猪粪与秸秆条联合还田：加速黑土 “破黄” 困境中玉米秸秆分解的新希望

为解决黑土 “破黄” 后秸秆分解慢影响作物生长的问题，吉林农业大学研究人员开展猪粪与秸秆联合还田对玉米秸秆分解影响的研究，发现二者联用可加速分解。该研究为秸秆高效利用提供依据，推荐科研读者阅读。

　　

在我国广袤的土地上，黑土可是农业生产的 “金土地”，它肥沃的土壤就像一个营养丰富的 “大宝藏”，特别适合农作物生长。可近年来，这片 “金土地” 却遇到了大麻烦。由于土壤侵蚀、农业生产活动以及工程管理等原因，黑土的质量逐渐下降。原本厚厚的黑土层开始变薄，土壤表面还出现了 “破碎皮肤黄” 的现象，就好像黑土生病了，长了 “黄斑” 一样。

为了拯救这片黑土，科学家们想到了一个办法 —— 秸秆还田。秸秆还田就像是给黑土送来了 “营养快递”，不仅能让土壤变得更健康，还能提高农作物的产量，甚至对缓解全球碳排放也有帮助。可这 “营养快递” 在黑土的 “收件” 过程中却遇到了问题。在黑土所处的环境中，冬天特别漫长，土地会被冻得硬邦邦的，土壤温度很低，而且气候还很干燥。这些自然条件就像一道道 “关卡”，阻碍了秸秆在田间的分解。秸秆分解得慢，就没办法很好地转化为土壤的养分，还会影响后续农作物的生长，导致产量降低、品质变差。更糟糕的是，没分解完全的秸秆还会在耕层里 “捣乱”，造成秸秆堆积，还会产生有机酸，抑制农作物根系和幼苗的生长，进一步降低农作物的产量。

为了解决这些问题，吉林农业大学的研究人员在《BMC Plant Biology》期刊上发表了一篇名为《The combined application of swine manure and straw strips to the field can promote the decomposition of corn straw in “broken skin yellow” of black soil》的论文。研究发现，把猪粪和秸秆条一起施用到田间，能够加速玉米秸秆的分解，还能促进秸秆中有机成分的释放。而且在所有处理中，猪粪和生物炭联合施用的处理方式分解率最高，这表明这种组合能显著促进秸秆分解。这一研究结果为加速秸秆分解、提高养分利用率提供了科学依据，就像给黑土的 “康复之路” 指明了方向。

为了开展这项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。他们在田间设置了不同的处理组进行对比试验，包括单独秸秆处理以及秸秆分别与猪粪、生物炭、硼渣、生物菌剂、生物有机肥等混合处理。在试验过程中，利用扫描电子显微镜观察玉米秸秆表面的微观结构变化，用红外光谱仪和核磁共振仪分析秸秆的元素组成和有机功能基团变化，通过这些技术全面了解秸秆在不同处理下的分解情况。

下面我们来看看具体的研究结果：

• 玉米秸秆分解的动态变化：研究人员发现，随着时间推移，所有处理组中秸秆及其组成成分（木质素、纤维素、半纤维素）的含量都在下降。和单独秸秆处理相比，猪粪和玉米秸秆联合还田的处理组中，秸秆和这三种成分的含量下降得更明显。比如，分解 30 天后，联合处理组中纤维素的含量比单独秸秆处理组降低了 21.17% - 32.45%；分解 360 天后，多个联合处理组中木质素含量相比单独秸秆处理组也有明显下降。从分解速率来看，纤维素和半纤维素在前期（0 - 90 天）分解得很快，后期（90 - 360 天）就逐渐慢了下来，和秸秆的分解速率趋势很像。而木质素前期（0 - 30 天）分解慢，后期（30 - 360 天）相对较快。360 天后，不同处理组的分解速率差异显著，猪粪和生物炭联合处理组的秸秆分解速率最高，达到了 66.16%，这说明这种组合对促进秸秆分解效果特别好。
• 秸秆结构特征的变化：通过扫描电子显微镜观察发现，刚开始未分解的玉米秸秆表面光滑、结构整齐，就像穿着一件光滑的 “外套”。但经过 360 天的分解后，秸秆的结构被严重破坏，难以降解的蜡层、硅化结构和大的维管束都分解了，只剩下高度木质化的机械和表皮组织。和单独秸秆处理相比，玉米秸秆与猪粪、生物炭联合还田的处理组降解程度更大，这表明这种联合处理能更有效地破坏秸秆结构，促进其分解。
• 玉米秸秆分解过程中有机功能基团的变化：
  • 元素分析：经过 360 天分解，秸秆残渣中碳（C）和氢（H）的含量通常会下降，氮（N）和氧（O）的含量则会上升，这说明秸秆分解是一个氧化过程。而且不同处理组中，C/N 比有明显变化，猪粪和生物炭联合处理组的 C/N 比显著降低，这意味着这种处理能有效促进秸秆分解。
  • 红外光谱分析：不同处理组的玉米秸秆光谱有相似特征，但吸收峰强度在不同时间差异明显。随着分解天数增加，所有处理组的吸收峰都逐渐变平滑。360 天后，多个处理组中一些吸收峰强度下降，说明脂肪族化合物、芳香族和脂肪族物质等在减少。猪粪和生物炭联合处理组的吸收峰下降更显著，进一步证明这种组合能促进秸秆分解。
  • 核磁共振光谱分析：秸秆分解过程中，化学结构特征变化明显。烷基碳、甲氧基碳、酚碳和羧基碳的相对含量增加，而烷氧基碳含量减少。猪粪和生物炭联合处理组中烷基碳与烷氧基碳的比率更高，表明该处理显著促进了秸秆分解。
  
  
• 有机碳功能基团与玉米秸秆分解速率的相关性：研究人员通过分析发现，秸秆分解 360 天后，秸秆有机功能基团中的烷基碳、芳香碳和酚碳与秸秆、纤维素、半纤维素和木质素的分解速率呈显著正相关，而烷氧基碳则与它们呈显著负相关。这说明秸秆的化学组成是影响其分解过程的重要因素。

综合研究结果和讨论部分，这项研究有着重要意义。它不仅揭示了不同外源调理剂对玉米秸秆分解的影响，还明确了猪粪和生物炭联合施用是促进玉米秸秆在黑土中分解的有效农艺措施。这一研究成果为农业生产提供了实用的指导，农民们可以根据这个结果，合理地将猪粪和生物炭与秸秆一起还田，加速秸秆分解，提高土壤肥力，从而提升农作物产量和质量，让黑土重新焕发生机，也为农业的可持续发展贡献了重要力量。