棉花秸稈還田配施秸稈腐熟劑及尿素對土壤微生物和土壤酶活性的影響

摘要：為研究棉花秸稈（棉稈）還田配施秸稈腐熟劑及尿素對土壤微生物和土壤酶活性的影響，2021年在山東德州市寧津縣設置5個處理，在棉花盛花期和收獲期采集土壤樣品，測定土壤微生物數量及土壤酶活性。結果顯示：在0～20 cm土層中，棉稈還田可以增加土壤中微生物數量，尤其棉稈還田配施秸稈腐熟劑（T3處理）和尿素（T4處理）能顯著增加盛花期、收獲期土壤中細菌數量和收獲期土壤真菌數量；但隨著土層深度的增加，微生物總量呈減少趨勢。棉稈還田可以提高土壤酶活性，在0～20 cm土層中，棉稈還田配施秸稈腐熟劑、尿素分別顯著提高盛花期、收獲期的土壤脲酶活性，配施尿素可以顯著提高土壤磷酸酶和過氧化氫酶活性；在0～40 cm土層中，增施尿素可顯著提高土壤過氧化氫酶活性，但gt;20～40 cm土層脲酶和磷酸酶活性在處理間均無顯著差異；隨著土層深度的增加，土壤酶活性呈下降趨勢。結果初步表明，德州地區冬季棉稈還田結合增施秸稈腐熟劑或尿素對棉田土壤微生物數量及土壤酶活性具有正向效應。

關鍵詞：棉花；秸稈還田；土壤微生物；土壤酶；腐熟劑；尿素；酶活性；磷酸酶；過氧化氫酶；脲酶；細菌；真菌

收稿日期：2024-06-18" " " " "第一作者簡介：范艷菊，高級農藝師，研究方向為土壤肥料與作物栽培，fanyanju789@163.com

秸稈是農作物的主要副產品，含有豐富的氮磷鉀等養分元素，還田后不僅有利于提高土壤的有機質含量和微生物活性，優化農田生態環境，提升作物產量，還能有效避免資源浪費并減少秸稈焚燒所帶來的環境污染[1-4]。棉花（Gossypium spp.）秸稈（棉稈）中富含纖維素、木質素和多縮戊糖[5]。諸多研究表明棉稈還田可以改良土壤結構[6]、改善土壤理化性狀、增加土壤養分含量[7-9]。

目前小麥、水稻、玉米等作物秸稈還田的效應研究較多，且推廣面積較大。趙亞麗等[10]研究表明冬小麥與夏玉米一年兩熟種植模式下，冬小麥、夏玉米秸稈還田使0～20 cm土層中土壤細菌、真菌和放線菌數量分別提高27.5%、24.0%、25.8%。慕平等[11]研究認為連續的玉米秸稈還田明顯增加0～40 cm土層中土壤細菌、真菌和放線菌群體的數量。路怡青等[12]通過研究玉米與小麥輪作種植模式下，小麥秸稈還田對玉米生長期內土壤酶活性和微生物群落的影響，發現秸稈還田處理下土壤的脲酶、磷酸酶、脫氫酶、轉化酶活性及微生物各類群數量均高于秸稈未還田處理。然而，棉花作為重要的經濟作物，在山東德州地區其秸稈還田技術的推廣應用面積十分有限，因此，本研究擬結合棉稈還田與秸稈腐熟劑、尿素等施用措施，探討棉稈還田后土壤微生物及土壤酶活性的變化，為德州地區通過棉稈還田改良土壤提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

本研究于2021年在山東省德州市寧津縣大耿莊村開展，土壤類型為鹽化潮土。供試棉花品種為魯棉研37。供試秸稈腐熟劑[液體，有效活菌數≥2.0億mL-1，肥料登記證號：微生物肥（2011）準字（0859）號]產自山東億安生物工程有限公司，尿素產自山東華魯恒升化工股份有限公司，15-15-15復合肥料（硫酸鉀型，N、P2O5、K2O質量分數均為15%）產自金正大生態工程集團股份有限公司。

1.2 試驗設計

共設置5個處理，詳見表1。每個處理設3次重復，隨機區組排列，共15個小區，小區面積為50 m2，小區長10 m。4月20日利用2行棉花播種機播種，地表覆蓋薄膜，每個小區種植4行，寬窄行種植，行距分別為80 cm、40 cm，株距25 cm，田間管理按常規高產棉田進行。棉稈還田處理：棉稈還田后造墑，5 d后將尿素和秸稈腐熟劑分別撒施在土壤表面，進行旋耕。秸稈不還田處理（T0）同期直接進行土壤旋耕。除T1處理整個生育期不施肥外，其他處理種肥同播每666.7 m2施入15-15-15復合肥料30 kg，在盛花期通過溝施每666.7 m2追施15-15-15復合肥料15 kg。

1.3 土壤樣品采集

于秸稈還田前、盛花期和收獲期分別進行土壤樣品采集。取0～20 cm和gt;20～40 cm這2個土層的土樣，按照S型取樣法在棉花窄行中取3個樣點，然后將土樣進行混合，每個處理重復3次。剔除土樣中的雜物，裝入無菌自封袋，置于4 ℃冰箱保存備用。

1.4 測定內容及方法

1.4.1 土壤微生物數量測定。 采用稀釋平板計數法[13]測定，以每克干土中所含微生物數量（有效活菌數，下同）表示。其中，細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基培養，真菌采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基+鏈霉素培養，放線菌采用改良高氏1號培養基培養[13]。

1.4.2 土壤酶活性測定。脲酶活性測定采用靛酚比色法[14]，磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法[14]，過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法[14]。

1.5 數據處理與統計分析

采用Microsoft Excel 2007對數據進行處理，利用SPSS 20.0進行單因素方差分析和多重比較[采用鄧肯多重范圍檢驗（新復極差檢驗法）]。

2 結果與分析

2.1 棉稈還田前土壤耕層微生物數量和土壤酶活性調查結果

棉稈還田前土壤耕作層0～20 cm、gt;20～40 cm土壤中細菌、真菌、放線菌數量和脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性分別見表2。

2.2 不同棉稈還田處理對土壤微生物數量的影響

2.2.1 不同處理下土壤細菌數量的比較。細菌是土壤微生物的主要組成部分，細菌數量增加能夠提高土壤肥力水平。由表3可知，在棉花盛花期和收獲期，棉稈還田處理下2個土層深度的細菌數量均高于不還田處理（T0）。0～20 cm土層中，在2個生育時期，T3、T4處理的細菌數量均顯著高于其他處理，其中在盛花期分別較T0處理提高了97.7%、115.3%，在收獲期分別較T0處理提高了130.1%、103.9%。gt;20～40 cm土層中，在盛花期T4處理的細菌數量與其他處理差異顯著，分別較T0、T1、T2和T3處理提高56.2%、40.8%、43.9%、30.7%；在收獲期，不同處理間細菌數量無顯著性差異。此外，隨著土層深度的增加，盛花期和收獲期的各處理土壤細菌數量均減少。

2.2.2 不同處理下土壤真菌數量的比較。真菌因其生物量較大，在土壤中占有非常重要的地位。由表3可以看出，在2個生育時期，棉稈還田處理下不同土層深度的真菌數量均高于不還田處理。在0～20 cm土層中，T1、T2、T3和T4處理在2個生育時期的平均真菌數量分別較T0處理提高了25.1%、27.0%、28.9%、44.4%；在盛花期，T4處理的真菌數量顯著高于T0處理，與其他棉稈還田處理差異不顯著；在收獲期，T2、T3、T4處理的真菌數量均顯著高于T0處理。在gt;20～40 cm土層中，T1、T2、T3、T4處理在2個生育時期的平均真菌數量分別較T0處理提高了26.1%、11.4%、73.9%、39.3%；在盛花期，T3處理的真菌數量顯著高于其他處理；在收獲期，不同處理間真菌數量無顯著差異。

2.2.3 不同處理下土壤放線菌數量的比較。放線菌能分解多種土壤細菌和真菌不能分解的化合物，因此放線菌數量的多少，直接影響土壤代謝的強度。由表3可知，2個土層深度下，在盛花期T4處理的放線菌數量高于其他處理，但不同處理間差異均不顯著；在收獲期，棉稈還田處理的放線菌數量均顯著高于不還田處理。

2.2.4 不同處理下土壤微生物總量的比較。由表3可知，在盛花期和收獲期，不同土層深度的土壤微生物總量均表現為棉稈還田處理gt;不還田處理。0～20 cm土層中，在盛花期，T3、T4處理的土壤微生物總量顯著高于T0和T1處理；在收獲期，T1、T2、T3和T4處理均顯著高于T0處理。gt;20～40 cm土層中，在盛花期，T4處理的土壤微生物總量顯著高于T0、T1和T2處理；在收獲期，T3、T4處理的土壤微生物總量顯著高于其他處理。另外，隨著土層深度的增加，土壤微生物總量呈減少趨勢。

2.3 不同棉稈還田處理對土壤酶活性的影響

2.3.1 不同處理下土壤脲酶活性的比較。脲酶是表征土壤供氮能力的重要指標之一。各個土層，除T2處理盛花期的gt;20～40 cm土層外，其他棉稈還田處理在2個生育時期的土壤脲酶活性均高于不還田處理（表4）。在0～20 cm土層中，T3處理盛花期的土壤脲酶活性顯著高于其他處理，T4處理收獲期的土壤脲酶活性顯著高于其他處理。在gt;20～40 cm土層中，不同處理在盛花期和收獲期的土壤脲酶活性均無顯著差異。

2.3.2 不同處理下土壤磷酸酶活性的比較。在不同土層深度下，棉稈還田處理在2個生育時期的土壤磷酸酶活性均高于不還田處理（表4）。在0～20 cm土層，棉稈還田處理（T1～T4）盛花期的土壤磷酸酶活性均顯著高于T0處理，且T4處理顯著高于T1、T2和T3處理；T1、T2、T3和T4處理在2個生育時期的平均磷酸酶活性分別較T0處理提高了26.7%、25.3%、34.2%、91.1%。在gt;20～40 cm土層中，不同處理在盛花期和收獲期的土壤磷酸酶活性均無顯著性差異。

2.3.3 不同處理下土壤過氧化氫酶活性的比較。過氧化氫酶在土壤中分布廣泛，與土壤肥力、好氧微生物數量等密切相關。由表4可以看出，除T1處理盛花期的gt;20～40 cm土層外，其他棉稈還田處理在2個生育時期的土壤過氧化氫酶活性均高于不還田處理。在0～20 cm土層中，不同棉稈還田處理在2個生育時期的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于T0處理，且T1、T2、T3和T4處理在2個生育時期的平均過氧化氫酶活性較T0處理提高了41.8%、41.5%、50.9%、56.0%。在gt;20～40 cm土層中，T4處理盛花期和收獲期的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于不還田處理，T1、T2、T3處理與T0差異不顯著。

3 討論與結論

本研究結果表明，德州地區冬季棉稈還田能夠顯著增加土壤中細菌、真菌及放線菌的數量，但隨著土層深度的增加，細菌、真菌、放線菌的數量呈下降趨勢。0～20 cm土層中，棉稈還田配施尿素（T4）處理下土壤細菌和真菌數量均顯著高于不還田處理。gt;20～40 cm土層中，T4處理下盛花期的土壤細菌數量顯著高于其他處理，增施秸稈腐熟劑（T3）處理下盛花期的真菌數量顯著高于其他處理；不同處理間收獲期的土壤細菌、真菌數量均無顯著差異。棉稈還田處理下盛花期的放線菌數量與T0處理相比無顯著差異，但棉稈還田處理下收獲期的放線菌數量均顯著高于T0處理。冬季秸稈還田有利于增加土壤微生物的數量，尤其是增施秸稈腐熟劑和尿素，能改善土壤的微生態，促進土壤微生物數量和酶活性提升[15-18]。其主要原因是隨著時間的推移，秸稈腐熟劑和尿素能夠加快土壤中秸稈的腐解，為土壤微生物提供充足的有效養分和能量物質，使土壤微生物數量增加。李其昀等[19]研究表明氨水、碳酸銨和尿素這3種溶液對秸稈中粗纖維的降解具有一定的促進作用。趙亞麗等[10]的研究結果表明秸稈還田有利于增加土壤微生物數量，這與本研究結果相一致。

土壤酶活性是反映土壤質量的重要指標之一[20-21]。本研究結果表明，棉稈還田配施秸稈腐熟劑或尿素可以提高土壤脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性，尤其是0～20 cm土層的土壤酶活性，這與張涵苡等[22]的研究結果一致。其主要原因為：一方面，該處理方式能改善土壤的水熱狀況，增加土壤中可利用的能源物質，使土壤微生物數量增加，進而導致土壤酶分泌的增加；另一方面，該處理方式可改善微生物生存條件，有利于土壤中的微生物活性和酶活性形成良好的“互動效應”[23]，促進土壤酶活性的提高。

席凱鵬等[24-25]研究表明棉稈還田配施雞糞處理能夠提高棉花產量，籽棉單產較對照顯著增加27.03%，還評估了長期棉稈還田配施雞糞處理對土壤重金屬累積的影響；王小軍[26]也指出棉稈還田對棉花產量有增產的作用；盧合全等[27]研究發現，3年內化肥減施25%配合棉稈還田能夠提高化肥表觀利用率且棉花不減產。未來將進一步在德州地區連續研究棉稈還田與秸稈腐熟劑、尿素等配施對棉花農藝性狀及產量的影響，為棉稈還田的推廣提供更可靠的依據。

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（責任編輯：莊蕾 責任校對：楊子山）