棉花秸秆还田配施秸秆腐熟剂及尿素对土壤微生物和土壤酶活性的影响

摘要：为研究棉花秸秆（棉秆）还田配施秸秆腐熟剂及尿素对土壤微生物和土壤酶活性的影响，2021年在山东德州市宁津县设置5个处理，在棉花盛花期和收获期采集土壤样品，测定土壤微生物数量及土壤酶活性。结果显示：在0～20 cm土层中，棉秆还田可以增加土壤中微生物数量，尤其棉秆还田配施秸秆腐熟剂（T3处理）和尿素（T4处理）能显著增加盛花期、收获期土壤中细菌数量和收获期土壤真菌数量；但随着土层深度的增加，微生物总量呈减少趋势。棉秆还田可以提高土壤酶活性，在0～20 cm土层中，棉秆还田配施秸秆腐熟剂、尿素分别显著提高盛花期、收获期的土壤脲酶活性，配施尿素可以显著提高土壤磷酸酶和过氧化氢酶活性；在0～40 cm土层中，增施尿素可显著提高土壤过氧化氢酶活性，但gt;20～40 cm土层脲酶和磷酸酶活性在处理间均无显著差异；随着土层深度的增加，土壤酶活性呈下降趋势。结果初步表明，德州地区冬季棉秆还田结合增施秸秆腐熟剂或尿素对棉田土壤微生物数量及土壤酶活性具有正向效应。

关键词：棉花；秸秆还田；土壤微生物；土壤酶；腐熟剂；尿素；酶活性；磷酸酶；过氧化氢酶；脲酶；细菌；真菌

收稿日期：2024-06-18" " " " "第一作者简介：范艳菊，高级农艺师，研究方向为土壤肥料与作物栽培，fanyanju789@163.com

秸秆是农作物的主要副产品，含有丰富的氮磷钾等养分元素，还田后不仅有利于提高土壤的有机质含量和微生物活性，优化农田生态环境，提升作物产量，还能有效避免资源浪费并减少秸秆焚烧所带来的环境污染[1-4]。棉花（Gossypium spp.）秸秆（棉秆）中富含纤维素、木质素和多缩戊糖[5]。诸多研究表明棉秆还田可以改良土壤结构[6]、改善土壤理化性状、增加土壤养分含量[7-9]。

目前小麦、水稻、玉米等作物秸秆还田的效应研究较多，且推广面积较大。赵亚丽等[10]研究表明冬小麦与夏玉米一年两熟种植模式下，冬小麦、夏玉米秸秆还田使0～20 cm土层中土壤细菌、真菌和放线菌数量分别提高27.5%、24.0%、25.8%。慕平等[11]研究认为连续的玉米秸秆还田明显增加0～40 cm土层中土壤细菌、真菌和放线菌群体的数量。路怡青等[12]通过研究玉米与小麦轮作种植模式下，小麦秸秆还田对玉米生长期内土壤酶活性和微生物群落的影响，发现秸秆还田处理下土壤的脲酶、磷酸酶、脱氢酶、转化酶活性及微生物各类群数量均高于秸秆未还田处理。然而，棉花作为重要的经济作物，在山东德州地区其秸秆还田技术的推广应用面积十分有限，因此，本研究拟结合棉秆还田与秸秆腐熟剂、尿素等施用措施，探讨棉秆还田后土壤微生物及土壤酶活性的变化，为德州地区通过棉秆还田改良土壤提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

本研究于2021年在山东省德州市宁津县大耿庄村开展，土壤类型为盐化潮土。供试棉花品种为鲁棉研37。供试秸秆腐熟剂[液体，有效活菌数≥2.0亿mL-1，肥料登记证号：微生物肥（2011）准字（0859）号]产自山东亿安生物工程有限公司，尿素产自山东华鲁恒升化工股份有限公司，15-15-15复合肥料（硫酸钾型，N、P2O5、K2O质量分数均为15%）产自金正大生态工程集团股份有限公司。

1.2 试验设计

共设置5个处理，详见表1。每个处理设3次重复，随机区组排列，共15个小区，小区面积为50 m2，小区长10 m。4月20日利用2行棉花播种机播种，地表覆盖薄膜，每个小区种植4行，宽窄行种植，行距分别为80 cm、40 cm，株距25 cm，田间管理按常规高产棉田进行。棉秆还田处理：棉秆还田后造墒，5 d后将尿素和秸秆腐熟剂分别撒施在土壤表面，进行旋耕。秸秆不还田处理（T0）同期直接进行土壤旋耕。除T1处理整个生育期不施肥外，其他处理种肥同播每666.7 m2施入15-15-15复合肥料30 kg，在盛花期通过沟施每666.7 m2追施15-15-15复合肥料15 kg。

1.3 土壤样品采集

于秸秆还田前、盛花期和收获期分别进行土壤样品采集。取0～20 cm和gt;20～40 cm这2个土层的土样，按照S型取样法在棉花窄行中取3个样点，然后将土样进行混合，每个处理重复3次。剔除土样中的杂物，装入无菌自封袋，置于4 ℃冰箱保存备用。

1.4 测定内容及方法

1.4.1 土壤微生物数量测定。 采用稀释平板计数法[13]测定，以每克干土中所含微生物数量（有效活菌数，下同）表示。其中，细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基培养，真菌采用马铃薯葡萄糖琼脂培养基+链霉素培养，放线菌采用改良高氏1号培养基培养[13]。

1.4.2 土壤酶活性测定。脲酶活性测定采用靛酚比色法[14]，磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法[14]，过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法[14]。

1.5 数据处理与统计分析

采用Microsoft Excel 2007对数据进行处理，利用SPSS 20.0进行单因素方差分析和多重比较[采用邓肯多重范围检验（新复极差检验法）]。

2 结果与分析

2.1 棉秆还田前土壤耕层微生物数量和土壤酶活性调查结果

棉秆还田前土壤耕作层0～20 cm、gt;20～40 cm土壤中细菌、真菌、放线菌数量和脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性分别见表2。

2.2 不同棉秆还田处理对土壤微生物数量的影响

2.2.1 不同处理下土壤细菌数量的比较。细菌是土壤微生物的主要组成部分，细菌数量增加能够提高土壤肥力水平。由表3可知，在棉花盛花期和收获期，棉秆还田处理下2个土层深度的细菌数量均高于不还田处理（T0）。0～20 cm土层中，在2个生育时期，T3、T4处理的细菌数量均显著高于其他处理，其中在盛花期分别较T0处理提高了97.7%、115.3%，在收获期分别较T0处理提高了130.1%、103.9%。gt;20～40 cm土层中，在盛花期T4处理的细菌数量与其他处理差异显著，分别较T0、T1、T2和T3处理提高56.2%、40.8%、43.9%、30.7%；在收获期，不同处理间细菌数量无显著性差异。此外，随着土层深度的增加，盛花期和收获期的各处理土壤细菌数量均减少。

2.2.2 不同处理下土壤真菌数量的比较。真菌因其生物量较大，在土壤中占有非常重要的地位。由表3可以看出，在2个生育时期，棉秆还田处理下不同土层深度的真菌数量均高于不还田处理。在0～20 cm土层中，T1、T2、T3和T4处理在2个生育时期的平均真菌数量分别较T0处理提高了25.1%、27.0%、28.9%、44.4%；在盛花期，T4处理的真菌数量显著高于T0处理，与其他棉秆还田处理差异不显著；在收获期，T2、T3、T4处理的真菌数量均显著高于T0处理。在gt;20～40 cm土层中，T1、T2、T3、T4处理在2个生育时期的平均真菌数量分别较T0处理提高了26.1%、11.4%、73.9%、39.3%；在盛花期，T3处理的真菌数量显著高于其他处理；在收获期，不同处理间真菌数量无显著差异。

2.2.3 不同处理下土壤放线菌数量的比较。放线菌能分解多种土壤细菌和真菌不能分解的化合物，因此放线菌数量的多少，直接影响土壤代谢的强度。由表3可知，2个土层深度下，在盛花期T4处理的放线菌数量高于其他处理，但不同处理间差异均不显著；在收获期，棉秆还田处理的放线菌数量均显著高于不还田处理。

2.2.4 不同处理下土壤微生物总量的比较。由表3可知，在盛花期和收获期，不同土层深度的土壤微生物总量均表现为棉秆还田处理gt;不还田处理。0～20 cm土层中，在盛花期，T3、T4处理的土壤微生物总量显著高于T0和T1处理；在收获期，T1、T2、T3和T4处理均显著高于T0处理。gt;20～40 cm土层中，在盛花期，T4处理的土壤微生物总量显著高于T0、T1和T2处理；在收获期，T3、T4处理的土壤微生物总量显著高于其他处理。另外，随着土层深度的增加，土壤微生物总量呈减少趋势。

2.3 不同棉秆还田处理对土壤酶活性的影响

2.3.1 不同处理下土壤脲酶活性的比较。脲酶是表征土壤供氮能力的重要指标之一。各个土层，除T2处理盛花期的gt;20～40 cm土层外，其他棉秆还田处理在2个生育时期的土壤脲酶活性均高于不还田处理（表4）。在0～20 cm土层中，T3处理盛花期的土壤脲酶活性显著高于其他处理，T4处理收获期的土壤脲酶活性显著高于其他处理。在gt;20～40 cm土层中，不同处理在盛花期和收获期的土壤脲酶活性均无显著差异。

2.3.2 不同处理下土壤磷酸酶活性的比较。在不同土层深度下，棉秆还田处理在2个生育时期的土壤磷酸酶活性均高于不还田处理（表4）。在0～20 cm土层，棉秆还田处理（T1～T4）盛花期的土壤磷酸酶活性均显著高于T0处理，且T4处理显著高于T1、T2和T3处理；T1、T2、T3和T4处理在2个生育时期的平均磷酸酶活性分别较T0处理提高了26.7%、25.3%、34.2%、91.1%。在gt;20～40 cm土层中，不同处理在盛花期和收获期的土壤磷酸酶活性均无显著性差异。

2.3.3 不同处理下土壤过氧化氢酶活性的比较。过氧化氢酶在土壤中分布广泛，与土壤肥力、好氧微生物数量等密切相关。由表4可以看出，除T1处理盛花期的gt;20～40 cm土层外，其他棉秆还田处理在2个生育时期的土壤过氧化氢酶活性均高于不还田处理。在0～20 cm土层中，不同棉秆还田处理在2个生育时期的土壤过氧化氢酶活性均显著高于T0处理，且T1、T2、T3和T4处理在2个生育时期的平均过氧化氢酶活性较T0处理提高了41.8%、41.5%、50.9%、56.0%。在gt;20～40 cm土层中，T4处理盛花期和收获期的土壤过氧化氢酶活性均显著高于不还田处理，T1、T2、T3处理与T0差异不显著。

3 讨论与结论

本研究结果表明，德州地区冬季棉秆还田能够显著增加土壤中细菌、真菌及放线菌的数量，但随着土层深度的增加，细菌、真菌、放线菌的数量呈下降趋势。0～20 cm土层中，棉秆还田配施尿素（T4）处理下土壤细菌和真菌数量均显著高于不还田处理。gt;20～40 cm土层中，T4处理下盛花期的土壤细菌数量显著高于其他处理，增施秸秆腐熟剂（T3）处理下盛花期的真菌数量显著高于其他处理；不同处理间收获期的土壤细菌、真菌数量均无显著差异。棉秆还田处理下盛花期的放线菌数量与T0处理相比无显著差异，但棉秆还田处理下收获期的放线菌数量均显著高于T0处理。冬季秸秆还田有利于增加土壤微生物的数量，尤其是增施秸秆腐熟剂和尿素，能改善土壤的微生态，促进土壤微生物数量和酶活性提升[15-18]。其主要原因是随着时间的推移，秸秆腐熟剂和尿素能够加快土壤中秸秆的腐解，为土壤微生物提供充足的有效养分和能量物质，使土壤微生物数量增加。李其昀等[19]研究表明氨水、碳酸铵和尿素这3种溶液对秸秆中粗纤维的降解具有一定的促进作用。赵亚丽等[10]的研究结果表明秸秆还田有利于增加土壤微生物数量，这与本研究结果相一致。

土壤酶活性是反映土壤质量的重要指标之一[20-21]。本研究结果表明，棉秆还田配施秸秆腐熟剂或尿素可以提高土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性，尤其是0～20 cm土层的土壤酶活性，这与张涵苡等[22]的研究结果一致。其主要原因为：一方面，该处理方式能改善土壤的水热状况，增加土壤中可利用的能源物质，使土壤微生物数量增加，进而导致土壤酶分泌的增加；另一方面，该处理方式可改善微生物生存条件，有利于土壤中的微生物活性和酶活性形成良好的“互动效应”[23]，促进土壤酶活性的提高。

席凯鹏等[24-25]研究表明棉秆还田配施鸡粪处理能够提高棉花产量，籽棉单产较对照显著增加27.03%，还评估了长期棉秆还田配施鸡粪处理对土壤重金属累积的影响；王小军[26]也指出棉秆还田对棉花产量有增产的作用；卢合全等[27]研究发现，3年内化肥减施25%配合棉秆还田能够提高化肥表观利用率且棉花不减产。未来将进一步在德州地区连续研究棉秆还田与秸秆腐熟剂、尿素等配施对棉花农艺性状及产量的影响，为棉秆还田的推广提供更可靠的依据。

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（责任编辑：庄蕾 责任校对：杨子山）