秸秆不同还田方式对轮作小麦...土壤养分及蔗糖酶活性的影响_王晶.pdf

王晶，孙松青，李雪，等 秸秆不同还田方式对轮作小麦玉米产量、土壤养分及蔗糖酶活性的影响 J 江苏农业科学，2023，51(4):85 90doi:10 15889/j issn1002 1302 2023 04013秸秆不同还田方式对轮作小麦秸秆不同还田方式对轮作小麦玉米产量玉米产量、土壤养分及蔗糖酶活性的影响土壤养分及蔗糖酶活性的影响王晶1，2，孙松青3，李雪3，高凤婕3，吴钦泉1，2，石国明4，胡凯5，耿立中6，马学文1，2，3(1 山东农大肥业科技股份有限公司/山东省腐殖酸高效利用示范工程技术研究中心，山东泰安 271600;2 农业农村部腐殖酸类肥料重点实验室，山东泰安 271000;3 土肥高效利用国家工程研究中心/山东农业大学资源与环境学院，山东泰安 271018;4 山东省东平县农业发展服务中心，山东东平 271599;5 山东省鄄城县农业农村局，山东鄄城 274699;6 山东省惠民县农业农村局，山东惠民 251700)摘要:为探究轮作小麦玉米栽培较好的秸秆还田方式，减少秸秆还田产生的不良影响，探寻秸秆还田与耕作、施肥方式的最佳搭配，进行不同还田方式对比研究。采用大田小区试验，以秸秆不还田为对照，设计秸秆粉碎直接还田配施有机肥后旋耕 1 次、秸秆粉碎直接还田旋耕 1 次、秸秆粉碎直接还田旋耕 2 次、秸秆粉碎直接还田添加菌剂后旋耕 2 次、秸秆粉碎直接还田翻耕 1 次后耙地这 5 种处理方式进行对比试验。结果表明，秸秆还田处理能显著提高土壤中氮、磷、钾及有机质的含量(P 0 05)，秸秆还田处理与对照相比，灌浆期土壤硝态氮含量最大提高了 38 51%;拔节期和灌浆期土壤有效磷含量最大提高了 86 35%和 32 13%，土壤速效钾含量最大提高了 35 51%和 36 50%，土壤有机质含量最大提高了 12 15%和 10 97%。秸秆还田处理还能显著提高土壤蔗糖酶活性和物种多样性(Shannon 指数)，秸秆还田处理与对照相比，拔节期和灌浆期土壤酶活性最大提高了 81 72%和 137 98%;抽穗末期 Shannon 指数提高了 1 67%3 09%;秸秆还田处理与对照相比能显著提高小麦、玉米产量，分别提高了 2 04%10 16%、2 20%6 43%，其中秸秆粉碎直接还田旋耕 2 次处理还能提高周年纯收入，提高了 289 87 元/hm2。综合考虑产量和经济效益，在实际生产中建议采用秸秆粉碎直接还田旋耕 2 次处理最能增产增效。关键词:小麦;玉米;秸秆还田;产量;土壤养分;蔗糖酶活性中图分类号:S157 4;S158 3;S344 1+3文献标志码:A文章编号:1002 1302(2023)04 0085 06收稿日期:2022 05 09作者简介:王晶(1997)，女，河北唐山人，硕士研究生，主要从事土肥资源管理与高效利用研究。E mail:wj841962899163 com。通信作 者:马 学 文，教 授，主 要 从 事 新 型 肥 料 研 制 方 向 研 究。E mail:sdndfyjs163 com。在我国粮食高产稳产的同时，由于化肥大量施用和有机肥施用量较低，土壤质量逐步恶化1。秸秆还田是合理利用资源、提高土壤肥力的重要途径。当前我国可利用秸秆量有9 亿 t，在禁止焚烧秸秆的现实情况下，庞大的秸秆资源如何高效利用成为亟待解决的问题。秸秆还田是当前农业生产普遍采取的措施，可以蓄水保墒、改善土壤板结、提高土壤养分及有机质含量1，改善土壤理化性质，提高土壤孔隙度、降低土壤容重2 和紧实度、增加水稳性团聚体含量、减少水分蒸发，提高土壤含水量和水分利用率、调节土壤热通量、改善土壤养分状况，提升土壤肥力。另外，秸秆还田能提高土壤微生物活性。庞荔丹等的研究表明，玉米秸秆配氮还田能显著提高土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性3;高日平等的研究表明，秸秆还田能显著提高土壤碱性磷酸酶活性4;赵雪淞等的研究表明，秸秆还田处理均可显著增加花生种植土壤微生物量5。秸秆还田能提高农作物的产量和品质，高盼等的试验表明，与秸秆不还田处理相比，秸秆翻埋还田和秸秆覆盖还田春玉米产量分别提高了17.20%、15 02%6。另有研究表明，秸秆还田还能增加甜瓜7、水稻、青椒8、花生5 等农作物的产量。秸秆还田既能培肥地力，又能减少化肥的使用，在农业生产中节约成本，增产增效9 10。秸秆还田的主要方式有秸秆粉碎直接还田、秸秆覆盖还田、秸秆堆肥还田、秸秆过腹还田等11，其中秸秆粉碎直接还田方式简单、易行、成本低，是大田粮食作物普遍采取的一种方式，但其在实际生产中由于耕作方式、耕作深度、粉碎程度等处理不当也存在很多问题，例如:秸秆还田阻碍下茬作物出苗、缺苗断垅、弱苗12，秸秆腐解与农作物争夺养分，加重作物58江苏农业科学2023 年第 51 卷第 4 期病虫害等，使得农民秸秆还田的积极性并不高。针对秸秆还田现状，为探索比较黄淮海地区农田小麦、玉米主要农作物秸秆还田对土壤性质及作物生长影响，本研究对轮作小麦玉米栽培中秸秆直接还田几种方式的效果进行研究，为当地农作物秸秆还田技术提供理论和技术支持。1材料与方法1 1试验方法采取大田小区试验，试验时间为 2020 年 10 月13 日至 2021 年 10 月 24 日。小区宽 2 3 m，长34 m，每小区面积为 78 m2。1 2试验材料供试土壤:供试土壤为普通棕壤(简育湿润淋溶土)，中壤质地，有机质含量 8 76 g/kg，土壤 pH值(水土比=1 1)7 25，电导率(水土比=5 1)271 78 S/cm，全氮含量为 1 10 g/kg，硝态氮含量为1042 mg/kg，铵态氮含量为520 mg/kg，有效磷含量为1324 mg/kg，速效钾含量为10852 mg/kg。供试作物品种:小麦品种为济麦 22，生育期约240 d，于 2020 年 10 月 10 日 播 种，播 种 量225 kg/hm2，行距 23 cm;玉米品种为登海 605，生育期约为96 d，于2021 年6 月24 日播种，行距60 cm、株距 24 cm，播种密度为 67 500 株/hm2。供试秸秆:小麦栽培所用秸秆为上茬玉米秸秆，玉米栽培所用秸秆为上茬小麦秸秆。秸秆用量为上茬作物的全部秸秆，秸秆打碎方式为上茬作物收获时机械粉碎，粉碎长度小于 5 cm。供试肥料:复合肥为山东农大肥业科技股份有限公司生产的小麦专用复合肥(N 含量 17%，P2O5含量20%，K2O 含量5%)、玉米专用复合肥(N 含量20%，P2O5含量 5%，K2O 含量 15%)，有机肥为市售腐熟牛粪(有机物质含量 35 5%，总养分含量4.8%)，菌剂为微生物发酵菌剂(禾肥 1 号，山东宝来利来生物工程股份有限公司生产，原料:枯草芽孢杆菌、酿酒酵母及其代谢产物、麦饭石粉等)。1 3试验处理以秸秆不还田为对照，根据秸秆直接还田翻耕方式、次数、与有机肥及微生物肥混施等，试验共设6 个处理(表 1)，重复 3 次。整个研究为小麦玉米轮作试验，先进行玉米秸秆还田小麦栽培试验，再进行小麦秸秆还田玉米试验。各处理均按 750 kg/hm2施用复合肥，秸秆还表 1试验方案处理序号处理编号处理说明1CK无秸秆还田+施复合肥+旋耕 1 次2DR秸秆粉碎直接还田+施复合肥+施有机肥+旋耕1 次3SR1秸秆粉碎直接还田+施复合肥+旋耕 1 次4SR2秸秆粉碎直接还田+施复合肥+旋耕 2 次5SRB秸秆粉碎直接还田+菌剂+施复合肥+旋耕 2 次6STR秸秆粉碎直接还田+施复合肥+翻耕 1 次+耙地田各处理中的秸秆用量为上茬作物的全部秸秆，秸秆打碎方式为上茬作物收获时机械粉碎，粉碎长度小于 8 cm。各处理的旋耕、翻耕深度均为 25 cm，使用当地常用大型机械进行耕作;DR 处理有机肥施用 量 为 30t/hm2，SRB 处 理 菌 剂 施 用 量 为75 kg/hm2，施用方式均为撒施后耕作。1 4测定指标及方法采集小麦抽穗末期(2021 年 4 月 28 日)、第 2茬玉米拔节期(2021 年 7 月 10 日)和灌浆期(2021年 9 月 9 日)3 个生长期 0 20 cm 土样测定养分及微生物指标;小麦收获期为 2021 年 6 月 17 日，玉米收获期为 2021 年 10 月 9 日，测定作物产量指标。具体测定指标及方法如下:土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定;2 mol/L 氯化钾浸提新鲜土样后，用靛酚蓝比色法测定土壤硝态氮和铵态氮含量;0 5 mol/L 碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量;1 mol/L 中性乙酸铵浸提，火焰光度计测定土壤速效钾含量;土壤蔗糖酶活性采用比色法测定。作物产量:每小区划定 4 m2测小麦产量;每小区每行连续砍 30 株玉米测玉米产量。玉米穗粒数和百粒质量测定方法为点数、计算称质量得到。纯收入=小麦(玉米)产量 小麦(玉米)销售单价 农民总支出。1 5统计方法试验数据处理采用 Excel 2016 和 SPSS 19 0 软件进行统计分析，采用 Duncans 法进行方差分析，用 Dunnetts T3(3)法检验不同处理间差异的显著性(=0 05)。2结果与分析21秸秆还田耕作方式对小麦玉米产量及产量构成因素的影响表 2 为不同处理小麦玉米产量，可以看出，各68江苏农业科学2023 年第 51 卷第 4 期处理小麦产量在 8 240 72 9 216 92 kg/hm2之间。与 CK 相比，DR、SR2、SRB 处理小麦产量分别显著上升了 6 56%、10 16%、4 41%(P 0 05)。各处理玉米产量在 12 280 19 13 479 13 kg/hm2之间。与 CK 相比，DR、SR2、SRB 处理玉米产量分别显著提高了 6 33%、5 12%、6 43%，STR 处理玉米产量显著降低了 3 04%。与 CK 相比，DR、SR2、SRB 处理玉米穗粒数分别显著提高了 38 08%、13 73%、16 63%。与 CK 相比，DR、SR2 处理玉米百粒质量分别显著降低了 18 83%、6 95%。小麦玉米周年纯收入结果显示，与 CK 相比，只有 SR2 处理周年经济效益有所提高，提高了 289 87 元/hm2，DR、SR1、SRB、STR 处理周年经济效益均有所降低，分别降 低 了 16101 50、1200 21、23484 14、1 394 46 元/hm2。DR、SR1、SRB、STR 处理均显著低于 CK。从产量和经济效益综合分析，在实际生产中建议采用 SR2 处理。表 2不同处理小麦玉米周年产量及经济效益处理玉米百粒质量(g)玉米穗粒数(粒/株)小麦产量(kg/hm2)玉米产量(kg/hm2)与 CK 相比周年增产率(%)周年纯收入(元/hm2)CK33 67a998c8 367 02de12 66488c13 240 46aDR27 33c1 378a8 91552b13 46637a6 42 86104cSR133 00a1 074bc8 24072e12 94290bc0712 04025bSR231 33b1 135b9 21692a13 31347ab7113 53033aSRB34 33a1 164b8 73607bc13 47913a5 610 24368dSTR33 33a1 028c8 53811cd12 28019d1 011 84600b注:同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P 005)。2 2秸秆还田耕作方式对小麦抽穗末期土壤Shannon 指数的影响Shannon 指数能衡量物种多样性，群落多样性越高，物种分布越均匀，Shannon 指数越大。物种多样性取决于 2 个方面:物种丰富度和物种均匀度。丰富度是看群落内物种数的多寡，均匀度是看各物种个体数量的分配状况、均匀程度。均匀度越高，即群落内各物种的个体数量比较均衡，物种间达到一个相对平衡的状态，往往意味着群落更稳定。图1 为小麦抽穗末期不同处理土壤的 Shannon 指数，可以看出