不同還田量及還田方式下稻秸淋洗對小麥苗期生長發(fā)育的影響

趙亞慧 王寧 于建光 豆利嶺 劉滿強 焦加國

摘要：連年稻秸還田易對小麥產(chǎn)生化感作用，為探索能減緩化感負效應并適宜小麥生長的秸稈還田方式和秸稈還田量，試驗以寧麥13為材料，研究不同秸稈還田量（4.5、9、18 t/hm2）、不同還田方式（混施和表施處理）及覆蓋稻秸后模擬降水（秸稈淋洗）對小麥苗期生長發(fā)育的影響。結果表明：與對照相比，秸稈還田降低了小麥出苗率，但差異不顯著（P>0.05）。表施秸稈淋洗處理，小麥分蘗受到顯著抑制（P<0.05）;隨著秸稈施用量的增加，小麥生長明顯受到抑制，且混施處理比表施處理對小麥的生長抑制作用更強;較表施處理，中高量混施處理顯著提高了小麥植株POD活性（P<0.05）;淋洗顯著降低了小麥脯氨酸含量（P<0.05）。綜上，表施適宜的秸稈量對小麥生長的影響較小。

關鍵詞：秸稈還田;稻秸;淋洗;小麥;苗期;生長發(fā)育

中圖分類號：S512.101：X712 ?文獻標識號：A ?文章編號：1001-4942（2020）01-0053-06

Abstract The allelopathy effect of rice straw returning year after year on wheat occurred easily. To explore suitable manner and amount of straw returning which could mitigate its negative effects and be benefit for wheat growth， Ningmai 13 was used for the experiment， and three straw returning amounts （4.5， 9 and 18 t/hm2）and two manners （mixed application and surface application） coupled with leaching （simulating rainfall） on growth of wheat at seedling stage. The results showed that wheat seedling emergence rate reduced under straw returning compared to CK， but the difference was not significant （P>0.05）. Surface application coupled with leaching significantly inhibited the tillering of wheat. As the straw application amount increasing， wheat growth was obviously inhibited， and the inhibition of mixed application was stronger than that of surface application. The POD activity significantly increased by mixed application compared with surface application. The proline content of wheat was significantly reduced by leaching（P<0.05）. In conclusion， appropriate amount of surface application of straw could effectively alleviate the negative effects of straw returning on wheat growth.

Keywords Straw returning; Rice straw; Leaching; Wheat; Seedling stage; Growth and development

隨著我國農(nóng)業(yè)種植水平的提高，糧食產(chǎn)量得到大幅度的提升，農(nóng)作物秸稈數(shù)量日漸增多。目前秸稈最主要的利用方式為還田，秸稈還田后具有改善土壤理化性狀、增加土壤微生物活性、提高土壤肥力、影響作物產(chǎn)量等優(yōu)點[1，2]，秸稈還田還被列為促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和建設生態(tài)環(huán)保型農(nóng)業(yè)的重要措施。但秸稈還田也有可能產(chǎn)生負效應，如降低地溫[3]、腐解產(chǎn)生毒害物質(zhì)影響種子發(fā)芽[4]等，因此適宜的秸稈還田運籌方式就顯得尤為重要。

目前，眾多研究多集中在秸稈還田量和不同的還田方式上。張靜等[5]研究表明，玉米秸稈還田量9 000 kg/hm2時，能有效提高土壤肥力，可使接茬冬小麥顯著增產(chǎn)7.47%。少量秸稈混埋和秸稈覆蓋能有效提高小麥出苗率，秸稈覆蓋小麥顯著增產(chǎn)17.2%[6]。長江中下游作為典型的稻麥輪作區(qū)，小麥生長與眾多因素相關。其中秸稈還田方式、還田量和降雨三因素與植株生長狀況密不可分。本試驗設置不同秸稈還田方式（混施和表施處理）、不同施用量（4.5、9、18 t/hm2）和淋洗（模擬降雨）3個因素，研究其對小麥生長及生理特性的影響，進而準確評估不同秸稈還田量和還田方式下稻秸淋洗對小麥生長發(fā)育的影響，從而為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中篩選和采用合適有效的秸稈還田技術提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2015年10—12月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院資源與環(huán)境研究所人工氣候室開展。選取成熟干燥未腐爛水稻秸稈，粉碎至2～5 cm備用。供試土壤采自江蘇省農(nóng)業(yè)科學院試驗基地，基礎理化性狀為pH值6.2、全氮0.79 g/kg、有效磷3.5 mg/kg、速效鉀107.67 mg/kg。供試小麥品種為寧麥13。

1.2 試驗處理

秸稈還田方式分表施和混施兩種，設置秸稈不淋洗（表面加水保持含水量）和淋洗（覆蓋稻秸后模擬降水）兩種水分管理方式，秸稈還田量設置0、4.5、9、18 t/hm2四個梯度，共13個處理，重復3次，具體處理見表1。試驗容器為塑料盆缽（直徑17 cm×高17 cm），每盆缽裝風干土2.2 kg。各處理中氮磷鉀用量：尿素（N 42%） 623.8 kg/hm2，過磷酸鈣（P2O5 12%） 1 386.2 kg/hm2，氯化鉀（K2O 50%） 464.1 kg/hm2。將化肥和混施處理的水稻秸稈與土壤充分混勻裝盆，在小麥種植前保證土壤表面平整。

所有盆缽加水至田間最大持水量的75%后種植小麥，每盆播種36粒。培養(yǎng)溫度為白天20℃恒溫，光照12 h，光照強度為10 000 lx，夜間15℃恒溫無光照。試驗培養(yǎng)時間為60 d。模擬降雨處理（IR、MR）于培養(yǎng)第1、4、7、10、13 d，即每3 d進行一次模擬降雨，用水量每次8 mm，總降雨量為40 mm。未淋洗處理（CK、I和M）則每3 d稱重加水保持含水量，其中對照（CK）和混施未淋洗處理（I）通過稱重加水保持含水量，而表施未淋洗處理（M）通過塑料管加入土壤表層下1 cm以避免秸稈被淋洗。

培養(yǎng)結束后，所有盆缽破壞性采樣，將小麥幼苗從土壤根部剪開，快速統(tǒng)計小麥苗數(shù)，計算出苗率，測定小麥生長指標;部分小麥新鮮植株冷藏用于測定植株部分生理指標。

1.3 測定指標及方法

小麥葉片葉綠素含量用SPAD 502葉綠素儀測定;用直尺測量株高，稱鮮重，烘干后測干重。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法測定;脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定[7];過氧化物酶采用愈創(chuàng)木酚法測定;超氧化物歧化酶采用氮藍四唑法測定[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2007、Origin 8.0和SPSS 19.0軟件進行，多重比較采用Duncan s法，因素分析采用GLM模型。

2 結果與分析

2.1 不同還田量及還田方式下稻秸淋洗對小麥種子出苗率與平均分蘗數(shù)的影響

出苗率高低是影響作物產(chǎn)量的主要原因之一。由圖1A看出，與對照相比，不同秸稈還田處理小麥出苗率略有降低，但差異均不顯著。其中表施未淋洗處理的出苗率略高于混施未淋洗處理，但處理間均無顯著差異（P>0.05）。

由圖1B可知，隨著秸稈施用量的增加，混施未淋洗各處理及表施淋洗各處理的小麥平均分蘗數(shù)有下降的趨勢。與對照相比，除I4.5處理可有效提高分蘗數(shù)外，其它各處理均表現(xiàn)出下降趨勢，說明秸稈還田和淋洗對小麥苗期分蘗有抑制作用。特別是表施秸稈淋洗處理（MR），秸稈施用量為9、18 t/hm2時，小麥分蘗受到顯著抑制（P<0.05）?；焓┨幚砥骄痔Y數(shù)依次為：I4.5>I9>I9R>I18、I4.5R、I18R，表施處理平均分蘗數(shù)依次為M9>M18>M4.5>M4.5R>M9R>M18R。此外，還田方式×還田量×淋洗對平均分蘗數(shù)有顯著的交互作用（P<0.05，表2）。

2.2 不同還田量及還田方式下稻秸淋洗對小麥幼苗生長的影響

葉綠素在作物光合過程中起重要作用，其含量的多少能體現(xiàn)出植株的生長健康程度。由圖2A看出，與CK相比，各處理葉綠素含量均顯著降低（P<0.05）。隨著秸稈還田量的增加，相同還田方式下各處理葉綠素含量呈下降趨勢，且混施處理低于表施處理，其中以I18和I18R最低;灌溉方式對葉綠素含量影響不大。

隨著秸稈還田量的增加，相同還田方式下，除秸稈表施且未淋洗處理外，小麥株高呈下降趨勢（圖2B）。秸稈混施，僅I18R處理株高顯著低于對照，其它處理與CK差異均不顯著;秸稈表施，除M9R和M18R處理外，其它處理均增加了小麥株高，其中M18增幅最大，達9.2%（P<0.05）。相同還田量和淋洗條件下還田方式對株高的影響不大。

植株鮮重指標顯示，隨著秸稈還田量的增加，除表施未淋洗處理鮮重增加外，其它各處理植株鮮重呈依次遞減趨勢（圖2C），其中以M18處理植株鮮重最大，顯著高于其它處理（P<0.05）。 總體來看，淋洗條件下混施處理比表施處理對小麥的脅迫作用更大。

小麥植株總干重的變化趨勢基本同鮮重的變化（圖2D），隨著秸稈還田量的增加，混施各處理植株干重呈下降趨勢，其中混施未淋洗處理植株干重高于混施淋洗處理，但差異不顯著;表施未淋洗處理植株干重高于表施淋洗處理，其中M18R顯著低于對照（P<0.05）?？傮w看混施各處理的植株干重均低于表施處理，灌溉方式對秸稈混施處理影響較小而對表施處理影響較大。

還田方式×淋洗對葉綠素含量、株高、植株鮮重和干重均有顯著的交互作用，還田方式×還田量對葉綠素含量、單株干重有極顯著（P<0.001）的交互作用（表2）。

2.3 不同還田量及還田方式下稻秸淋洗對小麥植株幼苗生理特性的影響

植物在受到脅迫時，細胞中的自由基代謝平衡被打破，產(chǎn)生過量的自由基，是引起植株生長受到限制的原因之一。由圖3A 看出，隨著秸稈用量的增加，小麥幼苗POD活性呈現(xiàn)上升趨勢，以I18處理最高，其次為I18R和I9處理?？傮w上，混施處理的POD含量高于表施處理。SOD可清除自由基保護植物器官延緩衰老。除I4.5R處理顯著降低外，其它各處理間SOD活性差異均不顯著，各處理依次表現(xiàn)為M9>I18R>I9R>M9R>M18R>M4.5>I18>M4.5R> M18>I9>I4.5>I4.5R（圖3B）。丙二醛含量的多少可以體現(xiàn)細胞膜受破壞的程度。整體來看，除I9R 、M18處理外，其它處理隨著秸稈還田量的增加，MDA含量呈升高趨勢（圖3C）。與CK相比，I18R、M9、M18R處理的MDA含量增加2.9%、12.0%和155%。脯氨酸在植物體內(nèi)以游離狀態(tài)存在，在植物受到脅迫時，脯氨酸含量會上升。由圖3D可知，隨秸稈用量的增加，未淋洗條件下I、M各處理脯氨酸含量基本呈明顯升高趨勢，而淋洗條件下表施和混施各處理脯氨酸含量呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，但各處理差異未達顯著水平。此外，還田方式×還田量對POD和SOD活性有顯著的交互作用（P<0.05），還田量×淋洗對脯氨酸含量有極顯著（P<0.01）交互作用（表2）。

3 討論與結論

稻麥輪作系統(tǒng)中秸稈還田可提高土壤有機質(zhì)含量并改善土壤結構，但同時不能忽視其負效應。本試驗結果表明，秸稈還田導致下茬作物出苗率降低，但差異不顯著，這與前人的研究結果一致[9，10]，特別是秸稈混施，分布不均勻?qū)е蔓溍缟y、種子出苗率低，且在試驗中隨著秸稈還田量的增加出苗率受抑制的程度也隨之加重。秸稈表施會對土壤起到保溫保濕作用，在種植初期相對會促進出苗，但本試驗結果顯示秸稈表施并未有效提高小麥出苗率。此外，相比秸稈表施處理，高量秸稈混施處理明顯提高POD活性，說明秸稈混施能有效提高小麥抗逆境能力。

不同秸稈還田處理小麥苗期植株分蘗減少、葉綠素含量降低。這可能主要由于秸稈還田為土壤微生物提供了可利用的碳源，極大地促進了微生物活性[11]，進而會和小麥競爭氮素等養(yǎng)分的吸收而抑制小麥的生長。此外，秸稈還田方式直接影響秸稈的腐解速率，從而影響植株的生長。劉世平等[15]研究表明麥季覆蓋稻秸時，秸稈埋深為14 cm時的腐解速率要高于覆蓋在表層上的，這其中的關鍵是秸稈能與土壤充分接觸，土壤中微生物活性增加，從而降解秸稈。本次試驗中的混施處理類似于翻壓和深埋，能充分體現(xiàn)出土壤微生物與秸稈交互作用對小麥的影響，且結果顯示混施處理小麥生長受到的抑制明顯比表施處理強。張振江[12]在研究秸稈還田時，發(fā)現(xiàn)當秸稈還田量過多時會使土壤中的碳氮比例失調(diào)，進而影響氮素的有效性。本試驗結果中混施處理秸稈量增加，降低趨勢更明顯，進一步說明微生物與植物的養(yǎng)分競爭是限制前期植物生長的重要原因之一。有研究表明隨著秸稈等植物廢棄物施入土壤，微生物高活性只會持續(xù)很短的時間（幾周），之后趨于平穩(wěn)[11，13]。微生物能有效促進礦物質(zhì)等養(yǎng)分的可利用性，因此秸稈還田對小麥的生長可能表現(xiàn)為前期抑制后期促進[14]。研究證明小麥秸稈還田后會減少苗期水稻分蘗，本試驗中秸稈還田特別是表施淋洗處理明顯抑制了小麥分蘗。這可能與秸稈腐解中產(chǎn)生的酚酸等次生化感物質(zhì)有關，同樣也是秸稈還田抑制小麥生長的重要因素，但有關抑制作用機理需進一步研究[16，17]。

水分能提高養(yǎng)分和微生物的移動性，進而支持生命活動，淋洗是許多土壤地球化學進程的關鍵因素[18]。本試驗結果顯示，無論秸稈是否經(jīng)淋洗，小麥葉綠素、株高、生物量均無顯著差異，但Pro含量明顯降低。

在本試驗條件下，秸稈表施處理小麥出苗狀況優(yōu)于秸稈混施，且隨著秸稈還田量的增加，小麥分蘗數(shù)多呈下降趨勢，尤其是秸稈表施并經(jīng)淋洗，顯著降低了小麥分蘗數(shù)（P<0.05）。秸稈還田方式、施用量和淋洗互作對小麥生長影響顯著，在混施淋洗處理中受到的影響最大，在表施淋洗處理中能起到抑制小麥生長的作用。

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