秸稈還田配施腐熟劑對銀北鹽堿地改良效果研究

王 靜，肖國舉，張峰舉，王 軍，許 興

(1.寧夏大學農學院， 寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學環境工程研究院， 寧夏 銀川 750021；3.寧夏農墾局前進農場, 寧夏 平羅 753402)

中國是世界鹽堿地大國之一，鹽堿地面積約為9.91×107hm2，土壤鹽漬化已經成為嚴重的生態環境問題[1]。鹽堿地因其表面鹽分積聚，土壤滲透率低，不利于植物的生長[2]，嚴重影響土地生產力和農業可持續發展。因此，土壤鹽漬化已經成為最危急的環境問題之一[3]。寧夏銀北地區鹽堿地質地黏重，土壤濕時泥濘、不易透水，干時堅硬、透水性差，土壤肥力低。寧夏引黃灌區中低產田調查表明：灌區耕地面積為3.91×105hm2，其中不同鹽漬化程度耕地占總耕地面積的73.3%，大面積由鹽漬化導致的中低產田嚴重制約著當地農業的發展[4]。

中國秸稈資源豐富，每年生產約7億t農作物秸稈[5]，據統計，作物秸稈類有機固體廢棄物的數量每年以5%～10%的速度遞增[6]，據測算，全部秸稈所含氮、磷、鉀量相當于全國化肥用量的1/3左右，是非常可觀的生物肥力資源。在發展循環農業的過程中，農作物秸稈已經成為不可或缺的重要資源。實踐證明，秸稈還田腐熟是當前利用水稻秸稈的有效方法，有利于提高土壤有機質和土壤養分，改善土壤結構和土壤墑情，培肥地力，特別對緩解我國土壤氮、磷、鉀比例失調的矛盾，彌補磷、鉀肥不足，減少化肥用量，減少秸稈焚燒造成的大氣污染、凈化環境，保護生態環境，實現農業可持續發展具有十分重要的意義。但是，目前我國秸稈還田率不足50%，與歐美國家高達90%的秸稈還田率相比，還具有很大的差距[7]。

秸稈腐熟劑是現代農業迅速發展起來的一種高效生物制劑，針對傳統秸稈還田腐解時間長，不利于大面積推廣的問題，通過增加土壤微生物群落的活性和功能多樣性，加速農田秸稈等有機廢棄物腐熟，使秸稈中所含的有機質及磷、鉀等元素轉換成為植物生長所需的營養物質，并產生大量有益微生物，刺激作物生長、提高土壤有機質含量、增強植物抗逆性、提高作物產量。目前，已有較多關于秸稈腐熟劑的應用效果報道[8-9]，但均是在較高基礎肥力土壤和高產栽培條件下進行的，對于障礙性土壤，尤其鹽堿化土壤中鮮見報道。因此，隨機選擇市面上主推的幾種秸稈腐熟劑輔以大田試驗研究，開展秸稈還田配施不同秸稈腐熟劑施用效果的研究，以期為寧夏銀北鹽堿地改良利用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗于2014—2015年在寧夏石嘴山市平羅縣西大灘前進農場試驗基地(106°13′～106°26′E， 38°45′～38°55′N)進行。試驗地為2014年新開墾鹽堿荒地，位于寧夏銀川北部平原引黃灌區，西臨賀蘭山東麓，東接黃河沖積平原，屬于黃河中上游灌溉地區，是我國龜裂堿土集中分布的典型區域。該地區屬干旱的大陸性氣候，年降水量150～205 mm，年蒸發量2 000 mm以上，年均氣溫9.5℃，≥0℃積溫3 350℃·d以上。一般地下水埋深1.5 m左右，地下水主要含硫酸鹽、氯化物,并且普遍含有蘇打。試驗區龜裂堿土土層0～40 cm，為壤質粘土。

表1 試驗區土壤基本理化性質

供試水稻品種為“富源4號”。為了驗證不同商用腐熟劑品牌在鹽堿地上的應用效果，隨機選擇腐熟劑品牌為北京沃土天地生物科技有限公司生產的“沃土天地”牌有機物料、廣西鴻生源環保科技有限公司生產的“鴻生源”牌秸稈腐熟劑，上海聯業農業科技有限公司生產的“谷霖”牌腐稈劑，山東君德生物科技有限公司生產的“君德”牌秸稈腐熟劑，河南農富康生物科技有限公司生產的“農富康”牌秸稈發酵劑。

試驗設置秸稈還田不加腐熟劑為對照(CK)，秸稈還田+“沃土天地”牌有機物料(straw returning+‘wotutiandi’ straw-decomposing inoculants, SW)，秸稈還田+“鴻生源”牌秸稈腐熟劑(straw returning+‘hongshengyuan’ straw-decomposing inoculants, SH)，秸稈還田+“谷霖”牌腐稈劑(straw returning+‘gulin’ straw-decomposing inoculants, SG)，秸稈還田+“君德”牌秸稈腐熟劑(straw returning+‘junde’ straw-decomposing inoculants, SJ)，秸稈還田+“農富康”牌秸稈發酵劑(straw returning+‘nongfukang’ straw-decomposing inoculants, SN)，共6個處理，3次重復，18個小區。各處理隨機區組排列，小區面積45 m2。每小區單灌、單排，設埂隔離，周圍設保護行。

按照腐熟劑使用說明處理水稻秸稈并觀察腐解程度。采用原位還田秸稈堆腐的方式，利用收割機將秸稈粉碎后，按15～20 cm厚度逐層堆放，堆高1.5 m左右，堆積在離水源較近的地方，采用層間撒施腐熟劑, 同時配合施用尿素5～10 kg或碳銨10～15 kg稀釋液，使秸稈含水率保持在60%左右，外層用黑薄膜包裹，防止水分損失過快。當堆溫升至55℃以上時翻堆，以后每隔5～7 d翻堆一次，翻堆3～4次后基本發酵腐熟。腐熟后撒施到田間，其中“沃土天地”牌有機物料、“鴻生源”牌秸稈腐熟劑、“谷霖”牌腐稈劑、“君德”牌秸稈腐熟劑用量30 kg·hm-2。灌水泡田2 d后播種，田間留3～4 cm淺水。“農富康”牌秸稈發酵劑采用100 g發酵劑與1 kg紅糖、10 kg水配成活化成菌液后，兌水摻到粉碎秸稈中并壓實發酵。基肥施用量為N 105 kg·hm-2,P2O5112.5 kg·hm-2，分別采用尿素(含N46.4%)、磷酸二銨(含P2O546%，N18%)，硫酸鉀(含K2O52%)。2014年5月2日整地后灌水10～15 cm，在水未下滲時撒播水稻，播種量900 kg·hm-2,2014年10月8日收獲，次年同期播種水稻。各處理秸稈還田量和田間管理相同。

1.2 測試指標和方法

1.2.1 土壤理化性質的測定 于2014年、2015年水稻播種前和收獲后采用“S”形取樣法采集表層土壤樣品(0～20 cm)。測定土壤容重，含水量、pH值、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量，有機質含量。土壤團聚體分級參考沙維諾夫干篩法[10]，分離出>5 mm、2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm團聚體。土壤容重的測定采用環刀法，土壤含水量的測定采用烘干法，土壤pH值的測定采用電位法、全氮采用開氏法、堿解氮采用堿解擴散法、速效磷的測定采用碳酸氫鈉法測定、速效鉀采用火焰光度法，土壤有機質采用容量法,具體分析方法參照《土壤農業化學分析方法》[11]。

1.2.2 水稻產量及其構成測定 成熟期每小區取50穴測定有效穗數；各小區按照平均穗數取10穴進行考種，分別測定穗長(穗頸節到穗的長度，不含芒)、穗粒數、結實率(水漂法)，計算實粒千粒重( 將實粒用105℃烘24 h，用感量0.01 g的電子天平稱重)，按照產量構成=畝穗數×穗粒數×千粒重，計算理論產量。

1.2.3 水稻品質的測定 籽粒品質的測定按照農業部行業標準：食用稻品種品質參照NY/T-593-2013,委托農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心測試(浙江)。將成熟期收獲的籽粒置于陰涼通風處自然干燥，主要測定外觀品質(粒長、長寬比、堊白粒率、堊白度、透明度)，加工品質(糙米率、精米率、整精米率)，蒸煮品質(堿消值、膠稠度、直鏈淀粉)，營養品質(蛋白質)。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0統計分析軟件對數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同腐熟劑處理對水稻生長發育及群體結構的影響

由表2看出，各處理的出苗率和保苗率均高于對照，且保苗率在各處理間差異不大，其中“君德”牌秸稈腐熟劑出苗率和保苗率最高，分別為79.6%和95.5%。4個處理水稻生育進程基本一致，說明施用秸稈腐熟劑對水稻生長生育進程無明顯影響。

2.2 不同秸稈腐熟劑處理對水稻產量及其構成的影響

水稻籽粒產量由收獲期單位面積有效穗數、穗粒數和千粒重決定，而穗粒數受總粒數和結實率影響。由表3看出，“君德”牌秸稈腐熟劑處理株高最高，但與其它處理差異不顯著；“沃土天地”牌有機物料和“谷霖”牌秸稈腐熟劑處理結實率均在75.8%以上；“鴻生源”牌秸稈腐熟劑千粒重處理最高，達到17.60 g；施用不同秸稈腐熟劑處理的水稻產量與不施用腐熟劑的處理相比，均有不同程度的增加，最高增幅為4.64%，說明秸稈還田配施腐熟劑對水稻株高、結實率、千粒重有一定的促進作用，但不同腐熟劑增產效果存在差異，以“君德”牌秸稈腐熟劑和“谷霖”牌腐稈劑增產效果較好。

表2 水稻生育進程及群體結構

表3 不同處理對水稻產量及其構成因素的影響

注：同一列不同小寫字母表示不同處理在P<0.05水平上的差異顯著，下同。

Note: Values within the same column followed by different small letters represent significant difference among different treatments at the 5% levels. The same as below.

2.3 不同秸稈腐熟劑處理對土壤物理性質的影響

2.3.1 土壤團聚體及其穩定性 土壤團聚體及其穩定性影響土壤物理、生物、化學等過程，作為土壤結構的基本組成單元，其質量和數量不僅決定土壤肥力的高低，而且還與土壤的抗蝕能力、環境質量和固碳潛力等有直接的關系[12]。本研究中各級土壤風干(干篩)團聚體百分含量分布為(>5 mm)>(2～5 mm)>(1～2 mm)>(0.5～1 mm)>(0.25～0.5 mm)。且施用秸稈腐熟劑后干篩(>0.25 mm)團聚體含量顯著增加，含量均達46.18%以上。與秸稈直接還田相比，秸稈還田配施不同品牌的腐熟劑處理>0.25 mm土壤風干團聚體含量都有所增加，<0.25 mm機械穩定性團聚體含量有所降低(表4)。總體來看，秸稈還田配施秸稈腐熟劑可顯著增加鹽堿化土壤>0.25 mm土壤風干團聚體含量。

2.3.2 土壤容重和水分含量 土壤容重可以概括地反映土壤質地、結構狀況以及腐殖質含量的高低，是反映土壤肥力的一個重要物理指標。而土壤含水量則決定了土壤的宜耕性，并與作物的正常生長發育密切相關[13]。2015年實驗收獲后耕層土壤容重、含水量在不同處理間存在顯著差異(表5)。各處理土壤容重在1.46～1.54 g·cm-3之間，其中秸稈還田+“沃土天地”牌有機物料處理容重最低，為1.46 g·cm-3，與對照相比降低了7.6%；秸稈還田配施不同品牌秸稈腐熟劑處理均較秸稈直接還田處理土壤容重降低。吳婕等[14]的研究表明，與秸稈不還田相比，秸稈還田后土壤總孔隙度增加，容重降低，與本研究的研究結果一致。秸稈還田配施不同品牌秸稈腐熟劑提高了土壤含水量，其中秸稈還田+不同品牌秸稈腐熟劑處理較秸稈常規還田處理土壤含水量提高了1.88%～10.8%。該結果表明秸稈還田配施秸稈腐熟劑，改善了土壤結構、增強了土壤保肥蓄水能力。

2.4 土壤化學性質

研究表明，秸稈經土壤微生物分解直接釋放氮素增強土壤中氮素含量；同時增加土壤中微生物含量，促進了土壤微生物的生命活動，加快還田秸稈腐解進程，最終實現對土壤養分含量的有效提升[15]。

表4 不同秸稈還田腐熟劑處理對土壤團聚體分布的影響/%

注：同一行不同小寫字母表示不同粒級團聚體在P<0.05水平上的差異顯著，同一列不同大寫字母表示不同處理相同粒級團聚體在P<0.05水平上差異顯著。

Note: Values within the same line followed by different small letters represent the difference among different aggregates were significant at the 5% levels, values within the same column followed by different capital letters represent the the difference among different treatments were significant at the 5% levels.

表5 不同處理土壤容重和含水量

本研究中，隨著試驗年份的推進，土壤中有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀發生了不同程度減少，而秸稈還田則在一定程度上緩解了土壤養分的下降。試驗結果表明(表6)，與對照相比，秸稈還田配施不同品牌秸稈腐熟劑處理對2015年水稻收獲后土壤pH值的影響不顯著，但提高了土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀，降低了土壤全鹽含量。其中，土壤全鹽含量降低了1.21%～3.01%，以秸稈還田配施“沃土天地”牌有機物料對鹽堿化土壤的改良效果最為顯著，秸稈還田配施“農富康”牌秸稈發酵劑效果較差，但各處理與對照相比差異顯著(P<0.05)。土壤全氮含量提高了5.89%～44.5%，同樣以秸稈還田配施“沃土天地”牌有機物料增加效果最為顯著。土壤堿解氮含量提高了2.28%～39.89%，以“鴻生源”牌秸稈腐熟劑處理增加效果最為顯著，其次是處理“谷霖”牌腐稈劑，但各處理間均未達到顯著性差異。研究結果表明，秸稈腐熟配施秸稈腐熟劑可不同程度的增加土壤養分，且不同品牌腐熟劑對不同養分含量的提高存在差異，但不顯著。說明秸稈配施秸稈腐熟劑不僅可以縮短秸稈腐熟時間，提高土壤養分，而且還可以降低土壤鹽漬化的風險。

2.5 不同秸稈腐熟劑對水稻品質的影響

稻米品質性狀除了由遺傳因素控制外，還受水稻生長期間的環境條件和栽培技術條件的影響[16-18]。稻米品質指標主要包括：加工品質、外觀品質、蒸煮品質和營養品質等[19]。多數研究認為秸稈還田有利于稻米品質的優化，但結論不一。

2.5.1 稻米的加工品質和外觀品質 水稻秸稈還田配施秸稈腐熟劑可明顯改善稻米的加工品質和外觀品質。本研究結果表明(表7)，不同處理的糙米率、精米率、整精米率都有所提高，而堊白粒率、堊白度都有所降低。尤其是整精米率和堊白度，秸稈還田配施“沃土天地”牌有機物料和秸稈還田配施“谷霖”牌腐稈劑處理間的差異均達到顯著水平。秸稈還田配施“鴻生源”牌秸稈腐熟劑也能使整精米率提高，堊白率、堊白度略有降低。

2.5.2 稻米的蒸煮品質和營養品質 水稻秸稈還田配施秸稈腐熟劑對稻米的營養品質和蒸煮品質也有一定的影響。測定結果表明(表8)，秸稈還田配施秸稈腐熟劑使稻米蛋白質含量提高，支鏈淀粉含量降低，膠稠度變軟，稻米品質明顯改善；但與不同品牌秸稈腐熟劑對稻米營養品質的影響相比，不同品牌間差異未達到顯著水平。

3 討論與結論

作物秸稈還田是有效利用秸稈資源的重要途徑。大量研究表明，秸稈還田不僅可以改善土壤物理性質和生物學特性，還可以提高土壤有機質和養分有效性，提升作物產量和品質[20]。當腐熟劑應用于秸稈還田中時，腐熟劑中的有益微生物以秸稈為載體大量繁殖，產生大量有益微生物，能夠加速秸稈的腐熟，增加土壤有機質，改善土壤物理化學性質，促進有效養分的釋放，改良土壤結構，從而提高作物產量。秸稈腐熟劑施用效果受產品質量、腐解方式、區域氣候、土壤特性以及土著微生物的拮抗/協同作用影響較大[21]。在實際生產和操作過程中，受技術水平和生產設備的限制，生產企業鑒于多種原因，通常只是標注產品部分微生物種類、且較為籠統、模糊[22]，很難從生物技術角度來評定產品的優劣。

表6 水稻收獲后不同處理土壤化學性質

表7 不同處理對水稻稻米加工品質和外觀品質的影響

為了驗證不同秸稈腐熟劑產品在水稻秸稈還田模式下的應用效果，在寧夏銀北鹽堿地進行了不同秸稈腐熟劑的應用篩選試驗。本次試驗結果表明，與秸稈直接還田相比，秸稈還田配施秸稈腐熟劑可顯著提高作物的產量，施用不同秸稈腐熟劑不同程度的增加了水稻產量，最高增幅為4.64%，這與鄭支林[23]，劉震[24]，李仟[25]等的研究結果一致。團聚體是土壤的基本結構單元，是形成良好土壤結構的物質基礎，能夠反映土壤的整體肥力狀況[26]。鹽堿化土壤的顯著特征是土壤團粒結構破壞與消失，造成土壤物理性質惡化[27]。>0.25 mm的土壤團聚體數量在一定程度上反映了土壤供儲養分能力的高低。本文的研究結果表明，秸稈還田提高了>0.25 mm風干團聚體含量，降低了<0.25 mm風干團聚體含量。其中秸稈還田配施“君德”牌秸稈腐熟劑>5 mm機械穩定性團聚體含量增加。同時，秸稈還田配施秸稈腐熟劑提高了土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，降低了土壤容重。

表8 不同處理對水稻稻米蒸煮品質和營養品質的影響

多數研究認為秸稈還田有利于稻米品質的優化，但結論不一。葛立立等[28]研究小麥秸稈還田后，稻米的堊白粒率、堊白度和支鏈淀粉含量明顯下降，長寬比增加，膠稠度略有增加，表明秸稈還田可有效改善稻米的外觀品質與蒸煮品質。劉世平[29]等研究發現，小麥秸稈還田可提高稻米的出糙率、精米率和整精米率，降低堊白率和堊白度，明顯改善了稻米的加工品質和外觀品質；李寶燦[30]的研究結果表明秸稈全量還田可提高水稻的整精米率、減少堊白，改善稻米的加工和外觀品質，還可以降低米粒長度，增加米粒寬度，降低米粒的長寬比。本研究結果表明，秸稈還田配施腐熟劑提高了稻米糙米率、精米率、整精米率、蛋白質含量，降低了堊白率和堊白度。因此，秸稈還田配施秸稈腐熟劑是一種良好的鹽堿地改良措施。

秸稈還田配施秸稈腐熟劑對寧夏銀北鹽堿地稻作土壤及水稻產量、品質的影響是多方面的：(1) 秸稈還田配施秸稈腐熟劑，加速了秸稈的快速腐熟，增加了土壤養分，改善了土壤物理結構，對作物的生長提供了有利的條件；(2) 改善了鹽堿地水稻品質，提高了水稻產量，從而提高了農業生產水平。綜合考慮水稻產量、品質和經濟效益，在秸稈還田條件下，寧夏銀北地區的土壤和氣候及農作管理方式下，稻田秸稈還田以配施“君德”牌秸稈腐熟劑促進土壤理化性能改善、促進水稻生長發育和提高籽粒產量效果最佳。為了更好地改良和利用鹽堿地，今后還要加強秸稈還田配施秸稈腐熟劑和有機肥的研究，從而進一步優化秸稈還田后的施肥問題，改善鹽堿地土壤環境。

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