虽处于较大亏损状
态(达 50％，见表 2)，但呈稳定缓增趋势 ，11年共增加 3．5g／kg。
圈1红壤稻田系统有机质变化趋势(19’。～ oo1) 国外一些长期定位试验表明施用化肥对土壤有机碳累积量应视其
Fig． ChangeⅡendS of soil∞gam。maner 植物残体(根茬
、根系分泌物等)归还量而定。英 国洛桑试验站长
i“red p ddy yS m fr0m 990 。200 期施用化肥处理(N 144kg／hm2
、P35kg／hm )土壤有机碳含量提
高 15％-4】，其产量相当于未施肥处理的 5倍。美国伊利诺斯州 Morrow长期定位试验玉米连作施用化肥处
理土壤有机碳含量与未施肥处理基本接近，玉米产量提高 30％；而玉米一燕麦一三叶草轮作中施用化肥处理土
壤有机碳则低于未施肥处理，产量则降低20％-1。。 因本试验持续时间较短，且施用化肥处理水稻产量有较
大提高，土壤有机质含量呈上升趋势。红壤稻田系统有机物料循环再利用可显著增加土壤有机质含量，而
有机物循环并配施 NPK化肥处理土壤有机质增长速率更快 ，特别是在有机物料循环再利用的前期(约 8年
左右)，1998年前年均累积增长 0．88g／kg，1998年后则仅为 0．33g／kg。有机物料循环(c)处理土壤有机质
增长速率相对较低 ，至 2001年年均累积增长速率为 0．61g／kg，F+1／2C处理土壤有机质则年均累积增长速
率为 0．53g／kg。
2．3 $CNC模型预测
SCNC(Soil carbon and nitrogen cycle)模型模拟红壤稻田系统各处理 50年土壤有机质预测结果见图 2，
稻田系统长期未施肥或仅施用无机化肥处理其土壤有机质呈下降 圈2红壤稻田系统土壤有机质50年预测结果
趋势或基本维持平衡 ，而有机物料循环再利用有利于土壤有机碳 Fig
． 2 sim lated、， 1 。f Soi1。 i。m tt
的累积。 in red paddy s tem during 50 years
3 小 结
有机物料归还量是提高土壤有机质的主要影响因子。未施肥或单施化肥对土壤有机质积累的影响主
要与系统内有机物料 自然归还量密切相关 ，红壤稻 田系统仅靠系统内有机物料的 自然归还 ，有机质平衡呈
亏缺状态 ，NPK化肥配施处理试验期内土壤有机质含量虽未表现下降趋势 ，但若长期实施则使土壤有机质
维持亏缺状态 ，而不利于土壤肥力进一步提高。红壤稻 田系统有机物料归还潜力大，自然归还量最大可达
6162kg／hm2
，而人为调节的秸秆、粪肥和绿肥等人为归还量最大可达 13480kg／hm2。红壤稻 田系统有机物
料循环再利用50年内可提高土壤有机质 83．6％～140．5％，是促进系统内物质循环和提高土壤有机质累积
第 2期 周卫军等 ：有机物料循环对红壤稻 田系统有机质积累的贡献研究 109
量的有效措施。
参 考 文 献
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