棉花秸秆不同还田处理对土壤理化性状的影响

The Effect of Different Incorporation Treatments of Cotton Straw on Soil Physical and Chemical Properties

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.04.003

范艳菊 Yanju FAN , 李文文 Wenwen LI , 张敏 Min ZHANG , 张永超 Yongchao ZHANG , 苏秋娟 Qiujuan SU , 倪明月 Mingyue NI , 胡迎彤 Yingtong HU

1 山东省德州市宁津县乡村振兴服务中心山东宁津 253400 Shandong Dezhou Ningjin County Rural Revitalization Service Center, Ningjin, Shandong 253400, China 2 山东省德州市农业农村局山东德州 253000 Dezhou Agricultural and Rural Bureau, Shandong Province, Dezhou, Shandong 253000, China

摘要：

为考察棉花秸秆不同还田处理对土壤理化性状的影响，开展了田间小区试验。试验共设置棉花秸秆不还田+施用复合肥(T0)及棉花秸秆还田与不施用复合肥(T1)、施用复合肥(T2)、撒施尿素+施用复合肥(T3)、撒施腐熟剂+施用复合肥(T4)等5个处理，测定了不同处理的土壤容重、土壤团聚体分布、土壤pH和养分含量等指标。结果表明：与T0处理相比，棉花秸秆还田处理显著降低了0~30 cm土层的土壤容重，显著提高了粒径＞0.25 mm的团聚体占比，并在不同程度上提高了0~20 cm土层的土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量；不同处理的土壤pH无显著性差异。

关键词：

秸秆还田; 棉花; 腐熟剂; 容重; 团聚体分布; 土壤养分;

Abstract：

To investigate the effects of different cotton straw incorporation treatments on soil physical and chemical properties, a field plot experiment is conducted. Five treatments are established: no straw incorporation + compound fertilizer application (T0), straw incorporation without compound fertilizer (T1)、straw incorporation with compound fertilizer (T2), straw incorporation + urea broadcasting + compound fertilizer application (T3) and straw incorporation + composting agent broadcasting + compound fertilizer application (T4). Soil bulk density, soil aggregate size distribution, soil pH and nutrient content are measured across treatments. The results show that compared to T0, straw incorporation treatments significantly reduce soil bulk density in the 0-30 cm layer and significantly increase the proportion of aggregates > 0.25 mm. Furthermore, straw incorporation treatments increase the content of soil organic matter, alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus, and available potassium in the 0-20 cm layer to varying degrees. No significant differences in soil pH are observed among the treatments.

Keyword：

straw incorporation; cotton; composting agent; bulk density; aggregate distribution; soil nutrient;

棉花作为我国重要的大宗农产品，满足了人民的基本生活需求，在农业农村经济发展中占据着不可替代的地位。2008年以来，山东省棉花种植面积呈下行收缩趋势。自2020年实施棉花目标价格改革补贴等措施后，山东省棉花种植面积略有回升，并逐渐趋于稳定^[1]。棉花秸秆是一种天然可再生资源^[2]，含有丰富的氮、磷、钾，如果将其丢弃或者焚烧，不仅带来严重的环境污染，还会导致资源的浪费^[3-4]。

秸秆还田是目前热门的处理措施之一^[5]。研究表明，秸秆还田配施有机肥既可以提高作物增产效应^[6-7]、增加土壤养分^[8-9]，又可以降低土壤含盐量和pH^[10-11]，并且对增强土壤团聚体稳定性^[12-13]也有一定作用。秦新政等^[14]认为，棉花秸秆还田可以显著提高土壤中速效氮和速效钾的含量。席凯鹏等^[15]通过对棉花秸秆长期还田并配施有机肥的研究表明，长期秸秆还田配施有机肥可以提高土壤有机质含量，促进植株对养分的吸收和利用。山东德州作为棉花主产区，秸秆还田技术的推广面积十分有限。因此，本文通过棉花秸秆还田配施尿素、腐熟剂等措施，探讨棉花秸秆还田后土壤理化性状及土壤养分含量的变化，以期为德州地区通过秸秆还田改良土壤提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地点和试验材料

试验地点：山东省德州市宁津县大耿庄村。

供试土壤：盐化潮土，棉花秸秆还田前土壤耕作层理化性状见表 1。

表 1

棉花秸秆还田前土壤耕作层理化性状

土层/cm	pH	w(有机质)/(g·kg^-1)	w(碱解氮)/(mg·kg^-1)	w(有效磷)/(mg·kg^-1)	w(速效钾)/(mg·kg^-1)
0~20	8.56	12.61	46.62	15.30	179.67
20~40	8.72	7.77	15.43	9.49	88.33

供试作物：棉花，品种为德棉16。

供试材料：秸秆腐熟剂，有效活菌数≥2.0亿/mL，登记证号微生物肥[(2014)准字(1326)号]，山东君德生物科技有限公司；尿素，w(总氮)≥46.0%，山东华鲁恒升集团有限公司；复合肥(15-16-15)，硫酸钾型，山东史丹利化肥股份有限公司。

1.2 试验设计

试验共设置5个处理(见表 2)，每个处理3次重复，共15个小区，随机排列。每个小区长6 m，宽15 m。2022年11月5日，采用棉花秸秆粉碎还田机将上茬棉花秸秆全部还田。根据试验设计，T3、T4处理在土壤表面分别撒施尿素和秸秆腐熟剂，然后对所有处理小区进行旋耕。棉花秸秆还田后撒施尿素可以加速秸秆腐化、防止碳氮失调、提供氮素营养并提高土壤肥力。

表 2

试验设计

处理	秸秆是否还田	尿素/(kg·亩^-1)	秸秆腐熟剂/(kg·亩^-1)	复合肥/(kg·亩^-1)
T0	否	0	0	45.0
T1	是	0	0	0
T2	是	0	0	45.0
T3	是	10.0	0	45.0
T4	是	0	5.0	45.0
注：1)1亩=667 m²

棉田造墒时间为2023年4月1日，播种时间为2023年4月28日。棉花种植采用覆膜栽培，大行行距为80 cm，小行行距为60 cm，株距为23 cm，使用三垄六行棉花覆膜播种机(曲阜市富农机械厂)进行播种。除T1处理外，其他各处理均在种播时施加复合肥，每亩施用30.0 kg，并在棉花盛花期时开沟追施15.0 kg。各处理其他栽培管理措施与当地大田生产一致。

1.3 土样采集

试验于收获期分别采集0~20 cm和20~40 cm深度的土壤样品。在棉花窄行，按照“S”形取样法，每个处理取3个样点，重复3次取样，混合9个样点的土壤样品。将混合后的土壤样品在室内风干，测定土壤的pH及有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量。选择3个样点挖剖面，剖面深度为40 cm，每10 cm用环刀分层挖取原状土样，用于测定土壤容重。

1.4 指标及测定方法

用环刀法测定土壤容重；用干筛法测定土壤团聚体分布；土壤pH采用pH计测定(水土体积比为5 ∶1)；土壤中有机质含量采用重铬酸钾氧化-比色法测定；土壤中碱解氮含量采用碱解扩散法测定；土壤中有效磷含量采用碳酸氢钠溶液浸提，钼锑抗比色法测定；土壤中速效钾含量采用乙酸铵溶液浸提，火焰光度法测定。

1.5 数据处理与统计分析

采用Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理并绘制表格，采用SPSS 20.0软件进行方差分析(Duncan法，P＜0.05)，采用新复极差法比较处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤结构的影响

2.1.1 土壤容重

不同处理的土壤容重见表 3，表中同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同。

表 3

不同处理的土壤容重 g/cm³

处理	不同深度土层的土壤容重
处理	0~10 cm	10~20 cm	20~30 cm	30~40 cm
T0	1.45±0.01 a	1.49±0.01 a	1.47±0.01 a	1.46±0.03 a
T1	1.41±0.02 b	1.43±0.01 b	1.40±0.02 b	1.45±0.01 a
T2	1.38±0.03 c	1.34±0.02 c	1.41±0.01 b	1.44±0.02 a
T3	1.32±0.02 d	1.35±0.01 c	1.40±0.02 b	1.43±0.01 a
T4	1.27±0.01 e	1.30±0.01 d	1.33±0.01 c	1.42±0.02 a

从表 3可以看出：棉花秸秆还田处理显著降低了0~30 cm土层的土壤容重；在0~10 cm土层中，不同处理的土壤容重差异显著，T1~T4处理的土壤容重较T0处理的分别降低了2.8%、4.8%、9.0%、12.4%；在10~20 cm土层中，除T2、T3处理的土壤容重差异不显著外，其他处理间均呈现出显著性差异，T1~T4处理的土壤容重较T0处理的分别降低了4.0%、10.1%、9.4%、12.8%；在20~30 cm土层中，T1~T3处理的土壤容重差异不显著，T0处理的土壤容重与其他处理的相比差异显著, T1~T4处理的土壤容重较T0处理的分别降低了4.8%、4.1%、4.8%、9.5%；在30~40 cm土层中，各处理的土壤容重无显著性差异。可见，在0~20 cm土层中，棉花秸秆还田结合浅层旋耕，可以加速秸秆腐解，显著降低土壤容重，疏松土壤。随着土层的加深，棉花秸秆还田对土壤容重的影响越来越小，表明秸秆残体的腐解程度与在土壤中的翻埋深度存在一定的相关性。

2.1.2 土壤团聚体

不同处理的土壤团聚体分布情况见表 4。

表 4

不同处理的土壤团聚体分布情况

处理	0~20 cm土层土壤团聚体占比/%
处理	＞2 mm	1~2 mm	0.25~1 mm	0.053~0.25 mm	＜0.053 mm	＞0.25 mm
T0	10.19±0.34 e	5.44±0.13 b	20.13±0.24 d	31.47±0.25 a	30.22±0.52 a	35.76 d
T1	16.10±0.27 d	11.18±0.06 a	32.77±0.36 c	24.05±0.42 b	20.48±0.02 b	60.05 c
T2	17.87±0.14 c	11.37±0.50 a	37.01±0.51 b	20.42±0.36 c	17.33±0.08 c	66.25 b
T3	20.93±0.05 b	10.85±0.32 a	36.03±0.42 b	20.22±0.14 c	18.98±0.16 c	67.81 b
T4	21.74±0.34 a	11.97±0.17 a	41.50±0.11 a	15.88±0.48 d	14.40±0.23 d	75.21 a

处理	20~40 cm土层土壤团聚体占比/%
处理	＞2 mm	1~2 mm	0.25~1 mm	0.053~0.25 mm	＜0.053 mm	＞0.25 mm
T0	14.12±0.25 a	9.41±0.42 a	20.12±0.14 a	16.60±0.27 a	17.86±0.35 a	43.65 a
T1	12.11±0.52 a	8.80±0.13 a	22.11±0.03 a	16.95±0.04 a	17.84±0.51 a	43.02 a
T2	11.11±0.24 a	8.75±0.51 a	21.13±0.04 a	16.07±0.13 a	16.94±0.42 a	40.99 a
T3	12.33±0.43 a	7.86±0.04 a	22.29±0.17 a	18.47±0.22 a	15.96±0.31 a	42.48 a
T4	13.25±0.14 a	10.79±0.26 a	22.06±0.26 a	17.74±0.15 a	13.16±0.30 a	46.10 a

从表 4可看出：在0~20 cm土层中，土壤团聚体粒径＞2 mm时，各处理的土壤团聚体占比差异显著，T1~T4处理较T0处理分别显著增加58.0%、75.4%、105.4%、113.3%；粒径为1~2 mm时，T1~T4处理的土壤团聚体占比无显著性差异，但与T0处理相比差异显著，分别比T0处理增加105.5%、109.0%、99.4%、120.0%；粒径为0.25~1 mm时，除T2、T3处理的土壤团聚体占比无显著性差异外，其他处理的差异显著；粒径为0.053~0.25 mm和＜0.053 mm时，秸秆还田处理显著降低了土壤团聚体占比，除T2、T3处理间差异不显著外，其他处理均呈显著性差异，分别比T0处理降低23.6%、35.1%、35.7%、49.5%和32.2%、42.7%、37.2%、52.3%；粒径＞0.25 mm是较理想的团聚体，有助于维持土壤结构稳定、调节养分循环、提升肥力关键指标，秸秆还田处理可显著提高粒径＞0.25 mm的土壤团聚体占比，分别比T0处理的提高67.9%、85.3%、89.6%和110.3%。在20~40 cm土层中，各处理间均无显著性差异。试验结果表明，秸秆还田与旋耕改善了土壤表层的物理结构，提高了土壤团聚体的稳定性。

2.2 不同处理对土壤养分含量的影响

不同处理的土壤养分含量见表 5。

表 5

不同处理的土壤养分含量

土层/cm	处理	pH	w(有机质)/(g·kg^-1)	w(碱解氮)/(mg·kg^-1)	w(有效磷)/(mg·kg^-1)	w(速效钾)/(mg·kg^-1)
0~20	T0	8.84±0.03 a	11.44±0.80 c	150.66±3.82 c	43.98±3.53 c	150.33±6.44 d
	T1	8.91±0.05 a	12.34±0.32 b	151.48±6.56 c	44.34±0.23 c	195.33±11.29 c
	T2	8.87±0.04 a	12.51±0.42 b	164.08±4.17 b	47.07±1.93 b	257.67±10.74 b
	T3	8.88±0.01 a	13.00±0.27 ab	160.34±2.61 b	50.38±0.11 a	332.67±10.74 a
	T4	8.79±0.05 a	13.58±0.45 a	172.38±1.58 a	51.79±2.08 a	339.33±5.90 a
20~40	T0	9.00±0.06 a	4.48±0.17 c	50.47±1.74 b	6.29±2.05 c	63.33±16.90 d
	T1	9.11±0.06 a	4.81±0.20 b	50.59±1.08 b	6.71±0.87 c	65.00±8.50 d
	T2	9.16±0.09 a	4.92±0.50 b	70.74±1.76 a	8.52±0.52 b	81.00±10.02 c
	T3	9.18±0.04 a	5.01±1.58 a	70.88±0.36 a	10.90±0.58 a	85.00±11.72 b
	T4	9.06±0.04 a	5.15±0.84 a	70.81±0.44 a	11.83±0.06 a	99.33±0.33 a

从表 5可看出：在0~20 cm和20~40 cm土层中，不同处理对土壤pH的影响差异不显著；随着土层深度的增加，pH呈上升趋势。在0~20 cm土层中，棉花秸秆还田处理的土壤有机质含量与T0处理的相比差异显著，分别提高了7.9%、9.4%、13.6%和18.7%；在20~40 cm土层中，棉花秸秆还田处理的土壤有机质含量与T0处理的相比差异显著，分别提高了7.4%、9.8%、11.8%和15.0%；随着土层的加深，土壤有机质含量呈下降趋势。在0~20 cm土层中，除T1处理外，其他棉花秸秆还田处理的土壤碱解氮含量与T0处理的相比差异显著，分别提高了8.9%、6.4%和14.4%；在20~40 cm土层中，T0处理的土壤碱解氮含量与T1处理的差异不显著，与其他棉花秸秆还田处理的差异显著；土壤碱解氮含量随着土层深度的加深呈降低趋势。在不同的土层中，土壤有效磷含量由低到高依次为T0＜T1＜T2＜T3＜T4；除T1处理外，其他棉花秸秆还田处理的土壤有效磷含量与T0处理的相比差异显著，T3、T4处理与其他处理间差异显著，表明棉花秸秆还田可以提高土壤中有效磷含量，撒施尿素和腐熟剂对0~40 cm土层的有效磷含量影响显著。在不同土层深度中，T3、T4处理的土壤速效钾含量分别比T0处理的提高121.3%、125.7%和34.2%、56.8%，表明撒施尿素和腐熟剂可以显著提高土壤中速效钾的含量。

3 讨论

土壤理化性状主要表现在土壤容重、土壤孔隙度和土壤团聚体分级等3个方面。棉花秸秆还田后，经土壤微生物分解，能够生成腐殖酸，促进土壤团粒结构的形成，减小土壤密度，降低土壤容重^[16]。本研究结果表明，棉花秸秆还田不仅可以显著降低土壤容重，还可以提高粒径0.25 mm以上土壤团聚体占比，降低粒径为0.053~0.25 mm和＜0.053 mm范围内土壤团聚体占比，尤其以撒施秸秆腐熟剂的变化最大。这表明秸秆腐熟剂可以加速秸秆的解体与腐烂，使土壤中的有机质含量提高、容重降低，提高土壤团聚体的稳定性，从而改善土壤结构，这与房佰涵等^[17]的研究结果一致。秦都林等^[10]的研究表明，棉花秸秆还田可以降低土壤容重，连续秸秆还田对土壤容重降低效果更明显，同时，通过秸秆还田所改善的土层深度随着时间的推移而增大。孟浩^[18]通过对0~20 cm和20~40 cm的土层进行湿筛，获得各土层水稳性团聚体的结构组成，结果表明秸秆还田处理可以显著提高0~20 cm土层中土壤大团聚体和微团聚体的比例，这与本试验中可提高粒径0.25 mm以上土壤团聚体占比的结果一致。

棉花秸秆中含有大量作物所需的氮、磷、钾等营养元素^[19]，施入土壤后，随着秸秆不断腐解，能有效提高土壤中有机质、碱解氮、有效磷及速效钾的含量。汤文光等^[20]的研究认为，秸秆还田后经土壤中微生物的不断腐解，其中的氮、磷、钾元素能不断向土壤中释放，与秸秆未还田的处理相比，可以显著提高0~20 cm土层中土壤的碱解氮、有效磷、速效钾的含量。本试验研究表明，秸秆还田后，土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量均有不同程度的提高，尤其在0~20 cm土层中，增施腐熟剂后，与其他处理差异显著，这与赵婷婷等^[21]的研究结果一致。慕平等^[16]的研究表明，连续秸秆还田结合土壤浅耕，可以显著提高0~20 cm土层中土壤有机质和速效钾的含量，且随着秸秆还田时间的延长，效果更加明显。刘艳慧等^[22]通过连续4年的研究发现，秸秆还田后，0~20 cm土层中有机质、碱解氮的含量显著提高，这与本试验的研究结果一致。

4 结语

通过对棉花秸秆还田后土壤容重、团聚体结构和土壤养分等方面的研究发现，棉花秸秆还田可以显著降低土壤容重，提高粒径0.25 mm以上土壤团聚体的占比，并降低粒径为0.053~0.25 mm和＜0.053 mm范围内土壤团聚体的占比，同时也显著提高了0~20 cm土层中土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量。本试验仅对一年秸秆还田进行了研究，后续还需要对多年秸秆还田进行深入研究，以进一步了解秸秆还田对土壤理化性状的影响。

ckwx 参考文献

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