秸稈速腐還田條件下氮肥用量對小麥幼苗生長的影響

施凱峰　孫光佑　李超　朱新開　盛海君

摘要：秸稈還田是生態(tài)、低耗、持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，縮短秸稈還田腐熟時間，有利于培育壯苗。設(shè)置不同氮肥用量的盆栽試驗，研究微生物速腐秸稈還田條件下氮肥用量對小麥出苗及幼苗生長的影響。結(jié)果表明，秸稈速腐還田可以顯著改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤氮、鉀養(yǎng)分含量。隨著氮肥施用量的增加，小麥幼苗生物量及葉綠素含量，小麥植株中的氮、磷、鉀含量等也隨之提高。

關(guān)鍵詞：秸稈速腐還田；氮肥；小麥；幼苗；生物菌肥

中圖分類號： S512.106 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0094-03

秸稈還田作為1種低耗、持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，已成為世界各國農(nóng)業(yè)的共同發(fā)展趨勢[1-3]。秸稈還田有利于改良土壤理化性狀、提升土壤肥力[4-5]。然而秸稈還田技術(shù)在推廣過程中存在不少障礙[6-7]。劉麗華等調(diào)查表明，近年來江蘇省秸稈還田比例均較低，田間焚燒現(xiàn)象十分嚴重[8]。秸稈焚燒不僅浪費生物質(zhì)資源[9]，而且污染環(huán)境、影響交通[10-18]。近年來，各地政府相繼制定了促進秸稈綜合利用、禁止田間焚燒秸稈的相關(guān)政策措施，但實施效果并不理想。劉娣等認為，秸稈還田技術(shù)是改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的有效手段[6]。徐國偉等認為，秸稈還田改善了土壤的水、肥、氣、熱狀況，生態(tài)效應(yīng)、生物效應(yīng)顯著，有利于小麥生長發(fā)育，小麥增產(chǎn)效果顯著[19]。陳尚洪等研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋量越多，作物增產(chǎn)效果越明顯[20]。季陸鷹等研究認為，水稻秸稈還田可以顯著提高小麥產(chǎn)量，以半量秸稈還田處理下小麥產(chǎn)量最高[21]。江曉東等認為，1～2年內(nèi)秸稈還田對小麥、玉米增產(chǎn)效果不顯著[22]。Paul等研粉表明，一年高留茬還田處理下冬小麥減產(chǎn)13%，春小麥減產(chǎn)5%[23]。李錄久等研究認為，施用未經(jīng)處理的秸稈對當季小麥產(chǎn)量影響不大，小麥略有減產(chǎn)；施用秸稈速腐劑后，小麥產(chǎn)量高于對照處理[24]。由于秸稈腐熟過程中會消耗氮素，施肥不足會影響幼苗對氮素的吸收，造成幼苗弱小、發(fā)黃。本試驗采用微生物菌劑對秸稈進行速腐，研究秸稈速腐還田條件下氮肥用量對小麥出苗及幼苗生長的影響，旨在為推廣秸稈速腐還田技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2013年11月至2014年3月在揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院人工氣候室進行。

1.1 材料

供試土壤取自揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥試驗田。土壤基本理化性質(zhì)：有機質(zhì)含量18.4 g/kg，銨態(tài)氮含量3.51 mg/mg，速效磷含量77.0 mg/kg，速效鉀含量155 mg/kg。試驗前把土壤磨細過篩（目的是使土壤混合均勻），將水稻秸稈（有機碳含量為39.2 %）磨成粉狀。秸稈速腐劑為南京寧糧生物工程有限公司出品的有機物料腐熟劑（有效活菌數(shù)0.5億個/g）。盆缽為塑料盆，容量約5 kg，有孔。供試小麥品種為揚麥15。

1.2 試驗設(shè)計

采用氮肥用量單因素試驗，設(shè)4個氮肥處理：N1（225 kg/hm2）、 N2（337.5 kg/hm2）、N3（405 kg/hm2），折算為每盆分別施尿素1.09、1.62、1.96 g，以不施氮處理作為對照（CK）。每盆裝土5 kg，秸稈用量9 000 kg/hm2，折算為每盆施秸稈20 g。施磷量（P2O5）135 kg/hm2，折算為每盆施過磷酸鈣0.820 g，不施鉀。2013年11月14日將秸稈（已提前1 d拌入快腐菌劑，以促進秸稈快速分解）、尿素（氮肥）、過磷酸鈣（磷肥）分別與土壤混勻裝盆，保持土壤含水量為25%～30%，25 ℃下連續(xù)培養(yǎng)15 d，每處理5盆，重復(fù)3次。12月2日播種，每盆播18粒種子。出苗后間苗，每盆留苗12株。

1.3 方法

培養(yǎng)結(jié)束后取土樣測定土壤理化性質(zhì)，土壤有機質(zhì)及速效氮、磷、鉀含量。12月30日取小麥幼苗測定生物量、根系特征參數(shù)等指標。2014年3月6日小麥分蘗期取樣測定小麥生物量、葉綠素含量、全氮含量、磷含量、鉀含量等指標。

1.3.1 土壤理化性質(zhì) 采用環(huán)刀法測定土壤密度，使20目風干土壤充滿一定容積的環(huán)刀，稱量后計算單位體積的烘干土質(zhì)量。采用稱質(zhì)量法測定土壤最大持水量，將環(huán)刀充滿土，在環(huán)刀下墊1張濾紙，用皮筋固定，放在盤子里，給盤中倒水，沒過濾紙即可，隔天將環(huán)刀中的土壤取出，稱量后計算單位質(zhì)量烘干土的最大持水量。采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質(zhì)含量。采用2 mol/L KCl浸提、靛酚藍比色法測定土壤銨態(tài)氮含量。采用0.5 mol/L NaHCO3浸提、鉬藍比色法測定土壤速效磷含量。采用1.0 mol/L NH4OAc浸提、火焰分光光度法測定土壤速效鉀含量。

1.3.2 小麥根系參數(shù)分析 用流水沖洗小麥根系，采用數(shù)字化掃描儀將全部根系圖像掃描存入計算機，采用與掃描儀配套的WinRHIZO根系分析系統(tǒng)（winRHIZO regent instruments，Canada）進行分析，測定小麥根長、根表面積、根體積、根尖數(shù)、根平均直徑等指標。

1.3.3 小麥生物量 采用稱質(zhì)量法測定小麥地上部、地下部生物量。

1.3.4 葉綠素含量 將小麥葉片剪碎后放入比色管中，用95%乙醇浸泡，采用分光度法測定小麥葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量。

1.3.5 小麥地上部氮、磷、鉀含量測定 用硫酸-雙氧水消煮小麥地上部，采用淀酚藍比色法測定全氮含量，采用鉬藍比色法測定全磷含量，采用火焰光度法測定全鉀含量，采用水楊酸法測定硝酸鹽含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈速腐還田條件下不同氮肥施用量對土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，不同處理對土壤理化性質(zhì)影響不同，表現(xiàn)為隨著氮肥施用量的增加，土壤密度降低，土壤疏松性增強，說明土壤的保水保肥性能變好。土壤最大持水量也隨著氮肥施用量的增加而增加，說明土壤蓄水能力變強，調(diào)節(jié)降水的初滲量也增大。施氮量對土壤有機質(zhì)含量影響較小，不同氮肥施用量處理下土壤有機質(zhì)含量差異不顯著；土壤硝態(tài)氮含量隨著施氮量的增加極顯著提高；土壤銨態(tài)氮含量隨著施氮量的增加明顯增加；土壤速效磷含量隨著施氮量的增加極顯著增加；土壤速效鉀含量隨著施氮量的增加明顯增加。

2.2 秸稈速腐還田條件下施氮量對小麥出苗及幼苗生長的影響

2.2.1 對小麥出苗及幼苗生物量的影響 由表2可知，隨著氮肥施入量的增加，小麥根質(zhì)量降低，地上部質(zhì)量卻極顯著增加。這是因為當土壤的養(yǎng)分供應(yīng)不足或較低時，小麥的根系需要衍生出更多的細根來吸收養(yǎng)分。3月7日，小麥地上部質(zhì)量隨著施氮量的增加而極顯著增加（表2、圖1）。

2.2.2 對小麥幼苗根系特征參數(shù)的影響 由表3可知，小麥根尖數(shù)隨著施氮量的增加而減少，但差異不顯著。原因在于當土壤中的養(yǎng)分含量減少時，小麥的根系需要衍生出更多的次生根來吸收養(yǎng)分。施氮量對小麥根長的影響并不顯著。施氮量越多，小麥根表面積、根體積、平均根直徑都隨之增大。不同施氮量下小麥根體積、平均根直徑與對照相比差異極顯著，說明增加施氮量對小麥根系發(fā)生影響不大，但能促進小麥根系的發(fā)育，小麥吸收水分、養(yǎng)分的能力也增強。

不同直徑內(nèi)的小麥根長分布如表4所示，4個處理中直徑處于>0.11～0.22 mm（細根）范圍內(nèi)的根長所占總體的比例最大，分別所占總量的37.8%、31.6 %、29.9%、28.0%。氮肥施用量不足的處理中，小麥會產(chǎn)生更多的細根，隨著氮肥施用量的增加，小麥粗根比例開始上升。

2.2.3 對小麥幼苗葉綠素含量的影響 葉綠素是植物進行光合作用的色素，其含量高低在一定程度上可以反映植物光合作用水平。由表5可知，氮肥施用量越多，小麥幼苗葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量越高。

2.2.4 對小麥N、P、K養(yǎng)分含量的影響 由表6可知，N1、N2、N3處理下小麥地上部植株氮含量分別比對照提高 0.2%、10.6%、32.1%；全磷含量與對照相比分別提高了 8.6%、11.4%、20.6%；全鉀含量與對照相比分別提高了1.3%、4.6%、19.7%，但差異并不顯著。

3 結(jié)論與討論

秸稈還田后分解過程需要耗氮，在一定程度上會造成土壤氮的“相對缺乏”，需要在小麥播種時適量補充氮肥，如氮肥施用量不足，會顯著影響小麥根系、植株生長。小麥越冬始期植株總質(zhì)量與不施肥處理相比差異不顯著，不能實現(xiàn)壯苗，至拔節(jié)期小麥幼苗植株鮮質(zhì)量與對照差異極顯著。本試驗條件下，N1、CK處理下小麥根尖數(shù)高于N2、N3處理，以CK最高。因此，秸稈還田條件下小麥基肥氮肥施用量宜適量增加。本試驗條件下，N2、N3處理下植株生長狀況較好，但施氮量具體追加多少需在大田試驗條件下明確。小麥拔節(jié)期植株體內(nèi)氮、磷含量在低施氮量條件下略升高但差異不顯著，鉀含量基本無變化；高施氮量條件下小麥植株體內(nèi)氮、磷含量明顯升高，鉀含量上升但差異不顯著，說明秸稈還田后肥料的配比方式需要根據(jù)實際需求合理調(diào)整，以滿足小麥對養(yǎng)分的需求。

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