秸秆还田配施肥料及腐熟剂对土壤酶活性及小麦产量的影响

李国阳,燕照玲，李 仟,卫 丽,关小康,王同朝*(.河南省扶沟县农业局农技推广中心,河南 扶沟4600； .河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 45000; .河南农业大学 农学院/河南粮食作物协同创新中心,河南 郑州 45000)

秸秆还田配施肥料及腐熟剂对土壤酶活性及小麦产量的影响

李国阳1,燕照玲2，李 仟3,卫 丽3,关小康3,王同朝3*
(1.河南省扶沟县农业局农技推广中心,河南 扶沟461300； 2.河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002; 3.河南农业大学 农学院/河南粮食作物协同创新中心,河南 郑州 450002)

通过2 a的小麦—玉米轮作田间定位试验,探讨秸秆还田不施肥(CK)、秸秆还田+化肥(SF)、秸秆还田+化肥+HM腐熟剂(SFD)、秸秆还田+化肥+有机肥(SFM)对小麦收获期土壤酶活性及小麦产量的影响,以期确定最佳的秸秆还田配施处理。结果表明：SFM和SFD处理的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性高于CK和SF处理;SFM和SFD处理土壤碱解氮、速效磷含量高于CK和SF处理,总体以SFD处理效果最佳;各处理小麦产量表现为SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD处理之间差异不显著,两处理小麦产量较SF处理增加8.42%～12.69 %(2013年)、8.21%～14.14%(2014年),基础地力对小麦产量的贡献率表现为SFM

秸秆还田; 小麦; 腐熟剂; 有机肥; 土壤酶活性; 产量

随着人口的急剧增加和人们对高生活水平需求的日益增强,粮食安全已成为举国关注的重点。然而为了追求粮食高产,高强度的复种及大水大肥的集约化生产等现象造成我国耕地地力水平普遍降低。因此,要实现粮食的可持续高产必须在用地的同时兼顾养地,保持较高的地力水平,而秸秆还田是一项简便易实施的培肥地力措施。科学合理利用秸秆是培肥土壤和提高作物产量的重要措施之一,而不合理的利用则会导致资源浪费、土壤质量退化、作物产量下降、污染环境等问题[1-3]。因此,将秸秆科学、合理、有效地还田对发展有机可持续农业具有重要意义[4]。甄丽莎等[5]、马超等[6]、朱鸿杰等[7]和李玮等[8]研究发现,秸秆还田配施肥料以及秸秆腐熟剂等可以显著增加土壤养分含量,改善叶片的光合特性，进而提高作物产量。

河南省是农业大省,是我国重要的粮食主产区之一,同时也是秸秆资源大省。据统计，2011年河南省秸秆理论总量约为1.14亿t,其中小麦、玉米和水稻3种作物秸秆数量分别是0.69亿t、0.32亿t和0.123 6亿t,秸秆还田量占秸秆总量的62.6%[9]。然而，小麦、玉米秸秆当季分解率约40%[10-11],大量秸秆未及时分解还田,导致秸秆资源利用效率低下,造成下季作物播种质量下降,影响作物产量。因此，应该将秸秆合理有效还田，这对于土壤养分含量及作物产量的提高具有重要意义。针对河南省旱田小麦—玉米复种轮作制,在鹤壁市农业科学院试验田进行了连续2 a的秸秆还田培肥定位试验,研究秸秆还田配施有机肥、无机肥及腐熟剂对小麦田土壤酶活性和小麦产量的影响,以期确定最佳的秸秆还田配施处理,为豫北地区高产田秸秆资源的合理利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验于2012年10月—2014年6月在河南省鹤壁市农业科学院试验园区内进行。供试土壤为黏质潮土,土壤理化性状为：有机质17.4 g/kg、全氮1.60 g/kg、碱解氮65.54 mg/kg、有效磷26.65 mg/kg、速效钾163 mg/kg,pH值7.45。

1.2 试验设计

试验共设置4个处理,分别为秸秆还田不施肥(CK)、秸秆还田+化肥(SF)、秸秆还田+化肥+HM腐熟剂(SFD)、秸秆还田+化肥+有机肥(SFM)。其中,有机肥为阿维精有机肥(含N、P、K>4%，有机质>30%，阿维菌素药渣>60%，生化黄腐酸钾>10%，菌丝体蛋白>10%,由河北天道德美农业科技有限公司生产),施用量为225 kg/hm2,小麦播种前均匀撒施到地表;HM腐熟剂(河南省鹤壁市聚集工业区)主要以有机物料为载体,由纤维素降解菌、半纤维素降解菌、木质素降解菌等有益复合菌种组成,施用量为30 kg/hm2,与3～5倍细土搅拌均匀后,在小麦播种前直接撒施到玉米秸秆上。每个处理3个重复,试验小区长16.7 m、宽4.0 m,随机区组排列。冬小麦品种为西农979,10月23日播种,6月6日收获,其他管理按照当地麦田管理模式进行。小麦机械收获后，秸秆全部还田，所实施的处理同上。玉米品种为郑单958，田间管理各处理相同。

1.3 样品采集与分析

于小麦收获期,采用土钻法(直径5 cm)采集各处理表层(0～20 cm)土壤样品,每小区采集3钻,土壤样品剔除可见根系、碎石后,一部分用于测定土壤速效养分含量,另一部分储存于-20 ℃环境下用于测定土壤酶活性。其中,土壤蔗糖酶活性采用硫代硫酸钠滴定法测定,脲酶活性采用生成铵比色法测定,碱性磷酸酶活性采用苯磷酸二钠比色法测定[12]；碱解氮含量采用碱解扩散法测定,速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用NH4OAc浸提—原子吸收法测定。

于小麦收获时,随机选取3个样点各2 m2小麦测定地上生物量;随机选取3个样点各调查1 m2样方小麦穗数；收获3个样点各2 m2小麦，晒干脱粒计产,并计算基础地力对产量的贡献率,基础地力对产量的贡献率=基础地力产量/施肥灌溉后的产量×100%。

1.4 数据统计及分析

采用Excel 2003和SPSS 19.0软件进行数据处理,采用Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果和分析

2.1 秸秆还田配施肥料及腐熟剂对土壤酶活性的影响

由图1可知,2013、2014两个年份小麦收获期秸秆还田配施肥料及腐熟剂处理土壤蔗糖酶活性均高于单独秸秆还田处理, 其中2013年不同处理土壤蔗糖酶活性表现为SFD>SFM >SF>CK,SFD处理与其他3个处理差异显著,SF处理与CK差异不显著,SFD处理土壤蔗糖酶活性分别较CK、SF处理提高77.82%、66.67%;2014年土壤蔗糖酶活性表现为SFM>SFD>SF>CK,SFM处理与SFD处理差异不显著,但两者均与CK、SF处理差异显著,且SF处理与CK差异显著,SFM处理分别较CK、SF处理提高29.31%、16.57%%，SFD处理分别较CK、SF处理提高23.68%、15.04%。

由图1可知, 2013、2014两个年份小麦收获期秸秆还田配施肥料及腐熟剂处理土壤脲酶活性均高于单独秸秆还田处理, 其中2013年不同处理土壤脲酶活性表现为SFD>SFM >SF>CK,SFD 处理显著高于其他3个处理,SFD 处理土壤脲酶活性分别较CK、SF处理提高4.93%、4.57%;2014年土壤脲酶活性比2013年增加明显,不同处理土壤脲酶活性表现为SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD处理分别较CK显著提高7.10%、5.07%,SFM处理较SF显著提高4.21%。

由图1可知, 2013、2014两个年份小麦收获期秸秆还田配施肥料及腐熟剂处理土壤碱性磷酸酶活性均高于单独秸秆还田处理,其中2013年不同处理土壤碱性磷酸酶活性表现为SFD>SFM >SF>CK,各处理间差异显著,SFD、SFM处理土壤碱性磷酸酶活性分别比SF处理显著增加了17.00%、5.88%，分别比CK显著增加了23.45%、11.40%;2014年不同处理土壤碱性磷酸酶活性表现为SFM>SFD>SF>CK,SFM处理显著高于其他处理,SFM处理土壤碱性磷酸酶活性分别较CK、SF处理显著提高23.45%、17.33%。

不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05)图1 秸秆还田配施肥料及腐熟剂对土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的影响

2.2 秸秆还田配施肥料及腐熟剂对土壤速效养分含量的影响

由表1可知,2013、2014两个年份小麦收获期秸秆还田配施肥料及腐熟剂处理土壤速效养分含量均高于单独秸秆还田处理。2013年,不同处理土壤碱解氮、速效磷含量均表现为SFD>SFM >SF>CK,SFD处理显著高于其他3个处理,SFD处理土壤碱解氮、速效磷含量分别较CK显著增加了26.62%、55.10%，分别较SF处理显著增加了24.94%、35.71%;不同处理土壤速效钾含量表现为SF>SFD>SFM>CK。2014年土壤速效养分含量较2013年降低,土壤速效磷、速效钾含量均表现为SFD>SFM>SF>CK,SFD处理土壤速效磷、速效钾含量分别较CK显著增加了100.97%、20.70%，分别较SF处理显著增加了40.82%、13.96%;土壤中碱解氮含量表现为SFM>SFD>SF>CK,SFM和SFD处理显著高于SF和CK处理。

表1 秸秆还田配施肥料及腐熟剂对土壤速效养分含量的影响 mg/kg

注：同列数据后不同小写字母表示差异达0.05显著水平,下同。

2.3 秸秆还田配施肥料及腐熟剂对小麦产量的影响

由表2可知,2013年小麦产量表现为SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD处理产量分别比SF处理增加了12.69%、8.42%,分别比CK显著增加了49.60%、43.95%。2014年小麦产量变化趋势与2013年一致,但产量较2013年增加了8.08%～13.55%,主要原因在于2014年小麦灌浆期天气低温使得灌浆时间较2013年长了1周,籽粒千粒质量增加,进而使得产量增加。2014年SFM、SFD处理产量分别比SF处理增加了14.14%、8.21%,分别比CK显著增加了57.18%、49.01%。

由表2可知,2013年各处理小麦生物量表现为SFM >SF>SFD>CK,SFM、SFD处理小麦生物量分别比CK处理增加了25.40%、12.09%;2014年小麦生物量比2013年增加了7.70%～22.88%,表现为SFM>SFD>SF>CK,SFM、SFD处理小麦生物量分别比SF增加5.55%、2.54%,分别比CK显著增加31.63%、27.88%。

由表2可知,2013年不同处理基础地力对小麦产量的贡献率表现为SFM

表2 秸秆还田配施肥料及腐熟剂对小麦产量的影响

3 结论与讨论

土壤酶作为土壤生物活性及土壤肥力的重要组成部分,在土壤物质循环和能量转化中起着重要的催化作用,其活性可以反映土壤中各种生物化学反应的强度和方向[13]。本研究结果表明,SFM和SFD处理的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均高于CK和SF处理。这是因为秸秆腐解剂中含有纤维素降解菌、半纤维素降解菌、木质素降解菌等有益复合菌种,其能有效促进秸秆养分的释放,为土壤微生物提供丰富的营养源,增加微生物数量,从而有利于提高土壤酶活性[14-15];此外，有机肥本身也含有大量有机质和微生物,有利于土壤酶活性的提高。同时,土壤酶活性是评价土壤肥力的重要指标之一[16]。酶活性与土壤肥力之间具有明显的直接相关性,一般情况下,土壤蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性与土壤有机碳、全氮含量有非常好的相关关系[17]。说明土壤酶活性的改变会影响小麦植株的生长,进而影响小麦产量的形成。杨丽娟等[18]认为,土壤转化酶、脲酶、磷酸酶活性主要通过间接作用影响作物的产量,这与本研究结论相似。

作物秸秆本身含有丰富的氮、磷、钾等作物生长所必需的营养元素,秸秆还田后,伴随秸秆的分解,养分得到释放,会增加土壤养分含量。本研究结果表明,SFM和SFD处理土壤碱解氮、速效磷含量高于CK和SF处理,这与马超等[6]、匡恩俊等[19]结论相似。这是因为添加腐熟剂的秸秆还田处理通过利用腐熟剂中富含的功能微生物增加土壤微生物群落的功能多样性和活性，加快还田秸秆腐解进程[20],最终实现对土壤养分含量的有效提升。而添加有机肥的秸秆还田处理一方面利用有机肥中丰富的有机质以及化学养分改善土壤水肥气热,进而提高土壤有益微生物数量,从而加速秸秆养分释放率;另一方面,秸秆还田伴随有机肥的施入增加土壤养分的矿化速率,降低了土壤有效养分的固持和化肥的损失,进而提高土壤养分的有效容量和强度[21]。

作物产量是农业系统管理水平和土壤生产力的综合反映,也是农田质量的重要评价指标。本研究结果表明,各处理小麦产量表现为SFM>SFD>SF>CK，说明秸秆还田配施有机肥、腐熟剂后可以明显增加小麦产量。除此之外,基础地力对小麦产量的贡献率表现为SFM

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Effects of Straw Returning with Fertilizer and Decomposition Inoculants on Soil Enzyme Activity and Yield of Winter Wheat

LI Guoyang1,YAN Zhaoling2,LI Qian3,WEI Li3,GUAN Xiaokang3,WANG Tongchao3*
(1.Agricultural Technology Spreading Center of Fugou Agricultural Bureau of Henan,Fugou 461300,China; 2.Institute of Agricultural Economics and Information,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 3.Agronomy College,Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops,Zhengzhou 450002,China)

Through two years of wheat-maize rotation field location test,four treatments were applied namely straw returning without fertilizer as control (CK),straw returning with chemical fertilizer(SF),straw returning with chemical fertilizer and HM straw-decomposing inoculants(SFD),straw returning with chemical fertilizer and organic fertilizer (SFM),and the effect of the above straw returning treatments on soil enzyme activity and winter wheat yield were studied,so as to determine the optimal straw returning treatment.The results showed that soil invertase,urease and alkaline phosphatase activities of SFM,SFD treatments were significantly higher than that of SF and CK treatments.Soil available nitrogen,available phosphorus contents of SFM,SFD treatments were higher than that of SF and CK treatments,and on the whole the most was SFD treatment.The order of wheat yield was SFM>SFD>SF>CK,there was no significant difference between SFM treatment and SFD treatment,they were 8.42%—12.69%(2013),8.21%—14.14% (2014) higher than that of SF treatment.The contribution rate of soil fundamental fertility for wheat yield showed FM

straw returning; wheat;decomposition inoculants; organic fertilizer; soil enzyme activity; yield

2016-02-20

国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD14B08)；国家自然科学基金项目(31471452)

李国阳(1965-)，男，河南扶沟人,高级农艺师，本科,主要从事作物生产管理与技术推广工作。 E-mail:nyjygb@163.com

*通讯作者：王同朝(1964-)，男，河南南阳人,教授，主要从事作物抗旱节水栽培理论与技术研究。 E-mail:wtcwrn@126.com

S512.1

A

1004-3268(2016)08-0059-05