秸稈還田配施肥料及腐熟劑對土壤酶活性及小麥產(chǎn)量的影響

李國陽,燕照玲，李 仟,衛(wèi) 麗,關(guān)小康,王同朝*(.河南省扶溝縣農(nóng)業(yè)局農(nóng)技推廣中心,河南 扶溝4600； .河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 45000; .河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 鄭州 45000)

秸稈還田配施肥料及腐熟劑對土壤酶活性及小麥產(chǎn)量的影響

李國陽1,燕照玲2，李 仟3,衛(wèi) 麗3,關(guān)小康3,王同朝3*
(1.河南省扶溝縣農(nóng)業(yè)局農(nóng)技推廣中心,河南 扶溝461300； 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002; 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 鄭州 450002)

通過2 a的小麥—玉米輪作田間定位試驗(yàn),探討秸稈還田不施肥(CK)、秸稈還田+化肥(SF)、秸稈還田+化肥+HM腐熟劑(SFD)、秸稈還田+化肥+有機(jī)肥(SFM)對小麥?zhǔn)斋@期土壤酶活性及小麥產(chǎn)量的影響,以期確定最佳的秸稈還田配施處理。結(jié)果表明：SFM和SFD處理的土壤蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶活性高于CK和SF處理;SFM和SFD處理土壤堿解氮、速效磷含量高于CK和SF處理,總體以SFD處理效果最佳;各處理小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD處理之間差異不顯著,兩處理小麥產(chǎn)量較SF處理增加8.42%～12.69 %(2013年)、8.21%～14.14%(2014年),基礎(chǔ)地力對小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為SFM

秸稈還田; 小麥; 腐熟劑; 有機(jī)肥; 土壤酶活性; 產(chǎn)量

隨著人口的急劇增加和人們對高生活水平需求的日益增強(qiáng),糧食安全已成為舉國關(guān)注的重點(diǎn)。然而為了追求糧食高產(chǎn),高強(qiáng)度的復(fù)種及大水大肥的集約化生產(chǎn)等現(xiàn)象造成我國耕地地力水平普遍降低。因此,要實(shí)現(xiàn)糧食的可持續(xù)高產(chǎn)必須在用地的同時兼顧養(yǎng)地,保持較高的地力水平,而秸稈還田是一項(xiàng)簡便易實(shí)施的培肥地力措施?？茖W(xué)合理利用秸稈是培肥土壤和提高作物產(chǎn)量的重要措施之一,而不合理的利用則會導(dǎo)致資源浪費(fèi)、土壤質(zhì)量退化、作物產(chǎn)量下降、污染環(huán)境等問題[1-3]。因此,將秸稈科學(xué)、合理、有效地還田對發(fā)展有機(jī)可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要意義[4]。甄麗莎等[5]、馬超等[6]、朱鴻杰等[7]和李瑋等[8]研究發(fā)現(xiàn),秸稈還田配施肥料以及秸稈腐熟劑等可以顯著增加土壤養(yǎng)分含量,改善葉片的光合特性，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。

河南省是農(nóng)業(yè)大省,是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一,同時也是秸稈資源大省。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年河南省秸稈理論總量約為1.14億t,其中小麥、玉米和水稻3種作物秸稈數(shù)量分別是0.69億t、0.32億t和0.123 6億t,秸稈還田量占秸稈總量的62.6%[9]。然而，小麥、玉米秸稈當(dāng)季分解率約40%[10-11],大量秸稈未及時分解還田,導(dǎo)致秸稈資源利用效率低下,造成下季作物播種質(zhì)量下降,影響作物產(chǎn)量。因此，應(yīng)該將秸稈合理有效還田，這對于土壤養(yǎng)分含量及作物產(chǎn)量的提高具有重要意義。針對河南省旱田小麥—玉米復(fù)種輪作制,在鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行了連續(xù)2 a的秸稈還田培肥定位試驗(yàn),研究秸稈還田配施有機(jī)肥、無機(jī)肥及腐熟劑對小麥田土壤酶活性和小麥產(chǎn)量的影響,以期確定最佳的秸稈還田配施處理,為豫北地區(qū)高產(chǎn)田秸稈資源的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年10月—2014年6月在河南省鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為黏質(zhì)潮土,土壤理化性狀為：有機(jī)質(zhì)17.4 g/kg、全氮1.60 g/kg、堿解氮65.54 mg/kg、有效磷26.65 mg/kg、速效鉀163 mg/kg,pH值7.45。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置4個處理,分別為秸稈還田不施肥(CK)、秸稈還田+化肥(SF)、秸稈還田+化肥+HM腐熟劑(SFD)、秸稈還田+化肥+有機(jī)肥(SFM)。其中,有機(jī)肥為阿維精有機(jī)肥(含N、P、K>4%，有機(jī)質(zhì)>30%，阿維菌素藥渣>60%，生化黃腐酸鉀>10%，菌絲體蛋白>10%,由河北天道德美農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)),施用量為225 kg/hm2,小麥播種前均勻撒施到地表;HM腐熟劑(河南省鶴壁市聚集工業(yè)區(qū))主要以有機(jī)物料為載體,由纖維素降解菌、半纖維素降解菌、木質(zhì)素降解菌等有益復(fù)合菌種組成,施用量為30 kg/hm2,與3～5倍細(xì)土攪拌均勻后,在小麥播種前直接撒施到玉米秸稈上。每個處理3個重復(fù),試驗(yàn)小區(qū)長16.7 m、寬4.0 m,隨機(jī)區(qū)組排列。冬小麥品種為西農(nóng)979,10月23日播種,6月6日收獲,其他管理按照當(dāng)?shù)佧溙锕芾砟Ｊ竭M(jìn)行。小麥機(jī)械收獲后，秸稈全部還田，所實(shí)施的處理同上。玉米品種為鄭單958，田間管理各處理相同。

1.3 樣品采集與分析

于小麥?zhǔn)斋@期,采用土鉆法(直徑5 cm)采集各處理表層(0～20 cm)土壤樣品,每小區(qū)采集3鉆,土壤樣品剔除可見根系、碎石后,一部分用于測定土壤速效養(yǎng)分含量,另一部分儲存于-20 ℃環(huán)境下用于測定土壤酶活性。其中,土壤蔗糖酶活性采用硫代硫酸鈉滴定法測定,脲酶活性采用生成銨比色法測定,堿性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉比色法測定[12]；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定,速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用NH4OAc浸提—原子吸收法測定。

于小麥?zhǔn)斋@時,隨機(jī)選取3個樣點(diǎn)各2 m2小麥測定地上生物量;隨機(jī)選取3個樣點(diǎn)各調(diào)查1 m2樣方小麥穗數(shù)；收獲3個樣點(diǎn)各2 m2小麥，曬干脫粒計(jì)產(chǎn),并計(jì)算基礎(chǔ)地力對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率,基礎(chǔ)地力對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=基礎(chǔ)地力產(chǎn)量/施肥灌溉后的產(chǎn)量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,采用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果和分析

2.1 秸稈還田配施肥料及腐熟劑對土壤酶活性的影響

由圖1可知,2013、2014兩個年份小麥?zhǔn)斋@期秸稈還田配施肥料及腐熟劑處理土壤蔗糖酶活性均高于單獨(dú)秸稈還田處理, 其中2013年不同處理土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為SFD>SFM >SF>CK,SFD處理與其他3個處理差異顯著,SF處理與CK差異不顯著,SFD處理土壤蔗糖酶活性分別較CK、SF處理提高77.82%、66.67%;2014年土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK,SFM處理與SFD處理差異不顯著,但兩者均與CK、SF處理差異顯著,且SF處理與CK差異顯著,SFM處理分別較CK、SF處理提高29.31%、16.57%%，SFD處理分別較CK、SF處理提高23.68%、15.04%。

由圖1可知, 2013、2014兩個年份小麥?zhǔn)斋@期秸稈還田配施肥料及腐熟劑處理土壤脲酶活性均高于單獨(dú)秸稈還田處理, 其中2013年不同處理土壤脲酶活性表現(xiàn)為SFD>SFM >SF>CK,SFD 處理顯著高于其他3個處理,SFD 處理土壤脲酶活性分別較CK、SF處理提高4.93%、4.57%;2014年土壤脲酶活性比2013年增加明顯,不同處理土壤脲酶活性表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD處理分別較CK顯著提高7.10%、5.07%,SFM處理較SF顯著提高4.21%。

由圖1可知, 2013、2014兩個年份小麥?zhǔn)斋@期秸稈還田配施肥料及腐熟劑處理土壤堿性磷酸酶活性均高于單獨(dú)秸稈還田處理,其中2013年不同處理土壤堿性磷酸酶活性表現(xiàn)為SFD>SFM >SF>CK,各處理間差異顯著,SFD、SFM處理土壤堿性磷酸酶活性分別比SF處理顯著增加了17.00%、5.88%，分別比CK顯著增加了23.45%、11.40%;2014年不同處理土壤堿性磷酸酶活性表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK,SFM處理顯著高于其他處理,SFM處理土壤堿性磷酸酶活性分別較CK、SF處理顯著提高23.45%、17.33%。

不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05)圖1 秸稈還田配施肥料及腐熟劑對土壤蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性的影響

2.2 秸稈還田配施肥料及腐熟劑對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

由表1可知,2013、2014兩個年份小麥?zhǔn)斋@期秸稈還田配施肥料及腐熟劑處理土壤速效養(yǎng)分含量均高于單獨(dú)秸稈還田處理。2013年,不同處理土壤堿解氮、速效磷含量均表現(xiàn)為SFD>SFM >SF>CK,SFD處理顯著高于其他3個處理,SFD處理土壤堿解氮、速效磷含量分別較CK顯著增加了26.62%、55.10%，分別較SF處理顯著增加了24.94%、35.71%;不同處理土壤速效鉀含量表現(xiàn)為SF>SFD>SFM>CK。2014年土壤速效養(yǎng)分含量較2013年降低,土壤速效磷、速效鉀含量均表現(xiàn)為SFD>SFM>SF>CK,SFD處理土壤速效磷、速效鉀含量分別較CK顯著增加了100.97%、20.70%，分別較SF處理顯著增加了40.82%、13.96%;土壤中堿解氮含量表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK,SFM和SFD處理顯著高于SF和CK處理。

表1 秸稈還田配施肥料及腐熟劑對土壤速效養(yǎng)分含量的影響 mg/kg

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異達(dá)0.05顯著水平,下同。

2.3 秸稈還田配施肥料及腐熟劑對小麥產(chǎn)量的影響

由表2可知,2013年小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD處理產(chǎn)量分別比SF處理增加了12.69%、8.42%,分別比CK顯著增加了49.60%、43.95%。2014年小麥產(chǎn)量變化趨勢與2013年一致,但產(chǎn)量較2013年增加了8.08%～13.55%,主要原因在于2014年小麥灌漿期天氣低溫使得灌漿時間較2013年長了1周,籽粒千粒質(zhì)量增加,進(jìn)而使得產(chǎn)量增加。2014年SFM、SFD處理產(chǎn)量分別比SF處理增加了14.14%、8.21%,分別比CK顯著增加了57.18%、49.01%。

由表2可知,2013年各處理小麥生物量表現(xiàn)為SFM >SF>SFD>CK,SFM、SFD處理小麥生物量分別比CK處理增加了25.40%、12.09%;2014年小麥生物量比2013年增加了7.70%～22.88%,表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD處理小麥生物量分別比SF增加5.55%、2.54%,分別比CK顯著增加31.63%、27.88%。

由表2可知,2013年不同處理基礎(chǔ)地力對小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為SFM

表2 秸稈還田配施肥料及腐熟劑對小麥產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

土壤酶作為土壤生物活性及土壤肥力的重要組成部分,在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中起著重要的催化作用,其活性可以反映土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度和方向[13]。本研究結(jié)果表明,SFM和SFD處理的土壤蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶活性均高于CK和SF處理。這是因?yàn)榻斩捀鈩┲泻欣w維素降解菌、半纖維素降解菌、木質(zhì)素降解菌等有益復(fù)合菌種,其能有效促進(jìn)秸稈養(yǎng)分的釋放,為土壤微生物提供豐富的營養(yǎng)源,增加微生物數(shù)量,從而有利于提高土壤酶活性[14-15];此外，有機(jī)肥本身也含有大量有機(jī)質(zhì)和微生物,有利于土壤酶活性的提高。同時,土壤酶活性是評價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一[16]。酶活性與土壤肥力之間具有明顯的直接相關(guān)性,一般情況下,土壤蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性與土壤有機(jī)碳、全氮含量有非常好的相關(guān)關(guān)系[17]。說明土壤酶活性的改變會影響小麥植株的生長,進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量的形成。楊麗娟等[18]認(rèn)為,土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶活性主要通過間接作用影響作物的產(chǎn)量,這與本研究結(jié)論相似。

作物秸稈本身含有豐富的氮、磷、鉀等作物生長所必需的營養(yǎng)元素,秸稈還田后,伴隨秸稈的分解,養(yǎng)分得到釋放,會增加土壤養(yǎng)分含量。本研究結(jié)果表明,SFM和SFD處理土壤堿解氮、速效磷含量高于CK和SF處理,這與馬超等[6]、匡恩俊等[19]結(jié)論相似。這是因?yàn)樘砑痈靹┑慕斩掃€田處理通過利用腐熟劑中富含的功能微生物增加土壤微生物群落的功能多樣性和活性，加快還田秸稈腐解進(jìn)程[20],最終實(shí)現(xiàn)對土壤養(yǎng)分含量的有效提升。而添加有機(jī)肥的秸稈還田處理一方面利用有機(jī)肥中豐富的有機(jī)質(zhì)以及化學(xué)養(yǎng)分改善土壤水肥氣熱,進(jìn)而提高土壤有益微生物數(shù)量,從而加速秸稈養(yǎng)分釋放率;另一方面,秸稈還田伴隨有機(jī)肥的施入增加土壤養(yǎng)分的礦化速率,降低了土壤有效養(yǎng)分的固持和化肥的損失,進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分的有效容量和強(qiáng)度[21]。

作物產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)管理水平和土壤生產(chǎn)力的綜合反映,也是農(nóng)田質(zhì)量的重要評價(jià)指標(biāo)。本研究結(jié)果表明,各處理小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為SFM>SFD>SF>CK，說明秸稈還田配施有機(jī)肥、腐熟劑后可以明顯增加小麥產(chǎn)量。除此之外,基礎(chǔ)地力對小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為SFM

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Effects of Straw Returning with Fertilizer and Decomposition Inoculants on Soil Enzyme Activity and Yield of Winter Wheat

LI Guoyang1,YAN Zhaoling2,LI Qian3,WEI Li3,GUAN Xiaokang3,WANG Tongchao3*
(1.Agricultural Technology Spreading Center of Fugou Agricultural Bureau of Henan,Fugou 461300,China; 2.Institute of Agricultural Economics and Information,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 3.Agronomy College,Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops,Zhengzhou 450002,China)

Through two years of wheat-maize rotation field location test,four treatments were applied namely straw returning without fertilizer as control (CK),straw returning with chemical fertilizer(SF),straw returning with chemical fertilizer and HM straw-decomposing inoculants(SFD),straw returning with chemical fertilizer and organic fertilizer (SFM),and the effect of the above straw returning treatments on soil enzyme activity and winter wheat yield were studied,so as to determine the optimal straw returning treatment.The results showed that soil invertase,urease and alkaline phosphatase activities of SFM,SFD treatments were significantly higher than that of SF and CK treatments.Soil available nitrogen,available phosphorus contents of SFM,SFD treatments were higher than that of SF and CK treatments,and on the whole the most was SFD treatment.The order of wheat yield was SFM>SFD>SF>CK,there was no significant difference between SFM treatment and SFD treatment,they were 8.42%—12.69%(2013),8.21%—14.14% (2014) higher than that of SF treatment.The contribution rate of soil fundamental fertility for wheat yield showed FM

straw returning; wheat;decomposition inoculants; organic fertilizer; soil enzyme activity; yield

2016-02-20

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD14B08)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31471452)

李國陽(1965-)，男，河南扶溝人,高級農(nóng)藝師，本科,主要從事作物生產(chǎn)管理與技術(shù)推廣工作。 E-mail:nyjygb@163.com

*通訊作者：王同朝(1964-)，男，河南南陽人,教授，主要從事作物抗旱節(jié)水栽培理論與技術(shù)研究。 E-mail:wtcwrn@126.com

S512.1

A

1004-3268(2016)08-0059-05