不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤理化特性及玉米產(chǎn)量的影響

中圖分類號(hào)：S513：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2025）06-0055-09

AbstractIn order to explore the effects of tillage measures and straw returning methods on soil physicochemical characteristics and corn yield，a two-year field positioning experiment was conducted by seting five treatments including rotary tillage with no straw returning （CK），rotary tillage with crushed straw returning （RTS），rotary tillage with straw biochar returning（RTB），deep tillage with crushed straw returning（DPS）， and deep tillage with straw biochar returning（DPB）. The effcts of the five treatments on soil physical structure，nutrient content，enzyme activity and corn yield were studied.The results showed that compared with CK，all the tilage and straw returning treatments could improve soil structure，and increase soil nutrient content， enzyme activity and corn yield. The proportion of 0.25～1mm particle size aggregates under RTB and DPB treatments significantly increased by 5.44% and 6.16% compared to CK，while that of 1～2mm particle size aggregates under DPB and DPS treatments significantly increased by 9.59% and 7.74% ，respectively. The proportion of gt;2 mm particle size aggregates under DPB treatment significantly increased by 5.48% compared to CK. The R_gt;0.25 value of soil aggregates under DPS and DPB treatments significantly increased by 5.25% and 5.35% compared to CK，respectively. The mean weight diameter （MWD） value of RTB and DPB treatments significantly increased by 6.67% and 11.11% compared to CK，respectively. The organic matter，available phosphorus and available potassium contents in soil treated by RTB and DPB significantly increased by （20 8.34% ， 7.75% and 9.48% ，and 10.06% ， 5.33% ，and 6.32% ，respectively compared to CK. The DPB treatment significantly increased the activities of soil urease，sucrose，catalase and alkaline phosphatase compared to CK. The corn yield under different treatments showed DPB gt; RTB gt; DPS gt; RTS gt; CK（in 2023）. Correlation analysis results showed that there were very significant positive correlations between corn yield and soil porosity and urease activity，but a very significant negative corelation between corn yield and soil bulk density，indicating hat corn yield was greatly influenced by soil structure and enzymes activities. In summary，compared with CK，different tilage measures and straw returning methods could improve soil structure，soil quality and corn yield，and the treatment of deep tilage with straw biochar returning performed relatively well.

KeywordsTillage measure； Straw returning； Biochar； Soil physicochemical characteristics； CornYield

玉米位列我國(guó)四大糧食作物之首，全國(guó)各地均有種植，它不僅是重要的糧食作物，還是飼料加工、制糖釀酒以及石油化工等行業(yè)的重要原料，對(duì)國(guó)家糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著不可替代的重要作用。化肥對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率達(dá) 35%～66% ，是玉米等農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要影響因素之一[1]但長(zhǎng)期施用化肥會(huì)引起土壤養(yǎng)分失衡和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)變差和土壤質(zhì)量退化，過(guò)量施肥等不合理的施肥方式甚至導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)，反而不利于作物增產(chǎn)和品質(zhì)改善。

受能源結(jié)構(gòu)改變的影響，農(nóng)作物收獲后的秸稈有機(jī)廢棄物不再是農(nóng)村生活中的主要燃料來(lái)源，常出現(xiàn)季節(jié)性、區(qū)域性和結(jié)構(gòu)性的過(guò)?，F(xiàn)象，有的甚至被遺棄在鄉(xiāng)村溝河之中，既造成資源的浪費(fèi)又污染了環(huán)境[2]。秸稈含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素。秸稈還田能夠提高土壤肥力，改善土壤質(zhì)量，提高土壤水分利用率等，有利于作物增產(chǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)秸稈的廢物再利用。生物炭由生物材料在缺氧條件下通過(guò)高溫?zé)峤馓蓟?，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔隙度高、有機(jī)碳高等特點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物資源化利用的又一重要途徑[3]。生物炭還田同樣可以改良土壤結(jié)構(gòu)，提升地力，促進(jìn)作物增產(chǎn)增收，但不同的生物炭來(lái)源及土質(zhì)狀況均影響生物炭的還田效果[4]

另外，不同耕作措施對(duì)土壤的微環(huán)境、理化性質(zhì)、養(yǎng)分狀況及植株生長(zhǎng)的影響亦存在差異[5]旋耕可以減少田間雜草數(shù)量，改善表層土壤結(jié)構(gòu)，有利于其通氣透水；而深翻可以打破犁底層，改善王壤耕層狀態(tài)，有效增加深層土壤的通透性和持水性，有利于植株根系生長(zhǎng)和后期增產(chǎn)

當(dāng)前有關(guān)不同耕作措施及秸稈還田方式組配對(duì)玉米地土壤特性及產(chǎn)量影響方面的研究報(bào)道較少。因此，本試驗(yàn)通過(guò)設(shè)置不同耕作措施及秸稈還田方式組配處理，研究其對(duì)土壤物理性狀、團(tuán)聚體粒級(jí)分布狀況、團(tuán)聚體穩(wěn)定性、養(yǎng)分狀況、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響，并對(duì)玉米產(chǎn)量與土壤物理結(jié)構(gòu)和酶活性指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，以期為不同耕作措施與秸稈還田方式組配對(duì)土壤微環(huán)境影響的機(jī)理研究和玉米可持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)栽培提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)于2022年6月—2023年10月在試驗(yàn)基地（ 36^°35^′N，115^°67^′E） 進(jìn)行試驗(yàn)地位于省中西部，屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫 13.8°C ，年均降水量 550mm ，無(wú)霜期235d ，年均日照時(shí)長(zhǎng) 2350h 。供試土壤為潮土，0～20cm 土層土壤含速效氮 48.64mg/kg 速效磷

58.16mg/kg 速效鉀 122.50mg/kg 、有機(jī)質(zhì)8.84 g/kg ，孔隙度 49.85% ，容重 1.42g/cm³ ， pH 值 8.16。試驗(yàn)地種植制度為玉米-小麥輪作。

供試玉米、小麥品種分別為鄭單958（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供）、濟(jì)麥22（省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)處理，即旋耕秸稈不還田（CK）、旋耕秸稈粉碎還田（RTS）、旋耕秸稈生物炭還田（RTB）、深翻秸稈粉碎還田（DPS）、深翻秸稈生物炭還田（DPB），重復(fù)3次。小區(qū)面積 60m² （長(zhǎng) 10m ，寬 6m ），中間走道0.8m 。試驗(yàn)地周邊設(shè) 3m 寬保護(hù)帶。

小麥?zhǔn)斋@后，秸稈粉碎還田處理是先用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎，然后進(jìn)行旋耕或深翻處理；秸稈生物炭還田各處理是小麥秸稈回收后進(jìn)行稱重以及氮磷鉀碳含量測(cè)定，按照等碳量施肥原則，施用小麥秸稈生物炭；秸稈不還田處理是人工移走地面上的小麥秸稈。旋耕處理是指通過(guò)旋耕機(jī)直接旋耕約 15～20cm 深土層土壤；深翻處理是指先通過(guò)燕尾犁翻耕約 25～30cm 深土層土壤，再通過(guò)旋耕機(jī)進(jìn)行旋耕處理。小麥秸稈：全氮2.98g/kg 、全磷 0.94g/kg 、全鉀 11.34g/kg 、有機(jī)碳368.92g/kg ；小麥秸稈生物炭：小麥秸稈 500^°C 高溫?zé)o氧裂解 ，全氮 2.32g/kg 全磷 0.75g/kg ，全鉀 10.16g/kg 、有機(jī)碳 434.32g/kg 。

玉米生育期為6月10日 ～9 月28日，種植密度為64000 株 /hm² ，施肥量為復(fù)合肥（ $＼Nu ： { ＼sf P } _ { 2 } ＼bf { O } _ { 5 }$ K₂O=15：15：15）750kg/hm² ，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。小麥季無(wú)特殊處理，均與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣一致。

1.3 樣品采集

玉米收獲前一天，采用5點(diǎn)取樣法用土鉆采集 0～20cm 土層土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室后分為兩部分：一部分置于 4^°C 冰箱，用于土壤酶活性分析;一部分自然陰干后用于土壤團(tuán)聚體、理化性質(zhì)測(cè)定。同時(shí)，用環(huán)刀采集 0～20cm 土層土壤，用于土壤容重、孔隙度測(cè)定。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1土壤理化性狀測(cè)定土壤容重、孔隙度均采用環(huán)刀法測(cè)定，土壤團(tuán)聚體采用干篩法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量和 pH 值分別采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法、堿解擴(kuò)散法 0.5mol/LNaHCO₃ 法、 NH₄OAc 浸提-火焰光度法和水土比法測(cè)定[]；土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶活性分別采用苯酚鈉比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法、高錳酸鉀滴定法、磷酸苯二鈉比色法測(cè)定[8]。土壤大粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ R_gt;0.25 ）、平均重量直徑（MWD）、平均幾何直徑（GWD）計(jì)算公式如下：

R_gt;0.25（%）=M_rgt;0.25/M_r×100;

式中： M_rgt;0.25 表示粒徑 gt;0.25mm 團(tuán)聚體質(zhì)量; M_T 表示團(tuán)聚體總質(zhì)量； X_i 表示某粒級(jí)團(tuán)聚體平均直徑； W_i 表示某粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.4.2 玉米產(chǎn)量小區(qū)玉米全部收獲后測(cè)產(chǎn)，然后折算為公頃產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用MicrosoftExcel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與圖表制作，用DPS9.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤物理性狀的影響

由圖1可知，不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤容重、孔隙度的影響具有較大差異。與CK相比，不同耕作與秸稈還田處理均可降低土壤容重，提高土壤孔隙度。其中，DPB處理土壤容重顯著低于CK，降幅達(dá) 5.48% ，與其他處理差異不顯著。不同處理土壤容重表現(xiàn)為 CKgt;RTSgt;DPSgt;RTBgt; DPB。不同處理土壤孔隙度較CK提高 0.91% 23.68% ，但均無(wú)顯著差異，各處理土壤孔隙度表現(xiàn)為 DPBgt;RTBgt;DPSgt;RTSgt;CK

2.2 不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤團(tuán)聚體粒級(jí)分布的影響

不同耕作與秸稈還田處理土壤團(tuán)聚體粒級(jí)分布見(jiàn)表1。各處理土壤 0.25～1mm 粒徑團(tuán)聚體比例均最高，范圍為 36.19%～38.42% ;其次是1＼～2mm ，范圍為 22.10%～24.22% lt;0.053mm 粒徑團(tuán)聚體比例最低，范圍僅為 10.33%～12.42% 。與CK相比，不同耕作與秸稈還田處理均可提高土壤0.25～1，1～2，2mm 粒徑團(tuán)聚體比例，顯著降低 lt;0.053.0.053～0.25mm 粒徑團(tuán)聚體比例。其中，RTB、DPB處理土壤 0.25～1mm 粒徑團(tuán)聚體比例分別顯著提高 5.44%.6.16% ，DPB、DPS處理1～2mm 粒徑團(tuán)聚體比例分別顯著提高 9.59% ！7.74% ，DPB處理 gt;2mm 粒徑團(tuán)聚體比例顯著提高 5.48% ；不同處理 lt;0.053.0.053～0.25mm 粒徑團(tuán)聚體比例分別顯著降低 14.98%～16.83% ！9.55%～13.65% 。

柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著（ Plt;0.05） U

2.3 不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

不同耕作與秸稈還田處理土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性差異見(jiàn)表2。與CK相比，不同耕作與秸稈還田處理均可提升土壤團(tuán)聚體大粒徑比例（ R_gt;0.25 值、MWD值、GWD值）。其中，DPS、DPB處理土壤團(tuán)聚體 R_gt;0.25 值分別顯著增長(zhǎng) 5.25%.5.35%; RTB、DPB處理土壤MWD值分別顯著增加 6.67% ！11.11% ;不同處理土壤GWD值顯著增加 6.45% ＼～25.81% 。不同處理中，DPB 處理土壤團(tuán)聚體 R_gt;0.25 值、MWD 值、GWD 值均最高，其中 MWD 值較RTS、DPS處理分別顯著增長(zhǎng) 8.70%.6.38% ，GWD值較RTS、RTB、DPS處理分別顯著增長(zhǎng) 18.18% ！5.41% 、 8.33% ;RTS處理土壤團(tuán)聚體 R_gt;0.25 值、MWD值、GWD值均最低，其中GWD值與各處理差異顯著。

2.4 不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤養(yǎng)分及pH值的影響

由表3可以看出，不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤養(yǎng)分含量存在顯著影響，對(duì)土壤 pH 值影響不顯著。不同耕作與秸稈還田處理均可提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量。與CK相比，RTB、DPS、DPB處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著提高 8.34%?8.80%?10.06% ;RTB、DPB處理土壤速效磷、速效鉀含量分別顯著提高 7.75% ！5.33% 和 9.48%.6.32% ；各處理土壤速效氮含量間無(wú)顯著性差異。不同處理中，DPB處理土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮含量以及RTB處理土壤速效磷、速效鉀含量均最高。其中，DPB處理土壤有機(jī)質(zhì)含量較RTS處理顯著高出 5.59% ;RTB處理土壤速效磷含量較RTS處理顯著提高 6.18% ，速效鉀含量較DPS處理顯著高出 5.77% ；其他處理各指標(biāo)間均無(wú)顯著差異

2.5 不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤酶活性的影響

不同耕作與秸稈還田方式對(duì)土壤酶活性存在顯著影響（表4）。與CK相比，不同耕作與秸稈還田處理均可不同程度地提高土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶以及堿性磷酸酶活性。除RTS處理土壤蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶活性以及DPS處理土壤過(guò)氧化氫酶活性與CK差異不顯著外，其他處理土壤酶活性均顯著高于CK。不同處理中，DPB處理土壤脲酶、堿性磷酸酶活性以及RTB處理土壤蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性均最高。其中，DPB處理土壤脲酶活性較RTS、DPS處理分別顯著提高 15.18%.11.21% ，RTB處理土壤脲酶活性也均顯著高于RTS、DPS處理；DPB處理土壤堿性磷酸酶活性較RTS處理顯著提高 7.02% ;RTB處理土壤蔗糖酶活性較RTS處理顯著提高 5.23% ;其他處理土壤各指標(biāo)間均無(wú)顯著性差異

2.6 不同耕作與秸稈還田方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

不同耕作與秸稈還田方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響見(jiàn)圖2。2022年，DPB處理玉米產(chǎn)量最高，較CK顯著提高 6.27% ，與其他處理差異不顯著；各處理玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為DPBgt;DPSgt;RTB gt; RTS 。2023年，RTB、DPS、DPB處理玉米產(chǎn)量分別較CK顯著提高 8.13%，6.16%，10.56% ，RTS處理與CK差異不顯著；不同處理中，DPB處理玉米產(chǎn)量較RTS處理顯著提高 5.88% ，其他秸稈還田處理間差異不顯著；各處理玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為 DPBgt;RTBgt;DPSgt; RTSgt;CK 。

2.7 不同處理下各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

玉米產(chǎn)量與土壤物理性狀及酶活性指標(biāo)間的相關(guān)性分析結(jié)果（表5）顯示，玉米產(chǎn)量與土壤孔隙度、脲酶活性均呈極顯著正相關(guān)，與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶活性均呈顯著正相關(guān)，與蔗糖酶活性呈正相關(guān)但未達(dá)顯著水平。表明土壤透氣性越好、酶活性越高越有利于提高玉米產(chǎn)量。土壤容重與土壤孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶活性均呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤孔隙度與土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶活性均呈顯著正相關(guān)。表明土壤物理結(jié)構(gòu)與土壤酶活性間關(guān)系密切。

3討論與結(jié)論

3.1 秸稈還田對(duì)土壤理化性狀的影響

王壤容重反映土壤的緊實(shí)度和持水性，王壤孔隙度反映土壤的通氣性和透水性，是土壤質(zhì)量和土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的重要參考指標(biāo)，二者關(guān)系密切，共同影響土壤養(yǎng)分、水分、空氣和溫度，進(jìn)而間接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和后期產(chǎn)量品質(zhì)等[9]。秸稈還田能夠降低土壤容重，增加土壤孔隙度，但 0～ 20cm 深度的秸稈還田易導(dǎo)致秸稈腐熟不完全，并降低種子出苗率， 20～40cm 深度的秸稈還田更有利于秸稈充分腐熟，同時(shí)能夠一定程度地緩解土壤板結(jié)[10]。徐瑩瑩等[1]研究指出，玉米秸稈還田可有效降低土壤容重并增加土壤孔隙度；秸稈翻入的深度同樣能夠影響土壤容重和土壤孔隙度，深翻較淺旋更有利于降低土壤容重、增加土壤孔隙度。韓成衛(wèi)等[12]研究得出，秸稈還田與土壤深松能夠顯著降低土壤容重，破除土壤板結(jié)。本研究得出，與CK相比，不同耕作與秸稈還田處理均能不同程度地降低土壤容重、增加土壤孔隙度。這可能是因?yàn)榻斩掃€田有利于土壤團(tuán)聚體尤其是大的土壤團(tuán)聚體的形成，增加土壤通氣性，提高土壤孔隙度，進(jìn)而降低土壤容重[13]。土壤通透性的增加，可以提高微生物活性，微生物活性的增加又能反過(guò)來(lái)促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成，更進(jìn)一步增加土壤孔隙度和降低土壤容重。另外，與土壤相比，作物秸稈密度小，還田后也可以在一定程度上降低土壤容重[14]。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，深翻秸稈生物炭還田處理土壤容重顯著低于CK，這除了與耕作方式有關(guān)外，還可能是因?yàn)榻斩捲诟邷亓呀鈺r(shí)產(chǎn)生較多的空隙，從而增加土壤孔隙度并降低土壤容重[15]

土壤團(tuán)聚體是組成土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，其數(shù)量的多少和質(zhì)量的高低能夠表征土壤的理化性狀和養(yǎng)分供儲(chǔ)狀況[16]。團(tuán)聚體按粒徑大小可分為 lt;0.053.0.053～0.25.0.25～2.00.gt;2.00mm 四級(jí)，其中大粒徑團(tuán)聚體尤其是粒徑 0.25mm 以上的團(tuán)聚體是土壤養(yǎng)分的主要儲(chǔ)存庫(kù)和微生物活動(dòng)的重要微環(huán)境[17]。團(tuán)聚體的穩(wěn)定性關(guān)系到土壤通透性和養(yǎng)分傳輸能力，對(duì)土壤理化性狀和植株生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響。 R_gt;0.25 值、MWD值、GWD值是表征土壤團(tuán)聚體大小分布狀況和土壤結(jié)構(gòu)的重要參考指標(biāo)，其變化規(guī)律與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有正相關(guān)關(guān)系，值越大表明土壤粒徑團(tuán)聚化程度越高，土壤團(tuán)聚體越具有穩(wěn)定性，反之亦然[18] C土壤團(tuán)聚體主要由動(dòng)植物殘?bào)w、微生物及其分泌物與土壤顆粒結(jié)合而成，受耕作制度、植物秸稈等外源有機(jī)物尤其是有機(jī)碳還田量、微生物活力、土壤類型等多種因素的綜合影響。田慎重等[19]研究得出，秸稈還田是影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要因壤團(tuán)聚體的形成，提高大團(tuán)聚體含量。物衛(wèi)右等[21]研究指出，施用生物炭 20t/hm² 能夠提高土壤 gt;2mm 粒徑團(tuán)聚體占比，較不施用生物炭的對(duì)照增加 20.00% ，土壤團(tuán)聚體MWD值、GWD值分別較對(duì)照增加 17.60%?24.31% 。孟慶英等[22]研究認(rèn)為，土壤團(tuán)聚體MWD值隨秸稈還田量的增加而增加，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也隨之增強(qiáng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與CK相比，不同耕作與秸稈還田處理均可提高土壤 0.25～1，1～2，2mm 粒徑團(tuán)聚體比例，顯著降低 lt;0.053.0.053～0.25mm 小粒徑團(tuán)聚體比例，促進(jìn)土壤通風(fēng)透氣，并提高土壤團(tuán)聚體R_gt;0.25 值、MWD值和GWD值?？梢?jiàn)，秸稈還田和生物炭還田均能促進(jìn)土壤大粒徑團(tuán)聚的形成，并提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，這是因?yàn)榻斩掃€田后的腐解過(guò)程中向土壤釋放有機(jī)碳、腐殖酸等有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)具有膠結(jié)作用，它們將粉黏團(tuán)聚體膠結(jié)成大團(tuán)聚體[23]。另外，秸稈腐解過(guò)程中土壤微生物活動(dòng)得到增強(qiáng)，土壤酶活性得到提高，促進(jìn)秸稈腐殖質(zhì)等膠結(jié)物質(zhì)向土壤中釋放，促進(jìn)大團(tuán)聚體在土壤中占比的提高，并有利于土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定[24]。生物炭一方面作為膠結(jié)物質(zhì)，可促進(jìn)粒徑小的團(tuán)聚體向粒徑大的團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化，以促進(jìn)更具有穩(wěn)定性的大團(tuán)聚體的形成，另一方面生物炭可通過(guò)與土壤中的有機(jī)物、礦物質(zhì)等發(fā)生交互作用形成有機(jī)礦物復(fù)合體，進(jìn)一步促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成[25]。另外，生物炭在改善土壤微環(huán)境的同時(shí)，增加土壤有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分，刺激真菌、放線菌等微生物活性的提高，微生物的活動(dòng)及其分泌物促進(jìn)粒徑 0.25mm 以上團(tuán)聚體的形成，增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性[26]。王俊等[27]研究發(fā)現(xiàn)，與秸稈還田結(jié)合旋耕相比，秸稈還田結(jié)合深耕時(shí) 0.25mm 以上團(tuán)聚體含量增加 10.6% ，土壤團(tuán)聚體GMD值明顯增加，更有利于團(tuán)聚體的穩(wěn)定。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在均為秸稈還田或生物炭還田條件下，深翻較旋耕更有利于土壤粒徑 0.25mm 以上團(tuán)聚體的形成和土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的提高，與前人研究結(jié)論一致。這是因?yàn)樯钸€田（深翻）在淺還田（旋耕）的基礎(chǔ)上提高了深層土壤通透性，并為深層土壤提供了更多的有機(jī)質(zhì)，微生物活動(dòng)更加頻繁，更有利于土壤膠結(jié)物質(zhì)的產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)小團(tuán)聚體向大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化[28]。

有機(jī)質(zhì)作為土壤活性物質(zhì)，其含量高低與植物的生長(zhǎng)速度和產(chǎn)量密切相關(guān)。氮磷鉀作為植物生長(zhǎng)所必需的大量元素，是植物健康生長(zhǎng)的先決條件，它們能在一定水平上反映土壤的肥力狀況[29]。趙海成等[30]研究指出，秸稈和生物炭還田均能提高鹽堿地土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、速效磷含量，改善土壤肥力狀況，并提高水稻產(chǎn)量。慕平等[31]研究認(rèn)為，秸稈還田能夠增加 30cm 以內(nèi)土層土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷元素含量，提升土壤肥力，并有利于玉米增產(chǎn)。本研究結(jié)果表明，在旋耕和深翻條件下，秸稈和生物炭還田均能不同程度地提高土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀速效養(yǎng)分含量，且部分達(dá)顯著差異水平，與前人研究結(jié)論一致。這是因?yàn)樯罘碳ち宋⑸锘钚缘奶岣?，微生物活?dòng)頻繁加速了秸稈的腐解，使秸稈在腐解過(guò)程中向土壤釋放較多的有機(jī)碳，從而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；生物炭可通過(guò)提升微生物的碳利用效率，增加生物炭對(duì)有機(jī)碳的積累和固定，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量[32]；生物炭一方面含有較多的陰離子、陽(yáng)離子交換位點(diǎn)，通過(guò)吸附鐵離子、鋁離子，干擾鐵鋁氧化物對(duì)磷的固持，競(jìng)爭(zhēng)磷酸根離子，另一方面能夠影響無(wú)機(jī)磷的形態(tài)，促進(jìn)難溶性磷的活化，增加土壤速效磷含量[33]。生物炭能夠刺激土壤解鉀菌數(shù)量的增加，活化土壤中的礦物鉀鹽向水溶性鉀鹽轉(zhuǎn)化，提高土壤速效鉀含量[34]

土壤酶是土壤中一類專一的生物催化劑，參與土壤碳氮代謝和養(yǎng)分循環(huán)，對(duì)維持土壤生態(tài)功能和促進(jìn)作物生長(zhǎng)有重要意義[35]。土壤酶主要來(lái)源于微生物和動(dòng)植物的分泌物，以及動(dòng)植物殘?bào)w的腐解釋放，如脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶等。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田能夠不同程度地提高土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性，且深翻下的秸稈還田優(yōu)于旋耕下的秸稈還田。這與前人在稻-油輪作秸稈還田土壤上的研究結(jié)論一致[36]，可能是因?yàn)榻斩捄胸S富的有機(jī)質(zhì)和一定量的 N，P，K，Mg，Ca，F(xiàn)e 等礦質(zhì)元素，可為微生物的生命活動(dòng)提供充足的碳源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)多樣性的增加，以及微生物活性的提升，使得微生物分泌物增加，從而促進(jìn)土壤酶活性增強(qiáng)[37]。另外，秸稈分解過(guò)程中會(huì)向土壤釋放一部分酶，進(jìn)一步增加土壤酶活性。本研究中，深翻條件下秸稈還田處理的土壤酶活性優(yōu)于旋耕條件下的秸稈還田處理，這可能是因?yàn)樯罘瓰樯顚油寥牢⑸锷顒?dòng)創(chuàng)造了更加適宜的微環(huán)境，促使微生物的繁殖和生命活動(dòng)增強(qiáng)所致。Lehmann 等[38]、Steiner 等[39]研究指出，向土壤中增施生物炭能夠顯著提高土壤微生物數(shù)量和酶活性，并增加微生物代謝強(qiáng)度。楊如意等[40研究得出，生物炭基肥能夠顯著降低煙草根系 0～20cm 土層土壤脲酶和蔗糖酶活性。這說(shuō)明生物炭對(duì)土壤酶活性影響的研究結(jié)論并不完全一致，這可能與試驗(yàn)的土質(zhì)狀況、土壤干濕度、生物炭原料、生物炭裂解溫度等多種因素的不同有關(guān)。如不同土質(zhì)對(duì)生物炭吸附成分存在影響，生物炭在吸附反應(yīng)底物的同時(shí)也會(huì)吸附土壤中的多種分子，這些分子會(huì)通過(guò)與反應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合抑制土壤酶的活性[41]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與CK 相比，旋耕和深翻條件下的生物炭還田處理均能夠顯著提升土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性，與前人研究結(jié)論一致。這是因?yàn)樯锾砍陨砟軌蛱峁┪⑸锷L(zhǎng)所需的部分養(yǎng)分外，還具有較多的孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)水分和礦質(zhì)養(yǎng)分有一定的吸附作用，可以為微生物提供較為適宜的棲息環(huán)境，微生物的大量繁殖促進(jìn)了土壤酶活性的提高；同時(shí)，生物炭對(duì)反應(yīng)底物的吸附可為土壤酶提供更多的結(jié)合位點(diǎn)，促進(jìn)了酶促反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高土壤酶活性；另外，生物炭能夠通過(guò)改善土壤理化性質(zhì)改良土壤結(jié)構(gòu)，為土壤酶提供載體[42]。

3.2 秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

秸稈和生物炭還田對(duì)作物增產(chǎn)有促進(jìn)作用，但增產(chǎn)效果受還田量和還田年限的制約。慕平等[1]研究指出，秸稈還田能夠改善土壤養(yǎng)分狀況，增加玉米產(chǎn)量，且玉米產(chǎn)量隨秸稈還田年限的增長(zhǎng)呈現(xiàn)出一定的增加趨勢(shì)。白建忠等[43]研究得出，秸稈還田對(duì)作物增產(chǎn)的促進(jìn)作用存在一定的閾值，還田量過(guò)高反而不利于作物增產(chǎn)。Jones等[44]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)作物產(chǎn)量的影響與施用年限有關(guān)，施用年限增加利于作物增產(chǎn)。生物炭對(duì)作物產(chǎn)量的影響還受到生物炭類型、還田量等因素的制約。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同耕作與秸稈還田處理玉米產(chǎn)量均高于CK，不同試驗(yàn)?zāi)甓葍?nèi)存在差異，2022年，DPB處理玉米產(chǎn)量顯著高于CK，2023年，RTB、DPS、DPB處理玉米產(chǎn)量均顯著高于CK。這應(yīng)該與旋耕、深翻條件下的秸稈和生物炭還田均能夠改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、改良土壤養(yǎng)分狀況、為微生物繁殖及土壤酶活性的增強(qiáng)提供適宜的土壤環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。相關(guān)性分析結(jié)果也表明，玉米產(chǎn)量與土壤孔隙度、脲酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶活性具有顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重具有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。表明在生產(chǎn)中要注重采取優(yōu)化的耕作措施和施肥模式為玉米高產(chǎn)創(chuàng)造適宜的根系環(huán)境

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