秸秆还田配施腐熟剂对小麦生长发育及土壤理化性状的影响

The Effect of Straw Returning to Field and Applying Decomposing Agents on Wheat Growth and Soil Physicochemical Properties

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.01.005

宋建宇 Jianyu SONG , 张书红 Shuhong ZHANG , 周群生 Qunsheng ZHOU , 李慧 Hui LI , 刘锐杰 Ruijie LIU

河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡 453731 Henan Xinlianxin Chemicals Group Co., Ltd., Xinxiang, Henan 453731, China

Author notes:

Correspondence to: 张书红(1981—)，女，硕士，农艺师，主要从事农业新技术应用和作物营养需求研究；zhshhong00@163.com

摘要：

秸秆促腐还田是秸秆综合利用的重要方式之一，增施适宜的秸秆腐熟剂可加快秸秆腐熟速率。在大田试验条件下，以不施腐熟剂的处理为对照，考察了HSSW、YMSW、JSSW、WBSW等4种腐熟剂与不同量尿素配伍对土壤温度、玉米秸秆腐熟程度、小麦产量指标、土壤理化性状的影响。结果表明：秸秆促腐还田能够调节土壤温度；腐熟剂能够促进秸秆腐熟，YMSW的效果最明显；亩配施20 kg尿素的促腐效果优于亩配施10 kg尿素的，小麦产量高于对照处理的；除土壤硝态氮含量外，施用腐熟剂处理的土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、铵态氮、有机质含量均高于对照处理的。

关键词：

秸秆还田; 腐熟剂; 小麦; 土壤养分;

Abstract：

Promoting straw decomposition and returning to the field is one of the important ways of straw comprehensive utilization, and the application of appropriate straw decomposing agents can accelerate the rate of straw decomposing. Under field experimental conditions, the effects of four types of decomposing agents, including HSSW, YMSW, JSSW, and WBSW, combined with different amounts of urea, on soil temperature, degree of maize straw decomposing, wheat yield indicators, and soil physicochemical properties are investigated, with no application of decomposing agents as a control. The results show that straw promoting decay and returning to the field can regulate soil temperature. Decomposing agents can promote the decomposition of straw, and YMSW has the most significant effect. The promoting effect of applying 20 kg of urea per mu is better than that of applying 10 kg of urea per mu, and the wheat yield is higher than that of the control treatment. Except for the nitrate nitrogen content in the soil, the total nitrogen, alkaline nitrogen, available phosphorus, available potassium, ammonium nitrogen, and organic matter content in the soil treated with decomposing agents are higher than those in the control treatment.

Keyword：

returning straw to the field; decomposing agent; wheat; soil nutrient;

秸秆是农产品收获后的副产物，我国是农业生产大国，秸秆种类多、数量大^[1]。目前，大部分秸秆来自玉米、小麦、水稻等。我国秸秆年产量超800 Mt，居世界首位^[2]，秸秆还田已成为世界各国关注的问题^[3]。农作物秸秆含有氮、磷、钾、微量元素等养分，是一种可持续利用的生物资源。秸秆还田是促进农业生态系统良性循环的重要措施之一，可以有效增加土壤有机质含量，但在自然状态下，秸秆的降解速率较慢^[4-6]。近年来，玉米秸秆还田量逐年增加，因不能及时腐熟分解，导致土壤中有机酸含量逐渐增加，影响小麦的正常生长，同时秸秆携带的虫卵、病原体及草籽等会加重小麦病虫草害，严重时影响产量^[7-9]，但可以通过增施秸秆腐熟剂来减少危害。秸秆促腐还田作为秸秆综合利用的重要方式之一备受关注，前期的研究表明，增施秸秆腐熟剂可显著加快秸秆腐解速率, 使土壤肥力得到提高，减轻秸秆对小麦生长的危害^[10-12]，但田间条件下秸秆配施腐熟剂后的作用依然存在争议。因此，本文探究了秸秆还田配施腐熟剂对小麦生长发育的影响，以期为秸秆综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

试验于2021年10月—2022年5月，在河南心连心化学工业集团股份有限公司流转土地进行(35°05′~35°24′ N, 113°42′~114°04′E)，供试土壤为壤土，前茬作物为玉米，实行玉米、小麦轮作制。

1.2 试验材料

供试肥料为小麦专用肥(25-13-7)、尿素(含氮质量分数为46%)，由河南心连心化学工业集团股份有限公司提供。HSSW、YMSW、JSSW、WBSW等4种秸秆腐熟剂的用量为2 kg/亩(1亩=667 m²)^[13]，配施尿素10、20 kg/亩。选用玉米秸秆全量还田，茎段粉碎至3.5 cm以下，秸秆还田量为22 500 kg/hm²。

1.3 试验设计

试验设10个处理(见表 1)，每个处理3次重复。区组内地形、土壤等条件基本一致，每个处理占地总面积为1亩(66.7 m ×10 m)。2022年10月16日，先后完成秸秆腐熟剂、尿素、小麦专用肥的施用，开始旋耕翻埋0~20 cm土层；10月17日播种，结合微喷、吊喷等方式浇水润湿。试验区四周设保护行，距离试验区2 m，农事操作管理方法相同。

表 1

试验设计

处理	秸秆腐熟剂	补氮量(尿素)/ (kg·亩^-1)	小麦专用肥用量/ (kg·亩^-1)
T1		10	40
T2		20	40
T3	HSSW	10	40
T4	HSSW	20	40
T5	YMSW	10	40
T6	YMSW	20	40
T7	JSSW	10	40
T8	JSSW	20	40
T9	WBSW	10	40
T10	WBSW	20	40

1.4 测定项目

采用5点取样法，采集深度0~20 cm的土壤，对其理化性状进行分析。土壤自然风干，研磨后过筛，测定土壤中铵态氮、硝态氮、碱解氮、有机质、有效磷、速效钾及全氮含量；凯氏定氮法测定全氮含量，碱解扩散法测定碱解氮含量，火焰光度法测定速效钾含量，0.5 mol/L碳酸氢钠溶液浸提比色法测定有效磷含量，靛酚蓝比色法测定铵态氮、硝态氮含量，Superfloc 127溶液法测定有机质含量。

定期对各处理的土壤温度、秸秆腐熟程度进行调查，调查频率保持一致。土壤温度用便携式温湿度计测量；根据已研究调查秸秆的腐解程度^[14]，需观察秸秆颜色(1-中黄、2-微黄、3-褐黄、4-黑黄)、测量手感软化程度(1-硬、2-微软、3-软、4-腐烂)，均按4个等级进行排序，腐熟程度按各项目等级的积确定，数值越大，腐熟程度越好。

小麦成熟后，每个处理测定3个样方穗数、穗粒数、千粒质量；对每个处理进行单打单收，计算出亩产量或样方取样进行测产。

1.5 数据处理

采用Excel 2013软件对数据进行处理及分析，采用GraphPad Prism 8软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤温度的影响

不同处理对土壤温度的影响见图 1。

图 1

不同处理的土壤温度

从图 1可知，相同时期各处理间的温度差异不大，不同时期各处理的土壤温度呈先降低后升高的趋势。特别是在越冬期，土壤温度为3 ℃左右，高于环境温度，说明秸秆还田能够调节土壤温度^[15]，土壤温度升高可减缓冬季土壤温度过低对作物根系或分蘖节产生的冻害^[16]。

2.2 不同处理对秸秆腐熟程度的影响

不同处理对秸秆腐熟程度的影响见表 2。

表 2

不同处理的秸秆腐熟程度

处理	不同日期时的腐熟程度¹⁾
处理	2021-11-19	2021-12-02	2021-12-14	2022-02-08	2022-03-15	2022-05-31
T1	1.75	1.95	2.20	2.00	2.25	2.50
T2	2.00	2.20	2.13	2.00	2.33	2.60
T3	2.00	2.50	3.00	2.83	2.50	3.50
T4	2.50	3.00	3.50	3.00	2.83	3.50
T5	2.17	2.83	2.67	2.50	3.17	3.50
T6	1.50	2.33	2.83	2.83	3.33	3.33
T7	1.50	2.67	2.83	3.50	3.33	3.00
T8	2.33	3.00	3.00	2.83	2.83	3.67
T9	1.83	3.50	3.17	3.00	2.50	3.33
T10	1.67	2.67	3.17	2.83	3.00	3.17
注：1)根据已有研究^[14]，对腐熟情况的观察评价采用数值1~4表示，数值越大，表示腐熟情况越好

由表 2可知：整个试验共进行6次腐熟情况调查，受每次所取样品存在局限性的影响，T6处理的表现最为稳定，呈现稳步上升的趋势，同时高于不添加腐熟剂的处理；施用的腐熟剂相同而尿素配施量不同的处理中，每亩配施20 kg尿素的处理整体表现优于每亩配施10 kg的；施用YMSW腐熟剂并配施20 kg尿素，在促进秸秆腐熟上的效果最好。

施用不同的腐熟剂，小麦秸秆腐解程度不同，而配施尿素可以调节碳氮比，有利于微生物的生长，进而提高秸秆腐解率。说明尿素与腐熟剂一同施用能够促进秸秆的腐熟程度，对秸秆全量还田是可行的，试验结果与前人的研究结果一致^[17-18]。

2.3 不同处理对小麦产量指标的影响

不同处理对小麦产量指标的影响见表 3。

表 3

不同处理的小麦产量指标

处理	单株穗数/ 个	亩穗数/ 万个	穗粒数/ 粒	千粒质量/ g	产量/ (kg·亩^-1)
T1	4.13	77.97	41.68	45.18	713.85
T2	3.39	73.24	41.60	45.94	723.96
T3	4.40	77.71	40.60	46.18	684.69
T4	4.01	77.31	41.70	46.79	725.50
T5	4.24	80.84	42.28	45.27	713.65
T6	3.88	76.17	40.97	47.05	764.68
T7	3.53	76.97	41.15	43.67	722.81
T8	3.74	74.50	42.45	45.07	725.54
T9	3.58	72.17	39.70	45.14	690.28
T10	4.44	77.64	39.83	47.02	740.22

由表 3可知：T6处理的千粒质量最高，表明腐熟剂YMSW优于其他的腐熟剂；不同尿素配施量的处理中，配施20 kg尿素的处理较配施10 kg的表现好。T6处理的单株穗数、亩穗数、穗粒数虽不占优势，但整体表现最为突出，说明施用腐熟剂有利于小麦生长发育，同时配施尿素的效果更为明显^[19-20]。试验中存在配施腐熟剂的小麦产量低于常规秸秆还田的，可能是因为腐熟剂对生存环境中的温度、pH、通气状况等要求严格，一旦供试土壤的环境不适合腐熟剂中功能微生物的生存，腐熟剂就较难发挥作用^[20-21]，因此选择适宜的腐熟剂至关重要。

2.4 不同处理对土壤理化性状的影响

不同处理对土壤理化性状的影响见表 4。

表 4

不同处理的土壤理化性状

处理	w(全氮)/ (g·kg^-1)	w(碱解氮)/ (mg·kg^-1)	w(有效磷)/ (mg·kg^-1)	w(速效钾)/ (mg·kg^-1)	w(硝态氮)/ (mg·kg^-1)	w(铵态氮)/ (mg·kg^-1)	w(有机质)/ (g·kg^-1)
T1	1.12	107.65	20.96	205.49	16.73	13.23	22.79
T2	1.20	103.52	19.39	203.13	15.45	13.15	22.98
T3	1.50	125.42	25.63	228.03	15.80	16.23	24.07
T4	1.41	126.73	21.10	216.88	16.83	16.23	25.77
T5	1.31	116.00	21.57	228.76	20.87	15.63	23.70
T6	1.52	128.47	38.29	231.70	21.90	17.30	24.09
T7	1.23	116.97	21.84	207.10	19.23	16.37	23.34
T8	1.42	125.01	27.03	231.91	20.97	14.27	25.08
T9	1.33	123.75	29.31	216.40	13.63	15.20	24.55
T10	1.45	127.15	36.19	219.55	19.10	15.63	24.11

从表 4可以看出：施用秸秆腐熟剂处理的土壤中全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、铵态氮、有机质等养分的含量高于不施用腐熟剂处理的；施用秸秆腐熟剂的各处理的养分含量差异不明显，但整体上T6处理的效果较优。试验结果说明施用秸秆腐熟剂后，秸秆中养分在一定程度上得到了释放，土壤中的养分含量也有不同程度的增加，这与前人的研究结果一致^[22-23]。

3 讨论

前人的研究结果表明：秸秆全量还田配施一定量氮肥后，土壤碳氮比显著增加，从而加速了土壤中有机质和矿质养分的分解，使土壤酶活性提高，可提供充足的养分供应作物生长^[24]；微生物固持氮素的关键因素是土壤的碳氮比，添加氮肥可提供秸秆腐解所需氮源，加速秸秆腐解，增加作物根系分泌物及生物量，保障苗期养分需求，提高产量^[25]。本试验在相同秸秆还田量下配施了10、20 kg尿素，配施20 kg尿素处理的秸秆腐熟程度与小麦产量表现出优势，与前人研究结论一致^[26]。这可能是因为配施的尿素在秸秆还田降解过程中补充了氮源，能调控碳氮比，土壤微生物活性得到提高，从而促进了秸秆降解^[24-25]。

4 结语

秸秆还田具有调节土壤温度的作用。T6处理与其余处理相比，促进秸秆腐熟程度最为稳定，土壤温度呈现稳步上升的趋势。此外，每亩配施20 kg尿素优于配施10 kg尿素，秸秆的腐熟效果更好，能明显提高小麦的产量。

施用秸秆腐熟剂处理的土壤中，全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、铵态氮、有机质等养分的含量均有所增加，其中T6处理的优势最为明显，因此施用YMSW腐熟剂效果较理想。

秸秆还田可增加下茬作物的产量^[27]，而秸秆腐熟剂具有节本增效、简单方便的特点，有助于土壤改良，可减少化肥使用量，保护环境^[28-29]。但需要注意，只有选择适宜的腐熟剂才能提高秸秆还田效果，促进作物增产增收。高质量实现秸秆综合利用是践行农村绿色发展的重要举措，可为推动农业可持续发展提供保障。

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