秸稈還田配施腐熟劑對小麥生長發(fā)育及土壤理化性狀的影響

宋建宇, 張書紅, 周群生, 李 慧, 劉銳杰

(河南心連心化學工業(yè)集團股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731)

秸稈是農產品收獲后的副產物,我國是農業(yè)生產大國,秸稈種類多、數(shù)量大[1]。目前,大部分秸稈來自玉米、小麥、水稻等。我國秸稈年產量超800 Mt,居世界首位[2],秸稈還田已成為世界各國關注的問題[3]。農作物秸稈含有氮、磷、鉀、微量元素等養(yǎng)分,是一種可持續(xù)利用的生物資源。秸稈還田是促進農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的重要措施之一,可以有效增加土壤有機質含量,但在自然狀態(tài)下,秸稈的降解速率較慢[4-6]。近年來,玉米秸稈還田量逐年增加,因不能及時腐熟分解,導致土壤中有機酸含量逐漸增加,影響小麥的正常生長,同時秸稈攜帶的蟲卵、病原體及草籽等會加重小麥病蟲草害,嚴重時影響產量[7-9],但可以通過增施秸稈腐熟劑來減少危害。秸稈促腐還田作為秸稈綜合利用的重要方式之一備受關注,前期的研究表明,增施秸稈腐熟劑可顯著加快秸稈腐解速率,使土壤肥力得到提高,減輕秸稈對小麥生長的危害[10-12],但田間條件下秸稈配施腐熟劑后的作用依然存在爭議。因此,本文探究了秸稈還田配施腐熟劑對小麥生長發(fā)育的影響,以期為秸稈綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2021年10月—2022年5月,在河南心連心化學工業(yè)集團股份有限公司流轉土地進行(35°05′～35°24′ N,113°42′～114°04′E),供試土壤為壤土,前茬作物為玉米,實行玉米、小麥輪作制。

1.2 試驗材料

供試肥料為小麥專用肥(25-13-7)、尿素(含氮質量分數(shù)為46%),由河南心連心化學工業(yè)集團股份有限公司提供。HSSW、YMSW、JSSW、WBSW等4種秸稈腐熟劑的用量為2 kg/畝(1畝=667 m2)[13],配施尿素10、20 kg/畝。選用玉米秸稈全量還田,莖段粉碎至3.5 cm以下,秸稈還田量為22 500 kg/hm2。

1.3 試驗設計

試驗設10個處理(見表1),每個處理3次重復。區(qū)組內地形、土壤等條件基本一致,每個處理占地總面積為1畝 (66.7 m ×10 m)。2022年10月16日,先后完成秸稈腐熟劑、尿素、小麥專用肥的施用,開始旋耕翻埋0～20 cm土層;10月17日播種,結合微噴、吊噴等方式澆水潤濕。試驗區(qū)四周設保護行,距離試驗區(qū)2 m,農事操作管理方法相同。

表1 試驗設計

1.4 測定項目

采用5點取樣法,采集深度0～20 cm的土壤,對其理化性狀進行分析。土壤自然風干,研磨后過篩,測定土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、堿解氮、有機質、有效磷、速效鉀及全氮含量;凱氏定氮法測定全氮含量,堿解擴散法測定堿解氮含量,火焰光度法測定速效鉀含量,0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提比色法測定有效磷含量,靛酚藍比色法測定銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量,Superfloc 127溶液法測定有機質含量。

定期對各處理的土壤溫度、秸稈腐熟程度進行調查,調查頻率保持一致。土壤溫度用便攜式溫濕度計測量;根據(jù)已研究調查秸稈的腐解程度[14],需觀察秸稈顏色(1-中黃、2-微黃、3-褐黃、4-黑黃)、測量手感軟化程度(1-硬、2-微軟、3-軟、4-腐爛),均按4個等級進行排序,腐熟程度按各項目等級的積確定,數(shù)值越大,腐熟程度越好。

小麥成熟后,每個處理測定3個樣方穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質量;對每個處理進行單打單收,計算出畝產量或樣方取樣進行測產。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013 軟件對數(shù)據(jù)進行處理及分析,采用GraphPad Prism 8軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤溫度的影響

不同處理對土壤溫度的影響見圖1。

圖1 不同處理的土壤溫度

從圖1可知,相同時期各處理間的溫度差異不大,不同時期各處理的土壤溫度呈先降低后升高的趨勢。特別是在越冬期,土壤溫度為3 ℃左右,高于環(huán)境溫度,說明秸稈還田能夠調節(jié)土壤溫度[15],土壤溫度升高可減緩冬季土壤溫度過低對作物根系或分蘗節(jié)產生的凍害[16]。

2.2 不同處理對秸稈腐熟程度的影響

不同處理對秸稈腐熟程度的影響見表2。

表2 不同處理的秸稈腐熟程度

由表2可知：整個試驗共進行6次腐熟情況調查,受每次所取樣品存在局限性的影響,T6處理的表現(xiàn)最為穩(wěn)定,呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢,同時高于不添加腐熟劑的處理;施用的腐熟劑相同而尿素配施量不同的處理中,每畝配施20 kg尿素的處理整體表現(xiàn)優(yōu)于每畝配施10 kg的;施用YMSW腐熟劑并配施20 kg尿素,在促進秸稈腐熟上的效果最好。

施用不同的腐熟劑,小麥秸稈腐解程度不同,而配施尿素可以調節(jié)碳氮比,有利于微生物的生長,進而提高秸稈腐解率。說明尿素與腐熟劑一同施用能夠促進秸稈的腐熟程度,對秸稈全量還田是可行的,試驗結果與前人的研究結果一致[17-18]。

2.3 不同處理對小麥產量指標的影響

不同處理對小麥產量指標的影響見表3。

由表3可知：T6處理的千粒質量最高,表明腐熟劑YMSW優(yōu)于其他的腐熟劑;不同尿素配施量的處理中,配施20 kg尿素的處理較配施10 kg的表現(xiàn)好。T6處理的單株穗數(shù)、畝穗數(shù)、穗粒數(shù)雖不占優(yōu)勢,但整體表現(xiàn)最為突出,說明施用腐熟劑有利于小麥生長發(fā)育,同時配施尿素的效果更為明顯[19-20]。試驗中存在配施腐熟劑的小麥產量低于常規(guī)秸稈還田的,可能是因為腐熟劑對生存環(huán)境中的溫度、pH、通氣狀況等要求嚴格,一旦供試土壤的環(huán)境不適合腐熟劑中功能微生物的生存,腐熟劑就較難發(fā)揮作用[20-21],因此選擇適宜的腐熟劑至關重要。

2.4 不同處理對土壤理化性狀的影響

不同處理對土壤理化性狀的影響見表4。

表4 不同處理的土壤理化性狀

從表4可以看出：施用秸稈腐熟劑處理的土壤中全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、有機質等養(yǎng)分的含量高于不施用腐熟劑處理的;施用秸稈腐熟劑的各處理的養(yǎng)分含量差異不明顯,但整體上T6處理的效果較優(yōu)。試驗結果說明施用秸稈腐熟劑后,秸稈中養(yǎng)分在一定程度上得到了釋放,土壤中的養(yǎng)分含量也有不同程度的增加,這與前人的研究結果一致[22-23]。

3 討論

前人的研究結果表明：秸稈全量還田配施一定量氮肥后,土壤碳氮比顯著增加,從而加速了土壤中有機質和礦質養(yǎng)分的分解,使土壤酶活性提高,可提供充足的養(yǎng)分供應作物生長[24];微生物固持氮素的關鍵因素是土壤的碳氮比,添加氮肥可提供秸稈腐解所需氮源,加速秸稈腐解,增加作物根系分泌物及生物量,保障苗期養(yǎng)分需求,提高產量[25]。本試驗在相同秸稈還田量下配施了10、20 kg尿素,配施20 kg尿素處理的秸稈腐熟程度與小麥產量表現(xiàn)出優(yōu)勢,與前人研究結論一致[26]。這可能是因為配施的尿素在秸稈還田降解過程中補充了氮源,能調控碳氮比,土壤微生物活性得到提高,從而促進了秸稈降解[24-25]。

4 結語

秸稈還田具有調節(jié)土壤溫度的作用。T6處理與其余處理相比,促進秸稈腐熟程度最為穩(wěn)定,土壤溫度呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。此外,每畝配施20 kg尿素優(yōu)于配施10 kg尿素,秸稈的腐熟效果更好,能明顯提高小麥的產量。

施用秸稈腐熟劑處理的土壤中,全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、有機質等養(yǎng)分的含量均有所增加,其中T6處理的優(yōu)勢最為明顯,因此施用YMSW腐熟劑效果較理想。

秸稈還田可增加下茬作物的產量[27],而秸稈腐熟劑具有節(jié)本增效、簡單方便的特點,有助于土壤改良,可減少化肥使用量,保護環(huán)境[28-29]。但需要注意,只有選擇適宜的腐熟劑才能提高秸稈還田效果,促進作物增產增收。高質量實現(xiàn)秸稈綜合利用是踐行農村綠色發(fā)展的重要舉措,可為推動農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供保障。