秸秆造粒还田耦合氮肥调控对长梗白菜生长及土壤质量的影响

王保君， 沈月明， 何凯波， 韩斌， 张红梅， 沈亚强， 程旺大*

(1.嘉兴市农业科学研究院 生态环境研究所，浙江 嘉兴 314016； 2.桐乡市龙图粮油农机专业合作社，浙江 桐乡 314514；3.桐乡市大麻镇农业经济服务中心，浙江 桐乡 314514)

桐乡市长梗白菜种植历史悠久，早在民国时期《德清县新志》就有相关记载。桐乡长梗白菜主要以加工为主，腌制后鲜脆爽口，倍受当地消费者青睐。氮肥作为植物生长的重要元素，是长梗白菜产量和品质的重要保证。近几年来，氮肥减量行动在我国广泛开展，蔬菜和瓜果等经济作物是过量施氮的主要对象[1]。因此，合理施用氮肥是提高长梗白菜产量和品质的关键因素。

作物秸秆作为重要的农业资源，富含氮磷钾等营养元素[2]，是农业生产中主要的农田废弃物。秸秆还田作为秸秆废弃物利用的主要方式，在改善土壤结构、调节土壤肥力等方面具有积极的作用[3]。秸秆造粒还田作为新型的还田方式，具有秸秆和土壤混合均匀、秸秆腐解速度和养分释放速度快等优点[4]。张莉等[5]研究表明，秸秆造粒还田可以显著提高土壤有机质、碱解氮和有效磷的含量，提高小麦分蘖成穗率和干物质转运速率。丛萍等[6]研究表明，秸秆颗粒还田对养分元素比例的提高具有短期快速效应。徐忠山等[7]研究表明，秸秆造粒还田可以增加土壤酶活性、微生物量碳含量以及提高变形菌门、厚壁菌门菌株的相对丰度，提高土壤固氮、养分释放能力，降低土壤病害发生概率。由此可见，秸秆造粒还田结合氮肥调控栽培技术，对蔬菜种植具有重要的意义。

目前，有关秸秆造粒还田的研究主要集中于对粮食作物生长及其土壤质量影响的研究[8-9]，有关秸秆造粒还田对水稻-长梗白菜等粮经轮作模式影响的相关研究较少，而关于秸秆造粒还田耦合氮肥调控对蔬菜生长的影响鲜有报道。本研究通过温室大棚盆栽试验，研究秸秆造粒还田耦合氮肥调控对水稻-长梗白菜轮作后茬长梗白菜生长及其土壤质量的影响，旨在优化当地水稻-长梗白菜粮经轮作模式下氮肥和秸秆等农业资源配置，为当地长梗白菜高质高效生产提供数据支持和理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计与盆栽管理

供试土壤来源于浙江嘉兴市青紫泥水稻土，于2020年11月27日水稻收获后进行采集、晾晒，作为试验盆栽用土。供试土壤的基本理化性质为：pH 7.29，土壤有机碳含量17.16 g·kg-1，全氮含量1.75 g·kg-1，速效钾含量163.28 mg·kg-1，速效磷含量46.01 mg·kg-1，铵态氮含量19.85 mg·kg-1，硝态氮含量29.85 mg·kg-1。供试试验箱为上底33 cm×51 cm、下底30 cm×49 cm、高度为33 cm的梯形塑料整理箱。试验采取二因素随机试验设计，设置秸秆(造粒还田：7 500 kg·hm-2，S；不还田：0 kg·hm-2)和施氮量(常规氮肥用量：240 kg·hm-2，N；氮肥减量：180 kg·hm-2，N-25%)两因素，设4个处理，3次重复，共12个试验箱，每个试验箱装入25 kg干土。于2020年12月10日进行长梗白菜播种。在播种前1 d，SN和SN-25%处理施入造粒秸秆，并与土壤充分混合均匀。于2020年2月4日进行定苗，每个试验箱留6棵长梗白菜，于2020年3月12日进行收获、测产。在施肥管理方面，氮肥按基追肥比例2∶1∶1施入，施肥时间分别为2020年12月9日、2021年1月11日和2021年2月7日。磷肥、钾肥作基肥用量分别为22.5和45 kg·hm-2，在长梗白菜播种前1 d(2020年12月9日)施入。具体秸秆和氮肥盆栽用量如表1所示。

表1 不同处理的施肥用量

1.2 指标测定

1.2.1 长梗白菜形态学指标测定

于2021年3月12日对大棚长梗白菜进行适时采收，并测定长梗白菜株高、叶片数、展开度、单株净重等指标。

1.2.2 土壤质量测定

盆栽长梗白菜收获后，进行取土。用碳酸氢钠-钼锑抗比色法测定速效磷含量[10]，火焰光度计比色法测定速效钾含量[11]，靛酚蓝比色法测定铵态氮含量[12]，紫外分光光度计测定硝态氮含量[12]，凯氏定氮法测定土壤全氮、可溶性有机氮含量[12-13]，重铬酸钾外加热氧化法测定土壤总有机碳和水溶性有机碳含量[13-14]，氯仿熏蒸法测定土壤微生物量碳、氮含量[15]。

1.3 数据处理及分析

用SPSS 25.0进行单因素方差分析，采用Duncan法进行多重比较，用Microsoft Office Excel 2010作表，用graphpad prism 8.0作图。

2 结果与分析

2.1 秸秆造粒还田耦合氮肥调控对长梗白菜植物学特性的影响

由表2可知，秸秆造粒还田对长梗白菜的生长具有一定程度的影响。同N处理相比，SN处理的叶片数显著增加；同N-25%处理相比，SN-25%处理的叶片数和单株净重均显著增加，而株高显著降低。此外，氮肥减量对长梗白菜的生长具有负面影响，同N处理相比，N-25%处理的单株净重和净菜率均显著降低；同SN处理相比，SN-25%处理的单株净重显著降低。

表2 秸秆造粒还田耦合氮肥调控对长梗白菜植物学特性的影响

2.2 秸秆造粒还田耦合氮肥调控对土壤养分的影响

由表3可知，秸秆造粒还田对土壤速效钾和铵态氮有一定程度的影响。同N-25%处理相比，SN-25%处理的速效钾和铵态氮含量显著增加。此外，氮肥减量对土壤铵态氮和pH值均有不同程度的影响。同N处理相比，N-25%的土壤硝态氮含量和pH值均显著降低；同SN处理相比，SN-25%处理的土壤硝态氮含量显著降低。

表3 秸秆造粒还田耦合氮肥调控对土壤养分的影响

2.3 秸秆还田耦合氮肥调控对土壤微生物量碳、氮的影响

由图1可知，秸秆造粒还田可以显著提高土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比，同N处理相比，SN处理的土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比均显著增加；同N-25%处理相比，SN-25%处理的土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比均显著增加。此外，氮肥减量对土壤微生物量碳含量有一定程度的影响，同N处理相比，N-25%处理的土壤微生物量碳含量显著降低。

柱上无相同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图2同。

2.4 秸秆还田耦合氮肥调控对土壤可溶性碳、氮的影响

由图2可知，秸秆造粒还田对土壤可溶性有机碳含量有一定程度影响。同N处理相比，SN处理的可溶性有机碳含量显著增加。此外，氮肥减量对土壤可溶性有机碳、可溶性有机氮以及可溶性有机碳氮比均有不同程度的影响。同N处理相比，N-25%处理的可溶性有机氮含量显著降低；同SN处理相比，SN-25%处理的可溶性有机碳、氮含量均显著降低，而可溶性有机碳氮比显著增加。

图2 秸秆还田耦合氮肥调控对土壤可溶性有机碳、氮的影响

3 讨论

长梗白菜作为桐乡市当地特色蔬菜，深受人们喜爱。秸秆造粒还田和氮肥调控作为重要的农业生产措施，在保证当地长梗白菜质量和产量方面发挥着重要作用。杨晓燕等[16]研究表明，秸秆还田可以增加白菜的株高和单株净重。本研究表明，秸秆造粒还田可以显著提高长梗白菜叶片数。张苗等[17]研究表明，在一定范围内，合理施用氮肥可以提高白菜植株产量，然而施氮量增加至3.75 g·kg-1时，白菜产量下降。刘一凡等[18]研究表明，氮肥减量至300 kg·hm-2时，白菜较当地常规施肥产量增加3%。而本研究表明，氮肥减量可以显著降低长梗白菜单株净重，这可能是由于不同地区施肥差异造成的。在秸秆还田耦合氮肥调控方面，山楠等[19]研究表明，同常规施肥相比，有机肥代替30%优化氮肥处理(有机肥1 445 kg·hm-2，氮肥202.3 kg·hm-2)在魏善庄镇试验点增产9.8%，在长子营镇试验点增产仅1.8%。因此，合理的氮肥供给是长梗白菜增产的有力保证。水稻秸秆含氮0.45%[20]，1 hm2产7 500 kg稻草，氮含量约为33.75 kg，本试验大棚长梗白菜的生育期为71 d，秸秆颗粒还田70 d的氮素释放率约为50%[4]，由此可知，7 500 kg稻草造粒还田可为当季长梗白菜生长提供约16.88 kg纯氮。本研究表明，在常规施氮基础上减少25%(180 kg·hm-2)，秸秆造粒还田很好地补充了土壤氮肥，促进长梗白菜显著增产，但是氮肥用量偏少，总体产量不高。在本试验条件下，秸秆造粒还田配施常规氮肥(240 kg·hm-2)处理的长梗白菜产量最高。

土壤养分是土壤肥力的重要表征。秸秆富含氮、磷、钾等矿质元素，是循环补充土壤养分的重要来源。黄蓉等[21]研究表明，秸秆还田配合氮肥减量30%可以显著增加土壤的速效钾和碱解氮含量。刘金山等[22]研究表明，氮肥施用是造成土壤硝态氮含量增加的重要因素之一。本研究表明，同氮肥减量25%(180 kg·hm-2)相比，秸秆造粒还田配施氮肥减量25%可以显著提高土壤铵态氮和速效钾含量。此外，氮肥减量显著降低了土壤硝态氮含量，同前人研究结果[23]基本一致。

土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮是反映土壤肥力变化的灵敏指标，也是衡量土壤肥力、土壤健康状况的重要指标[24]。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)可以表征微生物群落结构特征[25]。相关报道指出，以细菌、放线菌和真菌为主要类型的土壤微生物群落的碳氮比分别为3～5、5～7和4.5～15.0。张莉等[26]研究表明，秸秆颗粒还田显著提高还田当年0～20 cm和20～40 cm土层可溶性有机碳含量，增加土壤溶解性有机碳与有机碳含量的比值(DOC/SOC)。本研究表明，秸秆造粒还田可以显著提高土壤微生物量碳含量以及微生物量碳氮比，且各处理土壤生物群落主要以真菌为主，与前人研究结果[27]一致。吴传发等[28]研究表明，秸秆还田配合氮肥减量20%可以保持旱地土壤可溶性有机碳氮养分含量。而本研究表明，同秸秆造粒还田配施常规氮肥相比，秸秆造粒还田配施氮肥减量25%的土壤可溶性有机碳氮含量显著下降，这可能是由于不同地区施氮量以及土壤类型差异所致。

秸秆造粒还田可以显著提高长梗白菜叶片数、土壤微生物量碳和微生物量碳氮比。在氮肥减量25%(180 kg·hm-2)条件下，秸秆造粒还田可以显著提高长梗白菜单株净重、土壤速效钾、铵态氮含量。氮肥减量显著降低了长梗白菜单株净重和土壤硝态氮含量。在本试验条件下，秸秆造粒还田配施240 kg·hm-2氮肥的长梗白菜产量最高，在维持土壤养分和活性碳库方面效果最佳。