秸稈快腐劑對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤理化特性的影響

韓麗君 謝昊 薛張逸 嚴(yán)管鈺彤 顧駿飛

（江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；第一作者：1321223850@qq.com；*通訊作者：gujf@yzu.edu.cn）

我國(guó)是世界上主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，每年都會(huì)產(chǎn)生大量秸稈，年產(chǎn)量約為7億t，占世界秸稈總量的20%~30%[1-2]。其中，小麥秸稈數(shù)量年產(chǎn)高達(dá)1.8億t，小麥秸稈富含水稻生長(zhǎng)所需的氮、磷、鉀等礦質(zhì)元素，是稻田生態(tài)系統(tǒng)一種重要營(yíng)養(yǎng)源[3-4]。隨著我國(guó)糧食產(chǎn)量的增長(zhǎng)，秸稈作為一項(xiàng)重要營(yíng)養(yǎng)源卻沒(méi)有得到有效利用，大量作物秸稈被丟棄或焚燒，這不僅浪費(fèi)秸稈資源，而且會(huì)造成污染環(huán)境等負(fù)面影響[5]。因此，如何實(shí)現(xiàn)秸稈有效還田是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。秸稈直接還田是增加土壤有機(jī)碳、提高土壤養(yǎng)分的有效方法，但在自然條件下，秸稈還田后腐熟緩慢，導(dǎo)致大量未腐解的秸稈殘留在土壤耕層，而且小麥秸稈還田腐熟時(shí)間與水稻返青分蘗同步，腐熟過(guò)程中不僅消耗土壤氮肥，而且產(chǎn)生有毒氣體，例如沼氣等，會(huì)造成大量黑根，導(dǎo)致秧苗分蘗少，產(chǎn)量低，難以大面積推廣應(yīng)用[6]。研究表明，秸稈快腐劑富含高效微生物菌，有利于秸稈快速腐熟，為土壤提供碳、氮、磷、鉀等元素[7]，對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用，從而提高水稻產(chǎn)出能力，保障農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入[8]。然而，快腐劑過(guò)量施用會(huì)快速消耗土壤中的氮素，而用量過(guò)少則秸稈腐解不夠徹底。因此，本文在秸稈還田處理下通過(guò)增施不同用量的秸稈快腐劑，研究秸稈快腐劑的適宜用量，為秸稈還田推廣提供實(shí)踐與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)基本情況

試驗(yàn)于2020年在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)盆栽場(chǎng)進(jìn)行。供試水稻材料為金香玉1號(hào)和揚(yáng)稻6號(hào)。5月12日進(jìn)行大田育秧，6月12號(hào)移栽至盆缽（盆缽高30 cm、直徑25 cm，容積14.72 L），每盆3叢，每叢2苗，每個(gè)處理20盆，兩個(gè)品種共計(jì)240盆。10月20日收獲。盆栽試驗(yàn)用土為田間試驗(yàn)原土，土壤類型為沙壤土。土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)22.7 g/kg，速效氮96.5 mg/kg，速效磷20.4 mg/kg，速效鉀120.0 mg/kg，全氮1.96 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，共設(shè)置6種處理：秸稈不還田（CK），秸稈還田但不施秸稈快腐劑（T0），秸稈還田配施秸稈快腐劑（T1、T2、T3和T4，快腐劑劑量分別為0.1、0.2、0.3和0.4 g/pot，根據(jù)面積比折算為15、30、45和60 kg/hm2）。小麥秸稈添加量為35 g/pot（折算為4 950 kg/hm2）。將秸稈人工切割成10 cm左右的小段后，與快腐劑、土樣混合放入盆內(nèi)。供試秸稈快腐劑系由河南鄭州益加益生物科技有限公司生產(chǎn)（主要成分為光和菌、酵母菌、纖維素降解菌、半纖維素降解菌、木質(zhì)素降解菌等多種有益菌群及20多種氨基酸、多種維生素、多種微量元素、肌醇、絲狀真菌，酵母菌等多種菌株以及多種復(fù)合酶制劑，有效活菌數(shù)≥5×107cfu/g）。

移栽前每盆施用2 g尿素和0.5 g磷酸二氫鉀作基肥；移栽后7 d，拔節(jié)期和穗分化期每個(gè)時(shí)期每盆施用1 g尿素。全生育期保持淺水層灌溉，收割前7 d斷水。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 植株干物質(zhì)量

分別于分蘗中期、穗分化期、抽穗期和成熟期每個(gè)處理各取3盆水稻，將葉片（綠葉+黃葉）、莖+鞘、穗分開后105℃殺青，并于75℃烘干至恒質(zhì)量后測(cè)定植株干物質(zhì)量。作物生長(zhǎng)速率[g/（pot·d）]=（W2-W1）/（t2-t1）；t1和t2分別為第1次和第2次測(cè)定的時(shí)間，W1和W2分別為第1次和第2次測(cè)定的地上部植株干物質(zhì)量（g/pot）[9]。

1.3.2 植株含氮量

取分蘗中期、抽穗期、成熟期的部分烘干樣品，粉碎過(guò)篩后準(zhǔn)確稱取樣品，放入催化劑、濃硫酸，然后在消煮爐420℃下消煮約1 h，變成綠色至澄清后，降至常溫，轉(zhuǎn)移到凱氏定氮儀上測(cè)定植株含氮量[10]。

1.3.3 土壤總氮

于分蘗中期、抽穗期、成熟期，取盆缽中0~20 cm的土壤樣品，采用五點(diǎn)取土法并將其混勻，避光風(fēng)干，用凱氏定氮儀測(cè)定土壤總氮含量[11]。

1.3.4 土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)含量參考BREMNER等[12]方法，用高錳酸鉀加熱法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.5 土壤速效磷

稱取自然風(fēng)干的土樣2.5 g于三角瓶中，采用鉬銻抗方法測(cè)定土壤速效磷含量。

1.3.6 土壤速效鉀

稱取自然風(fēng)干土樣，參照宋智勇[13]的方法測(cè)定土壤速效鉀含量，于火焰光度計(jì)上測(cè)定。

1.3.7 土壤酶活性

在分蘗中期、抽穗期以及成熟期分別取土并測(cè)量土壤的脲酶活性和蔗糖酶活性[14]。土壤脲酶活性采用苯酚鈉比色法，土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法。

1.3.8 秸稈腐解率

秸稈腐解率＝（秸稈總量-殘留秸稈量）/秸稈總量×100%。

1.3.9 考種與計(jì)產(chǎn)

于成熟期各品種各處理取5盆測(cè)定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。結(jié)實(shí)率采用水漂法測(cè)定，將稻谷置于密度為1.1×103kg/m3的生理鹽水中，沉入水底則是飽粒，其余為空?；虬T粒[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

表格及文字處理采用office 2016軟件，用Sigmaplot 12.5繪圖，用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈快腐劑對(duì)不同水稻品種產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表1可知，在秸稈還田條件下，增施秸稈快腐劑具有一定增產(chǎn)效果。與T0處理相比，T1、T2、T3和T4處理的產(chǎn)量分別提高2.5%~3.1%、9.8%~11.0%、7.6%~9.1%和1.3%~2.3%，T2處理產(chǎn)量最佳。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，秸稈還田配施秸稈快腐劑可以協(xié)同提高每盆穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。

表1 秸稈快腐劑對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響

2.2 秸稈快腐劑對(duì)水稻干物質(zhì)量及作物生長(zhǎng)速率的影響

由表2可知，秸稈還田條件下，在分蘗中期，增施秸稈快腐劑顯著降低了水稻干物質(zhì)積累量，且隨著快腐劑用量的增加下降幅度越大。在穗分化期、抽穗期和成熟期，增施秸稈快腐劑的處理地上部干物質(zhì)量和作物生長(zhǎng)速率都有顯著增加。說(shuō)明隨著水稻生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程地推進(jìn)，增施秸稈快腐劑能促進(jìn)水稻植株地上部干物質(zhì)積累量，從而提高水稻產(chǎn)量。

表2 秸稈快腐劑對(duì)水稻干物質(zhì)質(zhì)量及作物生長(zhǎng)速率的影響

2.3 秸稈快腐劑對(duì)小麥秸稈腐解率的影響

秸稈腐熟程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)是秸稈腐解率，其隨時(shí)間的推移呈增加趨勢(shì)。試驗(yàn)于水稻收獲后分別對(duì)盆中的剩余秸稈進(jìn)行采樣、水洗、烘干稱重，最后通過(guò)計(jì)算即獲得秸稈腐解率。由圖1可知，秸稈腐解率呈T4>T3>T2>T1>T0的趨勢(shì)，說(shuō)明秸稈快腐劑用量越多，秸稈的腐解率就越高。

圖1 秸稈快腐劑用量對(duì)小麥秸稈腐解率的影響

2.4 秸稈快腐劑對(duì)水稻植株氮素積累量的影響

由圖2可知，各處理的氮素積累量隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而增加，成熟期最高。分蘗中期秸稈不還田處理顯著高于秸稈還田處理，抽穗期和成熟期秸稈還田處理顯著高于秸稈不還田處理，且均以T2處理的氮素積累量最高。隨著水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，秸稈快腐劑對(duì)水稻氮素積累量的提高作用逐漸表現(xiàn)出來(lái)。

圖2 秸稈快腐劑對(duì)水稻植株氮素積累量的影響

2.5 秸稈快腐劑對(duì)水稻土壤全氮含量的影響

由圖3可知，土壤全氮含量隨水稻生育進(jìn)程的推進(jìn)逐漸降低。在分蘗中期，各處理土壤全氮量大小表現(xiàn)為CK>T0>T1>T2>T3>T4，秸稈還田并配施快腐劑的處理土壤全氮量相比秸稈不還田處理下降幅度大，說(shuō)明秸稈快速腐熟階段消耗了土壤氮。在抽穗期和成熟期，與秸稈還田不施快腐劑處理相比，增施秸稈快腐劑各處理均能不同程度增加水稻生育時(shí)期土壤全氮含量，促進(jìn)秸稈腐解，且以T2處理增幅最大。

圖3 秸稈快腐劑對(duì)水稻土壤全氮含量的影響

2.6 秸稈快腐劑對(duì)水稻土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由圖4可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著水稻生育進(jìn)程推進(jìn)先上升后下降。在分蘗中期，秸稈還田的處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于秸稈不還田處理；穗分化期、抽穗期和成熟期，在秸稈還田條件下，配施秸稈快腐劑的處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于不施秸稈快腐劑的處理，以T2和T3處理效果較好，與其他處理差異達(dá)顯著水平。

圖4 秸稈快腐劑對(duì)水稻土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.7 秸稈快腐劑對(duì)水稻土壤速效磷、速效鉀含量的影響

秸稈富含一定量的磷、鉀元素，還田后有利于提高土壤中速效磷、速效鉀的含量[16]。由圖5可知，隨著水稻生育期的推進(jìn)，各處理的土壤速效磷、速效鉀均表現(xiàn)為逐漸下降的趨勢(shì)，分蘗中期最高，成熟期最低。各時(shí)期秸稈還田并配施秸稈快腐劑的處理土壤速效磷、速效鉀含量均顯著高于秸稈還田不配施快腐劑的處理，說(shuō)明秸稈快腐劑有利于提高秸稈腐化速率，加快秸稈養(yǎng)分的釋放，其中以T2處理效果最為明顯。

圖5 秸稈快腐劑對(duì)水稻土壤速效磷、速效鉀含量的影響

2.8 秸稈快腐劑對(duì)土壤蔗糖酶、脲酶活性的影響

隨著水稻生育期推進(jìn)，土壤蔗糖酶活性呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。各生育期，秸稈還田配施快腐劑處理的土壤蔗糖酶活性均顯著高于秸稈還田不施快腐劑處理和秸稈不還田處理，以T2和T3處理較高。

隨著水稻生育期推進(jìn)，土壤脲酶活性呈下降趨勢(shì)。在分蘗中期，秸稈還田的處理土壤脲酶活性比秸稈不還田處理低，可能是因?yàn)槲⑸镌诜纸饨斩挄r(shí)所釋放的化學(xué)物質(zhì)抑制了脲酶活性。但在抽穗期和成熟期，秸稈還田配施秸稈快腐劑的處理中，土壤脲酶活性顯著高于秸稈不還田處理和秸稈還田不配施秸稈快腐劑的處理。

3 討論

在秸稈還田條件下，施用秸稈快腐劑會(huì)導(dǎo)致早期秧苗出現(xiàn)黃化現(xiàn)象，水稻在前期生長(zhǎng)表現(xiàn)為抑制生長(zhǎng)，到了中后期，秸稈快腐劑有利于促進(jìn)秸稈腐熟，使養(yǎng)分得到釋放，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育，增加水稻干物質(zhì)積累，從而提高產(chǎn)量，其中以0.2 g/pot處理的水稻產(chǎn)量最高，表明適量的秸稈快腐劑有顯著的增產(chǎn)效果。這可能是在秸稈還田條件下適量秸稈快腐劑使秸稈較快腐熟，避免了與水稻爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，加上秸稈腐熟后的養(yǎng)分釋放使得土壤在水稻生育中后期能提供較高的肥力，從而促進(jìn)水稻產(chǎn)量提高。

小麥秸稈本身含有作物必需的碳、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，把這些作物殘?bào)w還田即相當(dāng)于利用了這部分營(yíng)養(yǎng)元素[17]。有研究認(rèn)為，秸稈與快腐劑的配施提高了土壤含氮量，土壤礦質(zhì)氮對(duì)水稻的有效性相對(duì)提高，從而增加了水稻植株含氮量[19]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田處理水稻生育前期吸氮量低于秸稈不還田處理，原因可能是該時(shí)期秸稈分解與水稻“爭(zhēng)氮”現(xiàn)象嚴(yán)重，土壤有效氮含量下降，從而降低了水稻植株的氮素積累。與秸稈不還田和秸稈還田不配施秸稈快腐劑的處理相比，秸稈還田并配施快腐劑的處理在水稻生育后期植株氮素積累量顯著增加，增幅表現(xiàn)為T2>T3>T1>T4，原因可能是隨著秸稈的腐解，增加了土壤可利用養(yǎng)分，促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高水稻植株對(duì)氮素的積累。

圖6 秸稈快腐劑對(duì)水稻土壤蔗糖酶、脲酶活性的影響

土壤酶活性是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)[19]，可作為表征土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量代謝旺盛程度的重要生物指標(biāo)，其中，土壤脲酶活性和蔗糖酶活性對(duì)評(píng)價(jià)土壤肥力水平有重要意義[20]。本研究結(jié)果表明，在秸稈還田并配施快腐劑的處理中，土壤蔗糖酶、脲酶活性均高于秸稈不田處理和秸稈還田不配施秸稈快腐劑處理，這是因?yàn)榻斩捒旄瘎┲泻欣w維素降解菌、半纖維素降解菌、木質(zhì)素降解菌等有益復(fù)合菌種，能有效促進(jìn)秸稈養(yǎng)分的釋放，為土壤微生物提供豐富的營(yíng)養(yǎng)源，增加微生物數(shù)量，從而有利于提高土壤酶活性[21-23]。

4 結(jié)論

在秸稈還田條件下，配施秸稈快腐劑可促進(jìn)秸稈快速腐解，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，增加水稻植株干物質(zhì)積累，提高水稻植株氮素積累量，從而促進(jìn)水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)水稻產(chǎn)量增加。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田并配施0.2 g/pot（30 kg/hm2）的快腐劑增產(chǎn)效果最佳，顯著高于其他處理。