全 文 ：玉米秸秆还田培肥土壤的效果 3
武志杰 3 3 　张海军　许广山　张玉华　刘春萍　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　辽北地区玉米根茬还田、秸秆直接还田或间接还田的 3 年微区培肥试验研究结果表明 ,无机肥的
增产效果特别明显 ,而施用有机物料 ,更主要的作用是改善土壤的物理、化学性质 ,培肥地力. 与无肥对照
相比 ,有机无机肥料配合施用可使土壤有机质提高 3. 06 %～27. 78 % ,各有机物料对土壤有机质提高的顺
序依次为 100 %秸秆 > 50 %秸秆 > 土粪 > 牛粪 > 33 %秸秆 > 根茬. 在含 C 量相等的条件下 ,秸秆对土壤有
机质的保持和提高好于土粪 ,土粪好于牛粪. 同时 ,与单施化肥比 ,有机无机肥料配合施用可使土壤易氧化
有机质增加 10. 91 %～20. 67 % ,使浸提腐殖酸提高 1. 43 %～14. 28 % ,使结合态腐殖酸的松/ 紧比值提高
0. 07～0. 19 ,HA/ FA 比值提高 0. 07～0. 24 ,并且能改善土壤的 N、P、K营养状况、土壤水分和土壤孔隙状
况 ,这标志着土壤有机质活性的提高和土壤肥力状况的改善. 因此 ,应该大力提倡玉米秸秆秋季直接还田 ,
其最佳施入量应为当年生产量的 30 %～50 %.
关键词 　秸秆还田 　土壤有机质 　土壤肥力
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 05 - 0539 - 04 　中图分类号 　S14114 　文献标识码 　A
Effect of returning corn stra w into soil on soil fertility. WU Zhijie , ZHAN G Haijun , XU Guangshan , ZHAN G
Yuhua , L IU Chunping ( Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S hengyang 110016) . 2
Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (5) :539～542.
Three2year field micro2plot experiment was conducted to study the effect of applying corn root stubble , corn
straw , and the ordure of cattle fed with corn straw to improve soil fertility in northern Liaoning province. The
results showed that chemical fertilizers could significantly increase the corn production , while organic fertilizers
mainly improved the soil physical and chemical properties so as to increase soil fertility. In comparison with no
fertilizer treatment , combination of chemical fertilizers and organic materials could increase soil organic matter by
3. 06 %～27. 78 %. The increments of soil organic matter by using different organic materials were in order of
100 % corn straw > 50 % corn straw > mixture of cattle ordure and soil > cattle ordure > 33 % corn straw >
corn root stubble. For maintaining and increasing soil organic matter , corn straw was better than mixture of cat2
tle ordure and soil , and secondly better than cattle ordure if they contained the same carbon content . In addition ,
comparing with applying chemical fertilizers only , combination of chemical fertilizers and organic materials in2
creased soil labile oxidization organic matter by 10. 91 %～20. 67 % , increased extractable humic acid by 1. 43 %
～14. 28 % , raised slack/ stable ratio of bonded humus by 0. 07～0119 , and raised HA/ FA ratio by 0. 07～
0124. Meanwhile , this combination improved the soil nutrient status of N , P , and K , and the status of soil
moisture and porosity , which demonstrated the increase of activity of soil organic matter and the improvement of
soil fertility. So directly adding straw into soil without removing after harvest in autumn should be actively rec2
ommended , and the amount of corn straw added into soil should be 30 to 50 percent of the total production of
corn straw.
Key words 　Returning straw into soil , Soil organic matter , Soil fertility.3 国家自然科学基金资助项目 (49571044) .3 3 通讯联系人.
2000 - 09 - 31 收稿 ,2000 - 07 - 21 接受.
1 　引 　　言
秸秆是有机肥料的基本资源 ,和其他有机肥料
一样 ,能培肥土壤 ,促进作物增产[5 ,6 ] . 作物秸秆直
接还田有利于更新土壤腐殖质组成 ,维持土壤有机
质平衡 , 改善土壤物理性状 , 促进土壤养分循
环[8 ,9 ] .
辽北地区是玉米主产区 ,每年玉米种植面积
3133 ×104hm2 左右 ,每公顷产秸秆 6. 5 ×103～9 ×
103kg (风干重) ,合计年产秸秆 22 ×104～30 ×104t .
这些秸秆同时要供给人们的生活燃料、生畜的饲料
和土壤培肥的需求 ,因而经常是捉襟见肘 ,如何合理
利用这些秸秆 ,在满足当地社会和经济需要的同时 ,
使之最大限度地发挥培肥地力的作用 ,具有十分重
要的意义.
本项研究的目的在于 ,通过对辽北地区玉米根
茬还田、秸秆直接还田或间接还田对土壤有机质、土
壤养分状况和土壤水分物理性状影响的研究 ,从理
论上进一步阐明玉米秸秆还田的重要性 ,并探讨玉
米秸秆还田的合理方式和合理施用量 ,建立有机无
机相结合的培肥体系 ,为进一步发挥玉米秸秆还田
应 用 生 态 学 报 　2002 年 5 月 　第 13 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2002 ,13 (5)∶539～542
的增产培肥作用提供理论依据和实用技术措施.
2 　材料与方法
211 　试验材料
玉米秸秆还田培肥微区设在昌图县宝力镇农科站试验
地 ,微区面积为 4. 8m2 . 试验于 1997 年 1 月开始 ,1999 年 11
月采 0～0. 2m 土壤进行分析. 供试土壤为发育在黄土性母
质上的耕作棕壤 ,供试作物为玉米 (铁丹 9) . 试验前土壤与
肥力有关的主要性状见表 1.
表 1 　试验前土壤的某些性状
Table 1 Some soil properties before the experiment studied( 1997)
有机质
O. M
( %)
全 N
Total N
( %)
全 P
Total P
( P2O5 %)
全 K
Total K
( K2O %)
容重
Bulk density
(g·cm - 3)
1. 59 0. 096 0. 135 2. 31 1. 36
　　试验共设 8 个处理 ,每个处理重复 3 次 ,田间微区随机
排列. 试验各处理如下 :1) 无肥 (CK) ;2) 化肥 ; 3) 化肥 + 根
茬 ;4)化肥 + 根茬 + 33 %秸秆 (秸秆最高施入量的 33 %) ;5)
化肥 + 根茬 + 50 %秸秆 (秸秆最高施入量的 50 %) ;6) 化肥
+ 根茬 + 100 %秸秆 (秸秆最高施入量 ,相当于秸秆全部还田
量) ;7)化肥 + 根茬 + 牛粪 ;8)化肥 + 根茬 + 土粪.
处理 2～8 的化肥施用量相同 ,为当地的常规化肥施用
量 ,N、P、K 肥用量分别为 N 202. 5 kg·hm - 2 、P2O5102 kg·
hm - 2和 K2O 102kg·hm - 2 ,即每小区 N97. 2g、P2O549. 0g 和
K2O49. 0g. 处理 3～8 中根茬施用量相同 ,分别为 0. 8kg·微
区 - 1 ,相当于当地玉米根茬的平均产量. 100 %秸秆、牛粪和
土粪的施用量分别为 4. 30、6. 76 和 19. 12kg·微区 - 1 ,即含 C
量均为 1. 64kg·微区 - 1 . 处理 4 中 33 %秸秆和处理 5 中 50 %
秸秆的施入量分别为 1. 43 和 2. 15kg·微区 - 1 . 有机物料的
养分含量见表 2.
表 2 　各有机物料的养分含量
Table 2 Nutrient contents of several organic matters ( %)
物料种类
Species of organic matter
有机碳
Organic
C
N P
(P2O5)
K
( K2O)
含水率
Moisture
玉米根茬 41. 992 0. 891 0. 201 0. 371 —
Corn root stubble
玉米秸秆 42. 449 0. 673 0. 126 0. 326 10
Corn straw
牛粪 Cattle ordure 34. 700 1. 396 0. 447 0. 229 30
土粪 12. 234 0. 740 0. 786 3. 877 30
Mixture of cattle ordure and soil
　　N 肥 (长效尿素)与 P (磷酸二铵) 、K肥 (硫酸钾) 一次基
施 ,根茬和秸秆均粉碎 0. 03m 左右 ,秋天翻地时翻入土壤.
212 　分析方法
土壤有机质总量采用油浴加热2K2Cr2O7 容量法 ,而氧化
有机质采用 Anderson 法[2 ] ,土壤有机质组分采用科诺诺娃
法测定[7 ] ,结合态腐殖质分组测定采用雄毅2傅积平改进
法[4 ] . 土壤全 N、全 P、全 K、速效 N、速效 P 和速效 K均采用
常规法[1 ] . 土壤容重等水分物理性质采用环刀法测定.
3 　结果与分析
311 　玉米秸秆还田对土壤有机质及组分的影响
31111 对土壤有机质含量的影响 　不同试验处理土
壤有机质含量的变化情况见表 3.由表 3 可见 ,与试验
前相比 ,不施肥和单施化肥土壤有机质含量分别下降
1. 25 和 1. 20g·kg - 1 ;而有机无机肥料配合施用的各
处理 ,与单施化肥相比土壤有机质含量都有不同程度
化提高 ,各有机物料对土壤有机质提高的顺序依次
为 :100 %秸秆 > 50 %秸秆 > 土粪 > 牛粪 > 33 %秸秆
> 根茬 ,对土壤有机质提高的幅度为 3. 06 %～
27. 78 %.施化肥配和根茬 ,可提高土壤有机质含量
3. 06 % ,但与试验前相比 ,土壤有机质含量有所下降.
与单施化肥相比 ,在施化肥和根茬的基础上再施
50 %秸秆、100 %秸秆、牛粪和土粪 ,土壤有机质含量
显著提高 ,差异达到 0. 05 显著水平. 施入 100 %秸秆
与施入 50 %秸秆相比 ,土壤有机质并没有显著地提
高.由以上分析可见 ,有机无机肥料配合施用是提高
土壤有机质含量极为重要的一项措施. 但应注意 ,化
肥配施有机物料的量 ,施入有机物料的量与土壤有机
质的增量不呈直线正相关 ,单施化肥和根茬不利于土
壤有机质的保持和提高 ,同时 ,施入过多的秸秆会使
秸秆对土壤有机质增加的比率降低.
表 3 　不同处理土壤有机质含量及组分的变化
Table 3 Changes of soil organic matter and its forms in different treat2
ments
处理
Treatment
有机质含量
Total organic
matter
(g·kg - 1)
易氧化有机质
Labile
oxidization
organic matter
(g·kg - 1)
可浸提腐殖酸
Extractable
humus
(g·kg - 1)
胡敏酸
Humic acid
(g·kg - 1)
富里酸
Fulvic acid
(g·kg - 1)
胡/ 富
HA/ FA
ratio
试验前1) 15. 92bc — — — — —
A 14. 67c 11. 46d 3. 49 1. 46 2. 03 0. 72
B 14. 72c 11. 27d 3. 50 1. 40 2. 10 0. 67
C 15. 17bc 12. 50c 3. 54 1. 63 1. 91 0. 85
D 17. 32ab 12. 99b 4. 00 1. 70 2. 30 0. 74
E 18. 56ab 13. 27ab 3. 90 1. 86 2. 04 0. 91
F 18. 81a 13. 60a 3. 98 1. 73 2. 25 0. 77
G 17. 34ab 12. 72bc 3. 54 1. 58 1. 96 0. 81
H 17. 75ab 13. 21b 3. 90 1. 76 2. 14 0. 82
1) :Before the experiment ; A :无肥 Without fertilizers ( CK) ;B :化肥
Chemical fertilizers ;C :化肥 + 根茬 Chemical fertilizers + corn root stub2
ble ;D :化肥 + 根茬 + 33 %秸秆 Chemical fertilizers + corn root stubble
+ 33 %corn straw ; E :化肥 + 根茬 + 50 %秸秆 Chemical fertilizers +
corn root stubble + 50 %corn straw ; F :化肥 + 根茬 + 100 %秸秆 Chem2
ical fertilizers + corn root stubble + 100 %corn straw ; G:化肥 + 根茬 +
牛粪 Chemical fertilizers + corn root stubble + cattle ordure ; H :化肥 +
根茬 + 土粪 Chemical fertilizers + corn root stubble + mixture of cattle
ordure and soil. 应用 LSD 法检验处理间差异程度 ,同一列中没有相
同字母表示差异达到显著水平 ( P = 0. 05) T tests (LSD) was adopted
for testing the difference degree between treatments. The difference was
significant at 0. 05 level if there was no same alphabet in one line. 下同
The same below.
045 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
　　此外 ,在含 C 量相等的条件下 ,玉米秸秆对土
壤有机质的保持和提高好于土粪 ,土粪好于牛粪 ,因
此适量的玉米秸秆直接还田对提高土壤有机质的意
义重大.
31112 对土壤有机质组分及结合态腐殖质的影响 　
不同施肥处理土壤有机质组分及结合态腐殖质的变
化情况见表 3、4. 由表 3、4 中可见 ,施用了有机物料
的各处理易氧化有机质、可浸提腐殖酸及胡敏酸的
含量均明显提高. 与单施化肥比 ,易氧化有机质含量
提高了 10. 91 %～20. 67 % ,差异达到 0. 05 显著水
平 ;可浸提腐殖酸提高了 1. 43 %～14. 28 %. 同时 ,
施用了有机物料的各处理的胡敏酸含量普遍升高 ,
而富里酸的变化无规律 ,但总体上看 , HA/ FA 比值
有所升高. 根据窦森[3 ]的研究 ,玉米秸秆还田后 ,土
壤胡敏酸会变得简单化和年轻化 ,因而胡敏酸的增
加对提高土壤有机质的活性和改善土壤肥力状况是
有利的. 此外 ,施用有机物料各处理的松结合态腐殖
质和紧结合态腐殖质的含量均有所增加 ,且结合态
腐殖酸的松/ 紧比得到了不同程度的提高. 这意味着
土壤有机无机复合度的降低 ,并进一步说明了施用
有机物料会使土壤有机质的活性增强.
单施化肥处理与无肥对照相比 ,其结果差异不
大 ,说明单施化肥仅能满足玉米生长的养分需求 ,对
有机质的组分及结合态腐殖质的影响不大.
表 4 　不同处理土壤结合态腐殖质的变化
Table 4 Changes of bonded humus in different treatments
处理
Treatment
松结态有机质
Slack bonded humus
含量
Content
(g·kg - 1)
占总量 % of
total
( %)
稳结态有机质
Stable bonded humus
含量
Content
(g·kg - 1)
占总量 % of
total
( %)
紧结态有机质
Tight bonded humus
含量
Content
(g·kg - 1)
占总量 % of
total
( %)
各种形态总和
Sum of all
bonded humus
(g·kg - 1)
松/ 紧
Slack/
Stable ratio
A 1. 57 22. 56 1. 77 25. 43 3. 62 52. 01 6. 96 0. 43
B 1. 58 23. 69 1. 49 22. 34 3. 60 53. 97 6. 67 0. 44
C 2. 08 26. 91 1. 57 20. 31 4. 08 52. 78 7. 73 0. 51
D 2. 32 27. 49 1. 93 22. 87 4. 19 49. 64 8. 44 0. 55
E 2. 44 29. 83 1. 89 23. 11 3. 85 47. 06 8. 18 0. 63
F 2. 32 28. 78 1. 77 21. 96 3. 97 49. 26 8. 06 0. 58
G 1. 96 26. 59 1. 57 21. 30 3. 84 52. 11 7. 37 0. 51
H 2. 45 31. 33 1. 21 15. 47 4. 16 53. 20 7. 82 0. 59
312 　玉米秸秆还田对土壤 N、P、K 积累及供应能
力的影响
由表 5 可见 ,与单施化肥相比 ,除处理 3 (化肥
+根茬) 外 ,施用了有机物料的各处理土壤速效 N
含量都明显提高 ,其中 ,施入了 100 %秸秆和土粪的
处理可分别提高土壤速效 N 含量 11. 18 % 和
12192 % ,差异达到 0. 05 显著水平 ;同时 ,这些处理
的土壤全 N 含量也明显增加 ,这意味着土壤 N 素积
累增加. 因为施入有机物料较少的原因 ,处理 3 (化
肥 + 根茬)的全 N 和速效 N 含量与单施化肥相比几
乎没有变化. 可见 ,在常规施化肥的基础上 ,配施一
定量的有机物料有利于土壤 N 素的积累和土壤供
N 能力的提高.
与无肥对照相比 ,施用化肥和有机物料各处理
在一定程度上都能提高土壤全 P 含量 ,且对土壤速
效 P 的提高极为明显 ,可提高土壤速效 P 含量
48197 %～85. 04 % ,差异达到 0. 05 显著水平. 与单
施化肥处理相比 ,施用了有机物料的各处理虽能提
高土壤速效 P 的含量 ,但差异不显著.
不同施肥处理对土壤全 K的影响不大 ,差异不
显著 ,这与试验前土壤全 K含量较高 ( K2O 23106g·
kg - 1 ,表 1)有关. 但对土壤速效 K的影响较明显 ,与
无肥对照比 ,施入了 50 %秸秆、100 %秸秆、牛粪和
土粪的处理可提高土壤速效 K 含量 21. 08 %～
28124 % ,差异达到 0. 05 显著水平. 与单施化肥处理
相比 ,只有土粪处理可显著地提高土壤速效 K 含
量 ,这与土粪中全 K较高 ( K2O 38. 77g·kg - 1 ,表 2)
有关.
表 5 　不同处理土壤的 N、P、K情况
Table 5 States of nitrogen , phosphorus and potassium in different
treatments
处理
Treatment
全 N
Total
N
(N %)
速效 N
Available
N
(mg·kg - 1)
全 P
Total
P
(P2O5 %)
速效 P
Available
P
(mg·kg - 1)
全 K
Total
K
( K2O %)
速效 K
Available
K
(mg·kg - 1)
A 0. 091 72. 30c 0. 131 36. 02b 2. 286 111. 72c
B 0. 095 79. 32bc 0. 144 53. 66a 2. 316 121. 48bc
C 0. 094 79. 66bc 0. 142 56. 04a 2. 332 128. 58ac
D 0. 101 84. 77ab 0. 141 54. 83a 2. 299 127. 50ac
E 0. 100 85. 82ab 0. 145 57. 84a 2. 312 135. 27ab
F 0. 104 88. 19a 0. 142 57. 85a 2. 358 138. 56ab
G 0. 101 86. 71ab 0. 142 61. 32a 2. 537 139. 70ab
H 0. 100 89. 57a 0. 185 66. 65a 2. 353 143. 27a
313 　玉米秸秆还田对土壤水分物理性质的影响
由表 6 可见 ,施用有机物料能够降低土壤容重.
与无肥对照比 ,施用了有机物料处理的土壤容重下
降了 4. 38 %～8. 03 % ,除处理 3 (化肥 + 根茬)外 ,差
异达到 0. 05 显著水平. 同时 ,施用了有机物料处理
1455 期 　　　　　　　　　　　　　　　武志杰等 :玉米秸秆还田培肥土壤的效果 　　　　　　　　
的土壤田间持水量增加了 0. 74 %～6. 41 % ,土壤总
孔隙度增加了 8. 64 %～18. 65 % ,使土壤水分状况
与通气状况得到改善. 单施化肥处理未降低土壤容
重 ,基本上与无肥对照和试验前土壤容重相同.
表 6 　不同处理土壤表层水分物理性质的变化
Table 6 Changes of topsoil phsical properties in different treatments
处理
Treatment
土壤容重
Soil bulk
density
(g·cm - 3)
田间持水量
Field
capacity
( %)
毛管空隙度
Capillary
porosity
( %)
非毛管空隙度
No2capillary
porosity
( %)
总空隙度
Soil
porosity
( %)
A 1. 37a 17. 46 29. 77 9. 81 39. 58
B 1. 36ab 17. 52 30. 18 10. 75 40. 93
C 1. 31ab 17. 59 30. 92 12. 32 43. 24
D 1. 30bc 17. 66 32. 00 11. 50 43. 50
E 1. 28c 18. 33 31. 47 11. 73 43. 20
F 1. 26c 18. 58 31. 42 15. 54 46. 96
G 1. 28c 18. 48 32. 05 13. 88 45. 93
H 1. 28c 18. 51 32. 23 10. 77 43. 00
314 　玉米秸秆还田对作物产量的影响
由表 7 可见 ,土壤有机无机培肥增产效果显著.
与无肥对照比 ,施肥可增产 36. 96 %～59. 32 % ,其
中单施化肥即可增产 36. 96 % ,差异达到显著水平.
与单施化肥处理相比 ,化肥配施有机物料可增产
5190 %～16133 % ,由于年际间的产量差异较大 ,故
差异不显著 ;但与 1999 年的产量比较 ,则差异可达
到显著水平. 这说明无机肥的增产效果特别明显 ,而
有机肥除有一定增产作用外 ,其主要的作用是改善
土壤的物理、化学性质 ,培肥地力.
表 7 　不同处理玉米的产量
Table 7 Corn products in different treatments
处理
Treatment
玉米产量 Corn product (kg·plot - 1)
1997 1998 1999 平均 Average
A 3. 42 3. 14 3. 11c 3. 22b
B 3. 99 4. 30 4. 93b 4. 41a
C 4. 12 4. 34 5. 55a 4. 67a
D 4. 29 4. 41 5. 77a 4. 82a
E 4. 30 4. 51 5. 80a 4. 86a
F 4. 59 4. 7 5. 94a 5. 13a
G 4. 59 4. 66 5. 97a 5. 07a
H 4. 64 4. 73 5. 93a 5. 10a
4 　结 　　论
411 　玉米秸秆直接还田或间接还田是提高土壤有
机质含量及其活性和改善土壤肥力状况极为重要的
一项措施. 但应注意有机物料的施用量 ,本研究建议
玉米秸秆的施入量应为当年生产量的 30 %～50 %.
单施化肥和根茬不利于土壤有机质的保持和提高 ,
同时 ,施入过多的秸秆会使秸秆对土壤有机质增加
的比率降低.
412 　有机、无机肥料配合施用 ,能明显地提高土壤
速效 N、P 和 K的含量 ,且在一定程度上提高了土壤
N、P、K的全量 ,因而增加了土壤大量元素的累积 ,
提高了土壤的供肥能力. 同时 ,施用有机物料能提高
结合态腐殖酸的松/ 紧比值和 HA/ FA 比值 ,增加土
壤田间持水量和土壤孔隙度 ,改善土壤水分状况和
通气状况.
413 　土壤有机无机肥增产效果明显 ,其中无机肥对
增产的贡献较大 ,为 36. 96 %. 与单施无机肥处理相
比 ,有机无机肥配合施用可增产 5. 90 %～16. 33 %.
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作者简介 　武志杰 ,男 ,1962 年生 ,研究员 ,主要从事土壤生
态与新型缓控释肥料研究 ,发表论文 40 余篇 ,参编论著 3
部. E2mail :wuzhijie8322 @sina. com
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