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摘 要：以玉米秸稈、水稻秸秆和猪粪为研究对象，采用尼龙网袋填埋法，结合一级动力学方程拟合，研究了不同有机物料在等碳量还田条件下翻埋入黄壤旱地后的腐解特性和养分释放特征。以期为贵州省黄壤旱地条件下有机物料还田和资源化利用提供理论依据。结果表明：经过180 d腐解后，不同有机物料腐解均表现为前期快后期慢的趋势，三种有机物料累计腐解率为60.98%～62.69%，表现为水稻秸秆>玉米秸秆>猪粪;动力学方程拟合结果表明，玉米秸秆处理腐解率最低，达到腐解平衡的时间较短;水稻秸秆和猪粪养分释放率均表现为钾>磷>氮>碳，玉米秸秆养分释放率表现为钾>磷>氮>碳;有机物料中碳、氮、磷和钾的释放率分别为58.50%～78.75%、54.96%～69.26%、75.29%～91.66%和93.49%～98.07%。总体表现为秸秆类累积腐解率大于粪肥，各有机物料中钾素释放速率较高，施用玉米秸秆维持并提高旱作黄壤肥力的较好措施。
关键词：黄壤旱地;有机物料;腐解特性;养分释放
中图分类号：S158
文献标识码：A
文章编号：1008-0457（2019）04-0059-06 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.04.011
NutrientRelease Patterns and Decomposition Characteristics of Different Organic Materials in Yellow Soil Upland
XIA Dong，WANG Xiao-li *，RAN Xiao-zhui，ZHAO Yi-guo
（College of agriculture，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China）
Abstract：：With corn straw，rice straw and pig manure as the research objects，the decomposition characteristics and nutrient release characteristics of different organic materials buried in yellow soil upland under the condition of equal carbon amount were studied by nylon mesh bag landfill method combined with first-order kinetic equation fitting.In order to provide a theoretical basis for returning organic materials to the field and resource utilization in upland yellow soil of Guizhou province.The results showed that，after 180 days of decomposition，the decomposition of different organic materials showed a trend of fast in the early stage and slow in the later stage.The cumulative decomposition rate of the three organic materials was 60.98%～62.69%，which was manifested as rice straw>maize straw>pig manure.The results of kinetic equation fitting showed that the decomposition rate of corn straw treatment was the lowest and the time to reach the decomposition equilibrium was short.The nutrient release rates of both rice straw and pig manure were nitrogen>potassium>phosphorus>carbon，and the nutrient release rates of corn straw were potassium>phosphorus>nitrogen>carbon.The release rates of carbon，nitrogen，phosphorus and potassium in organic materials were 58.50～78.75%，54.96%～69.26%，75.29%～91.66% and 93.49%～98.07%，respectively.The results showed that the cumulative decomposition rate of straw was higher than that of manure，and the potassium release rate of organic materials was higher.Application of corn straw is a good measure to maintain and improve the fertility of yellow soil upland .
Key words：yellow soil upland，organic material，decomposition characteristics，nutrient release 农作物秸秆和粪肥是农业系统必不可少的肥料来源，我国秸秆资源丰富，已成为世界上秸秆产量大国[1]。禽畜养殖业的迅速崛起，禽畜粪便产量巨大[2]。随着农业发展，各种农作物秸秆等有机物料越来越多，近年来，全国每年产生的农作物秸秆多达7亿t，氮、磷、钾养分含量相当于300万t尿素70万t过磷酸钙，700万t硫酸钾[3]。如果将秸秆全部还田，归还农田的平均养分量可高达N 54.4 kg/hm2、P2O515.5 kg/hm2和K2O88.1 kg/hm2，相当于每年氮肥用量的38.4%、磷肥用量的18.9%和钾肥用量85.5%，但我国秸秆等有机物料的利用率较低，有效还田率不到1/3[4-5]。有机废弃物的大量产生无法作为资源合理利用必然带来一系列的生态破坏和环境污染问题[6]。如农作物秸秆焚烧会严重增加空气污染指数，畜禽粪便未经处理随意排放，造成严重的养分资源浪费并严重污染水体。因此，人们逐渐对秸秆、粪便等有机物料还田等农业措施的研究更加重视。有机物料对土壤培肥起着重要作用，其在土壤中的腐解状况直接影响着土壤质量和肥力供应，了解有机物料腐解状况对土壤肥力的调控有着极其重要的作用[7-9]。目前有关有机物料腐解特征研究比较多，研究表明腐解受物料本身属性、土壤类型和气候等因素的影响，有机物料腐解状况差异性较大。腐解试验研究至今，关于在不同土壤类型下的腐解试验有很多[10-15]，但关于黄壤旱地下有机物料还田的腐解特征却鲜有报道，本研究以玉米秸秆（maize straw，RS）、水稻秸秆（rice straw，RS）和猪粪（pig manure，PM）为研究对象，采用尼龙网袋填埋法和室内分析，研究不同有机物料（MS、RS、PM）在等碳量还田条件下的腐解特征，以期为贵州省旱作黄壤条件下有机物料还田和资源化利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于贵州省贵阳市花溪区青岩镇小山村（N26°17′51″，E106°41′6″），海拔1019 m，气候属于中亚热带季风湿润区，年平均气温15℃，相对湿度为81%，年平均日照数为1200～1300 h，年降雨量1100～1200 mm，全年无霜期273～280 d。试验地土壤为黄壤（贵州黄沙泥），成土母质为砂页岩风化物。土壤基本化学性质：pH 4.70，有机质39.65 g/kg，全氮1.78 g/kg，碱解氮125.84 mg/kg，全磷0.94 g/kg，速效磷56.74 mg/kg，全钾15.64 g/kg，速效钾145.30 mg/kg。
1.2 供试有机物料
有机物料：玉米秸秆（maize straw，MS）、水稻秸稈（rice straw，RS）和猪粪（pig manure，PM）均采自青岩镇小山村。将收集的秸秆在60℃烘干至恒重，剪至1～2 cm长，将猪粪在60℃下烘干，捏碎，备用。取部分有机物料磨细过0.25 mm筛用于测定其基本养分含量，结果见表1。
1.3 试验设计
本研究选取贵州旱作黄壤，添加常用的秸秆和有机肥，在田间条件下研究不同有机物料腐解的动态过程，探明不同有机物料还田的腐解规律。具体研究方案如下：试验是以各有机物料等碳量还田（参照林心雄[10]），具体按照表2中用量分别称取有机物料（MS、RS、PM）进行装袋（尼龙网袋，规格20×30 cm，150目孔径），封口，共3个处理，每个处理24次重复，共24×3=72袋。在旱地中分别随机选取6个3 m×2.4 m的样方，将上述试验中装有机物料的尼龙袋按随机排列顺序于2018年7月20日分别埋入样方中（所选地不种植任何作物，不施肥）。然后将土回填，踩实，并在土壤表层浇水土混合液。填埋后的第15 d、30 d、60 d、90 d、120 d、180 d进行取样。每次取样均采取破坏性取样，将整个小区内的尼龙袋全部取出，每个尼龙袋按处理分开，带回试验室，然后将尼龙袋外面粘有的泥土先用自来水冲洗，然后再用少量蒸馏水擦拭干净后，60℃烘干至恒重、称重、研磨，备用。测定有机物料中碳、氮、磷、钾含量，并计算养分释放率。
1.4 样品测定与数据处理
1.4.1 样品测定
土壤基本理化性质采用常规分析方法[16]。有机物料的有机碳采用重铬酸钾容量法-外加热法;有机物料通过硫酸-双氧水消煮后，采用凯氏定氮法测定全氮;采用钼黄比色法测定全磷含量;采用火焰光度法测定全钾[16]。
1.4.2 数据处理
物料腐解率：指物料腐解的相对百分含量，采用重量法测定;
累积腐解率（%）=（Mo-Mt）/Mo×100 （1）
养分累积释放率（%）=（Mo×Co-Mt×Ct）/Mo×Co （2）
式中：Mo为加入秸秆干重，g;Mt为腐解时间为t时的秸秆干重，g;t为腐解时间d;Co为秸秆原始养分含量g/kg;Ct为腐解时间为t时秸秆养分含量 g/kg。
有机物料累积腐解率采用一级动力学方程进行拟合，即：
Yt=Y0×（1-e-kt）（3）
其中：Yt为经过t时间后的累计腐解率，%;Y0为有机物料潜在可腐解率，%;k为腐解速率常数;t是还田天数。
数据采用Excel 2010和SPSS 21.0软件进行处理，采用SPSS 21.0进行方差分析和邓肯（Duncan）多重比较，比较不同处理间在 P <0.05水平的显著性差异，用Excel 2010作图。 2 结果与分析
2.1 不同有机物料的腐解特征
各处理有机物料累积腐解率均随还田时间的延长呈上升趋势（图1），其中RS的快速腐解期为0～90 d，平均腐解速率为0.054 g/d，90～180 d为慢速腐解期，累积腐解率分别达到62.69%和67.08%。处理MS和PM快速腐解期为0～30 d，平均腐解速率分别为0.114 g/d和0.118 g/d，累积腐解率分别达到37.86%和32.15%，显著高于处理RS。处理MS、RS和PM在0～15 d腐解最快，腐解速率分别为0.182 g/d、0.114g/d和0.142 g/d，在15 d时累积腐解率分别占还田试验结束时的48.9%、27.2%、31.7%。试验结束时（180 d），处理MS、RS和PM的累积腐解率分别为61.94%、62.69%、60.98% ，各处理间差异不显著，表现为RS>MS>PM。
2.2 不同有机物料的腐解参数
有机物料累积腐解率与还田天数之间的动态变化可用一级动力学方程：Yt=Y0×（1-e-kt）进行拟合（P<0.01），Y0表示土壤潜在可腐解量（表3）。结果表明，达到腐解平衡时处理MS、RS和PM的累积腐解率分别是62.98%、66.85%和64.03%。各处理的腐解常数（k，0.015～0.023）存在差异，但未达到显著差异水平（ P >0.05），其中，玉米秸秆比其他处理较早达到腐解平衡。
2.3 不同有机物料的碳释放特征
不同还田有机物料处理的碳释放特征，各处理碳素累积释放率不同（图2）。各处理在腐解过程中碳的累积释放率在整体上呈先快速增加后减缓再缓慢增加的趋势（图2），拐点出现在30～90 d，且3个处理在拐点处的碳素累积释放率变幅介于49.60%～56.90%。处理MS在0～30 d为碳的快速释放阶段，在30 d累积腐解率分别为41.45%，60 d后处理MS、碳释放率呈缓慢增高趋势，在试验结束时达到最大值分别为58.50%。处理RS在0～90 d内实现碳的快速释放，在90 d时累积释放率为52.18%，占整个RS最大碳累积释放率的72.32%。处理PM在0～120 d完成碳的快速释放，在120 d时累积释放率分别为72.47%，分别占最大累积释放率的92.03%。在整个还田腐解过程中，各处理的碳素累积释放率均在还田腐解180 d时达到最大值，表现为PM>RS>MS，且表现为处理MS碳累积释放率显著低于其他两个处理。
2.4 不同有机物料的氮释放特征
图3是还田有机物料的氮素释放特征，不同处理之间氮素累积释放特征存在差异（图3）。各处理在腐解过程中氮释放规律与碳释放特征类似，但也存在差异，总体表现为先快速增加后变缓慢增加趋势（图3），拐点出现在30～120 d，且3种处理在拐点处的氮素累积释放率变幅介于52.54%～56.93%。0～120 d是處理PM氮的快速释放阶段，在120 d时，氮的累计释放率为52.54%，在120 d后氮累计释放率缓慢增加，在0～15 d内，PM实现氮快速释放，占快速释放阶段释放率的44.67%，占整个处理PM最大氮累积释放率的42.70%。处理MS、RS在0～30 d实现氮的快速释放，变幅为54.84%～55.88%，各处理氮释放率显著高于处理PM 。在腐解试验结束时，各处理的氮释放率差异较大，表现为水稻秸秆>玉米秸秆>猪粪，各处理氮累积释放率表现为RS（69.26%）>MS（65.32%）>PM（54.96%）。
2.5 不同有机物料的磷释放特征
随着还田时间的延长，有机物料的磷释放表现为前期快速提高，后期释放率保持稳定的趋势，这与有机物料碳、氮释放规律明显不同（图4）。拐点出现在30～120 d，且3种处理在拐点处的磷累积释放率变幅介于69.52%～84.04%。0～120 d，是处理MS磷的快速释放期，在120 d时累积释放率达到84.04%，120～180 d为平稳释放期，磷释放率无明显提高;处理RS在0～90 d完成磷素的快速释放，在90 d时，磷累积释放率分别达到75.00%，90～180 d为平稳释放期，磷释放率无明显提高;处理PM在0～30 d完成磷的快速释放，在30 d时，磷累积释放率达到83.38%，显著高于其他处理。 在试验结束时，各处理磷累积释放率介于75.29%～91.66%之间，大小顺序为PM>MS>RS。其中RS磷累积释放率显著低于其他两个处理。
2.6 不同有机物料的钾释放特征
还田有机物料钾素随还田时间的释放情况（图5），钾素的释放规律与磷素释放规律类似，也表现出前期快速提高达到较大值，在后期保持稳定。处理MS、RS、PM均在腐解60 d时出现拐点（图5），且拐点处钾累积释放率最高为处理MS（94.93%），处理PM钾的累积释放率最低，为89.94%，显著低于其他两个处理。在腐解60 d之后，处理MS、PM钾累积释放率呈略微下降趋势，但在120 d之后又呈缓慢上升趋势。试验结束时，各处理钾的累积释放率为RS>MS>PM。其中处理RS钾累积释放率最大为98.07%，显著高于其他处理（ P <0.05），比处理MS、PM分别增加了0.95%、4.58%，处理PM钾的累积释放率最低，为93.49%，显著低于其他处理。
3 结论与讨论
大量的研究[11，13-17]表明，有机物料施入土壤后，随着施入时间的延长而逐渐腐解，呈现出前期快、后期慢的腐解变化趋势，这与本文研究结果一致。这主要是因为腐解前期有机物料中含有大量可溶性有机物，如多糖、氨基酸、有机酸以及无机养分，土壤微生物活性增强，易于腐解; 随着腐解的进行，有机物料中易分解有机物逐渐减少，剩余部分主要为难分解的木质素、蜡质和单宁等，导致微生物活性降低，有机物料的腐解也随之减慢[18-19]。介晓磊等[12]研究得出，不同有机物料的腐解程度为玉米秸秆>小麦秸秆>牛粪>猪粪，与本试验的结果相似。代文才等[16]研究不同秸秆在旱地和水田下的腐解特征，其中水稻秸秆和玉米秸秆腐解差异与本试验结果一致。究其原因，有机物料主要是由纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、醇溶性物质以及水溶性物质等成分组成[20]，但各种有机物料不同组成成分的含量是具有差异的。代静玉等[21]对不同有机物料化学组成研究发现，稻草的木质素、纤维素、半纤维素含量明显高于紫云英和茶叶。这也是稻草比紫云英和茶叶降解速率慢的主要因素。 前人大多数研究采用时间作为一个变量来描述有机物料的分解[22-24]。本研究表明，采用一级动力学方程描述有机物料的腐解，以还田时间作为参数的相关系数在0.8819～0.9634（ P <0.01），能进行较好的预测各处理累积腐解率变化。其模拟结果表明各处理在达到腐解平衡时的腐解率在62.98%～66.85%，表明有机物料投入对旱作黄壤有机质增加潜力大。因此，为了土壤的可持续利用，有机物料投入是维持并提高旱作黄壤肥力的较好措施，其中施用玉米秸秆效果最优。
在还田腐解过程中，有机物料的养分也不断释放。代文才等[15]研究指出秸秆养分释放速率表现为钾>磷>氮>碳，这与本研究玉米秸秆养分释放结果结果相似。究其原因，主要与有机物料中养分元素的存在形态有关：养分元素在有机物料中的形态决定其释放速率的大小。有机物料中钾素主要以离子态存在，容易溶于水被释放出来。有机物料中60%以上的磷素是以离子态存在，其余一部分参与细胞壁的构成或者以磷脂形式存在，释放速率慢于钾素。而碳、氮在有机物料中主要以有机态存在，构成有机物料主体部分，胶结程度高，在物理作用下不易分解，故释放速率较慢[24]。
研究结果表明，不同有机物料（玉米秸秆、水稻秸秆和猪粪）腐解率变化规律不同，总体表现为前期快后期慢，其中玉米秸秆和猪粪埋入后0～30 d快速腐解期，30～180 d缓慢腐解期，水稻秸秆埋入后0～90 d快速腐解期，90～180 d缓慢腐解期。经过180 d腐解后，三种有机物料腐解量较大（超过60%），各处理累积腐解率大小表现为水稻秸秆>玉米秸秆>猪粪。不同有机物料在腐解初期表现为钾迅速释放，超过79%，水稻秸秆和猪粪养分释放率均表现为钾>磷>氮>碳，玉米秸秆养分释放率表现为钾>磷>氮>碳。
参 考 文 献：
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关键词：黄壤旱地;有机物料;腐解特性;养分释放
中图分类号：S158
文献标识码：A
文章编号：1008-0457（2019）04-0059-06 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.04.011
NutrientRelease Patterns and Decomposition Characteristics of Different Organic Materials in Yellow Soil Upland
XIA Dong，WANG Xiao-li *，RAN Xiao-zhui，ZHAO Yi-guo
（College of agriculture，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China）
Abstract：：With corn straw，rice straw and pig manure as the research objects，the decomposition characteristics and nutrient release characteristics of different organic materials buried in yellow soil upland under the condition of equal carbon amount were studied by nylon mesh bag landfill method combined with first-order kinetic equation fitting.In order to provide a theoretical basis for returning organic materials to the field and resource utilization in upland yellow soil of Guizhou province.The results showed that，after 180 days of decomposition，the decomposition of different organic materials showed a trend of fast in the early stage and slow in the later stage.The cumulative decomposition rate of the three organic materials was 60.98%～62.69%，which was manifested as rice straw>maize straw>pig manure.The results of kinetic equation fitting showed that the decomposition rate of corn straw treatment was the lowest and the time to reach the decomposition equilibrium was short.The nutrient release rates of both rice straw and pig manure were nitrogen>potassium>phosphorus>carbon，and the nutrient release rates of corn straw were potassium>phosphorus>nitrogen>carbon.The release rates of carbon，nitrogen，phosphorus and potassium in organic materials were 58.50～78.75%，54.96%～69.26%，75.29%～91.66% and 93.49%～98.07%，respectively.The results showed that the cumulative decomposition rate of straw was higher than that of manure，and the potassium release rate of organic materials was higher.Application of corn straw is a good measure to maintain and improve the fertility of yellow soil upland .
Key words：yellow soil upland，organic material，decomposition characteristics，nutrient release 农作物秸秆和粪肥是农业系统必不可少的肥料来源，我国秸秆资源丰富，已成为世界上秸秆产量大国[1]。禽畜养殖业的迅速崛起，禽畜粪便产量巨大[2]。随着农业发展，各种农作物秸秆等有机物料越来越多，近年来，全国每年产生的农作物秸秆多达7亿t，氮、磷、钾养分含量相当于300万t尿素70万t过磷酸钙，700万t硫酸钾[3]。如果将秸秆全部还田，归还农田的平均养分量可高达N 54.4 kg/hm2、P2O515.5 kg/hm2和K2O88.1 kg/hm2，相当于每年氮肥用量的38.4%、磷肥用量的18.9%和钾肥用量85.5%，但我国秸秆等有机物料的利用率较低，有效还田率不到1/3[4-5]。有机废弃物的大量产生无法作为资源合理利用必然带来一系列的生态破坏和环境污染问题[6]。如农作物秸秆焚烧会严重增加空气污染指数，畜禽粪便未经处理随意排放，造成严重的养分资源浪费并严重污染水体。因此，人们逐渐对秸秆、粪便等有机物料还田等农业措施的研究更加重视。有机物料对土壤培肥起着重要作用，其在土壤中的腐解状况直接影响着土壤质量和肥力供应，了解有机物料腐解状况对土壤肥力的调控有着极其重要的作用[7-9]。目前有关有机物料腐解特征研究比较多，研究表明腐解受物料本身属性、土壤类型和气候等因素的影响，有机物料腐解状况差异性较大。腐解试验研究至今，关于在不同土壤类型下的腐解试验有很多[10-15]，但关于黄壤旱地下有机物料还田的腐解特征却鲜有报道，本研究以玉米秸秆（maize straw，RS）、水稻秸秆（rice straw，RS）和猪粪（pig manure，PM）为研究对象，采用尼龙网袋填埋法和室内分析，研究不同有机物料（MS、RS、PM）在等碳量还田条件下的腐解特征，以期为贵州省旱作黄壤条件下有机物料还田和资源化利用提供理论依据。
1 材料与方法
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试验地位于贵州省贵阳市花溪区青岩镇小山村（N26°17′51″，E106°41′6″），海拔1019 m，气候属于中亚热带季风湿润区，年平均气温15℃，相对湿度为81%，年平均日照数为1200～1300 h，年降雨量1100～1200 mm，全年无霜期273～280 d。试验地土壤为黄壤（贵州黄沙泥），成土母质为砂页岩风化物。土壤基本化学性质：pH 4.70，有机质39.65 g/kg，全氮1.78 g/kg，碱解氮125.84 mg/kg，全磷0.94 g/kg，速效磷56.74 mg/kg，全钾15.64 g/kg，速效钾145.30 mg/kg。
1.2 供试有机物料
有机物料：玉米秸秆（maize straw，MS）、水稻秸稈（rice straw，RS）和猪粪（pig manure，PM）均采自青岩镇小山村。将收集的秸秆在60℃烘干至恒重，剪至1～2 cm长，将猪粪在60℃下烘干，捏碎，备用。取部分有机物料磨细过0.25 mm筛用于测定其基本养分含量，结果见表1。
1.3 试验设计
本研究选取贵州旱作黄壤，添加常用的秸秆和有机肥，在田间条件下研究不同有机物料腐解的动态过程，探明不同有机物料还田的腐解规律。具体研究方案如下：试验是以各有机物料等碳量还田（参照林心雄[10]），具体按照表2中用量分别称取有机物料（MS、RS、PM）进行装袋（尼龙网袋，规格20×30 cm，150目孔径），封口，共3个处理，每个处理24次重复，共24×3=72袋。在旱地中分别随机选取6个3 m×2.4 m的样方，将上述试验中装有机物料的尼龙袋按随机排列顺序于2018年7月20日分别埋入样方中（所选地不种植任何作物，不施肥）。然后将土回填，踩实，并在土壤表层浇水土混合液。填埋后的第15 d、30 d、60 d、90 d、120 d、180 d进行取样。每次取样均采取破坏性取样，将整个小区内的尼龙袋全部取出，每个尼龙袋按处理分开，带回试验室，然后将尼龙袋外面粘有的泥土先用自来水冲洗，然后再用少量蒸馏水擦拭干净后，60℃烘干至恒重、称重、研磨，备用。测定有机物料中碳、氮、磷、钾含量，并计算养分释放率。
1.4 样品测定与数据处理
1.4.1 样品测定
土壤基本理化性质采用常规分析方法[16]。有机物料的有机碳采用重铬酸钾容量法-外加热法;有机物料通过硫酸-双氧水消煮后，采用凯氏定氮法测定全氮;采用钼黄比色法测定全磷含量;采用火焰光度法测定全钾[16]。
1.4.2 数据处理
物料腐解率：指物料腐解的相对百分含量，采用重量法测定;
累积腐解率（%）=（Mo-Mt）/Mo×100 （1）
养分累积释放率（%）=（Mo×Co-Mt×Ct）/Mo×Co （2）
式中：Mo为加入秸秆干重，g;Mt为腐解时间为t时的秸秆干重，g;t为腐解时间d;Co为秸秆原始养分含量g/kg;Ct为腐解时间为t时秸秆养分含量 g/kg。
有机物料累积腐解率采用一级动力学方程进行拟合，即：
Yt=Y0×（1-e-kt）（3）
其中：Yt为经过t时间后的累计腐解率，%;Y0为有机物料潜在可腐解率，%;k为腐解速率常数;t是还田天数。
数据采用Excel 2010和SPSS 21.0软件进行处理，采用SPSS 21.0进行方差分析和邓肯（Duncan）多重比较，比较不同处理间在 P <0.05水平的显著性差异，用Excel 2010作图。 2 结果与分析
2.1 不同有机物料的腐解特征
各处理有机物料累积腐解率均随还田时间的延长呈上升趋势（图1），其中RS的快速腐解期为0～90 d，平均腐解速率为0.054 g/d，90～180 d为慢速腐解期，累积腐解率分别达到62.69%和67.08%。处理MS和PM快速腐解期为0～30 d，平均腐解速率分别为0.114 g/d和0.118 g/d，累积腐解率分别达到37.86%和32.15%，显著高于处理RS。处理MS、RS和PM在0～15 d腐解最快，腐解速率分别为0.182 g/d、0.114g/d和0.142 g/d，在15 d时累积腐解率分别占还田试验结束时的48.9%、27.2%、31.7%。试验结束时（180 d），处理MS、RS和PM的累积腐解率分别为61.94%、62.69%、60.98% ，各处理间差异不显著，表现为RS>MS>PM。
2.2 不同有机物料的腐解参数
有机物料累积腐解率与还田天数之间的动态变化可用一级动力学方程：Yt=Y0×（1-e-kt）进行拟合（P<0.01），Y0表示土壤潜在可腐解量（表3）。结果表明，达到腐解平衡时处理MS、RS和PM的累积腐解率分别是62.98%、66.85%和64.03%。各处理的腐解常数（k，0.015～0.023）存在差异，但未达到显著差异水平（ P >0.05），其中，玉米秸秆比其他处理较早达到腐解平衡。
2.3 不同有机物料的碳释放特征
不同还田有机物料处理的碳释放特征，各处理碳素累积释放率不同（图2）。各处理在腐解过程中碳的累积释放率在整体上呈先快速增加后减缓再缓慢增加的趋势（图2），拐点出现在30～90 d，且3个处理在拐点处的碳素累积释放率变幅介于49.60%～56.90%。处理MS在0～30 d为碳的快速释放阶段，在30 d累积腐解率分别为41.45%，60 d后处理MS、碳释放率呈缓慢增高趋势，在试验结束时达到最大值分别为58.50%。处理RS在0～90 d内实现碳的快速释放，在90 d时累积释放率为52.18%，占整个RS最大碳累积释放率的72.32%。处理PM在0～120 d完成碳的快速释放，在120 d时累积释放率分别为72.47%，分别占最大累积释放率的92.03%。在整个还田腐解过程中，各处理的碳素累积释放率均在还田腐解180 d时达到最大值，表现为PM>RS>MS，且表现为处理MS碳累积释放率显著低于其他两个处理。
2.4 不同有机物料的氮释放特征
图3是还田有机物料的氮素释放特征，不同处理之间氮素累积释放特征存在差异（图3）。各处理在腐解过程中氮释放规律与碳释放特征类似，但也存在差异，总体表现为先快速增加后变缓慢增加趋势（图3），拐点出现在30～120 d，且3种处理在拐点处的氮素累积释放率变幅介于52.54%～56.93%。0～120 d是處理PM氮的快速释放阶段，在120 d时，氮的累计释放率为52.54%，在120 d后氮累计释放率缓慢增加，在0～15 d内，PM实现氮快速释放，占快速释放阶段释放率的44.67%，占整个处理PM最大氮累积释放率的42.70%。处理MS、RS在0～30 d实现氮的快速释放，变幅为54.84%～55.88%，各处理氮释放率显著高于处理PM 。在腐解试验结束时，各处理的氮释放率差异较大，表现为水稻秸秆>玉米秸秆>猪粪，各处理氮累积释放率表现为RS（69.26%）>MS（65.32%）>PM（54.96%）。
2.5 不同有机物料的磷释放特征
随着还田时间的延长，有机物料的磷释放表现为前期快速提高，后期释放率保持稳定的趋势，这与有机物料碳、氮释放规律明显不同（图4）。拐点出现在30～120 d，且3种处理在拐点处的磷累积释放率变幅介于69.52%～84.04%。0～120 d，是处理MS磷的快速释放期，在120 d时累积释放率达到84.04%，120～180 d为平稳释放期，磷释放率无明显提高;处理RS在0～90 d完成磷素的快速释放，在90 d时，磷累积释放率分别达到75.00%，90～180 d为平稳释放期，磷释放率无明显提高;处理PM在0～30 d完成磷的快速释放，在30 d时，磷累积释放率达到83.38%，显著高于其他处理。 在试验结束时，各处理磷累积释放率介于75.29%～91.66%之间，大小顺序为PM>MS>RS。其中RS磷累积释放率显著低于其他两个处理。
2.6 不同有机物料的钾释放特征
还田有机物料钾素随还田时间的释放情况（图5），钾素的释放规律与磷素释放规律类似，也表现出前期快速提高达到较大值，在后期保持稳定。处理MS、RS、PM均在腐解60 d时出现拐点（图5），且拐点处钾累积释放率最高为处理MS（94.93%），处理PM钾的累积释放率最低，为89.94%，显著低于其他两个处理。在腐解60 d之后，处理MS、PM钾累积释放率呈略微下降趋势，但在120 d之后又呈缓慢上升趋势。试验结束时，各处理钾的累积释放率为RS>MS>PM。其中处理RS钾累积释放率最大为98.07%，显著高于其他处理（ P <0.05），比处理MS、PM分别增加了0.95%、4.58%，处理PM钾的累积释放率最低，为93.49%，显著低于其他处理。
3 结论与讨论
大量的研究[11，13-17]表明，有机物料施入土壤后，随着施入时间的延长而逐渐腐解，呈现出前期快、后期慢的腐解变化趋势，这与本文研究结果一致。这主要是因为腐解前期有机物料中含有大量可溶性有机物，如多糖、氨基酸、有机酸以及无机养分，土壤微生物活性增强，易于腐解; 随着腐解的进行，有机物料中易分解有机物逐渐减少，剩余部分主要为难分解的木质素、蜡质和单宁等，导致微生物活性降低，有机物料的腐解也随之减慢[18-19]。介晓磊等[12]研究得出，不同有机物料的腐解程度为玉米秸秆>小麦秸秆>牛粪>猪粪，与本试验的结果相似。代文才等[16]研究不同秸秆在旱地和水田下的腐解特征，其中水稻秸秆和玉米秸秆腐解差异与本试验结果一致。究其原因，有机物料主要是由纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、醇溶性物质以及水溶性物质等成分组成[20]，但各种有机物料不同组成成分的含量是具有差异的。代静玉等[21]对不同有机物料化学组成研究发现，稻草的木质素、纤维素、半纤维素含量明显高于紫云英和茶叶。这也是稻草比紫云英和茶叶降解速率慢的主要因素。 前人大多数研究采用时间作为一个变量来描述有机物料的分解[22-24]。本研究表明，采用一级动力学方程描述有机物料的腐解，以还田时间作为参数的相关系数在0.8819～0.9634（ P <0.01），能进行较好的预测各处理累积腐解率变化。其模拟结果表明各处理在达到腐解平衡时的腐解率在62.98%～66.85%，表明有机物料投入对旱作黄壤有机质增加潜力大。因此，为了土壤的可持续利用，有机物料投入是维持并提高旱作黄壤肥力的较好措施，其中施用玉米秸秆效果最优。
在还田腐解过程中，有机物料的养分也不断释放。代文才等[15]研究指出秸秆养分释放速率表现为钾>磷>氮>碳，这与本研究玉米秸秆养分释放结果结果相似。究其原因，主要与有机物料中养分元素的存在形态有关：养分元素在有机物料中的形态决定其释放速率的大小。有机物料中钾素主要以离子态存在，容易溶于水被释放出来。有机物料中60%以上的磷素是以离子态存在，其余一部分参与细胞壁的构成或者以磷脂形式存在，释放速率慢于钾素。而碳、氮在有机物料中主要以有机态存在，构成有机物料主体部分，胶结程度高，在物理作用下不易分解，故释放速率较慢[24]。
研究结果表明，不同有机物料（玉米秸秆、水稻秸秆和猪粪）腐解率变化规律不同，总体表现为前期快后期慢，其中玉米秸秆和猪粪埋入后0～30 d快速腐解期，30～180 d缓慢腐解期，水稻秸秆埋入后0～90 d快速腐解期，90～180 d缓慢腐解期。经过180 d腐解后，三种有机物料腐解量较大（超过60%），各处理累积腐解率大小表现为水稻秸秆>玉米秸秆>猪粪。不同有机物料在腐解初期表现为钾迅速释放，超过79%，水稻秸秆和猪粪养分释放率均表现为钾>磷>氮>碳，玉米秸秆养分释放率表现为钾>磷>氮>碳。
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