秸稈造粒還田耦合氮肥調控對長梗白菜生長及土壤質量的影響

王保君， 沈月明， 何凱波， 韓斌， 張紅梅， 沈亞強， 程旺大*

(1.嘉興市農業科學研究院 生態環境研究所，浙江 嘉興 314016； 2.桐鄉市龍圖糧油農機專業合作社，浙江 桐鄉 314514；3.桐鄉市大麻鎮農業經濟服務中心，浙江 桐鄉 314514)

桐鄉市長梗白菜種植歷史悠久，早在民國時期《德清縣新志》就有相關記載。桐鄉長梗白菜主要以加工為主，腌制后鮮脆爽口，倍受當地消費者青睞。氮肥作為植物生長的重要元素，是長梗白菜產量和品質的重要保證。近幾年來，氮肥減量行動在我國廣泛開展，蔬菜和瓜果等經濟作物是過量施氮的主要對象[1]。因此，合理施用氮肥是提高長梗白菜產量和品質的關鍵因素。

作物秸稈作為重要的農業資源，富含氮磷鉀等營養元素[2]，是農業生產中主要的農田廢棄物。秸稈還田作為秸稈廢棄物利用的主要方式，在改善土壤結構、調節土壤肥力等方面具有積極的作用[3]。秸稈造粒還田作為新型的還田方式，具有秸稈和土壤混合均勻、秸稈腐解速度和養分釋放速度快等優點[4]。張莉等[5]研究表明，秸稈造粒還田可以顯著提高土壤有機質、堿解氮和有效磷的含量，提高小麥分蘗成穗率和干物質轉運速率。叢萍等[6]研究表明，秸稈顆粒還田對養分元素比例的提高具有短期快速效應。徐忠山等[7]研究表明，秸稈造粒還田可以增加土壤酶活性、微生物量碳含量以及提高變形菌門、厚壁菌門菌株的相對豐度，提高土壤固氮、養分釋放能力，降低土壤病害發生概率。由此可見，秸稈造粒還田結合氮肥調控栽培技術，對蔬菜種植具有重要的意義。

目前，有關秸稈造粒還田的研究主要集中于對糧食作物生長及其土壤質量影響的研究[8-9]，有關秸稈造粒還田對水稻-長梗白菜等糧經輪作模式影響的相關研究較少，而關于秸稈造粒還田耦合氮肥調控對蔬菜生長的影響鮮有報道。本研究通過溫室大棚盆栽試驗，研究秸稈造粒還田耦合氮肥調控對水稻-長梗白菜輪作后茬長梗白菜生長及其土壤質量的影響，旨在優化當地水稻-長梗白菜糧經輪作模式下氮肥和秸稈等農業資源配置，為當地長梗白菜高質高效生產提供數據支持和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與盆栽管理

供試土壤來源于浙江嘉興市青紫泥水稻土，于2020年11月27日水稻收獲后進行采集、晾曬，作為試驗盆栽用土。供試土壤的基本理化性質為：pH 7.29，土壤有機碳含量17.16 g·kg-1，全氮含量1.75 g·kg-1，速效鉀含量163.28 mg·kg-1，速效磷含量46.01 mg·kg-1，銨態氮含量19.85 mg·kg-1，硝態氮含量29.85 mg·kg-1。供試試驗箱為上底33 cm×51 cm、下底30 cm×49 cm、高度為33 cm的梯形塑料整理箱。試驗采取二因素隨機試驗設計，設置秸稈(造粒還田：7 500 kg·hm-2，S；不還田：0 kg·hm-2)和施氮量(常規氮肥用量：240 kg·hm-2，N；氮肥減量：180 kg·hm-2，N-25%)兩因素，設4個處理，3次重復，共12個試驗箱，每個試驗箱裝入25 kg干土。于2020年12月10日進行長梗白菜播種。在播種前1 d，SN和SN-25%處理施入造粒秸稈，并與土壤充分混合均勻。于2020年2月4日進行定苗，每個試驗箱留6棵長梗白菜，于2020年3月12日進行收獲、測產。在施肥管理方面，氮肥按基追肥比例2∶1∶1施入，施肥時間分別為2020年12月9日、2021年1月11日和2021年2月7日。磷肥、鉀肥作基肥用量分別為22.5和45 kg·hm-2，在長梗白菜播種前1 d(2020年12月9日)施入。具體秸稈和氮肥盆栽用量如表1所示。

表1 不同處理的施肥用量

1.2 指標測定

1.2.1 長梗白菜形態學指標測定

于2021年3月12日對大棚長梗白菜進行適時采收，并測定長梗白菜株高、葉片數、展開度、單株凈重等指標。

1.2.2 土壤質量測定

盆栽長梗白菜收獲后，進行取土。用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定速效磷含量[10]，火焰光度計比色法測定速效鉀含量[11]，靛酚藍比色法測定銨態氮含量[12]，紫外分光光度計測定硝態氮含量[12]，凱氏定氮法測定土壤全氮、可溶性有機氮含量[12-13]，重鉻酸鉀外加熱氧化法測定土壤總有機碳和水溶性有機碳含量[13-14]，氯仿熏蒸法測定土壤微生物量碳、氮含量[15]。

1.3 數據處理及分析

用SPSS 25.0進行單因素方差分析，采用Duncan法進行多重比較，用Microsoft Office Excel 2010作表，用graphpad prism 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 秸稈造粒還田耦合氮肥調控對長梗白菜植物學特性的影響

由表2可知，秸稈造粒還田對長梗白菜的生長具有一定程度的影響。同N處理相比，SN處理的葉片數顯著增加；同N-25%處理相比，SN-25%處理的葉片數和單株凈重均顯著增加，而株高顯著降低。此外，氮肥減量對長梗白菜的生長具有負面影響，同N處理相比，N-25%處理的單株凈重和凈菜率均顯著降低；同SN處理相比，SN-25%處理的單株凈重顯著降低。

表2 秸稈造粒還田耦合氮肥調控對長梗白菜植物學特性的影響

2.2 秸稈造粒還田耦合氮肥調控對土壤養分的影響

由表3可知，秸稈造粒還田對土壤速效鉀和銨態氮有一定程度的影響。同N-25%處理相比，SN-25%處理的速效鉀和銨態氮含量顯著增加。此外，氮肥減量對土壤銨態氮和pH值均有不同程度的影響。同N處理相比，N-25%的土壤硝態氮含量和pH值均顯著降低；同SN處理相比，SN-25%處理的土壤硝態氮含量顯著降低。

表3 秸稈造粒還田耦合氮肥調控對土壤養分的影響

2.3 秸稈還田耦合氮肥調控對土壤微生物量碳、氮的影響

由圖1可知，秸稈造粒還田可以顯著提高土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比，同N處理相比，SN處理的土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比均顯著增加；同N-25%處理相比，SN-25%處理的土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比均顯著增加。此外，氮肥減量對土壤微生物量碳含量有一定程度的影響，同N處理相比，N-25%處理的土壤微生物量碳含量顯著降低。

柱上無相同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2同。

2.4 秸稈還田耦合氮肥調控對土壤可溶性碳、氮的影響

由圖2可知，秸稈造粒還田對土壤可溶性有機碳含量有一定程度影響。同N處理相比，SN處理的可溶性有機碳含量顯著增加。此外，氮肥減量對土壤可溶性有機碳、可溶性有機氮以及可溶性有機碳氮比均有不同程度的影響。同N處理相比，N-25%處理的可溶性有機氮含量顯著降低；同SN處理相比，SN-25%處理的可溶性有機碳、氮含量均顯著降低，而可溶性有機碳氮比顯著增加。

圖2 秸稈還田耦合氮肥調控對土壤可溶性有機碳、氮的影響

3 討論

長梗白菜作為桐鄉市當地特色蔬菜，深受人們喜愛。秸稈造粒還田和氮肥調控作為重要的農業生產措施，在保證當地長梗白菜質量和產量方面發揮著重要作用。楊曉燕等[16]研究表明，秸稈還田可以增加白菜的株高和單株凈重。本研究表明，秸稈造粒還田可以顯著提高長梗白菜葉片數。張苗等[17]研究表明，在一定范圍內，合理施用氮肥可以提高白菜植株產量，然而施氮量增加至3.75 g·kg-1時，白菜產量下降。劉一凡等[18]研究表明，氮肥減量至300 kg·hm-2時，白菜較當地常規施肥產量增加3%。而本研究表明，氮肥減量可以顯著降低長梗白菜單株凈重，這可能是由于不同地區施肥差異造成的。在秸稈還田耦合氮肥調控方面，山楠等[19]研究表明，同常規施肥相比，有機肥代替30%優化氮肥處理(有機肥1 445 kg·hm-2，氮肥202.3 kg·hm-2)在魏善莊鎮試驗點增產9.8%，在長子營鎮試驗點增產僅1.8%。因此，合理的氮肥供給是長梗白菜增產的有力保證。水稻秸稈含氮0.45%[20]，1 hm2產7 500 kg稻草，氮含量約為33.75 kg，本試驗大棚長梗白菜的生育期為71 d，秸稈顆粒還田70 d的氮素釋放率約為50%[4]，由此可知，7 500 kg稻草造粒還田可為當季長梗白菜生長提供約16.88 kg純氮。本研究表明，在常規施氮基礎上減少25%(180 kg·hm-2)，秸稈造粒還田很好地補充了土壤氮肥，促進長梗白菜顯著增產，但是氮肥用量偏少，總體產量不高。在本試驗條件下，秸稈造粒還田配施常規氮肥(240 kg·hm-2)處理的長梗白菜產量最高。

土壤養分是土壤肥力的重要表征。秸稈富含氮、磷、鉀等礦質元素，是循環補充土壤養分的重要來源。黃蓉等[21]研究表明，秸稈還田配合氮肥減量30%可以顯著增加土壤的速效鉀和堿解氮含量。劉金山等[22]研究表明，氮肥施用是造成土壤硝態氮含量增加的重要因素之一。本研究表明，同氮肥減量25%(180 kg·hm-2)相比，秸稈造粒還田配施氮肥減量25%可以顯著提高土壤銨態氮和速效鉀含量。此外，氮肥減量顯著降低了土壤硝態氮含量，同前人研究結果[23]基本一致。

土壤微生物量碳氮、可溶性有機碳氮是反映土壤肥力變化的靈敏指標，也是衡量土壤肥力、土壤健康狀況的重要指標[24]。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)可以表征微生物群落結構特征[25]。相關報道指出，以細菌、放線菌和真菌為主要類型的土壤微生物群落的碳氮比分別為3～5、5～7和4.5～15.0。張莉等[26]研究表明，秸稈顆粒還田顯著提高還田當年0～20 cm和20～40 cm土層可溶性有機碳含量，增加土壤溶解性有機碳與有機碳含量的比值(DOC/SOC)。本研究表明，秸稈造粒還田可以顯著提高土壤微生物量碳含量以及微生物量碳氮比，且各處理土壤生物群落主要以真菌為主，與前人研究結果[27]一致。吳傳發等[28]研究表明，秸稈還田配合氮肥減量20%可以保持旱地土壤可溶性有機碳氮養分含量。而本研究表明，同秸稈造粒還田配施常規氮肥相比，秸稈造粒還田配施氮肥減量25%的土壤可溶性有機碳氮含量顯著下降，這可能是由于不同地區施氮量以及土壤類型差異所致。

秸稈造粒還田可以顯著提高長梗白菜葉片數、土壤微生物量碳和微生物量碳氮比。在氮肥減量25%(180 kg·hm-2)條件下，秸稈造粒還田可以顯著提高長梗白菜單株凈重、土壤速效鉀、銨態氮含量。氮肥減量顯著降低了長梗白菜單株凈重和土壤硝態氮含量。在本試驗條件下，秸稈造粒還田配施240 kg·hm-2氮肥的長梗白菜產量最高，在維持土壤養分和活性碳庫方面效果最佳。