不同秸稈發(fā)酵還田對(duì)制種玉米田土壤肥力質(zhì)量和玉米品質(zhì)的影響

劉興斌，馬宗海，閆治斌，樊廷錄，陳紹江，王 學(xué)，馬世軍，閆富海，馬明幫，秦嘉海

(1.甘肅省敦煌種業(yè)集團(tuán)股份有限公司研究院, 甘肅 酒泉 735000；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 甘肅 蘭州 731000；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100010； 4.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

甘肅省張掖市屬于典型的內(nèi)陸灌區(qū)，由祁連山豐富的冰雪水灌溉農(nóng)田，常年干燥少雨，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，晝夜溫差大，是雜交玉米良種繁育的最佳生態(tài)區(qū)。近20 a來美國(guó)先鋒、德國(guó)拜耳、法國(guó)利馬格蘭3家種業(yè)公司和國(guó)內(nèi)14家骨干種業(yè)集團(tuán)入駐張掖，建立了國(guó)家級(jí)玉米制種基地7.33×104hm2，年生產(chǎn)玉米雜交種4.73×105t，占全國(guó)玉米制種總面積的23.90%[1]。在制種玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中日益凸顯的主要問題是：化肥氮磷鉀純養(yǎng)分與有機(jī)肥氮磷鉀純養(yǎng)分投入量為1∶0.28[2]，制種玉米產(chǎn)量的提高主要依賴于化肥的施用。長(zhǎng)期施用化肥導(dǎo)致制種玉米田有機(jī)質(zhì)含量低、土壤板結(jié)、通透性能差、貯水能力弱，大量元素與微量元素比例失衡，制種玉米產(chǎn)量和品質(zhì)低而不穩(wěn)。因此，采用農(nóng)作物秸稈替代傳統(tǒng)化肥，提高制種玉米田土壤肥力是本文研究的關(guān)鍵所在。甘肅省張掖市農(nóng)作物秸稈資源總量為(風(fēng)干質(zhì)量)1.55×106t[3](玉米秸稈0.83×106t，小麥秸稈2.35×105t，大麥秸稈1.92×105t，油料秸稈1.50×105t，馬鈴薯藤1.25×105t，豆類秸稈0.18×105t)，用于肥料、飼料和燃料的占45%，剩余資源量為0.85×106t。農(nóng)作物秸稈堆放在農(nóng)村居民點(diǎn)周圍或者被野外焚燒，造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。有關(guān)作物秸稈對(duì)土壤質(zhì)量及作物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究報(bào)道較多。其中，關(guān)于作物秸稈對(duì)土壤質(zhì)量的影響：呂凱飛等[4]研究得出秸稈還田土壤容重和pH值降低，孔隙度增大；秸稈還田增強(qiáng)了有機(jī)碳的輸入量，顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量；秸稈還田提高了土壤有機(jī)碳含量；秸稈還田提高了黑土表層有機(jī)碳含量[5-7]。劉武仁等[8]研究得出秸稈還田顯著提高了土壤養(yǎng)分含量；秸稈還田提高了耕作層土壤全氮、硝態(tài)氮、堿解氮和速效磷含量[9]；秸稈還田提高了土壤速效鉀和緩效鉀含量，增加了地上部鉀素吸收量[10]；低土壤肥力條件下秸稈還田可以提高土壤的供鉀強(qiáng)度[11]。張麗華等[12]研究得出秸稈還田提高了土壤水分利用效率、田間持水量、自然含水量和土壤濕度；小麥-玉米輪作秸稈全量還田提高了土壤水分利用率[13]。董珊珊等[14]研究得出玉米秸稈還田為土壤微生物生長(zhǎng)繁殖提供了充足的碳源；水稻和小麥秸稈還田提高了土壤細(xì)菌和真菌的多樣性[15]；隨著秸稈還田年限的延長(zhǎng)，土壤微生物活性增強(qiáng)[16]；秸稈還田后促進(jìn)了土壤微生物的大量繁殖[17]；玉米秸稈還田顯著提高了土壤微生物的生物量[18]。戰(zhàn)厚強(qiáng)等[19]研究得出秸稈還田改善了土壤的環(huán)境條件，提高了土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、蔗糖酶和蛋白酶活性。關(guān)于作物秸稈對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究方面，贠超等[20]研究得出秸稈還田小麥產(chǎn)量提高了10.81%；秸稈還田促進(jìn)了水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，提高了其產(chǎn)量[21]；玉米秸稈還田可以提高玉米和水稻產(chǎn)量[22]； 秸稈還田顯著提高了水稻、大豆和玉米的產(chǎn)量[23]；小麥秸稈還田改善了番茄品質(zhì)，提高了Vc和可溶性糖含量[24]；秸稈還田有利于改善小麥品質(zhì)[25]；稻草還田能夠降低烤煙的蛋白質(zhì)、TN和煙堿含量[26]。

綜上所述，前人研究主要集中在作物秸稈對(duì)土壤理化性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分、水分、微生物數(shù)量、酶活性、作物產(chǎn)量和品質(zhì)方面，而小麥、玉米、蠶豆、豌豆、油菜籽和葵花秸稈發(fā)酵還田對(duì)制種玉米田土壤肥力質(zhì)量和玉米品質(zhì)影響的研究尚少見文獻(xiàn)報(bào)道。為了解決甘肅省張掖市內(nèi)陸灌區(qū)制種玉米田長(zhǎng)期施用化肥導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降以及作物秸稈堆放在農(nóng)村居民點(diǎn)周圍或者野外焚燒對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的問題,本文進(jìn)行了不同秸稈發(fā)酵還田對(duì)制種玉米田土壤肥力質(zhì)量和玉米品質(zhì)影響的研究，旨在為改善制種玉米田環(huán)境質(zhì)量和作物秸稈資源化循環(huán)利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在甘肅省張掖市甘州區(qū)甘浚鎮(zhèn)巴吉村三社連續(xù)15 a種植制種玉米的基地進(jìn)行(100°12′22″E，38°57′52″N)。該地海拔1 560 m，年均氣溫7.50℃，年平均降水量116 mm，年蒸發(fā)量1 950 mm，日照時(shí)數(shù)3 400 h，無(wú)霜期150 d。土壤類型是灌淤旱作人為土[27]，0～20 cm耕作層有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和有機(jī)碳密度分別為9.23、5.35 g·kg-1和1.41 kg·hm-2；CEC(陽(yáng)離子交換量)為12.08 cmol·kg-1，pH值為8.02，堿解氮、速效磷和速效鉀分別為54.14、8.12、128.43 mg·kg-1。前茬作物是制種玉米。

1.1.2 試驗(yàn)材料 參試材料有效成分見表1，玉米品系為敦玉810(IN46×Q4-2，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、甘肅省敦煌種業(yè)集團(tuán)股份有限公司和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合選育)。

表1 參試材料有效成分

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 作物秸稈發(fā)酵方法 2017年3月1日，將風(fēng)干的作物秸稈粉碎過2 cm篩，加入尿素將C∶N調(diào)整到25∶1，再加入秸稈發(fā)酵劑，噴自來水調(diào)節(jié)水分含量達(dá)到60%～65%[28]，在溫室內(nèi)(室溫25～30℃)堆成1.50 m高的梯形，覆蓋塑料薄膜并開直徑3～5 cm小洞若干。堆內(nèi)溫度降到室溫，作物秸稈出現(xiàn)灰白色菌絲后，在陰涼干燥處自然風(fēng)干，測(cè)定含水量小于5%備用，發(fā)酵參數(shù)見表2。

表2 作物秸稈發(fā)酵參數(shù)

1.2.2 試驗(yàn)處理 依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶制種玉米傳統(tǒng)化肥施肥量(尿素、磷酸二銨、硫酸鉀0.80、0.50、0.22 t·hm-2，NPK純養(yǎng)分投入量0.80 t·hm-2)，折合成相應(yīng)的秸稈施用量(表3)。試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理，處理1為小麥秸稈還田；處理2為玉米秸稈還田；處理3為蠶豆秸稈還田；處理4為豌豆秸稈還田；處理5為油菜籽秸稈還田；處理6為葵花秸稈還田；處理7為傳統(tǒng)化肥；處理8為對(duì)照(不施肥)。每個(gè)小區(qū)作物秸稈和化肥在玉米播種時(shí)淺耕翻入20 cm土層，每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。2018—2020年連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)3 a，小區(qū)面積52 m2(8 m×6.5 m)，每個(gè)小區(qū)四周筑埂。

表3 不同處理作物秸稈施用量/(t·hm-2)

1.2.3 種植方法 2018—2020年每年的4月20日播種，深度4～5 cm，先播全部母本，母本播后5 d播種第一期父本，母本播后10 d播種第二期父本，父母本株行距22 cm×50 cm，父母本行比1∶6。每個(gè)小區(qū)在支管單元入口安裝閘閥、壓力表和水表，在玉米拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、乳熟期各灌水1次，每個(gè)小區(qū)灌水量為78 m3。

1.2.4 樣品采集方法 連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)3 a后，于2020年9月30日制種玉米收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集15株，測(cè)定穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重、可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量。每個(gè)小區(qū)單獨(dú)收獲，將小區(qū)產(chǎn)量換算成hm2產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。制種玉米收獲后在小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線布置5個(gè)采樣點(diǎn)，采集0～20 cm土層土樣各5 kg，用4分法留2 kg(1 kg新鮮土樣放入4℃冰箱避光保存測(cè)定微生物數(shù)量和酶活性，另外1 kg土樣風(fēng)干過1 mm篩供室內(nèi)化驗(yàn)分析)。土壤容重、團(tuán)聚體用環(huán)刀采集原狀土，未進(jìn)行風(fēng)干。

1.2.5 測(cè)定指標(biāo)與方法 土壤容重、總孔隙度和>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體測(cè)定分別采用環(huán)刀法、計(jì)算法和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析儀法；pH值、CEC、有機(jī)質(zhì)測(cè)定分別采用酸度計(jì)法(水土比5∶1)、交換劑浸提-乙酸銨-氯化銨法、重鉻酸鉀法；有機(jī)碳按公式[有機(jī)碳(g·kg-1)=有機(jī)質(zhì)含量(g·kg-1)/1.724]求得；總持水量按公式[總持水量(t·hm-2)=面積(m2)×總孔隙度(%)×土層深度(m)]求得[29]；有機(jī)碳密度按公式[有機(jī)碳密度(kg·m-2) =土壤有機(jī)碳含量( g·kg-1) × 土壤容重( g·cm-3) ×采樣深度(cm)×0.01]求得[30]；土壤供碳量按公式[土壤供碳量(t·hm-2)=土壤有機(jī)碳含量(g·kg-1)×2.25]求得[31]；細(xì)菌和放線菌種群量測(cè)定采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)法和高氏一號(hào)培養(yǎng)基表面涂布法[32]；蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法和碘量滴定法[33]；玉米籽粒中粗蛋白用凱氏定氮法測(cè)定，可溶性糖和淀粉用蒽酮比色法測(cè)定[34]。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)3 a后，于2020年9月30日制種玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)，采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈發(fā)酵還田對(duì)制種玉米田理化性質(zhì)和持水量的影響

2.1.1 對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響 連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)3 a后，于2020年9月30日制種玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)可知(表4)，秸稈還田使制種玉米田土壤疏松、容重降低，施用化肥土壤緊實(shí)、容重增大，6種秸稈還田容重均值為1.24 g·cm-3，分別比傳統(tǒng)化肥施用和對(duì)照田降低5.34%和6.06%。不同處理土壤容重排序?yàn)樾←溄斩?玉米秸稈<豌豆秸稈<葵花秸稈<油菜籽秸稈<蠶豆秸稈<傳統(tǒng)化肥<對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈、豌豆秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，容重分別降低了0.83%、2.44%、3.22%和4.76%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較降低了6.25%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較分別降低了8.40%和9.09%(P<0.01)。秸稈還田可以增大制種玉米田土壤的孔隙度，6種秸稈還田孔隙度均值為53.33%，比傳統(tǒng)化肥施用和對(duì)照田分別增大5.46%和6.26%。不同處理土壤總孔隙度排序?yàn)樾←溄斩?玉米秸稈>豌豆秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈、豌豆秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，總孔隙度分別增大了0.72%、2.11%、2.84%和4.32%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較增大了5.84%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較分別增大了8.21%和9.03%(P<0.01)。秸稈還田提高了制種玉米田水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量，6種秸稈還田水穩(wěn)性團(tuán)聚體均值為27.35%，比傳統(tǒng)化肥和對(duì)照分別增加15.74%和16.93%。不同處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體排序?yàn)樾←溄斩?玉米秸稈>豌豆秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈比較，水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了2.06%(P>0.05)，與豌豆秸稈和葵花秸稈比較分別增加了5.19%和6.06%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較分別增加了8.44%、9.52%、21.71%和22.96%(P<0.01)。

2.1.2 對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)和持水量的影響 由表4可知，各秸稈還田制種玉米田的pH值都有不同程度的下降，6種秸稈還田土壤pH值均值為7.61，比傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田分別降低3.79%和5.11%。不同處理土壤pH值變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈<葵花秸稈<油菜籽秸稈<蠶豆秸稈<豌豆秸稈<傳統(tǒng)化肥<對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈、油菜籽秸稈和蠶豆秸稈比較，土壤pH值分別降低了1.20%、2.11%、2.51%和3.51%(P>0.05)，與豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較分別降低了5.12%、6.20%和7.48%(P<0.05)。秸稈還田制種玉米田CEC呈增加趨勢(shì)，6種秸稈還田CEC均值為15.23%，比傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田分別增加22.63%和26.08%。不同處理土壤CEC變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，CEC分別增加了0.96%、3.06%和4.14%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較增加了7.31%(P<0.05)，與豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較分別增加了9.54%、27.62%和31.21%(P<0.01)。秸稈還田能顯著提高制種玉米田總持水量，6種秸稈還田總持水量均值為1 066.67 t·hm-2，比傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田分別增加5.47%和6.26%。不同處理土壤總持水量變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>豌豆秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈、豌豆秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，土壤總持水量分別增加了0.72%、2.11%、2.84%和4.32%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較增加了5.84%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較分別增加了8.21%和9.03%(P<0.01)。

表4 秸稈還田對(duì)制種玉米田理化性質(zhì)和持水量的影響

2.2 秸稈發(fā)酵還田對(duì)制種玉米田有機(jī)質(zhì)及速效氮磷鉀含量的影響

2.2.1 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳的影響 由表5可知，秸稈還田促進(jìn)了制種玉米田有機(jī)質(zhì)的積累，有利于提高有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳及有機(jī)碳密度和供碳量，6種秸稈還田有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳及有機(jī)碳密度和供碳量均值分別為12.07 g·kg-1、7.00 g·kg-1、1.73 kg·m-2和15.74 t·hm-2，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較，秸稈處理的土壤有機(jī)質(zhì)平均分別增加29.65%和30.77%，土壤有機(jī)碳平均分別增加29.63%和30.84%，土壤有機(jī)碳密度平均分別增加21.83%和22.70%，土壤供碳量平均分別增加29.55%和30.73%。不同處理土壤的有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳及有機(jī)碳密度和供碳量變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈還田處理比較，有機(jī)質(zhì)增加了2.01%(P>0.05)，與葵花秸稈還田處理比較增加了5.28%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照處理比較分別增加了9.66%、16.65%、25.31%、41.46%和42.69%(P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈還田處理比較，土壤有機(jī)碳增加了2.00%(P>0.05)，與葵花秸稈還田處理比較增加了5.23%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照處理比較分別增加了9.77%、16.82%、25.45%、41.48%和42.80%(P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈處理相比土壤有機(jī)碳密度增加了3.72%(P>0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照處理比較分別增加了8.33%、14.04%、23.42%、33.56%、37.32%和38.30%(P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈比較土壤供碳量增加了2.02%(P>0.05)，與葵花秸稈比較增加了5.20%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較分別增加了9.77%、16.78%、25.48%、41.48%和42.77%(P<0.01)。

2.2.2 對(duì)土壤速效氮、磷、鉀含量的影響 由表5可知，秸稈還田把有機(jī)質(zhì)帶到土壤中，有機(jī)質(zhì)在礦質(zhì)化過程中釋放出了氮、磷、鉀等礦質(zhì)元素，提高了制種玉米田堿解氮、速效磷和速效鉀含量，6種秸稈還田堿解氮、速效磷和速效鉀含量均值分別為65.67、9.82、148.78 mg·kg-1，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較，土壤堿解氮含量分別增加6.57%和21.30%，土壤速效磷含量分別增加5.37%和20.94%，土壤速效鉀含量分別增加7.92%和15.85%。不同處理的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈比較，土壤堿解氮分別增加了0.87%和3.51%(P>0.05)， 與油菜籽秸稈比較增加了6.23%(P<0.05)，與蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了8.07%、9.93%、11.52%和26.93% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈比較，土壤速效磷分別增加了2.20%和2.51%(P>0.05)， 與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈和豌豆秸稈還田處理比較分別增加了6.45%、6.67%和7.57% (P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了9.76%和25.99% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈還田處理比較，土壤速效鉀分別增加了1.98%、3.12%和4.59%(P>0.05)，與蠶豆秸稈和豌豆秸稈還田處理比較分別增加了6.12%和6.40%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了11.86%和20.07%(P<0.01)。

表5 秸稈還田對(duì)制種玉米田有機(jī)質(zhì)及有機(jī)碳和速效氮磷鉀的影響

2.3 秸稈發(fā)酵還田對(duì)制種玉米田土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響

2.3.1 對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響 由表6可知，秸稈還田制種玉米田有機(jī)碳含量得到提升，為微生物生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件，提高了土壤微生物的數(shù)量，6種秸稈還田處理土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量均值為2.88×107·g-1和1.92×106·g-1，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，細(xì)菌數(shù)量分別增加1.13倍和1.19倍，放線菌數(shù)量分別增加1.22倍和1.27倍。不同處理土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈處理比較，土壤細(xì)菌數(shù)量分別增加了3.66%和4.70%(P>0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了11.03%、14.29%、19.54%、22.84%和28.40% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較土壤放線菌數(shù)量增加了7.28%(P<0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了8.87%、17.55%、27.01%、36.42%、39.87%和46.36% (P<0.01)。

2.3.2 對(duì)土壤酶活性的影響 由表6可知，秸稈還田后提高了制種玉米田的土壤酶活性，6種秸稈還田蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性均值分別為7.67 mg·g-1·d-1、1.70 mg·kg-1·h-1、3.47 g·kg-1·d-1和0.60 ml·g-1，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較，蔗糖酶活性分別增加了1.21倍和1.25倍，脲酶活性分別增加了1.18倍和1.23倍，磷酸酶活性分別增加了1.20倍和1.25倍，多酚氧化酶活性分別增加了1.30倍和1.36倍。不同處理土壤酶活性變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈處理比較，蔗糖酶活性分別增加了0.74%和3.70%(P>0.05)，與油菜籽秸稈處理比較增加了6.56% (P<0.05)，與蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照處理比較分別增加了12.16%、13.41%、28.48%和32.68% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，脲酶活性增加了6.59% (P<0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了10.23%、16.16%、25.97%、30.20%、34.72%和40.58% (P<0.01)。 小麥秸稈與玉米秸稈比較，磷酸酶活性增加了3.67% (P>0.05)，與葵花秸稈和油菜籽秸稈比較分別增加了5.16% 和7.62% (P<0.05)，與蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了8.26%、10.88%、26.99%和32.49% (P<0.01)。 小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，多酚氧化酶活性增加了4.35% (P>0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對(duì)照田比較分別增加了9.09%、30.91%、41.18%、50.00%、56.52%和63.64% (P<0.01)。

表6 秸稈還田對(duì)制種玉米田微生物數(shù)量和酶活性的影響

2.4 秸稈發(fā)酵還田對(duì)制種玉米品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性狀和效益的影響

2.4.1 對(duì)制種玉米品質(zhì)的影響 由表7可知，秸稈還田后有效改善了制種玉米品質(zhì)，6種秸稈還田處理的玉米可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量均值分別為21.96%、25.42%和8.40%，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照處理比較，其可溶性糖含量分別增加了16.01%和25.92%，淀粉含量分別增加了11.15%和29.30%，粗蛋白含量分別增加了13.36%和20.69%。不同處理的可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>油菜籽秸稈>葵花秸稈>豌豆秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了2.02%、2.05%和1.01%(P>0.05)；與油菜籽秸稈處理比較，可溶性糖和粗蛋白含量分別增加了7.75%和5.11(P<0.05)，淀粉含量增加了3.11%(P>0.05)；與葵花秸稈處理比較，可溶性糖和粗蛋白含量分別增加了13.25%和12.56%(P<0.01)，淀粉含量增加了6.28%(P<0.05)；與豌豆秸稈處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了18.52%、10.70%和13.41%(P<0.01)；與蠶豆秸稈處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了23.10%、14.13%和16.77%(P<0.01)；與傳統(tǒng)化肥處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了27.99%、17.62%和22.13%(P<0.01)；與對(duì)照田比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了38.71%、36.83%和30.03%(P<0.01)。

2.4.2 對(duì)制種玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量的影響 由表7可知，秸稈還田后改善了制種玉米經(jīng)濟(jì)性狀，提高了產(chǎn)量，6種秸稈還田處理的穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量均值分別為350.20粒、69.42 g、34.92 g和6.26 t·hm-2，與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，穗粒數(shù)分別增加了9.75%和27.23%，穗粒重分別增加了6.75%和16.83%，百粒重分別增加了5.44%和9.09%，產(chǎn)量分別增加了4.68%和27.24%。不同處理的制種玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量分別增加了1.01%、1.42%、0.34%和2.03%(P>0.05)；與葵花秸稈處理比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量分別增加了3.07%、3.04%、0.43%和3.17%(P>0.05)；與油菜籽秸稈處理比較，穗粒數(shù)和百粒重分別增加了4.13%和1.21%(P>0.05)，穗粒重和產(chǎn)量分別增加了5.36%和5.33%(P<0.05)；與蠶豆秸稈處理比較，穗粒數(shù)、穗粒重和產(chǎn)量分別增加了6.56%、6.07%和6.36%(P<0.05)，百粒重增加了1.53%(P>0.05)；與豌豆秸稈處理比較，穗粒數(shù)增加了9.52%(P<0.01)，穗粒重和產(chǎn)量分別增加了8.05% 和8.49%(P<0.05)，百粒重增加了1.97%(P>0.05)；與傳統(tǒng)化肥比較，穗粒數(shù)、穗粒重和產(chǎn)量分別增加了14.09%、10.93%和9.03%(P<0.01)，百粒重增加了6.40%(P<0.05)；與對(duì)照田比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量分別增加了32.25%、21.41%、10.09%和32.52%(P<0.01)。

表7 秸稈還田對(duì)制種玉米品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.4.3 對(duì)制種玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響 由表8可知，秸稈還田提高了制種玉米經(jīng)濟(jì)效益，6種秸稈還田處理的增產(chǎn)值、施肥利潤(rùn)和肥料投資效率均值分別為1.07萬(wàn)元·hm-2、0.68萬(wàn)元·hm-2和1.72元·元-1，與傳統(tǒng)化肥處理比較，增產(chǎn)值、施肥利潤(rùn)和肥料投資效率增加了0.22萬(wàn)元·hm-2、0.23萬(wàn)元·hm-2和0.59元·元-1。不同處理施肥利潤(rùn)和肥料投資效率變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈和傳統(tǒng)化肥處理比較，施肥利潤(rùn)分別增加 0.09、0.16、0.25、0.31、0.40、0.43萬(wàn)元·hm-2；肥料投資效率分別增加0.17、0.40、0.58、0.77、0.97、1.07元·元-1。

表8 秸稈還田對(duì)制種玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論與結(jié)論

6種發(fā)酵秸稈還田后，小麥秸稈比其他秸稈更有利于降低制種玉米田容重、增大土壤孔隙度、提高水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例和總持水量。究其原因，一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量為13.17 g·kg-1，分別為玉米、蠶豆、豌豆、油菜籽、葵花秸稈還田處理的1.02、1.17、1.25、1.10、1.05倍，小麥秸稈還田后把大量的有機(jī)質(zhì)帶入土壤，使土壤疏松，降低了容重，增加了孔隙度；二是小麥秸稈中的有機(jī)質(zhì)在土壤中合成的腐殖質(zhì)促進(jìn)了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成；三是小麥秸稈還田后在土壤中合成的腐殖質(zhì)是親水膠體，因而提高了持水量。錢銳等[35]研究得出秸稈還田降低了土壤容重，增大了孔隙度；張玉銘等[36]研究得出秸稈還田顯著提升了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量；王碧勝等[37]研究得出秸稈還田后在土壤中合成的腐殖物質(zhì)，有助于土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定；成臣等[38]研究得出秸稈還田可以有效抑制土壤水分蒸發(fā)，提高保水性能；張鵬等[39]研究得出農(nóng)作物秸稈還田提高了土壤保水能力。小麥秸稈比其他秸稈有利于提高制種玉米田的CEC，降低其pH值。究其原因，一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量比其他秸稈高，有機(jī)質(zhì)在土壤中合成的腐殖質(zhì)帶負(fù)電荷，吸附了土壤中的陽(yáng)離子，因而提高了CEC；二是有機(jī)質(zhì)在分解過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸降低了土壤pH值，三是有機(jī)質(zhì)在土壤中合成的腐殖質(zhì)是一種含有酚羥基、羧基、甲氧基等多功能團(tuán)的弱酸，降低了土壤pH值。這種變化特征與黨昆等[40]研究結(jié)論相一致。

6種發(fā)酵秸稈還田后制種玉米田有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、有機(jī)碳密度和供碳量變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈。究其原因一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機(jī)質(zhì)分別是玉米秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、油菜籽秸稈、葵花秸稈的1.02、1.17、1.25、1.10、1.05倍，有機(jī)碳密度分別是玉米秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、油菜籽秸稈和葵花秸稈的1.04、1.30、1.34、1.14、1.08倍，小麥秸稈把大量的有機(jī)質(zhì)帶入土壤，因而增加了有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量。張雅潔等[41]研究得出秸稈還田向土壤中輸送豐富的有機(jī)物質(zhì)，從而提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量；成鋼等[42]研究得出玉米秸稈還田提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量。小麥秸稈還田后制種玉米田耕作層土壤速效氮、磷、鉀含量比其他秸稈高，究其原因是小麥秸稈還田后耕作層土壤堿解氮分別是玉米秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、油菜籽秸稈和葵花秸稈的1.01、1.08、1.10、1.06、1.04倍，速效磷分別達(dá)以上各處理的1.02、1.07、1.08、1.06、1.03倍，速效鉀分別達(dá)1.02、1.06、1.07、1.05、1.03倍。王麒等[43]研究得出秸稈還田為土壤提供了豐富的纖維素、氮、磷、鉀及微量元素等；張大偉等[44]研究得出秸稈還田提高了土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量。

6種發(fā)酵秸稈還田后制種玉米田的土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量及蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性變化順序?yàn)椋盒←溄斩?玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈。究其原因一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機(jī)碳含量比其他秸稈高，有機(jī)碳是土壤微生物生命活動(dòng)能量物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的直接來源，有效促進(jìn)了細(xì)菌和放線菌的繁殖；二是小麥秸稈還田提高了土壤有機(jī)碳含量，土壤酶吸附在有機(jī)碳上，為土壤酶創(chuàng)造了良好的土壤生態(tài)環(huán)境條件，因而提高了土壤酶的活性。吳其聰?shù)萚45]研究得出秸稈還田后提高了土壤微生物數(shù)量；趙海東等[46]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田可增強(qiáng)土壤酶活性。小麥秸稈比其他秸稈有利于提高制種玉米穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重、產(chǎn)量、可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量。究其原因是小麥秸稈還田后提高了制種玉米田耕作層土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，改善了土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)了制種玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，因而提高了產(chǎn)量和品質(zhì)，這與劉慧嶼等[47]的研究結(jié)論一致，但劉世平等[48]則認(rèn)為，盡管秸稈還田改善土壤質(zhì)量，但并沒有影響作物產(chǎn)量，甚至造成減產(chǎn)，這種變化規(guī)律與本研究不一致。有關(guān)不同作物秸稈還田數(shù)量、C∶N調(diào)整、腐爛時(shí)間、秸稈腐爛對(duì)氮素的消耗問題有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，小麥秸稈發(fā)酵還田降低了制種玉米田容重和pH值，增大了孔隙度和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，提高了田間持水量、CEC、有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀含量、微生物數(shù)量、酶活性、制種玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，在一定程度上能夠抑制制種玉米田土壤質(zhì)量下降，是解決制種玉米產(chǎn)量和品質(zhì)低而不穩(wěn)問題的途徑之一。