玉米秸稈還田配施不同腐熟劑對(duì)小麥氮素利用和產(chǎn)量的影響

摘要 為探究配施不同腐熟劑對(duì)玉米秸稈還田下冬小麥氮素利用及產(chǎn)量的影響，于德州市德城區(qū)黃河涯鎮(zhèn)倪莊村進(jìn)行大田試驗(yàn)，以冬小麥播種前玉米秸稈還田不配施腐熟劑處理為對(duì)照（CK），研究配施不同腐熟劑對(duì)玉米秸稈還田后冬小麥生長及氮素利用和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，T1、T4和T7 3個(gè)處理的開花期和成熟期營養(yǎng)器官氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)能力均優(yōu)于其他處理，另外，T1、T4和T7 3個(gè)處理花后氮素對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率分別比CK處理高19.45%、16.92%和17.32%；T1、T4和T7 3個(gè)處理籽粒產(chǎn)量、氮素吸收效率、氮素利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力4個(gè)指標(biāo)均高于其他處理，此4個(gè)指標(biāo)與其他處理間差異均達(dá)顯著水平，氮素收獲指數(shù)分別比CK高17.39%、20.27%和15.94%，最終較高的氮素吸收利用促成了小麥生長和籽粒產(chǎn)量的提升，T1（8 215.91 kg/hm2）、T7（8 102.02 kg/hm2）和T4（8 060.63 kg/hm2）3個(gè)處理籽粒產(chǎn)量分別比CK高15.35%、13.17%和13.75%?？梢姡衩捉斩掃€田配施腐熟劑可顯著提高作物產(chǎn)量與效益，以T1、T4和T7 3個(gè)處理效果最佳。該研究為魯西北冬小麥-玉米輪作區(qū)玉米秸稈全量還田后促進(jìn)小麥氮素利用和穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供了技術(shù)參考，為德州市“噸半糧”項(xiàng)目的順利完成加油助力。

關(guān)鍵詞 秸稈還田；腐熟劑；氮素利用；產(chǎn)量

中圖分類號(hào) S513；S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）14-0117-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.026

Effect of Corn Straw Returned to Field with Different Maturing Agents on Nitrogen Utilization and Yield of Wheat

WEI Long-xue， PEI Yan-ting， ZHANG Shu-liang et al

（Dezhou Agricultural Science Research Institute， Dezhou， Shandong 253000）

Abstract In order to investigate the effect of different composting agents on nitrogen utilization and yield of winter wheat under corn straw returning to the field， a field experiment was conducted in Nizhuang Village， Huangheya Town， Decheng District， Dezhou City. The experiment used corn straw returning to the field without composting agents as a control （CK） before sowing winter wheat， and corn straw returning to the field was treated with 6 different composting agents，the effects of different composting agents on the growth， nitrogen utilization， and yield of winter wheat after returning corn straw to the field were studied. The results indicated that the nitrogen accumulation and transport capacity of nutrient organs in the flowering and mature stages of T1， T4， and T7 treatments were superior to other treatments. In addition， the contribution rates of nitrogen to grain nitrogen after flowering in T1， T4， and T7 treatments were 19.45%， 16.92% and 17.32% higher than those in CK treatment， respectively;the four indicators of grain yield， nitrogen absorption efficiency， nitrogen utilization efficiency， and nitrogen fertilizer partial productivity in T1， T4， and T7 treatments were all higher than those in other treatments. The differences between these four indicators and other treatments were significant， and the nitrogen harvest index was 17.39%， 20.27% and 15.94% higher than CK， respectively. Finally， higher nitrogen absorption and utilization contributed to the improvement of wheat growth and grain yield. The grain yield of T1 （8 215.91 kg/hm2），T7 （8 102.02 kg/hm2） and T4 （8 060.63 kg/hm2） treatments was 15.35%， 13.17% and 13.75% higher than CK， respectively. It can be seen that returning corn straw to the field with the application of composting agents can significantly improve crop yield and benefits， with T1， T4， and T7 being the best treatments. This study provides a technical reference for promoting nitrogen utilization and stable and high yield of wheat after the full return of corn straw to the field in the winter wheat corn rotation area of northern Shandong， and provides fuel for the smooth completion of the “ton half grain” project in Dezhou City.

Key words Returning straw to the field;Maturing agent;Nitrogen utilization;Yield

基金項(xiàng)目 院內(nèi)重大科研成果培育計(jì)劃“農(nóng)用功能性生物菌劑（肥）的研究與應(yīng)用”；院內(nèi)課題“黃淮海地區(qū)玉米秸稈直接全量腐熟還田技術(shù)研究示范”。

作者簡介 魏龍雪（1988—），女，山東禹城人，農(nóng)藝師，從事作物栽培與育種研究。*通信作者，正高級(jí)農(nóng)藝師，從事作物栽培研究。

收稿日期 2023-08-18

秸稈還田是作物秸稈肥料化利用最簡單有效的途徑。秸稈還田可替代部分氮肥，有利于減少農(nóng)田氮肥施用量，顯著改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、土壤生物活性，增加土壤有機(jī)碳和全氮儲(chǔ)量及碳氮組分含量，提高作物固碳吸氮能力，降低農(nóng)田凈溫室氣體排放強(qiáng)度，可有效提高農(nóng)田生產(chǎn)力，增強(qiáng)麥玉二熟區(qū)作物和土壤固碳固氮能力，對(duì)減少100 cm以下土層硝態(tài)氮累積，改善土壤理化性質(zhì)，增厚耕作層也有明顯效果［1-3］。

秸稈腐解劑是由真菌、細(xì)菌、放線菌等能促進(jìn)秸稈快速分解的微生物組成。秸稈中難以分解的主要成分通過微生物代謝轉(zhuǎn)化為葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等簡單化合物，從而改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善作物生長性能，提高效率和產(chǎn)量［4-5］。與根系相關(guān)的微生物可以改善植物的生長，還可提高作物抗性、適應(yīng)性［6-7］。這可能是因?yàn)樵诟H微環(huán)境中，特定的土壤微生物可利用自身特有的趨化系統(tǒng)感知根系分泌物，通過一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程調(diào)控細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)方向，使細(xì)菌趨近吸引物而趨離排斥物，對(duì)植物的選擇性招募作出響應(yīng)［8-9］。

目前關(guān)于秸稈腐熟劑的研究主要集中在秸稈還田后添加腐熟劑對(duì)作物地上干物重、產(chǎn)量和地下不同土壤類型理化性質(zhì)的影響［10-13］，且多為單一腐熟劑；對(duì)氮素積累量的影響也大多集中表現(xiàn)為品種、施氮量和栽培措施等方面［14-16］。而就山東地區(qū)壤土條件下玉米秸稈全量還田配施不同腐熟劑對(duì)冬小麥氮素利用和產(chǎn)量影響的研究尚鮮見。筆者通過研究不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米秸稈全量還田后冬小麥氮素利用和產(chǎn)量的影響，以期篩選出適于魯西北玉米-冬小麥輪作區(qū)玉米秸稈全量還田的最佳腐熟劑種類，為該區(qū)還田后促進(jìn)秸稈腐解、養(yǎng)分資源高效利用和作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年10月至2022年6月在山東省德州市德城區(qū)黃河涯鎮(zhèn)倪莊村（106°51′E，37°40′N）進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)土壤類型為壤土，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降雨集中在7—9月，試驗(yàn)地前茬作物為玉米，一年兩熟種植，多年秸稈還田。水肥等其他田間管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)地塊。土壤0～20 cm土層基本情況為容重1.32 g/cm3，有機(jī)質(zhì)18.1 g/kg，全氮0.96 g/kg，速效氮54.71 mg/kg，速效磷35.22 mg/kg，速效鉀169.97 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為濟(jì)麥22。

供試腐熟劑種類：T1為阿姆斯生物發(fā)酵劑，粉劑；T2為復(fù)合微生物菌劑，粉劑；T3為金葵子腐稈劑，粉劑；T4為沃土天地VT有機(jī)物料腐熟劑，粉劑；T5為中農(nóng)綠康綠地康腐熟劑，液體；T6為蔚藍(lán)生物源秸寶，粉劑；T7為還田寶，粉劑；上述7種腐熟劑均購自當(dāng)?shù)剞r(nóng)資經(jīng)營店。

供試肥料為尿素（尿素N≥46%，由中國石油天然氣股份有限公司生產(chǎn)）、磷酸二銨（N≥18%，P2O5≥46%，由云南云天化股份有限公司生產(chǎn)）和硫酸鉀（K2SO4≥50%，由鄭州華興化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)8個(gè)處理。以玉米秸稈還田不配施腐熟劑處理為對(duì)照（CK），進(jìn)行玉米秸稈還田與不同腐熟劑配施處理共7個(gè)（T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7），24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積30 m2（2 m×15 m），3次重復(fù)。

試驗(yàn)于2021年10月5日將前茬收獲的玉米秸稈粉碎3～5 cm并配施腐熟劑全量還田（還田量9 000 kg/hm2，深度25 cm）。播種前基施純氮105 kg/hm2，P2O5 150 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，拔節(jié)期追施純氮135 kg/hm2，氮、磷、鉀肥料種類為尿素、磷酸二銨、硫酸鉀。2021年10月5日播種，留苗密度為210萬株/hm2，收獲日期為2022年6月15日，其他管理措施同當(dāng)?shù)仄渌Ｒ?guī)高產(chǎn)田。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。

成熟期選取長勢均勻的1.0 m×1.5 m區(qū)域調(diào)查單位面積穗數(shù)，從中選取30個(gè)單莖調(diào)查穗粒數(shù)和粒重；選取長勢均勻的2.0 m×1.5 m的區(qū)域進(jìn)行人工收割、脫粒，風(fēng)干后調(diào)整含水量為13%得到籽粒產(chǎn)量。

1.4.2 氮素含量。

采用凱氏定氮法測定各器官氮素含量，計(jì)算地上部氮素積累量。

各器官氮素積累量＝各器官氮素含量×各器官干物質(zhì)量

花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量＝開花期植株氮素積累量－成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量

花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率＝花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量／開花期植株氮素積累量×100%

花后氮素積累量＝成熟期植株氮素積累量－開花期植株氮素積累量

花后氮素對(duì)籽粒氮素貢獻(xiàn)率＝花后氮素積累量／成熟期籽粒氮素積累量×100%

氮素吸收效率＝植株氮素積累量／施氮量

氮素利用效率＝籽粒產(chǎn)量／成熟期植株氮素積累量

氮素收獲指數(shù)＝籽粒氮素積累量／植株氮素積累量

氮肥偏生產(chǎn)力＝籽粒產(chǎn)量／施氮量

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007和DPS 17.0數(shù)據(jù)分析軟件整理分析數(shù)據(jù)，采用LSD判別法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，WPS表格制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈腐熟劑對(duì)小麥氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表1可知，開花期營養(yǎng)器官氮素積累量以T7、T4和T1 3個(gè)處理較高，這3個(gè)處理與其他處理間差異達(dá)顯著水平，且3個(gè)處理間差異不顯著，CK最低，T6次之，T7、T4和T1３個(gè)處理分別比CK高15.44%、15.19%和14.90%；成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量T1、T7、T4 3個(gè)處理高于其他處理，且3個(gè)處理間無顯著差異，3個(gè)處理分別比CK高23.83%、22.99%和22.31%。開花前營養(yǎng)器官貯藏氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量表現(xiàn)為T1、T7和T4 3個(gè)處理較高，處理CK最低，T6次之，T1、T7和T4 3個(gè)處理間差異不顯著且與CK、T6間差異達(dá)顯著水平，分別比CK處理高36.01%、35.42%和34.28%；開花前營養(yǎng)器官貯藏氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)效率表現(xiàn)為T4、T7和T1 3個(gè)處理較高，處理CK最低，三者間差異顯著，分別比處理CK高19.58%、18.46%和18.41%?；ê蟮貙?duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為T1、T7和T4 3個(gè)處理較大，處理CK貢獻(xiàn)率最小，T6次之，T1、T7和T4 3個(gè)處理間差異不顯著且與CK、T6間差異達(dá)顯著水平，分別比CK處理高19.45%、17.32%和16.92%。

2.2 小麥籽粒產(chǎn)量和氮素利用分析

由表2可知，籽粒產(chǎn)量和氮素利用在8個(gè)處理間差異顯著。T1、T7和T4這3個(gè)處理籽粒產(chǎn)量、氮素吸收效率、氮素利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力4個(gè)指標(biāo)均高于其他處理，此4個(gè)指標(biāo)與其他處理間差異均達(dá)顯著水平，且4個(gè)指標(biāo)3個(gè)處理間差異均不顯著，處理CK的籽粒產(chǎn)量、氮素吸收效率、氮素利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力4個(gè)指標(biāo)均最低，T6均次之。T1、T7和T4 3個(gè)處理的籽粒產(chǎn)量分別比CK高15.35%、13.75%和13.17%；T1、T7和T4 3個(gè)處理的氮素吸收效率分別比CK高42.86%、37.66%和36.36%；氮素利用效率分別比CK高16.29%、17.09%和15.63%；氮素收獲指數(shù)分別比CK高17.39%、15.94%和20.29%；氮肥偏生產(chǎn)力分別比CK高16.82%、16.75%和15.46%。這表明較其他處理，尤其是CK，T1、T7和T4 3個(gè)處理具有更高的氮素吸收能力和氮素利用能力，加之較高的氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力，從而利于獲得較高籽粒產(chǎn)量。

3 討論

Zhou等［17］認(rèn)為小麥籽粒中的氮素約64.7%來自開花前貯藏在營養(yǎng)器官中氮素的再轉(zhuǎn)運(yùn)，約35.3%來自花后的氮素吸收。張宇杰等［18］研究表明秸稈還田下，水氮耦合對(duì)水稻氮素吸收利用及產(chǎn)量有顯著影響，認(rèn)為秸稈還田釋放氮素營養(yǎng)，提高拔節(jié)期后的水稻地上部氮素積累量5.15%～53.21%和成熟期葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)能力，提高穗部氮素吸收量4.93%～43.91%，最終增產(chǎn)9.62%～18.33%。施氮促進(jìn)了秸稈養(yǎng)分釋放，提高了水稻植株氮素吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)能力，增加了有效穗數(shù)并顯著增產(chǎn)16.21%～28.31%。該研究中，除T6外，配施不同秸稈腐熟劑的各處理氮素吸收和利用效率，與CK處理間均存在顯著差異，尤其是T1、T4和T7處理的開花期、成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量和花前營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)率均較其他處理有所增加，且花后氮素積累量及其對(duì)籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率顯著提高。由此可知，秸稈腐熟劑添加施用條件下，成熟期籽粒氮素積累量的增加主要源于花前和花后氮素吸收量的增加。這與劉運(yùn)景等［19］優(yōu)化產(chǎn)量形成過程與氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程的耦合匹配結(jié)論有異曲同工之處。

4 結(jié)論

與玉米秸稈全量還田相比，配施秸稈腐熟劑提高了小麥籽粒產(chǎn)量，主要得益于單位面積有效穗數(shù)的增加。與此同時(shí)，配施秸稈腐熟劑通過提高花后氮素吸收量，改善了氮素吸收效率和氮素利用率，保障籽粒氮素供應(yīng)，提高了單位面積籽粒氮素積累量，且其提高幅度與其相應(yīng)單位面積穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量增幅相近，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量、氮素利用效率的雙提高，且不同秸稈腐熟劑配施處理下小麥氮素吸收、利用表現(xiàn)不一，進(jìn)而導(dǎo)致氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和貢獻(xiàn)不一，最終影響小麥籽粒產(chǎn)量。

T1（阿姆斯）、T7（還田寶）和T4（沃土天地）3個(gè)處理花前營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，提高了開花前營養(yǎng)器官氮素積累向籽粒的轉(zhuǎn)移，加之花后氮素積累也較高，從而進(jìn)一步增加成熟期籽粒氮素積累量。更高的氮素吸收能力和氮素利用能力，加之較高的氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力，從而T1、T4和T7 3個(gè)處理的籽粒產(chǎn)量高于其他處理和對(duì)照，在一定程度上表明這3個(gè)秸稈腐熟劑，對(duì)德州地區(qū)玉米單季全量還田后的小麥產(chǎn)量提高具有一定積極作用，并最終服務(wù)于德州市“噸半糧”項(xiàng)目建設(shè)順利實(shí)施和小麥玉米周年生產(chǎn)區(qū)糧食穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。

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