劉興斌，馬宗海，閆治斌，樊廷錄，陳紹江，王 學，馬世軍，閆富海，馬明幫，秦嘉海

(1.甘肅省敦煌種業(yè)集團股份有限公司研究院, 甘肅 酒泉 735000；2.甘肅省農業(yè)科學研究院， 甘肅 蘭州 731000；3.中國農業(yè)大學農學院，北京 100010； 4.河西學院農業(yè)與生態(tài)工程學院，甘肅 張掖 734000)

甘肅省張掖市屬于典型的內陸灌區(qū)，由祁連山豐富的冰雪水灌溉農田，常年干燥少雨，日照時數(shù)長，晝夜溫差大，是雜交玉米良種繁育的最佳生態(tài)區(qū)。近20 a來美國先鋒、德國拜耳、法國利馬格蘭3家種業(yè)公司和國內14家骨干種業(yè)集團入駐張掖，建立了國家級玉米制種基地7.33×104hm2，年生產玉米雜交種4.73×105t，占全國玉米制種總面積的23.90%[1]。在制種玉米產業(yè)發(fā)展過程中日益凸顯的主要問題是：化肥氮磷鉀純養(yǎng)分與有機肥氮磷鉀純養(yǎng)分投入量為1∶0.28[2]，制種玉米產量的提高主要依賴于化肥的施用。長期施用化肥導致制種玉米田有機質含量低、土壤板結、通透性能差、貯水能力弱，大量元素與微量元素比例失衡，制種玉米產量和品質低而不穩(wěn)。因此，采用農作物秸稈替代傳統(tǒng)化肥，提高制種玉米田土壤肥力是本文研究的關鍵所在。甘肅省張掖市農作物秸稈資源總量為(風干質量)1.55×106t[3](玉米秸稈0.83×106t，小麥秸稈2.35×105t，大麥秸稈1.92×105t，油料秸稈1.50×105t，馬鈴薯藤1.25×105t，豆類秸稈0.18×105t)，用于肥料、飼料和燃料的占45%，剩余資源量為0.85×106t。農作物秸稈堆放在農村居民點周圍或者被野外焚燒，造成了嚴重的生態(tài)環(huán)境污染和資源浪費。有關作物秸稈對土壤質量及作物產量和品質影響的研究報道較多。其中，關于作物秸稈對土壤質量的影響：呂凱飛等[4]研究得出秸稈還田土壤容重和pH值降低，孔隙度增大；秸稈還田增強了有機碳的輸入量，顯著提高了土壤有機質含量；秸稈還田提高了土壤有機碳含量；秸稈還田提高了黑土表層有機碳含量[5-7]。劉武仁等[8]研究得出秸稈還田顯著提高了土壤養(yǎng)分含量；秸稈還田提高了耕作層土壤全氮、硝態(tài)氮、堿解氮和速效磷含量[9]；秸稈還田提高了土壤速效鉀和緩效鉀含量，增加了地上部鉀素吸收量[10]；低土壤肥力條件下秸稈還田可以提高土壤的供鉀強度[11]。張麗華等[12]研究得出秸稈還田提高了土壤水分利用效率、田間持水量、自然含水量和土壤濕度；小麥-玉米輪作秸稈全量還田提高了土壤水分利用率[13]。董珊珊等[14]研究得出玉米秸稈還田為土壤微生物生長繁殖提供了充足的碳源；水稻和小麥秸稈還田提高了土壤細菌和真菌的多樣性[15]；隨著秸稈還田年限的延長，土壤微生物活性增強[16]；秸稈還田后促進了土壤微生物的大量繁殖[17]；玉米秸稈還田顯著提高了土壤微生物的生物量[18]。戰(zhàn)厚強等[19]研究得出秸稈還田改善了土壤的環(huán)境條件，提高了土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、轉化酶、蔗糖酶和蛋白酶活性。關于作物秸稈對作物產量和品質的影響研究方面，贠超等[20]研究得出秸稈還田小麥產量提高了10.81%；秸稈還田促進了水稻的生長發(fā)育，提高了其產量[21]；玉米秸稈還田可以提高玉米和水稻產量[22]； 秸稈還田顯著提高了水稻、大豆和玉米的產量[23]；小麥秸稈還田改善了番茄品質，提高了Vc和可溶性糖含量[24]；秸稈還田有利于改善小麥品質[25]；稻草還田能夠降低烤煙的蛋白質、TN和煙堿含量[26]。

綜上所述，前人研究主要集中在作物秸稈對土壤理化性質、有機質、養(yǎng)分、水分、微生物數(shù)量、酶活性、作物產量和品質方面，而小麥、玉米、蠶豆、豌豆、油菜籽和葵花秸稈發(fā)酵還田對制種玉米田土壤肥力質量和玉米品質影響的研究尚少見文獻報道。為了解決甘肅省張掖市內陸灌區(qū)制種玉米田長期施用化肥導致土壤質量下降以及作物秸稈堆放在農村居民點周圍或者野外焚燒對農村生態(tài)環(huán)境污染和資源浪費的問題,本文進行了不同秸稈發(fā)酵還田對制種玉米田土壤肥力質量和玉米品質影響的研究，旨在為改善制種玉米田環(huán)境質量和作物秸稈資源化循環(huán)利用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗地概況 試驗在甘肅省張掖市甘州區(qū)甘浚鎮(zhèn)巴吉村三社連續(xù)15 a種植制種玉米的基地進行(100°12′22″E，38°57′52″N)。該地海拔1 560 m，年均氣溫7.50℃，年平均降水量116 mm，年蒸發(fā)量1 950 mm，日照時數(shù)3 400 h，無霜期150 d。土壤類型是灌淤旱作人為土[27]，0～20 cm耕作層有機質、有機碳和有機碳密度分別為9.23、5.35 g·kg-1和1.41 kg·hm-2；CEC(陽離子交換量)為12.08 cmol·kg-1，pH值為8.02，堿解氮、速效磷和速效鉀分別為54.14、8.12、128.43 mg·kg-1。前茬作物是制種玉米。

1.1.2 試驗材料 參試材料有效成分見表1，玉米品系為敦玉810(IN46×Q4-2，中國農業(yè)科學院作物科學研究所、甘肅省敦煌種業(yè)集團股份有限公司和華中農業(yè)大學聯(lián)合選育)。

表1 參試材料有效成分

1.2 試驗方法

1.2.1 作物秸稈發(fā)酵方法 2017年3月1日，將風干的作物秸稈粉碎過2 cm篩，加入尿素將C∶N調整到25∶1，再加入秸稈發(fā)酵劑，噴自來水調節(jié)水分含量達到60%～65%[28]，在溫室內(室溫25～30℃)堆成1.50 m高的梯形，覆蓋塑料薄膜并開直徑3～5 cm小洞若干。堆內溫度降到室溫，作物秸稈出現(xiàn)灰白色菌絲后，在陰涼干燥處自然風干，測定含水量小于5%備用，發(fā)酵參數(shù)見表2。

表2 作物秸稈發(fā)酵參數(shù)

1.2.2 試驗處理 依據當?shù)剞r戶制種玉米傳統(tǒng)化肥施肥量(尿素、磷酸二銨、硫酸鉀0.80、0.50、0.22 t·hm-2，NPK純養(yǎng)分投入量0.80 t·hm-2)，折合成相應的秸稈施用量(表3)。試驗共設8個處理，處理1為小麥秸稈還田；處理2為玉米秸稈還田；處理3為蠶豆秸稈還田；處理4為豌豆秸稈還田；處理5為油菜籽秸稈還田；處理6為葵花秸稈還田；處理7為傳統(tǒng)化肥；處理8為對照(不施肥)。每個小區(qū)作物秸稈和化肥在玉米播種時淺耕翻入20 cm土層，每個處理重復3次，隨機區(qū)組排列。2018—2020年連續(xù)定點試驗3 a，小區(qū)面積52 m2(8 m×6.5 m)，每個小區(qū)四周筑埂。

表3 不同處理作物秸稈施用量/(t·hm-2)

1.2.3 種植方法 2018—2020年每年的4月20日播種，深度4～5 cm，先播全部母本，母本播后5 d播種第一期父本，母本播后10 d播種第二期父本，父母本株行距22 cm×50 cm，父母本行比1∶6。每個小區(qū)在支管單元入口安裝閘閥、壓力表和水表，在玉米拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、乳熟期各灌水1次，每個小區(qū)灌水量為78 m3。

1.2.4 樣品采集方法 連續(xù)定點試驗3 a后，于2020年9月30日制種玉米收獲時每個小區(qū)隨機采集15株，測定穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重、可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量。每個小區(qū)單獨收獲，將小區(qū)產量換算成hm2產量進行統(tǒng)計分析。制種玉米收獲后在小區(qū)內按對角線布置5個采樣點，采集0～20 cm土層土樣各5 kg，用4分法留2 kg(1 kg新鮮土樣放入4℃冰箱避光保存測定微生物數(shù)量和酶活性，另外1 kg土樣風干過1 mm篩供室內化驗分析)。土壤容重、團聚體用環(huán)刀采集原狀土，未進行風干。

1.2.5 測定指標與方法 土壤容重、總孔隙度和>0.25 mm水穩(wěn)性團聚體測定分別采用環(huán)刀法、計算法和團粒結構分析儀法；pH值、CEC、有機質測定分別采用酸度計法(水土比5∶1)、交換劑浸提-乙酸銨-氯化銨法、重鉻酸鉀法；有機碳按公式[有機碳(g·kg-1)=有機質含量(g·kg-1)/1.724]求得；總持水量按公式[總持水量(t·hm-2)=面積(m2)×總孔隙度(%)×土層深度(m)]求得[29]；有機碳密度按公式[有機碳密度(kg·m-2) =土壤有機碳含量( g·kg-1) × 土壤容重( g·cm-3) ×采樣深度(cm)×0.01]求得[30]；土壤供碳量按公式[土壤供碳量(t·hm-2)=土壤有機碳含量(g·kg-1)×2.25]求得[31]；細菌和放線菌種群量測定采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)法和高氏一號培養(yǎng)基表面涂布法[32]；蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法和碘量滴定法[33]；玉米籽粒中粗蛋白用凱氏定氮法測定，可溶性糖和淀粉用蒽酮比色法測定[34]。

1.2.6 數(shù)據分析 連續(xù)定點試驗3 a后，于2020年9月30日制種玉米收獲后測定數(shù)據，采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據統(tǒng)計分析，采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 秸稈發(fā)酵還田對制種玉米田理化性質和持水量的影響

2.1.1 對土壤物理性質的影響 連續(xù)定點試驗3 a后，于2020年9月30日制種玉米收獲后測定數(shù)據可知(表4)，秸稈還田使制種玉米田土壤疏松、容重降低，施用化肥土壤緊實、容重增大，6種秸稈還田容重均值為1.24 g·cm-3，分別比傳統(tǒng)化肥施用和對照田降低5.34%和6.06%。不同處理土壤容重排序為小麥秸稈<玉米秸稈<豌豆秸稈<葵花秸稈<油菜籽秸稈<蠶豆秸稈<傳統(tǒng)化肥<對照。小麥秸稈與玉米秸稈、豌豆秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，容重分別降低了0.83%、2.44%、3.22%和4.76%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較降低了6.25%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對照比較分別降低了8.40%和9.09%(P<0.01)。秸稈還田可以增大制種玉米田土壤的孔隙度，6種秸稈還田孔隙度均值為53.33%，比傳統(tǒng)化肥施用和對照田分別增大5.46%和6.26%。不同處理土壤總孔隙度排序為小麥秸稈>玉米秸稈>豌豆秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈、豌豆秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，總孔隙度分別增大了0.72%、2.11%、2.84%和4.32%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較增大了5.84%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對照比較分別增大了8.21%和9.03%(P<0.01)。秸稈還田提高了制種玉米田水穩(wěn)性團聚體數(shù)量，6種秸稈還田水穩(wěn)性團聚體均值為27.35%，比傳統(tǒng)化肥和對照分別增加15.74%和16.93%。不同處理土壤水穩(wěn)性團聚體排序為小麥秸稈>玉米秸稈>豌豆秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈比較，水穩(wěn)性團聚體增加了2.06%(P>0.05)，與豌豆秸稈和葵花秸稈比較分別增加了5.19%和6.06%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照比較分別增加了8.44%、9.52%、21.71%和22.96%(P<0.01)。

2.1.2 對土壤化學性質和持水量的影響 由表4可知，各秸稈還田制種玉米田的pH值都有不同程度的下降，6種秸稈還田土壤pH值均值為7.61，比傳統(tǒng)化肥和對照田分別降低3.79%和5.11%。不同處理土壤pH值變化順序為：小麥秸稈<玉米秸稈<葵花秸稈<油菜籽秸稈<蠶豆秸稈<豌豆秸稈<傳統(tǒng)化肥<對照。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈、油菜籽秸稈和蠶豆秸稈比較，土壤pH值分別降低了1.20%、2.11%、2.51%和3.51%(P>0.05)，與豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照比較分別降低了5.12%、6.20%和7.48%(P<0.05)。秸稈還田制種玉米田CEC呈增加趨勢，6種秸稈還田CEC均值為15.23%，比傳統(tǒng)化肥和對照田分別增加22.63%和26.08%。不同處理土壤CEC變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，CEC分別增加了0.96%、3.06%和4.14%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較增加了7.31%(P<0.05)，與豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照比較分別增加了9.54%、27.62%和31.21%(P<0.01)。秸稈還田能顯著提高制種玉米田總持水量，6種秸稈還田總持水量均值為1 066.67 t·hm-2，比傳統(tǒng)化肥和對照田分別增加5.47%和6.26%。不同處理土壤總持水量變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>豌豆秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈、豌豆秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈比較，土壤總持水量分別增加了0.72%、2.11%、2.84%和4.32%(P>0.05)，與蠶豆秸稈比較增加了5.84%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對照比較分別增加了8.21%和9.03%(P<0.01)。

表4 秸稈還田對制種玉米田理化性質和持水量的影響

2.2 秸稈發(fā)酵還田對制種玉米田有機質及速效氮磷鉀含量的影響

2.2.1 對土壤有機質和有機碳的影響 由表5可知，秸稈還田促進了制種玉米田有機質的積累，有利于提高有機質、有機碳及有機碳密度和供碳量，6種秸稈還田有機質、有機碳及有機碳密度和供碳量均值分別為12.07 g·kg-1、7.00 g·kg-1、1.73 kg·m-2和15.74 t·hm-2，與傳統(tǒng)化肥和對照田比較，秸稈處理的土壤有機質平均分別增加29.65%和30.77%，土壤有機碳平均分別增加29.63%和30.84%，土壤有機碳密度平均分別增加21.83%和22.70%，土壤供碳量平均分別增加29.55%和30.73%。不同處理土壤的有機質、有機碳及有機碳密度和供碳量變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈還田處理比較，有機質增加了2.01%(P>0.05)，與葵花秸稈還田處理比較增加了5.28%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照處理比較分別增加了9.66%、16.65%、25.31%、41.46%和42.69%(P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈還田處理比較，土壤有機碳增加了2.00%(P>0.05)，與葵花秸稈還田處理比較增加了5.23%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照處理比較分別增加了9.77%、16.82%、25.45%、41.48%和42.80%(P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈處理相比土壤有機碳密度增加了3.72%(P>0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照處理比較分別增加了8.33%、14.04%、23.42%、33.56%、37.32%和38.30%(P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈比較土壤供碳量增加了2.02%(P>0.05)，與葵花秸稈比較增加了5.20%(P<0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照比較分別增加了9.77%、16.78%、25.48%、41.48%和42.77%(P<0.01)。

2.2.2 對土壤速效氮、磷、鉀含量的影響 由表5可知，秸稈還田把有機質帶到土壤中，有機質在礦質化過程中釋放出了氮、磷、鉀等礦質元素，提高了制種玉米田堿解氮、速效磷和速效鉀含量，6種秸稈還田堿解氮、速效磷和速效鉀含量均值分別為65.67、9.82、148.78 mg·kg-1，與傳統(tǒng)化肥和對照田比較，土壤堿解氮含量分別增加6.57%和21.30%，土壤速效磷含量分別增加5.37%和20.94%，土壤速效鉀含量分別增加7.92%和15.85%。不同處理的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈比較，土壤堿解氮分別增加了0.87%和3.51%(P>0.05)， 與油菜籽秸稈比較增加了6.23%(P<0.05)，與蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了8.07%、9.93%、11.52%和26.93% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈比較，土壤速效磷分別增加了2.20%和2.51%(P>0.05)， 與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈和豌豆秸稈還田處理比較分別增加了6.45%、6.67%和7.57% (P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了9.76%和25.99% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈和油菜籽秸稈還田處理比較，土壤速效鉀分別增加了1.98%、3.12%和4.59%(P>0.05)，與蠶豆秸稈和豌豆秸稈還田處理比較分別增加了6.12%和6.40%(P<0.05)，與傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了11.86%和20.07%(P<0.01)。

表5 秸稈還田對制種玉米田有機質及有機碳和速效氮磷鉀的影響

2.3 秸稈發(fā)酵還田對制種玉米田土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響

2.3.1 對土壤微生物數(shù)量的影響 由表6可知，秸稈還田制種玉米田有機碳含量得到提升，為微生物生長發(fā)育和繁殖創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件，提高了土壤微生物的數(shù)量，6種秸稈還田處理土壤細菌和放線菌數(shù)量均值為2.88×107·g-1和1.92×106·g-1，與傳統(tǒng)化肥和對照比較，細菌數(shù)量分別增加1.13倍和1.19倍，放線菌數(shù)量分別增加1.22倍和1.27倍。不同處理土壤細菌和放線菌數(shù)量變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈處理比較，土壤細菌數(shù)量分別增加了3.66%和4.70%(P>0.05)，與油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了11.03%、14.29%、19.54%、22.84%和28.40% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較土壤放線菌數(shù)量增加了7.28%(P<0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了8.87%、17.55%、27.01%、36.42%、39.87%和46.36% (P<0.01)。

2.3.2 對土壤酶活性的影響 由表6可知，秸稈還田后提高了制種玉米田的土壤酶活性，6種秸稈還田蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性均值分別為7.67 mg·g-1·d-1、1.70 mg·kg-1·h-1、3.47 g·kg-1·d-1和0.60 ml·g-1，與傳統(tǒng)化肥和對照田比較，蔗糖酶活性分別增加了1.21倍和1.25倍，脲酶活性分別增加了1.18倍和1.23倍，磷酸酶活性分別增加了1.20倍和1.25倍，多酚氧化酶活性分別增加了1.30倍和1.36倍。不同處理土壤酶活性變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈和葵花秸稈處理比較，蔗糖酶活性分別增加了0.74%和3.70%(P>0.05)，與油菜籽秸稈處理比較增加了6.56% (P<0.05)，與蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照處理比較分別增加了12.16%、13.41%、28.48%和32.68% (P<0.01)。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，脲酶活性增加了6.59% (P<0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了10.23%、16.16%、25.97%、30.20%、34.72%和40.58% (P<0.01)。 小麥秸稈與玉米秸稈比較，磷酸酶活性增加了3.67% (P>0.05)，與葵花秸稈和油菜籽秸稈比較分別增加了5.16% 和7.62% (P<0.05)，與蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了8.26%、10.88%、26.99%和32.49% (P<0.01)。 小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，多酚氧化酶活性增加了4.35% (P>0.05)，與葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、傳統(tǒng)化肥和對照田比較分別增加了9.09%、30.91%、41.18%、50.00%、56.52%和63.64% (P<0.01)。

表6 秸稈還田對制種玉米田微生物數(shù)量和酶活性的影響

2.4 秸稈發(fā)酵還田對制種玉米品質、經濟性狀和效益的影響

2.4.1 對制種玉米品質的影響 由表7可知，秸稈還田后有效改善了制種玉米品質，6種秸稈還田處理的玉米可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量均值分別為21.96%、25.42%和8.40%，與傳統(tǒng)化肥和對照處理比較，其可溶性糖含量分別增加了16.01%和25.92%，淀粉含量分別增加了11.15%和29.30%，粗蛋白含量分別增加了13.36%和20.69%。不同處理的可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>油菜籽秸稈>葵花秸稈>豌豆秸稈>蠶豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了2.02%、2.05%和1.01%(P>0.05)；與油菜籽秸稈處理比較，可溶性糖和粗蛋白含量分別增加了7.75%和5.11(P<0.05)，淀粉含量增加了3.11%(P>0.05)；與葵花秸稈處理比較，可溶性糖和粗蛋白含量分別增加了13.25%和12.56%(P<0.01)，淀粉含量增加了6.28%(P<0.05)；與豌豆秸稈處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了18.52%、10.70%和13.41%(P<0.01)；與蠶豆秸稈處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了23.10%、14.13%和16.77%(P<0.01)；與傳統(tǒng)化肥處理比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了27.99%、17.62%和22.13%(P<0.01)；與對照田比較，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分別增加了38.71%、36.83%和30.03%(P<0.01)。

2.4.2 對制種玉米經濟性狀和產量的影響 由表7可知，秸稈還田后改善了制種玉米經濟性狀，提高了產量，6種秸稈還田處理的穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量均值分別為350.20粒、69.42 g、34.92 g和6.26 t·hm-2，與傳統(tǒng)化肥和對照比較，穗粒數(shù)分別增加了9.75%和27.23%，穗粒重分別增加了6.75%和16.83%，百粒重分別增加了5.44%和9.09%，產量分別增加了4.68%和27.24%。不同處理的制種玉米經濟性狀和產量變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥>對照。小麥秸稈與玉米秸稈處理比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量分別增加了1.01%、1.42%、0.34%和2.03%(P>0.05)；與葵花秸稈處理比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量分別增加了3.07%、3.04%、0.43%和3.17%(P>0.05)；與油菜籽秸稈處理比較，穗粒數(shù)和百粒重分別增加了4.13%和1.21%(P>0.05)，穗粒重和產量分別增加了5.36%和5.33%(P<0.05)；與蠶豆秸稈處理比較，穗粒數(shù)、穗粒重和產量分別增加了6.56%、6.07%和6.36%(P<0.05)，百粒重增加了1.53%(P>0.05)；與豌豆秸稈處理比較，穗粒數(shù)增加了9.52%(P<0.01)，穗粒重和產量分別增加了8.05% 和8.49%(P<0.05)，百粒重增加了1.97%(P>0.05)；與傳統(tǒng)化肥比較，穗粒數(shù)、穗粒重和產量分別增加了14.09%、10.93%和9.03%(P<0.01)，百粒重增加了6.40%(P<0.05)；與對照田比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量分別增加了32.25%、21.41%、10.09%和32.52%(P<0.01)。

表7 秸稈還田對制種玉米品質及經濟性狀的影響

2.4.3 對制種玉米經濟效益的影響 由表8可知，秸稈還田提高了制種玉米經濟效益，6種秸稈還田處理的增產值、施肥利潤和肥料投資效率均值分別為1.07萬元·hm-2、0.68萬元·hm-2和1.72元·元-1，與傳統(tǒng)化肥處理比較，增產值、施肥利潤和肥料投資效率增加了0.22萬元·hm-2、0.23萬元·hm-2和0.59元·元-1。不同處理施肥利潤和肥料投資效率變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈>傳統(tǒng)化肥。小麥秸稈與玉米秸稈、葵花秸稈、油菜籽秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈和傳統(tǒng)化肥處理比較，施肥利潤分別增加 0.09、0.16、0.25、0.31、0.40、0.43萬元·hm-2；肥料投資效率分別增加0.17、0.40、0.58、0.77、0.97、1.07元·元-1。

表8 秸稈還田對制種玉米經濟效益的影響

3 討論與結論

6種發(fā)酵秸稈還田后，小麥秸稈比其他秸稈更有利于降低制種玉米田容重、增大土壤孔隙度、提高水穩(wěn)性團聚體比例和總持水量。究其原因，一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機質含量為13.17 g·kg-1，分別為玉米、蠶豆、豌豆、油菜籽、葵花秸稈還田處理的1.02、1.17、1.25、1.10、1.05倍，小麥秸稈還田后把大量的有機質帶入土壤，使土壤疏松，降低了容重，增加了孔隙度；二是小麥秸稈中的有機質在土壤中合成的腐殖質促進了水穩(wěn)性團聚體的形成；三是小麥秸稈還田后在土壤中合成的腐殖質是親水膠體，因而提高了持水量。錢銳等[35]研究得出秸稈還田降低了土壤容重，增大了孔隙度；張玉銘等[36]研究得出秸稈還田顯著提升了土壤水穩(wěn)性團聚體含量；王碧勝等[37]研究得出秸稈還田后在土壤中合成的腐殖物質，有助于土壤團聚體的形成和穩(wěn)定；成臣等[38]研究得出秸稈還田可以有效抑制土壤水分蒸發(fā)，提高保水性能；張鵬等[39]研究得出農作物秸稈還田提高了土壤保水能力。小麥秸稈比其他秸稈有利于提高制種玉米田的CEC，降低其pH值。究其原因，一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機質含量比其他秸稈高，有機質在土壤中合成的腐殖質帶負電荷，吸附了土壤中的陽離子，因而提高了CEC；二是有機質在分解過程中產生的有機酸降低了土壤pH值，三是有機質在土壤中合成的腐殖質是一種含有酚羥基、羧基、甲氧基等多功能團的弱酸，降低了土壤pH值。這種變化特征與黨昆等[40]研究結論相一致。

6種發(fā)酵秸稈還田后制種玉米田有機質、有機碳、有機碳密度和供碳量變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈。究其原因一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機質分別是玉米秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、油菜籽秸稈、葵花秸稈的1.02、1.17、1.25、1.10、1.05倍，有機碳密度分別是玉米秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、油菜籽秸稈和葵花秸稈的1.04、1.30、1.34、1.14、1.08倍，小麥秸稈把大量的有機質帶入土壤，因而增加了有機質和有機碳含量。張雅潔等[41]研究得出秸稈還田向土壤中輸送豐富的有機物質，從而提升了土壤有機質含量；成鋼等[42]研究得出玉米秸稈還田提高了土壤有機質含量。小麥秸稈還田后制種玉米田耕作層土壤速效氮、磷、鉀含量比其他秸稈高，究其原因是小麥秸稈還田后耕作層土壤堿解氮分別是玉米秸稈、蠶豆秸稈、豌豆秸稈、油菜籽秸稈和葵花秸稈的1.01、1.08、1.10、1.06、1.04倍，速效磷分別達以上各處理的1.02、1.07、1.08、1.06、1.03倍，速效鉀分別達1.02、1.06、1.07、1.05、1.03倍。王麒等[43]研究得出秸稈還田為土壤提供了豐富的纖維素、氮、磷、鉀及微量元素等；張大偉等[44]研究得出秸稈還田提高了土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量。

6種發(fā)酵秸稈還田后制種玉米田的土壤細菌、放線菌數(shù)量及蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性變化順序為：小麥秸稈>玉米秸稈>葵花秸稈>油菜籽秸稈>蠶豆秸稈>豌豆秸稈。究其原因一是小麥秸稈還田后耕作層土壤有機碳含量比其他秸稈高，有機碳是土壤微生物生命活動能量物質和營養(yǎng)物質的直接來源，有效促進了細菌和放線菌的繁殖；二是小麥秸稈還田提高了土壤有機碳含量，土壤酶吸附在有機碳上，為土壤酶創(chuàng)造了良好的土壤生態(tài)環(huán)境條件，因而提高了土壤酶的活性。吳其聰?shù)萚45]研究得出秸稈還田后提高了土壤微生物數(shù)量；趙海東等[46]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田可增強土壤酶活性。小麥秸稈比其他秸稈有利于提高制種玉米穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重、產量、可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量。究其原因是小麥秸稈還田后提高了制種玉米田耕作層土壤有機質、有機碳、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，改善了土壤理化性質和生物學性質，促進了制種玉米的生長發(fā)育，因而提高了產量和品質，這與劉慧嶼等[47]的研究結論一致，但劉世平等[48]則認為，盡管秸稈還田改善土壤質量，但并沒有影響作物產量，甚至造成減產，這種變化規(guī)律與本研究不一致。有關不同作物秸稈還田數(shù)量、C∶N調整、腐爛時間、秸稈腐爛對氮素的消耗問題有待進一步研究。

綜上所述，小麥秸稈發(fā)酵還田降低了制種玉米田容重和pH值，增大了孔隙度和水穩(wěn)性團聚體含量，提高了田間持水量、CEC、有機質、速效氮磷鉀含量、微生物數(shù)量、酶活性、制種玉米產量和品質，在一定程度上能夠抑制制種玉米田土壤質量下降，是解決制種玉米產量和品質低而不穩(wěn)問題的途徑之一。