秸秆快腐剂对水稻产量和土壤理化特性的影响

韩丽君 谢昊 薛张逸 严管钰彤 顾骏飞

（江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学 农学院，江苏 扬州 225009；第一作者：1321223850@qq.com；*通讯作者：gujf@yzu.edu.cn）

我国是世界上主要的农业生产大国，每年都会产生大量秸秆，年产量约为7亿t，占世界秸秆总量的20%~30%[1-2]。其中，小麦秸秆数量年产高达1.8亿t，小麦秸秆富含水稻生长所需的氮、磷、钾等矿质元素，是稻田生态系统一种重要营养源[3-4]。随着我国粮食产量的增长，秸秆作为一项重要营养源却没有得到有效利用，大量作物秸秆被丢弃或焚烧，这不仅浪费秸秆资源，而且会造成污染环境等负面影响[5]。因此，如何实现秸秆有效还田是当前亟需解决的问题。秸秆直接还田是增加土壤有机碳、提高土壤养分的有效方法，但在自然条件下，秸秆还田后腐熟缓慢，导致大量未腐解的秸秆残留在土壤耕层，而且小麦秸秆还田腐熟时间与水稻返青分蘖同步，腐熟过程中不仅消耗土壤氮肥，而且产生有毒气体，例如沼气等，会造成大量黑根，导致秧苗分蘖少，产量低，难以大面积推广应用[6]。研究表明，秸秆快腐剂富含高效微生物菌，有利于秸秆快速腐熟，为土壤提供碳、氮、磷、钾等元素[7]，对水稻的生长发育有促进作用，从而提高水稻产出能力，保障农民的经济收入[8]。然而，快腐剂过量施用会快速消耗土壤中的氮素，而用量过少则秸秆腐解不够彻底。因此，本文在秸秆还田处理下通过增施不同用量的秸秆快腐剂，研究秸秆快腐剂的适宜用量，为秸秆还田推广提供实践与理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点基本情况

试验于2020年在扬州大学农学院试验农场盆栽场进行。供试水稻材料为金香玉1号和扬稻6号。5月12日进行大田育秧，6月12号移栽至盆钵（盆钵高30 cm、直径25 cm，容积14.72 L），每盆3丛，每丛2苗，每个处理20盆，两个品种共计240盆。10月20日收获。盆栽试验用土为田间试验原土，土壤类型为沙壤土。土壤理化性质：有机质22.7 g/kg，速效氮96.5 mg/kg，速效磷20.4 mg/kg，速效钾120.0 mg/kg，全氮1.96 g/kg。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，共设置6种处理：秸秆不还田（CK），秸秆还田但不施秸秆快腐剂（T0），秸秆还田配施秸秆快腐剂（T1、T2、T3和T4，快腐剂剂量分别为0.1、0.2、0.3和0.4 g/pot，根据面积比折算为15、30、45和60 kg/hm2）。小麦秸秆添加量为35 g/pot（折算为4 950 kg/hm2）。将秸秆人工切割成10 cm左右的小段后，与快腐剂、土样混合放入盆内。供试秸秆快腐剂系由河南郑州益加益生物科技有限公司生产（主要成分为光和菌、酵母菌、纤维素降解菌、半纤维素降解菌、木质素降解菌等多种有益菌群及20多种氨基酸、多种维生素、多种微量元素、肌醇、丝状真菌，酵母菌等多种菌株以及多种复合酶制剂，有效活菌数≥5×107cfu/g）。

移栽前每盆施用2 g尿素和0.5 g磷酸二氢钾作基肥；移栽后7 d，拔节期和穗分化期每个时期每盆施用1 g尿素。全生育期保持浅水层灌溉，收割前7 d断水。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株干物质量

分别于分蘖中期、穗分化期、抽穗期和成熟期每个处理各取3盆水稻，将叶片（绿叶+黄叶）、茎+鞘、穗分开后105℃杀青，并于75℃烘干至恒质量后测定植株干物质量。作物生长速率[g/（pot·d）]=（W2-W1）/（t2-t1）；t1和t2分别为第1次和第2次测定的时间，W1和W2分别为第1次和第2次测定的地上部植株干物质量（g/pot）[9]。

1.3.2 植株含氮量

取分蘖中期、抽穗期、成熟期的部分烘干样品，粉碎过筛后准确称取样品，放入催化剂、浓硫酸，然后在消煮炉420℃下消煮约1 h，变成绿色至澄清后，降至常温，转移到凯氏定氮仪上测定植株含氮量[10]。

1.3.3 土壤总氮

于分蘖中期、抽穗期、成熟期，取盆钵中0~20 cm的土壤样品，采用五点取土法并将其混匀，避光风干，用凯氏定氮仪测定土壤总氮含量[11]。

1.3.4 土壤有机质

土壤有机质含量参考BREMNER等[12]方法，用高锰酸钾加热法进行测定。

1.3.5 土壤速效磷

称取自然风干的土样2.5 g于三角瓶中，采用钼锑抗方法测定土壤速效磷含量。

1.3.6 土壤速效钾

称取自然风干土样，参照宋智勇[13]的方法测定土壤速效钾含量，于火焰光度计上测定。

1.3.7 土壤酶活性

在分蘖中期、抽穗期以及成熟期分别取土并测量土壤的脲酶活性和蔗糖酶活性[14]。土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法，土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法。

1.3.8 秸秆腐解率

秸秆腐解率＝（秸秆总量-残留秸秆量）/秸秆总量×100%。

1.3.9 考种与计产

于成熟期各品种各处理取5盆测定有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重。结实率采用水漂法测定，将稻谷置于密度为1.1×103kg/m3的生理盐水中，沉入水底则是饱粒，其余为空粒或瘪粒[15]。

1.4 数据处理

表格及文字处理采用office 2016软件，用Sigmaplot 12.5绘图，用SPSS统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆快腐剂对不同水稻品种产量及构成因素的影响

由表1可知，在秸秆还田条件下，增施秸秆快腐剂具有一定增产效果。与T0处理相比，T1、T2、T3和T4处理的产量分别提高2.5%~3.1%、9.8%~11.0%、7.6%~9.1%和1.3%~2.3%，T2处理产量最佳。从产量构成因素分析，秸秆还田配施秸秆快腐剂可以协同提高每盆穗数、每穗粒数和结实率。

表1 秸秆快腐剂对水稻产量及其构成因素影响

2.2 秸秆快腐剂对水稻干物质量及作物生长速率的影响

由表2可知，秸秆还田条件下，在分蘖中期，增施秸秆快腐剂显著降低了水稻干物质积累量，且随着快腐剂用量的增加下降幅度越大。在穗分化期、抽穗期和成熟期，增施秸秆快腐剂的处理地上部干物质量和作物生长速率都有显著增加。说明随着水稻生长发育进程地推进，增施秸秆快腐剂能促进水稻植株地上部干物质积累量，从而提高水稻产量。

表2 秸秆快腐剂对水稻干物质质量及作物生长速率的影响

2.3 秸秆快腐剂对小麦秸秆腐解率的影响

秸秆腐熟程度的一项重要指标是秸秆腐解率，其随时间的推移呈增加趋势。试验于水稻收获后分别对盆中的剩余秸秆进行采样、水洗、烘干称重，最后通过计算即获得秸秆腐解率。由图1可知，秸秆腐解率呈T4>T3>T2>T1>T0的趋势，说明秸秆快腐剂用量越多，秸秆的腐解率就越高。

图1 秸秆快腐剂用量对小麦秸秆腐解率的影响

2.4 秸秆快腐剂对水稻植株氮素积累量的影响

由图2可知，各处理的氮素积累量随着生育进程的推进而增加，成熟期最高。分蘖中期秸秆不还田处理显著高于秸秆还田处理，抽穗期和成熟期秸秆还田处理显著高于秸秆不还田处理，且均以T2处理的氮素积累量最高。随着水稻的生长发育，秸秆快腐剂对水稻氮素积累量的提高作用逐渐表现出来。

图2 秸秆快腐剂对水稻植株氮素积累量的影响

2.5 秸秆快腐剂对水稻土壤全氮含量的影响

由图3可知，土壤全氮含量随水稻生育进程的推进逐渐降低。在分蘖中期，各处理土壤全氮量大小表现为CK>T0>T1>T2>T3>T4，秸秆还田并配施快腐剂的处理土壤全氮量相比秸秆不还田处理下降幅度大，说明秸秆快速腐熟阶段消耗了土壤氮。在抽穗期和成熟期，与秸秆还田不施快腐剂处理相比，增施秸秆快腐剂各处理均能不同程度增加水稻生育时期土壤全氮含量，促进秸秆腐解，且以T2处理增幅最大。

图3 秸秆快腐剂对水稻土壤全氮含量的影响

2.6 秸秆快腐剂对水稻土壤有机质含量的影响

由图4可知，土壤有机质含量随着水稻生育进程推进先上升后下降。在分蘖中期，秸秆还田的处理土壤有机质含量均显著高于秸秆不还田处理；穗分化期、抽穗期和成熟期，在秸秆还田条件下，配施秸秆快腐剂的处理土壤有机质含量均高于不施秸秆快腐剂的处理，以T2和T3处理效果较好，与其他处理差异达显著水平。

图4 秸秆快腐剂对水稻土壤有机质含量的影响

2.7 秸秆快腐剂对水稻土壤速效磷、速效钾含量的影响

秸秆富含一定量的磷、钾元素，还田后有利于提高土壤中速效磷、速效钾的含量[16]。由图5可知，随着水稻生育期的推进，各处理的土壤速效磷、速效钾均表现为逐渐下降的趋势，分蘖中期最高，成熟期最低。各时期秸秆还田并配施秸秆快腐剂的处理土壤速效磷、速效钾含量均显著高于秸秆还田不配施快腐剂的处理，说明秸秆快腐剂有利于提高秸秆腐化速率，加快秸秆养分的释放，其中以T2处理效果最为明显。

图5 秸秆快腐剂对水稻土壤速效磷、速效钾含量的影响

2.8 秸秆快腐剂对土壤蔗糖酶、脲酶活性的影响

随着水稻生育期推进，土壤蔗糖酶活性呈现逐渐降低的趋势。各生育期，秸秆还田配施快腐剂处理的土壤蔗糖酶活性均显著高于秸秆还田不施快腐剂处理和秸秆不还田处理，以T2和T3处理较高。

随着水稻生育期推进，土壤脲酶活性呈下降趋势。在分蘖中期，秸秆还田的处理土壤脲酶活性比秸秆不还田处理低，可能是因为微生物在分解秸秆时所释放的化学物质抑制了脲酶活性。但在抽穗期和成熟期，秸秆还田配施秸秆快腐剂的处理中，土壤脲酶活性显著高于秸秆不还田处理和秸秆还田不配施秸秆快腐剂的处理。

3 讨论

在秸秆还田条件下，施用秸秆快腐剂会导致早期秧苗出现黄化现象，水稻在前期生长表现为抑制生长，到了中后期，秸秆快腐剂有利于促进秸秆腐熟，使养分得到释放，促进水稻生长发育，增加水稻干物质积累，从而提高产量，其中以0.2 g/pot处理的水稻产量最高，表明适量的秸秆快腐剂有显著的增产效果。这可能是在秸秆还田条件下适量秸秆快腐剂使秸秆较快腐熟，避免了与水稻争夺营养物质，加上秸秆腐熟后的养分释放使得土壤在水稻生育中后期能提供较高的肥力，从而促进水稻产量提高。

小麦秸秆本身含有作物必需的碳、氮、磷、钾等营养元素，把这些作物残体还田即相当于利用了这部分营养元素[17]。有研究认为，秸秆与快腐剂的配施提高了土壤含氮量，土壤矿质氮对水稻的有效性相对提高，从而增加了水稻植株含氮量[19]。本研究结果表明，秸秆还田处理水稻生育前期吸氮量低于秸秆不还田处理，原因可能是该时期秸秆分解与水稻“争氮”现象严重，土壤有效氮含量下降，从而降低了水稻植株的氮素积累。与秸秆不还田和秸秆还田不配施秸秆快腐剂的处理相比，秸秆还田并配施快腐剂的处理在水稻生育后期植株氮素积累量显著增加，增幅表现为T2>T3>T1>T4，原因可能是随着秸秆的腐解，增加了土壤可利用养分，促进了营养物质的转运，从而提高水稻植株对氮素的积累。

图6 秸秆快腐剂对水稻土壤蔗糖酶、脲酶活性的影响

土壤酶活性是评价土壤肥力的重要指标[19]，可作为表征土壤中营养物质转化、能量代谢旺盛程度的重要生物指标，其中，土壤脲酶活性和蔗糖酶活性对评价土壤肥力水平有重要意义[20]。本研究结果表明，在秸秆还田并配施快腐剂的处理中，土壤蔗糖酶、脲酶活性均高于秸秆不田处理和秸秆还田不配施秸秆快腐剂处理，这是因为秸秆快腐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，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[21-23]。

4 结论

在秸秆还田条件下，配施秸秆快腐剂可促进秸秆快速腐解，补充土壤养分，增加水稻植株干物质积累，提高水稻植株氮素积累量，从而促进水稻植株生长发育，进而促进水稻产量增加。本试验结果表明，秸秆还田并配施0.2 g/pot（30 kg/hm2）的快腐剂增产效果最佳，显著高于其他处理。