秸稈還田配施不同用量有機物料腐熟劑對水稻產量、土壤性質的影響

肖承澤 于 建 宋以玲 陳士更 丁方軍 ，3*

1 山東農大肥業科技有限公司 泰安 271600

2 山東省腐植酸高效利用工程技術研究中心 泰安 271600

3 山東農業大學資源與環境學院 泰安 271018

我國是糧食生產大國，因此，每年可生產秸稈10億噸左右，約占全世界秸稈總量的20%～30%[1]。秸稈中富含碳、氮、磷、鉀及多種中微量元素，是農業生產中重要的營養源，秸稈還田后，可將作物從土壤中吸收的部分養分歸還土壤[2]。然而，據統計，每年有將近20%的秸稈資源被焚燒和隨意丟棄，剩余80%的秸稈中大部分用于生活能源、直接還田和飼料等粗放處理，用作工業原料、發展生物質能等精細處理方式的秸稈不足15%[3，4]。而秸稈的不當處理既浪費了大量營養元素，又破壞了農業生態和農村生活環境[5]。隨著環保的加強，國家開始禁止露天焚燒秸稈，大力推行秸稈還田政策，以減少化肥投入量，貫徹落實化肥零增長政策[6]。

目前，我國小麥秸稈還田方式主要為直接還田，但秸稈直接還田后不能快速分解腐爛，使土壤變得過松，大孔隙過多，土壤與種子不能緊密接觸，影響種子發芽、生根等[7]。其次，作物在生長過程中累積了大量的病原微生物，這些病原體在秸稈直接還田時留在土壤里無法殺死，極易造成下一茬作物病害的發生[8]。針對上述問題，以土壤微生物生態調控為理論依據，以解決秸稈直接還田時快速腐熟和抑制病原微生物為目標，生產作物秸稈直接還田的專用有機物料腐熟劑，對促進秸稈資源的充分利用、農田地力培育和環境保護具有重大現實意義[9]。已有研究表明有機物料腐熟劑不但能加速秸稈等有機廢棄物腐熟，還能促進土壤中有機質、氮、磷、鉀等營養元素轉化為作物易吸收的形態，同時加速土壤中有益微生物的生長繁殖，減輕有害病原菌的侵染，提高作物抗逆性[10，11]。李國媛[12]通過DGGE（變性梯度凝膠電泳）法研究了有機物料腐熟劑加快秸稈腐熟過程微生物變化情況，用發芽率試驗驗證了加入有機物料腐熟劑后，秸稈腐熟階段產生的有毒物質對發芽率幾乎無影響。

為了貫徹國家雙減政策和秸稈還田政策順利推行，本試驗以腐植酸控釋摻混肥為基肥，探究了小麥秸稈還田配施有機物料腐熟劑對水稻產量、經濟效益及土壤生物學性狀的影響，為小麥秸稈綜合利用和肥料利用率的提高提供參考借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年7月1日—10月22日在山東臨沂郯城進行，土壤為棕壤土，基本理化性狀：堿解氮80.38 mg/kg，有機質25.35 g/kg，全氮3.91 g/kg，有效磷50.89 mg/kg，速效鉀132.52 mg/kg。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試作物

水稻，品種為“鎮稻99”。

1.2.2 供試肥料

腐植酸控釋摻混肥（N∶P2O5∶K2O=27∶8∶10，總腐植酸含量≥3%）；有機物料腐熟劑（枯草芽孢桿菌、放線菌、乳酸菌、米曲霉和酵母菌，有效活菌數≥2億/克，總腐植酸含量≥3%）。以上均來源于山東農大肥業科技有限公司。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設4個處理，每個處理3次重復，每個小區面積60 m2，用田埂進行分隔。4個處理分別為CK：腐植酸控釋摻混肥75 kg/667 m2；T1：腐植酸控釋摻混肥75 kg/667 m2＋有機物料腐熟劑2 kg/667 m2；T2：腐植酸控釋摻混肥75 kg/667 m2＋有機物料腐熟劑4 kg/667 m2；T3：腐植酸控釋摻混肥75 kg/667 m2＋有機物料腐熟劑6 kg/667 m2。將小麥的秸稈粉碎后均勻撒在土壤表面，采用機械聯合深松整地，翻地深度為40 cm，然后翻耕，整平，待種植。種植前，將腐植酸控釋摻混肥和有機物料腐熟劑充分混合，均勻撒施在每個小區，對照僅撒施腐植酸控釋摻混肥。2016年7月1日，人工插秧種植，各處理生長期間栽培管理一致，10月22日收獲。

1.4 測定方法

各小區單打單曬，測定產量。各小區于水稻收獲后，按“S”形取樣法取0～20 cm耕層土壤。微生物數量測定[13]：采用平板菌落計數法測根際土壤細菌數、真菌數和放線菌數。土壤營養成分含量測定[14]分別如下，土壤有機質：采用重鉻酸鉀容量法；全氮：采用凱氏定氮法；堿解氮：采用堿解擴散法；速效磷：采用碳酸氫鈉浸提——鉬銻抗比色法；有效鉀：采用乙酸銨浸提——火焰光度計法。土壤酶活性的測定[15]如下，脲酶：采用苯酚-次氯酸鈉比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的質量（mg）表示；過氧化氫酶：采用滴定法，其活性用24 h后1 g土壤在37 ℃時消耗0.1 mol/L KMnO4的體積（mL）數表示；脫氫酶：采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定，以24 h后1 g土壤中三苯基甲臜（TPF）的質量（μg）表示；中性磷酸酶：采用磷酸苯二鈉比色法測定，以24 h后1 g土壤中釋放出的酚轉化為磷（P）的質量（mg）表示；蔗糖酶：采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后1 g土壤中所含葡萄糖的質量（mg）表示。

1.5 數據處理及分析方法

采用Excel 2003軟件處理數據，采用DPS 7.05軟件進行統計分析，采用最小顯著極差法（LSD）進行差異顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同用量有機物料腐熟劑對水稻有效分蘗數的影響

由圖1可知，秸稈還田配施不同用量有機物料腐熟劑顯著提高了水稻有效分蘗數，其中T2處理，單株水稻有效分蘗數最多，與CK相比，顯著增加了41.2%；T1和T3處理的單株水稻有效分蘗數比CK分別顯著增加了20.65%和29.48%。

圖1 不同處理對水稻有效分蘗數的影響Fig.1 Effects of effective tiller number of rice under different treatments

2.2 不同用量有機物料腐熟劑對水稻產量的影響

由表1可知，添加不同用量的有機物料腐熟劑對水稻千粒重沒有顯著影響，但顯著提高了水稻的畝產量。與CK相比，TI、T2和T3處理的水稻畝產量分別提高了3.68%、8.96%和7.17%。因此，秸稈還田同時施加有機物料腐熟劑可以提高水稻產量，且有機物料腐熟劑添加量為4 kg/667 m2（T2處理）時的增產效果最顯著。

2.3 不同用量有機物料腐熟劑對土壤養分的影響

由表2可知，秸稈還田配施不同用量有機物料腐熟劑顯著提高了土壤有機質、堿解氮、速效鉀和有效磷的含量。與CK相比，T1、T2和T3處理的土壤有機質含量分別增加了11.18%、27.60%和29.30%；堿解氮含量分別增加了4.24%、19.25%和13.84%；速效鉀含量分別增加了69.74%、79.67%和79.06%；有效磷含量分別增加了38.37%、33.29%和31.00%；而全氮含量卻分別降低了15%、15%和12.7%，其中T1、T2處理與CK比表現出顯著差異，可能是微生物的代謝活動加速了氮素的轉化，促進了作物對氮素的吸收利用，進而全氮含量有所降低。

表1 不同處理對水稻產量的影響Tab.1 Effects of rice yield under different treatments

表2 不同處理對土壤養分的影響Tab.2 Effects of soil nutrient content under different treatments

2.4 不同用量有機物料腐熟劑對土壤中微生物數量的影響

由表3可知，添加有機物料腐熟劑能夠顯著提高土壤微生物的數量。與CK相比，T1、T2和T3處理的細菌數分別顯著提高了20.4%、66.8%和37.5%；真菌數分別顯著提高了23.3%、58.1%和45.5%；放線菌數分別顯著提高了65.6%、104.1%和84.3%。其中T2處理效果均最顯著。

表3 不同處理對土壤微生物數量的影響Tab.3 Effects of the soil microbes quantity under different treatments

2.5 不同用量有機物料腐熟劑對土壤中酶活性的影響

由表4可知，添加有機物料腐熟劑顯著提高了土壤脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶的活性，同時也在一定程度上提高了土壤中過氧化氫酶和脫氫酶活性。與CK相比，T2、T3處理均顯著提高了5種土壤酶的活性，均以T2處理表現最佳：脲酶、過氧化氫酶、脫氫酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性分別提高了40.00%、4.50%、16.94%、32.64%和47.10%。

2.6 不同用量有機物料腐熟劑對水稻經濟效益的影響

由表5可知，添加有機物料腐熟劑能顯著提高水稻經濟效益。CK處理的產值最低，其經濟效益也處于最低水平；而T2處理的產量最高，其凈收入也處于最高水平，與CK相比，每畝凈收入可增收289元，增收收益超出了肥料成本，與CK和T1間表現出顯著差異；其次T1和T3處理每畝分別比CK增收115元和212元，增收效果明顯，且均與CK間存在顯著差異。

表4 不同處理對土壤酶活性的影響Tab.4 Effects of soil enzyme activities under different treatments

表5 不同處理對水稻經濟效益的影響Tab.5 Effects of economic benef i ts of rice under different treatments

3 結論與討論

經過本試驗篩選出有機物料腐熟劑的最佳用量為4 kg/667 m2，當有機物料腐熟劑用量為4 kg/667 m2時，水稻的分蘗數較CK顯著提高20%；水稻的畝產量較CK顯著提高8.96%；土壤堿解氮、速效鉀和有效磷較CK分別顯著提高了19.25%、79.67%和33.29%；土壤細菌、真菌和放線菌的數量較CK分別顯著提高了66.8%、58.1%和104.1%；土壤中脲酶、過氧化氫酶、脫氫酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性較CK分別顯著提高了40.00%、4.50%、16.94%、32.64%和47.10%；經濟效益每畝較CK顯著增加289元。白由路等[16]發現長期全量秸稈還田可提高小麥-玉米輪作條件下的產量和鉀素循環利用率；陳金等[17]研究也表明，在旋、深耕結合條件下秸稈還田可提高氮素利用率和小麥產量；還有研究表明，按一定的比例配合使用生物碳和腐植酸以及單施腐植酸均可以提高土壤微生物的生物碳和微生物生物量氮[18，19]。上述研究結果與本研究相似。在4 kg/667 m2條件下效果最佳的原因可能是，此條件下根際土壤碳氮比及養分能夠滿足根際土壤微生物的繁殖代謝，并能維持一個相對穩定的微生物群落，因此效果最佳。綜上所述，在棕壤土條件下，小麥秸稈全量還田所示的最佳有機物料腐熟劑用量在4 kg/667 m2，其他作物秸稈還田與土壤類型條件下的推薦用量還待進一步研究驗證。

有研究表明，秸稈等有機廢棄物可以作為生物腐植酸提取的原料[20]。因此，秸稈還田對水稻產量、土壤理化性質、生物活性的作用機理，可能與秸稈通過腐熟劑腐熟產生的生物腐植酸反哺土壤有關，具體作用機理還需進一步研究。

水稻田處于干濕交替狀態，容易造成養分的淋失，而導致水稻后期脫肥。施用腐植酸控釋摻混肥為底肥，一方面可以控制部分養分的釋放，減少養分淋失，提高養分利用率；另一方面不斷增加土壤中有機質含量，為微生物生長提供所需營養，同時改善土壤的保水保肥性，配施腐熟劑的情況下，為水稻生長創造一個優良的環境。