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1、不同还田方式下木薯茎秆腐解及养分的释放规律在农业生产中，长期以来过量施用化肥导致土壤中氮、磷含量过高，有机质、钾含量不足;使土壤酸化、团粒结构受损、保肥供肥能力减弱，肥料利用率降低，从而引起连作障碍、缺素性生理病害普遍发生，导致农作物减产及品质下降等问题13。将农作物秸秆等废弃物还田，不仅可以减少土地生产投入，还可以维持土壤有机碳含量，改善土壤肥力水平并提高土壤生物活性4，是实现生态农业与农业可持续发展的关键技术之一5。因此，推广与应用秸秆安全还田技术，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
2、的过程，国内外学者针对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，Murungu等研究了南非冬季覆盖野豌豆、饲料豌豆和燕麦后其氮、磷的释放规律以及对来年种植豆科作物的影响6，匡恩俊研究了东北不同还田方式下大豆秸秆的腐解特征7，迟凤琴等研究了东北地区不同还田方式下玉米秸秆和大豆秸秆有机碳的分解规律8，李逢雨等研究了西南地区麦秆、油菜秆还田腐解速率及养分释放规律9。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，使热区农业生产具有生物量大、农业废弃物含水量高等特点，造成了农业废弃物的利用率低且闲置状况严重的现状，但是关于热区作物秸秆还田及养分释放规律
3、的研究还未见报道。木薯(Manihotes-culenta)亦称树薯，大戟科(Euphorbiaceae)植物，原产于美洲热带地区的亚马逊河流域，是世界7大作物之一，与马铃薯、红薯并列为世界3大薯类作物，分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多，福建、台湾、云南、江西、四川和贵州等省的南部地区亦有栽培10，广西是木薯产量大区，木薯年产量占全国70%以上，木薯秆产量在400万t以上11。木薯是热带、亚热带地区重要的粮食、饲料作物，也是重要的工业原料12。考虑到在广西、海南等地种植木薯常采用覆地膜的方式保水、防治杂草。因此，结合生产实际情况，本文研究了不同还田方式下木薯茎秆腐解及养分的释放规律，
4、为热区农业废弃物无害化处理、资源化利用提供理论依据和技术支撑。1材料与方法1.1试验材料木薯茎秆来源于中国热带农业科学院作物品种资源研究所十队的木薯研究基地，试验地土壤属花岗岩发育的砖红壤，pH值为6.7，土壤总有机碳含量为5.4g/kg，全氮含量为0.61g/kg，有效磷(P)含量为40.4mg/kg、速效钾(K)含量为60.1mg/kg。木薯茎秆粉碎后含水率为28.5%，总碳含量为44.1%，全氮含量为1.4%，全磷(P)含量为0.22%，全钾(K)含量为1.1%。1.2试验设计将收获后的木薯茎秆粉碎为直径12cm的块状物，分别装入孔径为0.048mm的尼龙网袋(长30cm，宽15cm)，
5、每袋装入20.00g。于2013年5月，分别以覆土(在两行木薯之间开沟，深度为20cm，宽度为15cm。保持粉碎的木薯茎秆均匀分布在网袋中，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(保持粉碎的木薯茎秆均匀分布在网袋中，将网袋平铺于两行木薯之间，并直接覆盖地膜)3种方式还田，每个处理20袋。之后分别在试验第30、60、120、180和240d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。同时在取样期间监测土壤含水量。1.3测定方法采用H2S04H202消煮植物样品，用凯氏定氮仪(UDK159，VELP)测定样品全氮
6、含量，用钒钼黄比色法测定样品全磷(P)含量，用多元素火焰光度计(M410，Sherwood)测定样品全钾(K)含量13。使用总有机碳分析仪(MULTIN/C3100，Jena)按照使用说明测定样品总碳含量。1.4数据分析质量累积减少量(g)=0d木薯茎秆干物质量取样烘干后木薯茎秆干物质量质量累积减少率(%)=(0d木薯茎秆干物质量取样烘干后木薯茎秆干物质量)/0d木薯茎秆干物质量×100质量平均减少率(%)=N次木薯茎秆干物质量(N+1)次木薯茎秆干物质量/质量累积减少量/腐解时间×100平均腐解速率(mg/d)=(0d木薯茎秆干物质量取样烘干后木薯茎秆干物质量)/腐解
7、时间养分平均释放率(mg/d)=N次木薯茎秆养分含量(N+1)次木薯茎秆养分含量/腐解时间养分累积释放率(%)=(0d木薯茎秆养分量取样时木薯茎秆养分量)/0d木薯茎秆养分量×100养分释放量(mg)=0d木薯茎秆养分含量240d木薯茎秆养分含量采用Excel2010分析数据并绘图，采用SPSS19.0进行方差分析，差异显著性检验用Duncan法。2结果与分析2.1木薯茎秆质量累积减少率变化特征在覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下，木薯茎秆还田60d后，质量累积减少率分别为38.7%、29.9%和30.8%，表现为覆土处理下，木薯茎秆累积减少率最高(图1);在还田240d后，木薯茎秆的质
8、量累积减少率分别为69.9%、80.8%和73.8%，质量累积减少量分别为10.3、11.9和10.9g，表现为覆土覆膜处理下木薯茎秆累积减少率最高，覆膜处理次之，覆土处理最低(P0.05)(图1)。覆土处理、覆土覆膜处理和仅覆膜处理下030d木薯茎秆的平均腐解速率分别为33.3、22.5和2.5mg/d;3060d木薯茎秆的平均腐解速率分别为156.7、124.2和148.5mg/d，表现为覆土覆膜覆土覆膜，这一阶段的质量减少量分别占240d内木薯茎秆质量减少量的45.5%、31.3%和40.1%;60240d其平均腐解速率分别为25.5、41.6和35.2mg/d，表现为覆土覆膜覆膜覆土。
9、3种还田方式下木薯茎秆3060d的平均腐解速率分别是60240d的6.15、2.98和4.22倍，说明3060d是木薯茎秆的快速腐解期。30240d土壤含水率的变化情况见图2，3070d、110240d土壤含水率的水平保持在13%18%，由于70110d降雨较多，不同还田方式下土壤的含水率一直处于40%以上。比较土壤含水率和木薯茎秆质量平均减少率的变化趋势(图2)，发现当土壤含水率较高(在40%以上)时，木薯茎秆的质量平均减少率处于较低水平，仅为1%2%，说明较高的土壤含水率并没有促进木薯茎秆的腐解，分析其原因可能是高的土壤含水率导致土壤形成厌氧环境而影响了土壤中促进木薯茎秆腐解的微生物的活动
10、。2.2木薯茎秆碳的释放特征木薯茎秆还田后，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下3060d木薯茎秆碳的平均释放率分别为76.3、58.5和65.3mg/d，期间碳的释放量分别占240d内碳释放量的39.6%、31.6%和37.7%(图3)。60240d碳的平均释放率分别为17.8、19.6和18.3mg/d。3种还田方式下，3060d木薯茎秆碳的平均释放率分别是60240d的4.28、2.98和3.56倍。因此，3060d为木薯茎秆碳的快速释放期，60240d为木薯茎秆碳的缓慢释放期。在240d时，覆土处理、覆土覆膜处理和仅覆膜处理下木薯茎秆碳的累积释放率分别为89.1%、85.4%和79.9%;释放
11、量分别为5782.4、5547.9和5187.7mg，表现为覆土覆土覆膜覆膜，各处理间差异显著(P0.05)。2.3木薯茎秆氮的释放特征木薯茎秆氮的释放主要分为以下3个阶段。覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下，030d氮的平均释放率分别为2.0、2.2和2.6mg/d，分别占240d内氮释放量的39.6%、31.6%和37.7%;30120d氮的平均释放率分别为0.32、0.19和0.25mg/d，分别占240d内氮释放量的15.5%、8.7%和13.8%;120240d氮的平均释放率分别为0.82、0.92和0.51mg/d，分别占240d内氮释放量的52.6%、57.3%和38.4%(图4)。由
12、此可知，木薯茎秆氮的释放经历了快速释放期、缓慢释放期、较快速释放期。在240d时，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下木薯茎秆氮的累积释放率分别为90.1%、94.2%和78.1%;释放量分别为186.8、193.4和160.5mg，表现为覆土覆膜覆土覆膜，覆土和覆土覆膜处理显著高于覆膜处理(P0.05)，但覆土与覆土覆膜处理间差异不显著(P0.05)。2.4木薯茎秆磷的释放特征不同还田方式下，仅覆膜处理时060d木薯茎秆磷的释放与覆土、覆土覆膜处理表现不同，磷的平均释放量仅为13.8%，远低于其他两种处理方式的41.4%和37.7%。在120240d，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下磷的平均释放量分别占
13、240d内磷释放量的50.1%、55.7%和84.5%(图5)。在240d时，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下木薯茎秆磷的累积释放率分别为90.6%、93.5%和87.3%，释放量分别为29.9、30.9和28.8mg，表现为覆土覆膜覆土覆膜，各处理间差异不显著(P0.05)。2.5木薯茎秆钾的释放特征不同还田方式下，木薯茎秆钾的释放趋势基本一致。覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下030d木薯茎秆钾的平均释放率分别为3.8、3.5和3.3mg/d，期间钾的释放量分别占240d内钾释放量的73.6%、69.1%和65.8%;30210d木薯茎秆钾的平均释放率分别为0.19、0.23和0.25mg/d，期间
14、钾的释放量分别占240d内钾释放量的26.3%、30.8%和34.2%(图6)。因此，030d为木薯茎秆钾的快速释放期，30240d为木薯茎秆钾的缓慢释放期。在240d时，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下木薯茎秆钾的累积释放率分别为98.7%、98.5%和97.4%，释放量分别为154.3、153.9和152.1mg，表现为覆土覆土覆膜覆膜，各处理间并未表现出显著差异(P0.05)。2.6不同还田方式下木薯茎秆碳氮比的变化特征不同还田方式下，0180d木薯茎秆的碳氮比均表现为先升后降的趋势。在030d呈现上升趋势，30d达到最高值，覆土、覆土覆膜和仅覆膜处理下碳氮比分别是42.6、44.6和50.
15、9，在30180d均呈现下降趋势，在240d时不同还田方式表现出较大的差异，覆土和覆土覆膜处理呈现上升趋势，特别是覆土覆膜处理碳氮比升至79.2(图7)。3讨论研究表明，不同还田方式下木薯茎秆在3060d腐解速度较快，之后随时间延长缓慢腐解，60d时木薯茎秆的腐解率在30%38%之间。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060d露天及土埋处理分解均较快，60d后分解缓慢，60d时不同处理大豆秸秆腐解率在20%55%之间7。武际等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14。潘福霞等在3种不同绿肥的腐解和养分释放特征研究中发现，在翻压15d后箭筈豌豆、苕子和山薰豆的腐解率均达到50%以上，1570d腐解缓慢15
