甘蔗叶不同还田方式对土壤养分的影响

文少白 葛畅 李明 邹雨坤 侯宪文

摘 要 为减轻秸秆焚烧所带来的环境问题和充分利用甘蔗叶资源，在大田环境下动态监测甘蔗叶粉碎、焚烧和深埋3种还田方式对土壤养分的影响。结果表明：甘蔗叶粉碎还田和深埋还田有利于甘蔗叶中有机碳及氮、磷、钾养分的缓慢释放；甘蔗叶焚烧还田提高了土壤碱解氮含量5.6～20.9 mg/kg和速效磷含量0.8～4.0 mg/kg，促进土壤中氮磷向有效态转化，焚烧还田初期显著增加了土壤速效钾的含量12.3～18.3 mg/kg，但焚烧会損失部分甘蔗叶中碳氮元素，也造成环境污染。综合分析认为甘蔗叶粉碎还田是比较省工、方便的处理方式。

关键词 还田方式；土壤；甘蔗叶；有效养分

中图分类号 X712；S158.5 文献标识码 A

Effects of Different Returning Field Methods

on Soil Nutrient of Sugarcane Leaf

WEN Shaobai1，2， GE Chang3， LI Ming3， ZOU Yukun1， HOU Xianwen1 *

1 Environment and Plant Protection Institute， CATAS， Haikou， Hainan 571101， China

2 School of Tropical and Laboratory Medicine， Hainan Medical University， Haikou， Hainan 571199， China

3 Institute of agricultural machinery， CATAS， Zhanjiang， Guangdong 524091， China

Abstract In order to make full use of the sugarcane leaf resources and mitigate environmental problems brought by the straw burning， effects of three different sugarcane leaf returning field methods on soil nutrient were dynamically monitored. The results showed that it was helpful for the slow releasing of organic carbon， nitrogen， phosphorus， potassium with the methods of sugarcane leaf crushing returning and deeply burning to field. The method of sugarcane leaf burning and returning to the field increased the content of soil available potassium in the range of 12.3-18.3 mg/kg at the early state， improved the content of alkali-hydrolyzed nitrogen and available phosphorous in the range of 5.6-20.9 mg/kg and 0.8-4.0 mg/kg， respectively， and promoted the transformation of nitrogen and phosphorus in the soil to the effective state. However， sugarcane leaf burning and returning to the field caused the loss of carbon and nitrogen elements of sugarcane leaf and brought pollution to the environment. Comprehensive analysis showed that the leaf crushing and returning to field was the most labor saving and convenient method.

Key words Methods of returning to field； soil； sugarcane leaf； available nutrients

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.008

甘蔗（Saccharum officinarum L.）收获残留下来数量巨大的甘蔗叶，一般每公顷可产生6 000～10 500 kg（以15%蔗茎重计算），除部分做饲料及粉碎还田外，国内外对其传统处理方式是直接田间焚烧，直接利用率不到20%。田间焚烧甘蔗叶时，可有效杀灭草籽、虫卵及病原菌等，防止下茬作物发生严重的病虫害，而且不需要成本投入[1]。但焚烧甘蔗叶所带来的弊大于利，养分损失大，也严重污染空气环境。甘蔗叶中N、P、K含量丰富，是一种很好的有机肥源[1-2]。如能充分利用好这部分蔗叶，有助于改善甘蔗地土壤结构和养分循环利用。

长期以来，人们针对秸秆还田问题进行了许多研究[3-5]；将农作物秸秆还田不仅可以减少生产投入，还可以维持土壤有机质含量、并提高土壤肥力和土壤生物活性[6-8]。Giacomini等[9]研究表明，秸秆与土壤混合比覆盖处理更有利于土壤微生物繁殖和提高土壤活性有机碳含量。刘玲等[10]研究表明，土壤微生物对粉碎还田秸秆的腐殖化作用更强，对土壤有机碳、全氮和微生物碳/氮含量贡献最大。杨育川等[11]认为小麦留茬粉碎还田比焚烧和立茬更有利于提高作物产量。王囡囡等[12]认为秸秆心土还田对土壤地力提升效果比覆盖和焚烧的明显，更利于大豆增产。显然，作物秸秆的还田效果因方式和类型而差异很大。

目前，甘蔗产区主要采用甘蔗叶焚烧方式，少部分采用覆盖或翻入耕层还田，随着农机化程度的不断提高，甘蔗叶直接粉碎还田面积逐年扩大[13]，在全面提高土壤肥力的同时，也促进产量的持续增加[14-15]。因此，本试验针对热区甘蔗叶还田问题，通过在大田环境下秸秆不同还田方式比较试验对土壤养分的动态变化监测，用以阐明甘蔗叶不同还田方式的还田效果，为甘蔗生产及增产提供理论依据和实践参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料

甘蔗叶来源于中国热带农业科学院农业机械研究所在雷州龙门镇金星农场甘蔗叶粉碎还田试验示范基地。甘蔗叶粉碎后碳含量为43.9%，氮含量为1.2%，磷含量为0.13%，钾含量为0.61%。试验地土壤基本性质：土壤pH值5.21，土壤有机质含量20.33 g/kg，全氮0.65 g/kg，碱解氮136.32 mg/kg，速效磷8.17 mg/kg，速效钾124.46 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 本试验设4个处理：（1）粉碎还田，甘蔗收获后采用还田机粉碎后均匀施入田间，耕翻整地； （2）焚烧还田，甘蔗收获后甘蔗叶铺地晒干焚烧，耕翻整地； （3）深埋还田，甘蔗收获后开沟（沟宽40 cm、沟深40 cm）埋入甘蔗叶，耕翻整地； （4）不还田处理。3次重复，小区面积为4.5 m ×10 m=45 m2，随机区组排列。各处理均按全量还田进行处理（每平方米约1.0 kg干重），其中甘蔗叶粉碎还田处理的粉碎程度为小于25 cm的占80%以上。

甘蔗生育期分苗期、分蘖期、伸长期和成熟期，各处理区的田间管理、施肥状况等条件均一致。基肥施用量为复合肥（15-15-15） 750 kg/hm2，磷肥（12%） 750 kg/hm2，中耕培土期统一追施尿素375 kg/hm2，复合肥（15-15-15） 375 kg/hm2，钾肥（60%） 375 kg/hm2。在甘蔗生育期按10点法采取0～25 cm土层土壤，充分混匀，将土壤装入无菌自封袋带回室内剔除植物残体和其他杂物。测定不同生育期土壤有机质与有效养分含量，比较不同处理的土壤养分含量的动态变化。

1.2.2 分析方法 土壤有机质测定采用燃烧法（multi N/C-3100， HT-1300），全氮测定采用凯氏定氮法，土壤碱解氮测定采用碱解扩散法，土壤有效磷测定采用NH4F-HCl浸提-钼蓝比色法，土壤有效钾测定采用NH4OAc浸提-火焰光度法[16]。

1.3 数据处理

采用Excel 2007和SAS9.0分析处理数据，显著性检验采用Duncan新复全距测验法（LSR）。

2 结果与分析

2.1 甘蔗叶不同还田方式下土壤有机质含量的变化情况

从图1可以看出，不同还田方式处理区的有机质含量变化有差异，焚烧还田比粉碎还田和对照在苗期平均高出1.05和1.24 g/kg，达显著差异（p<0.05）；但其他生育期的各处理间差异不显著。在粉碎还田处理中的土壤有机质含量逐渐升高，苗期之后均比焚烧还田的高，这可能与甘蔗叶粉碎还田后在土壤中的腐解速度慢有关，而焚烧处理产生的生物炭与土壤混合也导致苗期监测值较高。由图1还可以看出，在粉碎还田处理中的有机质含量在伸长期达到了最高值，高出对照0.79 g/kg，甘蔗叶还田腐解是一个逐渐释放小分子有机物的过程，能增加土壤的有机质含量，有利于土壤改良，也为甘蔗的高产、稳产奠定了基础。

2.2 甘蔗叶不同还田方式下土壤全氮、堿解氮含量的变化情况

甘蔗在分蘖期追施尿素后，各处理的土壤中全氮含量均有明显上升（图2）。在各生育期的不同还田处理的土壤全氮含量差异不显著。在甘蔗伸长期后，深埋处理土壤中全氮含量略有降低，可能是采样所致；其他两个处理和对照基本不变。甘蔗叶在焚烧过程中会损失大部分氮素，粉碎还田腐解过程中也会损失部分氮素，况且还田甘蔗叶总质量相对较少、氮含量也不高，因此其对土壤中全氮含量的影响不大。

土壤速效氮含量与农作物的生长关系最为密切。碱解氮是土壤的潜在有效氮，最能反映土壤近期内氮素供应情况[16]。试验结果表明，粉碎和深埋处理土壤中碱解氮含量是持续增加的（图3），虽然在甘蔗苗期阶段甚至比对照低3.2～15.3 mg/kg，但在甘蔗伸长期则比对照高4.0～8.2 mg/kg，甘蔗叶中氮素释放会增加土壤中碱解氮含量，甘蔗叶分解也会促进土壤氮向有效态转化，但本试验的各处理间差异不显著，可能追肥掩盖了甘蔗叶还田对土壤碱解氮的影响，也可能与甘蔗叶本身含氮量不多和甘蔗生长吸收等因素有关。焚烧处理土壤中的碱解氮含量在还田初期比其他处理高5.6～20.9 mg/kg，表明甘蔗叶焚烧还田能够促进土壤中氮素的转化释放，有利于提高土壤中碱解氮含量。

2.3 甘蔗叶不同还田方式下土壤速效磷、钾含量的变化情况

甘蔗叶粉碎处理土壤速效磷含量一直维持在11.1～12.3 mg/kg，受追肥影响在后期略有增加（图4）。甘蔗叶焚烧处理的土壤中速效磷含量在不同生育期均高于粉碎还田和深埋还田处理0.8～4.0 mg/kg，比对照高1.7～2.8 mg/kg，但本试验的各处理间差异不显著。焚烧处理明显提高了土壤中速效磷含量，可能是焚烧使得甘蔗叶中磷全部释放到土壤中，也可能是甘蔗叶焚烧影响了土壤中磷的存在形态。

同样的，焚烧处理使得甘蔗叶中钾以离子形态全部释放到土壤中，焚烧也会影响土壤表层中钾形态的变化，从而影响土壤中速效钾含量的变化（图5），在本试验中的处理间差异不显著。实施甘蔗叶粉碎还田处理的土壤速效钾含量在整个生育期为162.9～171.3 mg/kg，呈缓慢增加趋势，苗期比对照高5.9 mg/kg，之后逐渐升高，说明甘蔗叶中钾能随着甘蔗叶分解而缓慢释放到土壤中，能使土壤中速效钾在较长时间段内保持较高的水平。粉碎处理的土壤速效钾含量整体高于深埋处理，可能是深埋还田处理的甘蔗叶分解较慢使得土壤速效钾含量变化不大，并且深埋处理的甘蔗叶分解释放的钾主要是集中在沟内，这也是整个大田环境监测值偏低的一个原因，但作物根系依然能深入沟中利用这部分钾。

3 讨论

作物秸秆处理与还田是当前农业废弃物资源化研究的热点。秸秆还田对土壤养分有明显影响[15]，但对土壤养分的增幅多大，则受还田方式、还田量、气候、生物量及采样时间等的影响。前期研究表明，甘蔗叶在大田环境下埋入土壤中180 d，碳、氮、磷、钾的累积释放率均在95.0%以上[17]。采用甘蔗叶还田能明显提高土壤的有机质含量和氮、磷、钾含量[14，15，18]。

秸秆不同的还田方式对土壤养分及增产效果不同，对温室气体排放的影响也有差异。小麦秸秆焚烧初期的土壤速效养分（P、K）高于秸秆直接还田处理，但到收获时则差异不大[19]。大豆秸秆还田方式试验表明，对照的耕层（0～20 cm）土壤有机质和氮含量最低，而磷、钾含量最高；心土还田的白浆层（20～40 cm）土壤碱解氮、全氮、有效磷、全磷和有机质含量最高；各还田处理的淀积层（40～60 cm）土壤氮、磷和有机质含量变化差异较小[12]。覆盖、焚烧还田和心土还田都提高了大豆产量，而心土还田处理的产量最高[20]。秸秆直接还田的CO2、N2O排放量显著高于对照、原位焚烧和生物质炭还田处理；生物质炭还田处理的综合温室效应（GWP）比直接还田处理显著降低28.7%，而与对照和原位焚烧差异不显著[21]。

本研究中甘蔗叶3种方式还田处理的土壤养分均有增加，对土壤养分的影响因时间而异。总体来说，甘蔗叶3种方式还田处理对土壤碱解氮和速效磷、钾的作用效果较好，但对全氮的影响较小。棉花秸秆还田显著提高了速效氮、钾含量，但对速效磷的影响不明显[22]。秸秆还田对土壤磷素在短期内没有明显影响，主要可能是秸秆中磷含量较低，而且秸秆还田后释放到土壤中的磷大部分以离子形式存在，容易被土壤颗粒吸附和固定，所以秸秆还田后速效磷含量并不能显著提高。但焚烧处理可能影响了土壤中磷的存在形态，进而影响土壤中有效态含量的变化。

本研究采用的3种还田方式中，粉碎还田操作较容易，但甘蔗叶还田量大，在土壤中分解慢，土壤架空会对出苗和储水产生一系列影响；深埋还田需要特殊机械，作业较困难、成本大，但甘蔗叶分布集中、分解容易，能全部归还土中。如果是病虫害严重的甘蔗叶采用上述两种方式还田，则为病虫害提供了栖息地，存在减产甚至绝产的风险。秸秆焚烧比直接还田处理的除草效果好，且可减轻部分病虫害[17]，而且秸秆直接粉碎还田还有增加土传病害的风险[23]。此外，由于甘蔗叶C/N值较高，在分解过程中易出现与作物争氮问题。焚烧还田相对操作简单、无成本，但有机物损失较严重而且对环境造成重大污染[24]。各种甘蔗叶还田方式都存在着一系列问题，因此探索一种甘蔗叶最佳的还田方式，充分发挥其在培肥土壤、改良土壤结构、增加产量、保护环境等方面的最大效益是值得长期探讨研究的。

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