周年秸稈還田對稻麥產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麥16和揚麥20，根據秸稈還田情況設置4個不同處理：（1）水稻、小麥秸稈均不還田（A，對照）;（2）單獨小麥秸稈還田（B，在水稻季將上季小麥的秸稈還田）;（3）單獨水稻秸稈還田（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、小麥產量形成和土壤中酶活性變化進行了觀察分析。結果：水稻、小麥秸稈還田后，對水稻、小麥產量均有一定的提高效果，稻麥產量的增加主要在于每穗粒數的增加。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。結論：稻麥周年秸稈還田有利于提高稻麥產量和土壤質量。

關鍵詞：水稻;小麥;周年秸稈還田;產量;土壤中酶活性

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

1 前言

中國作為農業大國，農作物豐富，每年的農作物秸稈量巨大，據統計農作物秸稈年產總量在8億t以上[1]。農作物秸稈是很好的養分資源，其不僅有機碳含量高，而且含有許多礦物質營養元素，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，而且污染環境[3]。我國近年來環境政策改革和農民環保意思的增強，已停止大面積農作物秸稈的焚燒，并將農作物秸稈通過各種形式返還土壤中，對我國農田的土壤質量改善效果較為明顯。土壤中酶活性是土壤質量的一個重要指標[4]，提高土壤中脲酶、過氧化氫酶等酶活性對于提高農作物產量和土壤質量具有重要作用[5]。以往雖然有農作物秸稈還田對作物產量和土壤性質影響的研究，但有關稻麥周年秸稈還田對稻麥產量和土壤質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量和土壤中酶活性的影響，以進一步認識稻麥周年秸稈還田對稻麥產量和土壤質量的調控作用，為稻麥可持續綠色高產提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 供試材料 試驗在揚州大學江蘇省作物栽培生理重點實驗室試驗農場進行，從2015年冬至2018年秋秸稈還田處理的累積時間已有3年。試驗地土壤的起始養分狀況：有機質含量2.05%，有效氮103.2mg/kg，速效磷24.5mg/kg，速效鉀85.3mg/kg。試驗基地作物種植模式采用的是稻麥兩熟輪作。

2.2 試驗設計 試驗設置4個秸稈還田處理：（1）水稻、小麥秸稈均不還田（A，對照，在水稻和小麥收獲后將秸稈全部清理出田塊）;（2）單獨小麥秸稈還田（B，在上季小麥收獲后將田塊中所種植小麥的秸稈全量留在田中，用于當季水稻種植）;（3）單獨水稻秸稈還田（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。本試驗以不同秸稈還田處理為主區，以不同品種處理為裂區，每個小區面積28m2，重復3次。

2.3 試驗管理 2018年選取甬優2640和淮稻5號為試驗材料，5月9日播種，6月11日人工移栽，株行距16cm×25cm，雙本栽插，按當地高產栽培要求，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∶?；ǚ?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3.5時均勻撒入促花肥，葉齡余數1.5時均勻撒入?；ǚ?。抽穗后大田水分管理使用輕干濕交替灌溉模式，其余階段試驗大田的水層保持在2cm左右。

2017—2018年小麥供試品種為揚麥16和揚麥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，葉齡余數為2.5時均勻撒入拔節肥，孕穗期均勻撒入穗肥。

2.4 測定項目與方法

2.4.1 測定方法 分別在小麥季和水稻季的主要生育時期，每小區用5點取樣法，取0～20cm、20～40cm 2個深度的土樣，自然風干用研磨機磨粉，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 測定項目 水稻考種：在水稻成熟期，每小區取20穴水稻穗子裝袋，用于考查計算每m2穗數、穗粒數、千粒重以及結實率。小麥考種：在小麥成熟期，每個試驗小區取2行1m寬的小麥穗子裝袋，用于考查計算每m2穗數、每穗粒數和千粒重。稻麥計產：每個小區用鐮刀收割5m2裝袋，然后用脫粒機脫粒，自然曬干，稱重計產。

2.4.3 數據處理 本試驗的全部數據是運用Excel 2003和Sigmaplot 10.0進行科學統計分析。

3 結果與分析

3.1 稻麥產量及其構成因素 表1展示了不同秸稈還田處理下的小麥產量及其構成因素。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量，上季麥秸稈還田處理對產量的增加效果高于當季稻秸稈還田處理，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量無顯著性差異。與對照相比，單獨小麥秸稈還田、單獨水稻秸稈還田和小麥秸稈還田+水稻秸稈還田秸稈處理，揚麥16的產量分別增加了6.6%、3.5%和6.5%，揚麥20的產量分別增加了10.2%、4.0%和9.7%。秸稈還田處理提高產量的主要原因是增加了每穗粒數和千粒重，上季麥秸稈還田還提高了每m2穗數，但當季稻秸稈還田的穗數略有降低。

表2展示了不同秸稈還田處理下的水稻產量及其構成因素。由表2可知，與對照相比，當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量，當季麥秸稈還田處理對產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量最高。與對照相比，單獨小麥秸稈還田、單獨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號產量分別增加了14.0%、9.1%和14.8%，甬優2640的產量分別增加了9.0%、7.1%和14.1%。秸稈處理提高產量的原因主要是增加了每m2穗數和穗粒數，2個品種結實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先增后降的趨勢，在穗分化期出現最大值。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

4.1 討論

4.1.1 秸稈還田對稻麥產量的影響 以往有關秸稈還田對稻麥產量的影響，有不同的研究結果，有的報道增產，有的報道不增產甚至減產[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量，尤以稻麥兩季秸稈還田的增產作用更明顯。本研究結果與以往一些結果的差異，可能與秸稈還田的年份多少有關。一般秸稈還田的時間（年數或季節數）越短，對土壤改良的作用以及對作物增產作用就越小[7-10]。本試驗已經連續進行了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[7]，因而表現出秸稈還田對產量的影響具有明顯的正效應。本研究觀察到，雖然秸稈還田能增加水稻和小麥的產量，但增產的原因水稻與小麥不同。從產量構成因素分析，秸稈還田后小麥的增產主要在于每穗粒數和千粒重的增加，而秸稈還田后水稻的增產主要在于單位面積穗數和每穗粒數增加。說明秸稈還田的增產原因，因作物不同而有差異，這可能與作物生長環境有關。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。這些特點造成秸稈還田后對小麥和水稻產量形成的影響不同。對于秸稈還田影響水稻和小麥產量形成的機制，有待深入研究。

4.1.2 秸稈還田對土壤中酶活性的影響 土壤中酶活性在農業上是評價土壤質量和土壤微生物活性的重要指標，土壤中的脲酶和過氧化氫酶扮演著至關重要的角色[11]。土壤脲酶的活性與土壤氮素轉化效率呈顯著正相關關系，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，當季稻秸稈還田高于上季麥秸稈還田;在水稻季，當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季秸稈還田的相關性高。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、試驗地土壤質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理，需要進一步研究。

4.2 結論 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量，尤以稻麥周年秸稈還田的增產效應更明顯。秸稈還田的增產作用，小麥主要在于每穗粒數和千粒重的增加，水稻主要在于單位面積穗數和每穗粒數增加。秸稈還田可提高土壤中脲酶和過氧化氫酶活性，且當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量和土壤中酶活性的機理，有待深入研究。

參考文獻

[1]曹國良，張小曳，王亞強，等.區域農田秸稈露天焚燒污染物排放量的估算[J].科學通報，2007，52（15）：1826-1831.

[2]蘇衍濤，王凱榮，劉迎新，等.稻草覆蓋對紅壤旱地土壤溫度和水分的調控效應.農業環境科學學報，2008，27（2）：670-676.

[3]安豐華，王志春，楊帆，楊洪濤.秸稈還田研究進展進展.土壤與作物，2015（2）：57-63.

[4]榮國華.秸稈還田對土壤酶活性、微生物量及群落功能多樣性的影響[D].哈爾濱：東北農業大學，2018.

[5]張婷，張一新，向洪勇.秸稈還田培肥土壤的效應及機制研究進展[J].江蘇農業科學，2018，46（03）：14-20.

[6]楊濱娟，黃國勤，徐寧，等.秸稈還田配施不同比例化肥對晚稻產量及土壤養分的影響[J].生態學報，2014，34（13）：3779-3787.

[7]徐蔣來，尹思慧，胡乃娟，等.周年秸稈還田對稻麥輪作農田土壤養分、微生物活性及產量的影響[J] .應用與環境生物學報，2015，21（6）：1100-1105.

[8]秸稈還田耦合施氮水平對水稻光合特性、氮素吸收及產量形成的影響[J].中國水稻科學，2015，29（3）：282-290.

[9]馬春梅，王永吉，于舒函，等.稻草還田與施氮量對水稻氮素吸收及產量影響[J].東北農業大學學報，2017，48（6）：9-16.

[10]蘇衛，馮躍華，許桂玲，等.秸稈還田與施氮量對雜交秈稻氮素利用效率及產量的影響[J/OL].中國稻米，2019（03）：1-5.

[11]Liu Guangming，Zhang Xuechen，Wang Xiuping，et al.Soil enzymes as indicators of saline soil fertility under various soil amendments[J].Agriculture Ecosystems & Environment，2017，237：274-279.

[12]Kiss S，Simihǎian M.Improving Efficiency of Urea Fertilizers by Inhibition of Soil Urease Activity[J].Springer Netherlands，2002，46（1）：56.

[13]關松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農業出版社，1986.

[14]楊鵬鳴，周俊國.不同肥料對土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性的影響[J].廣東農業科學，2011，38（11）：78-80.

[15]蔣容，余一，唐玉蓉，等.增溫和生物炭添加對農田土壤酶活性的影響[J].四川農業大學學報，2018，36（1）：72-77.

（責編：張宏民）