农作物秸秆是重要的生物资源，含有多种营养元素和宝贵的有机质，是优良的有机肥料^[1]，同时也是农业土壤有机碳的重要来源。棉花秸秆是新疆最普遍的有机物料，新疆目前主要是采用秸秆还田的方式，通过长期积累来提高土壤全量速效养分，改善土壤结构，促进农作物生长发育，提高作物产量，达到养地增肥的作用。目前，土地经过几十年的开发耕种，土壤有机质已严重不足。随着农作物产量的逐年提高，必须相应地增加肥料用量，才能恢复和保持土壤肥力^[2]。农作物秸秆是重要的有机肥源，秸秆还田是培肥地力的有效措施之一。秸秆的分解状况除了与秸秆本身组分有关外，还受到土壤其他条件的制约^{[3, 4, 5, 6, 7, 8]}，其中土壤水分条件是关键之一^[9]。此次试验主要是通过对土壤水分及棉花秸秆粉碎程度的控制来研究棉花秸秆的分解状况，为大面积推广棉花秸秆还田技术提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 材料

棉花秸秆采集自新疆昌吉市佣坝乡镇高峰一队，品种为当地主栽品种，秸秆理化性质见表 1。模拟试验土壤采集自新疆农业大学老满城试验场，土壤类型为灰漠土，土壤质地为砂壤土，土壤有机质含量为45.55 g·kg^-1，碱解氮含量为25.55 mg·kg^-1，速效钾含量为43.40 mg·kg^-1，速效磷含量为7.14 mg·kg^-1，电导率为264.33 μS·cm^-1，pH值为8.46。试验场地2012 年的月平均温度和降水量如图 1 所示。

表 1 棉花秸秆植物体有机碳及木质素含量的分析结果 Table 1 The results of organic carbon and lignin content in cotton plant

表选项

注释 图 1 试验场地2012 年月平均温度及降水量 Figure 1 The mean temperature and precipitation by the month of experiment field in 2012

图选项

试验在网室内进行，为2因素（土壤湿度、棉花秸秆粉碎程度）3 水平设计，其中土壤湿度因素设置低湿度（20%饱和含水量）、中湿度（50%饱和含水量）、高湿度（80%饱和含水量）3 个水平；棉花秸秆机械长度设置1、3、5 cm 3个水平。试验详细处理：对照组不施用棉花秸秆，水量与试验方法一致，加入相应的水，以确保土壤水分达到试验要求水分；处理1、处理2、处理3施用棉花秸秆，分别保持水分达土壤饱和含水量的80%、50%、20%，每隔5 d补水1次，做重复3个；同时做不同机械长度（1、3、5 cm）的处理。 1.3 试验管理 1.3.1 水分调节

土壤水分控制主要靠称重法来控制每次补水量：将棉花秸秆埋入土壤中后，每隔5 d加入一定量的水，确保土壤水分达到试验要求量。工作完成后，每隔3 d记录1次秸秆腐熟对比情况。 1.3.2 秸秆物理状态

棉花秸秆带回实验室自然风干，之后在80℃下烘干8 h，并剪成1、3、5 cm小段，备用。

称取处理好的棉花秸秆50.0 g 左右，装入网眼大小约为1 mm的尼龙网袋（10 cm×20 cm）中，将棉花秸秆装入网袋后缝好网袋。将封好的网袋埋入土壤中（在花盆中掩埋，限制土壤间肥力的转移），埋深为10cm左右，100 d后取出，测量棉花秸秆的分解率。 1.4 试验方法 1.4.1 土壤样品采集方法

掩埋前，采用多点混合法采取基础土样。取出后，分别在各处理中采取土样。 1.4.2 土壤样品处理及分析方法

对采回的土样进行风干、分选、去杂、磨碎、过筛、混合、装袋、登记等初步处理后,分别对土壤的pH 值、电导率、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤肥力主要指标进行实验分析。土壤有机质含量测定采用重铬酸钾氧化法；pH 值用酸度计（奥立龙868，ThermoOrion）测定,水土比为2.5:1；土壤碱解氮测定采用碱解扩散法；土壤速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-硫酸钼锑抗比色法；土壤速效钾测定采用1 mol·L^-1-NH₄Ac浸提-火焰光度计法，电导率测定采用电导仪。 1.4.3 植物样品处理及分解率分析测定

对采集回的经掩埋处理的棉花秸秆进行烘干处理，烘至恒重之后分别称重并记录。棉花秸秆碳含量用改进丘林法进行测定，植物体木质素含量用72%硫酸进行酸解方法测定。秸秆分解率用差重法测定，即掩埋前称重量减去掩埋后称重量的差值除以掩埋前称重量。 1.4.4 数据分析

采用Excel 2003软件对试验数据进行处理，采用SPSS 17.0 软件进行单因素方差分析。 2 结果与分析 2.1 不同处理对棉花秸秆分解情况的影响

不同处理下棉花秸秆的分解情况见表 2。

表 2 棉花秸秆分解情况 Table 2 The decomposition of cotton stalk

表选项

由表 2 可以看出，处理2 分解较早，在第15 d就开始分解，而处理1 和处理3 分别在第21 d、第27 d才开始分解，且分解进度很慢。将3 种处理不同秸秆粒度第100 d的分解率分别求平均值，所得结果显示处理2 的分解率较高，达到54.08%；而处理1 和处理3 在第100 d 时分解率只有47.42%和45.36%，表明秸秆相对分解不完全。 2.2 不同处理对土壤养分变化的影响

不同处理下土壤养分的含量见表 3。

表 3 土壤养分含量分析结果 Table 3 The results of nutrition content in soil

表选项

从表 3 可以看出，各处理秸秆分解后土壤pH 值和电导率较分解前分别略有提高和下降，在处理1 下更为明显，但棉花秸秆分解对土壤pH 值和电导率影响不大。秸秆各处理土壤养分较秸秆未处理前均有所提高，其中，处理2比对照组土壤有机质含量以及氮、磷、钾分别提高了44.08%、247.20%、115.55%和35.37%。可见，处理2 可以使棉花秸秆分解更加彻底，养分释放的更加完全，土壤有效养分提升也更为明显。 2.3 机械长度及水分对棉花秸秆分解的影响

由表 4 可知棉花秸秆在含水量为50%、长度为3 cm 时为降解最佳条件，此时棉秆的分解率为54.08%，与处理1、处理3 的结果差异显著。在2个试验条件中，实际应用时应优先考虑秸秆机械长度。

表 4 不同处理下秸秆分解率 Table 4 The decomposition ratio of cotton stalk in different treatments

表选项

刘波^[10]的研究结果表明，秸秆快速降解的生产条件水分控制为60%时，为最佳条件，这与本试验研究结果非常接近。秸秆含水率过低会使秸秆中的微生物生长受到抑制，而秸秆含水率过高又会影响O₂通入、产生的CO₂排出以及热量的散失，影响秸秆降解。左玉萍等^[11]在土壤含水量对秸秆分解的影响及动态变化研究中发现秸秆在初期分解量较大，需要水分较多，因此土壤水分含量主要影响秸秆前期的分解。本试验中，中等水分含量的秸秆分解率最高、分解最早、进程最快，与左玉萍的研究结论一致。

曾木祥等^[12]研究指出，在中国主要农区秸秆还田，虽然在还田的数量、方式和方法不同，但都能取得较好的增产效果，都有改良土壤、培肥地力的作用，覆盖还田还有蓄水保墒、调节地温、抑制杂草生长等作用。张静等^[13]也有研究表明，秸秆还田能够提高土壤有机质含量，降低土壤中氮的流失，加强土壤微生物对碳、氮的固持以及供给作用，实现土壤供肥水平的提高。本试验中3 个处理秸秆分解后土壤氮、磷、钾以及有机质含量均有提高，秸秆中含有大量的纤维素和木质素，土壤中的微生物通过一系列的生理活动，将纤维素和木质素转化养分释放到土壤中。这也与况陵生^[14]和劳秀荣等^[15]的研究结果一致，即秸秆还田可改善土壤通透性，提高土壤生产潜力和持续增产。

综上所述，秸秆还田的前景广阔，我国棉花耕种面积460 万hm²，而新疆是我国重要的产棉区，新疆的棉花耕种面积达到1.23 万hm²。按每公顷棉花秸秆产量600 kg 计算，每年全国棉花秸秆产量约为2 760 万t。这么大量的原料无论是作为农业生产秸秆还田养地，还是作为畜牧业高档饲料及工业产品原料，都将是丰富的、具有较高利用价值的原料资源^{[16, 17]}。因此，对棉花秸秆有效、高效的利用，对发展农村经济和环境保护都有积极的影响。研究发现棉花秸秆分解仍需要添加一定量的肥料，以便促进其分解，获得更大的养分补给，对于新疆秸秆还田最适宜的肥料补充区间需要进一步研究。新疆作为我国主要的产棉基地，秸秆还田是新疆重要的农业管理措施之一，可以有效地提高土壤有机质的含量，减缓温室效应^{[18, 19, 20]}。因此，在新疆研究棉花秸秆还田具有一定的战略意义。 4 结论

（1）从土壤水分情况来看，棉花秸秆在50%饱和 含水量处理下的分解情况最为理想，在第100 d时， 棉花秸秆分解率达到54.08%，秸秆含水率过高或者 过低都不利于其分解。

（2）从棉花秸秆粉碎程度来看，棉花秸秆粉碎的 越细越有利于其分解，但是3 cm 处理100 d后分解 率达到54.08%，而1 cm 处理100 d后分解率只有 47.42%，说明棉花秸秆分解需要一定的孔隙度。

（3）棉花分解之后对土壤肥力也有很大影响，3 个处理秸秆分解后土壤氮、磷、钾以及有机质含量均 有提高，说明秸秆还田有利于提高土壤肥力。