全 文 ：第 34 卷第 18 期
2014年 9月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.18
Sep.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金(U1033004); 广西农科院基金(2011JM12,2014JZ18); 农业部科技专项(201203030,201003014,201203021)
收稿日期:2014鄄05鄄09; 摇 摇 修订日期:2014鄄08鄄11
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: lqzhou@ gxaas.net
DOI: 10.5846 / stxb201405100950
周柳强,黄美福,罗文丽,区惠平,曾艳,黄金生,谭宏伟.粉碎和添加菌剂对红壤区自然堆沤条件下稻秆养分释放的影响.生态学报,2014,34(18):
5200鄄5205.
Zhou L Q, Huang M F, Luo W L, Ou H P, Zeng Y, Huang J S, Tan H W.Straw nutrient releasing regularity under comminution and addingstem rot agent
in red soil region.Acta Ecologica Sinica,2014,34(18):5200鄄5205.
粉碎和添加菌剂对红壤区自然堆沤条件下
稻秆养分释放的影响
周柳强1,*,黄美福1,罗文丽1,区惠平1,曾摇 艳1,黄金生1,谭宏伟2
(1. 广西农科院农业资源与环境研究所, 南宁摇 530007; 2. 广西农科院甘蔗研究所, 南宁摇 530007)
摘要:通过对新鲜稻秆进行粉碎或添加菌剂处理,探索在红壤区气候条件下,稻秆加速腐化的技术措施及其 N、P、K养分释放特
征,为合理利用秸秆的养分资源提供科学依据。 在每个 60cm伊120cm 的 200 目尼龙滤布袋装入 5kg 新鲜水稻秸秆,设置原状、
粉碎、粉碎+腐熟剂和粉碎+农家肥等 4种处理,尼龙滤布袋置放在田间自然条件下堆沤,在处理后的第 0、10、28、35、51、74天和
91天采集样本测定秸秆的干物质、水分和氮、磷、钾养分含量,求算秸秆的干物质腐解及养分释放规律。 经过 91d 自然堆沤置
放后,粉碎过的稻秆,干物质腐解率比不处理的水稻秸秆提高 4郾 2%(绝对值,下同),N、P、K 养分释放率提高 10郾 4%、6郾 8%、
12郾 2%;在粉碎的基础上,添加菌剂后的干物质腐解率提高 6郾 3%—7郾 3%,N、P、K 养分释放率提高 1郾 0%—5郾 8%、11郾 6%—
14郾 9%、2郾 2%—5郾 3%;粉碎后的水稻秸秆在腐解 20d内 P 素养分的释放强度在腐解高峰期明显受到抑制,但添加菌剂后,则消
除了对 P 素释放的抑制作用。 秸秆粉碎后加入腐熟剂或农家肥均促进秸秆的腐解和氮磷钾的释放,商品腐熟菌剂若无针对性,
则对水稻秸秆的腐熟无明显效果。
关键词:水稻秸秆;红壤区;腐解规律;养分释放
Straw nutrient releasing regularity under comminution and addingstem rot agent
in red soil region
ZHOU Liuqiang1,*, HUANG Meifu1, LUO Wenli1, OU Huiping1, ZENG Yan1, HUANG Jinsheng1, TAN Hongwei2
1 Agricultural Resources and Environmental Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007,China
2 Sugarcane Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China
Abstract: Finding methodsto accelerate the straw decompositionprovides a scientific basis for straw utilization in red soil
region.An experiement was conducted to compare the effects of straw treated with comminution and added stem rot agent on
the nutrient releasing regularity of N, P and K.Four treatmentswere designed including in鄄site (CK),crushing,crushing +
stem rot agent and crushing +farmyard manure.Each of five kg offresh rice straw was packed in 200 mesh nylon filter bag
with a size of 60 cm伊120 cm, then placed in the field conditions. The dry matter, moisture and N, P, K nutrient of straw
were measured in 0, 10, 28, 35, 51, 74 and 91 days. The results showed that crusting treatment increased the straw
decomposition rate by 4.2% compared with CK in 91th day, and the N, P and K nutrient release accordingly increased by
10.4%, 6.8% and 12.2%, respectively. Under crusting combined withstem rot agent treatment, the straw decomposition
rate was increasedsignificantly by 6.3%—7.3%, and N, P and K nutrient release increased by 1.0%—5.8%, 11.6%—
14郾 9% and 2.2%—5.3%, respectively. However, P release was obviously inhibited in 20 days under crushing treatment,
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while crushing +microbes treatment did eliminated this inhabitationphenomenon. Rice straw treated with crushing combined
with stem rot agent or farmyard manure could promote strawdecomposition and nutrient release, but the promotion effect is
not significant when combined with non鄄specific stem rot agent.
Key Words: rice straw; red soil; decomposing regulate; nutrient release
摇 摇 秸秆中含有丰富的营养元素,据相关报道表明,
世界上每年大约有 20亿 t的秸秆资源来自种植的各
种谷类作物,但其中被利用的部分仅占 10%左右,我
国每年生产约 7 亿 t 的秸秆,其中被利用的不足
2000万 t,约 97%的秸秆被焚烧、堆积或者遗弃[1鄄2],
广西农业秸秆资源年理论总产量超过 5000 万 t,但
综合利用率不足 30%,经过技术处理后利用不足
5%[3鄄4],由于稻杆的腐化速率慢,影响稻田的机耕耘
耙,许多农民在水稻收割后就地焚烧稻草秸秆,造成
大量的资源浪费。 因此,如何加快稻杆的腐化速率,
是秸秆资源化应用重要的科学技术瓶颈问题。 国内
许多学者的研究结果表明,粉碎处理可以促进秸秆
的腐解[2,5鄄7],填埋深度不同也影响秸秆的腐解速
度[8],添加有利于秸秆腐解的微生物菌剂[9]或通过
调节秸秆 pH、C / N比等多种方式均可有效的促进秸
秆的腐解速度[10鄄11];随着水稻收割机械化的逐渐普
及,秸秆粉碎已成为稻谷收获的结果,如何加速粉碎
后的秸秆的自然腐解速率,并形成有效的简易技术
向农民推荐,是秸秆养分有效利用需要解决的现实
问题,本研究对刚收获的新鲜水稻秸秆经人工粉碎,
然后通过淋农家肥液(自然菌剂)及添加商业的腐熟
菌剂,探索水稻秸秆在自然环境下的腐解速率及养
分释放的影响,现把本研究的结果总结如下。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验材料
试验于 2012 年 7 月—10 月在广西南宁市广西
农科院试验基地的水田田面上进行堆沤处理(期间
田面不再进行耕作),土壤类型为第四纪红土发育的
水稻土,供试材料为收割后第 2天的新鲜水稻秸秆。
1.2摇 试验处理和试验条件
秸秆堆沤腐解在密闭的尼龙滤袋中进行,尼龙
网袋规格为 60cm伊100cm,孔径 200 目。 每个尼龙滤
袋装新鲜秸秆 5kg,各处理扎好后平摊置放在水田田
面上,试验区四周开有排水沟,接受自然条件下的日
晒雨淋;期间的日平均气温在 22—29益,极端高温为
35.5益,极端低温 16.8益,降雨天数为 48d,降雨量
0郾 5—215mm,总降雨量为 848. 6mm。 设如下处理:
CK(原状秸秆(大约 65cm))、粉碎秸秆(秸秆长度短
于 2cm)、粉碎秸秆+菌剂和粉碎秸秆+农家肥。 其中
粉碎秸秆+菌剂处理所用腐熟剂为本地市场上随机
购买的商业有机物料腐熟剂(包装袋上标注有效活
菌数 0.5亿 / g),每个尼龙滤袋用量为 60g,兑 3 kg水
喷洒。 粉碎秸秆+农家肥处理所用农家肥为普通农
家猪粪水,按猪粪水 1颐5 比例兑成肥水(养分测试结
果 N 712 mg / L,P 2O5 38mg / L,K2O 650mg / L),每个
尼龙滤袋喷洒 3kg 肥水。 CK 和粉碎处理每个尼龙
滤袋喷洒 3 kg清水,使秸秆充分吸收水分。 各处理
均设 3次重复。
1.3摇 采样和分析方法
试验于 2012 年 7 月 24 日开始,分别于秸秆处
理后的第 0、10、28、35、51、74 天和 91 天采集腐解袋
中部秸秆样品,测定含水量、干物质及氮、磷、钾养分
含量,单位干物质的减轻及其 N、P、K 养分总量的减
少部分,均被视为秸秆被微生物所腐解后,释放到自
然环境中(加农家肥粪水处理及添加商品菌剂所带
来的养分与秸秆腐解释放的养分相比,数量太少,忽
约不计),从而求算秸秆干物质的腐解强度、氮、磷、
钾释放强度及试验期间的秸秆的腐解率。 采集的秸
秆样本在采样 2h 内测定含水量,并经 110益高温灭
菌 1h后,再降温到 50—60益抽风干燥箱烘干 24h,
粉碎制样。 样本均用 H2SO4鄄H2O2消煮,用开氏定氮
法、钼锑钪比色法和火焰光度法分别测定秸秆样本
中的全氮、磷、钾养分含量。
腐解率(%)= (开始腐解的干物质量-试验结束后干
物质量) /开始腐解的干物质量伊100 (1)
腐解强度(g kg-1 d-1)= 单位腐解率( g / kg) /腐解时
间(d) (2)
1.4摇 统计分析
使用 Excel 进行数据计算和图表制作,用 DPS
1025摇 18期 摇 摇 摇 周柳强摇 等:粉碎和添加菌剂对红壤区自然堆沤条件下稻秆养分释放的影响 摇
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软件对数据进行统计分析。
2摇 结果分析
2.1摇 不同秸秆处理方式对水稻秸秆干物质腐解动
态的影响
新鲜水稻秸秆,经粉碎、粉碎+菌剂(农家肥和商
业菌种)处理后,在腐解的初期(0—10d),干物质的
平均腐解强度明显获得增强,腐解强度提高了
13郾 6—46.3%,以添加商品菌剂处理的腐解强度的提
高幅度最为显著,这可能与微生物群落突然增加有
关,粉碎处理增加秸秆与环境的接触面,环境微生物
的侵入,亦可提高微生物群落数量。 腐解 10d 以后,
各处理平均腐解强度明显比前期降低,以粉碎处理
的降低幅度最为明显,平均腐解强度仅为前一时期
的 19.8%,亦明显低于同时期的对照处理,仅为对照
处理的 48.6%,这一时期的腐解强度明显降低可能
与微生物腐解过程中氮素供应不足有关;经过 35d
的自然腐解后,各处理的干物质腐解强度又明显升
高,经粉碎、粉碎+菌剂(农家肥和商业菌种)处理的
秸秆平均腐解强度又明显高于对照处理;在 91d 观
测试验 6 次采样测试获得的数据表明,水稻秸秆的
腐解强度是一种螺旋式的升高—降低—再升高—再
降低并逐步降低的过程,整个试验期间,经粉碎、粉
碎+菌剂(农家肥和商业菌种)处理后的干物质平均
腐解强度比对照(原状)处理提高 0.73—1.79 g kg-1
d-1,提高幅度为 9. 5%—23. 2%。 本试验的结果说
明,新鲜水稻秸秆经粉碎、粉碎+菌剂(农家肥和商业
菌种)处理后,在腐解前期能明显促进秸秆的干物质
腐解,经过腐解高峰后,各处理与对照基本趋于
一致。
表 1摇 不同秸秆处理方式下水稻秸秆干物质腐解强度的变化(g kg-1 d-1)
Table 1摇 Rice straw decomposing intensity under different treatments
秸秆腐解时间
Straw decay time
CK(原状)
Control ( In鄄site)
粉碎
Crushing
粉碎+菌剂
Crushing + stem rot agent
粉碎+农家肥液
Crushing + farmyard manure
07鄄24—08鄄03 13.46cC 17.13bB 20.94aA 18.43bB
08鄄03—08鄄20 6.58aA 3.39bB 6.35aA 5.76aA
08鄄20—08鄄28 11.88dD 13.50cC 14.70bB 17.39aA
08鄄28—09鄄13 6.99bB 8.23aA 5.25cC 5.37cC
09鄄13—10鄄06 5.72cC 7.12bB 7.64bAB 8.32aA
10鄄06—10鄄23 1.65aA 1.32bB 1.36bB 1.73aA
平均 Average 7.71aA 8.45aA 9.37aA 9.50aA
摇 摇 不同采样时期间:F= 43.78; **LSD0.05 = 2.433 (g kg-1 d-1); LSD0.01 = 3.365 (g kg-1 d-1)
2.2摇 不同秸秆处理方式对水稻秸秆养分含量变化
的影响
秸秆在腐解过程中,N 养分含量基本呈初期显
著下降,然后逐步提高的趋势;P 养分含量初期稍下
降,然后逐步提高的趋势;而 K 养分初期稍有提高,
然后逐步下降的趋势。
新鲜水稻秸秆,经粉碎、粉碎+菌剂(农家肥和商
业菌剂)处理后,各腐解阶段的 N、P、K 养分含量均
明显高于对照处理,这可能与微生物群落数量提高
有一定的关系;粉碎与粉碎+菌剂处理间的 N、P、K
养分含量差异基本不明显。
表 2摇 不同秸秆处理方式的不同腐解时期的秸秆养分含量(g / kg)
Table 2摇 Straw nutrient content under different treatmentsin different sampling time
养分
Nutrient
采样时期
Sampling time
CK(原状)
Control ( In鄄site)
粉碎
Crushing
粉碎+菌剂
Crushing +
stem rot agent
粉碎+农家肥液
Crushing +
farmyard manure
N 07鄄24 25.49 25.49 25.49 25.49
08鄄03 11.97bB 14.50aA 13.96aA 14.64aA
08鄄20 13.11bB 16.86aA 16.48aAB 17.92aA
08鄄28 14.62cC 17.34bB 17.62bB 19.96aA
09鄄13 14.05cC 19.26aA 18.56bB 18.97aAB
10鄄06 17.54cBC 19.43aA 16.93cC 18.52bAB
10鄄23 17.98dC 20.70aA 18.81cBC 19.58bB
2025 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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续表
养分
Nutrient
采样时期
Sampling time
CK(原状)
Control ( In鄄site)
粉碎
Crushing
粉碎+菌剂
Crushing +
stem rot agent
粉碎+农家肥液
Crushing +
farmyard manure
P 07鄄24 1.910 1.910 1.910 1.910
08鄄03 1.505 bB 1.677 abAB 1.690 aAB 1.795 aA
08鄄20 1.613 cB 1.789 bcAB 1.800 abAB 1.978 aA
08鄄28 2.107 dD 2.274 cC 2.389 bB 2.500 aA
09鄄13 2.002 bB 2.109 bAB 2.443 aA 2.466 aA
10鄄06 2.842 bA 2.968 abA 3.054 aA 3.092 aA
10鄄23 2.866 bA 3.130 aA 3.236 aA 3.274 aA
K 07鄄24 16.60 16.60 16.60 16.60
08鄄03 20.42 bB 21.85 aA 21.36 aAB 21.23 abAB
08鄄20 16.03 bA 18.48 aA 17.77 aA 17.59 abA
08鄄28 16.32 cB 18.18 bA 19.25 aA 17.69 bAB
09鄄13 17.36 dC 21.03 aA 19.55 bB 18.44 cBC
10鄄06 8.77 bB 10.26 aA 10.18 aA 9.65 aAB
10鄄23 10.17 cC 12.54 aA 12.34 aAB 11.70 bB
2.3摇 不同秸秆处理方式对水稻秸秆养分腐解动态
的影响
秸秆的腐解与秸秆的 C / N 比有密切相关,有机
C的腐解是 NPK养分腐解的基础[10],有机 C腐解过
程中的养分释放,对微生物群落的发展变化有直接
的影响(图 1),不同秸秆处理后,N、P、K 养分腐解
27d内有明显的差异,在相同的自然环境下,粉碎处
理后的秸秆,P 素养分的腐解高峰期的腐解强度明
显受到抑制,腐解强度比对照处理降低了 43.1%,但
添加菌剂后,则消除了 P 素腐解的被抑制作用;经粉
碎、粉碎+菌剂(农家肥和商业菌种)处理后,在整个腐
解试验期内(91d)的 N、K 养分腐解强度普遍均高于
对照处理,其中 K养分在腐解 10d内的平均腐解强度
比对照明显提高了 36.3%—62.9%。
图 1摇 不同处理方式对水稻秸秆养分腐解强度的影响
Fig.1摇 Nutrient release of rice straw under different treatments
3025摇 18期 摇 摇 摇 周柳强摇 等:粉碎和添加菌剂对红壤区自然堆沤条件下稻秆养分释放的影响 摇
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2.4摇 不同秸秆处理方式对水稻秸秆腐解率的影响
新鲜水稻秸秆,经粉碎、粉碎+菌剂(农家肥和商
业菌种)处理 91d 后,干物质、N、P、K 养分的腐解率
分别比对照提高 4. 2%—11. 5% (绝对值,下同)、
10郾 4%—16郾 2%、6郾 8%—21郾 7%、12郾 2%—17郾 5%;添
加菌剂后,水稻秸秆的干物质、N、P、K养分腐解率亦
提 高 了 6郾 3%—7郾 3%、 1郾 0%—5郾 8%、 11郾 6%—
14郾 9%、2郾 2%—5郾 3%,可见粉碎和添加菌剂处理,均
可促进水稻秸秆的腐解和养分的释放,商品性的菌
剂与自然条件下的常规菌剂(农家肥水)对水稻秸秆
腐解,本试验条件下无明显的优势。
表 3摇 不同秸秆处理方式下水稻秸秆腐解率 / %
Table 3摇 Rice straw decompose rate under different treatments
养分
Nutrient
CK(原状)
Control ( In鄄site)
粉碎
Crushing
粉碎+菌剂
crushing + stem rot agent
粉碎+农家肥液
crushing + farmyard manure
干物质 Dry matter 61.30 cC 65.46 bB 71.79 aA 72.81 bB
摇 摇 N 34.74 cC 45.11 bB 46.08 bA 50.91 aA
摇 摇 P2O5 47.16 cB 53.93 bB 65.58 bAB 68.85 aA
摇 摇 K2O 57.14 bB 69.32 bAB 74.60 aA 71.53 aAB
3摇 结论与讨论
本试验的结果说明,粉碎、添加自然菌剂均可以
加速水稻秸秆的腐解,在 91d 内,粉碎的水稻秸秆,
干物质腐解率比不处理的水稻秸秆提高 4郾 2%(绝对
值,下同),N、P、K 养分释放率提高 10郾 4%、6郾 8%、
12郾 2%。 水稻秸秆的外部形态影响干物质腐解量和
腐解率,一方面粉碎后的秸秆总表面积增加,增大了
与外界环境的的接触面,秸秆接触面越大,微生物繁
殖生长面随之越大,微生物数量增多,促进秸秆的腐
解和养分的释放;另一方面原状水稻秸秆紧密度低,
水分挥发流失快,而粉碎后的秸秆紧密度高,锁水能
力优于原状秸秆,腐解过程中微生物的繁殖生长需
要保持一定的水分条件,水分含量低,微生物生长受
阻,不利于腐解的进行和养分的释放。 在粉碎的基
础上,添加菌剂后的干物质腐解率提高 6郾 3%—
7郾 3%,N、 P、 K 养分释放率提高 1郾 0%—5郾 8%、
11郾 6%—14郾 9%、2郾 2%—5郾 3%。 微生物对有机化合
物分解起重要作用,外源微生物的加入,在适宜的条
件下能增加秸秆微生物数量,而微生物分泌物是多
种酶的来源,酶活性增加可加速各种物质分解,提高
干物质腐解率和养分释放率[5,8,11]。
新鲜水稻秸秆经粉碎、粉碎+菌剂(农家肥和商
业菌种)处理后,在腐解前期能明显促进秸秆的干物
质腐解,经过腐解高峰后,各处理与对照基本趋于一
致。 水稻秸秆腐解速率总体表现为早期快后期慢的
特点,最后趋于平稳[9,11,14],在一些研究中,水稻秸秆
的腐解高峰在腐解前 15d[11]。 秸秆外部形态不同,
造成结果过程中的水分和微生物生长面不同,腐解
前期,粉碎、粉碎+菌剂处理的秸秆在适宜的条件下
促进微生物生长,加快秸秆组织结构的破坏,易分解
物质被快速分解,腐解量明显比原状秸秆提高。 随
着腐解的进行,一方面易分解物质逐渐减少,粉碎、
粉碎+菌剂处理的秸秆对秸秆的腐解难以有明显的
提高,另一方面,原状秸秆的紧密度逐渐增加,水分
条件逐渐转好,对微生物的繁殖较之前有一定的促
进作用,在一定程度上可促进干物质的腐解,最后各
处理间的干物质腐解量逐渐趋于一致。
粉碎后的水稻秸秆在腐解 20d内 P 素养分的腐
解高峰期的腐解强度明显受到抑制,但添加菌剂后,
则消除了 P 素腐解的被抑制作用;N、K 养分腐解强
度普遍均高于对照处理。 在秸秆腐解过程中,微生
物不断以碳源物质为能源,利用秸秆腐解的各种养
分合成自身所需物质,在微生物和酶的作用下,部分
氮素被分解成铵态氮或硝态氮等无机氮形式,以气
态或水溶态形式释放[15]。 粉碎、粉碎+菌剂处理在
腐解前期干物质腐解量明显高于对照处理,提供给
微生物的能源物质增加,促进微生物生长和酶活性
增加,对 N素分解释放随之增加。 秸秆中的钾绝大
部分以离子态形式存在[12],容易随水流失,粉碎后
的秸秆增大整体表面积,K 更容易随分水移动而流
失。 秸秆中 P 的腐解受酶活性影响较大,特别是磷
酸酶。 本试验中,原状秸秆 P 腐解强度比单纯的粉
碎秸秆处理高,而加入外源微生物菌剂后,P 腐解强
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度与对照无明显差异,可能是外源菌剂增加一定的
微生物种群和数量在一定程度上提高了磷酸酶活
性,但具体原因还有待进一步研究。
秸秆的腐熟需要一定特征的微生物群落,本试
验选用的腐熟菌剂可能对水稻的腐解并未形成优势
群落,虽然能在一定程度增加秸秆干物质腐解量和
N、K的释放,但总体效果稍差于农家肥带有的微生
物群落,因而选用商品腐熟剂时应对该菌落特征有
所了解后慎重采用。
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