秸稈還田對(duì)不同地力黑土培肥與莖腐病害發(fā)生的影響

李雙, 張偉, 王麗, 李孝軍, 崔俊濤*

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長春 130118； 2.長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長春 130033； 3.長春市朝陽區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，長春 130012； 4.長春市土壤肥料工作站，長春 130033)

有機(jī)碳和腐殖質(zhì)的含量變化與土壤保肥供肥效果密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[1]。近年來，東北黑土地重用輕養(yǎng)、施肥結(jié)構(gòu)不合理，加之土壤侵蝕和土地集約利用[2]，導(dǎo)致黑土區(qū)的土壤質(zhì)量有著不同程度的下降，在黑土肥力亟需改善的情況下，秸稈直接還田成為土壤有機(jī)培肥的重要手段[3]。盡管前人從還田方式、還田深度以及秸稈形態(tài)等方面對(duì)秸稈還田的培肥機(jī)理進(jìn)行了廣泛研究[4-5]，但秸稈還田對(duì)不同質(zhì)量土壤的有機(jī)培肥效果報(bào)道較少。

秸稈還田對(duì)土傳病害的影響亦存在爭議，趙永強(qiáng)等[6]研究表明,還田的秸稈能夠充當(dāng)培育土壤病蟲害“溫床”；張琴等[7]則研究表明，秸稈深耕還田可“變廢為寶”，調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)，有效減輕病害的發(fā)生。莖腐病是玉米常見的土傳病害之一，一般發(fā)病率為10%～20%，個(gè)別嚴(yán)重地區(qū)高達(dá)70%[8]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，主要有三類莖腐病害的防治措施：種子處理、化學(xué)施藥和土壤處理，其中栽培玉米莖腐病抗性品種[9]占目前防治方式的43%、施用10%咯菌腈懸浮種衣劑等藥劑占目前莖腐病害防治方式的41%[10]。過度依賴化學(xué)防治，可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)藥殘留、產(chǎn)生抗性及病害再度猖獗等問題。因此，綠色防控技術(shù)是值得探究的土壤處理技術(shù)，蔡祖聰?shù)萚11]提出的強(qiáng)還原土壤滅菌方法便是其一，即利用大量秸稈厭氧發(fā)酵腐解物來殺死病原菌，此類做法因成本較高，尚未得到廣泛推廣。為了探究秸稈還田的有機(jī)培肥對(duì)玉米莖腐病的影響，同時(shí)探究不同秸稈還田量對(duì)不同耕地地力黑土的培肥效應(yīng)，本研究通過田間試驗(yàn)，將玉米秸稈還田于高、中、低地力水平的耕層黑土土壤中，研究其對(duì)土壤的有機(jī)培肥效果及對(duì)玉米莖腐病害發(fā)生的影響，以期豐富土壤有機(jī)培肥理論，并為秸稈還田與病害防治實(shí)踐提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 不同耕地地力水平玉米莖腐病病圃的建立

為了消除氣候因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，2018年4月，在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)田建立一個(gè)玉米莖腐病病圃。試驗(yàn)田地處中溫帶，海拔230 m，2018年月均降水量231.19 mm，月均氣溫7 ℃，年蒸發(fā)量 1 000～2 000 mm。將原耕層土壤全部挖除，并進(jìn)行耕層土壤置換，設(shè)置高地力、中地力和低地力3個(gè)地力水平，鎮(zhèn)壓后耕層厚度為25 cm，每小區(qū)面積為32 m2，隨機(jī)排列，3次重復(fù)，總計(jì)27個(gè)小區(qū)。每小區(qū)按照100 mL·m-2土埋法接種禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)的菌懸液。由于耕地地力是耕地生產(chǎn)能力的綜合性指標(biāo)，尚無統(tǒng)一劃分標(biāo)準(zhǔn)。本研究主要依據(jù)吉林省耕地近5年玉米的平均單產(chǎn)水平進(jìn)行劃分，分別將產(chǎn)量為5 500～7 000 kg·hm-2、7 000～8 000 kg·hm-2和大于8 000 kg·hm-2的耕地土壤定義為低地力、中地力和高地力土壤，分別采自吉林省長春市(E125°24′、N43°48′)周邊地區(qū)不同耕地地力的玉米田耕層，土壤為黑土，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)黏土。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil

1.2 試驗(yàn)材料

供試菌種為禾谷鐮刀菌，分離于病情指數(shù)為2級(jí)左右的植株，剪取莖部發(fā)病組織處約0.5 cm×0.5 cm，依次用75%乙醇消毒30 s，5%次氯酸鈉消毒45 s，無菌水沖洗3次，在無菌濾紙上充分晾干后，轉(zhuǎn)至PDA培養(yǎng)基[12]，每皿5個(gè)，25 ℃培養(yǎng)6 d后觀察到禾谷鐮刀菌分生孢子，用單個(gè)孢子法在WA培養(yǎng)基[13]上獲得純化菌株，制成濃度為1.69×103cfu·mL-1菌懸液，備用。

玉米品種為‘吉農(nóng)大719’，為玉米莖腐病中抗品種，種植密度為4株·m-2。

供試秸稈有機(jī)碳含量為331.62 g·kg-1，全氮含量8.35 g·kg-1，C/N為39.72。剪碎至10 cm長段，直接還田。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)低地力(D)、中地力(Z)、高地力(G)3個(gè)耕地地力水平，秸稈還田量設(shè)無秸稈還田(W)、根茬還田量秸稈還田(G)、全量秸稈還田(Q)3個(gè)處理水平，總計(jì)低地力無秸稈還田(DW)、低地力根茬量秸稈還田(DG)、低地力全量秸稈還田(DQ)、中地力無秸稈還田(ZW)、中地力根茬量秸稈還田(ZG)、中地力全量秸稈還田(ZQ)、高地力無秸稈還田(GW)、高地力根茬量秸稈還田(GG)、高地力全量秸稈還田(GQ)9個(gè)處理，3次重復(fù)。各小區(qū)一次性施肥，施用尿素330.21 kg·hm-2(含氮量151.93 kg·hm-2)、重過磷酸鈣246.88 kg·hm-2(含磷量103.69 kg·hm-2)、硫酸鉀159.37 kg·hm-2(含鉀量119.25 kg·hm-2)。DG、ZG和GG小區(qū)的玉米秸稈施用量按根茬量還田比例計(jì)算為1 450 kg·hm-2(總碳量449.5 kg·hm-2)，并配施43.75 kg·hm-2尿素來調(diào)節(jié)C/N比；DQ、ZQ和GQ小區(qū)的玉米秸稈施用量按全量還田比例計(jì)算為9 600 kg·hm-2(總碳量2 976 kg·hm-2)，并配施265.63 kg·hm-2尿素調(diào)節(jié)C/N。

自2018年播種季(4月)至收獲季(10月)，按照玉米的苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期5個(gè)生育時(shí)期，取0—25 cm的耕層土壤，在每個(gè)小區(qū)采用“五點(diǎn)法”取樣，混合均勻，去除樣品中雜草石塊等雜質(zhì)，封裝帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分風(fēng)干過2 mm篩后備用，另一部分立即進(jìn)行酶活性測定。

1.4 檢測指標(biāo)和方法

土壤含水量(moisture content)采用烘干法；土壤堿解氮(available nitrogen，AN)含量測定采用堿解擴(kuò)散法；土壤有效磷(available phosphorus，AP)含量測定采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀(available kalium，AK)含量測定采用 NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法；土壤有機(jī)碳(soil organic carbon，SOC)含量測定采用重鉻酸鉀外加熱法[14]；土壤胡敏素(humin，HM)、胡敏酸(humic acid，HA)和水溶性物質(zhì)(water soluble substance，WSS)含量提取測定采用腐殖質(zhì)組成修改法[15]；富里酸(fulvic acid，F(xiàn)A)含量采用差減法[15]計(jì)算；土壤蔗糖酶(sucrose，SC)活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[15]；土壤過氧化氫酶(catalase，CAT)活性測定采用高錳酸鉀滴定法[16]。

1.5 玉米莖腐病發(fā)病情況調(diào)查

在玉米苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期分別抽樣調(diào)查記錄各小區(qū)玉米莖腐病的發(fā)病情況，參照李春霞等[17]病情級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算發(fā)病率(incident，Inc.)及病情指數(shù)(disease index，DI)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及公式如下。

0 級(jí)：全株正常。

1 級(jí)：青枯葉片數(shù)不足全株 1/4，莖基部 1～2 節(jié)節(jié)間呈水漬狀，手感微軟。

2 級(jí)：青枯片數(shù)占全株 1/4～1/2，莖基部 1～2 節(jié)節(jié)間呈水漬狀，而且凹陷，手感稍軟。

3 級(jí)：青枯葉片數(shù)占全株 1/2 左右，莖基部 1～2 節(jié)節(jié)間明顯發(fā)軟，果穗苞葉褪色或下垂。

4 級(jí)：全株 3/4 以上青枯葉片數(shù)，莖基部 1～2 節(jié)明顯松軟，果穗全部下垂，嚴(yán)重時(shí)植株從莖基部倒伏。

(1)

發(fā)病率= 調(diào)查染病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100%

(2)

1.6 數(shù)據(jù)分析與處理

利用SPSS 22.0進(jìn)行ANVOA分析、LSD檢驗(yàn)及Pearson相關(guān)性分析，Minitab進(jìn)行PCA分析，Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對(duì)不同地力耕地培肥效應(yīng)的影響

2.1.1土壤有機(jī)碳含量的動(dòng)態(tài)變化 不同處理不同玉米生育期的土壤有機(jī)碳含量結(jié)果(圖1)顯示，高、中、低地力水平的秸稈未還田小區(qū)的SOC含量整體表現(xiàn)為隨著生育時(shí)期延長呈先升高至拔節(jié)期后下降的趨勢。秸稈還田小區(qū)的SOC含量整體表現(xiàn)為在灌漿期前明顯升高，灌漿期至成熟期緩慢下降趨勢；在灌漿期時(shí)，DG與DW、ZG與ZW及GG與GW處理間均存在顯著差異(P<0.05)；成熟期時(shí)，DQ較DW處理的SOC含量顯著提高17.21%，ZQ較ZW處理的SOC含量顯著提高19.66%，GQ較GW處理的SOC含量顯著提高22.22%；GQ較DQ和ZQ處理的SOC含量分別顯著提高9.87%、19.29%。說明秸稈還田于高、中、低地力耕層土壤后，土壤SOC的積累效果均表現(xiàn)為全量還田處理優(yōu)于根茬量還田處理；秸稈全量還田處理對(duì)高地力土壤的SOC積累效果優(yōu)于中、低地力土壤。

注：不同英文字母表示同一時(shí)期不同處理間差異在P < 0.05水平具有顯著性，不同希臘字母表示同一處理不同時(shí)期差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different English lowercase letters of the same period indicate significant difference between different treatments at P<0.05 level, and different Greek lowercase letters of the same treatment indicate significant difference between different growth periods at P<0.05 level.圖1 土壤有機(jī)碳含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic variation of soil organic carbon content

2.1.2土壤腐殖質(zhì)各組分含量的動(dòng)態(tài)變化 不同時(shí)期不同處理的土壤胡敏素、胡敏酸、富里酸和水溶性物質(zhì)含量結(jié)果見表2，可知，秸稈全量還田小區(qū)土壤的HM含量自苗期至抽雄期呈增加趨勢，抽雄期后明顯下降；與苗期相比，成熟期時(shí)DQ、ZQ和GQ處理的HM含量分別顯著提高12.93%、12.88%、8.89%；此時(shí)，GQ較ZQ和DQ處理的HM含量分別提高11.12%、11.56%；DQ較DW、ZQ較ZW和GQ較GW處理的HM含量顯著提高16.93%、14.00%和10.79%，說明秸稈全量還田對(duì)低地力土壤的HM積累效果優(yōu)于高、中地力土壤。土壤HA含量結(jié)果與HM含量呈相似趨勢，成熟期時(shí)，DQ較DW、ZQ較ZW和GQ較GW土壤HA含量顯著提高8.83%、13.5%和17.5%，GQ較ZQ和DQ處理HA含量分別顯著提高10.91%、19.37%。土壤FA含量自苗期至成熟期呈緩慢下降的趨勢；成熟期時(shí)，GQ較ZQ、DQ處理的FA含量分別顯著提高11.42%、12.85%。秸稈根茬量還田小區(qū)的土壤FA含量降幅表現(xiàn)為：DG>ZG>GG，秸稈全量還田小區(qū)土壤FA含量降幅表現(xiàn)為DQ>ZQ>GQ。土壤WSS含量結(jié)果顯示，成熟期時(shí)GQ較GW處理的WSS含量顯著提高8.69%，GQ與ZQ和DQ處理的WSS含量分別提高4%、8%；ZQ與ZW、DQ與DW間土壤WSS含量無顯著差異。秸稈全量還田小區(qū)土壤的WSS含量呈先升高至拔節(jié)期后下降的趨勢，說明秸稈全量還田有助于玉米生育前期土壤WSS含量的積累，秸稈全量還田對(duì)不同地力WSS含量的影響效應(yīng)表現(xiàn)為高地力>中地力>低地力。綜上表明，相對(duì)于秸稈根茬量還田，全量還田更能有效培肥高、中、低地力土壤；全量還田時(shí)，SOC、HA、FA和WSS含量的積累效果表現(xiàn)為高地力>中地力>低地力；HM含量的積累效果表現(xiàn)為低地力>中地力>高地力。

表2 不同生育期不同處理的土壤腐殖質(zhì)各組分含量Table 2 Contents of soil humus components of different treatments during different growth periods (g·kg-1)

2.1.3土壤酶活性的動(dòng)態(tài)變化 土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反應(yīng)強(qiáng)度，土壤蔗糖酶參與土壤中碳水化合物的轉(zhuǎn)化，對(duì)增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要的作用。土壤

過氧化氫酶是參與土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的氧化還原酶，在一定程度上可以表征土壤生物氧化過程的強(qiáng)弱。由圖2可知，3種地力秸稈全量還田處理和根茬量還田處理的土壤蔗糖酶活性呈先升高至抽雄期后緩慢下降的趨勢，無秸稈還田處理的土壤蔗糖酶呈升高至拔節(jié)期后下降的趨勢。成熟期時(shí)，DQ較DW、ZQ較ZW和GQ較GW處理的土壤蔗糖酶活性分別顯著提高27.28%、29.56%和36.89%，DG較DW、ZG較ZW和GG較GW處理的土壤蔗糖酶活性分別顯著提高12.14%、20.30%和20.64%。土壤過氧化氫酶活性結(jié)果顯示，拔節(jié)期時(shí)，各處理土壤過氧化氫酶活性顯著下降，其原因可能與降雨量有關(guān)，該時(shí)期降雨量增加引發(fā)土壤含水率驟增，導(dǎo)致土壤根系與微生物減緩了其自身代謝，引起土壤過氧化氫酶活性降低。GQ較ZQ、DQ處理的土壤過氧化氫酶活性分別降低1.78%、5.80%；GG較ZG、DG處理的土壤過氧化氫酶活性分別降低2.23%、6.18%；GW較ZW、DW處理土壤過氧化氫酶活性分別降低7.69%、14.42%。說明地力水平越高，過氧化氫酶活性越低。成熟期時(shí)，DQ較DW、ZQ較ZW和GQ較GW的土壤過氧化氫酶活性分別顯著提高32.77%、35.41%、42.26%，說明秸稈全量還田處理對(duì)蔗糖酶及過氧化氫酶活性的提升優(yōu)于秸稈根茬量還田處理，其提高幅度表現(xiàn)為高地力>中地力>低地力。

圖2 不同生育期不同處理的土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性Fig.2 Soil sucrose and catalase activity of different treatments during different growth periods

2.2 玉米莖腐病病情指數(shù)及發(fā)病率的田間調(diào)查情況

不同時(shí)期不同處理的莖腐病病情指數(shù)及發(fā)病率結(jié)果見表3，玉米莖腐病發(fā)病潛伏期較長，自抽雄期開始在玉米莖部呈輕微褐色病變現(xiàn)象，DW、ZW和GW處理的玉米莖腐病病情指數(shù)和發(fā)病率在灌漿期和成熟期明顯加重(P<0.05)。灌漿期與成熟期時(shí)，高、中、低地力秸稈還田處理的莖腐病發(fā)病率較無秸稈還田處理均顯著降低；成熟期時(shí)，DQ較DW、ZQ較ZW和GQ較GW的莖腐病發(fā)病率分別降低20.47%、20.56%和21.82%，病情指數(shù)分別減少53.73%、44.15%和43.69%；DG較DW、ZG較ZW和GG較GW的發(fā)病率分別降低14.74%、14.1%和15.17%，病情指數(shù)分別減少42.18%、44.99%和49.87%。GQ較ZQ、DQ的發(fā)病率分別降低2.32%、2.79%，病情指數(shù)分別降低20.80%、23.97%，GG較ZG、DG的發(fā)病率分別降低1.16%、1.89%，病情指數(shù)分別降低14.89%、21.58%。說明秸稈還田處理對(duì)3種地力小區(qū)均未導(dǎo)致玉米莖腐病發(fā)病率增加，亦未加重莖腐病害程度，秸稈還田處理對(duì)于高地力土壤的效果更明顯，全量還田處理的效果優(yōu)于根茬量還田處理。

表3 各生育時(shí)期玉米莖腐病發(fā)病率及病情指數(shù)Table 3 Incidence and disease index of corn stalk rot at different growth period

2.3 不同耕地地力有機(jī)培肥與病害發(fā)生間的關(guān)系

2.3.1Pearson相關(guān)性分析 對(duì)不同玉米生育期的土壤SOC、HM、HA、FA、WSS及蔗糖酶、過氧化氫酶活性與莖腐病害發(fā)病率、病情指數(shù)之間進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果(表4)可見，土壤各肥力指標(biāo)之間存在一定的內(nèi)在關(guān)系，土壤SOC、HM、HA、FA、WSS、蔗糖酶和過氧化氫酶與發(fā)病率和病情指數(shù)間均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，GQ處理的SOC含量和蔗糖酶活性及其他肥力指標(biāo)在各時(shí)期均顯著高于ZQ和DQ，因此GQ處理在整個(gè)玉米生育期內(nèi)的莖腐病發(fā)病率較低，發(fā)病程度較輕，符合上述的負(fù)相關(guān)關(guān)系規(guī)律。

表4 土壤肥力指標(biāo)與發(fā)病率、病情指數(shù)的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between soil fertility indexes and incidence, disease index

2.3.2PCA分析 主成分分析結(jié)果顯示，玉米莖腐病病圃小區(qū)試驗(yàn)提取兩個(gè)主成分，兩個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為77%，特征值>1，第一主成分(PC1)解釋了63.4%的信息，第二個(gè)主成分(PC2)解釋了13.6%的信息(圖3)。由圖3可知，高、中、低地力土壤未添加秸稈處理主要分布在第二、三象限，秸稈根茬量還田和全量還田處理主要分布于第一、四象限；第一、二象限主要為玉米的抽雄期、灌漿期、成熟期，第三、四象限則苗期和拔節(jié)期較集中。SOC、HA含量和蔗糖酶活性位于PC1軸和PC2軸正方向，說明SOC、HA含量和蔗糖酶活性在PC1和PC2水平上均正向影響著位于第一象限的拔節(jié)期至成熟期的DQ、ZQ和GQ處理。病情指數(shù)和發(fā)病率位于PC1軸和PC2軸負(fù)方向，說明其在PC1和PC2水平上對(duì)位于第四象限的苗期、拔節(jié)期、成熟期的DW、ZW和GW處理的影響為負(fù)向；而病情指數(shù)、發(fā)病率與SOC、WSS、HM和HA含量及蔗糖酶和過氧化氫酶活性均呈鈍角，可以推測土壤病害發(fā)生與各肥力指標(biāo)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與Pearson相關(guān)分析的結(jié)果一致。

3 討論

3.1 秸稈還田對(duì)不同地力土壤SOC和腐殖質(zhì)各組分有機(jī)碳的影響

本研究表明，高、中、低地力秸稈全量還田處理的土壤SOC、HM、HA、WSS含量均高于無秸稈還田和根茬量還田處理。DQ、ZQ、GQ處理的土壤SOC含量峰值出現(xiàn)于灌漿期，說明全量秸稈施入田間初期與土壤充分接觸，激發(fā)土壤微生物活性，腐解速率加快，分解的游離有機(jī)碳與土壤結(jié)合。隨著玉米生育時(shí)期延長，腐解效率逐漸減弱，說明沒有外源物質(zhì)的添加，當(dāng)玉米成熟期時(shí)，微生物可消耗的外源有機(jī)物質(zhì)減少，開始消耗土壤中已形成的有機(jī)物質(zhì)，沒有外源有機(jī)物的補(bǔ)充，土壤有機(jī)碳含量將繼續(xù)降低[5]。GQ處理的SOC含量增幅大于ZQ和DQ，其原因一方面由于高地力土壤有機(jī)碳本底值及理化環(huán)境優(yōu)于中、低地力土壤[18](表1)；另一方面由于外部碳源的添加使土壤微生物活性增強(qiáng)，大量外源有機(jī)質(zhì)的輸入可改善土壤微生物分解代謝[19]，進(jìn)而達(dá)到相對(duì)平衡。秸稈全量還田處理的WSS含量呈先升高后降低的趨勢(表2)，說明結(jié)構(gòu)簡單的WSS碳源優(yōu)先被釋放出，GG、GQ處理的WSS變幅較大可能是由于GG、GQ處理中的微生物活性較強(qiáng)，利用水溶性物質(zhì)較快，因而消耗WSS量較大。各地力土壤積累的SOC中，包含著大量腐殖質(zhì)成分[20]，這解釋了高、中、低地力土壤在玉米生育前期SOC增加期間，HM、HA隨之增加的原因(表2)，高地力土壤的HA增量最大，說明高地力區(qū)腐殖質(zhì)中的碳有利于HA的積累[21]，土壤FA含量隨著玉米生育期延長緩慢降低，這與Besnard等[22]結(jié)果不同，其研究指出在玉米秸稈分解初期FA含量明顯增加，而玉米生育后期FA含量下降。造成這種差異的原因可能是Besnard的研究采用長期定位施肥，施入秸稈時(shí)的碳源可能優(yōu)先轉(zhuǎn)化為FA，再由FA向著HA轉(zhuǎn)化。而本研究所用土壤采自不同地點(diǎn)耕層土壤，土壤本身的腐殖質(zhì)及各組分碳具有一定儲(chǔ)量，另外自苗期開始，施入土壤的秸稈中有機(jī)碳礦化及腐殖化作用增強(qiáng)，促進(jìn)HA的形成[5]，此時(shí)土壤微生物活性增強(qiáng)促進(jìn)土壤腐殖化[21]，利于土壤合成HA，活躍的FA有轉(zhuǎn)化成HA的可能，導(dǎo)致FA含量下降，在灌漿期后，由于HA與FA間的轉(zhuǎn)化作用和秸稈腐解程度最大化的到來，土壤中HA、FA含量緩慢減少。因此推測，在高、中、低地力土壤添加秸稈后的碳源優(yōu)先轉(zhuǎn)化為HA。不同地力土壤相比較，秸稈還田對(duì)于高地力土壤的土壤SOC、HA含量的積累效果更明顯。

注：不同處理后的1、2、3、4、5分別表示不同處理的苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期。Note: 1, 2, 3, 4, and 5 after different treatments represent seedling stage, elongation stage, tasseling stage, pustulation stage, and mature period, respectively.圖3 土壤肥力指標(biāo)及莖腐病害指標(biāo)的PCA分析Fig.3 PCA analysis of soil fertility indexes and stem rod disease indexes

3.2 秸稈還田對(duì)不同地力玉米病害發(fā)生情況的影響

本研究表明，在土埋法接種病原菌的病圃小區(qū)試驗(yàn)中，秸稈全量還田和秸稈根茬量還田處理未導(dǎo)致玉米莖腐病害程度加重，亦未導(dǎo)致發(fā)病率上升；相反，在無秸稈還田土壤發(fā)病率顯著增加且病情加重。晉齊鳴等[23]研究發(fā)現(xiàn)，保護(hù)性免耕、少耕秸稈還田的田間管理方式可加重玉米莖腐病的發(fā)生。造成這種差異的原因一方面可能是其試驗(yàn)用土為連續(xù)十年保護(hù)性耕作條件下秸稈還田的土壤，由于秸稈中殘存大量越冬病原體，使土壤中的病原菌數(shù)量連年積累，導(dǎo)致玉米莖腐病害連年加重[24]，而本研究的土壤中不含帶有土傳病害的秸稈殘?bào)w；另一方面施加全量秸稈還田有效培肥了土壤，減少病害的發(fā)生，這與Dou等[25]研究一致。土壤SOC、腐殖質(zhì)各組分有機(jī)碳含量及酶活性的測定結(jié)果表明，秸稈還田對(duì)3種地力的培肥效應(yīng)表現(xiàn)為高地力>中地力>低地力。在玉米生育期田間調(diào)查時(shí)，抽雄期之前并未發(fā)現(xiàn)莖腐病發(fā)病癥狀(表3)，其原因可能是本研究所施用秸稈為無病害秸稈，通過土埋法接入禾谷鐮刀菌懸液后，病原菌對(duì)玉米根系侵染消耗了一定時(shí)間[26]，這也驗(yàn)證了玉米莖腐病前期以侵染為主，而在乳熟期開始表現(xiàn)出青枯、黃枯癥狀，莖基變軟現(xiàn)象驟增[27]，此外，無秸稈還田區(qū)灌漿期與成熟期莖腐病發(fā)病率顯著增加，除禾谷鐮刀菌大量生殖繁衍的原因外，還可能存在腐霉菌、干腐菌、炭疽菌等聯(lián)合復(fù)合侵染[26]。相關(guān)分析結(jié)果表明，土壤各肥力指標(biāo)與莖腐病發(fā)病率及病情指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，這解釋了高地力區(qū)秸稈還田培肥效果較好，莖腐病發(fā)病率及危害程度較低的原因，可能是秸稈在土壤中腐解既培肥了土壤，又影響了土壤生物化學(xué)性質(zhì)，促使酶活性增強(qiáng)，也改變土壤的微生物活性[28]，這些外源有機(jī)物質(zhì)影響著土壤中的優(yōu)勢微生物種群，使得土壤中某些微生物與病原菌形成拮抗、競爭作用，減少了秸稈還田區(qū)病原菌基數(shù)，進(jìn)而使發(fā)病率顯著低于未還田小區(qū)，這與前人的有機(jī)質(zhì)豐富、種植密度合理均會(huì)減少莖腐病害發(fā)生的觀點(diǎn)[7,29]基本一致。因此通過施用健康秸稈培肥土壤，可在一定程度上減少玉米莖腐病害的發(fā)生。