秸稈腐熟劑在玉米秸稈還田中的效果

楊振興，周懷平，關(guān)春林，解文艷，車 麗

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030032）

玉米作為我國主要農(nóng)作物之一，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位[1]。而山西地處世界3大玉米黃金生產(chǎn)帶，是全國玉米主產(chǎn)省份之一。目前，山西省玉米種植面積在164.7萬hm2左右[2]，玉米秸稈量達(dá)到1 300萬t以上。由于以煤、電、氣等商品能源逐步代替了秸稈燃料以及農(nóng)機(jī)動(dòng)力替代畜力（農(nóng)戶用于養(yǎng)畜的秸稈量減少）等原因，玉米秸稈出現(xiàn)了階段性過剩，秸稈焚燒和廢棄的現(xiàn)象比較普遍。秸稈直接還田是培肥農(nóng)田、解決焚燒廢棄的有效途徑[3]，然而，秸稈進(jìn)入土壤后的有機(jī)酸積累[4]、腐解緩慢以及對(duì)耕作、農(nóng)藝操作等的不利影響，限制了其大面積推廣應(yīng)用。

秸稈腐熟劑富含高效微生物菌，可以有效促進(jìn)秸稈快速腐解[5]。同時(shí)，其使用成本低、操作簡(jiǎn)單，在我國南方區(qū)域應(yīng)用廣泛[6-8]。

為了驗(yàn)證腐熟劑在山西省玉米秸稈還田中的適用性，試驗(yàn)于2010年11月至2011年10月，選取3種秸稈腐熟劑進(jìn)行盆栽和田間試驗(yàn)，研究其在秸稈粉碎直接還田和秸稈整稈溝埋還田2種模式下的腐解效果，旨在為其大面積推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 秸稈腐熟劑 從目前已生產(chǎn)應(yīng)用的秸稈腐熟劑中選擇3種，即家農(nóng)（J）、可力美施（K）、合緣（H），其均為復(fù)合微生物菌劑，主要包含細(xì)菌、真菌、放線菌等菌群，以細(xì)菌和真菌為主。其中，微生物總數(shù)家農(nóng)為136.7×106cfu/g，可力美施為59.22×106cfu/g，合緣為163.53×106cfu/g。

1.1.2 玉米品種 田間試驗(yàn)玉米品種為先玉335，生育期127 d。盆栽試驗(yàn)的玉米品種為晉單42號(hào)，生育期為110 d。

1.1.3 土壤 土壤理化性狀為：容重為1.47g/cm3，pH值7.82，有機(jī)質(zhì)11.47 g/kg，全氮0.83 g/kg，速效磷3.85 mg/kg，速效鉀130.52 mg/kg，緩效鉀572.86 mg/kg。盆栽試驗(yàn)用土為田間試驗(yàn)原土。

1.2 方法

1.2.1 不同秸稈腐熟劑對(duì)比試驗(yàn) 其采用盆（直徑25 cm×高30 cm）栽試驗(yàn)。處理為無腐熟劑處理（CK）、有腐熟劑處理（J，K，H），各處理設(shè)12次重復(fù)，樣本量為1株/盆。秋施復(fù)合肥900 kg/hm2，秸稈還田量為9 000 kg/hm2。將秸稈人工切割成10 cm左右的小段后，與腐熟劑、土樣混合放入盆內(nèi)。

1.2.2 不同秸稈還田量對(duì)比試驗(yàn) 采用盆栽試驗(yàn)。處理為J，K，H，這3種腐熟劑設(shè)定3種不同秸稈還田量，分別為4 500，9 000，13 500 kg/hm2。其他同1.2.1。

1.2.3 不同秸稈還田方式對(duì)比試驗(yàn) 其采用田間小區(qū)試驗(yàn)。裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為整稈溝埋處理和粉碎還田處理，副區(qū)為添加不同腐熟劑處理（表1）。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積40 m2。秋施復(fù)合肥900 kg/hm2，腐熟劑30 kg/hm2，秸稈還田量15 000 kg/hm2。為防止秸稈腐解過程中與玉米幼苗爭(zhēng)氮，影響出苗率，在秸稈還田小區(qū)加施氮肥34.5 kg/hm2。

表1 不同秸稈還田方式對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4 樣品采集 土壤樣品于2011年10月采集，分別取耕層土壤0～20 cm，每個(gè)土樣由5個(gè)采集點(diǎn)的土壤混合而成。土壤微生物樣本于2011年8月采集，于4℃下保存。玉米樣品于2011年10月采集，分別取5穗玉米進(jìn)行晾曬。

1.2.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法 土壤養(yǎng)分測(cè)定參照文獻(xiàn)[9]進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀法；全氮用硒粉-硫酸銅-硫酸消化法；速效磷用碳酸氫鈉法；速效鉀用火焰光度法。土壤可培養(yǎng)微生物測(cè)定[10]：采用梯度稀釋法制備土壤懸液，涂抹平板計(jì)數(shù)法測(cè)定細(xì)菌、真菌的數(shù)量，培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨瓊脂和馬丁氏瓊脂。

玉米產(chǎn)量計(jì)算：實(shí)數(shù)小區(qū)玉米穗數(shù)折算公頃穗數(shù)，風(fēng)干后選取數(shù)穗粒數(shù)，稱百粒質(zhì)量。產(chǎn)量（kg/hm2）＝公頃穗數(shù)×穗粒數(shù)/百粒質(zhì)量/105。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈腐熟劑對(duì)玉米生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響

由表2可知，在9 000 kg/hm2秸稈還田量條件下，與對(duì)照相比，J，K，H這3種腐熟劑處理的玉米產(chǎn)量均顯著增加，其分別比對(duì)照增產(chǎn)19%，3%，18%。說明秸稈腐熟劑對(duì)玉米產(chǎn)量有良好的影響，增產(chǎn)原因是穗粒數(shù)顯著增加，而株高和百粒質(zhì)量各處理間無顯著差異。

表2 不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響

在定量施用腐熟劑條件下，不同秸稈還田量對(duì)玉米生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響如表3所示。由表3可知，以4 500 kg/hm2秸稈還田條件下玉米產(chǎn)量最高，秸稈還田量的增加會(huì)抑制玉米的生長(zhǎng)，原因可能是由于大量秸稈腐解需要消耗土壤中的氮肥，與玉米爭(zhēng)氮，因而，使其產(chǎn)量受到一定影響。

表3 不同秸稈還田量對(duì)玉米生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響

由表4可知，秸稈還田處理1～4的玉米產(chǎn)量均高于無秸稈還田的處理5，且增產(chǎn)效果顯著。

秸稈整稈還田模式下，處理2，3較無腐熟劑處理1分別增產(chǎn)8.62%，1.65%；而處理4的產(chǎn)量較處理1減少，減產(chǎn)的原因是由于籽粒百粒質(zhì)量偏低，從而影響產(chǎn)量。粉碎還田模式下，添加腐熟劑處理2，3，4較不添加處理1增產(chǎn)效果顯著，其分別較不添加腐熟劑處理1增產(chǎn)16.37%，9.11%，7.98%；添加腐熟劑各處理間產(chǎn)量變化不顯著。

表4 田間試驗(yàn)條件下秸稈腐熟劑對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表4還可知，2種不同還田模式下，主區(qū)相應(yīng)處理間產(chǎn)量差異顯著，且粉碎還田處理玉米產(chǎn)量較整稈溝埋分別增加17.05%，17.27%，21.61%，秸稈粉碎還田增產(chǎn)效果好于整稈溝埋。

2.2 秸稈腐熟劑對(duì)土壤微生物的影響

由表5可知，整稈溝埋和粉碎還田模式下，秸稈還田處理1～4的細(xì)菌數(shù)量均高于無秸稈還田處理5。秸稈還田有助于土壤中微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)施腐熟劑處理有效提高了細(xì)菌數(shù)量。

表5 田間試驗(yàn)各處理微生物量的測(cè)定結(jié)果

真菌測(cè)定結(jié)果（表5）發(fā)現(xiàn)，秸稈還田除整稈溝埋處理4低于無秸稈還田處理5外，其他處理真菌數(shù)均高于無秸稈還田處理5；主區(qū)相應(yīng)處理間土壤真菌數(shù)量差異顯著，粉碎還田模式下更利于真菌生長(zhǎng)。

2.3 秸稈腐熟劑對(duì)秸稈腐解率及土壤養(yǎng)分影響

秸稈腐解率是衡量秸稈腐熟程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，可以對(duì)土壤轉(zhuǎn)化秸稈的能力作出判斷。試驗(yàn)于2011年4，8，10月分別對(duì)盆栽中秸稈進(jìn)行采樣處理，通過1 mm尼龍篩對(duì)秸稈進(jìn)行剝離，然后放入網(wǎng)袋淋洗，晾曬，測(cè)定秸稈腐熟率，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，溫度、水分對(duì)秸稈腐熟有很大影響[11]，微生物在一個(gè)冬季基本處于休眠狀態(tài)，秸稈基本沒有變化；隨著溫度的升高，土壤中的微生物開始分解秸稈，加快了秸稈的腐解，在8月氣溫達(dá)到最高，水分條件最佳，此時(shí)秸稈腐解率也迅速提升；進(jìn)入秋季，隨著溫度下降，水分減少，秸稈腐熟放緩，腐解率也隨之放緩，施用腐熟劑可以有效提高秸稈腐解率。

土壤養(yǎng)分測(cè)定顯示，玉米收獲后整稈還田模式下施用秸稈腐熟劑，小區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)平均比對(duì)照增加0.05%、全氮比對(duì)照增加0.02%、速效磷比對(duì)照增加1.4 mg/kg、速效鉀比對(duì)照增加13 mg/kg；粉碎還田模式下施用秸稈腐熟劑，小區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)平均比對(duì)照增加0.01%、全氮比對(duì)照減少0.01%、速效磷比對(duì)照增加3.9 mg/kg、速效鉀比對(duì)照增加8 mg/kg。施用秸稈腐解劑可以促進(jìn)秸稈腐解，同時(shí)可保持和提高土壤養(yǎng)分，但與對(duì)照間無顯著差異。

3 討論與結(jié)論

盆栽試驗(yàn)表明，玉米秸稈還田時(shí)施用秸稈腐解劑，由于增加了微生物的種群數(shù)量，加速了土壤對(duì)秸稈的腐熟效率，從而使秸稈中的養(yǎng)分得到釋放，有助于玉米生長(zhǎng)，從而提高其產(chǎn)量。增產(chǎn)的原因是穗粒數(shù)增多，百粒質(zhì)量增加；同時(shí)，玉米秸稈還田量對(duì)玉米產(chǎn)量影響較大，產(chǎn)量會(huì)隨還田量增加而減少。高量秸稈還田條件下，爭(zhēng)奪氮是易出現(xiàn)的主要問題之一，可通過增施氮肥予以解決。

田間試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田配施腐熟劑無論采用整稈還田還是粉碎還田模式均可顯著提高玉米產(chǎn)量，整稈還田模式下施用腐熟劑處理較不施用處理平均增產(chǎn)229.44 kg/hm2；粉碎還田模式下施用腐熟劑處理較不施用處理平均增產(chǎn)1 151.82 kg/hm2。增產(chǎn)的原因與盆栽試驗(yàn)基本一致，主要是由于穗粒數(shù)的增加。整稈還田模式下施用腐熟劑處理穗粒數(shù)較不施用處理平均增加46粒，粉碎還田模式下施用腐熟劑處理較不施用處理穗粒數(shù)平均增加91粒。2種還田模式下，粉碎還田處理秸稈更易腐解，釋放玉米生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分，從而增加作物產(chǎn)量，較整稈還田對(duì)應(yīng)處理分別增產(chǎn)17.05%，17.27%，21.61%。李慶康等[12]研究結(jié)果表明，稻、麥秸稈還田時(shí)施用秸稈腐熟劑對(duì)提高稻、麥產(chǎn)量具有明顯增產(chǎn)作用，增產(chǎn)原因是由于穗粒數(shù)增加，與本研究結(jié)論一致。

玉米秸稈作為新鮮有機(jī)物料施入土壤后，一部分直接被微生物呼吸所釋放，一部分增殖為微生物或形成土壤腐殖質(zhì)。秸稈腐熟劑含有很多活性微生物，因而進(jìn)入土壤后，增加了土壤中可降解秸稈的微生物數(shù)量，加速秸稈腐熟，促使秸稈殘留率降低，與已有的研究結(jié)果一致[13-14]。從微生物測(cè)定結(jié)果可以看出，施用腐熟劑處理土壤微生物種群數(shù)量明顯增加，而粉碎還田后土壤環(huán)境更適宜微生物生長(zhǎng)，種群數(shù)量較整稈還田顯著增加。

陳芝蘭等[15]研究發(fā)現(xiàn)，土壤主要養(yǎng)分指標(biāo)與土壤微生物數(shù)量存在著一定的正相關(guān)關(guān)系，土壤微生物數(shù)量可以作為表征土壤肥力狀況的重要生物學(xué)指標(biāo)。從土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果可以看出，施用秸稈腐熟劑處理土壤養(yǎng)分較不施用處理均有所提高，原因在于秸稈腐熟劑能提高土壤中微生物種群數(shù)量，促進(jìn)玉米秸稈較快腐解，在減輕和防止還田秸稈量多給作物生產(chǎn)帶來不利影響的同時(shí)可穩(wěn)定和提高土壤養(yǎng)分含量。同時(shí)，秸稈是否粉碎以及與土壤的接觸程度都對(duì)微生物的活動(dòng)有所影響。秸稈粉碎還田處理與微生物的接觸最充分，有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化過程較早進(jìn)行，在還田330 d后，部分腐殖質(zhì)已礦化，故有機(jī)質(zhì)含量低于整稈還田處理。

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