不同还田方式下香蕉茎秆的腐解及养分释放特征

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摘 要：应用网袋法研究不同还田方式下香蕉茎秆的腐解及养分释放特征。结果表明：不同还田方式下，香蕉茎秆在0～30 d腐解速度快，30 d时，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下质量累积减少率分别为60.6%，71.9%，77.6%；在180 d时，香蕉茎秆的质量累积减少率分别为86.4%，95.6%，91.0%，表现为覆土覆膜>覆膜>覆土。腐解过程中，覆土覆膜和仅覆膜处理下香蕉茎秆养分的释放速率表现为K>P>N≈C。180 d时，碳、氮、磷、钾的累积释放率均达到80%以上。考虑香蕉茎秆还田养分的释放情况，可以适量减少基肥中钾肥用量，如果采用短期还田，建议使用仅覆膜的方式，如果长期还田建议使用覆土覆膜的方式。

关键词：香蕉茎秆；还田方式；腐解特征；养分释放特征

中图分类号：S668.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.10.013

Characteristics of Decomposing and Nutrients Releasing of Banana Stalk under Different Ways Returned to Field

ZOU Yu-kun， LI Guang-yi， LI Qin-fen， LI Yun-ting，TIAN Lu-yuan， ZHANG Hong-yan， HOU Xian-wen

（1.Environment and Plant Protection Institute， Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences， Haikou，Hainan 571101， China； 2.Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture， Danzhou，Hainan 571737， China）

Abstract： Net bags were employed to research characteristics of decomposing and nutrients releasing of banana stalk under different ways returned to field. The results showed that banana stalk had fast decomposing speed during 0 to 30 days under different ways returned to field. Under covered with soil， covered with soil and plastic film and covered with plastic film only， the accumulated decay rate was 60.6%，71.9%，77.6% respectively at the 30th day， the accumulated decay rate was 86.4%，95.6%，91.0% respectively at the 180th day， and was ranked as： covered with soil and plastic film>covered with soil>covered with plastic film only. Releasing speed of nutrients of banana stalk ranked as： potassium > phosphorus >nitrogen≈carbon under covered with soil and plastic film and covered with plastic film only. The accumulated releasing rate of carbon， nitrogen， phosphorus and potassium was above 80%. The content of potassic fertilizer in base manure consideration of nutrients releasing could be reduced. And it is suggested that using the way of covered with plastic film only in a short term and the way of covered with soil and plastic film in a long term when banana stalk to field were returned.

Key words： banana stalk； the way returned to field； characteristics of decomposing； characteristics of nutrients releasing

秸秆安全还田技术，可改善土壤团粒结构和理化性状，提高土壤肥力，增加作物产量，节约化肥用量，是发展生态农业的一项重要措施。作物秸秆在土壤中腐解并释放养分是一个复杂的过程，其腐解及养分释放速率是评价秸秆还田后增加和改善土壤有机质及土壤肥力的重要指标[1]，国内外学者针对不同作物秸秆还田及其养分释放规律的研究已经做了一些工作，已研究了包括豌豆[2]、燕麦[2]、大豆[3]、玉米[4]、小麦[5]、油菜[5]等作物秸秆还田后养分的释放规律。以往的研究主要是针对温带、寒温带地区重要的粮食作物，而热带地区具有丰富的光、温、水条件，农业生产具有生物量大、农业废弃物含水量高等特点，且农业废弃物的利用率低，闲置状况严重，但关于热区作物秸秆还田及养分释放规律的研究还未见报道。

香蕉是芭蕉科（Musaceae）芭蕉属（Musa）单子叶草本植物，被联合国粮农组织（FAO）列为仅次于水稻、小麦、玉米之后的世界第四大粮食作物[6]。香蕉主要种植在南纬30°―北纬30°的热带、亚热带地区，我国主要分布在海南、云南、广东、广西、福建和台湾等地[7]。2010年，我国香蕉茎叶废弃物达2 400万t[8]。因此，本研究旨在探讨不同还田方式下香蕉茎秆腐解及养分的释放规律，为热区农业废弃物的无害化处理、资源化利用提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

香蕉茎秆来源于中国热带农业科学院环境与植物保护所儋州试验基地，香蕉茎秆砍碎后含水率为90.5%，碳含量为34.54%，氮含量为0.54%，磷含量为0.12%，钾含量为4.94%。

1.2 试验设计

将收获后的香蕉茎秆砍碎为3～4 cm的块状物，分别装入孔径为0.048 mm的尼龙网袋（长30 cm，宽15 cm），每袋装入180.00 g。于2013年5月，分别以覆土（在两行香蕉之间开沟，深度为20 cm，宽度为15 cm。保持粉碎的香蕉茎秆均匀地分布在网袋中，将网袋平铺于沟内覆土）、覆土覆膜（与覆土处理一致，并在覆土后在表面覆盖地膜）和覆膜（保持粉碎的香蕉茎秆均匀地分布在网袋中，将网袋平铺于两行香蕉之间，并直接覆盖地膜）3种方式还田。之后分别在试验第30，60，120，180 d取样，每次每个处理取样3袋，样品洗净后80 ℃烘干，并用微型植物粉碎机（FZ102）粉碎。

1.3 测定方法

采用H2SO4-H2O2消煮植物样品，用凯氏定氮仪（UDK159， VELP）测定样品全氮含量，用钼钒黄比色法测定样品全P含量，用多元素火焰光度计（M410， Sherwood）测定样品全K含量[9]。使用总有机碳分析仪（MULTI N/C3100， Jena）按照使用说明测定样品碳含量。

1.4 数据分析

质量累积减少量（g）=0 d的香蕉茎秆干物质量-取样烘干后香蕉茎秆干物质量

质量累积减少率=（0 d的香蕉茎秆干物质量-取样烘干后香蕉茎秆干物质量）/0 d的香蕉茎秆干物质量×100%

质量平均减少率=（N次香蕉茎秆干物质量-N+1香蕉茎秆干物质量）/质量累积减少量/腐解时间×100%

平均腐解速率（mg・d-1）=（0 d的香蕉茎秆干物质量-取样烘干后香蕉茎秆干物质量）/腐解时间

养分平均释放率（mg・d-1）= （N次香蕉茎秆养分含量-N+1香蕉茎秆养分含量）/腐解时间

养肥累计释放率=（0 d的香蕉茎秆养分量-取样时香蕉茎秆养分量）/ 0 d的香蕉茎秆养分量×100%

养分释放量（mg）= 0 d的香蕉茎秆养分含量-180 d的香蕉茎秆养分含量

采用Excel 2010分析数据并绘图，采用SPSS 19.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 香蕉茎秆累积减少率变化特征

在香蕉茎秆还田30 d后，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下，质量累积减少率分别为60.6%，71.9%，77.6%，表现为仅覆膜处理下，香蕉茎秆累积减少率最高（图1）。在还田180 d后，香蕉茎秆的质量累积减少率分别为86.4%，95.6%，91.0%，质量累积减少量分别为31.9，35.3，33.6 g，表现为覆土覆膜处理下香蕉茎秆累积减少率最高，覆膜处理次之，覆土处理最低（Duncan， P覆土覆膜>覆土，这一阶段的质量减少量分别占180 d内香蕉茎秆质量减少量的70.1%，75.3%，85.2%；30～180 d香蕉茎秆的平均腐解速率分别为63.7，58.2，33.1 mg・d-1，表现为覆土>覆膜>覆土覆膜，不同还田方式下香蕉茎秆0～30 d的平均腐解速率分别是30～180 d的11.7，15.2，28.8倍，说明0～30 d是香蕉茎秆的快速腐解期。

2.2 香蕉茎秆碳的释放特征

香蕉茎秆还田后，0～30 d覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下香蕉茎秆碳的平均释放率分别为260.3，293.6，324.0 mg・d-1，期间碳的释放量占180 d内碳释放量的63.4%，69.6%，82.2%（图2）。30～180 d碳的平均释放率分别为30.1，25.7，14.0 mg・d-1。不同还田方式下，0～30 d香蕉茎秆碳的平均释放率分别是30～180 d的8.66，11.42，23.10倍。因此，0～30 d为香蕉茎秆碳的快速释放期，30～180 d为香蕉茎秆碳的缓慢释放期。在240 d时，覆土处理、覆土覆膜处理和仅覆膜处理下香蕉茎秆碳的累积释放率分别为96.4%，99.1%，92.5%；释放量分别为12 316.4，12 665.3， 11 823.9 mg，表现为覆土覆膜>覆土>覆膜，各处理间差异显著（Duncan， P

2.3 香蕉茎秆氮的释放特征

0～30 d香蕉茎秆在覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下，氮的平均释放率分别为3.54，4.52，4.55 mg・d-1，期间氮的释放量占180 d内碳释放量的61.9%，69.8%，84.0% （图3）。30～180 d氮的平均释放率分别为0.44，0.39，0.17 mg・d-1。不同还田方式下，0～30 d香蕉茎秆碳的平均释放率分别是30～180 d的8.13，11.58，26.26倍。因此，0～30 d为香蕉茎秆碳的快速释放期。在180 d时，覆土处理、覆土覆膜处理和仅覆膜处理下香蕉茎秆氮的累积释放率分别为85.4%，96.6%，80.8%；释放量分别为171.7，194.2，162.5 mg，覆土覆膜处理氮的释放量显著高于覆土和仅覆膜处理（Duncan， P

2.4 香蕉茎秆磷的释放特征

0～30 d香蕉茎秆在覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下磷的平均释放率分别为0.64，1.12 ，1.21 mg・d-1，期间磷的释放量占180 d内磷释放量的48.2%，80.0%，92.4% （图4）。表明在0～30 d香蕉茎秆中的磷快速分解。在180 d时，覆土处理、覆土覆膜处理和仅覆膜处理下香蕉茎秆磷的累积释放率分别为91.7%，96.5%，90.0%；释放量分别为39.9，42.0，39.2 mg，各处理间差异不显著（Duncan， P

2.5 香蕉茎秆钾的释放特征

0～30 d香蕉茎秆在覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下钾的平均释放率分别为57.2，55.9 ，57.3 mg・d-1，期间钾的释放量占180 d内钾释放量的94.0%，91.9%和94.4% （图5）。表明在试验初期香蕉茎秆中的钾就快速释放到土壤中，在还田30 d时，各处理中钾的累积释放率已到90%以上。到180 d时，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下香蕉茎秆钾的累积释放率均达到99%，释放量分别为1 823.3，1 823.3，1 820.9 mg，3种处理方式并未表现出显著差异（Duncan， P

2.6 香蕉茎秆碳氮比的变化特征

0～120 d，不同还田方式下，香蕉茎秆的碳氮比呈现明显的下降趋势（图6），说明期间氮的释放速率大于碳的释放速率，120 d时，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下碳氮比下降为13.7，16.6，24.6。至180 d时，香蕉茎秆在覆土、覆土覆膜处理下碳氮比均为16左右，而覆膜处理下碳氮比最高为24.6。

3 结论与讨论

将香蕉茎秆装入网袋，以不同的方式还田30 d后，累积腐解率表现为覆膜>覆土覆膜>覆土。各处理下平均腐解速率分别是30～180 d的11.7，15.2，28.8倍，表现为前期腐解速度快，后期腐解速度较慢，不同处理的香蕉茎秆腐解率均在60%以上。匡恩俊在研究不同还田方式下大豆秸秆腐解特征时发现在还田0～60 d露天及土埋处理分解均较快，60 d后分解缓慢，60 d时不同处理大豆秸秆腐解率在20%～55%之间[3]。武际等[10]在研究不同水稻栽培模式和秸秆还田方式下的油菜、小麦秸秆腐解特征时发现小麦秸秆和油菜秸秆的腐解率均表现为前期快、后期慢的特点，前期不同处理的腐解率在30%～35%之间。潘福霞等[11]在3种不同绿肥的腐解和养分释放特征研究中发现在翻压15 d后箭豌豆、苕子和山薰豆的腐解率均达到50%以上，15～70 d腐解缓慢，表明不同的作物均表现出前期腐解速率快、后期较慢的特征，但是进入快速分解期的时间不同，腐解率也不同。这可能与作物种类、还田秸秆的初始含水率及土壤环境的不同有关。而匡恩俊等[12]在研究玉米腐解特征时发现随着时间的延长腐解率缓慢增加，在试验过程中腐解速率并未表现出明显的增减。

30 d时，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下，香蕉茎秆碳、氮、磷、钾的累积释放率分别为61.1%～76.1%、52.8%～67.9%、44.3%～83.0%和91.9%～94.3%。在覆土覆膜和仅覆膜处理下均表现为K>P>N≈C，而在覆土处理下表现为K>C>N>P。这与以往的研究结果基本一致[3， 5， 10-11]。分析其原因，是因为作物秸秆中的钾主要是以离子态形态存在，易溶于水，容易被释放出来；磷一部分以离子态存在，另一部分以难分解的有机态存在；而碳、氮主要都是以较难分解的有机态存在[10]。覆土处理下磷的腐解在初期速率较低的原因还有待于进一步研究。

香蕉茎秆在还田180 d后，不同还田方式下累积腐解率分别为86.4%，95.6%，91.0%，表现为覆土覆膜>覆膜>覆土，除覆土处理外，香蕉茎秆腐解过程中养分的释放速率表现为K>P>N≈C。还田30 d后，不同还田方式下香蕉茎秆碳、氮、磷、钾的累积释放率均表现为仅覆膜处理最高；还田180 d后，不同还田方式下香蕉茎秆碳、氮、磷、钾的累积释放率均表现为覆土覆膜处理最高，钾的释放率在3种还田方式下差异不显著。考虑香蕉茎秆还田养分的释放情况，可以适量减少基肥中钾肥用量，如果采用短期还田，建议使用仅覆膜的方式，如果长期还田建议使用覆土覆膜的方式。

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