秸稈還田與有機肥對銀北鹽堿地春小麥光合作用及生長的影響

馬 飛，許 興，肖國舉，張峰舉

（1.寧夏大學(xué)新技術(shù)應(yīng)用研究開發(fā)中心，寧夏銀川750021；2.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川750021）

秸稈還田與有機肥對銀北鹽堿地春小麥光合作用及生長的影響

馬 飛1，許 興2，肖國舉1，張峰舉1

（1.寧夏大學(xué)新技術(shù)應(yīng)用研究開發(fā)中心，寧夏銀川750021；2.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川750021）

為作物秸稈還田及有機肥施用改良鹽堿地提供理論依據(jù)，分析秸稈還田（RS）、有機肥（M）及秸稈還田和有機肥配施（RSM）條件下鹽堿地春小麥的光合作用、生長及土壤性質(zhì)的變化。結(jié)果表明：與CK（只施化肥）相比，RS、M和RSM能夠顯著降低土壤pH和全鹽含量，0～10cm土層pH分別降低0.9%、4.4%和6.8%，全鹽含量分別降低41.6%、66.4%和67.8%；10～20cm土層pH分別降低3.5%、8.9%和7.6%，全鹽含量分別降低56.6%、61.9%和71.4%，土壤環(huán)境得到明顯改善。秸稈還田和有機肥施用顯著提高春小麥的光合作用、生長及干物質(zhì)積累，與對照相比，RS、M和RSM處理春小麥的株高分別增加12%、22%和35%，總生物量分別增加為21%、32%和58%，穗干重分別增加28%、44%和80%，莖干重分別增加63%、58%和79%，葉干重分別增加47%、48%和74%，且RSM處理春小麥的生長和總生物量顯著高于RS和M。

秸稈還田；鹽堿地；光合作用；春小麥；銀北地區(qū)；寧夏

土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的一個全球性問題。寧夏引黃灌區(qū)33%土地有鹽堿化問題，其中，重度和中度鹽堿化的土地主要集中在銀北地區(qū)，土壤鹽堿化是目前制約寧夏乃至全國農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要因素之一，如何改良利用鹽堿地是目前亟待解決的農(nóng)業(yè)問題，這將對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及改善生態(tài)環(huán)境有著非常重要的意義。由于鹽堿地堿化程度高，土壤緊實，因而如何改善鹽堿地的土壤結(jié)構(gòu)，降低鹽堿程度是其改良的關(guān)鍵所在。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要廢棄物之一，我國每年約97%的秸稈被焚燒、堆積和遺棄，既造成資源浪費，又污染環(huán)境［1］。將秸稈粉碎直接還田是目前秸稈利用的主要方式之一，對于改善土壤物理性狀、提高土壤有機質(zhì)含量、增加土壤微生物活性和農(nóng)作物增產(chǎn)等具有重要作用［2-3］。

近年來，化肥施用量的快速增長及不合理施用導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染已成為十分嚴(yán)重的環(huán)境問題［4］。以有機肥部分代替化肥可緩解化肥對環(huán)境的污染。大量研究表明，有機肥料含有大量的腐殖酸，對改善鹽堿地土壤環(huán)境具有重要作用［3］，同時為作物提供養(yǎng)分、增加土壤有機質(zhì)、促進微生物繁殖、增強土壤保水保肥能力［5］。因此，筆者等在鹽堿地春小麥種植中開展秸稈還田及其與有機肥配施試驗，探討秸稈還田和施用有機肥措施對鹽堿地土壤理化性質(zhì)與春小麥的光合作用、生長和干物質(zhì)積累的影響，以期為寧夏地區(qū)利用秸稈還田及施用有機肥改良鹽堿地提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗地位于寧夏銀川北部西大灘鹽堿地實驗基地，東經(jīng)106°13′～106°26′，北緯38°45′～38°55′，海拔1 091～1 102m，年均降水量172.5mm，7、8和9月降水量占年降水量的66.6%，年平均蒸發(fā)量達(dá)1 755mm，全年平均相對濕度為56%，年平均日照時數(shù)2 800～3 200h，年均氣溫8.5℃，晝夜溫差8～15℃，全年無霜期150d。試驗前土壤pH 8.9，全鹽1.7g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為春小麥套種玉米的種植模式。小麥在2月底3月初適期早播，玉米在4月5—10日播種。試驗施肥運籌：磷肥40kg/667m2＋鉀肥6kg/667m2作基肥一次性施入；4月下旬灌頭水之前小麥苗肥追施尿素10kg/667m2；玉米追肥3次，結(jié)合小麥灌水進行，苗肥于5月下旬追施尿素10kg/667m2，穗肥于6月下旬追施尿素20kg/667m2，粒肥于7月中旬（麥?zhǔn)蘸螅┳肥┠蛩?5kg/667m2。在統(tǒng)一施用化肥基礎(chǔ)上，以試驗前期施入對象設(shè)置4個處理：處理1，對照（CK），當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥，即上述統(tǒng)一施用化肥模式；處理2，秸稈還田（RS），小麥和玉米秸稈全量還田；處理3，有機肥（M），用量15t/hm2，作基肥一次性施入；處理4，有機肥（15t/hm2，作基肥一次性施入）＋秸稈還田（RSM）。3次重復(fù)，小區(qū)長10m、寬4.66m。田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锵嗤?/p>

1.3 測定項目

1）光合-光響應(yīng)曲線。于2015年6月14日至15日進行春小麥（灌漿期）光合作用的測定，選取生長基本一致的旗葉，利用便攜式光合作用測量系統(tǒng)（LI-6400XT，LI-COR Lincoln，NE，USA），于9：00-12：00進行春小麥的光合-光響應(yīng)曲線測定。光合有效輻射（PAR）從高到低設(shè)定為2 000 μmol/（m2·s）、1 500μmol/（m2·s）、1 000μmol/（m2·s）、500μmol/（m2·s）、300μmol/（m2·s）、150μmol/（m2·s）、80μmol/（m2·s）、40μmol/（m2·s）、0μmol/（m2·s），每個PAR下控制測定時間3～4min，利用CO2注入系統(tǒng)將CO2濃度保持在400μmol/mol。每個處理選取5株作為重復(fù)，標(biāo)記已測定氣體交換的葉片，并測定面積，計算單位面積的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。

2）春小麥生長量。在春小麥成熟期，每個小區(qū)選10株有代表性、長勢一致植株，采用卷尺測量單株株高，然后收割植株地上部分，將穗、莖和葉分開，于烘箱內(nèi)80℃烘干至恒重（48h），測干重。

3）土壤pH及含鹽量。在田間分0～10cm和10～20cm 2層采集土樣，每個處理3個重復(fù)取樣。pH和電導(dǎo)率采用土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法［6］測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理鹽堿地土壤的pH和鹽含量

從表1看出，秸稈還田和有機肥施用能顯著降低各土層土壤pH和含鹽量，改善土壤性質(zhì)。與CK相比，0～10cm土層RS、M和M＋RS的pH分別降低0.9%、4.4%和6.8%，全鹽含量分別降低41.6%、66.4%和67.8%；10～20cm土層的pH分別降低3.5%、8.9%和7.6%，全鹽含量分別降低56.6%、61.9%和71.4%。施用有機肥的處理（M和M＋RS）較秸稈還田處理（RS）各土層土壤pH和含鹽量降低明顯，且相對其他處理，M＋RS處理下各土層pH和全鹽含量下降最明顯。說明，秸稈還田配施有機肥對鹽堿地的改良效果最明顯。

表1 不同處理土壤的pH和全鹽含量Table 1 Changes in soil pH and salt content under different treatments

2.2 不同處理春小麥的光合作用比較

1）春小麥光合-光響應(yīng)曲線變化。由圖示可知，4種處理下春小麥的凈光合速率變化趨勢一致：當(dāng)PAR＜300μmol/（m2·s）時，Pn隨PAR的增大迅速升高，且處理間差異不明顯；當(dāng)PAR≥300 μmol/（m2·s）時，隨PAR的增強，Pn先緩慢升高，然后逐漸趨于飽和，且在高光強下，4種處理間的Pn-PAR曲線差異明顯，Pn依次為RSM＞RS＞M＞CK，表明RS＋M處理對春小麥的光合速率增加最明顯。

2）春小麥氣孔導(dǎo)度。隨著光照強度增大表現(xiàn)出與光合速率類似的響應(yīng)特征，秸稈還田和有機肥施用措施對春小麥的氣孔導(dǎo)度（Gs）具有明顯的促進作用。與CK相比，其他3個處理的氣孔導(dǎo)度明顯增加，Gs大小表現(xiàn)為M＞RSM＞RS＞CK，表明，有機肥處理對春小麥的氣孔導(dǎo)度影響最大。

3）春小麥胞間CO2濃度。春小麥胞間CO2濃度（Ci）隨PAR升高呈降低趨勢，秸稈還田和有機肥施用對春小麥的Ci具有明顯的促進作用。與CK相比，RS、M和RS＋M的Ci增加明顯，但是，RS、M和RSM處理的Ci差異不明顯。

2.3 不同處理春小麥的生長變化

由表2看出，秸稈還田和有機肥施用對春小麥的株高和總生物量具有明顯的促進作用。RS、M和RSM處理春小麥的株高較CK顯著提高，增加幅度分別為12%、22%和35%；RS、M和RSM處理的生物量較CK顯著增加，幅度分別為21%、32%和58%，且RSM處理春小麥的株高和總生物量顯著高于RS和M。

圖示 不同處理春小麥凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度對光合有效輻射升高的響應(yīng)Fig. Responses of Pn，Gsand Cito increasing PAR under different treatments of spring wheat

RS、M和RSM處理下春小麥穗重均較CK顯著增加，幅度分別為28%、44%和80%，且RSM處理的穗重顯著高于RS和M；RS、M和RSM處理的春小麥莖干重均較CK顯著增加，幅度分別為63%、58%和79%，但RS、M和RSM間差異不顯著；RS、M和RSM處理春小麥的葉干重較CK顯著增加，幅度分別為47%、48%和74%，RS、M和RSM間差異不顯著。表明，秸稈還田和有機肥施用均能促進春小麥的生長和生物量積累，且相對于其他處理，RSM對春小麥的生長和生物量的累積效應(yīng)最明顯。

表2 不同處理春小麥的生長特征和生物量Table 2 Growth features and biomass of spring wheat under different treatments

3 結(jié)論與討論

1）研究結(jié)果表明，秸稈還田和施用有機肥均能明顯改善土壤環(huán)境，相對于對照（當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥即純施化肥），秸稈還田和施用有機肥能夠使0～10cm土層的pH降低0.9%～6.8%，全鹽含量降低41.6%～67.8%；10～20cm土層的pH降低3.5%～7.6%，全鹽含量降低56.6%～71.4%。而且，秸稈還田加有機肥配施處理土壤pH和全鹽含量均顯著低于單一的秸稈還田或單獨施用有機肥的處理，表明秸稈還田加有機肥配施對鹽堿地土壤的改良效果最為明顯。

2）光合作用是植物體內(nèi)重要的代謝過程，其強弱對植物生長發(fā)育及抗逆性都有重要影響，因而可用光合作用參數(shù)作為判斷植物生長和抗逆性強弱的指標(biāo)之一。在本研究中，秸稈還田和施有機肥均能較對照明顯增加春小麥光合作用能力，尤其以秸稈還田加有機肥配施處理春小麥的光合作用顯著高于其他處理。這可能是因為秸稈還田改善了土壤團聚體結(jié)構(gòu)，增加土壤的孔隙性、持水性和通透性，優(yōu)化土壤物理性狀，而有機肥中的腐殖酸能夠中和鹽堿地的堿化成分，降低鹽堿地的堿化程度，同時為植物提供生長所需的養(yǎng)分［7-10］。馮國藝等［11］研究也表明了秸稈還田和施用有機肥能夠明顯降低土壤含鹽量，提高濱海鹽堿地棉花的光合特性。通過研究不同處理下春小麥的氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等氣體交換參數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)在秸稈還田和施用有機肥等措施下，氣孔導(dǎo)度開放程度和胞間CO2濃度的提高是春小麥光合作用增強的主要原因，這也與馮國藝等研究結(jié)果一致。而施用有機肥處理的氣孔導(dǎo)度高于秸稈還田加有機肥配施處理則說明兩種處理措施可能對春小麥光合作用的影響機制存在差異。

3）已有研究表明，光合作用與植物的生長發(fā)育密切相關(guān)，秸稈還田和施用有機肥能提高植物的光合速率，進而促進植物的生長［11-14］。本研究表明，秸稈還田和有機肥施用顯著促進了春小麥的生長和生物量的累積。與對照相比，秸稈還田、施用有機肥以及秸稈還田加有機肥配施處理下春小麥的株高增加12%～35%，生物量提高21%～58%，穗重提高28%～80%，莖干重提高58%～79%，葉干重提高47%～74%。而且秸稈還田加有機肥配施春小麥的株高和總生物量明顯高于單一的秸稈還田和單獨施用有機肥處理。表明，秸稈還田加有機肥配施對鹽堿土土壤環(huán)境改善效應(yīng)和對春小麥的生長和生物量促進作用最明顯，應(yīng)加大推廣力度。

［1］申源源，陳 宏.秸稈還田對土壤改良的研究進展［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25（19）：291-294.

［2］劉 娣，范丙全，龔明波.秸稈還田技術(shù)在中國生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2008，24（6）：404-407.

［3］李鳳霞，郭永忠，王學(xué)琴，等.不同改良措施對寧夏鹽堿地土壤微生物及苜蓿生物量的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2012，28（30）：49-55.

［4］沈德龍，曹鳳明，李 力.我國生物有機肥的發(fā)展現(xiàn)狀及展望［J］.中國土壤與肥料，2007（6）：1-5.

［5］BOHME L，BOHME F.Soil microbiological and biochemical properties affected by plant growth and different long-term fertilization［J］.Eur J Soil Biol，2006，42：1-12.

［6］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析 ［M］.3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：25-114.

［7］吳 菲.玉米秸稈連續(xù)多年還田對土壤理化性狀和作物生長的影響［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

［8］勞秀榮，吳子一，高燕春.長期秸稈還田改土培肥效應(yīng)的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2002，18（2）：49-52.

［9］武志杰，張海軍，許廣山，等.玉米秸稈還田培肥土壤的效果［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2002，13（5）：539-542.

［10］宇萬太，姜子紹，馬 強，等.施用有機肥對土壤肥力的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2009，5（5）：1057-1064.

［11］馮國藝，張 謙，王樹林，等.秸稈還田對濱海鹽堿地棉苗光合特性及生長的影響［J］.棉花學(xué)報，2015，27（3）：248-253.

［12］高 飛，賈志寬，路文濤，等.秸稈不同還田量對寧南旱區(qū)土壤水分、玉米生長及光合特性的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2011，31（3）：777-783.

［13］王曉娟，賈志寬，梁連友，等.不同有機肥量對旱地玉米光合特性和產(chǎn)量的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2012，23（2）：419-425.

［14］史桂芳，畢 軍，夏光利，等.秸稈還田與有機肥配施對冬小麥產(chǎn)量及性狀的影響［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2011，23（9）：118-120.

（責(zé)任編輯：姜 萍）

Effects of Straw-returning and Manure on Photosynthesis and Growth of Spring Wheat in Saline-alkali Soil in North of Yinchuan

MA Fei1，XU Xing2，XIAO Guoju1，ZHANG Fengju1
（1.NewTechnologyApplication，ResearchandDevelopmentCenter，NingxiaUniversity，Ningxia，Yinchuan750021；2.SchoolofAgriculture，NingxiaUniversity，Ningxia，Yinchuan750021，China）

In order to provide theoretical references for improving saline-alkali soil by applying straw returning（RS），manure（M）and their interaction（RSM），the effects of applying RS，M and RSM on photosynthesis，growth and soil property of spring wheat were studied.Results：Compared with CK（applying chemical fertilizer only），RS，M and RS＋M significantly improved the properties of saline-alkali soil，reflected by their significant lower values of pH and salt content than CK.pH values of 0～10cm soil layer decreased by 0.9%，4.4%and 6.8%respectively，that of 10～20cm soil layer decreased by 3.5%，8.9%and 7.6%respectively.Salt content of 0～10cm soil layer decreased by 41.6%，66.4%and 67.8% and that of 10～20cm soil layer decreased by 56.6%，61.9%and 71.4%respectively.The photosynthesis，growth and dry matter production showed the opposite trend，exhibiting highest values in RSM，followed by M and RS，and lowest values in the CK.Compared with CK，RS，M and RSM increased plant height（12%，22%and 35%），gross biomass（21%，32%and 58%），dry ear weight（28%，44%and 80%），dry stem weight（63%，58%and 79%）and dry leaf weight（47%，48%and 74%）.

straw returning；saline-alkali soil；photosynthesis；spring wheat；north region of Yinchuan；Ningxia

S156.4

A

2015-12-28；2016-08-13修回

國家科技支撐計劃項目“西北地區(qū)灌溉農(nóng)田土壤固碳減排技術(shù)研究”（2013BAD11B03-6）

馬 飛（1982-），男，副研究員，博士，從事植物生理生態(tài)研究。E-mail：mafei05＠163.com

1001-3601（2016）09-0387-0080-04