适用于沿淮地区稻茬麦秸的直接还田促腐方法与流程

本发明涉及秸秆还田领域，具体涉及一种适用于沿淮地区稻茬麦秸的直接还田促腐方法。

背景技术

农作物秸秆中含有大量的有机质和氮磷钾等农作物生长必需的营养元素，可通过微生物的腐殖化作用转化为优质的有机肥。大量研究结果表明：秸秆还田能够有效改善土壤理化性状、提高土壤肥力以及增加作物产量和化肥利用率；然而，也有报道指出，秸秆特别是禾本科作物秸秆还田当年，如果还田条件控制不当，腐解不彻底的秸秆会对作物生长造成不良影响，导致减产现象出现。

秸秆还田后主要是在土壤微生物作用下被逐渐分解的。由于微生物自身c/n比较低，因此对于进入土壤中的低c/n比底物往往会降解比较快，且能够提高土壤氮素矿化量以及微生物生物量；而对于高c/n比的底物则分解缓慢且容易引起土壤氮素固持，进而导致作物可利用氮素减少。大多数研究表明，当还田秸秆c/n比为25:1时，能够有效减少土壤微生物对氮素的固持，保障土壤氮素供给。鉴于大多数作物(尤其是禾本科作物)秸秆的c/n比都高于25:1，因此通常需在其还田后补施氮肥。然而，当前氮肥过量施用造成的环境问题已不容忽视，且我国政府已开始严格控制农田化肥投入量，因而如何通过氮肥运筹实现秸秆还田条件下的c/n比调控具有重要意义。

国内外农业科学工作者针对造成秸秆腐解缓慢的秸秆分子结构复杂、c/n比不平衡和单一微生物降解效果差等问题进行了研究，指出在秸秆腐解过程中添加富含能分泌纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶的微生物菌剂，能够加快当季还田秸秆腐解进程、缩短腐解时间，使大量秸秆直接还田也不影响下茬作物的生长。但由于腐秆剂中的功能微生物是否能够成功定殖会受到土壤资源丰富度和土著微生物竞争强度等影响，定殖后的外源降解微生物的促腐作用是否显著取决于其是否可以补充或加强土著降解微生物的功能。例如，申请人前期在沿淮地区进行秸秆促腐还田研究时发现，同种供试腐秆剂在淮河南岸的霍邱地区能显著促腐，进而实现作物增产和土壤培肥的目标，但在淮河北岸的固镇地区增产和培肥作用甚微；不同种腐秆剂在淮河南岸的霍邱地区，一些能显著促腐，而另一些却不能。所以有必要进一步明确沿淮地区适用的秸秆促腐剂类型。

现有的腐秆剂施用方法是将其直接撒施到还田秸秆上。但由于腐秆剂中的功能菌自身存在一个适应土壤环境的过程，直接施入土壤中的秸秆降解菌通常存活率低、活性弱，导致其对还田秸秆的促腐效果差。综上，为提升沿淮地区稻茬麦秸的资源化利用率，促进该区域农业可持续发展，亟需进一步发展完善稻茬麦秸的直接还田促腐技术。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供的适用于沿淮地区稻茬麦秸的直接还田促腐方法，降解菌定殖率高，促腐效果好，能够有效促进秸秆养分释放、增加土壤速效养分和作物产量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种适用于沿淮地区稻茬麦秸的直接还田促腐方法，包括以下操作步骤：

(1)秸秆粉碎直接还田：每年5月下旬至6月上旬，待沿淮地区小麦成熟后，使用带有切割装置的联合收割机进行收割，收割过程中将麦秸切碎至6～10cm，残茬高保持在5cm以下，当季收获的秸秆全部还田，对于成堆的小麦秸秆需使用农具将其摊开；

(2)基肥施用和c/n比调控：按当地测土配方施肥建议方案进行磷、钾肥施用，氮肥施用量需根据当季秸秆还田量调整，使还田秸秆与配施氮肥的总c/n比为15～25:1，确定用量后将三种化肥混合均匀撒施至还田麦秸上；

进一步的，步骤(2)中的测土配方施肥方案因地制宜，如：霍邱县宋店乡水稻施肥按照n-p2o5-k2o为15-2.5-4.5kg/667m²进行；但所用氮、磷、钾肥均分别为含n46％的尿素，含p2o512％的过磷酸钙以及含k2o60％的氯化钾。

优选的，步骤(2)中的还田秸秆与配施氮肥的总c/n比调整为18:1。通过减少水稻拔节肥增加基肥而使初始c/n比为18:1，这种氮肥运筹方式不仅最符合沿淮地区水稻季土壤中特异降解秸秆微生物的代谢需求，而且微生物代谢剩余的氮素可通过促进作物生长发育、增加根系分泌物总量，间接地为土壤微生物提供碳源，增强秸秆降解微生物活性。

(3)腐秆剂施用和降解菌促定殖：选用能够在30～35℃高温、ph5.5～8.5和间歇淹水条件下保持较高活性的腐秆剂产品，按每亩2kg的用量与10kg有机肥混合后均匀撒施于小麦秸秆上；

优选的，步骤(3)要求选用功能菌在30～35℃、ph5.5～8.5和间歇淹水条件下仍具有较高存活率和活性的腐秆剂，是为其能够适应沿淮地区水稻生长季的土壤环境条件，保证后续的促腐效果。

进一步的，步骤(3)要求腐秆剂的功能微生物要以木质素降解菌为主。木质素降解菌能够通过高效分泌木质素酶(如锰过氧化物酶)，加速秸秆中木质素向5-羟基松柏醇、芥子醇等糖类似物的转化，有效弥补沿淮地区土壤中秸秆木质素降解菌的缺乏，显著促进还田秸秆腐解。

进一步的，步骤(3)要求有机肥为小麦秸秆经静态堆腐腐熟后加工而成，其(n+p2o5+k2o)≥5％，有机质≥45％，水分含量40％，ph值为7.5。直接腐熟的有机肥未添加任何无机养分，是纯植物源有机肥，有机肥的加入提高了腐秆剂中细菌的存活量和定殖率，给腐秆剂中的细菌提供了更好的生存条件，从而进一步提高了还田秸秆腐解效率。

(4)土壤旋翻和灌溉：用带深耕犁的机械旋翻土壤，将还田秸秆、化肥、腐秆剂和秸秆有机肥翻压至土壤0～15cm，随后进行灌溉泡田和沤肥，保持田间土壤表面覆水5～8cm，注意防止水肥渗漏；

(5)秧苗移栽、追肥和降解菌活性激发：灌溉完成后随即进行水稻移栽，基肥施用后剩余的氮肥分两次等量施用于水稻分蘖期和拔节期，同时根据土壤有效锰背景值和秸秆还田量在分蘖期追施一定量锰肥。

进一步的，步骤(5)中的锰肥应为mnso4·3h2o，结合土壤有效锰含量和还田秸秆量，按每千克秸秆复配1～2毫克mnso4·3h2o的标准进行锰肥施用。锰过氧化物酶类是降解秸秆木质素的关键活性物质，其本质含有一个辅助的胞外血红素蛋白基团，需要游离的mn²⁺来激发其活性。mnso4·3h2o的施用能够供应秸秆降解过程中所需激发性mn²⁺，保证木质素降解更加迅速。

与现有技术相比，本发明带来的有益效果为：

1)在沿淮地区进行麦秸促腐还田时，选用即能够在30～35℃高温、ph5.5～8.5和间歇淹水条件下能保持较高活性，又是以木质素降解菌为主的腐秆剂处理秸秆，这可有效促进了该区秸秆降解主要限制组分——木质素的降解；通过秸秆有机肥伴施显著提升了腐秆剂中降解菌的定殖率；采用锰肥作为激发剂明显增强了木质素降解菌活性，最终实现秸秆还田中后期的腐解速率和最终腐解程度的提升。

2)本申请一方面明确了沿淮地区麦秸还田促腐的最佳c/n比为18:1，有效提高了土著微生物群落总体的秸秆降解能力；另一方面探明了与秸秆还田促腐配套的增加基肥、减少追肥的氮肥运筹模式，显著提高了该区氮肥利用效率。

3)本申请的促腐技术能够显著提高秸秆中养分的释放速率和总量，并且使得该养分一部分可以被作物吸收利用，另一部分被土壤贮藏，最终实现水稻增产和土壤培肥的双重目标。

整个过程合理地综合利用了氮肥运筹、腐秆剂、秸秆有机肥和锰肥，操作简便、效果显著、成本低廉。

附图说明

图1为不同腐秆剂处理对还田麦秸腐解率的影响；

图2为不同腐秆剂处理对水稻产量的影响；

图3为不同腐秆剂处理对土壤碱解氮含量的影响；

图4为不同腐秆剂处理对土壤速效磷含量的影响；

图5为不同腐秆剂处理对土壤速效钾含量的影响；

图6为不同c/n比处理对还田麦秸腐解率的影响；

图7为不同c/n比处理对水稻产量的影响；

图8为不同c/n比处理对土壤碱解氮含量的影响；

图9为不同c/n比处理对土壤速效磷含量的影响；

图10为不同c/n比处理对土壤速效钾含量的影响；

图11为不同伴施处理对常规秸秆促腐还田促腐效果的影响；

图12为不同伴施处理对常规秸秆促腐还田土壤速效养分含量的影响；

图13为不同伴施处理对常规秸秆促腐还田水稻产量的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例中，d1为产自北京的京圃园牌腐秆剂，d2为产自上海的古霖牌腐秆剂，d3为产自广东的金葵子牌腐秆剂，d4为中国农科院自主研发的腐解剂，四种腐秆剂的功能微生物环境适应性能类似，但主要功能菌不同。氮、磷、钾肥分别为含n46％的尿素，含p2o512％的过磷酸钙和含k2o60％的氯化钾，锰肥为mnso4·3h2o。

实施例1

配施不同腐秆剂对还田麦秸腐解、土壤养分含量和水稻产量的影响

试验地点：安徽省霍邱县宋店乡俞林村

试验方式：田间试验

供试材料：水稻土、水稻种、化肥、腐秆剂等

试验步骤：

1)秸秆收割和还田

2)施基肥(按照测土配方施肥方案进行，氮磷钾肥施用量为15-2.5-4.5kg/667m²，初始c/n比为18:1)

3)配施腐秆剂(d1、d2、d3，拌沙子施用)

4)机械旋翻和灌溉

5)移栽和追肥

试验主要比较内容：

1)秸秆还田+推荐施肥，标记为sf1；

2)秸秆还田+推荐施肥+d1，标记为sf1d1；

3)秸秆还田+推荐施肥+d2，标记为sf1d2；

4)秸秆还田+推荐施肥+d3，标记为sf1d3。

试验结果：如图1所示，不同处理条件下麦秸田间腐解率变化总体一致，呈现先快后慢的趋势。前30天，不同腐秆剂处理对还田麦秸腐解率的影响无明显差异；从第50天开始，配施d2腐秆剂处理与配施其他腐秆剂或不用腐秆剂处理相比，麦秸降解率开始有所提升；近120天时，配施d2腐秆剂处理的麦秸降解率显著高于其他处理。

如图2所示，不同腐秆剂处理条件下水稻产量变化趋势为：sf1d2>sf1d3>sf1d1>sf1。选配d2腐秆剂处理与不用腐秆剂和选配d1、d3腐秆剂处理相比，水稻产量显著增加，增幅分别为14.7％、16.8％和9.7％。

如图3所示，不同腐秆剂处理条件下土壤碱解氮含量变化趋势为：sf1d2>sf1>sf1d1＝sf1d3。选配d2腐秆剂处理与不用腐秆剂和选配d1、d3腐秆剂处理相比，土壤碱解氮含量显著增加，增幅分别为15.6％、23.2％和23.2％。

如图4所示，不同腐秆剂处理条件下土壤速效磷含量变化趋势为：sf1d2>sf1>sf1d1>sf1d3。与其他处理相比，选配d2腐秆剂处理的土壤碱解氮含量仅显著高于配施d3腐秆剂处理。

如图5所示，不同腐秆剂处理条件下土壤速效钾含量变化趋势为：sf1d2>sf1>sf1d1>sf1d3。选配d2腐秆剂处理与不用腐秆剂处理相比，土壤速效钾含量提升不明显；但与选配d1、d3腐秆剂处理相比，则分别显著增加土壤速效钾含量达25.6％和27.3％。

综上，在沿淮地区进行麦秸促腐还田时，选配d2腐秆剂的处理不仅能够显著加速秸秆还田中后期的腐解和提升最终腐解程度，还能有效增加水稻产量和土壤速效养分含量。麦秸腐解得以促进，是因为本申请中腐秆剂的促腐功效主要是通过调控木质素降解来实现的，且木质素降解需由放线菌和真菌特性代谢完成，而供试腐秆剂中仅d2的功能菌群中含有放线菌和真菌。水稻产量和土壤速效养分含量增加，则主要是因为秸秆降解过程中释放的养分除一部分被作物吸收利用之外，还有一部分被土壤贮藏。

实施例2

调控c/n比对还田麦秸腐解、土壤养分含量和水稻产量的影响

试验地点：安徽省霍邱县宋店乡俞林村

试验方式：田间试验

供试材料：水稻土、水稻种、化肥、腐秆剂等

试验步骤：

1)秸秆收割和还田

2)施基肥(按照测土配方施肥方案进行，氮磷钾肥施用量为15-2.5-4.5kg/667m²，初始c/n比调控为4个水平，即12:1、18:1、

24:1和104:1)

3)配施腐秆剂(d2，拌沙子施用)

4)机械旋翻和灌溉

5)移栽和追肥

试验主要比较内容：

1)秸秆还田+推荐施肥+d2，标记为sf1d2，还田c/n比为18:1；

2)秸秆还田+减基增追施肥+d2，标记为sf2d2，还田c/n比为24:1；

3)秸秆还田+增基减追施肥+d2，标记为sf2d2，还田c/n比为12:1；

4)秸秆还田+d2，标记为sd2，还田c/n比为104:1。

试验结果：如图6所示，不同c/n比处理条件下麦秸田间腐解率变化总体一致，呈现先快后慢的趋势。自秸秆还田后第14天，c/n比为18:1的处理与其他处理相比，麦秸降解率开始有所提升；近30天时，提升作用达统计学显著水平；至110天，该处理的秸秆腐解率较c/n比为12:1、24:1和104:1的处理分别增加15.2％、31.3％和26.4％。

如图7所示，不同c/n比处理条件下水稻产量变化趋势为：sf1d2>sf2d2>sf3d2>sd2。c/n比为18:1的处理与c/n比为12:1和104:1的处理相比，水稻产量显著增加，增幅分别为24.4％和28.9％。

如图8所示，不同c/n比处理条件下土壤碱解氮含量变化趋势为：sf1d2>sf3d2>sf2d2>sd2。c/n比为18:1的处理与c/n比为12:1、24:1和104:1的处理相比，水稻产量均显著增加，增幅分别为14.5％、23.9％和28.1％。

如图9所示，不同c/n比处理条件下土壤速效磷含量变化趋势为：sf1d2＝sf2d2>sf3d2>sd2。与其他处理相比，c/n比为18:1处理的土壤速效磷含量较c/n比为104:1的处理显著增加了48.9％。

如图10所示，不同c/n比处理条件下土壤速效钾含量变化趋势为：sf1d2>sf3d2>sf2d2>sd2。c/n比为18:1的处理较c/n比为12:1和104:1处理的土壤速效钾含量均有显著提升，增幅分别为28.8％和31.4％。

综上，在沿淮地区使用腐秆剂加速稻田麦秸腐解，通过减少拔节肥增加基肥而使初始c/n比为18:1的氮肥运筹方式，无论是在促进还田麦秸的腐解，还是提升水稻产量以及土壤速效氮和速效钾含量方面均表现最佳。c/n比对秸秆腐解的影响主要是通过改变降解微生物群落结构实现的，当c/n比大于25:1时微生物代谢活动会因氮素不足而受到抑制；当c/n比小于25:1时，多余的氮素一方面会对土壤微生物群落中参与氮循环的微生物产生激发，同时还可通过促进作物生长发育和增加根系分泌物而间接为土壤微生物提供碳源，从而促进秸秆腐解，同时还能增加水稻产量和培肥土壤。

实施例3

腐秆剂伴施秸秆有机肥对常规秸秆促腐还田效果的影响

试验地点：安徽省庐江县郭河镇南圩村

试验方式：田间试验

供试材料：水稻土、水稻种、化肥、腐秆剂、秸秆有机肥等

试验步骤：

1)秸秆收割和还田

2)施基肥(按照测土配方施肥方案进行，氮磷钾肥施用量为18-9-6kg/667m²，初始c/n比为18:1)

3)配施腐秆剂(d4，伴施10kg/667m²沙子、秸秆有机肥或畜禽粪有机肥)

4)机械旋翻和灌溉

5)移栽和追肥

试验主要比较内容：

1)常规秸秆促腐还田+沙子伴施，标记为ck；

2)常规秸秆促腐还田+秸秆有机肥伴施，标记为sof；

3)常规秸秆促腐还田+畜禽粪有机肥伴施，标记为bof。

试验结果：如图11所示，除n素外，秸秆质量和pk素含量在还田腐解一季后均有一定幅度的下降，且不同处理的秸秆质量和pk元素残留率均表现为：sof<bof<ck。与畜禽粪有机肥伴施处理相比，秸秆有机肥伴施处理的秸秆质量和pk元素残留率分别下降了9.2％、2.0％和10.2％。

如图12所示，不同伴施处理土壤速效养分含量的变化趋势均为：sof>bof>ck。秸秆有机肥伴施处理与畜禽粪有机肥伴施处理相比，土壤速效氮磷钾含量分别提高了7.0％、14.6％和5.7％。

由图13可知，腐秆剂与有机肥伴施能够有效增加水稻的产量及其组成(除千粒重外)。秸秆有机肥伴施处理对水稻亩穗数和实际产量有明显的提升效果，较对照分别增加14.8％和3.4％；畜禽粪有机肥伴施处理的水稻穗粒数和结实率表现较好，比对照分别增加3.8％和7.8％。

综上可知，有机肥伴施能够有效提升常规秸秆促腐还田的促腐、培肥和丰产效应。这可能是因为有机肥可以通过以下两种途径提升外源腐秆菌在土壤中的定殖率：一是有机肥提供的资源能够有效降低外源微生物进入土壤初期所遭受的竞争压力，二是外源腐秆菌附载在有机肥上有助于躲避土著捕食者的取食。至于秸秆有机肥伴施的提升效果优于畜禽粪有机肥则主要归因于腐秆剂中的功能微生物以秸秆木质纤维素降解菌为主，对于秸秆堆腐形成的有机肥有较强的利用能力。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。