水肥優化配施腐解劑對小麥-玉米輪作體系土壤養分含量和作物產量的影響

劉蕊 曹議丹 錢麟君 鄒曉霞

關鍵詞：水肥優化管理；秸稈腐解劑；土壤養分；作物產量

土壤養分是土壤肥力的重要組成部分，是判定土壤肥力可持續性和作物產量穩定性的重要指標。施肥可以提高土壤養分含量，改善土壤肥力狀況，而灌水具有一定的調肥作用，水肥結合可有效提高肥料利用效率，促進作物增產。但當前生產過程普遍存在水肥管理不合理的現象，如長期大量施肥造成土壤板結，耕層變淺；大水漫灌導致土壤養分淋失加重，降低養分資源利用率。

農作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀及微量元素，還田后有助于維持土壤養分，改良土壤結構，提高作物產量。但還田秸稈也存在腐解不徹底導致土壤病蟲害加劇，腐解過程與作物爭奪氮肥造成作物產量下降等問題。而適宜的水肥管理方式可通過影響秸稈腐解，調控土壤養分，提升作物產量。有研究表明，秸稈還田配施氮肥調節C/N為15時，可顯著增加土壤有機質和堿解氮含量：與單獨秸稈還田或施肥比較，控釋肥結合秸稈還田可顯著提高小麥和玉米產量。秸稈腐熟劑是一種能夠快速降解秸稈的微生物菌劑，可加速秸稈腐熟，促進養分釋放，提高作物產量。魏萌涵等經過對比篩選發現，化肥減量30%條件下，翻耕配施秸稈腐熟劑的小麥成熟期土壤有機質、速效養分含量均高于其他處理。康永亮等發現，施用秸稈腐熟劑處理的土壤有機質、全氮、有效磷、有效鉀等均有提高；王勝娜的研究則表明，使用秸稈還田腐熟劑處理的小麥長勢旺盛，公頃穗數、穗粒數、千粒重和產量均比常規處理的高。

當前，不同水肥優化管理配施腐解劑對小麥一玉米輪作體系土壤養分和作物產量的影響研究尚不充分，因此，本試驗在秸桿全量還田條件下，以農民常規水肥管理為對照，設置2種水肥優化管理，研究其與腐解劑組合對小麥一玉米輪作體系土壤速效養分含量和作物產量的影響，以探索適宜管理措施，為提高資源利用率、提升作物產量、保障土壤肥力和推進農業綠色發展提供理論依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗地概況及材料

試驗于2020年在山東省萊陽市團旺鎮試驗基地（120°58'E，36°75'N）進行。供試土壤類型為棕壤，試驗前0～20cm土層土壤有機質含量9.24g/kg、堿解氮104.76mg/kg、有效磷37.13mg/kg、速效鉀227.94mg/kg，pH值5.80。

供試小麥品種為‘煙農24，玉米品種為‘鄭單958。供試普通化肥為‘金正大牌復合肥（N-P205-K20=15-15-15）及尿素（N46%）；緩控釋肥分別為：增效復混肥（N-P2 05-K20=22-8-10，山東糧源生物科技有限公司生產）、穩定尿素（N45%，河北冀衡賽瑞化工有限公司生產）、液體尿素（N30%，主成分為改性尿素硝酸銨溶液）。供試秸稈腐解劑由廣州市微元生物科技有限公司生產，主要成分為粗纖維降解菌劑（有效活菌數≥200x108cfu/g）。

1.2試驗設計

試驗以農民常規水肥管理（漫灌+常規施肥）為對照（CK），按水肥管理及腐解處理方式設置常規水肥管理+腐解劑（CKD）、優化水肥管理I（滴灌+緩控釋肥，SS）、優化水肥管理I+腐解劑（SSD）、優化水肥管理Ⅱ（水肥一體，SF）、優化水肥管理Ⅱ+腐解劑（SFD）5個處理。對照及所有處理秸稈均全量還田，液體尿素和普通尿素分別在玉米大喇叭口期和小麥拔節期追施，液體尿素采用水肥一體方式施用，普通尿素采用田間撒施，其他肥料均在播種前一次性基施。各處理施肥種類、施肥量及腐解劑用量見表1。

小區長20m、寬5m，隨機區組排列，重復3次。玉米種植季，2020年6月28日整地，7月2日播種，10月23日收獲，采用寬窄行種植，小行距45cm，大行距80cm，株距25cm。水肥一體采用滴灌方式，1管2行，在小行距間鋪管。2020年10月27日整地，10月29日播種小麥，2021年6月20日收獲。小麥行距25cm，播種量為180kg/hm2。水肥一體采用滴灌方式，1管4行。小麥拔節期和玉米大喇叭口期進行灌溉和追肥，每次灌水量300m3/hm2。各處理病蟲草害統一防治，管理措施同一般大田生產。

1.3測定項目及方法

1.3.1土壤速效養分含量測定于玉米苗期、拔節期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期、成熟期和小麥苗期、返青期、拔節期、開花期、灌漿期、成熟期分別采集0～20、20～40cm土層土壤，剔除可見礫石和作物殘茬后自然風干，過1mm篩，用于土壤速效養分含量測定。土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用碳酸氫鈉法測定，速效鉀含量采用醋酸銨一火焰光度法測定。

1.3.2小麥玉米產量測定小麥成熟后按小區單獨進行收割、風干、脫粒、計產，并換算為公頃產量。玉米成熟后按小區單獨收獲計產，并從中隨機選取具有代表性的15個果穗裝入尼龍網袋，帶回實驗室稱重、風干、考種，計算公傾產量。

1.4數據處理與分析

使用Microsoft Excel 2013進行數據處理，Ori-gin 2022進行圖表制作，采用DPS 17.05軟件LSD法進行差異顯著性檢驗（P<0.05）。

2結果與分析

2.1不同處理下玉米季土壤速效養分含量

2.1.1土壤堿解氮含量由圖1可知，0～20cm土層堿解氮含量高于20～40cm土層，各處理堿解氮含量在拔節期明顯降低，而后略有回升。0～20cm土層中，SSD處理在大喇叭口期、灌漿期和成熟期的堿解氮含量顯著高于相同水肥管理下的無腐解劑SS處理，分別提升26.9%、16.9%、27.9%；SFD處理在苗期、大喇叭口期、成熟期的堿解氮含量較SF處理分別提升47.4%、39.4%、19.5%。20～40cm土層中，SS處理苗期、灌漿期、成熟期的土壤堿解氦含量均高于其他處理，成熟期含量達50.6mg/kg，較CK、CKD、SSD、SF、SFD處理分別增加11.3%、37.3%、24.0%、64.4%、99.1%。綜上表明，玉米成熟期，0～20cm土層優化水肥管理I配施腐解劑的SSD處理及CK堿解氮含量較高．20～40cm土層優化水肥管理I未添加腐解劑的SS處理堿解氮含量較高。

2.1.2土壤有效磷含量由圖2可知，0～20cm土層有效磷含量明顯高于20～40cm土層，且SSD處理的有效磷含量多數時期高于其他處理。在0～20cm土層中，CKD處理撥節期和大喇叭口期的有效磷含量較CK提高42.4%和8.1%; SSD處理在整個生育期的有效磷含量較SS處理顯著高出29.5%～97.8%：SFD處理的有效磷含量在大喇叭口期和成熟期較SF處理分別顯著高出25.6%和25.8%; SSD處理的土壤有效磷含量在吐絲期較CK、SS、SF、CKD、SFD分別高出19.8%、38.1%、51.1%、23.5%、70.2%。20～40cm土層中，SSD處理的土壤有效磷含量在整個生育期顯著高于SS處理，高出81.5%～103.9%：SFD處理則在大喇叭口期、吐絲期和灌漿期土壤有效磷含量高于SF處理，分別高出99.6%、20.3%和6.0%，其中前兩個時期差異達顯著水平。綜上表明，不同土層常規水肥處理的玉米季成熟期土壤有效磷含量均最高，20～40cm土層優化水肥管理添加腐解劑的SSD處理土壤有效磷含量總體高于未添加處理。

2.1.3土壤速效鉀含量由圖3可知，0～20cm土層速效鉀含量明顯高于20～40cm土層。0～20cm土層中，相同水肥管理下的CKD處理在拔節期和吐絲期的土壤速效鉀含量較CK分別顯著高出35.9%和24.8%：除苗期和成熟期外，其他各生育期SSD處理土壤速效鉀含量均顯著高于SS處理，增加25.0%～62.5%；SFD處理則在苗期、拔節期和大喇叭口期的速效鉀含量顯著高于SF處理，分別高31.0%、23.7%和41.7%。20～40cm土層中，CKD處理的速效鉀含量在拔節期至灌漿期顯著高于CK，高出22.6%～53.1%；SFD處理在大喇叭口期和吐絲期速效鉀含量顯著高于其他處理，SF處理則在其余時期較高：SSD、SF處理土壤速效鉀含量的峰值出現在吐絲期：SFD處理峰值出現在大喇叭口期，吐絲期次之，含量達88.2mg/kg，比CKD、SSD處理分別顯著高出61.3%、36.3%。綜上，常規水肥管理下的玉米季成熟期0～20cm土層速效鉀含量較高，優化水肥管理I配施秸稈腐解劑處理（SSD）和優化水肥管理Ⅱ處理（SF）的20～40cm土層速效鉀含量較高。

2.2不同處理下小麥季土壤速效養分含量

2.2.1土壤堿解氮含量由圖4可知，0～20cm土層堿解氮含量明顯高于20～40cm土層。相同水肥管理下，添加腐解劑的CKD處理在苗期、返青期、灌漿期和成熟期的堿解氮含量均顯著高于CK，分別高出19.1%、6.2%、8.4%和8.2%；SSD處理則在苗期、拔節期、開花期、灌漿期的堿解氮含量顯著高于SS處理，分別高110. 2%、11.1%、4.7%、17.4%。表明常規水肥和優化水肥管理I配施腐解劑處理（CKD、SSD）的土壤堿解氮含量較高。整體上看，SSD處理在0～20cm土層堿解氮含量略高于其他處理。20～40cm土層中，CK土壤堿解氮含量略占優勢，成熟期分別比SS、SF、CKD、SSD、SFD處理的堿解氮含量高21.2%、4.5%、18.0%、77.3%、27.9%，差異均達顯著水平。綜上表明，小麥季成熟期不同處理0～20cm土層破解氮含量差異不大（CK除外），SSD處理略好于其他處理，常規水肥管理處理與SF處理的20～40cm土層堿解氮含量較高。

2.2.2土壤有效磷含量由圖5可知，0～20cm土層有效磷含量明顯高于20～40cm土層，且兩個土層總體均為SSD處理略高。0～20cm土層，添加腐解劑的SSD處理各時期土壤有效磷含量均高于未添加的SS處理，高出7.2%～36.6%；灌漿期，SSD處理的土壤有效磷含量比CKD、SFD、SS處理分別顯著高出36.1%、62.8%、33.9%：20～40cm土層中，SSD處理土壤有效磷含量開花期到灌漿期均顯著高于其他處理，在灌漿期分別比CK、CKD、SS、SF、SFD處理高81.1%、83.2%、586.9%、129.5%和80.9%，表明此期緩控釋肥配施秸稈腐解劑處理的土壤有效磷含量較高，這與玉米季的結果一致。

2.2.3土壤速效鉀含量由圖6可知，小麥季0～20cm土層速效鉀含量明顯高于20～40cm土層，且SSD處理的土壤速效鉀含量略占優勢。0～20cm土層中，SSD處理在整個生育期土壤速效鉀含量均顯著高于SS處理，高出11.1%～30.4%；SSD處理開花期、灌漿期的土壤速效鉀含量均高于其他處理，在灌漿期分別比CK、CKD、SS、SF、SFD處理高64.2%、53.3%、27.7%、4.5%、21.0%，除SF處理外與其他處理差異均達顯著水平。20～40cm土層中，SSD處理開花期、灌漿期土壤速效鉀含量均高于其他處理，在開花期和灌漿期較CK、CKD、SS、SF、SFD處理分別高出79.8%、33.4%、79.2%、100.0%、33.4%和43.1%、59.6%、112.8%、59.6%、6.4%，除灌漿期SFD處理外與其他處理差異均達顯著水平。表明此期緩控釋肥配施秸稈腐解劑處理（SSD）下的小麥季土壤速效鉀含量較高。

2.3不同管理措施對玉米、小麥產量的影響

由圖7A可知，CKD處理玉米產量最高，為10.0t/hm2，其次為SFD、SF處理，較CK分別增產16.3%、11.6%、9.3%。添加腐解劑的CKD、SSD、SFD處理的玉米產量均高于相同水肥管理下未添加腐解劑的處理，且CKD處理與CK間差異顯著；添加腐解劑條件下，CKD處理較SSD和SFD處理顯著增產13.6%和4.2%。以上結果表明添加腐解劑和優化水肥管理均可提升玉米產量，以常規水肥管理配施秸稈腐解劑效果較佳。

由圖7B可知，不同處理下，以SFD處理小麥產量最高，達8.6t/hm2，其次為SS、SF處理，其中，SFD、SS、SF、CKD、SSD較CK分別顯著增產19.1%．18.1%、15.3%、11.1%、9.7%，表明水肥優化和腐解劑皆能提高小麥產量。除SSD和SS處理外，添加腐解劑的CKD和SFD處理分別比CK和SF處理增產11.1%和3.6%，差異顯著。表明配施腐解劑可提高常規水肥和水肥一體管理下的小麥產量：在相同秸稈還田條件下，SFD處理小麥產量分別比CKD和SSD處理高1.4%和7.0%，且與SSD處理差異達到顯著水平，表明水肥一體配施秸稈腐解劑更有利于小麥增產。

2.4土壤養分與玉米、小麥產量的相關性分析

由Pearson相關分析結果可以看出，玉米產量與撥節期和吐絲期土壤養分含量均無顯著相關性，但與苗期0～20cm土層和成熟期20～40cm土層堿解氮及有效磷含量呈顯著負相關，與大喇叭口期20～40cm土層和灌漿期0～20cm土層速效鉀含呈顯著正相關（表2）。

小麥產量與苗期、開花期以及成熟期的土壤養分均無顯著相關性，但與返青期0～20cm土層堿解氮含量呈顯著正相關，而與返青期20～40cm土層堿解氮和速效鉀、拔節期0～20cm土層速效鉀以及灌漿期0～20cm土層有效磷含量呈顯著負相關（表3）。

3討論

土壤養分是由土壤提供的植物生長必需營養元素，對于作物生產具有重要意義。水肥管理配施腐解劑會影響土壤養分含量。邱燕等研究發現，與秸稈直接還田相比，施用腐解劑能活化土壤中的磷、鉀，從而提高其含量；朱敏等發現施用秸稈腐熟劑可有效提高土壤有機質、有效磷和速效鉀等的含量，改善土壤理化性質。本研究也發現，水肥優化管理配施秸稈腐解劑有利于提高玉米季0～40cm土層速效氮、磷、鉀含量，但各處理對小麥季速效鉀含量的影響不盡相同：李春杰等研究發現，施用秸稈腐熟劑能顯著增加土壤速效鉀含量，但對其他土壤養分含量均無顯著影響。不同研究可能受不同地域環境氣候、腐熟時間及不同土質等因素影響而產生不同結果，但總體來說秸稈還田后施用腐熟劑能有效改善土壤肥力，對土壤理化性狀具有有益影響。

不同水肥管理對小麥、玉米產量的影響也各不相同。本研究發現，添加腐解劑能有效促進常規水肥和水肥一體管理下的小麥產量，但只對常規水肥管理下的玉米增產顯著：王承等的研究也表明，相同施氮水平下，秸稈還田配施秸稈腐熟劑能有效縮短夏玉米生長周期，有利于提高其產量。這可能是因為秸稈腐熟劑可以使土壤快速釋放作物所需要的有機質及氮磷鉀營養元素，更有效地發揮秸稈還田的肥效作用：此外施用秸稈腐熟劑也可以增加農作物根系生物量及酶活性，減輕和防止大量秸稈還田對作物生產產生的不利影響，促進作物增產。此外，本研究還發現，與常規水肥管理相比，水肥優化對提升作物產量有積極作用，其中，水肥一體管理能顯著提高小麥和玉米產量，緩控釋肥只對小麥增產效果顯著。王明英在陜西渭北地區的研究也表明，優化水肥管理較農民常規管理措施可顯著提高小麥產量。孟謠等的研究也表明，與常規施用氮磷鉀肥相比，水肥一體和緩控釋肥在減肥節水條件下，均能有效提升小麥和玉米產量，且對小麥的影響效果優于玉米。一方面，水肥一體影響肥料在土壤中的分布，將肥料施于根區，可減少養分和水分流失，有效提高肥料利用率，水肥一體還能不同程度提高作物根系活力，增加植株干物質積累，從而達到增產效果；另一方面，與常規肥相比，基施緩控釋氮肥有利于氮素后移，滿足作物生長后期氮素需求，提高氮肥利用率，從而提升作物產量。

4結論

綜上，相同水肥管理下，配施腐解劑有助于維持土壤速效養分含量，對小麥、玉米產量有積極影響。玉米季，以滴灌+緩控釋肥和水肥一體配施腐解劑、小麥季以滴灌+緩控釋肥施腐解劑土壤速效養分含量較高，常規水肥管理配施腐解劑的玉米產量和水肥一體管理配施腐解劑的小麥產量較高。