秸稈還田量和腐熟劑對秸稈降解率和土壤理化性質(zhì)的影響

薩如拉，楊恒山，范 富，邰繼承

(內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

我國北方低溫持續(xù)時(shí)間較長，玉米秸稈還田后秸稈腐解速率較慢，腐解效果較差，影響秸稈還田技術(shù)的推廣[1]。加快土壤中秸稈的腐解成為秸稈還田技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，秸稈腐熟劑可促進(jìn)玉米秸稈快速降解，經(jīng)過100 d的分解，施用秸稈腐熟劑處理的玉米秸稈失質(zhì)量率達(dá)到64.1%[1]，玉米秸稈降解率為72.46%～76.09%[2]；在寒地施用秸稈快腐劑180 d后，玉米秸稈降解率達(dá)70%以上[3]。另外，施用腐熟劑也加快了小麥秸稈的腐解速度，而且腐熟劑施用 90 d后，土壤中全磷、速效磷及速效鉀的含量均有不同程度的增加[4]。秸稈還田條件下，施用秸稈腐熟劑在短期內(nèi)可減弱農(nóng)田地力用與養(yǎng)的矛盾，提高土壤肥力[5-6]。但也有研究表明，施用秸稈腐熟劑對秸稈腐爛進(jìn)度影響不大，與秸稈自然腐爛相比進(jìn)度幾乎無區(qū)別[7]。在黃土高原有灌溉條件的地區(qū)，9 000 kg/hm2玉米秸稈還田能有效提高土壤肥力[8]。尼龍網(wǎng)袋埋土試驗(yàn)中玉米秸稈還田量為26.23 g處理的玉米秸稈腐解最快，累積腐解率為64.15%，而玉米秸稈還田量為8.74 g處理的腐解最慢[9]。30%的玉米秸稈覆蓋還田能提高下茬大豆產(chǎn)量，60%和100%還田量下，大豆貪青晚熟，產(chǎn)量降低[10]。在黑龍江省佳木斯市玉米—大豆隔年輪作連續(xù)5 a免耕條件下，60%秸稈還田量較為適宜[11]。綜上，秸稈還田量不同，秸稈還田效果也不同。目前，關(guān)于秸稈不同還田量條件下腐熟劑對秸稈降解率的影響研究尚未見報(bào)道。為此，設(shè)置不同秸稈填埋量條件下配施秸稈腐熟劑試驗(yàn)，探討秸稈還田配施腐熟劑對秸稈降解率及土壤養(yǎng)分含量和酶活性的影響，明確配施秸稈腐熟劑的合適秸稈還田量，為秸稈還田推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試秸稈為玉米秸稈。土壤為連作玉米田土壤，為壤土，含有機(jī)質(zhì)17.80 g/kg、堿解氮40.56 mg/kg、有效磷18.61 mg/kg、速效鉀152.35 mg/kg，pH值為7.5。秸稈腐熟劑為河南省沃寶生物科技有限公司生產(chǎn)的沃寶秸稈腐熟劑，其主要成分為對纖維素、木質(zhì)素分解良好的芽孢桿菌、霉菌等有益菌株，有益菌含量≥0.5×108cfu/g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

室內(nèi)秸稈填埋試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)12次。處理1為400 g土壤+10 g秸稈+0.25 g秸稈腐熟劑，處理2為400 g土壤+5 g秸稈+0.25 g秸稈腐熟劑，處理3為400 g土壤+2.5 g秸稈+0.25 g秸稈腐熟劑，處理4為400 g土壤+10 g秸稈，處理5為400 g土壤+5 g秸稈，處理6為400 g土壤+2.5 g秸稈，加入適量水腐熟秸稈。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

秸稈填埋后每隔7 d取樣一次，每次取3個(gè)重復(fù)，共取4次，取樣后自然狀態(tài)下晾干，研磨土壤樣品直至能夠通過1 mm孔徑篩子，將過篩土樣裝袋用于測定土壤理化性質(zhì)。分別采用磷酸苯二鈉比色法、容量法、靛酚比色法、3,5-二硝基水楊酸比色法測定土壤磷酸酶、過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、纖維素酶活性；采用土壤濕度計(jì)和溫度計(jì)測定土壤含水量和溫度；測定第4次所取土壤樣品的養(yǎng)分含量，其中，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定，速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用1 mol/L NH4AC浸提—火焰光度法測定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用Excel 2003和DPS 15.10軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田量和腐熟劑對秸稈降解率的影響

由表1可知，秸稈填埋后7～28 d，隨著時(shí)間的推進(jìn)，各處理秸稈降解率增加。其中，秸稈填埋后7 d，處理1秸稈降解率最高，顯著高于其他處理，處理4次之，處理1與處理4之間無顯著差異；秸稈填埋后14 d，處理1最高，處理4次之，兩者差異不顯著，但均極顯著高于其他處理；秸稈填埋后21 d，仍然以處理1最高，處理4次之，兩者差異不顯著，但均顯著高于處理3；秸稈填埋后28 d，處理1顯著高于其他處理。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，秸稈填埋后7、14、21 d，無論是否施用秸稈腐熟劑，相同秸稈填埋量處理間秸稈降解率無顯著差異；秸稈填埋后28 d，秸稈填埋量較高的處理1顯著大于其他處理，其他處理之間差異均不顯著。綜上，在秸稈腐熟過程中，當(dāng)玉米秸稈填量高時(shí)添加秸稈腐熟劑效果較好，尤其是后期，效果顯著。

表1 秸稈還田量和腐熟劑對秸稈降解率的影響 %

注：同列數(shù)據(jù)后不同小、大寫字母分別表示不同處理之間的差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)，下同。

2.2 秸稈還田量和腐熟劑對土壤理化性質(zhì)的影響

2.2.1 土壤含水量和溫度 由表2可知，各處理土壤溫度間無顯著差異。隨著秸稈填埋后時(shí)間的推進(jìn)，土壤含水量降低；隨著秸稈填埋量減少，土壤含水量降低。其中，秸稈填埋后7 d，處理1土壤含水量最高，顯著高于處理3，提高幅度為57.93%，與其他處理之間的差異均不顯著；秸稈填埋后14 d，處理1土壤含水量較高，顯著高于處理3，與其他處理之間的差異均不顯著；秸稈填埋后21 d，處理4土壤含水量最高，顯著高于處理3，處理1土壤含水量較高，與其他處理均無顯著差異；秸稈填埋后28 d，處理3土壤含水量最低，顯著低于處理1、2、4、5，其他處理之間的差異均不顯著。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，秸稈填埋后7～28 d，無論是否施用秸稈腐熟劑，相同秸稈填埋量處理間無顯著差異，即施用腐熟劑對土壤含水量無顯著影響。

表2 秸稈還田量和腐熟劑對土壤含水量和溫度的影響

2.2.2 土壤酶活性

2.2.2.1 堿性磷酸酶活性 由表3可知，隨著秸稈填埋后時(shí)間的推移，各處理土壤堿性磷酸酶活性均在14 d時(shí)達(dá)到峰值，隨后下降。秸稈填埋后7～14 d，土壤堿性磷酸酶活性表現(xiàn)為處理1>處理4>處理5>處理2>處理3>處理6。其中，秸稈填埋后 7 d，處理1土壤堿性磷酸酶活性極顯著高于其他處理，處理2與處理5差異顯著；秸稈填埋后14 d，處理1土壤堿性磷酸酶活性與除處理4外的其他處理之間的差異均極顯著，處理4與處理5之間的差異顯著，無論是否施用腐熟劑，相同秸稈填埋量處理間無顯著差異。秸稈填埋后21～28 d，土壤堿性磷酸酶活性表現(xiàn)為處理1>處理4>處理2>處理5>處理3>處理6。其中，秸稈填埋后21 d，處理1與其他處理間差異均極顯著，其他處理間均無顯著差異；秸稈填埋后28 d，處理1與處理3、處理5、處理6間的差異均極顯著，處理4與處理6間的差異顯著。綜上，秸稈填埋量高的處理土壤堿性磷酸酶活性高于秸稈填埋量低的處理，施用秸稈腐熟劑處理土壤堿性磷酸酶活性高于未施用秸稈腐熟劑處理。

表3 秸稈還田量和腐熟劑對土壤堿性磷酸酶活性的影響 mg/(g·d)

2.2.2.2 過氧化氫酶活性 由表4可知，秸稈填埋后7 d，土壤過氧化氫酶活性表現(xiàn)為處理5>處理6>處理1>處理4>處理2>處理3，施用秸稈腐熟劑處理中，處理1極顯著高于處理3，提高幅度為50.87%，與處理2無顯著差異；秸稈填埋量相同處理中，處理1與處理4無顯著差異，處理2與處理5間差異顯著，處理3與處理6間差異極顯著。秸稈填埋后14 d，土壤過氧化氫酶活性表現(xiàn)為處理3>處理4>處理5>處理1>處理6>處理2，處理2與處理1和處理6均無顯著差異，與其他處理之間的差異均顯著；未施用秸稈腐熟劑的處理間差異均不顯著。秸稈填埋后21 d，土壤過氧化氫酶活性表現(xiàn)為處理3>處理2>處理6>處理1>處理5>處理4，施用秸稈腐熟劑的處理土壤過氧化氫酶活性大于未施用秸稈腐熟劑處理，但只有處理1與處理4之間的差異極顯著，其他處理間差異均不顯著；施用秸稈腐熟劑處理間均無顯著差異，未施用腐熟劑處理中處理4與處理6間的差異極顯著。秸稈填埋后28 d，各處理間土壤過氧化氫酶活性均無顯著差異。秸稈腐熟過程中，總體上前期秸稈填埋量高的處理土壤過氧化氫酶活性較高，后期較低。

表4 秸稈還田量和腐熟劑對土壤過氧化氫酶活性的影響 mL/g

2.2.2.3 脲酶活性 由表5可知，秸稈填埋后7 d，土壤脲酶活性表現(xiàn)為處理1>處理5>處理2>處理3>處理6>處理4，處理1顯著或極顯著高于其他處理，其他處理間差異均不顯著。秸稈填埋后14 d，土壤脲酶活性表現(xiàn)為處理2>處理4>處理1>處理3>處理6>處理5，處理3、處理5、處理6之間的差異均不顯著，其他處理之間的差異均極顯著； 秸稈填埋后21 d，土壤脲酶活性表現(xiàn)為處理3>處理1>處理5>處理4>處理2>處理6，處理3、處理1與其他處理之間的差異均極顯著，處理2與處理6、處理4與處理5之間的差異均不顯著；秸稈填埋后28 d，土壤脲酶活性表現(xiàn)為處理1>處理2>處理4>處理3>處理5>處理6，處理1極顯著高于除處理2外的其他處理，處理2顯著或極顯著高于其他處理。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，相同秸稈填埋量處理間，秸稈填埋后7 d、21 d和28 d時(shí)處理1均極顯著大于處理4，秸稈填埋后14～28 d時(shí)處理2與處理5間差異極顯著，培養(yǎng)期間處理3與處理6間無顯著差異。綜上，在秸稈腐熟過程中，當(dāng)玉米秸稈填量高時(shí)添加秸稈腐熟劑更能促進(jìn)土壤脲酶活性的提高。

表5 秸稈還田量和腐熟劑對土壤脲酶活性的影響 μg/(g·d)

2.2.2.4 蔗糖酶活性 由表6可知，秸稈填埋后7 d，土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為處理2>處理1>處理4>處理3>處理5>處理6，施用秸稈腐熟劑處理間、未施用秸稈腐熟劑處理間、相同秸稈填埋量處理間均無顯著差異。秸稈填埋后14 d，土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為處理2>處理5>處理4>處理1>處理6>處理3，施用秸稈腐熟劑處理間差異均顯著，其中處理2極顯著高于處理1和處理3，提高幅度分別為49.42%和115.34%；未施用秸稈腐熟劑處理中，處理5與處理6間差異顯著，其他處理間均無顯著差異。秸稈填埋后21 d，土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為處理2>處理5>處理4>處理1>處理3>處理6，施用秸稈腐熟劑處理中，處理2極顯著高于處理1和處理3，提高幅度分別94.33%和65.11%，處理1與處理3間無顯著差異；未施用腐熟劑處理中，處理5極顯著高于處理6，提高幅度為95.63%，其他處理間均無顯著差異。秸稈填埋后28 d，土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為處理4>處理1>處理5>處理2>處理3>處理6，施用腐熟劑處理中，處理3顯著低于處理1和處理2，降低幅度分別為35.68%和27.84%，處理1與處理2間無顯著差異；未施用腐熟劑處理中，處理4顯著高于處理5，提高幅度為25.67%，處理4和處理5均極顯著高于處理6，提高幅度分別為148.68%和97.88%。秸稈填埋后7 ～ 28 d，相同秸稈填埋量處理間土壤蔗糖酶活性均無顯著差異。處理2、處理3和處理5土壤蔗糖酶活性均在秸稈填埋后21 d達(dá)到峰值，而此時(shí)處理1土壤蔗糖酶活性降至低谷；處理1和處理4土壤蔗糖酶活性在秸稈填埋后28 d最大，并隨秸稈填埋后時(shí)間延長具有升高趨勢；處理6土壤蔗糖酶活性的峰值出現(xiàn)在秸稈填埋后14 d。

2.2.2.5 纖維素酶活性 由表7可知，秸稈填埋后7 d，土壤纖維素酶活性表現(xiàn)為處理1>處理3>處理2>處理4>處理5>處理6，未施用秸稈腐熟劑處理間均無顯著差異；處理2與處理5間無顯著差異，處理1極顯著高于處理4，處理3極顯著高于處理6。秸稈填埋后14 d，土壤纖維素酶活性表現(xiàn)為處理1>處理3>處理5>處理4>處理2>處理6，未施用秸稈腐熟劑中，處理4與處理5間無顯著差異，兩者均極顯著高于處理6；相同秸稈填埋量條件下，施用秸稈腐熟劑處理均極顯著高于未施用秸稈腐熟劑處理。秸稈填埋后21 d，土壤纖維素酶活性表現(xiàn)為處理2>處理1>處理5>處理3>處理4>處理6，除處理3與處理4之間差異不顯著外，其余處理間差異均顯著；相同秸稈填埋量條件下，施用秸稈腐熟劑處理均極顯著高于未施用秸稈腐熟劑處理。秸稈填埋后28 d，土壤纖維素酶活性表現(xiàn)為處理1>處理2>處理3>處理4>處理6>處理5，除處理3、處理4、處理6之間差異不顯著外，其余處理間差異均極顯著；相同秸稈填埋量條件下，除了處理3與處理4間無顯著差異外，其余施用秸稈腐熟劑處理均極顯著高于未施用秸稈腐熟劑處理。綜上，在秸稈腐熟過程中，當(dāng)玉米秸稈填量高時(shí)更能促進(jìn)土壤纖維素酶活性的提高。

表7 秸稈還田量和腐熟劑對土壤纖維素酶活性的影響 mg/(g·d)

2.2.3 土壤養(yǎng)分含量 由表8可知，秸稈填埋于土壤極顯著增加了土壤速效鉀含量，提高幅度為13.95%～41.05%，以處理2最高，其次為處理1。與不施秸稈腐熟劑處理相比，施用秸稈腐熟劑顯著增加秸稈填埋量高和中等處理的土壤速效鉀含量，分別較不施秸稈腐熟劑處理增加14.57%和20.99%；無論是否施用秸稈腐熟劑，秸稈填埋于土壤均對土壤堿解氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響。

表8 秸稈還田量和腐熟劑對土壤養(yǎng)分含量的影響

3 結(jié)論與討論

微生物分泌的酶參與土壤中碳、氮和磷的代謝，其活性可用來研究微生物對環(huán)境變化的響應(yīng)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[12]。土壤酶活性表征土壤速效養(yǎng)分含量[13-14]。本研究中施用秸稈腐熟劑處理土壤酶活性總體上均高于未施用秸稈腐熟劑處理，這與劉丹丹等[15]的研究結(jié)果一致。Zhao等[16]研究發(fā)現(xiàn)，高量秸稈還田改變微生物群落結(jié)構(gòu)，提高大多數(shù)水解酶活性，而低的秸稈還田量對土壤酶活性沒有影響。本研究中秸稈腐熟劑在秸稈填埋量低的情況下，效果也不顯著。土壤酶改變土壤養(yǎng)分有效性[15]，本研究中施用秸稈腐熟劑顯著增加秸稈填埋量高和中等處理的土壤速效鉀含量，但對其他土壤養(yǎng)分含量均無顯著影響。而于建光等[4]通過盆缽模擬培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈還田條件下，施用腐熟劑90 d后，土壤中全磷、速效磷及速效鉀的含量均有不同程度的增加，說明秸稈釋放養(yǎng)分需要較長的腐熟時(shí)間。

增溫和干旱對土壤酶活性的影響是因?qū)ν寥罍囟群屯寥篮康挠绊懺斐傻?，而不是因?qū)ν寥烙袡C(jī)質(zhì)含量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響造成的[17]。本試驗(yàn)是室內(nèi)模擬試驗(yàn)，處理間溫度無差異，秸稈填埋量高的處理土壤含水量大于秸稈填埋量低的處理，這可能是秸稈填埋量高的處理土壤酶活性高的主要原因。施用秸稈腐熟劑+秸稈填埋量高的處理提高了玉米秸稈降解率、土壤酶活性及土壤速效鉀含量，值得推廣。