秸秆还田与有机肥对银北盐碱地春小麦光合作用及生长的影响

马 飞，许 兴，肖国举，张峰举

（1.宁夏大学新技术应用研究开发中心，宁夏银川750021；2.宁夏大学农学院，宁夏银川750021）

秸秆还田与有机肥对银北盐碱地春小麦光合作用及生长的影响

马 飞1，许 兴2，肖国举1，张峰举1

（1.宁夏大学新技术应用研究开发中心，宁夏银川750021；2.宁夏大学农学院，宁夏银川750021）

为作物秸秆还田及有机肥施用改良盐碱地提供理论依据，分析秸秆还田（RS）、有机肥（M）及秸秆还田和有机肥配施（RSM）条件下盐碱地春小麦的光合作用、生长及土壤性质的变化。结果表明：与CK（只施化肥）相比，RS、M和RSM能够显著降低土壤pH和全盐含量，0～10cm土层pH分别降低0.9%、4.4%和6.8%，全盐含量分别降低41.6%、66.4%和67.8%；10～20cm土层pH分别降低3.5%、8.9%和7.6%，全盐含量分别降低56.6%、61.9%和71.4%，土壤环境得到明显改善。秸秆还田和有机肥施用显著提高春小麦的光合作用、生长及干物质积累，与对照相比，RS、M和RSM处理春小麦的株高分别增加12%、22%和35%，总生物量分别增加为21%、32%和58%，穗干重分别增加28%、44%和80%，茎干重分别增加63%、58%和79%，叶干重分别增加47%、48%和74%，且RSM处理春小麦的生长和总生物量显著高于RS和M。

秸秆还田；盐碱地；光合作用；春小麦；银北地区；宁夏

土壤盐渍化是影响农业生产及生态环境的一个全球性问题。宁夏引黄灌区33%土地有盐碱化问题，其中，重度和中度盐碱化的土地主要集中在银北地区，土壤盐碱化是目前制约宁夏乃至全国农业增产的重要因素之一，如何改良利用盐碱地是目前亟待解决的农业问题，这将对提高农业生产及改善生态环境有着非常重要的意义。由于盐碱地碱化程度高，土壤紧实，因而如何改善盐碱地的土壤结构，降低盐碱程度是其改良的关键所在。农作物秸秆是农业生产中的主要废弃物之一，我国每年约97%的秸秆被焚烧、堆积和遗弃，既造成资源浪费，又污染环境［1］。将秸秆粉碎直接还田是目前秸秆利用的主要方式之一，对于改善土壤物理性状、提高土壤有机质含量、增加土壤微生物活性和农作物增产等具有重要作用［2-3］。

近年来，化肥施用量的快速增长及不合理施用导致的农业面源污染已成为十分严重的环境问题［4］。以有机肥部分代替化肥可缓解化肥对环境的污染。大量研究表明，有机肥料含有大量的腐殖酸，对改善盐碱地土壤环境具有重要作用［3］，同时为作物提供养分、增加土壤有机质、促进微生物繁殖、增强土壤保水保肥能力［5］。因此，笔者等在盐碱地春小麦种植中开展秸秆还田及其与有机肥配施试验，探讨秸秆还田和施用有机肥措施对盐碱地土壤理化性质与春小麦的光合作用、生长和干物质积累的影响，以期为宁夏地区利用秸秆还田及施用有机肥改良盐碱地提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

试验地位于宁夏银川北部西大滩盐碱地实验基地，东经106°13′～106°26′，北纬38°45′～38°55′，海拔1 091～1 102m，年均降水量172.5mm，7、8和9月降水量占年降水量的66.6%，年平均蒸发量达1 755mm，全年平均相对湿度为56%，年平均日照时数2 800～3 200h，年均气温8.5℃，昼夜温差8～15℃，全年无霜期150d。试验前土壤pH 8.9，全盐1.7g/kg。

1.2 试验设计

试验为春小麦套种玉米的种植模式。小麦在2月底3月初适期早播，玉米在4月5—10日播种。试验施肥运筹：磷肥40kg/667m2＋钾肥6kg/667m2作基肥一次性施入；4月下旬灌头水之前小麦苗肥追施尿素10kg/667m2；玉米追肥3次，结合小麦灌水进行，苗肥于5月下旬追施尿素10kg/667m2，穗肥于6月下旬追施尿素20kg/667m2，粒肥于7月中旬（麦收后）追施尿素15kg/667m2。在统一施用化肥基础上，以试验前期施入对象设置4个处理：处理1，对照（CK），当地常规施肥，即上述统一施用化肥模式；处理2，秸秆还田（RS），小麦和玉米秸秆全量还田；处理3，有机肥（M），用量15t/hm2，作基肥一次性施入；处理4，有机肥（15t/hm2，作基肥一次性施入）＋秸秆还田（RSM）。3次重复，小区长10m、宽4.66m。田间管理与当地大田相同。

1.3 测定项目

1）光合-光响应曲线。于2015年6月14日至15日进行春小麦（灌浆期）光合作用的测定，选取生长基本一致的旗叶，利用便携式光合作用测量系统（LI-6400XT，LI-COR Lincoln，NE，USA），于9：00-12：00进行春小麦的光合-光响应曲线测定。光合有效辐射（PAR）从高到低设定为2 000 μmol/（m2·s）、1 500μmol/（m2·s）、1 000μmol/（m2·s）、500μmol/（m2·s）、300μmol/（m2·s）、150μmol/（m2·s）、80μmol/（m2·s）、40μmol/（m2·s）、0μmol/（m2·s），每个PAR下控制测定时间3～4min，利用CO2注入系统将CO2浓度保持在400μmol/mol。每个处理选取5株作为重复，标记已测定气体交换的叶片，并测定面积，计算单位面积的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）。

2）春小麦生长量。在春小麦成熟期，每个小区选10株有代表性、长势一致植株，采用卷尺测量单株株高，然后收割植株地上部分，将穗、茎和叶分开，于烘箱内80℃烘干至恒重（48h），测干重。

3）土壤pH及含盐量。在田间分0～10cm和10～20cm 2层采集土样，每个处理3个重复取样。pH和电导率采用土壤农化常规分析方法［6］测定。

2 结果与分析

2.1 不同处理盐碱地土壤的pH和盐含量

从表1看出，秸秆还田和有机肥施用能显著降低各土层土壤pH和含盐量，改善土壤性质。与CK相比，0～10cm土层RS、M和M＋RS的pH分别降低0.9%、4.4%和6.8%，全盐含量分别降低41.6%、66.4%和67.8%；10～20cm土层的pH分别降低3.5%、8.9%和7.6%，全盐含量分别降低56.6%、61.9%和71.4%。施用有机肥的处理（M和M＋RS）较秸秆还田处理（RS）各土层土壤pH和含盐量降低明显，且相对其他处理，M＋RS处理下各土层pH和全盐含量下降最明显。说明，秸秆还田配施有机肥对盐碱地的改良效果最明显。

表1 不同处理土壤的pH和全盐含量Table 1 Changes in soil pH and salt content under different treatments

2.2 不同处理春小麦的光合作用比较

1）春小麦光合-光响应曲线变化。由图示可知，4种处理下春小麦的净光合速率变化趋势一致：当PAR＜300μmol/（m2·s）时，Pn随PAR的增大迅速升高，且处理间差异不明显；当PAR≥300 μmol/（m2·s）时，随PAR的增强，Pn先缓慢升高，然后逐渐趋于饱和，且在高光强下，4种处理间的Pn-PAR曲线差异明显，Pn依次为RSM＞RS＞M＞CK，表明RS＋M处理对春小麦的光合速率增加最明显。

2）春小麦气孔导度。随着光照强度增大表现出与光合速率类似的响应特征，秸秆还田和有机肥施用措施对春小麦的气孔导度（Gs）具有明显的促进作用。与CK相比，其他3个处理的气孔导度明显增加，Gs大小表现为M＞RSM＞RS＞CK，表明，有机肥处理对春小麦的气孔导度影响最大。

3）春小麦胞间CO2浓度。春小麦胞间CO2浓度（Ci）随PAR升高呈降低趋势，秸秆还田和有机肥施用对春小麦的Ci具有明显的促进作用。与CK相比，RS、M和RS＋M的Ci增加明显，但是，RS、M和RSM处理的Ci差异不明显。

2.3 不同处理春小麦的生长变化

由表2看出，秸秆还田和有机肥施用对春小麦的株高和总生物量具有明显的促进作用。RS、M和RSM处理春小麦的株高较CK显著提高，增加幅度分别为12%、22%和35%；RS、M和RSM处理的生物量较CK显著增加，幅度分别为21%、32%和58%，且RSM处理春小麦的株高和总生物量显著高于RS和M。

图示 不同处理春小麦净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度对光合有效辐射升高的响应Fig. Responses of Pn，Gsand Cito increasing PAR under different treatments of spring wheat

RS、M和RSM处理下春小麦穗重均较CK显著增加，幅度分别为28%、44%和80%，且RSM处理的穗重显著高于RS和M；RS、M和RSM处理的春小麦茎干重均较CK显著增加，幅度分别为63%、58%和79%，但RS、M和RSM间差异不显著；RS、M和RSM处理春小麦的叶干重较CK显著增加，幅度分别为47%、48%和74%，RS、M和RSM间差异不显著。表明，秸秆还田和有机肥施用均能促进春小麦的生长和生物量积累，且相对于其他处理，RSM对春小麦的生长和生物量的累积效应最明显。

表2 不同处理春小麦的生长特征和生物量Table 2 Growth features and biomass of spring wheat under different treatments

3 结论与讨论

1）研究结果表明，秸秆还田和施用有机肥均能明显改善土壤环境，相对于对照（当地常规施肥即纯施化肥），秸秆还田和施用有机肥能够使0～10cm土层的pH降低0.9%～6.8%，全盐含量降低41.6%～67.8%；10～20cm土层的pH降低3.5%～7.6%，全盐含量降低56.6%～71.4%。而且，秸秆还田加有机肥配施处理土壤pH和全盐含量均显著低于单一的秸秆还田或单独施用有机肥的处理，表明秸秆还田加有机肥配施对盐碱地土壤的改良效果最为明显。

2）光合作用是植物体内重要的代谢过程，其强弱对植物生长发育及抗逆性都有重要影响，因而可用光合作用参数作为判断植物生长和抗逆性强弱的指标之一。在本研究中，秸秆还田和施有机肥均能较对照明显增加春小麦光合作用能力，尤其以秸秆还田加有机肥配施处理春小麦的光合作用显著高于其他处理。这可能是因为秸秆还田改善了土壤团聚体结构，增加土壤的孔隙性、持水性和通透性，优化土壤物理性状，而有机肥中的腐殖酸能够中和盐碱地的碱化成分，降低盐碱地的碱化程度，同时为植物提供生长所需的养分［7-10］。冯国艺等［11］研究也表明了秸秆还田和施用有机肥能够明显降低土壤含盐量，提高滨海盐碱地棉花的光合特性。通过研究不同处理下春小麦的气孔导度、胞间CO2浓度等气体交换参数的变化，发现在秸秆还田和施用有机肥等措施下，气孔导度开放程度和胞间CO2浓度的提高是春小麦光合作用增强的主要原因，这也与冯国艺等研究结果一致。而施用有机肥处理的气孔导度高于秸秆还田加有机肥配施处理则说明两种处理措施可能对春小麦光合作用的影响机制存在差异。

3）已有研究表明，光合作用与植物的生长发育密切相关，秸秆还田和施用有机肥能提高植物的光合速率，进而促进植物的生长［11-14］。本研究表明，秸秆还田和有机肥施用显著促进了春小麦的生长和生物量的累积。与对照相比，秸秆还田、施用有机肥以及秸秆还田加有机肥配施处理下春小麦的株高增加12%～35%，生物量提高21%～58%，穗重提高28%～80%，茎干重提高58%～79%，叶干重提高47%～74%。而且秸秆还田加有机肥配施春小麦的株高和总生物量明显高于单一的秸秆还田和单独施用有机肥处理。表明，秸秆还田加有机肥配施对盐碱土土壤环境改善效应和对春小麦的生长和生物量促进作用最明显，应加大推广力度。

［1］申源源，陈 宏.秸秆还田对土壤改良的研究进展［J］.中国农学通报，2009，25（19）：291-294.

［2］刘 娣，范丙全，龚明波.秸秆还田技术在中国生态农业发展中的作用［J］.中国农学通报，2008，24（6）：404-407.

［3］李凤霞，郭永忠，王学琴，等.不同改良措施对宁夏盐碱地土壤微生物及苜蓿生物量的影响［J］.中国农学通报，2012，28（30）：49-55.

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［6］鲍士旦.土壤农化分析 ［M］.3版.北京：中国农业出版社，2000：25-114.

［7］吴 菲.玉米秸秆连续多年还田对土壤理化性状和作物生长的影响［D］.北京：中国农业大学，2005.

［8］劳秀荣，吴子一，高燕春.长期秸秆还田改土培肥效应的研究［J］.农业工程学报，2002，18（2）：49-52.

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［10］宇万太，姜子绍，马 强，等.施用有机肥对土壤肥力的影响［J］.植物营养与肥料学报，2009，5（5）：1057-1064.

［11］冯国艺，张 谦，王树林，等.秸秆还田对滨海盐碱地棉苗光合特性及生长的影响［J］.棉花学报，2015，27（3）：248-253.

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［13］王晓娟，贾志宽，梁连友，等.不同有机肥量对旱地玉米光合特性和产量的影响［J］.应用生态学报，2012，23（2）：419-425.

［14］史桂芳，毕 军，夏光利，等.秸秆还田与有机肥配施对冬小麦产量及性状的影响［J］.江西农业学报，2011，23（9）：118-120.

（责任编辑：姜 萍）

Effects of Straw-returning and Manure on Photosynthesis and Growth of Spring Wheat in Saline-alkali Soil in North of Yinchuan

MA Fei1，XU Xing2，XIAO Guoju1，ZHANG Fengju1
（1.NewTechnologyApplication，ResearchandDevelopmentCenter，NingxiaUniversity，Ningxia，Yinchuan750021；2.SchoolofAgriculture，NingxiaUniversity，Ningxia，Yinchuan750021，China）

In order to provide theoretical references for improving saline-alkali soil by applying straw returning（RS），manure（M）and their interaction（RSM），the effects of applying RS，M and RSM on photosynthesis，growth and soil property of spring wheat were studied.Results：Compared with CK（applying chemical fertilizer only），RS，M and RS＋M significantly improved the properties of saline-alkali soil，reflected by their significant lower values of pH and salt content than CK.pH values of 0～10cm soil layer decreased by 0.9%，4.4%and 6.8%respectively，that of 10～20cm soil layer decreased by 3.5%，8.9%and 7.6%respectively.Salt content of 0～10cm soil layer decreased by 41.6%，66.4%and 67.8% and that of 10～20cm soil layer decreased by 56.6%，61.9%and 71.4%respectively.The photosynthesis，growth and dry matter production showed the opposite trend，exhibiting highest values in RSM，followed by M and RS，and lowest values in the CK.Compared with CK，RS，M and RSM increased plant height（12%，22%and 35%），gross biomass（21%，32%and 58%），dry ear weight（28%，44%and 80%），dry stem weight（63%，58%and 79%）and dry leaf weight（47%，48%and 74%）.

straw returning；saline-alkali soil；photosynthesis；spring wheat；north region of Yinchuan；Ningxia

S156.4

A

2015-12-28；2016-08-13修回

国家科技支撑计划项目“西北地区灌溉农田土壤固碳减排技术研究”（2013BAD11B03-6）

马 飞（1982-），男，副研究员，博士，从事植物生理生态研究。E-mail：mafei05＠163.com

1001-3601（2016）09-0387-0080-04