化肥減量下耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)小麥產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的影響

魏萌涵，孟自力

(1.許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南許昌 461000；2.商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物之一，小麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r對(duì)國(guó)家社會(huì)的持續(xù)發(fā)展與繁榮興旺有著深遠(yuǎn)影響，施用化肥則是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上提高小麥產(chǎn)量的重要措施之一，然而化肥的長(zhǎng)期過(guò)量施用和不合理的耕地制度，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，土壤養(yǎng)分流失，小麥品質(zhì)下降。因此，減少化肥施用，采取合理的耕作方式并增加有機(jī)肥對(duì)保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

黃淮南片小麥種植區(qū)存在的問題：一方面翻耕處理的鏵式犁對(duì)農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)破壞性大，促使了土壤有機(jī)碳礦化，不利于水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體的形成，進(jìn)而影響了農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；另一方面秸稈是重要的有機(jī)肥料來(lái)源，含有較豐富的植物生長(zhǎng)所必需的大量元素和微量元素，但一直以來(lái)利用效率不高。如果通過(guò)采用科學(xué)合理的技術(shù)將秸稈腐熟處理后深耕，可達(dá)到優(yōu)化土壤理化性質(zhì)和提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的目的，又可減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥使用率、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，產(chǎn)生良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，促進(jìn)社會(huì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

因此，本研究立足黃淮腹地商丘地區(qū)，通過(guò)在小麥化肥減量條件下設(shè)置不同種耕作方式和秸稈腐熟劑處理，篩選出一套高產(chǎn)高效的耕作方式和秸稈腐熟技術(shù)，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供一項(xiàng)技術(shù)保障，為小麥化肥減量增效技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年10月至2020年6月在河南省商丘市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)賈寨鎮(zhèn)保衛(wèi)村進(jìn)行，此地區(qū)屬于暖溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫14 ℃，年降水量達(dá)到700 mm，供試土壤為兩合土。試驗(yàn)區(qū) 0～20 cm土層土壤基礎(chǔ)地力：全氮含量0.78 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量2.2%，速效鉀含量93.37 mg/kg，速效磷含量35.31 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為翻耕(PT)、深松(ST)和旋耕(RT)3種耕作處理，副區(qū)為秸稈腐熟(F)和無(wú)秸稈腐熟(N)處理。試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)，小區(qū)面積為25 m×6 m。于2019年10月8日播種，2020年6月6日收獲，播種量為150 kg/hm。供試小麥品種為商優(yōu)1號(hào)和商麥188(采用強(qiáng)筋和偏弱筋品種作為對(duì)比)，秸稈腐熟劑采用鶴壁市禾盛生物科技有限公司生產(chǎn)的HB有機(jī)物料腐熟劑，用量為45 kg/hm，于整地前人工用細(xì)土拌勻后均勻撒施在田間秸稈上。常規(guī)施肥為基肥復(fù)合肥(純N、PO、KO含量均為15%)1 500 kg/hm，起身拔節(jié)期追施尿素170 kg/hm，本試驗(yàn)肥料較常規(guī)施肥減量30%，即基肥采用中化化肥控股有限公司生產(chǎn)的復(fù)合肥(純N、PO、KO含量均為15%)1 050 kg/hm，起身拔節(jié)期追施尿素120 kg/hm。小麥播種前具體土壤耕作處理詳見表1。

表1 試驗(yàn)處理

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 樣品采集與制備 于小麥成熟期，按5點(diǎn)混合取樣法采集各小區(qū)20～40 cm土層土樣，去除可見雜物，將土樣裝入密封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，用于土壤養(yǎng)分含量的測(cè)定。于成熟期采集植株地上部，每個(gè)小區(qū)取長(zhǎng)勢(shì)一致的3株小麥進(jìn)行編號(hào)裝袋。將所采樣品先用自來(lái)水沖洗干凈，再用去離子水潤(rùn)洗，最后用吸水紙擦干。分為莖和穗于105 ℃殺青30 min后，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量，粉碎過(guò)篩后備用。于成熟期在各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取13.5 m，并采集該面積內(nèi)所有植株的地上部，進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并估算理論產(chǎn)值。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 土壤樣品養(yǎng)分含量測(cè)定方法：有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用火焰光度法測(cè)定。

植物樣品養(yǎng)分含量測(cè)定方法：全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全氮含量采用全自動(dòng)凱氏定氮法測(cè)定，全鉀含量采用火焰光度法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel、DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減量下耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)小麥產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響

2.1.1 化肥減量下耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)小麥產(chǎn)量的影響 從圖1-a可以看出，商優(yōu)1號(hào)品種在成熟期時(shí)，PTF、STF和RTF處理的小麥產(chǎn)量均顯著高于RTN處理，將每個(gè)處理的產(chǎn)量按從高到低排序依次是PTF、STF、RTF、STN、PTN、RTN處理。PTF處理的小麥產(chǎn)量最高，比RTN處理高11.97%。從圖1-b可以看出，商麥188品種在成熟期時(shí)，PTF處理的小麥理論產(chǎn)量顯著高于RTN處理，將每個(gè)處理由高到低排序依次是PTF、STF、RTF、PTN、STN、RTN處理。PTF處理的小麥產(chǎn)量最高，比RTN處理高15.71%。2個(gè)品種中，PTF和STF處理的小麥理論產(chǎn)量均高于其他處理，且PTF處理的產(chǎn)量更高，這說(shuō)明化肥減量條件下PTF處理增加小麥理論產(chǎn)量的效果最好。

2.1.2 耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)小麥植株全氮含量的影響 從圖2-a可以看出，商優(yōu)1號(hào)品種在成熟期時(shí)，同一耕作方式下，所有秸稈腐熟處理的小麥植株全氮含量都顯著高于無(wú)腐熟處理，PTF處理的小麥全氮含量顯著高于RTF處理，而STN、PTN和RTN處理間差異不顯著，說(shuō)明秸稈不腐熟處理只改變耕作方式對(duì)商優(yōu)1號(hào)植株全氮含量的影響較小，腐熟處理配合翻耕的耕作方式效果最為顯著。從圖2-b可以看出，商麥188品種在成熟期時(shí)，所有處理中僅有STF與PTF處理植株的全氮含量顯著高于RTN處理，說(shuō)明深松和翻耕處理下施用秸稈腐熟劑對(duì)商麥188的氮吸收效果較好；同時(shí)由于商麥188是偏弱筋品種，對(duì)氮肥不敏感也是造成RTF、STN、PTN和RTN處理間差異不顯著的原因之一。2個(gè)品種中，STF和PTF處理均高于其他處理，這說(shuō)明翻耕、深松配施秸稈腐熟劑增加小麥植株全氮含量的效果最好；另外，由于商優(yōu)1號(hào)是強(qiáng)筋小麥品種，對(duì)氮素吸收敏感，商優(yōu)1號(hào)相應(yīng)處理的植株全氮含量普遍比商麥188對(duì)應(yīng)處理的植株全氮含量高。

2.1.3 耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)小麥植株全磷含量的影響 從圖3-a可以看出，商優(yōu)1號(hào)品種在成熟期時(shí)，在秸稈腐熟處理下，PTF、STF和RTF處理間的差異均達(dá)到顯著水平，表現(xiàn)為PTF處理>STF處理>RTF處理，而在秸稈不腐熟處理下，STN與PTN處理差異不顯著；秸稈腐熟處理的植株全磷含量顯著高于所有秸稈不腐熟處理。從圖3-b可以看出，商麥188品種在成熟期時(shí)，PTF、STF處理的小麥植株全磷含量顯著高于RTF、STN、PTN、RTN處理。2個(gè)品種中，PTF和STF處理的小麥植株全磷含量均高于其他處理，這說(shuō)明翻耕、深松配施秸稈腐熟劑增加小麥植株全磷含量的效果最好；2個(gè)品種間全磷含量差異不明顯，說(shuō)明2個(gè)品種磷利用效率相當(dāng)。

2.1.4 耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)小麥植株全鉀含量的影響 從圖4-a可以看出，商優(yōu)1號(hào)品種在成熟期時(shí)，各處理的小麥植株全鉀含量除RTN處理外差異均未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明PTF、STF、RTF、STN、PTN處理下基本能滿足商優(yōu)1號(hào)對(duì)鉀的需求，田間尚有盈余。從圖4-b可以看出，商麥188品種在成熟期時(shí)，同一秸稈處理不同耕作方式之間的小麥植株全鉀含量差異均未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明商麥188植株全鉀含量與耕作方式的關(guān)系不大；腐熟處理PTF、STF與不腐熟處理PTN、RTN之間差異顯著，腐熟處理應(yīng)用于商麥188對(duì)鉀的吸收效果明顯，可能與商麥188相對(duì)于商優(yōu)1號(hào)植株本身全鉀含量高對(duì)鉀的需求量大有關(guān)。

2.2 化肥減量下耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)麥田土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 從圖5可以看出，在小麥的成熟期，2個(gè)品種的小麥在化肥減量下翻耕、深松配施秸稈腐熟劑，其土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢(shì)總體一致。從圖5-a可以看出，商優(yōu)1號(hào)各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量差異均達(dá)到了顯著水平。PTF處理的20～40 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高(21.88 g/kg)，比最低的RTN處理高24.67%。從圖5-b可以看出，商麥188各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量差異均達(dá)到了顯著水平。PTF處理的20～40 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高(21.89 g/kg)，比最低的RTN處理高35.37%；2個(gè)品種中，PTF和STF處理的有機(jī)質(zhì)含量均高于其他處理，且PTF處理更高，這說(shuō)明翻耕配施秸稈腐熟劑增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的效果最好。

2.2.2 耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)土壤堿解氮含量的影響 從圖6-a可以看出，商優(yōu)1號(hào)品種的各個(gè)處理間的土壤堿解氮含量差異均達(dá)到了顯著水平。將每個(gè)處理的堿解氮含量由高到低排序依次是PTF、STF、RTF、PTN、STN、RTN處理。可見，PTF處理的含量(90.42 mg/kg)是所有處理中土壤堿解氮含量最高的，而RTN處理(80.66 mg/kg)是所有處理中土壤堿解氮含量最低的，PTF處理比RTN處理的堿解氮含量高12.10%。從圖6-b可以看出，商麥188品種在成熟期時(shí)，各處理的土壤堿解氮含量變化與商優(yōu)1號(hào)趨勢(shì)一致，但相對(duì)應(yīng)處理的土壤堿解氮含量比商優(yōu)1號(hào)稍大些，可能與商優(yōu)1號(hào)是強(qiáng)筋小麥對(duì)氮吸收需求大而商麥188是偏弱筋小麥對(duì)氮肥利用不敏感所致。2個(gè)品種中，PTF和STF處理的堿解氮含量均高于其他處理，且PTF處理的更高，這說(shuō)明化肥減量下翻耕配施秸稈腐熟劑增加土壤堿解氮含量的效果最好。

2.2.3 耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)土壤速效磷含量的影響 從圖7可以看出，在小麥的成熟期，商優(yōu)1號(hào)和商麥188的麥田土壤速效磷含量的變化趨勢(shì)總體一致，2個(gè)品種所有處理間的土壤速效磷含量差異均達(dá)到顯著水平，表現(xiàn)為PTF處理>STF處理>RTF處理>PTN處理>STN處理>RTN處理。其中，PTF處理的速效磷含量均最高，這說(shuō)明化肥減量下翻耕配施秸稈腐熟劑增加土壤速效磷含量的效果最好。

2.2.4 耕作方式和施用秸稈腐熟劑對(duì)土壤速效鉀含量的影響 從圖8-a可以看出，商優(yōu)1號(hào)品種在成熟期時(shí)，秸稈腐熟處理與秸稈不腐熟處理的差異均達(dá)到顯著水平，PTF、STF、RTF處理的土壤速效鉀含量分別為295.34、280.19、270.45 mg/kg，比對(duì)應(yīng)不腐熟處理(PTN、STN、RTN處理)分別高38.02%、39.13%、40.52%，說(shuō)明秸稈腐熟處理顯著增加了土壤速效鉀的含量。從圖8-b可以看出，商麥188品種在成熟期時(shí)，各處理間的速效鉀含量差異達(dá)到顯著水平，表現(xiàn)為 PTF處理>STF處理>RTF處理>PTN處理>STN處理>RTN處理，麥田速效鉀含量變化幅度和趨勢(shì)與商優(yōu)1號(hào)麥田土壤一致。2個(gè)品種中，PTF和STF處理都高于其他處理，且PTF處理的土壤速效鉀含量更高，這說(shuō)明化肥減量下翻耕配施秸稈腐熟劑增加土壤速效鉀含量的效果最好。

3 結(jié)論與討論

土壤養(yǎng)分含量與耕作方式、秸稈還田(腐熟)關(guān)系密切，同時(shí)影響著小麥植株養(yǎng)分的吸收利用。周正萍研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期免耕還田處理的土壤板結(jié)嚴(yán)重并影響中下土層養(yǎng)分的分配，秸稈覆蓋還田可以提高 0～7 cm土壤表層的有機(jī)質(zhì)和全氮含量，翻耕可以促進(jìn)秸稈氮素的釋放，提高土壤的堿解氮含量、土壤速效鉀含量均有所改善，翻耕還田還有利于提高小麥成熟期氮、磷含量和累積吸收量。本研究結(jié)果表明，在化肥減量30%條件下經(jīng)過(guò)對(duì)比篩選，翻耕配施秸稈腐熟劑后小麥成熟期土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效養(yǎng)分含量、小麥植株養(yǎng)分含量和理論產(chǎn)量均高于其他處理。另外，小麥植株的養(yǎng)分含量與土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果呈正相關(guān)，說(shuō)明土壤肥力的高低影響著小麥植株養(yǎng)分吸收利用，這與周正萍的研究結(jié)論一致。分析主要原因是翻耕處理的鏵式犁不僅可以深松土壤，還能將秸稈翻埋入土壤，有利于小麥根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收及20～40 cm土層土壤養(yǎng)分的累積，有效地解決了秸稈還田僅對(duì)表層土壤養(yǎng)分含量增加顯著的限制，而深松和旋耕僅將(腐熟)秸稈充分與表層土壤混合，不能充分發(fā)揮秸稈還田對(duì)更深層土壤養(yǎng)分積累的作用。施用秸稈腐熟劑可以快速釋放作物所需要的有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素，更有效的發(fā)揮秸稈還田的肥效作用。姜珊珊等選用腐熟劑進(jìn)行玉米秸稈降解試驗(yàn)，結(jié)果顯示，秸稈還田撒施有機(jī)物料腐熟劑可以提高秸稈降解率，處理120 d時(shí)最大降解率比對(duì)照增加19.28%，有利于小麥生長(zhǎng)；張瑩瑩等的研究表明，腐熟劑的選用對(duì)小麥部分生物學(xué)和產(chǎn)量性狀產(chǎn)生積極影響；本試驗(yàn)結(jié)果與姜珊珊等的研究結(jié)果一致，秸稈腐熟處理相比不腐熟處理土壤養(yǎng)分和小麥植株養(yǎng)分含量均明顯提高，并且對(duì)小麥的產(chǎn)量影響較大。綜上所述，翻耕或深松加秸稈腐熟處理是提高小麥產(chǎn)量和提高土壤養(yǎng)分含量較好的農(nóng)田耕作管理措施，推薦黃淮南片農(nóng)田大面積推廣應(yīng)用。