作物秸稈配施腐熟劑還田對小麥產(chǎn)量及其物質(zhì)生產(chǎn)的影響

李文紅， 曹 丹， 張朝顯， 強(qiáng)承魁

(1.徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院/徐州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室，江蘇徐州 221006；2.江蘇省沛縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇沛縣 221600)

小麥?zhǔn)墙K省淮北地區(qū)種植面積最大的作物，常年播種面積在100萬hm2左右，其產(chǎn)量高低對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重大影響。小麥前茬作物主要有水稻、玉米、大豆和花生等。近年來，隨著人們資源利用意識的增強(qiáng)，作物秸稈還田面積呈逐年增長趨勢。有關(guān)小麥前茬秸稈還田的研究報道并不少見，但大多側(cè)重于秸稈還田改良土壤[1-4]和作物對土壤養(yǎng)分吸收[5-7]的影響等方面，也有研究認(rèn)為，秸稈對小麥產(chǎn)量的效應(yīng)有增有減，且減產(chǎn)的主要原因在于秸稈與小麥爭奪氮肥，只要通過增施氮量或增加腐熟劑等技術(shù)使氮素得到補充，這一影響不僅可以消除，還能促進(jìn)小麥吸收更多的氮素從而實現(xiàn)增產(chǎn)[4，6]。本研究立足于江蘇徐淮地區(qū)小麥大面積種植模式，以2個主推小麥品種為材料，探討不同前茬作物秸稈配施腐熟劑還田對小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量和干物質(zhì)積累的影響，以期為合理利用生物資源和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗品種

選用徐淮地區(qū)大面積種植的2個不同品質(zhì)和生育類型的小麥品種徐麥33[8]和鄭麥7698[9]作為試驗材料。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2015—2016年在徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院試驗田進(jìn)行，土壤質(zhì)地是沙壤土，0～20 cm耕層有機(jī)質(zhì)含量為14.8 g/kg，堿解氮含量為78.8 mg/kg，速效磷含量為 22.5 mg/kg，速效鉀含量為89.2 mg/kg。2016年9月下旬在夏大豆收獲后，去掉根茬清理田面，以保證各處理秸稈使用量的準(zhǔn)確性，耙地前撒施尿素375 kg/hm2、磷酸二銨 240 kg/hm2。施后用手扶拖拉機(jī)耙地整平，然后劃分小區(qū)。

試驗設(shè)置：分2個小麥品種3種類型秸稈加腐熟劑還田方式。每個品種設(shè)置玉米秸稈(Y)、水稻秸稈(S)、花生秸稈(H)分別按新鮮秸稈6 000 kg/hm2+微力特秸稈腐熟劑(江蘇天象生物科技有限公司生產(chǎn))75 kg/hm23種還田處理，以常規(guī)生產(chǎn)為對照(CK)。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積18 m2(長4.5 m，寬4 m)。玉米、花生、水稻秸稈先用秸稈粉碎機(jī)鍘成 5 cm 長后，按25 cm開溝翻壓掩埋于20 cm土層下，同時施入秸稈腐熟劑，然后在2行埋秸稈行間開溝播種小麥。10月11日播種，播種量210 kg/hm2，按行稱種播種，行距 25 cm。試驗地四周留1 m 3行保護(hù)行。播后第4天下雨，雨量23.8 mm，利于出苗，其余時間沒有灌溉。小麥生長期間正常追施拔節(jié)肥250 kg/hm2尿素+磷酸二銨150 kg/hm2，抽穗開花后噴施吡蟲啉和辛硫磷防治蚜蟲1次。按小麥成熟日期收獲測產(chǎn)。

1.3 測定項目

1.3.2 莖蘗數(shù)測定 出苗后開始定點調(diào)查，1葉1心期調(diào)查基本苗，4葉期、分蘗期、春季返青期、拔節(jié)期、抽穗期調(diào)查總莖蘗數(shù)。并按下式計算莖蘗成穗率：

莖蘗成穗率=(莖蘗成穗數(shù)/最高莖蘗數(shù))×100%。

1.3.3 葉面積指數(shù)(LAI)測定 在越冬始期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期，分別選取生長均勻、具有代表性的10個單株，剪下10株上全部綠葉，選取其中有代表性綠葉30張作為小樣，分別測定其長度和寬度，然后烘干，再把余下的葉片作為大樣，烘干[10]。按下式計算單株葉面積：

1.3.4 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定 收獲前每小區(qū)計數(shù) 1 m2穗數(shù)，在1 m2范圍內(nèi)取10穗，測定每穗粒數(shù)。每小區(qū)實收計產(chǎn)，小麥曬干至籽粒含水量為13%時稱質(zhì)量計產(chǎn)，并測定千粒種子質(zhì)量，重復(fù)3次。

1.3.5 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析 相關(guān)計算公式：

產(chǎn)量貢獻(xiàn)率=(成熟期干質(zhì)量-抽穗期干質(zhì)量)/生物學(xué)產(chǎn)量(籽粒產(chǎn)量)×100%；

葉面積衰減率=(LAI2-LAI1)/(t2-t1)。

式中：LAI1和LAI2為前后2次測定的葉面積指數(shù)，t1、t2為前后2次的測定時間[11]。

運用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計算與作圖，采用DAS 1.0版軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

比如《第一朵杏花》中有一段竺可楨爺爺與孩子的對話，是沒有提示語的，我讓學(xué)生加上提示語，體會沒有提示語的對話表達(dá)了雙方語言的急促，進(jìn)而感悟竺爺爺聽說第一朵杏花開放后興奮的心情，表現(xiàn)了他醉心于科學(xué)研究的精神?！洞L》一課中也有一段哈爾威與洛克機(jī)械師的對話沒有提示語，表現(xiàn)了兩人沉著冷靜、熟悉業(yè)務(wù)、關(guān)心弱小的美德。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類秸稈還田的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成

由表1可知，不同作物秸稈還田對不同類型小麥品種產(chǎn)量的影響效應(yīng)是一致的，表現(xiàn)為3種處理均能顯著提高小麥產(chǎn)量。對于鄭麥7698，玉米秸稈處理的產(chǎn)量顯著高于對照 40.05%，比水稻、花生秸稈處理的分別顯著提高7.45%、13.23%；水稻和花生秸稈處理間小麥產(chǎn)量差異不顯著，但兩者分別顯著高于對照30.34%、23.69%。對于徐麥33，玉米秸稈處理的產(chǎn)量顯著高于對照26.27%，比水稻、花生秸稈處理的分別顯著提高15.82%、8.89%；水稻和花生秸稈處理間小麥產(chǎn)量差異不顯著，但兩者分別顯著高于對照9.02%、15.97%。在相同的作物秸稈還田方式下，鄭麥7698的產(chǎn)量高于徐麥33，但整體差異不顯著。

鄭麥7698產(chǎn)量構(gòu)成因素表現(xiàn)如下：3種秸稈處理的穗數(shù)與對照無顯著差異；玉米、水稻、花生秸稈處理間的每穗粒數(shù)無顯著差異，但分別顯著高于對照40.84%、40.10%、38.17%；玉米秸稈處理的千粒質(zhì)量分別顯著高于花生秸稈處理和對照2.74%、3.69%；水稻秸稈處理的千粒質(zhì)量比對照高2.43%。結(jié)果表明，秸稈還田后鄭麥7698高產(chǎn)，主要是每穗粒數(shù)和粒質(zhì)量的增加所致。

徐麥33產(chǎn)量構(gòu)成因素表現(xiàn)如下：3種處理間穗數(shù)差異顯著，且均顯著高于對照；玉米秸稈處理的穗數(shù)分別顯著高于水稻、花生秸稈處理和對照15.93%、8.05%、32.07%；花生秸稈處理的穗數(shù)顯著高于水稻秸稈和對照7.29%、22.23%；玉米、水稻、花生3種秸稈處理間每穗粒數(shù)差異不顯著，但分別顯著高于對照8.50%、8.28%、4.94%；花生秸稈處理的千粒質(zhì)量分別顯著高于玉米、水稻秸稈處理和對照3.07%、3.74%、4.82%，玉米和水稻秸稈處理與對照的千粒質(zhì)量差異不顯著。由此分析，花生秸稈處理后徐麥33產(chǎn)量的增加，主要依靠穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的顯著提高來實現(xiàn)；玉米和水稻秸稈還田后徐麥33產(chǎn)量的增加，主要通過穗數(shù)、每穗粒數(shù)的顯著提高來實現(xiàn)。

對小麥品種間產(chǎn)量構(gòu)成因素的比較發(fā)現(xiàn)，鄭麥7698的穗數(shù)顯著高于徐麥33，平均高出22.08%，而每穗粒數(shù)較徐麥33低9.45%，粒質(zhì)量較徐麥33低39.36%。

表1 秸稈還田對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2 不同種類秸稈還田的小麥莖蘗動態(tài)和成穗率

由圖1可以看出，秸稈還田處理的群體莖蘗動態(tài)均呈單峰形曲線，但峰值及出現(xiàn)時期與對照存在較大差異。玉米和水稻2個秸稈處理的莖蘗動態(tài)在2個小麥品種上的表現(xiàn)是一致的，越冬前的群體莖蘗數(shù)一直低于對照，至拔節(jié)期出現(xiàn)高峰苗，顯著高于對照，并保持至抽穗期，且在徐麥33成熟期形成顯著差異，鄭麥7698差異不顯著?；ㄉ斩捥幚碓?個小麥品種上的表現(xiàn)有一定差異，對于鄭麥7698，該處理的群體莖蘗數(shù)在整個生育階段都低于對照，高峰苗出現(xiàn)越冬始期，但與對照無顯著差異；對于徐麥33，花生秸稈處理的總苗數(shù)與對照相比總體呈現(xiàn)出先低后高的趨勢，苗期生長陡增，至越冬始期高峰苗數(shù)顯著高于對照9.21%，拔節(jié)期與對照持平，抽穗至成熟期一直顯著高于對照。說明花生秸稈處理對2個品種小麥生長的影響是不同的，這可能與花生秸稈的養(yǎng)分含量與釋放以及不同小麥品種的分蘗和吸肥特性有關(guān)。

2個品種小麥齊苗期3個處理的苗數(shù)均低于對照，以花生秸稈還田的影響最為顯著，鄭麥7698和徐麥33分別平均減少15.04%和19.27%；其次是玉米秸稈處理，分別減少12.66%和15.10%；水稻秸稈處理分別減少11.87%和2.34%。說明秸稈還田會對小麥全苗產(chǎn)生一定影響。

通過對表1和圖1相關(guān)數(shù)據(jù)的分析可知，鄭麥7698的莖蘗成穗率(穗數(shù)/最高莖蘗數(shù)×100%)顯著高于徐麥33，不同秸稈處理間差異較大。對于鄭麥7698，花生、玉米、水稻秸稈處理的小麥成穗率分別為60.37%、56.94%、56.55%，花生秸稈處理(56.30%)顯著高于對照7.23%，其余處理與對照無顯著差異。對于徐麥33，玉米、水稻、花生秸稈處理的小麥成穗率分別為53.12%、45.37%、43.98%，分別顯著高于對照(39.29%)35.20%、15.47%、11.94%，玉米秸稈處理分別顯著高于水稻、花生秸稈處理17.08%、20.78%。

2.3 不同種類秸稈還田的小麥葉面積指數(shù)變化動態(tài)

由表2可知，2個類型品種小麥3種秸稈處理的LAI增減趨勢基本一致，與對照相比均表現(xiàn)為先減后增，峰值均出現(xiàn)在抽穗期，在6.54～8.25之間，至成熟期降至6.05～7.29。不同生育階段各處理的小麥LAI表現(xiàn)存在差異，在越冬始期，花生秸稈處理的徐麥33的LAI顯著高于對照，玉米秸稈處理的2個小麥品種的LAI均低于對照，水稻秸稈處理的鄭麥7698的LAI低于對照；在拔節(jié)期，玉米秸稈處理的徐麥33的LAI顯著高于對照；抽穗期至成熟期各處理的小麥LAI均顯著高于對照。

2.4 不同種類秸稈還田的小麥干物質(zhì)生產(chǎn)與積累特點

2.4.1 小麥主要生育時期干物質(zhì)積累 由表3可知，對鄭麥7698而言，3種處理在越冬始期、抽穗期和成熟期的干物質(zhì)積累量均存在顯著差異。越冬始期花生秸稈處理的干物質(zhì)積累量顯著高于對照14.42%，玉米秸稈處理的顯著低于對照10.15%；抽穗期玉米、水稻秸稈處理分別顯著高于對照13.64%、7.29%；成熟期玉米、水稻、花生秸稈處理分別顯著高于對照25.46%、14.72%、7.03%。對于徐麥33，越冬始期花生、水稻秸稈處理的干物質(zhì)積累量分別顯著高于對照15.18%、7.45%，玉米秸稈處理的顯著低于對照25.19%；抽穗期花生、玉米、水稻秸稈處理分別顯著高于對照46.31%、34.65%、30.60%，成熟分別顯著高于對照52.81%、54.40%、35.97%。

表2 不同種類秸稈還田小麥主要生育時期LAI

表3 不同種類秸稈還田小麥主要生育時期干物質(zhì)積累量

鄭麥7698的干物質(zhì)積累量高于徐麥33，越冬始期、抽穗期和成熟期分別提高3.89%、12.86%、18.26%，表現(xiàn)出較高的光合物質(zhì)生產(chǎn)和積累優(yōu)勢。

2.4.2 小麥抽穗至成熟期光合物質(zhì)生產(chǎn)特征 對不同處理小麥抽穗至成熟期光合物質(zhì)生產(chǎn)特征(表4)分析表明，不同小麥品種抽穗至成熟期干物質(zhì)凈積累量表現(xiàn)一致，玉米、花生、水稻秸稈3個處理均顯著高于對照，鄭麥7698分別高于對照106.06%、57.38%、65.40%，徐麥33分別高于對照260.71%、120.72%、92.04%。玉米秸稈處理顯著高于其他2個處理，花生和水稻秸稈處理間差異不顯著，表明玉米秸稈還田處理小麥后期物質(zhì)生產(chǎn)能力較強(qiáng)。

表4 不同種類秸稈還田小麥抽穗至成熟期光合物質(zhì)生產(chǎn)特征

抽穗至成熟期干物質(zhì)凈積累量對小麥生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率同樣是玉米秸稈處理最高，花生和水稻秸稈處理差異不顯著，且均顯著高于對照。

抽穗后玉米秸稈還田小麥葉面積衰減較慢，其次是花生和水稻秸稈處理，對照衰減最快，則進(jìn)一步說明前茬作物秸稈還田有利于提高小麥抽穗至成熟期的物質(zhì)生產(chǎn)能力，有利于干物質(zhì)的高積累。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同秸稈還田下小麥的產(chǎn)量構(gòu)成與物質(zhì)生產(chǎn)特征

本研究表明，不同作物秸稈配施腐熟劑還田均能顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量，但其相互間存在較大差異。玉米秸稈還田的小麥產(chǎn)量最高，可達(dá)到9 121.25 kg/hm2以上，其次為花生秸稈和水稻秸稈還田。秸稈還田下鄭麥7698的增產(chǎn)作用主要通過增粒、增質(zhì)量(千粒質(zhì)量)來實現(xiàn)，而徐麥33的產(chǎn)量優(yōu)勢主要表現(xiàn)出穗多、粒多的特點，由此可見，增加每穗粒數(shù)是秸稈還田獲得小麥增產(chǎn)的關(guān)鍵。雖然秸稈還田的小麥越冬前群體數(shù)量、LAI及干物質(zhì)積累量低于常規(guī)栽培，但抽穗至成熟期的物質(zhì)生產(chǎn)能力(葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量和對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)等)均有顯著提高，從而實現(xiàn)了高產(chǎn)。

3.2 不同秸稈還田下小麥的發(fā)苗特征

秸稈還田會影響到小麥的全苗狀況，保苗率偏低。3種作物秸稈還田對小麥生長均有前期抑制、后期促進(jìn)的作用，花生秸稈“發(fā)早苗”，水稻秸稈“發(fā)中苗”，玉米秸稈“發(fā)晚苗”。這種表現(xiàn)與不同秸稈的腐熟時期和腐熟速度有一定關(guān)系(3種類型作物秸稈以花生秸稈腐熟最快，其次是水稻秸稈，玉米秸稈腐熟最慢)。這種苗期生長特征可能與播種過淺或秸稈物理阻礙等有關(guān)[12]，與玉米秸稈還田的前50～80 d不釋放礦化氮[13]有一定聯(lián)系；中后期麥苗生長迅速的原因是，配施腐熟劑促進(jìn)了秸稈中有機(jī)物質(zhì)的分解，加速秸稈中有機(jī)碳、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的釋放[14]。因此，在秸稈還田的小麥生產(chǎn)中，要盡可能選擇分蘗力強(qiáng)、分蘗成穗率高的品種，前期應(yīng)注重播前整地，秸稈掩埋徹底并配合鎮(zhèn)壓[15-16]。

3.3 秸稈還田小麥高產(chǎn)的生態(tài)基礎(chǔ)

秸稈還田配施腐熟劑，在小麥生長前期增加了土壤微生物的數(shù)量。微生物在分解秸稈的過程中，需要同化土壤氮素和吸收速效氮素，使得土壤氮素供應(yīng)量有所下降，從而影響小麥的前期生長，使群體數(shù)量和生物產(chǎn)量有所減少，而高峰苗的降低和分蘗成穗率的提高，對小麥生育后期的生長有較好的促進(jìn)作用。伴隨著小麥的生長，還田秸稈逐漸腐爛，明顯提高了土壤的供氮能力，尤其提高了土壤的供鉀水平和作物的吸鉀能力。還可提高土壤有機(jī)碳的積累，改善土壤結(jié)構(gòu)[17]，小麥根系活力增強(qiáng)，更多地從土壤中吸收養(yǎng)分輸送至葉片，提高了小麥后期光合葉面積指數(shù)，并最終優(yōu)化群體質(zhì)量，促進(jìn)光合物質(zhì)快速轉(zhuǎn)移至穗部，源庫關(guān)系協(xié)調(diào)而增加產(chǎn)量。