水肥优化配施腐解剂对小麦-玉米轮作体系土壤养分含量和作物产量的影响

刘蕊 曹议丹 钱麟君 邹晓霞

关键词：水肥优化管理；秸秆腐解剂；土壤养分；作物产量

土壤养分是土壤肥力的重要组成部分，是判定土壤肥力可持续性和作物产量稳定性的重要指标。施肥可以提高土壤养分含量，改善土壤肥力状况，而灌水具有一定的调肥作用，水肥结合可有效提高肥料利用效率，促进作物增产。但当前生产过程普遍存在水肥管理不合理的现象，如长期大量施肥造成土壤板结，耕层变浅；大水漫灌导致土壤养分淋失加重，降低养分资源利用率。

农作物秸秆含有丰富的氮、磷、钾及微量元素，还田后有助于维持土壤养分，改良土壤结构，提高作物产量。但还田秸秆也存在腐解不彻底导致土壤病虫害加剧，腐解过程与作物争夺氮肥造成作物产量下降等问题。而适宜的水肥管理方式可通过影响秸秆腐解，调控土壤养分，提升作物产量。有研究表明，秸秆还田配施氮肥调节C/N为15时，可显著增加土壤有机质和碱解氮含量：与单独秸秆还田或施肥比较，控释肥结合秸秆还田可显著提高小麦和玉米产量。秸秆腐熟剂是一种能够快速降解秸秆的微生物菌剂，可加速秸秆腐熟，促进养分释放，提高作物产量。魏萌涵等经过对比筛选发现，化肥减量30%条件下，翻耕配施秸秆腐熟剂的小麦成熟期土壤有机质、速效养分含量均高于其他处理。康永亮等发现，施用秸秆腐熟剂处理的土壤有机质、全氮、有效磷、有效钾等均有提高；王胜娜的研究则表明，使用秸秆还田腐熟剂处理的小麦长势旺盛，公顷穗数、穗粒数、千粒重和产量均比常规处理的高。

当前，不同水肥优化管理配施腐解剂对小麦一玉米轮作体系土壤养分和作物产量的影响研究尚不充分，因此，本试验在秸杆全量还田条件下，以农民常规水肥管理为对照，设置2种水肥优化管理，研究其與腐解剂组合对小麦一玉米轮作体系土壤速效养分含量和作物产量的影响，以探索适宜管理措施，为提高资源利用率、提升作物产量、保障土壤肥力和推进农业绿色发展提供理论依据和技术支撑。

1材料与方法

1.1试验地概况及材料

试验于2020年在山东省莱阳市团旺镇试验基地（120°58'E，36°75'N）进行。供试土壤类型为棕壤，试验前0～20cm土层土壤有机质含量9.24g/kg、碱解氮104.76mg/kg、有效磷37.13mg/kg、速效钾227.94mg/kg，pH值5.80。

供试小麦品种为‘烟农24，玉米品种为‘郑单958。供试普通化肥为‘金正大牌复合肥（N-P205-K20=15-15-15）及尿素（N46%）；缓控释肥分别为：增效复混肥（N-P2 05-K20=22-8-10，山东粮源生物科技有限公司生产）、稳定尿素（N45%，河北冀衡赛瑞化工有限公司生产）、液体尿素（N30%，主成分为改性尿素硝酸铵溶液）。供试秸秆腐解剂由广州市微元生物科技有限公司生产，主要成分为粗纤维降解菌剂（有效活菌数≥200x108cfu/g）。

1.2试验设计

试验以农民常规水肥管理（漫灌+常规施肥）为对照（CK），按水肥管理及腐解处理方式设置常规水肥管理+腐解剂（CKD）、优化水肥管理I（滴灌+缓控释肥，SS）、优化水肥管理I+腐解剂（SSD）、优化水肥管理Ⅱ（水肥一体，SF）、优化水肥管理Ⅱ+腐解剂（SFD）5个处理。对照及所有处理秸秆均全量还田，液体尿素和普通尿素分别在玉米大喇叭口期和小麦拔节期追施，液体尿素采用水肥一体方式施用，普通尿素采用田间撒施，其他肥料均在播种前一次性基施。各处理施肥种类、施肥量及腐解剂用量见表1。

小区长20m、宽5m，随机区组排列，重复3次。玉米种植季，2020年6月28日整地，7月2日播种，10月23日收获，采用宽窄行种植，小行距45cm，大行距80cm，株距25cm。水肥一体采用滴灌方式，1管2行，在小行距间铺管。2020年10月27日整地，10月29日播种小麦，2021年6月20日收获。小麦行距25cm，播种量为180kg/hm2。水肥一体采用滴灌方式，1管4行。小麦拔节期和玉米大喇叭口期进行灌溉和追肥，每次灌水量300m3/hm2。各处理病虫草害统一防治，管理措施同一般大田生产。

1.3测定项目及方法

1.3.1土壤速效养分含量测定于玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期、成熟期和小麦苗期、返青期、拔节期、开花期、灌浆期、成熟期分别采集0～20、20～40cm土层土壤，剔除可见砾石和作物残茬后自然风干，过1mm筛，用于土壤速效养分含量测定。土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠法测定，速效钾含量采用醋酸铵一火焰光度法测定。

1.3.2小麦玉米产量测定小麦成熟后按小区单独进行收割、风干、脱粒、计产，并换算为公顷产量。玉米成熟后按小区单独收获计产，并从中随机选取具有代表性的15个果穗装入尼龙网袋，带回实验室称重、风干、考种，计算公倾产量。

1.4数据处理与分析

使用Microsoft Excel 2013进行数据处理，Ori-gin 2022进行图表制作，采用DPS 17.05软件LSD法进行差异显著性检验（P<0.05）。

2结果与分析

2.1不同处理下玉米季土壤速效养分含量

2.1.1土壤碱解氮含量由图1可知，0～20cm土层碱解氮含量高于20～40cm土层，各处理碱解氮含量在拔节期明显降低，而后略有回升。0～20cm土层中，SSD处理在大喇叭口期、灌浆期和成熟期的碱解氮含量显著高于相同水肥管理下的无腐解剂SS处理，分别提升26.9%、16.9%、27.9%；SFD处理在苗期、大喇叭口期、成熟期的碱解氮含量较SF处理分别提升47.4%、39.4%、19.5%。20～40cm土层中，SS处理苗期、灌浆期、成熟期的土壤碱解氦含量均高于其他处理，成熟期含量达50.6mg/kg，较CK、CKD、SSD、SF、SFD处理分别增加11.3%、37.3%、24.0%、64.4%、99.1%。综上表明，玉米成熟期，0～20cm土层优化水肥管理I配施腐解剂的SSD处理及CK碱解氮含量较高．20～40cm土层优化水肥管理I未添加腐解剂的SS处理碱解氮含量较高。

2.1.2土壤有效磷含量由图2可知，0～20cm土层有效磷含量明显高于20～40cm土层，且SSD处理的有效磷含量多数时期高于其他处理。在0～20cm土层中，CKD处理拨节期和大喇叭口期的有效磷含量较CK提高42.4%和8.1%; SSD处理在整个生育期的有效磷含量较SS处理显著高出29.5%～97.8%：SFD处理的有效磷含量在大喇叭口期和成熟期较SF处理分别显著高出25.6%和25.8%; SSD处理的土壤有效磷含量在吐丝期较CK、SS、SF、CKD、SFD分别高出19.8%、38.1%、51.1%、23.5%、70.2%。20～40cm土层中，SSD处理的土壤有效磷含量在整个生育期显著高于SS处理，高出81.5%～103.9%：SFD处理则在大喇叭口期、吐丝期和灌浆期土壤有效磷含量高于SF处理，分别高出99.6%、20.3%和6.0%，其中前两个时期差异达显著水平。综上表明，不同土层常规水肥处理的玉米季成熟期土壤有效磷含量均最高，20～40cm土层优化水肥管理添加腐解剂的SSD处理土壤有效磷含量总体高于未添加处理。

2.1.3土壤速效钾含量由图3可知，0～20cm土层速效钾含量明显高于20～40cm土层。0～20cm土层中，相同水肥管理下的CKD处理在拔节期和吐丝期的土壤速效钾含量较CK分别显著高出35.9%和24.8%：除苗期和成熟期外，其他各生育期SSD处理土壤速效钾含量均显著高于SS处理，增加25.0%～62.5%；SFD处理则在苗期、拔节期和大喇叭口期的速效钾含量显著高于SF处理，分别高31.0%、23.7%和41.7%。20～40cm土层中，CKD处理的速效钾含量在拔节期至灌浆期显著高于CK，高出22.6%～53.1%；SFD處理在大喇叭口期和吐丝期速效钾含量显著高于其他处理，SF处理则在其余时期较高：SSD、SF处理土壤速效钾含量的峰值出现在吐丝期：SFD处理峰值出现在大喇叭口期，吐丝期次之，含量达88.2mg/kg，比CKD、SSD处理分别显著高出61.3%、36.3%。综上，常规水肥管理下的玉米季成熟期0～20cm土层速效钾含量较高，优化水肥管理I配施秸秆腐解剂处理（SSD）和优化水肥管理Ⅱ处理（SF）的20～40cm土层速效钾含量较高。

2.2不同处理下小麦季土壤速效养分含量

2.2.1土壤碱解氮含量由图4可知，0～20cm土层碱解氮含量明显高于20～40cm土层。相同水肥管理下，添加腐解剂的CKD处理在苗期、返青期、灌浆期和成熟期的碱解氮含量均显著高于CK，分别高出19.1%、6.2%、8.4%和8.2%；SSD处理则在苗期、拔节期、开花期、灌浆期的碱解氮含量显著高于SS处理，分别高110. 2%、11.1%、4.7%、17.4%。表明常规水肥和优化水肥管理I配施腐解剂处理（CKD、SSD）的土壤碱解氮含量较高。整体上看，SSD处理在0～20cm土层碱解氮含量略高于其他处理。20～40cm土层中，CK土壤碱解氮含量略占优势，成熟期分别比SS、SF、CKD、SSD、SFD处理的碱解氮含量高21.2%、4.5%、18.0%、77.3%、27.9%，差异均达显著水平。综上表明，小麦季成熟期不同处理0～20cm土层破解氮含量差异不大（CK除外），SSD处理略好于其他处理，常规水肥管理处理与SF处理的20～40cm土层碱解氮含量较高。

2.2.2土壤有效磷含量由图5可知，0～20cm土层有效磷含量明显高于20～40cm土层，且两个土层总体均为SSD处理略高。0～20cm土层，添加腐解剂的SSD处理各时期土壤有效磷含量均高于未添加的SS处理，高出7.2%～36.6%；灌浆期，SSD处理的土壤有效磷含量比CKD、SFD、SS处理分别显著高出36.1%、62.8%、33.9%：20～40cm土层中，SSD处理土壤有效磷含量开花期到灌浆期均显著高于其他处理，在灌浆期分别比CK、CKD、SS、SF、SFD处理高81.1%、83.2%、586.9%、129.5%和80.9%，表明此期缓控释肥配施秸秆腐解剂处理的土壤有效磷含量较高，这与玉米季的结果一致。

2.2.3土壤速效钾含量由图6可知，小麦季0～20cm土层速效钾含量明显高于20～40cm土层，且SSD处理的土壤速效钾含量略占优势。0～20cm土层中，SSD处理在整个生育期土壤速效钾含量均显著高于SS处理，高出11.1%～30.4%；SSD处理开花期、灌浆期的土壤速效钾含量均高于其他处理，在灌浆期分别比CK、CKD、SS、SF、SFD处理高64.2%、53.3%、27.7%、4.5%、21.0%，除SF处理外与其他处理差异均达显著水平。20～40cm土层中，SSD处理开花期、灌浆期土壤速效钾含量均高于其他处理，在开花期和灌浆期较CK、CKD、SS、SF、SFD处理分别高出79.8%、33.4%、79.2%、100.0%、33.4%和43.1%、59.6%、112.8%、59.6%、6.4%，除灌浆期SFD处理外与其他处理差异均达显著水平。表明此期缓控释肥配施秸秆腐解剂处理（SSD）下的小麦季土壤速效钾含量较高。

2.3不同管理措施对玉米、小麦产量的影响

由图7A可知，CKD处理玉米产量最高，为10.0t/hm2，其次为SFD、SF处理，较CK分别增产16.3%、11.6%、9.3%。添加腐解剂的CKD、SSD、SFD处理的玉米产量均高于相同水肥管理下未添加腐解剂的处理，且CKD处理与CK间差异显著；添加腐解剂条件下，CKD处理较SSD和SFD处理显著增产13.6%和4.2%。以上结果表明添加腐解剂和优化水肥管理均可提升玉米产量，以常规水肥管理配施秸秆腐解剂效果较佳。

由图7B可知，不同处理下，以SFD处理小麦产量最高，达8.6t/hm2，其次为SS、SF处理，其中，SFD、SS、SF、CKD、SSD较CK分别显著增产19.1%．18.1%、15.3%、11.1%、9.7%，表明水肥优化和腐解剂皆能提高小麦产量。除SSD和SS处理外，添加腐解剂的CKD和SFD处理分别比CK和SF处理增产11.1%和3.6%，差异显著。表明配施腐解剂可提高常规水肥和水肥一体管理下的小麦产量：在相同秸秆还田条件下，SFD处理小麦产量分别比CKD和SSD处理高1.4%和7.0%，且与SSD处理差异达到显著水平，表明水肥一体配施秸秆腐解剂更有利于小麦增产。

2.4土壤养分与玉米、小麦产量的相关性分析

由Pearson相关分析结果可以看出，玉米产量与拨节期和吐丝期土壤养分含量均无显著相关性，但与苗期0～20cm土层和成熟期20～40cm土层碱解氮及有效磷含量呈显著负相关，与大喇叭口期20～40cm土层和灌浆期0～20cm土层速效鉀含呈显著正相关（表2）。

小麦产量与苗期、开花期以及成熟期的土壤养分均无显著相关性，但与返青期0～20cm土层碱解氮含量呈显著正相关，而与返青期20～40cm土层碱解氮和速效钾、拔节期0～20cm土层速效钾以及灌浆期0～20cm土层有效磷含量呈显著负相关（表3）。

3讨论

土壤养分是由土壤提供的植物生长必需营养元素，对于作物生产具有重要意义。水肥管理配施腐解剂会影响土壤养分含量。邱燕等研究发现，与秸秆直接还田相比，施用腐解剂能活化土壤中的磷、钾，从而提高其含量；朱敏等发现施用秸秆腐熟剂可有效提高土壤有机质、有效磷和速效钾等的含量，改善土壤理化性质。本研究也发现，水肥优化管理配施秸秆腐解剂有利于提高玉米季0～40cm土层速效氮、磷、钾含量，但各处理对小麦季速效钾含量的影响不尽相同：李春杰等研究发现，施用秸秆腐熟剂能显著增加土壤速效钾含量，但对其他土壤养分含量均无显著影响。不同研究可能受不同地域环境气候、腐熟时间及不同土质等因素影响而产生不同结果，但总体来说秸秆还田后施用腐熟剂能有效改善土壤肥力，对土壤理化性状具有有益影响。

不同水肥管理对小麦、玉米产量的影响也各不相同。本研究发现，添加腐解剂能有效促进常规水肥和水肥一体管理下的小麦产量，但只对常规水肥管理下的玉米增产显著：王承等的研究也表明，相同施氮水平下，秸秆还田配施秸秆腐熟剂能有效缩短夏玉米生长周期，有利于提高其产量。这可能是因为秸秆腐熟剂可以使土壤快速释放作物所需要的有机质及氮磷钾营养元素，更有效地发挥秸秆还田的肥效作用：此外施用秸秆腐熟剂也可以增加农作物根系生物量及酶活性，减轻和防止大量秸秆还田对作物生产产生的不利影响，促进作物增产。此外，本研究还发现，与常规水肥管理相比，水肥优化对提升作物产量有积极作用，其中，水肥一体管理能显著提高小麦和玉米产量，缓控释肥只对小麦增产效果显著。王明英在陕西渭北地区的研究也表明，优化水肥管理较农民常规管理措施可显著提高小麦产量。孟谣等的研究也表明，与常规施用氮磷钾肥相比，水肥一体和缓控释肥在减肥节水条件下，均能有效提升小麦和玉米产量，且对小麦的影响效果优于玉米。一方面，水肥一体影响肥料在土壤中的分布，将肥料施于根区，可减少养分和水分流失，有效提高肥料利用率，水肥一体还能不同程度提高作物根系活力，增加植株干物质积累，从而达到增产效果；另一方面，与常规肥相比，基施缓控释氮肥有利于氮素后移，满足作物生长后期氮素需求，提高氮肥利用率，从而提升作物产量。

4结论

综上，相同水肥管理下，配施腐解剂有助于维持土壤速效养分含量，对小麦、玉米产量有积极影响。玉米季，以滴灌+缓控释肥和水肥一体配施腐解剂、小麦季以滴灌+缓控释肥施腐解剂土壤速效养分含量较高，常规水肥管理配施腐解剂的玉米产量和水肥一体管理配施腐解剂的小麦产量较高。