朱敏 于和平 涂國良 李煥鋒 劉媛媛

摘要：通過2 a大田定位試驗(yàn)研究了不同腐熟劑用量處理對(duì)玉米秸稈的腐解效果和對(duì)土壤基本性質(zhì)玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，施用腐熟劑可提高秸稈腐解率8.9%～13.1%，土壤容重較無腐熟劑處理平均降低4.49%;顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、全磷、速效鉀、緩效鉀的含量。秸稈還田+腐熟劑能改善土壤理化性狀，提高玉米產(chǎn)量，且以秸稈還田+腐熟劑60 kg/hm2處理效果最佳，玉米產(chǎn)量2019、2020年較常規(guī)種植分別提高了1 566.67、1 990.48 kg/hm2。適合在西北黑壚土地區(qū)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：腐熟劑;秸稈腐解率;土壤理化性狀;玉米產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S513? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1001-1463（2021）12-0014-08

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.12.004

Effect of Straw Decomposing Agent on? Corn Straw Decomposition and? Soil Fertility

ZHU Min， YU Heping， TU Guoliang， LI Huanfeng， LIU Yuanyuan

（Pingliang Agriculture Extension Station， Pingliang Gansu 744000， China）

Abstract：The effects of different treatments of decomposer dosage on the decomposition effect of corn straw and basic soil properties as well as corn yield were studied through two years of field positioning experiments. The results demonstrated that the straw decomposition rate of straw could be increased by 8.9%～13.1% by appling the decomposing agent， and soil bulk weight was reduced by 4.49% compared with the treatments without decomposing agent. The contents of soil organic matter， available p， total P， available K and slow available K were significantly increased. The straw returning+decomposing agent could improve soil physical and chemical properties and increase corn yield， and straw returning + decomposing agent 60 kg/hm2 had the best effect， and corn yield increased 1 566.67 kg/hm2 and 1 990.48 kg/hm2 compared with conventional planting in 2019 and 2020， respectively. It is suitable for application in northwest black loessial soil area.

Key words：Decomposing agent;Straw decomposition rate;Soil physicochemical properties;Corn yield

秸稈是一種有利于土壤改良的有機(jī)肥源，是直接有效的可再生資源，能夠?qū)ψ魑镌霎a(chǎn)起到一定作用[1 - 2 ]。作物的秸稈主要由木質(zhì)素和纖維素組成，有非常豐富的有機(jī)質(zhì)、微量元素、氮、磷、鉀，可以提供農(nóng)作物生長所需的多種營養(yǎng)元素[3 ]。秸稈還田是改良土壤性狀的重要措施，也是作物秸稈重要的利用途徑[4 ]。秸稈還田能夠把農(nóng)作物生產(chǎn)過程中吸收的大部分營養(yǎng)元素歸還到土壤，減少了秸稈焚燒造成的環(huán)境污染[5 ]，在增加土壤有機(jī)質(zhì)的同時(shí)，促進(jìn)了土壤微粒的團(tuán)聚作用，改善了土壤物理性狀及其保水能力和滲透性[6 - 7 ]。在農(nóng)作物種植中提高秸稈的有效利用，不僅能減少秸稈資源浪費(fèi)及焚燒秸稈對(duì)環(huán)境的污染，而且能改善土壤性狀，做到藏碳于田。

近年來，盡管已有很多研究證明秸稈還田的養(yǎng)分效應(yīng)能使作物明顯增產(chǎn)，但秸稈中纖維素類物質(zhì)分解較慢，對(duì)下季作物的產(chǎn)量無明顯增產(chǎn)效應(yīng)，同時(shí)還有腐解速率低、養(yǎng)分釋放速度慢、腐解時(shí)間長等問題[8 - 9 ]。腐熟分解不完全的秸稈進(jìn)入土壤后造成有機(jī)酸積累、腐解緩慢以及秸稈攜帶的病原體、蟲卵、草籽等在還田過程中進(jìn)入土壤，帶來病蟲草害問題，限制了它的推廣[10 - 11 ]。因此，如何加快土壤中秸稈的腐解成為秸稈還田中應(yīng)該著重考慮的問題。胡誠等[12 ]對(duì)黃泥田的試驗(yàn)研究表明，秸稈還田施用秸稈腐熟劑后降低了土壤容重，秸稈配施化肥并調(diào)節(jié)其C/N條件下，施用促腐劑較未施用處理增產(chǎn)達(dá)顯著水平，作物各生育期土壤微生物量、酶活性均表現(xiàn)出高于未施用處理的趨勢(shì)[13 ]。施用腐稈劑可有效促進(jìn)秸稈腐解和增加作物產(chǎn)量[14 ]，且在溫帶季風(fēng)性氣候條件下，將玉米秸稈于旱地條件下還田，在還田初始C/N大于30以及土壤呈酸或堿性時(shí)配施腐稈劑效果最佳[15 ]。秸稈還田條件下腐熟劑與土壤質(zhì)地間響應(yīng)不同，所以秸稈腐熟劑配施應(yīng)因地制宜[16 ]。秸稈還田配施腐熟劑可增加水稻鉀素吸收量，提高鉀肥利用效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)效果[17 ]。不同地區(qū)秸稈還田配施秸稈腐熟劑效果不同，西北地區(qū)主要土壤質(zhì)地為黑壚土，關(guān)于黑壚土土壤秸稈還田配施腐熟劑的研究鮮見報(bào)道。我們通過連續(xù)定位試驗(yàn)，探索適宜西北地區(qū)黑壚土玉米秸稈還田的最佳方法，以期為玉米秸稈還田大面積推廣應(yīng)用提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)大寨回族鄉(xiāng)白土村，供試土壤為黑壚土。試驗(yàn)區(qū)海拔1 550 m，年平均溫度7.6 ℃，≥10 ℃積溫4 500 ℃，年降水量480 mm左右，年蒸發(fā)量1 530 mm，無霜期150 d左右。試驗(yàn)地田面平整、肥力均勻，供試土壤容重1.156 g/cm3，0～20 cm土層土壤含有機(jī)質(zhì)16.20 g/kg、全氮0.83 g/kg、全磷0.75 g/kg、有效磷14.8 mg/kg、全鉀22.90 g/kg、速效鉀102.0 mg/kg、緩效鉀1 042.0 mg/kg，pH為8.4。

1.2? ?試驗(yàn)材料

指示春玉米品種為福盛源57。還田秸稈為玉米秸稈。秸稈腐熟劑為微生物腐稈劑（有機(jī)物料腐熟劑），上海聯(lián)業(yè)生物工程有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥0.5億/g;形態(tài)為粉劑。

1.3? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，即T1，不施腐熟劑秸稈還田;T2，秸稈還田+腐熟劑30 kg/hm2;T3，秸稈還田+腐熟劑60 kg/hm2;T4，秸稈還田+腐熟劑90 kg/hm2。以常規(guī)種植（秸稈不還田）為對(duì)照（CK）。3次重復(fù)，小區(qū)面積42 m2（7 m×6 m），各處理隨機(jī)排列，各處理間農(nóng)藝措施、施肥情況一致。2018年10月底將前茬玉米秸稈用粉碎機(jī)鍘成為5～6 cm的小段，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)均勻鋪設(shè)在各小區(qū)，并按設(shè)計(jì)分別將秸稈腐熟劑與尿素（75 kg/hm2）混勻，撒在相應(yīng)處理的秸稈表面，旋耕翻壓，施肥水平及種植時(shí)期等管理措施同大田保持一致。

1.4? ?測(cè)定指標(biāo)及方法

利用環(huán)刀法測(cè)定試驗(yàn)前基礎(chǔ)土壤和收獲后各處理0～20 cm土層土壤容重。玉米收獲后各處理取土壤（0～20 cm）樣品，測(cè)定有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、緩效鉀、土壤pH，其結(jié)果由委托化驗(yàn)機(jī)構(gòu)（天水礦產(chǎn)勘察院監(jiān)測(cè)中心）提供。

秸稈腐熟度采用失重率法測(cè)定[18 ]。施用秸稈腐熟劑前取部分秸稈烘干分別放入24個(gè)帶編號(hào)的尼龍網(wǎng)袋中，每袋100 g左右，記為N0，施用腐熟劑后于10月底埋入土深5～10 cm處，每處理6袋。翌年播種全膜覆蓋前（腐熟約150 d），從各處理中隨機(jī)取出1袋，玉米收獲后（腐熟1 a），再取出1袋，將樣品沖洗，直至滴下的水無色（表明泥土等異物沖洗干凈），然后置85 ℃烘干6 h后（要求烘至恒重），準(zhǔn)確稱重并記錄每袋的質(zhì)量Nx，計(jì)算玉米覆膜前和收獲后的秸稈失重率Wx。

Wx=100×（N0-Nx）/N0

式中，Wx為秸稈失重率;N0為初始秸稈烘干后的重量;Nx為每次取出的秸稈，洗凈并烘干后的重量，X=1，2。

觀察記載玉米各生育時(shí)期，及時(shí)調(diào)查不同處理的生物學(xué)性狀及病蟲害發(fā)生情況，玉米成熟后，按小區(qū)進(jìn)行田間測(cè)產(chǎn)。

1.5? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用 SPSS軟件進(jìn)行方差分析和 LSD多重比較，用 Excel 2016 軟件進(jìn)行圖表制作。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?腐熟劑對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表1可知，施用秸稈腐熟劑對(duì)玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)沒有明顯影響，但對(duì)百粒重、籽粒產(chǎn)量的影響均呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。2019年百粒重從高到低依次為T4、T3、T1、T2、CK，與CK相比，T1、T2、T3、T4百粒重分別增加2.45、1.75、4.10、4.14 g;折合產(chǎn)量從高到低依次為T3、T4、T2、T1、CK，T1、T2、T3、T4較CK分別增產(chǎn)5.0%、7.3%、19.3%、12.1%;T3、T4與CK相比，折合產(chǎn)量差異顯著。2020年百粒重從高到低依次為T3、T4、T1、T2、CK，T1、T2、T3、T4百粒重較CK分別增加2.69、1.14、6.28、2.88 g;產(chǎn)量從高到低依次為T3、T4、T2、T1、CK，T1、T2、T3、T4折合產(chǎn)量較CK分別增加6.4%、13.3%、20.2%、15.4%。4個(gè)秸稈還田處理產(chǎn)量構(gòu)成因素大都優(yōu)于不還田對(duì)照，秸稈還田并施用腐熟劑的處理均優(yōu)于無腐熟劑的秸稈還田處理，2 a的平均折合產(chǎn)量均以處理T3為最高，2019年為9 690.48 kg/hm2，2020年為11 838.10 kg/hm2。

2.2? ?腐熟劑對(duì)玉米秸稈腐解率的影響

由圖1看出，與T1比較，各處理秸稈覆膜前、收獲后平均腐解率均有增加的趨勢(shì)，覆膜前秸稈腐解率T2、T3、T4較T1分別提高9.9%、18.9%、20.3%;收獲后秸稈腐解率T2、T3、T4較T1分別提高8.9%、11.6%、13.1%。說明施用秸稈腐熟劑腐熟約150 d時(shí)，秸稈腐解速度明顯加快，腐解1 a時(shí)腐熟劑可以加快玉米秸稈腐熟速度，腐熟劑用量越大其作用效果越明顯，但T4處理與T3處理之間差異不顯著。

2.3? ?腐熟劑對(duì)土壤容重的影響

如圖2所示，秸稈還田施用腐熟劑對(duì)表層土壤容重具有顯著的降低作用，2019、2020年趨勢(shì)表現(xiàn)一致。不同處理的土壤容重從小到大依次為T3、T4、T2、T1、CK。CK與T1差異不顯著，與T2、T3、T4差異顯著;T1與T2差異不顯著，與T3、T4差異顯著。T1、T2、T3、T4處理較CK降幅2019年分別為5.1%、7.2%、10.9%、10.1%，2020年分別為3.6%、4.5%、10.0%、10.9%。T2、T3、T4處理較T1處理降幅2019年分別為 2.29%、6.11%、5.34%，2020年分別為0.94%、6.60%、5.66%。與T2相比，2019年T3、T4容重降幅分別為3.9%、3.1%，2020年降幅為5.7%、6.6%，且差異顯著。T3與T4之間2 a差異均不顯著。可見增施腐熟劑能夠有效降低土壤容重。

2.4? ?腐熟劑對(duì)土壤理化性狀的影響

不同處理對(duì)土壤理化性狀的影響如表2所示。2019年土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀均由大到小依次為T4、T3、T2、T1、CK，T1、T2、T3、T4有機(jī)質(zhì)較CK分別增加1.3%、5.1%、6.3%、9.5%，有效磷分別增加2.7%、8.1%、9.4%、13.5%，速效鉀分別增加3.6%、8.7%、9.9%、12.2%;緩效鉀由大到小依次為T3、T4、T2、T1、CK。全氮、全磷、全鉀、pH各處理間差異不明顯。2020年有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀由大到小依次為T4、T3、T2、T1、CK，T1、T2、T3、T4有機(jī)質(zhì)較CK分別增加3.2%、5.7%、7.0%、10.8%，有效磷增加1.2%、3.8%、6.2%、11.2%。全鉀、緩效鉀由大到小依次為T3、T4、T2、T1、CK，但差異不明顯。2 a綜合來看，與CK相比，T4處理有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量最高，T3處理全磷、全鉀、緩效鉀三個(gè)指標(biāo)含量最高。與2019年相比，2020年各處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、全鉀、緩效鉀、pH都有所升高?？傮w來看，施用秸稈腐熟劑的處理土壤理化性狀均明顯優(yōu)于未施用腐熟劑還田處理，且作用時(shí)間越長差異越明顯。說明在同等管理?xiàng)l件下，施用腐熟劑能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，不同程度增加土壤養(yǎng)分含量，pH升高，2 a試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)基本一致。

2.5? ?秸稈腐解率與土壤理化性狀和產(chǎn)量的相關(guān)性

由表3可以看出，秸稈腐解率與小區(qū)平均產(chǎn)量、玉米折合產(chǎn)量、百粒重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.426、0.431、0.436。腐解率與土壤有機(jī)質(zhì)、全鉀、有效磷、速效鉀呈極顯著正相關(guān)，與全氮、全磷、緩效鉀相關(guān)性不顯著。相關(guān)性最大的性狀為有機(jī)質(zhì)，相關(guān)性系數(shù)為0.885;其次為速效鉀，相關(guān)性系數(shù)為0.851。折合產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、有效磷、速效鉀、緩效鉀呈極顯著正相關(guān)?？梢娊斩捀饴实奶岣呖梢蕴嵘寥烙袡C(jī)質(zhì)、全鉀、有效磷、速效鉀的含量，從而提高玉米產(chǎn)量。

3? ?小結(jié)與討論

施用腐熟劑能顯著提高秸稈腐解度，2019、2020年連續(xù)施用腐熟劑腐解1 a使秸稈腐解率提高8.9%～13.1%，較無腐熟劑秸稈還田處理的土壤容重降低，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、全磷、速效鉀、緩效鉀也較不施腐熟劑的秸稈還田處理顯著提高。

秸稈還田后為土壤帶入了養(yǎng)分，提高了土壤的肥力。作物秸稈是重要的有機(jī)肥源[19 ]，每100 kg小麥秸稈腐解后能為土壤提供氮 0.64 kg、磷 0.20 kg、鉀 1.07 kg、有機(jī)質(zhì) 81.2 kg 和豐富的微量元素[20 ]，每100 kg 稻草還田所帶入土壤的鉀相當(dāng)于3.8 kg KCl[21 ]。許多研究表明，長期秸稈還田后增加了土壤中的速效鉀和有機(jī)質(zhì)，10 a以上的長期定位試驗(yàn)表明，秸稈還田后全氮和有機(jī)質(zhì)分別增加了10.1%和 11.0%[22 ]。秸稈還田不僅增加了土壤活性有機(jī)碳含量，同時(shí)也顯著提高了0～20 cm 土層活性有機(jī)碳占總有機(jī)碳含量的比重，提高幅度達(dá) 21.1%～23.1%。這是因?yàn)檫€田后秸稈中的碳氮轉(zhuǎn)化為土壤中的碳氮，增加了土壤全氮和有機(jī)質(zhì)的含量。本研究結(jié)果顯示，施用腐熟劑，使地塊還田秸稈的纖維完全被破壞，組織軟化，腐熟時(shí)間縮短，具有明顯的腐化現(xiàn)象，腐熟度提高了8.9%～13.1%。這與薩如拉等[16 ]及楊帆等[23 ]研究結(jié)果一致。秸稈中木質(zhì)纖維素的成分多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子很穩(wěn)定，不易降解，難于被直接分解利用，腐解度慢[18 ]。秸稈腐熟劑利用微生物的分解代謝作用快速將秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分轉(zhuǎn)化為富含營養(yǎng)元素的簡單化合物，使秸稈降解為腐殖質(zhì)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同等管理?xiàng)l件下，秸稈還田結(jié)合施用腐熟劑有利于土壤容重的降低，增加土壤孔隙度，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均增加。李春杰等[24 ]研究表明，施用秸稈腐熟劑顯著增加土壤速效鉀含量，但對(duì)其他土壤養(yǎng)分含量均無顯著影響。另一些研究表明，秸稈還田不僅能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量以及改善土壤理化性狀，同時(shí)作物秸稈與氮肥配合施用，具有提高農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)利用效率及氮肥利用率的作用[25 - 29 ]。上述研究結(jié)果有差異的原因可能是不同地域環(huán)境氣候，腐熟時(shí)間及土質(zhì)不同造成。總的來說秸稈還田施用腐熟劑對(duì)土壤理化性狀具有有益影響。

秸稈還田秸稈量大，還田腐解緩慢，出現(xiàn)整地、出苗、秧苗生長易受缺氮、還原物質(zhì)的影響而黃苗、易倒伏，因此需要經(jīng)常在秸稈還田的同時(shí)施用秸稈腐解劑。本研究發(fā)現(xiàn)，施用秸稈腐熟劑能顯著提高玉米產(chǎn)量，其主要通過提高玉米的百粒重實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)橛袡C(jī)物料腐熟劑對(duì)秸稈的腐熟作用能為作物提供適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)分，延長籽粒發(fā)育后期的灌漿持續(xù)時(shí)間和灌漿速率，使灌漿后期物質(zhì)供應(yīng)充足[30 ]，從而使產(chǎn)量增加，這與前人研究結(jié)果相似[31 - 33 ]。潘劍玲等[34 ]認(rèn)為在碳氮比為 25～30、土壤含水量為田間持水量的 60%～70%、土壤溫度為 20～30 ℃、翻埋深度為 5 cm 時(shí)，秸稈腐解效果較好。李慶康等[35 ]發(fā)現(xiàn)水稻、小麥秸稈還田時(shí)施用秸稈腐解劑對(duì)提高稻、麥產(chǎn)量具有明顯的增產(chǎn)效果。羅文麗等[36 ]用尼龍網(wǎng)袋法研究水稻秸稈腐解規(guī)律及其養(yǎng)分釋放特征，發(fā)現(xiàn)加入腐熟劑能促進(jìn)秸稈腐解和氮磷鉀的釋放，這是由于施用秸稈腐解劑后加快了秸稈的腐解，縮短了秸稈的腐解周期，使秸稈中的養(yǎng)分盡快釋放到土壤里。腐熟劑后腐解秸稈，能夠加快秸稈的腐爛，但腐熟劑用量過多和過少都不利于作物秸稈腐爛而釋放養(yǎng)分，合理的用量是使秸稈腐爛釋放養(yǎng)分的保障[37 ]。從本試驗(yàn)結(jié)果來看，在秸稈還田施用腐熟劑60 kg/hm2的條件下，土壤容重、理化性狀最優(yōu)，腐解率較高，增產(chǎn)最明顯。此條件下根際土壤碳氮比及養(yǎng)分能夠滿足根際土壤微生物的繁殖代謝，并能維持相對(duì)穩(wěn)定的微生物群落，因此效果最佳，這與肖承澤等[38 ]研究相似。

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（本文責(zé)編：陳? ?珩）