全 文 ：中国生态农业学报 2010年 7月 第 18卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2010, 18(4): 736−741


* 国家科技支撑计划项目(2007BAD89B05, 2006BAD05B05)资助
匡恩俊(1982~), 女, 硕士, 研究实习员, 研究方向为土壤肥力。E-mail: kuangenjun2002@163.com
收稿日期: 2009-09-11 接受日期: 2010-01-13
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00736
三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究*
匡恩俊 迟凤琴 宿庆瑞 张久明 高中超
(黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所 黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室 哈尔滨 150086)
摘 要 利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过
150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在 33.7%~61.1%之间, 秸秆还田分解趋势为: 土埋处理>露天处理, 土埋
玉米秸秆>土埋大豆秸秆, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时
间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变
化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为 39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸
秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为 51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而
磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高 49.4%、56.7%。作为还田物料玉
米秸秆要好于大豆秸秆。
关键词 玉米 大豆 秸秆还田 腐解规律 养分释放率 组织结构
中图分类号: S141.9 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)04-0736-06
Decomposition regularity of organic materials in Sanjiang Plain region
KUANG En-Jun, CHI Feng-Qin, SU Qing-Rui, ZHANG Jiu-Ming, GAO Zhong-Chao
(Institute of Soil Fertilizer and Environment Resource, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences;
The Key Laboratory of Soil Environment and Plant Nutrition, Heilongjiang Province, Harbin 150086, China)
Abstract Net bag method was used to determine the decomposition characteristics of soybean and maize stalks under two ap-
proaches of returning crop residues into soils. The results show that after 150 days of composting, residual rates of maize and soy-
bean stalks are between 33.7%~61.1% under the two treatments. The order of decomposition rate of the stalks is: soil-covered treat-
ment > open-air treatment, soil-covered maize stalk > soil-covered soybean stalk. Decomposition regularities of soybean and maize
stalks in open-air are almost the same. As for the cell structure, with the time of treatments, tissues become blurred and loose, paren-
chyma and vascular bundles break-down, and intracellular matters disappear in maize stalk. However, there is no significant change
in tissue structures of soybean stalk. Organic carbon decomposition rates of different organic materials are respectively 39.9%~48.9%
and 49.6%~65.8% under open-air and soil-covered treatments. Stalk decomposition rates under soil-covered treatments are higher
than open-air treatments. Decomposition rates of total N and K are respectively 51.1%~67.7% and 74.6%~91.7%. For maize, the
decomposition rates of total P are respectively 49.4% and 56.7% higher than soybean under open-air and soil-covered treatments.
With regard to material returned to the soil, maize stalk is superior to soybean stalk.
Key words Maize, Soybean, Stalk returning into soil, Decomposition regularity, Nutrition release rate, Tissue structure
(Received Sept. 11, 2009; accepted Jan. 13, 2010)
秸秆还田已成为土壤有机培肥的重要措施, 并
对作物有明显增产效果[1−2]。关于秸秆不同还田方式
对作物生长特性、养分吸收和产量的影响已多见报
道[3−5]。大量研究表明, 作物秸秆的腐解速度与耕作
方式、秸秆腐熟剂有关[6−9]; 王允青等[10]模拟田间秸
秆还田的 3 种方式, 探索不同还田方式下小麦、油
菜的秸秆腐解特征和氮磷钾养分释放特征; 李逢雨
等[11]则主要从组织结构变化上阐述麦秆、油菜的腐
解规律。但有关主产区为东北地区的玉米和大豆 ,
其秸秆还田后的分解状况报道并不多[12−13]。本试验
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分别选择三江平原机械化秸秆还田条件下, 玉米和
大豆残体腐解规律以及不同还田方式下不同阶段秸
秆氮磷钾养分释放特征, 为合理施用秸秆与养分资
源管理提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于 2008 年 5 月 15 日在黑龙江省红兴隆农
垦科学研究所试验地进行, 土壤化学性质为碱解氮
128.8 mg·kg−1, 速效磷 23.4 mg·kg−1, 速效钾 143.2
mg·kg−1, 有机质 50.8 g·kg−1。
供试有机物料为玉米秸秆和大豆秸秆, 其养分
特征见表 1。秸秆腐熟剂是一种加速有机物分解的
复合微生物菌剂, 每克含菌量≥0.5亿个。
1.2 试验设计
试验采用尼龙网袋模拟田间秸秆还田(露天和
土埋)方式, 探明秸秆在地表覆盖和土埋条件下的腐
解特征和养分释放特征。秸秆设 4 个处理: 玉米秸
秆(1); 玉米秸秆＋秸秆腐熟剂(2); 大豆秸秆(3); 大
豆秸秆＋秸秆腐熟剂(4)。地表覆盖(A)处理为各种秸
秆置于地表, 用少许土固定; 土埋(B)处理为各种秸
秆埋于土壤中, 埋深 5~10 cm。
1.3 试验方法
每个处理用尼龙袋(20目)装 50 g(3~5 cm长)作
物秸秆, 扎实袋口, 7次重复。秸秆腐熟剂按每公顷
还田 15 t秸秆用 30 kg腐熟剂, 网袋用量按大田用量
的 20倍计算, 即 50 g秸秆加 2 g秸秆腐熟剂。试验
共进行 150 d。各处理每 15~30 d取样 1次, 用水冲
洗干净, 烘干称重, 计算秸秆腐解损失量。秸秆全
氮、全磷、全钾参照土壤农业化学分析方法[14]测定,
有机碳用丘林法测定。
电镜观察方法: 先将秸秆样品放入蒸馏水中加
热 1~2 h, 将软化好的样品切成约 1 mm的小段, 放
到固定液中固定, 脱水, 干燥。再将样品用导电胶带
放到样品台上, 在其表面喷涂 1层 150 nm的金膜(日
立公司离子建设镀膜仪 , E-1010 型号), 使用日立
S-3400 N扫描电镜观察。
秸秆残留率=秸秆残留量(g)/50×100% (1)
秸秆养分释放率=(秸秆某养分原始含量－秸秆
某养分剩余含量)/原始养分含量×100% (2)
2 结果与分析
2.1 作物秸秆生物量的残留状况
残留率是秸秆分解质量的评价标准之一, 秸秆
残留越少, 说明其分解的效果越好。露天处理玉米
和大豆秸秆均随着时间的延长逐渐分解, 经过 150 d,
玉米和大豆秸秆残留率为 53.4%~61.1%(图 1a)。秸
秆还田在露天条件下分解速率较为稳定, 前 2 个月
月分解率平均为 10.4%, 后 3 个月月分解率平均为
8.6%。玉米、大豆秸秆在分解过程中有明显差异, 表
现为大豆秸秆比玉米秸秆易于分解, 前者比后者残
留率平均低 5.8%。但 150 d 以后, 玉米、大豆秸秆
生物量残留率都在 53%左右。说明秸秆还田在露天
条件下分解速率一致。加入秸秆腐熟剂对玉米和大
豆秸秆露天分解无明显影响, 主要是由于微生物制
剂附着在作物秸秆上, 接触不到土壤, 暴露在空气

表 1 供试有机物料的养分含量
Tab. 1 Nutrition contents of tested organic materials g·kg−1
有机物料
Organic material
有机碳
Organic C
全氮
Total N
全磷
Total P
全钾
Total K
粗蛋白
Crude protein
粗脂肪
Crude fat
粗纤维
Crude fiber
大豆秸秆 Soybean stalk 428.1 7.2 1.8 4.7 44.8 11.8 525.8
玉米秸秆 Maize stalk 427.6 11.2 4.4 12.2 70.3 4.8 256.0


图 1 露天(a)、土埋(b)处理对秸秆残留状况的影响
Fig. 1 Residual rates of stalks under open-air (a) and soil-covered (b) treatments
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中, 接触不到足够的水分, 从而发挥不了作用。
作物秸秆土埋处理分解速度高于露天处理, 其
速率高出 9.4%~20%左右。土埋处理前期大豆秸秆分
解较快, 残留较低; 后期玉米秸秆分解较快(图 1b),
150 d 时大豆、玉米秸秆残留率达到 33.7%~47.9%,
秸秆残留率大豆秸秆比玉米秸秆高 14.2%; 加腐熟
剂后, 玉米秸秆在分解过程中速率增加, 但在 150 d
后分解总量有所下降 , 大豆秸秆分解率差异不
明显。
比较露天和土埋处理玉米秸秆不同时期残留率
(图 2)发现, 60 d 时玉米秸秆土埋比露天残留率低
10%, 加腐熟剂后土埋处理残留率比露天低 29.3%;
150 d 时玉米秸秆土埋处理比露天残留率低 19.8%,
加腐熟剂后土埋处理比露天低 17.8%。由此可知, 土
埋有利于秸秆残体的腐解, 其适当的水分、温度、
土壤条件使腐熟剂发挥了较好效果。


图 2 不同还田处理玉米秸秆残留率比较
Fig. 2 Residual rate of maize stalks in different returning
treatments

2.2 作物秸秆组织结构的变化
为进一步探索秸秆腐解程度与秸秆组织破坏程
度的关系, 观察部分秸秆的组织结构图(扫描电镜)。
图 3是在 30倍电镜下观察的玉米秸秆横切面。由图
3a 可知, 玉米秸秆的横切面主要由表皮、维管束和
基本组织组成。玉米秸秆还田之前(图 3a), 表皮、维
管束和基本组织完好, 细胞质的残留物还留在细胞
内部, 细胞较充实, 且排列整齐紧密。还田 30 d, 部
分维管束松动, 秸秆腐解进程缓慢(图 3b、3e); 还田
60 d, 秸秆分解率达到高峰, 玉米秸秆的组织结构
模糊, 松散, 部分基本组织遭到破坏(图 3c、3f); 还
田 150 d, 玉米秸秆的基本组织和维管束均遭到破坏,
就单个薄壁细胞而言其细胞壁变薄, 细胞排列疏松,
细胞内物质消失, 结构破裂模糊, 松散(图 3d、3g)。
从图片上可以看出同一时期土埋处理(图 3f、3g)秸
秆组织结构的破坏程度大于露天处理(图 3c、3d)。
大豆秸秆随着取样时间的延长表现为内容物越
来越少, 内部结构松散, 但在电镜图片上不同阶段
观察变化不明显, 故未列出图片。
2.3 作物秸秆有机碳的分解率
无论露天和土埋, 有机物料中有机碳分解速度
均在前期较快, 后期分解缓慢。
由图 4a可知, 露天处理各有机物料有机碳的分
解率呈相同趋势, 均随时间的延长, 分解率增加。在
初期有机碳分解较慢, 在 60~90 d, 随着温度升高,
有机碳分解率明显增加, 玉米秸秆、大豆秸秆月分
解率分别为 21.7%、12.7%; 90 d之后, 有机碳分解
缓慢; 到 150 d时玉米秸秆和大豆秸秆分解 48.9%和
44.7%, 这与秸秆生物量的分解趋势是一致的, 因为
秸秆中 42%左右的干物质是由有机碳组成的。加腐
熟剂对玉米和大豆秸秆的有机碳分解无明显影响。
土壤的生态环境有利于秸秆的腐解, 埋于土壤
中的玉米和大豆秸秆有机碳分解速度明显高于露天
处理(图 4b)。经过 150 d的土埋处理, 玉米和大豆秸
秆有机碳分解率分别为 65.9%、56.2%; 加秸秆腐熟
剂后, 有机碳分解率有降低的趋势, 但差别不明显。
2.4 不同有机物料氮磷钾养分释放规律
作物秸秆在不同还田方式下释放养分的规律有
很大差别。露天条件前期作物秸秆分解较快, 在 15 d
时达到高峰, 氮素释放率达到 40%以上, 之后释放
逐渐减慢; 在 150 d时大豆秸秆有 65.4%、玉米秸秆
有 51.1%的氮释放出来(图 5a), 大豆秸秆的氮释放率
大于玉米秸秆。土埋处理玉米秸秆在 45 d、大豆秸
秆在 30 d时氮素释放率达到高峰, 比露天条件释放
高峰晚 15~30 d。在 150 d 时, 玉米和大豆秸秆有
67.7%的氮被释放出来(图 5b), 二者一致。加入腐熟
剂对露天和土埋处理秸秆氮素释放影响不大。
露天处理 150 d 后, 玉米、大豆秸秆 27.1%~
81.8%的磷素被释放(图 6a), 玉米秸秆的磷素释放率
比大豆秸秆高 49.4%。土埋处理玉米、大豆秸秆中
15.4%~89.8%磷素被释放(图 6b), 玉米秸秆的磷素
释放率比大豆秸秆高 56.7%。有学者研究表明不同
还田方式下 90%以上的磷被释放[10], 与本研究结果
有一定差异, 可能是由于不同秸秆的养分释放特征
有所不同造成的。不论是露天还是土埋, 玉米和大
豆秸秆磷的释放率都在 15 d时达到高峰, 然后进入
缓慢分解阶段, 且玉米秸秆磷的释放率都高于大豆
秸秆, 说明玉米秸秆在土壤中释放磷素量要远远高
于大豆秸秆。玉米和大豆秸秆加腐熟剂后磷素释放
率无明显变化。
露天条件下经过 150 d的分解, 玉米、大豆秸秆
第 4期 匡恩俊等: 三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究 739


中大约 80%的钾素被释放出来(图 7a), 大豆秸秆钾
的释放率在前期高于玉米秸秆, 分解 150 d 时钾素
释放率趋于稳定且与玉米秸秆相同。土埋处理与露
天处理结果相似, 在埋土 60 d 后, 各处理钾素释放
率趋于平稳, 在 150 d 后玉米、大豆秸秆中 83.2%~
91.7%的钾素被释放(图 7b)。秸秆中的钾很容易被水
浸提释放出来[10−11], 本试验是在旱田条件下进行的,
钾的释放量也较高 , 可能是由于三江平原降雨


图 3 不同处理对玉米秸秆组织结构变化的影响
Fig. 3 Effects of different treatments on the tissue structure of maize stalks
a、b、c、d、e、f、g分别为还田之前(a)、露天(b、c、d)和土埋(e、f、g)处理分解 30 d、60 d、150 d后的玉米秸秆组织结构图。a, b, c,
d, e, f and g are the maize stalks tissue structure before incorporation (a), after decomposition for 30 days, 60 days, 150 days under open-air (b, c, d)
and soil-covered (e, f, g) treatments, respectively.
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图 4 露天(a)、土埋(b)处理对秸秆有机碳分解率的影响
Fig. 4 Decomposition rates of maize and soybean stalks organic C under open-air (a) and soil-covered (b) treatments


图 5 露天(a)、土埋(b)处理玉米、大豆秸秆氮素释放率
Fig. 5 N releasing rates of maize and soybean stalks under open-air (a) and soil-covered (b) treatments


图 6 露天(a)、土埋(b)处理玉米、大豆秸秆磷素释放率
Fig. 6 P releasing rates of maize and soybean stalks under open-air (a) and soil-covered (b) treatments


图 7 露天(a)、土埋(b)处理玉米、大豆秸秆钾素释放率
Fig. 7 K releasing rates of maize and soybean stalks under open-air (a) and soil-covered (b) treatments
第 4期 匡恩俊等: 三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究 741


量较多, 土壤多处于湿润状态, 从而可以置换出较多
的 K+。土埋条件下秸秆的钾素释放率稍高于露天条
件。玉米、大豆秸秆加入腐熟剂对钾释放无太大影响。
模拟田间不同方式秸秆还田下, 秸秆氮、磷在
土壤中的释放较快, 15 d就达到释放高峰; 而不同秸
秆钾素也在 60 d(7月 15日)前达到释放高峰。秸秆的
养分释放可以适当减少基肥使用量, 在作物需肥高
峰期进行追肥, 进行肥料的有效利用。因此, 在指导
施肥的同时, 应多根据不同秸秆的养分释放情况进
行操作, 适当增减肥量, 减少成本, 保证作物高产。
3 小结
不同还田方式下, 玉米、大豆秸秆经过 150 d的
腐解, 以土埋处理秸秆腐解量最多, 露天处理次之,
其分解趋势为土埋处理>露天处理。
玉米秸秆还田 150 d, 秸秆的基本组织和维管束
均遭到破坏 , 细胞壁变薄 , 细胞排列疏松 , 细胞内
物质消失 , 结构破裂模糊 , 松散 ; 大豆秸秆同样表
现出松散, 但没有玉米秸秆明显。
经过 150 d 的分解, 玉米和大豆秸秆有机碳露
天处理分别分解 48.9%和 44.7%, 土埋处理分别分解
65.9%、56.2%。土壤的生态环境有利于秸秆的腐解,
埋于土壤中的玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露
天处理。两个处理两种作物秸秆氮、钾的释放率无
太大差异, 分别为 51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而
磷素释放变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆
的磷释放率平均比大豆秸秆高 49.4%、56.7%。
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出版社, 2000

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