周年秸稈還田對稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的影響研究

吳春華 顧道健

摘 要：目的：探討水稻小麥秸稈交替還田對稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的影響。方法：水稻品種材料選取淮稻5號和甬尤2640，小麥品種材料選取揚(yáng)麥16和揚(yáng)麥20，根據(jù)秸稈還田情況設(shè)置4個不同處理：（1）水稻、小麥秸稈均不還田（A，對照）;（2）單獨(dú)小麥秸稈還田（B，在水稻季將上季小麥的秸稈還田）;（3）單獨(dú)水稻秸稈還田（C，在小麥季將上季水稻的秸稈還田）;（4）水稻、小麥秸稈全還田（D，在小麥季將上季水稻的秸稈還田，在水稻季將上季小麥的秸稈還田），對水稻、小麥產(chǎn)量形成和土壤中酶活性變化進(jìn)行了觀察分析。結(jié)果：水稻、小麥秸稈還田后，對水稻、小麥產(chǎn)量均有一定的提高效果，稻麥產(chǎn)量的增加主要在于每穗粒數(shù)的增加。秸稈還田增加了土壤中脲酶和過氧化氫酶活性，其中以稻麥秸稈全還田的處理最高。結(jié)論：稻麥周年秸稈還田有利于提高稻麥產(chǎn)量和土壤質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水稻;小麥;周年秸稈還田;產(chǎn)量;土壤中酶活性

中圖分類號 S511;S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）05-0164-06

1 前言

中國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物豐富，每年的農(nóng)作物秸稈量巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)總量在8億t以上[1]。農(nóng)作物秸稈是很好的養(yǎng)分資源，其不僅有機(jī)碳含量高，而且含有許多礦物質(zhì)營養(yǎng)元素，如氮、鉀、磷、硅等[2]。過去主要通過焚燒來處理秸稈，不僅造成資源浪費(fèi)，而且污染環(huán)境[3]。我國近年來環(huán)境政策改革和農(nóng)民環(huán)保意思的增強(qiáng)，已停止大面積農(nóng)作物秸稈的焚燒，并將農(nóng)作物秸稈通過各種形式返還土壤中，對我國農(nóng)田的土壤質(zhì)量改善效果較為明顯。土壤中酶活性是土壤質(zhì)量的一個重要指標(biāo)[4]，提高土壤中脲酶、過氧化氫酶等酶活性對于提高農(nóng)作物產(chǎn)量和土壤質(zhì)量具有重要作用[5]。以往雖然有農(nóng)作物秸稈還田對作物產(chǎn)量和土壤性質(zhì)影響的研究，但有關(guān)稻麥周年秸稈還田對稻麥產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響研究還很少。為此，本研究探究了稻麥周年秸稈還田對稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的影響，以進(jìn)一步認(rèn)識稻麥周年秸稈還田對稻麥產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的調(diào)控作用，為稻麥可持續(xù)綠色高產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 供試材料 試驗(yàn)在揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行，從2015年冬至2018年秋秸稈還田處理的累積時間已有3年。試驗(yàn)地土壤的起始養(yǎng)分狀況：有機(jī)質(zhì)含量2.05%，有效氮103.2mg/kg，速效磷24.5mg/kg，速效鉀85.3mg/kg。試驗(yàn)基地作物種植模式采用的是稻麥兩熟輪作。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)置4個秸稈還田處理：（1）水稻、小麥秸稈均不還田（A，對照，在水稻和小麥?zhǔn)斋@后將秸稈全部清理出田塊）;（2）單獨(dú)小麥秸稈還田（B，在上季小麥?zhǔn)斋@后將田塊中所種植小麥的秸稈全量留在田中，用于當(dāng)季水稻種植）;（3）單獨(dú)水稻秸稈還田（C，在上季水稻收獲后將田塊中所種植水稻的秸稈全量留在田中，用于當(dāng)季小麥種植）;（4）水稻、小麥秸稈全還田（D，在水稻種植前，將上季所種植小麥的秸稈全量留在田中;在小麥種植前，將上季所種植水稻的秸稈全量留在田中），水稻秸稈還田量約為9.0t/hm2，小麥秸稈還田量約為4.8t/hm2。本試驗(yàn)以不同秸稈還田處理為主區(qū)，以不同品種處理為裂區(qū)，每個小區(qū)面積28m2，重復(fù)3次。

2.3 試驗(yàn)管理 2018年選取甬優(yōu)2640和淮稻5號為試驗(yàn)材料，5月9日播種，6月11日人工移栽，株行距16cm×25cm，雙本栽插，按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培要求，全生育期對病蟲草害防治。施氮量為240kg/hm2，按基肥∶分蘗肥∶促花肥∶保花肥=4∶2∶2∶2施用。移栽前大田均勻撒入基肥（其中氮肥96kg/hm2，磷肥（P2O5）75kg/hm2和鉀肥（K2O）130kg/hm2），移栽后7d均勻撒入分蘗肥，葉齡余數(shù)3.5時均勻撒入促花肥，葉齡余數(shù)1.5時均勻撒入保花肥。抽穗后大田水分管理使用輕干濕交替灌溉模式，其余階段試驗(yàn)大田的水層保持在2cm左右。

2017—2018年小麥供試品種為揚(yáng)麥16和揚(yáng)麥20，10月25日人工條播，行距30cm，播量為110kg/hm2，3葉期定苗至220×104株/hm2。施氮量為240kg/hm2，按基肥∶壯蘗肥∶拔節(jié)肥∶穗肥=4∶2∶2∶2施用。播種前大田均勻撒入基肥（其中氮肥96kg/hm2，磷肥（P2O5）130kg/hm2和鉀肥（K2O）130kg/hm2），4葉期均勻撒入壯蘗肥，葉齡余數(shù)為2.5時均勻撒入拔節(jié)肥，孕穗期均勻撒入穗肥。

2.4 測定項(xiàng)目與方法

2.4.1 測定方法 分別在小麥季和水稻季的主要生育時期，每小區(qū)用5點(diǎn)取樣法，取0～20cm、20～40cm 2個深度的土樣，自然風(fēng)干用研磨機(jī)磨粉，土壤脲酶的測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法;土壤過氧化氫酶的測定采用0.1mol/L的高錳酸鉀滴定法。

2.4.2 測定項(xiàng)目 水稻考種：在水稻成熟期，每小區(qū)取20穴水稻穗子裝袋，用于考查計(jì)算每m2穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重以及結(jié)實(shí)率。小麥考種：在小麥成熟期，每個試驗(yàn)小區(qū)取2行1m寬的小麥穗子裝袋，用于考查計(jì)算每m2穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重。稻麥計(jì)產(chǎn)：每個小區(qū)用鐮刀收割5m2裝袋，然后用脫粒機(jī)脫粒，自然曬干，稱重計(jì)產(chǎn)。

2.4.3 數(shù)據(jù)處理 本試驗(yàn)的全部數(shù)據(jù)是運(yùn)用Excel 2003和Sigmaplot 10.0進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 稻麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 表1展示了不同秸稈還田處理下的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。由表1可知，在2017年冬至2018年春小麥季，與秸稈不還田的對照相比，當(dāng)季水稻秸稈還田和上季小麥秸稈還田處理均顯著提高了小麥產(chǎn)量，上季麥秸稈還田處理對產(chǎn)量的增加效果高于當(dāng)季稻秸稈還田處理，水稻和小麥兩季秸稈全還田處理與上季麥秸稈處理間的產(chǎn)量無顯著性差異。與對照相比，單獨(dú)小麥秸稈還田、單獨(dú)水稻秸稈還田和小麥秸稈還田+水稻秸稈還田秸稈處理，揚(yáng)麥16的產(chǎn)量分別增加了6.6%、3.5%和6.5%，揚(yáng)麥20的產(chǎn)量分別增加了10.2%、4.0%和9.7%。秸稈還田處理提高產(chǎn)量的主要原因是增加了每穗粒數(shù)和千粒重，上季麥秸稈還田還提高了每m2穗數(shù)，但當(dāng)季稻秸稈還田的穗數(shù)略有降低。

表2展示了不同秸稈還田處理下的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。由表2可知，與對照相比，當(dāng)季小麥秸稈還田和上季水稻秸稈還田2個處理均顯著提高了水稻產(chǎn)量，當(dāng)季麥秸稈還田處理對產(chǎn)量增加的效果高于上季稻秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理的產(chǎn)量最高。與對照相比，單獨(dú)小麥秸稈還田、單獨(dú)水稻秸稈還田和小麥秸稈還田+水稻秸稈還田秸稈處理，淮稻5號產(chǎn)量分別增加了14.0%、9.1%和14.8%，甬優(yōu)2640的產(chǎn)量分別增加了9.0%、7.1%和14.1%。秸稈處理提高產(chǎn)量的原因主要是增加了每m2穗數(shù)和穗粒數(shù)，2個品種結(jié)實(shí)率在各秸稈還田處理間無顯著差異，各秸稈還田處理的千粒重較對照略有降低。

3.2 土壤中酶活性

3.2.1 小麥季土壤脲酶活性 由圖1可知，在0～20cm土層中，土壤脲酶活性在小麥生育期呈現(xiàn)先增后降的趨勢，在穗分化期出現(xiàn)最大值。在同一時期，與對照相比，各秸稈還田處理均顯著提高了土壤脲酶活性，當(dāng)季稻秸稈還田處理高于上季麥秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季稻秸稈還田處理無顯著差異。在20～40cm土層中，土壤脲酶活性較0～20cm土層有所降低。與對照相比，秸稈還田處理提高土壤脲酶活性，但在3個秸稈還田處理間無顯著性差異，2個品種趨勢一致。

3.2.2 水稻季土壤脲酶活性 圖2為水稻季土壤脲酶活性變化情況。由圖2可知，在0～20cm土層中，土壤脲酶活性在水稻生育前中期較高，在穗分化期表現(xiàn)出最大值，到灌漿期，土壤脲酶活性一直降低。在同一時期，與對照相比，各秸稈還田處理均顯著提高土壤脲酶活性，當(dāng)季麥秸稈還田處理高于上季稻秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季麥秸稈還田處理無顯著性差異。在20～40cm土層中，土壤脲酶活性在不同生育期均在一個較低水平，在各處理間無顯著性差異，2個品種趨勢一致。

3.2.3 小麥季土壤過氧化氫酶活性 圖3為小麥季土壤過氧化氫酶活性變化情況。由圖3可知，在0～20cm土層中，土壤過氧化氫酶活性在小麥分蘗期表現(xiàn)出最大值，在穗分化期和抽穗期大幅度降低。在同一時期，與對照相比，各秸稈還田處理均顯著提高土壤過氧化氫酶活性，當(dāng)季稻秸稈還田處理高于上季麥秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季稻秸稈還田處理無顯著性差異。在20～40cm土層中，與對照相比，秸稈還田處理后土壤過氧化氫酶活性有一定的提高，但在不同處理之間沒有顯著性差異，2個品種趨勢一致。

3.2.4 水稻季土壤過氧化氫酶活性 圖4為水稻季土壤過氧化氫酶活性變化情況。由圖4可知，在0～20cm土層，土壤過氧化氫酶活性在水稻不同生育期變化較小。在同一生育期，與對照相比，各秸稈還田處理均顯著提高了土壤過氧化氫酶活性，當(dāng)季麥秸稈還田處理高于上季稻秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季麥秸稈還田無顯著性差異。在20～40cm土層中，土壤過氧化氫酶活性在水稻不同生育期的變化也較小，但顯著低于0～20cm土層的過氧化氫酶活性。在同一生育期，與對照相比，不同秸稈還田處理提高了土壤過氧化氫酶活性，但在各各秸稈處理間無顯著差異，2個品種趨勢一致。

4 討論與小結(jié)

4.1 討論

4.1.1 秸稈還田對稻麥產(chǎn)量的影響 以往有關(guān)秸稈還田對稻麥產(chǎn)量的影響，有不同的研究結(jié)果，有的報(bào)道增產(chǎn)，有的報(bào)道不增產(chǎn)甚至減產(chǎn)[5-10]。本研究表明，水稻秸稈和小麥秸稈還田均可不同程度地提高了水稻和小麥的產(chǎn)量，尤以稻麥兩季秸稈還田的增產(chǎn)作用更明顯。本研究結(jié)果與以往一些結(jié)果的差異，可能與秸稈還田的年份多少有關(guān)。一般秸稈還田的時間（年數(shù)或季節(jié)數(shù)）越短，對土壤改良的作用以及對作物增產(chǎn)作用就越小[7-10]。本試驗(yàn)已經(jīng)連續(xù)進(jìn)行了3年，6個生長季（水稻和小麥各3季），秸稈還田的作用具有累積效應(yīng)[7]，因而表現(xiàn)出秸稈還田對產(chǎn)量的影響具有明顯的正效應(yīng)。本研究觀察到，雖然秸稈還田能增加水稻和小麥的產(chǎn)量，但增產(chǎn)的原因水稻與小麥不同。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，秸稈還田后小麥的增產(chǎn)主要在于每穗粒數(shù)和千粒重的增加，而秸稈還田后水稻的增產(chǎn)主要在于單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加。說明秸稈還田的增產(chǎn)原因，因作物不同而有差異，這可能與作物生長環(huán)境有關(guān)。小麥生長在較干的土壤，生長前期溫度低，秸稈分解慢;而水稻在灌溉條件下生長，生長期溫度高，秸稈分解快。這些特點(diǎn)造成秸稈還田后對小麥和水稻產(chǎn)量形成的影響不同。對于秸稈還田影響水稻和小麥產(chǎn)量形成的機(jī)制，有待深入研究。

4.1.2 秸稈還田對土壤中酶活性的影響 土壤中酶活性在農(nóng)業(yè)上是評價(jià)土壤質(zhì)量和土壤微生物活性的重要指標(biāo)，土壤中的脲酶和過氧化氫酶扮演著至關(guān)重要的角色[11]。土壤脲酶的活性與土壤氮素轉(zhuǎn)化效率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，該酶活性對土壤供氮水平有重要影響[12]。土壤過氧化氫酶可以有效分解土壤中的過氧化氫物，使作物免受毒害[13]。已有研究表明，秸稈還入土壤后可顯著提高土壤脲酶和過氧化氫酶活性[14]。本研究表明，稻秸稈和麥秸稈還田均可顯著提高麥田和稻田土壤脲酶和過氧化氫酶活性，但在秸稈還田的處理間存在差異。秸稈還田對土壤脲酶和過氧化氫酶活性的影響，在小麥季，當(dāng)季稻秸稈還田高于上季麥秸稈還田;在水稻季，當(dāng)季麥秸稈還田高于上季稻秸稈還田，表明土壤脲酶和過氧化氫酶活性與當(dāng)季秸稈還田的相關(guān)性高。有研究指出[15]，土壤酶活性隨著秸稈施入量的增加而增加。但本研究并未觀察到稻麥兩季秸稈全還田對土壤脲酶和過氧化氫酶活性的影響顯著高于當(dāng)季秸稈還田的情況。推測秸稈全還田對土壤脲酶和過氧化氫酶活性的影響可能因作物、試驗(yàn)地土壤質(zhì)地和秸稈還田量不同而又差異。對于秸稈全還田影響土壤中酶活性的機(jī)理，需要進(jìn)一步研究。

4.2 結(jié)論 在稻麥周年秸稈還田的第3周年，不論水稻秸稈還田、小麥秸稈還田，還是稻麥周年秸稈還田，均可增加小麥和水稻的產(chǎn)量，尤以稻麥周年秸稈還田的增產(chǎn)效應(yīng)更明顯。秸稈還田的增產(chǎn)作用，小麥主要在于每穗粒數(shù)和千粒重的增加，水稻主要在于單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加。秸稈還田可提高土壤中脲酶和過氧化氫酶活性，且當(dāng)季秸稈還田對酶活性的影響顯著高于上季秸稈還田。對于不同秸稈還田處理影響稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的機(jī)理，有待深入研究。

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（責(zé)編：張宏民）