玉米秸稈還田模式對土壤肥力和玉米產(chǎn)量的影響

薩如拉，楊恒山，*，高聚林，范 富，張瑞富，劉 晶，吳 帥

(1. 內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

西遼河平原是內(nèi)蒙古自治區(qū)最大的玉米生產(chǎn)基地，井灌條件良好，玉米種植面積穩(wěn)定在9.0×105hm2，但多年玉米連作導(dǎo)致地力下降、養(yǎng)分偏耗，成為阻礙玉米持續(xù)高產(chǎn)的關(guān)鍵問題。國內(nèi)外學(xué)者研究證實，秸稈還田具有培肥地力[1-12]、增產(chǎn)[13-18]、改善作物品質(zhì)[19]的效果。近年來，隨著機械化水平的提高，西遼河平原灌區(qū)逐步推廣秸稈還田，但由于該區(qū)域低溫持續(xù)時間較長，秸稈腐解慢，還田效果差。添加秸稈腐熟劑是加速秸稈腐解的重要措施之一。本文在3 a玉米秸稈隔年還田定位試驗基礎(chǔ)上，研究玉米秸稈還田施用腐熟劑對土壤速效養(yǎng)分、土壤酶活性和玉米產(chǎn)量的影響，揭示玉米秸稈還田效應(yīng)，為鑒選該地區(qū)適宜的秸稈還田方式提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2016年在內(nèi)蒙古西遼河平原進(jìn)行(43°36′N，122°22′E，海拔178 m)。試驗區(qū)年均氣溫6.8 ℃，≥10 ℃活動積溫3 200 ℃，年均降水量385 mm，生長季內(nèi)降水量約為340 mm。試驗田具有井灌條件，土壤為灰色草甸土，為當(dāng)?shù)刂饕寥李愋汀?/p>

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)計4個處理：深翻秸稈還田施用腐熟劑(DR+D)、旋耕秸稈還田施用腐熟劑(RR+D)、深翻秸稈還田(DR)和旋耕秸稈還田(RR)。另設(shè)旋耕不還田(CK)為對照。試驗用腐熟劑為沃寶秸稈腐熟劑，主要成分為分解纖維素、木質(zhì)素的芽孢桿菌、霉菌等有益菌株，有益菌含量≥0.5×108g-1。秸稈還田方式為春播前將玉米秸稈粉碎至3～4 cm，全量還田。旋耕采用旋耕機作業(yè)，作業(yè)深度15 cm；深翻方式為人工深翻，深度30 cm。

2014年春播前進(jìn)行秸稈還田，2015年各處理均旋耕滅茬、基施化肥，2016年春播前進(jìn)行秸稈還田。玉米關(guān)鍵時期各處理取15點按S型將土壤依0～10、10～20、20～30 cm分層取樣，每層樣品混合均勻后，按四分法取部分土樣裝入無菌袋，4 ℃冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩? a供試品種均為鄭單958，種植密度7.5萬株·hm-2?；┝姿岫@225 kg·hm-2、硫酸鉀90 kg·hm-2，拔節(jié)期一次追施尿素375 kg·hm-2，生育期間灌水3～4次，小區(qū)面積72 m2，3次重復(fù)。收獲期機械收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

收獲時各小區(qū)測產(chǎn)面積60 m2，調(diào)查樣方內(nèi)有效穗數(shù)，取樣人工脫粒測定籽粒含水率，折算出14%含水率下的產(chǎn)量。同時，各處理均取樣10穗，調(diào)查穗粒數(shù)，測定千粒重。

1.3.2 土壤速效養(yǎng)分和土壤酶活性測定

于播種期、大喇叭口期和吐絲期取0～10、10～20、20～30 cm層土壤，同層混勻，四分法取足量陰干，過1 mm篩孔備用。分別采用堿解擴(kuò)散法、鉬銻抗比色法和火焰光度法測定堿解氮、速效磷、速效鉀含量。分別采用3，5- 二硝基水楊酸比色法、苯酚鈉- 次氯酸鈉比色法、高錳酸鉀滴定法、3，5- 二硝基水楊酸比色法、磷酸苯二鈉比色法測定土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、纖維素酶、磷酸酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，秸稈還田的4個處理間玉米產(chǎn)量無顯著差異，其中，以RR和RR+D處理的玉米產(chǎn)量最高，且顯著(P<0.05)高于CK，分別較CK提高28.00%和24.56%，DR、DR+D與CK處理的玉米產(chǎn)量無顯著差異。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，各處理千粒重、有效穗數(shù)均無顯著差異。RR處理的穗粒數(shù)顯著(P<0.05)高于CK，但其他處理間差異不顯著。由此可見，各處理的產(chǎn)量差異可能主要緣于穗粒數(shù)。

2.2 對土壤速效養(yǎng)分的影響

從表2可知，0～10 cm土層中僅有RR+D顯著(P<0.05)增加了土壤堿解氮含量，其他處理與CK無顯著差異。在10～20、20～30 cm土層，各處理堿解氮含量無顯著差異。各處理3個土層的土壤速效鉀含量均無顯著差異。各還田處理3個土層的土壤速效磷含量與CK相比均無顯著差異，但在20～30 cm土層，RR+D處理的土壤速效磷含量顯著(P<0.05)高于RR。

表1不同處理對春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

Table1Effects of different treatments on spring maize yield and its component factors

處理Treatment穗粒數(shù)Kernelsperspike有效穗數(shù)Paniclenumber/hm-2千粒重1000-grainweight/g實測產(chǎn)量Observedyield/(t·hm-2)RR+D584.00ab68125a375.5a12.68aDR+D565.30ab69062a351.2a11.62abRR620.80a69062a357.4a13.03aDR556.73ab64688a362.6a10.95abCK522.93b66565a344.5a10.18b

同列數(shù)據(jù)后無相同小寫字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Data within the same column followed by no same letters indicated significant difference between treatments atP<0.05. The same as below.

表2不同處理對土壤速效養(yǎng)分的影響

Table2Effects of different treatments on soil available nutrients

處理Treatment堿解氮Alkalinenitrogen/(mg·kg-1)0～10cm10～20cm20～30cm速效磷Availablephosphorus/(mg·kg-1)0～10cm10～20cm20～30cm速效鉀Availablepotassium/(mg·kg-1)0～10cm10～20cm20～30cmRR+D73.90a55.59a40.43a11.94a12.01a10.72a108.36a104.37a99.04aDR+D42.35b36.05a42.18a10.14a8.81a9.12ab89.06a89.05a95.05aRR33.34c44.28a34.83a11.6a9.49a7.11b113.69a111.00a85.72aDR36.93bc37.45a32.55a9.94a8.61a8.61ab97.04a144.90a85.06aCK37.98bc36.69a30.74a12.49a11.6a8.68ab93.71a92.38a79.07a

2.3 對土壤酶活性的影響

2.3.1 土壤脲酶

土壤脲酶活性一定程度上可反映土壤供氮能力。在0～10 cm土層：大喇叭口期各處理的脲酶活性以RR+D最高，DR+D次之，且兩者均顯著(P<0.05)高于CK，而其他處理間無顯著差異；吐絲期各處理的脲酶活性以RR最高，RR+D次之，且兩者均顯著(P<0.05)高于CK，而其他處理間無顯著差異(表3)。在10～20 cm土層：大喇叭口期各處理的脲酶活性以RR+D最高，DR+D次之，且兩者均顯著(P<0.05)高于CK，而其他處理間無顯著差異；吐絲期各處理的脲酶活性以RR+D最高，DR+D和DR次之，且三者均顯著(P<0.05)高于CK，而RR與CK處理間無顯著差異。在20～30 cm土層：大喇叭口期各處理的脲酶活性以RR+D最高，DR+D次之，所有處理的脲酶活性均顯著(P<0.05)高于CK；吐絲期各處理的脲酶活性同樣以RR+D最高，且所有處理的脲酶活性均顯著(P<0.05)高于CK。

2.3.2 土壤過氧化氫酶

從表4可知，0～10 cm土層中：DR+D處理大喇叭口期和吐絲期的過氧化氫酶活性均最高，且顯著(P<0.05)高于其他處理，其他處理間無顯著差異。10～20 cm土層中：大喇叭口期RR+D處理過氧化氫酶活性最高，且顯著(P<0.05)高于其他處理，其他處理間無顯著差異；吐絲期DR+D過氧化氫酶活性最大，RR處理次之，兩者無顯著差異，且均顯著(P<0.05)高于其他處理。20～30 cm土層中：大喇叭口期RR處理的土壤過氧化氫酶活性最高，且顯著(P<0.05)高于其他處理，其他處理間無顯著差異；吐絲期RR+D處理的過氧化氫酶活性最高，且顯著(P<0.05)高于其他處理，其他3個秸稈還田處理的土壤過氧化氫酶活性無顯著差異，但均顯著(P<0.05)高于CK。

表3不同處理的土壤脲酶活性

Table3Soil urease activity under different treatments

mg·g-1·24 h-1

表4不同處理的土壤過氧化氫酶活性

Table4Soil catalase activity under different treatments

mL·g-1

2.3.3 土壤蔗糖酶

從表5可知，0～10 cm土層中，大喇叭口期各處理的蔗糖酶活性無顯著差異，吐絲期各秸稈還田處理的蔗糖酶活性均顯著(P<0.05)高于CK，且采用深翻還田處理(DR和DR+D)的顯著(P<0.05)高于采用旋耕還田處理(RR和RR+D)。10～20 cm土層中：大喇叭口期DR+D處理的土壤蔗糖酶活性最高，其次為RR+D，且兩者均顯著(P<0.05)高于CK，其余處理間無顯著差異；吐絲期各秸稈還田處理的蔗糖酶活性均顯著(P<0.05)高于CK，且施用腐熟劑處理(DR+D、RR+D)的顯著(P<0.05)高于不施用腐熟劑的處理(DR、RR)。20～30 cm土層中，各處理大喇叭口期蔗糖酶活性無顯著差異，吐絲期以DR+D處理最高，且顯著(P<0.05)高于其他處理，除RR+D與CK無顯著差異外，其他處理均顯著(P<0.05)高于CK。

2.3.4 土壤纖維素酶

從表6可知，0～10 cm土層中:大喇叭口期纖維素酶活性以DR+D和RR+D最高，二者無顯著差異，且均顯著(P<0.05)高于其他處理，RR處理顯著(P<0.05)高于CK，而DR處理顯著(P<0.05)低于CK；吐絲期纖維素酶活性以RR+D處理最高，顯著(P<0.05)高于其他處理，DR+D和RR處理次之，均顯著(P<0.05)高于CK，DR與CK無顯著差異。10～20 cm土層中：大喇叭口期纖維素酶活性為RR+D>DR+D>RR>DR>CK，各處理差異顯著(P<0.05);吐絲期纖維素酶活性DR+D與RR+D、DR間無顯著差異，均顯著(P<0.05)高于RR，RR顯著(P<0.05)高于CK。20～30 cm土層中：大喇叭口期纖維素酶活性以DR最高，顯著(P<0.05)高于其他處理，DR+D次之，亦顯著(P<0.05)高于其他處理，其他處理間無顯著差異；吐絲期各秸稈還田處理的纖維素酶活性均顯著(P<0.05)高于CK，4個秸稈還田處理中，以DR處理最高，顯著(P<0.05)高于其他處理，DR+D和RR+D次之，RR最低，顯著(P<0.05)低于其他3個處理。

表5不同處理的土壤蔗糖酶活性

Table5Soil sucrose activity under different treatments mg·g-1·24 h-1

處理Treatment大喇叭口期Bigtrumpetstage0～10cm10～20cm20～30cm吐絲期Silkingstage0～10cm10～20cm20～30cmDR+D0.86a1.98a0.85a2.03a0.93a2.91aRR+D0.53a1.36ab0.23a1.87b0.91a0.32cDR1.13a0.72bc0.71a2.17a0.78b1.70bRR0.95a0.62c0.57a1.56b0.74b1.70bCK0.90a0.28c0.34a0.58c0.57c0.80c

表6不同處理的土壤纖維素酶活性

Table6Soil cellulase activity under different treatments mg·g-1·72 h-1

處理Treatment大喇叭口期Bigtrumpetstage0～10cm10～20cm20～30cm吐絲期Silkingstage0～10cm10～20cm20～30cmDR+D363.88a282.36b124.75b150.43b191.34a215.87bRR+D353.06a358.78a88.04c302.53a172.70a285.20bDR57.52d60.15d142.76a106.42c170.86a441.55aRR158.47b93.81c92.29c166.45b114.77b193.49cCK70.86c35.96e85.38c94.81c89.61c92.81d

2.3.5 土壤堿性磷酸酶

從表7可知，0～10 cm土層中：大喇叭口期和吐絲期堿性磷酸酶活性以RR最高，DR和RR+D次之，均顯著(P<0.05)高于CK，DR+D和CK無顯著差異。10～20 cm土層中：大喇叭口期DR、RR和DR+D的堿性磷酸酶活性顯著(P<0.05)高于CK；吐絲期各秸稈還田處理的堿性磷酸酶活性均顯著(P<0.05)高于CK，且以DR+D最高。20～30 cm土層中：大喇叭口期堿性磷酸酶活性以DR+D最高，其次為DR和RR，且均顯著(P<0.05)高于其他處理，RR+D和CK之間無顯著差異；吐絲期各秸稈還田處理的堿性磷酸酶活性均顯著(P<0.05)高于CK，且施用腐熟劑的處理(DR+D和RR+D)顯著(P<0.05)高于不施用腐熟劑的處理(DR和RR)。

表7不同處理的土壤堿性磷酸酶活性

Table7Soil alkaline phosphatase activity under different treatments mg·g-1·24 h-1

處理Treatment大喇叭口期Bigtrumpetstage0～10cm10～20cm20～30cm吐絲期Silkingstage0～10cm10～20cm20～30cmDR+D4.03cd10.60a43.23a9.93c26.34a10.63aRR+D6.21c2.93b3.87c12.85b6.38b9.10aDR25.38b17.71a13.39b25.48b10.17b4.78bRR29.04a12.45a12.10b63.47a5.66b2.14bCK1.27d3.67b1.66c5.94c0.73c0.97c

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈旋耕還田施用腐熟劑能顯著提高表層土壤堿解氮含量，無論是否施用腐熟劑，秸稈旋耕還田均能顯著提高玉米產(chǎn)量，且能不同程度地提高0～30 cm土層土壤酶活性?？紤]到對土壤的培肥效應(yīng)，秸稈旋耕還田施用腐熟劑是適宜在當(dāng)?shù)赝茝V的秸稈還田模式。

在本研究中，秸稈深翻還田、秸稈旋耕還田、秸稈深翻還田施用腐熟劑、秸稈旋耕還田施用腐熟劑均能不同程度地提高土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、纖維素酶和堿性磷酸酶活性，這與前人[5，7，20]研究結(jié)果相同。李春霞等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈不還田深翻、秸稈還田深翻、秸稈還田旋耕處理下過氧化氫酶活性并無顯著差異，與本研究中結(jié)果不同。這可能與土壤類型、肥料種類、施肥量，以及土壤中的C含量等有關(guān)。

秸稈旋耕還田施用腐熟劑能提高連作玉米田表層土壤堿解氮含量，這與李國陽等[13]、農(nóng)傳江等[14]和李純燕等[15]的研究結(jié)果一致，但在楊振興等[8]的研究中，施用腐熟劑還田對土壤養(yǎng)分提高不顯著。李春杰等[4]的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田對土壤堿解氮含量無明顯影響，但能提升土壤速效鉀含量；然而，本研究中不同秸稈還田模式對土壤速效鉀、速效磷含量均無明顯作用。董玉良等[9]研究結(jié)果也表明，秸稈還田只能減緩?fù)寥廊芤衡浀慕档?，若要提高玉米產(chǎn)量，仍需增施化學(xué)鉀肥才能維持土壤溶液鉀的平衡。

本研究中秸稈旋耕還田和秸稈旋耕還田施用腐熟劑均能提高玉米產(chǎn)量，這與胡誠等[10]、農(nóng)傳江等[14]、冷麟良[16]的研究結(jié)果一致。秸稈還田后良好的水熱環(huán)境使作物在抽穗開花期生長迅速[21-22]，秸稈還田在減緩表層土壤水分蒸發(fā)的同時，能夠減緩表層土壤溫度的劇烈變化[23]。此外，秸稈腐熟劑能夠提高土壤中微生物數(shù)量，促進(jìn)秸稈較快腐解，提高土壤酶活性，從而提高秸稈氮素轉(zhuǎn)化效率和有效性[2]，提高肥料利用效率[12]，最終提高玉米產(chǎn)量。

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