秸稈速腐還田條件下氮肥用量對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響

施凱峰　孫光佑　李超　朱新開　盛海君

摘要：秸稈還田是生態(tài)、低耗、持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，縮短秸稈還田腐熟時(shí)間，有利于培育壯苗。設(shè)置不同氮肥用量的盆栽試驗(yàn)，研究微生物速腐秸稈還田條件下氮肥用量對(duì)小麥出苗及幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，秸稈速腐還田可以顯著改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤氮、鉀養(yǎng)分含量。隨著氮肥施用量的增加，小麥幼苗生物量及葉綠素含量，小麥植株中的氮、磷、鉀含量等也隨之提高。

關(guān)鍵詞：秸稈速腐還田；氮肥；小麥；幼苗；生物菌肥

中圖分類號(hào)： S512.106 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0094-03

秸稈還田作為1種低耗、持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，已成為世界各國(guó)農(nóng)業(yè)的共同發(fā)展趨勢(shì)[1-3]。秸稈還田有利于改良土壤理化性狀、提升土壤肥力[4-5]。然而秸稈還田技術(shù)在推廣過(guò)程中存在不少障礙[6-7]。劉麗華等調(diào)查表明，近年來(lái)江蘇省秸稈還田比例均較低，田間焚燒現(xiàn)象十分嚴(yán)重[8]。秸稈焚燒不僅浪費(fèi)生物質(zhì)資源[9]，而且污染環(huán)境、影響交通[10-18]。近年來(lái)，各地政府相繼制定了促進(jìn)秸稈綜合利用、禁止田間焚燒秸稈的相關(guān)政策措施，但實(shí)施效果并不理想。劉娣等認(rèn)為，秸稈還田技術(shù)是改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的有效手段[6]。徐國(guó)偉等認(rèn)為，秸稈還田改善了土壤的水、肥、氣、熱狀況，生態(tài)效應(yīng)、生物效應(yīng)顯著，有利于小麥生長(zhǎng)發(fā)育，小麥增產(chǎn)效果顯著[19]。陳尚洪等研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋量越多，作物增產(chǎn)效果越明顯[20]。季陸鷹等研究認(rèn)為，水稻秸稈還田可以顯著提高小麥產(chǎn)量，以半量秸稈還田處理下小麥產(chǎn)量最高[21]。江曉東等認(rèn)為，1～2年內(nèi)秸稈還田對(duì)小麥、玉米增產(chǎn)效果不顯著[22]。Paul等研粉表明，一年高留茬還田處理下冬小麥減產(chǎn)13%，春小麥減產(chǎn)5%[23]。李錄久等研究認(rèn)為，施用未經(jīng)處理的秸稈對(duì)當(dāng)季小麥產(chǎn)量影響不大，小麥略有減產(chǎn)；施用秸稈速腐劑后，小麥產(chǎn)量高于對(duì)照處理[24]。由于秸稈腐熟過(guò)程中會(huì)消耗氮素，施肥不足會(huì)影響幼苗對(duì)氮素的吸收，造成幼苗弱小、發(fā)黃。本試驗(yàn)采用微生物菌劑對(duì)秸稈進(jìn)行速腐，研究秸稈速腐還田條件下氮肥用量對(duì)小麥出苗及幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在為推廣秸稈速腐還田技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2013年11月至2014年3月在揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院人工氣候室進(jìn)行。

1.1 材料

供試土壤取自揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥試驗(yàn)田。土壤基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量18.4 g/kg，銨態(tài)氮含量3.51 mg/mg，速效磷含量77.0 mg/kg，速效鉀含量155 mg/kg。試驗(yàn)前把土壤磨細(xì)過(guò)篩（目的是使土壤混合均勻），將水稻秸稈（有機(jī)碳含量為39.2 %）磨成粉狀。秸稈速腐劑為南京寧糧生物工程有限公司出品的有機(jī)物料腐熟劑（有效活菌數(shù)0.5億個(gè)/g）。盆缽為塑料盆，容量約5 kg，有孔。供試小麥品種為揚(yáng)麥15。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用氮肥用量單因素試驗(yàn)，設(shè)4個(gè)氮肥處理：N1（225 kg/hm2）、 N2（337.5 kg/hm2）、N3（405 kg/hm2），折算為每盆分別施尿素1.09、1.62、1.96 g，以不施氮處理作為對(duì)照（CK）。每盆裝土5 kg，秸稈用量9 000 kg/hm2，折算為每盆施秸稈20 g。施磷量（P2O5）135 kg/hm2，折算為每盆施過(guò)磷酸鈣0.820 g，不施鉀。2013年11月14日將秸稈（已提前1 d拌入快腐菌劑，以促進(jìn)秸稈快速分解）、尿素（氮肥）、過(guò)磷酸鈣（磷肥）分別與土壤混勻裝盆，保持土壤含水量為25%～30%，25 ℃下連續(xù)培養(yǎng)15 d，每處理5盆，重復(fù)3次。12月2日播種，每盆播18粒種子。出苗后間苗，每盆留苗12株。

1.3 方法

培養(yǎng)結(jié)束后取土樣測(cè)定土壤理化性質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)及速效氮、磷、鉀含量。12月30日取小麥幼苗測(cè)定生物量、根系特征參數(shù)等指標(biāo)。2014年3月6日小麥分蘗期取樣測(cè)定小麥生物量、葉綠素含量、全氮含量、磷含量、鉀含量等指標(biāo)。

1.3.1 土壤理化性質(zhì) 采用環(huán)刀法測(cè)定土壤密度，使20目風(fēng)干土壤充滿一定容積的環(huán)刀，稱量后計(jì)算單位體積的烘干土質(zhì)量。采用稱質(zhì)量法測(cè)定土壤最大持水量，將環(huán)刀充滿土，在環(huán)刀下墊1張濾紙，用皮筋固定，放在盤子里，給盤中倒水，沒(méi)過(guò)濾紙即可，隔天將環(huán)刀中的土壤取出，稱量后計(jì)算單位質(zhì)量烘干土的最大持水量。采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量。采用2 mol/L KCl浸提、靛酚藍(lán)比色法測(cè)定土壤銨態(tài)氮含量。采用0.5 mol/L NaHCO3浸提、鉬藍(lán)比色法測(cè)定土壤速效磷含量。采用1.0 mol/L NH4OAc浸提、火焰分光光度法測(cè)定土壤速效鉀含量。

1.3.2 小麥根系參數(shù)分析 用流水沖洗小麥根系，采用數(shù)字化掃描儀將全部根系圖像掃描存入計(jì)算機(jī)，采用與掃描儀配套的WinRHIZO根系分析系統(tǒng)（winRHIZO regent instruments，Canada）進(jìn)行分析，測(cè)定小麥根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根尖數(shù)、根平均直徑等指標(biāo)。

1.3.3 小麥生物量 采用稱質(zhì)量法測(cè)定小麥地上部、地下部生物量。

1.3.4 葉綠素含量 將小麥葉片剪碎后放入比色管中，用95%乙醇浸泡，采用分光度法測(cè)定小麥葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量。

1.3.5 小麥地上部氮、磷、鉀含量測(cè)定 用硫酸-雙氧水消煮小麥地上部，采用淀酚藍(lán)比色法測(cè)定全氮含量，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定全磷含量，采用火焰光度法測(cè)定全鉀含量，采用水楊酸法測(cè)定硝酸鹽含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈速腐還田條件下不同氮肥施用量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)影響不同，表現(xiàn)為隨著氮肥施用量的增加，土壤密度降低，土壤疏松性增強(qiáng)，說(shuō)明土壤的保水保肥性能變好。土壤最大持水量也隨著氮肥施用量的增加而增加，說(shuō)明土壤蓄水能力變強(qiáng)，調(diào)節(jié)降水的初滲量也增大。施氮量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量影響較小，不同氮肥施用量處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著；土壤硝態(tài)氮含量隨著施氮量的增加極顯著提高；土壤銨態(tài)氮含量隨著施氮量的增加明顯增加；土壤速效磷含量隨著施氮量的增加極顯著增加；土壤速效鉀含量隨著施氮量的增加明顯增加。

2.2 秸稈速腐還田條件下施氮量對(duì)小麥出苗及幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 對(duì)小麥出苗及幼苗生物量的影響 由表2可知，隨著氮肥施入量的增加，小麥根質(zhì)量降低，地上部質(zhì)量卻極顯著增加。這是因?yàn)楫?dāng)土壤的養(yǎng)分供應(yīng)不足或較低時(shí)，小麥的根系需要衍生出更多的細(xì)根來(lái)吸收養(yǎng)分。3月7日，小麥地上部質(zhì)量隨著施氮量的增加而極顯著增加（表2、圖1）。

2.2.2 對(duì)小麥幼苗根系特征參數(shù)的影響 由表3可知，小麥根尖數(shù)隨著施氮量的增加而減少，但差異不顯著。原因在于當(dāng)土壤中的養(yǎng)分含量減少時(shí)，小麥的根系需要衍生出更多的次生根來(lái)吸收養(yǎng)分。施氮量對(duì)小麥根長(zhǎng)的影響并不顯著。施氮量越多，小麥根表面積、根體積、平均根直徑都隨之增大。不同施氮量下小麥根體積、平均根直徑與對(duì)照相比差異極顯著，說(shuō)明增加施氮量對(duì)小麥根系發(fā)生影響不大，但能促進(jìn)小麥根系的發(fā)育，小麥吸收水分、養(yǎng)分的能力也增強(qiáng)。

不同直徑內(nèi)的小麥根長(zhǎng)分布如表4所示，4個(gè)處理中直徑處于>0.11～0.22 mm（細(xì)根）范圍內(nèi)的根長(zhǎng)所占總體的比例最大，分別所占總量的37.8%、31.6 %、29.9%、28.0%。氮肥施用量不足的處理中，小麥會(huì)產(chǎn)生更多的細(xì)根，隨著氮肥施用量的增加，小麥粗根比例開始上升。

2.2.3 對(duì)小麥幼苗葉綠素含量的影響 葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的色素，其含量高低在一定程度上可以反映植物光合作用水平。由表5可知，氮肥施用量越多，小麥幼苗葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量越高。

2.2.4 對(duì)小麥N、P、K養(yǎng)分含量的影響 由表6可知，N1、N2、N3處理下小麥地上部植株氮含量分別比對(duì)照提高 0.2%、10.6%、32.1%；全磷含量與對(duì)照相比分別提高了 8.6%、11.4%、20.6%；全鉀含量與對(duì)照相比分別提高了1.3%、4.6%、19.7%，但差異并不顯著。

3 結(jié)論與討論

秸稈還田后分解過(guò)程需要耗氮，在一定程度上會(huì)造成土壤氮的“相對(duì)缺乏”，需要在小麥播種時(shí)適量補(bǔ)充氮肥，如氮肥施用量不足，會(huì)顯著影響小麥根系、植株生長(zhǎng)。小麥越冬始期植株總質(zhì)量與不施肥處理相比差異不顯著，不能實(shí)現(xiàn)壯苗，至拔節(jié)期小麥幼苗植株鮮質(zhì)量與對(duì)照差異極顯著。本試驗(yàn)條件下，N1、CK處理下小麥根尖數(shù)高于N2、N3處理，以CK最高。因此，秸稈還田條件下小麥基肥氮肥施用量宜適量增加。本試驗(yàn)條件下，N2、N3處理下植株生長(zhǎng)狀況較好，但施氮量具體追加多少需在大田試驗(yàn)條件下明確。小麥拔節(jié)期植株體內(nèi)氮、磷含量在低施氮量條件下略升高但差異不顯著，鉀含量基本無(wú)變化；高施氮量條件下小麥植株體內(nèi)氮、磷含量明顯升高，鉀含量上升但差異不顯著，說(shuō)明秸稈還田后肥料的配比方式需要根據(jù)實(shí)際需求合理調(diào)整，以滿足小麥對(duì)養(yǎng)分的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]常志州，陳新華，楊四軍，等. 稻麥秸稈直接還田技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，30（4）：909-914.

[2]韓永俊，尹大慶，趙艷忠. 秸稈還田的研究現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2003（2）：39-40.

[3]范秀蓮，曲英杰. 秸稈還田與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2002（2）：172.

[4]金亞征，忻龍祚，王建民，等. 華北平原小麥、玉米一年兩作區(qū)長(zhǎng)期秸稈全量還田對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，30（3）：527-533.

[5]劉繼龍，張振華.秸稈覆蓋條件下黑土區(qū)不同土層土壤全氮分布特征[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（10）：295-296.

[6]劉 娣，范丙全，龔明波. 秸稈還田技術(shù)在中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008（6）：404-407.

[7]李正東，李 懋，潘根興，等. 作物秸稈還田的新問(wèn)題——對(duì)河南商丘地區(qū)農(nóng)民的問(wèn)卷調(diào)查[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（32）：204-208.

[8]劉麗華，蔣靜艷，宗良綱. 秸稈燃燒比例時(shí)空變化與影響因素——以江蘇省為例[J]. 自然資源學(xué)報(bào)，2011，26，24（9）：1535-1545.

[9]孔繁德，高愛(ài)明，楊彬然. 生態(tài)保護(hù)[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005：176-181.

[10]Crutzen P J，Andreae M O. Biomass burning in the tropics：impact on atmospheric chemistry and biogeochemical cycles[J]. Science，1990，250（4988）：1669-1678.

[11]Langmann B，Duncan B，Textor C，et al. Vegetation fire emissions and their impact on air pollution and climate[J]. Atmospheric Environment，2009，43（1）：107-116.

[12]杭維琦，陳建江. 野外燃燒秸稈對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響與防治[J]. 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2000，12（2）：36-37.

[13]孟慶江，韓 煒，徐嘉懌. 徐州市秸稈焚燒污染現(xiàn)狀及防治對(duì)策[J]. 中國(guó)資源綜合利用，2010，8（8）：52-53.

[14]段鳳魁，魯毅強(qiáng)，狄一安，等. 秸稈焚燒對(duì)北京市空氣質(zhì)量的影響[J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2001，17（3）：8-11.

[15]張 紅，邱明燕，黃 勇. 一次由秸稈焚燒引起的霾天氣分析[J]. 氣象，2008，34（11）：96-100，130.

[16]吳 兌. 大城市區(qū)域霾與霧的區(qū)別和灰霾天氣預(yù)警信號(hào)發(fā)布[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，31（9）：1-7.

[17]金文剛，張 晶，向紹信，等. 秸稈焚燒對(duì)玉溪市大氣PM10的影響解析研究[J]. 云南環(huán)境科學(xué)，2003，22（增刊1）：83-85.

[18]楊朝飛. 順應(yīng)農(nóng)村秸稈利用方式轉(zhuǎn)變的新舉措[J]. 環(huán)境保護(hù)，1999（11）：32-35.

[19]徐國(guó)偉，常二華，蔡 建. 秸稈還田的效應(yīng)及影響因素[J]. 耕作與栽培，2005（1）：6-9.

[20]陳尚洪，朱鐘麟，吳 婕，等. 紫色土丘陵區(qū)秸稈還田的腐解特征及對(duì)土壤肥力的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2006，20（6）：141-144.

[21]季陸鷹，葛 勝，朱 偉，等. 稻秸稈不同還田方式對(duì)小麥生育進(jìn)程及產(chǎn)量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（4）：79-80.

[22]江曉東，遲淑筠，寧堂原，等. 秸稈還田與施氮量對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（12）：44-47.

[23]Rasmussen P E. 殘茬和肥料對(duì)免耕小麥產(chǎn)量的效應(yīng)[J]. 楊健，譯. 麥類作物學(xué)報(bào)，1998，18（4）：59-62.

[24]李錄久，楊哲峰，李文高，等. 秸稈直接還田對(duì)當(dāng)季作物產(chǎn)量效應(yīng)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，28（4）：450-457.李 楊，王百田. 保水劑對(duì)土壤物理性狀和棉花生長(zhǎng)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（10）：97-99.