秸稈還田配施腐熟劑對小麥生長發育及土壤理化性狀的影響

宋建宇, 張書紅, 周群生, 李 慧, 劉銳杰

(河南心連心化學工業集團股份有限公司 河南新鄉 453731)

秸稈是農產品收獲后的副產物,我國是農業生產大國,秸稈種類多、數量大[1]。目前,大部分秸稈來自玉米、小麥、水稻等。我國秸稈年產量超800 Mt,居世界首位[2],秸稈還田已成為世界各國關注的問題[3]。農作物秸稈含有氮、磷、鉀、微量元素等養分,是一種可持續利用的生物資源。秸稈還田是促進農業生態系統良性循環的重要措施之一,可以有效增加土壤有機質含量,但在自然狀態下,秸稈的降解速率較慢[4-6]。近年來,玉米秸稈還田量逐年增加,因不能及時腐熟分解,導致土壤中有機酸含量逐漸增加,影響小麥的正常生長,同時秸稈攜帶的蟲卵、病原體及草籽等會加重小麥病蟲草害,嚴重時影響產量[7-9],但可以通過增施秸稈腐熟劑來減少危害。秸稈促腐還田作為秸稈綜合利用的重要方式之一備受關注,前期的研究表明,增施秸稈腐熟劑可顯著加快秸稈腐解速率,使土壤肥力得到提高,減輕秸稈對小麥生長的危害[10-12],但田間條件下秸稈配施腐熟劑后的作用依然存在爭議。因此,本文探究了秸稈還田配施腐熟劑對小麥生長發育的影響,以期為秸稈綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2021年10月—2022年5月,在河南心連心化學工業集團股份有限公司流轉土地進行(35°05′～35°24′ N,113°42′～114°04′E),供試土壤為壤土,前茬作物為玉米,實行玉米、小麥輪作制。

1.2 試驗材料

供試肥料為小麥專用肥(25-13-7)、尿素(含氮質量分數為46%),由河南心連心化學工業集團股份有限公司提供。HSSW、YMSW、JSSW、WBSW等4種秸稈腐熟劑的用量為2 kg/畝(1畝=667 m2)[13],配施尿素10、20 kg/畝。選用玉米秸稈全量還田,莖段粉碎至3.5 cm以下,秸稈還田量為22 500 kg/hm2。

1.3 試驗設計

試驗設10個處理(見表1),每個處理3次重復。區組內地形、土壤等條件基本一致,每個處理占地總面積為1畝 (66.7 m ×10 m)。2022年10月16日,先后完成秸稈腐熟劑、尿素、小麥專用肥的施用,開始旋耕翻埋0～20 cm土層;10月17日播種,結合微噴、吊噴等方式澆水潤濕。試驗區四周設保護行,距離試驗區2 m,農事操作管理方法相同。

表1 試驗設計

1.4 測定項目

采用5點取樣法,采集深度0～20 cm的土壤,對其理化性狀進行分析。土壤自然風干,研磨后過篩,測定土壤中銨態氮、硝態氮、堿解氮、有機質、有效磷、速效鉀及全氮含量;凱氏定氮法測定全氮含量,堿解擴散法測定堿解氮含量,火焰光度法測定速效鉀含量,0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提比色法測定有效磷含量,靛酚藍比色法測定銨態氮、硝態氮含量,Superfloc 127溶液法測定有機質含量。

定期對各處理的土壤溫度、秸稈腐熟程度進行調查,調查頻率保持一致。土壤溫度用便攜式溫濕度計測量;根據已研究調查秸稈的腐解程度[14],需觀察秸稈顏色(1-中黃、2-微黃、3-褐黃、4-黑黃)、測量手感軟化程度(1-硬、2-微軟、3-軟、4-腐爛),均按4個等級進行排序,腐熟程度按各項目等級的積確定,數值越大,腐熟程度越好。

小麥成熟后,每個處理測定3個樣方穗數、穗粒數、千粒質量;對每個處理進行單打單收,計算出畝產量或樣方取樣進行測產。

1.5 數據處理

采用Excel 2013 軟件對數據進行處理及分析,采用GraphPad Prism 8軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤溫度的影響

不同處理對土壤溫度的影響見圖1。

圖1 不同處理的土壤溫度

從圖1可知,相同時期各處理間的溫度差異不大,不同時期各處理的土壤溫度呈先降低后升高的趨勢。特別是在越冬期,土壤溫度為3 ℃左右,高于環境溫度,說明秸稈還田能夠調節土壤溫度[15],土壤溫度升高可減緩冬季土壤溫度過低對作物根系或分蘗節產生的凍害[16]。

2.2 不同處理對秸稈腐熟程度的影響

不同處理對秸稈腐熟程度的影響見表2。

表2 不同處理的秸稈腐熟程度

由表2可知：整個試驗共進行6次腐熟情況調查,受每次所取樣品存在局限性的影響,T6處理的表現最為穩定,呈現穩步上升的趨勢,同時高于不添加腐熟劑的處理;施用的腐熟劑相同而尿素配施量不同的處理中,每畝配施20 kg尿素的處理整體表現優于每畝配施10 kg的;施用YMSW腐熟劑并配施20 kg尿素,在促進秸稈腐熟上的效果最好。

施用不同的腐熟劑,小麥秸稈腐解程度不同,而配施尿素可以調節碳氮比,有利于微生物的生長,進而提高秸稈腐解率。說明尿素與腐熟劑一同施用能夠促進秸稈的腐熟程度,對秸稈全量還田是可行的,試驗結果與前人的研究結果一致[17-18]。

2.3 不同處理對小麥產量指標的影響

不同處理對小麥產量指標的影響見表3。

由表3可知：T6處理的千粒質量最高,表明腐熟劑YMSW優于其他的腐熟劑;不同尿素配施量的處理中,配施20 kg尿素的處理較配施10 kg的表現好。T6處理的單株穗數、畝穗數、穗粒數雖不占優勢,但整體表現最為突出,說明施用腐熟劑有利于小麥生長發育,同時配施尿素的效果更為明顯[19-20]。試驗中存在配施腐熟劑的小麥產量低于常規秸稈還田的,可能是因為腐熟劑對生存環境中的溫度、pH、通氣狀況等要求嚴格,一旦供試土壤的環境不適合腐熟劑中功能微生物的生存,腐熟劑就較難發揮作用[20-21],因此選擇適宜的腐熟劑至關重要。

2.4 不同處理對土壤理化性狀的影響

不同處理對土壤理化性狀的影響見表4。

表4 不同處理的土壤理化性狀

從表4可以看出：施用秸稈腐熟劑處理的土壤中全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、銨態氮、有機質等養分的含量高于不施用腐熟劑處理的;施用秸稈腐熟劑的各處理的養分含量差異不明顯,但整體上T6處理的效果較優。試驗結果說明施用秸稈腐熟劑后,秸稈中養分在一定程度上得到了釋放,土壤中的養分含量也有不同程度的增加,這與前人的研究結果一致[22-23]。

3 討論

前人的研究結果表明：秸稈全量還田配施一定量氮肥后,土壤碳氮比顯著增加,從而加速了土壤中有機質和礦質養分的分解,使土壤酶活性提高,可提供充足的養分供應作物生長[24];微生物固持氮素的關鍵因素是土壤的碳氮比,添加氮肥可提供秸稈腐解所需氮源,加速秸稈腐解,增加作物根系分泌物及生物量,保障苗期養分需求,提高產量[25]。本試驗在相同秸稈還田量下配施了10、20 kg尿素,配施20 kg尿素處理的秸稈腐熟程度與小麥產量表現出優勢,與前人研究結論一致[26]。這可能是因為配施的尿素在秸稈還田降解過程中補充了氮源,能調控碳氮比,土壤微生物活性得到提高,從而促進了秸稈降解[24-25]。

4 結語

秸稈還田具有調節土壤溫度的作用。T6處理與其余處理相比,促進秸稈腐熟程度最為穩定,土壤溫度呈現穩步上升的趨勢。此外,每畝配施20 kg尿素優于配施10 kg尿素,秸稈的腐熟效果更好,能明顯提高小麥的產量。

施用秸稈腐熟劑處理的土壤中,全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、銨態氮、有機質等養分的含量均有所增加,其中T6處理的優勢最為明顯,因此施用YMSW腐熟劑效果較理想。

秸稈還田可增加下茬作物的產量[27],而秸稈腐熟劑具有節本增效、簡單方便的特點,有助于土壤改良,可減少化肥使用量,保護環境[28-29]。但需要注意,只有選擇適宜的腐熟劑才能提高秸稈還田效果,促進作物增產增收。高質量實現秸稈綜合利用是踐行農村綠色發展的重要舉措,可為推動農業可持續發展提供保障。