秸稈添加快腐菌劑還田對麥季土壤養(yǎng)分和小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

盛海君　施凱峰　牛東　楊靜　朱新開　馬愛軍

摘要：通過設(shè)置在秸稈中添加快腐菌劑的大田試驗，研究快腐菌劑對秸稈還田的促進(jìn)作用和對小麥生物學(xué)特性的影響。結(jié)果表明，秸稈快腐還田影響土壤有機質(zhì)及速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量，與僅秸稈還田處理相比，秸稈快腐還田處理0～5 cm土層的土壤速效鉀含量增加最為明顯，有機質(zhì)含量次之，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量除成熟期及速效磷含量除花后15 d和成熟期有增加或持平外，其余各生育期銨態(tài)氮和速效磷含量降低，硝態(tài)氮含量則急劇減少；秸稈快腐還田處理小麥穗數(shù)與千粒質(zhì)量提高，而穗粒數(shù)略有降低，最終產(chǎn)量提高；秸稈快腐還田能極顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值，降低籽粒硬度，在一定程度上改善中筋小麥籽粒品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；快腐菌劑；小麥；土壤養(yǎng)分；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號： S512.106 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）19-0166-04

收稿日期：2016-05-06

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31271642）；江蘇省揚州市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)計劃（編號：YZ2014166）；江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程（編號：SXGC[2016]327）。

作者簡介：盛海君（1966—），女，江蘇宜興人，碩士，高級農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)資源利用研究。E-mail：hjsheng@yzu.edu.cn。 秸稈添加快腐菌劑還田是目前的研究熱點之一[1-9]，目前多使用在玉米田和水稻田的麥秸腐熟過程中[4-7]，但對稻秸在麥田腐熟過程中的作用研究較少[8-9]。本研究通過設(shè)置在秸稈中添加快腐菌劑的大田試驗，研究快腐菌劑對稻秸還田是否具有促進(jìn)作用，以期為稻秸快腐還田提供理論依據(jù)與實踐支撐。

1 材料與方法

試驗于2014—2015年在揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點實驗室試驗場進(jìn)行。試驗田前茬作物為水稻，土質(zhì)為輕壤土。2014年秋播時，土壤有機質(zhì)含量為15.7 g/kg，速效氮含量為83.7 mg/kg，速效磷含量為22.9 mg/kg，速效鉀含量為 146.1 mg/kg。秸稈為水稻秸稈，有機碳含量為39.2%。秸稈速腐菌劑為南京寧糧生物工程有限公司生產(chǎn)的有機物料腐熟劑（有效活菌數(shù)5×107 CFU/g），按該產(chǎn)品建議，施用量為 30 kg/hm2。供試小麥品種為揚輻麥5號。

1.1 試驗設(shè)計

采用單因素試驗設(shè)計，設(shè)水稻僅秸稈還田（秸稈）、秸稈快腐還田（秸稈+菌劑）與不還田（CK）3個處理，CK為對照。秸稈還田量為9 000 kg/hm2，機械深旋還田，還田深度15～20 cm。施氮量為240 kg/hm2，基肥 ∶壯蘗肥 ∶拔節(jié)肥 ∶孕穗肥為5 ∶1 ∶2 ∶2，其中基肥在播種前施用，分蘗肥在5葉期施用，拔節(jié)肥于倒3葉施用，孕穗肥于劍葉露尖時施用。磷肥（P2O5）施用量為90 kg/hm2、鉀肥（K2O）施用量為 150 kg/hm2，基肥和拔節(jié)肥追施各50%。施肥種類分別為尿素（46% N）、三元復(fù)合肥（16% N、16% P2O5、16% K2O）和氯化鉀（60% K2O）。2015年11月2日播種，人工條播，行距 30 cm，小區(qū)面積12.6 m2，試驗重復(fù)2次。2016年6月2日收獲。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 土壤有機質(zhì)和速效氮、磷、鉀含量 于拔節(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期取土樣（分別取0～5、5～10 cm土層的土樣）測定土壤有機質(zhì)、速效氮（包括NH4+-N和NO3--N）、速效磷、速效鉀等的含量，其中土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測定；銨態(tài)氮含量和硝態(tài)氮含量分別采用2 mol/L KCl浸提，靛酚藍(lán)比色法和紫外分光光度法測定；速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬藍(lán)比色法測定；速效鉀含量采用 1.0 mol/L 乙酸銨浸提，火焰分光光度法測定。

1.2.2 小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu) 成熟期每小區(qū)田間調(diào)查 1.2 m2 的穗數(shù)并收獲計產(chǎn)。各小區(qū)取樣20株，進(jìn)行室內(nèi)考種，考察單株成穗數(shù)、每穗結(jié)實粒數(shù)、結(jié)實小穗數(shù)，脫粒后曬干，測定3個處理的千粒質(zhì)量，并測量含水率，換算成含水率為13%時的千粒質(zhì)量。

1.2.3 小麥籽粒品質(zhì) 取成熟期籽粒，采用FOSS公司生產(chǎn)的近紅外分析儀測定籽粒品質(zhì)，品質(zhì)指標(biāo)包括蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值、硬度。采用JYDB100X40型硬度計測量籽粒硬度。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)均采用Excel 2003建立數(shù)據(jù)庫，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析并繪圖。 2 結(jié)果與分析

2.1 添加快腐菌劑對土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量的影響

由表1可知，隨著秸稈還田和秸稈快腐菌劑的施用，小麥成熟期土壤有機質(zhì)含量增加，但效應(yīng)差異不顯著，可見秸稈還田對土壤有機質(zhì)含量的增加是一個緩慢的過程。

對小麥不同生育期土壤速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分的測定結(jié)果（圖1至圖8）表明，秸稈快腐還田后，除0～5 cm土層成熟期外，其余各生育期秸稈快腐還田處理的土壤NO3--N含量顯著低于僅秸稈還田處理；0～5 cm成熟期處理間差異不顯著。

土壤中NH4+-N含量與NO3--N含量變化趨勢基本一致，秸稈快腐還田處理小麥生育前中期的土壤NH4+-N含量明顯低于僅秸稈還田處理或差異不顯著，成熟期則明顯高于僅秸稈還田處理。這主要是在微生物的作用下，無機氮向有機氮的持續(xù)轉(zhuǎn)化所致。

土壤速效磷含量也與NO3--N含量變化趨勢基本一致，只是0～5 cm變化幅度相對較小，5～10 cm變化幅度大；除0～5 cm土層成熟期和花后15 d及5～10 cm土層成熟期外，其余各生育期秸稈快腐還田處理顯著低于僅秸稈還田處理的土壤速效磷含量。

速效鉀含量因秸稈還田而增加，但施快腐菌劑處理后變化趨勢與僅秸稈還田不同。秸稈還田后，0～5 cm土層中，除成熟期外，速效鉀含量表現(xiàn)為秸稈快腐還田處理高于僅秸稈還田處理；除拔節(jié)期和成熟期外，5～10 cm土層速效鉀含量與0～5 cm土層表現(xiàn)相反，為僅秸稈還田處理高于秸稈快腐還田處理，成熟期5～10 cm土層中速效鉀含量仍是秸稈快腐還田處理最高，且差異達(dá)顯著水平。endprint

綜合來看，秸稈快腐還田不僅改變了土壤中的速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量，也通過物質(zhì)的轉(zhuǎn)化影響著土壤中不同形態(tài)的氮含量。與僅秸稈還田處理相比，秸稈快腐還田處理0～5 cm 土層土壤速效鉀含量增加最為明顯，有機質(zhì)含量次之，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量除成熟期及速效磷含量除花后15 d和成熟期有增加或持平外，其余各生育期銨態(tài)氮、速效磷含量降低，硝態(tài)氮含量則急劇減少。

2.2 添加快腐菌劑對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.2.1 對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響 不同處理小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)如表2所示。結(jié)果表明，秸稈快腐還田處理的小麥穗數(shù)最多，僅秸稈還田處理次之，CK最少，千粒質(zhì)量的表現(xiàn)與穗數(shù)完全一致，穗粒數(shù)與此相反，其最終產(chǎn)量（實際產(chǎn)量）為秸稈快腐還田處理最高，比CK增產(chǎn)282%，僅秸稈還田處理產(chǎn)量最低，比CK減產(chǎn)065%。說明通過施用秸稈快腐菌劑促進(jìn)秸稈腐熟分解，能夠減輕僅秸稈還田對小麥生長發(fā)育的影響，促進(jìn)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因子的形成，實現(xiàn)產(chǎn)量的提高。

2.2.2 對小麥籽粒品質(zhì)的影響 由表3可知，不同處理籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、硬度和沉降值的差異都達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），其中蛋白質(zhì)含量由高到低依次為秸秸稈快腐還田處理、CK、僅秸稈還田處理，說明添加快腐菌劑的秸稈還田處理能極顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量，而未添加快腐菌劑的秸稈還田處理蛋白質(zhì)含量極顯著低于CK處理；濕面筋含量CK處理最大，其次是秸稈快腐還田處理，僅秸稈還田處理最??；硬度值由高到低依次為僅秸稈還田處理、CK、秸稈快腐還田處理；秸稈快腐還田處理小麥籽粒沉降值高于另外2個處理，僅秸稈還田處理沉降值最小。

與僅秸稈還田處理相比，秸稈快腐還田處理能極顯著提高蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值；硬度則相反，即僅秸稈還田處理大于秸稈快腐還田處理。說明施用秸稈快腐菌劑，通過改變土壤養(yǎng)分狀況，在一定程度上能改善中筋小麥籽粒品質(zhì)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 秸稈快腐還田對土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分因子的影響 土壤中微生物參與的有機物礦化與無機物同化互為基礎(chǔ)，2個過程間存在著有機的聯(lián)系[10-12]。從理論上講，在富含碳源的有機物質(zhì)礦質(zhì)化過程中，微生物在獲得大量碳源的同時，相應(yīng)地攝取分解產(chǎn)物中以及土壤中的氮素等養(yǎng)分，即同化強度大于礦質(zhì)化強度。這個過程既可降低土壤有效態(tài)養(yǎng)分含量，同時也會增加土壤有機質(zhì) （包括微生物細(xì)胞體以及復(fù)雜的代謝產(chǎn)物）含量，說明秸稈快腐還田能使土壤中的有機物質(zhì)含量增加，改善土壤的理化性質(zhì)[10-12]。本試驗結(jié)果與嚴(yán)慧峻等的研究結(jié)果[13-15]完全一致。

試驗結(jié)果顯示，秸稈快腐還田明顯影響土壤中重要營養(yǎng)離子的組成。秸稈還田不僅改變了土壤中的速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量，也通過物質(zhì)的轉(zhuǎn)化影響著土壤中不同形態(tài)氮的含量。在0～5 cm土層秸稈快腐還田的土壤中，與僅秸稈還田相比，增加幅度最大的營養(yǎng)元素是鉀，另外增加較多的是有機質(zhì)，而減少最多的是硝態(tài)氮。由于此處硝態(tài)氮并非被淋洗損失，而是被微生物同化進(jìn)入有機氮組分，因此增加了土壤的有機氮庫存；有機質(zhì)的增加則改善了土壤的理化性質(zhì)和綜合肥力。秸稈快腐還田處理小麥生育前中期土壤銨態(tài)氮含量明顯低于僅秸稈還田處理，成熟期則明顯高于僅秸稈還田處理；速效磷除0～5 cm土層成熟期和花后15 d及5～10 cm土層成熟期外，其余各生育期秸稈快腐還田處理顯著低于僅秸稈還田處理，其中5～10 cm土層表現(xiàn)尤為明顯。試驗結(jié)果與高華等的研究結(jié)果[16-18]基本一致，但與周江明等的研究結(jié)果[19]不一致，周江明等研究認(rèn)為，在連續(xù)多年水稻秸稈還田中，前5年0～20 cm耕層中的氮、磷、鉀元素都有大幅度提高，隨秸稈還田年限的增加土壤中養(yǎng)分逐漸積累，增幅逐漸下降并趨于平穩(wěn)的狀態(tài)。

3.1.2 秸稈快腐還田對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)的影響 衡量秸稈還田技術(shù)利與弊最為直接的方式就是用作物的產(chǎn)量來衡量[20-21]。研究表明，秸稈還田能促進(jìn)作物的生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量等[22-24]，但也有減產(chǎn)的事例[25]。本研究結(jié)果表明，秸稈快腐還田處理產(chǎn)量（實際產(chǎn)量）最高，比CK增產(chǎn)282%，僅秸稈還田處理產(chǎn)量最低，比CK減產(chǎn)0.65%。說明通過施用秸稈快腐菌劑，促進(jìn)秸稈腐熟分解，能夠減輕僅秸稈還田對小麥生長發(fā)育的影響，促進(jìn)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因子的形成，實現(xiàn)產(chǎn)量的提高。

小麥籽粒品質(zhì)包括多個指標(biāo)，如蛋白質(zhì)含量、容重、濕面筋含量、硬度、沉降值等[26]。蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量影響小麥面粉的加工利用，對中筋小麥而言，蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量的提高，有利于改善面粉品質(zhì)，更利于加工。籽粒硬度是指破壞籽粒所需外界力的大小，常用硬度指數(shù)表示，已有研究表明，籽粒硬度與出粉率、蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與面團穩(wěn)定時間顯著相關(guān)。硬質(zhì)麥通常要求硬度指數(shù)在60%以上，軟質(zhì)麥要求在40%以下，混合麥在 40%～60%。沉降值是反映小麥種子顆粒蛋白質(zhì)含量多少及其質(zhì)量的指標(biāo)，和小麥的粗蛋白含量和面團吸水率呈正相關(guān)，是表征小麥品質(zhì)好壞的一個指標(biāo)[23-24]。

本試驗結(jié)果表明，不同處理蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、硬度和沉降值的差異都達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），添加快腐菌劑的秸稈還田處理（秸稈快腐還田處理）的籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和小麥籽粒沉降值較僅秸稈還田極顯著提高；硬度值則相反，即僅秸稈還田處理大于秸稈快腐還田處理。 說明施用秸稈快腐菌劑，通過改變土壤養(yǎng)分狀況，在一定程度上能改善中筋小麥籽粒品質(zhì)。

3.2 結(jié)論

本研究通過設(shè)置在秸稈中添加快腐菌劑的秸稈快腐還田試驗，研究快腐菌劑對秸稈還田是否具有促進(jìn)作用。試驗結(jié)果表明，秸稈快腐還田影響了土壤有機質(zhì)及速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量，與僅秸稈還田處理相比，秸稈快腐還田處理0～5 cm土層土壤速效鉀含量增加最為明顯，有機質(zhì)含量次之，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量除成熟期及速效磷含量除花后15 d和成熟期有增加或持平外，其余各生育期銨態(tài)氮、速效磷含量降低，硝態(tài)氮含量則急劇減少；與僅秸稈還田處理相比，秸稈快腐還田處理可提高小麥穗數(shù)與千粒質(zhì)量，降低穗粒數(shù)，提高最終產(chǎn)量；秸稈快腐還田處理可極顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值，降低籽粒硬度，可在一定程度上改善中筋小麥籽粒品質(zhì)。endprint

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