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作物秸秆中含有丰富的碳、氮、磷和钾及多种微量元素,是农业生产中重要的营养源,秸秆还田具有改善土壤的理化性状和生物学性状、提高土壤肥力、增加作物产量等作用。秸秆还田可以将作物从土壤中吸收的养分部分归还给土地,以缓解养分的过渡消耗。本研究针对黑龙江省寒地水稻生产特点,于2010-2014年在东北农业大学香坊植物试验实习基地进行,用尼龙网袋法研究了水稻还田秸秆残余物腐解规律及养分释放特性;以小区试验研究了连年和隔年秸秆还田对土壤养分和水稻产量的影响;以盆栽的方式研究了不同施肥量和不同秸秆还田量对土壤养分和水稻产量的影响。结果表明:还田水稻秸秆腐解率随着还田年限的延长逐渐增加,以第一年腐解最快,用对数方程拟合效果良好,达到极显著水平;方程为:y=8.954ln(x)+60.92,R2=0.977;秸秆还田第1年的腐解率达到60.92%,第2年腐解率达到67.13%,第3年秸秆腐解率达到70.76%,腐解率达到80%以上需要9年时间。还田水稻秸秆腐殖化系数随还田年限的延长逐渐减小,至第2年以后变化较小。用对数方程拟合效果良好,达到极显著水平,方程为:y=-0.09ln(x)+0.390,R2=0.977;还田秸秆第1年腐殖化系数为0.390,第2年为0.330,第3年为0.291,第10年腐殖化系数仍可达到0.183。还田水稻秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的腐解率随着还田年限的延长,逐渐增加,均以第一年腐解速度最快,纤维素、半纤维素的腐解率与还田年限用对数方程拟合效果良好,达到极显著水平,方程分别为:y纤=13.47ln(x)+59.72,R2=0.932;y半=15.34ln(x)+69.25,R2=0.974;木质素与还田年限呈直线回归关系,方程为:y木=30.15x,R2=0.957。第1年纤维素的腐解率为59.72%,半纤维素为69.25%,木质素为30.15%;第2年纤维素的腐解率为69.06%,半纤维素为79.88%,木质素为60.30%;第3年纤维素的腐解率为74.52%,半纤维素为86.10%,木质素为90.45%;纤维素的腐解率达到90%以上需要7年,半纤维素腐解率达到90%以上需要4年。还田水稻秸秆中碳、氮、磷、钾元素的释放率随着还田年限的增加也逐渐增加,秸秆还田第一年释放速率最高。碳、氮、磷、钾释放率与还田年限用对数方程拟合效果良好,方程分别为:y C=10.04ln(x)+67.52;R2=0.964;y N=13.41ln(x)+59.52,R2=0.898;y P=14.10ln(x)+70.61,R2=0.995;y K=15.37ln(x)+75.82,R2=0.921。秸秆还田第1年碳释放率为67.52%,氮为59.52%,磷为70.61%,钾为75.82%;第2年碳释放率为74.50%,氮为68.82%,磷为80.38%,钾为86.47%;秸秆还田第5年碳释放率为84.27%,氮为81.10%,磷为93.30%,钾释放率为91.77%。在水稻生育期间水田土壤溶液中速效氮以NO3--N为主。秸秆还田降低了土壤溶液中无机氮浓度,通过增加氮肥施用量可以弥补土壤溶液中无机氮的降低。秸秆还田使插秧后10天土壤溶液中速效氮达到秸秆不还田处理的水平,需要在基肥中增施纯氮17.80 kg/hm2;在追肥时增施纯氮21.39 kg/hm2,才可以达到秸秆不还田处理插秧后30天土壤溶液中无机氮水平。插秧前期土壤溶液中速效磷浓度较高,随着水稻的生长,土壤溶液中速效磷浓度逐渐降低。在供试条件下秸秆还田使土壤溶液中速效磷浓度平均降低0.021 mg/L,但没有改变土壤溶液中速效磷的变化趋势。施磷增加了土壤溶液中速效磷浓度,秸秆还田处理需要多施P2O514.23kg/hm2,才能保证秸秆还田处理土壤溶液中速效磷浓度与不还田处理水平相同。在水稻插秧前期土壤溶液中速效钾浓度较高,随着水稻生长时间的延长土壤溶液中速效钾浓度逐渐降低。秸秆还田和施钾肥均能显著增加土壤溶液中速效钾浓度,插秧后10天土壤溶液中速效钾浓度随秸秆还田量而变化的方程为:y=5.124e0.067x,R2=0.966;按照水稻产量7.5t/hm2计算,全量秸秆还田较不还田处理土壤溶液速效钾浓度增加3.35mg/L,相当于秸秆不还田条件下增施K2O 27.38 kg/hm2。水稻秸秆还田使土壤有机质、土壤氮、土壤磷和土壤钾含量显著增加。在连续还田6年时,土壤有机质、氮、磷、钾增加量与秸秆还田量的关系方程分别为:y C=0.162x,R2=0.910;yN=0.013x,R2=0.835;y P=0.006x,R2=0.884;y K=0.282x,R2=0.964。秸秆还田对土壤速效氮、磷、钾养分的影响规律不明显。秸秆还田具有增加水稻产量的趋势,但未达到显著水平,秸秆还田时需要适当增施氮肥和磷肥,可以适当减少钾肥的施用量。