周年秸稈還田對(duì)稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的影響研究

吳春華 顧道健

摘 要：目的：探討水稻小麥秸稈交替還田對(duì)稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的影響。方法：水稻品種材料選取淮稻5號(hào)和甬尤2640，小麥品種材料選取揚(yáng)麥16和揚(yáng)麥20，根據(jù)秸稈還田情況設(shè)置4個(gè)不同處理：（1）水稻、小麥秸稈均不還田（A，對(duì)照）;（2）單獨(dú)小麥秸稈還田（B，在水稻季將上季小麥的秸稈還田）;（3）單獨(dú)水稻秸稈還田（C，在小麥季將上季水稻的秸稈還田）;（4）水稻、小麥秸稈全還田（D，在小麥季將上季水稻的秸稈還田，在水稻季將上季小麥的秸稈還田），對(duì)水稻、小麥產(chǎn)量形成和土壤中酶活性變化進(jìn)行了觀察分析。結(jié)果：水稻、小麥秸稈還田后，對(duì)水稻、小麥產(chǎn)量均有一定的提高效果，稻麥產(chǎn)量的增加主要在于每穗粒數(shù)的增加。秸稈還田增加了土壤中脲酶和過(guò)氧化氫酶活性，其中以稻麥秸稈全還田的處理最高。結(jié)論：稻麥周年秸稈還田有利于提高稻麥產(chǎn)量和土壤質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水稻;小麥;周年秸稈還田;產(chǎn)量;土壤中酶活性

中圖分類號(hào) S511;S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）05-0164-06

1 前言

中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物豐富，每年的農(nóng)作物秸稈量巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)總量在8億t以上[1]。農(nóng)作物秸稈是很好的養(yǎng)分資源，其不僅有機(jī)碳含量高，而且含有許多礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，如氮、鉀、磷、硅等[2]。過(guò)去主要通過(guò)焚燒來(lái)處理秸稈，不僅造成資源浪費(fèi)，而且污染環(huán)境[3]。我國(guó)近年來(lái)環(huán)境政策改革和農(nóng)民環(huán)保意思的增強(qiáng)，已停止大面積農(nóng)作物秸稈的焚燒，并將農(nóng)作物秸稈通過(guò)各種形式返還土壤中，對(duì)我國(guó)農(nóng)田的土壤質(zhì)量改善效果較為明顯。土壤中酶活性是土壤質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)[4]，提高土壤中脲酶、過(guò)氧化氫酶等酶活性對(duì)于提高農(nóng)作物產(chǎn)量和土壤質(zhì)量具有重要作用[5]。以往雖然有農(nóng)作物秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量和土壤性質(zhì)影響的研究，但有關(guān)稻麥周年秸稈還田對(duì)稻麥產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響研究還很少。為此，本研究探究了稻麥周年秸稈還田對(duì)稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的影響，以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)稻麥周年秸稈還田對(duì)稻麥產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的調(diào)控作用，為稻麥可持續(xù)綠色高產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 供試材料 試驗(yàn)在揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，從2015年冬至2018年秋秸稈還田處理的累積時(shí)間已有3年。試驗(yàn)地土壤的起始養(yǎng)分狀況：有機(jī)質(zhì)含量2.05%，有效氮103.2mg/kg，速效磷24.5mg/kg，速效鉀85.3mg/kg。試驗(yàn)基地作物種植模式采用的是稻麥兩熟輪作。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)秸稈還田處理：（1）水稻、小麥秸稈均不還田（A，對(duì)照，在水稻和小麥?zhǔn)斋@后將秸稈全部清理出田塊）;（2）單獨(dú)小麥秸稈還田（B，在上季小麥?zhǔn)斋@后將田塊中所種植小麥的秸稈全量留在田中，用于當(dāng)季水稻種植）;（3）單獨(dú)水稻秸稈還田（C，在上季水稻收獲后將田塊中所種植水稻的秸稈全量留在田中，用于當(dāng)季小麥種植）;（4）水稻、小麥秸稈全還田（D，在水稻種植前，將上季所種植小麥的秸稈全量留在田中;在小麥種植前，將上季所種植水稻的秸稈全量留在田中），水稻秸稈還田量約為9.0t/hm2，小麥秸稈還田量約為4.8t/hm2。本試驗(yàn)以不同秸稈還田處理為主區(qū)，以不同品種處理為裂區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積28m2，重復(fù)3次。

2.3 試驗(yàn)管理 2018年選取甬優(yōu)2640和淮稻5號(hào)為試驗(yàn)材料，5月9日播種，6月11日人工移栽，株行距16cm×25cm，雙本栽插，按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培要求，全生育期對(duì)病蟲草害防治。施氮量為240kg/hm2，按基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ?4∶2∶2∶2施用。移栽前大田均勻撒入基肥（其中氮肥96kg/hm2，磷肥（P2O5）75kg/hm2和鉀肥（K2O）130kg/hm2），移栽后7d均勻撒入分蘗肥，葉齡余數(shù)3.5時(shí)均勻撒入促花肥，葉齡余數(shù)1.5時(shí)均勻撒入?；ǚ省３樗牒蟠筇锼止芾硎褂幂p干濕交替灌溉模式，其余階段試驗(yàn)大田的水層保持在2cm左右。

2017—2018年小麥供試品種為揚(yáng)麥16和揚(yáng)麥20，10月25日人工條播，行距30cm，播量為110kg/hm2，3葉期定苗至220×104株/hm2。施氮量為240kg/hm2，按基肥∶壯蘗肥∶拔節(jié)肥∶穗肥=4∶2∶2∶2施用。播種前大田均勻撒入基肥（其中氮肥96kg/hm2，磷肥（P2O5）130kg/hm2和鉀肥（K2O）130kg/hm2），4葉期均勻撒入壯蘗肥，葉齡余數(shù)為2.5時(shí)均勻撒入拔節(jié)肥，孕穗期均勻撒入穗肥。

2.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2.4.1 測(cè)定方法 分別在小麥季和水稻季的主要生育時(shí)期，每小區(qū)用5點(diǎn)取樣法，取0～20cm、20～40cm 2個(gè)深度的土樣，自然風(fēng)干用研磨機(jī)磨粉，土壤脲酶的測(cè)定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法;土壤過(guò)氧化氫酶的測(cè)定采用0.1mol/L的高錳酸鉀滴定法。

2.4.2 測(cè)定項(xiàng)目 水稻考種：在水稻成熟期，每小區(qū)取20穴水稻穗子裝袋，用于考查計(jì)算每m2穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重以及結(jié)實(shí)率。小麥考種：在小麥成熟期，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)取2行1m寬的小麥穗子裝袋，用于考查計(jì)算每m2穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重。稻麥計(jì)產(chǎn)：每個(gè)小區(qū)用鐮刀收割5m2裝袋，然后用脫粒機(jī)脫粒，自然曬干，稱重計(jì)產(chǎn)。

2.4.3 數(shù)據(jù)處理 本試驗(yàn)的全部數(shù)據(jù)是運(yùn)用Excel 2003和Sigmaplot 10.0進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 稻麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 表1展示了不同秸稈還田處理下的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。由表1可知，在2017年冬至2018年春小麥季，與秸稈不還田的對(duì)照相比，當(dāng)季水稻秸稈還田和上季小麥秸稈還田處理均顯著提高了小麥產(chǎn)量，上季麥秸稈還田處理對(duì)產(chǎn)量的增加效果高于當(dāng)季稻秸稈還田處理，水稻和小麥兩季秸稈全還田處理與上季麥秸稈處理間的產(chǎn)量無(wú)顯著性差異。與對(duì)照相比，單獨(dú)小麥秸稈還田、單獨(dú)水稻秸稈還田和小麥秸稈還田+水稻秸稈還田秸稈處理，揚(yáng)麥16的產(chǎn)量分別增加了6.6%、3.5%和6.5%，揚(yáng)麥20的產(chǎn)量分別增加了10.2%、4.0%和9.7%。秸稈還田處理提高產(chǎn)量的主要原因是增加了每穗粒數(shù)和千粒重，上季麥秸稈還田還提高了每m2穗數(shù)，但當(dāng)季稻秸稈還田的穗數(shù)略有降低。

表2展示了不同秸稈還田處理下的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。由表2可知，與對(duì)照相比，當(dāng)季小麥秸稈還田和上季水稻秸稈還田2個(gè)處理均顯著提高了水稻產(chǎn)量，當(dāng)季麥秸稈還田處理對(duì)產(chǎn)量增加的效果高于上季稻秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理的產(chǎn)量最高。與對(duì)照相比，單獨(dú)小麥秸稈還田、單獨(dú)水稻秸稈還田和小麥秸稈還田+水稻秸稈還田秸稈處理，淮稻5號(hào)產(chǎn)量分別增加了14.0%、9.1%和14.8%，甬優(yōu)2640的產(chǎn)量分別增加了9.0%、7.1%和14.1%。秸稈處理提高產(chǎn)量的原因主要是增加了每m2穗數(shù)和穗粒數(shù)，2個(gè)品種結(jié)實(shí)率在各秸稈還田處理間無(wú)顯著差異，各秸稈還田處理的千粒重較對(duì)照略有降低。

3.2 土壤中酶活性

3.2.1 小麥季土壤脲酶活性 由圖1可知，在0～20cm土層中，土壤脲酶活性在小麥生育期呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，在穗分化期出現(xiàn)最大值。在同一時(shí)期，與對(duì)照相比，各秸稈還田處理均顯著提高了土壤脲酶活性，當(dāng)季稻秸稈還田處理高于上季麥秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季稻秸稈還田處理無(wú)顯著差異。在20～40cm土層中，土壤脲酶活性較0～20cm土層有所降低。與對(duì)照相比，秸稈還田處理提高土壤脲酶活性，但在3個(gè)秸稈還田處理間無(wú)顯著性差異，2個(gè)品種趨勢(shì)一致。

3.2.2 水稻季土壤脲酶活性 圖2為水稻季土壤脲酶活性變化情況。由圖2可知，在0～20cm土層中，土壤脲酶活性在水稻生育前中期較高，在穗分化期表現(xiàn)出最大值，到灌漿期，土壤脲酶活性一直降低。在同一時(shí)期，與對(duì)照相比，各秸稈還田處理均顯著提高土壤脲酶活性，當(dāng)季麥秸稈還田處理高于上季稻秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季麥秸稈還田處理無(wú)顯著性差異。在20～40cm土層中，土壤脲酶活性在不同生育期均在一個(gè)較低水平，在各處理間無(wú)顯著性差異，2個(gè)品種趨勢(shì)一致。

3.2.3 小麥季土壤過(guò)氧化氫酶活性 圖3為小麥季土壤過(guò)氧化氫酶活性變化情況。由圖3可知，在0～20cm土層中，土壤過(guò)氧化氫酶活性在小麥分蘗期表現(xiàn)出最大值，在穗分化期和抽穗期大幅度降低。在同一時(shí)期，與對(duì)照相比，各秸稈還田處理均顯著提高土壤過(guò)氧化氫酶活性，當(dāng)季稻秸稈還田處理高于上季麥秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季稻秸稈還田處理無(wú)顯著性差異。在20～40cm土層中，與對(duì)照相比，秸稈還田處理后土壤過(guò)氧化氫酶活性有一定的提高，但在不同處理之間沒(méi)有顯著性差異，2個(gè)品種趨勢(shì)一致。

3.2.4 水稻季土壤過(guò)氧化氫酶活性 圖4為水稻季土壤過(guò)氧化氫酶活性變化情況。由圖4可知，在0～20cm土層，土壤過(guò)氧化氫酶活性在水稻不同生育期變化較小。在同一生育期，與對(duì)照相比，各秸稈還田處理均顯著提高了土壤過(guò)氧化氫酶活性，當(dāng)季麥秸稈還田處理高于上季稻秸稈還田處理，稻麥兩季秸稈全還田處理與當(dāng)季麥秸稈還田無(wú)顯著性差異。在20～40cm土層中，土壤過(guò)氧化氫酶活性在水稻不同生育期的變化也較小，但顯著低于0～20cm土層的過(guò)氧化氫酶活性。在同一生育期，與對(duì)照相比，不同秸稈還田處理提高了土壤過(guò)氧化氫酶活性，但在各各秸稈處理間無(wú)顯著差異，2個(gè)品種趨勢(shì)一致。

4 討論與小結(jié)

4.1 討論

4.1.1 秸稈還田對(duì)稻麥產(chǎn)量的影響 以往有關(guān)秸稈還田對(duì)稻麥產(chǎn)量的影響，有不同的研究結(jié)果，有的報(bào)道增產(chǎn)，有的報(bào)道不增產(chǎn)甚至減產(chǎn)[5-10]。本研究表明，水稻秸稈和小麥秸稈還田均可不同程度地提高了水稻和小麥的產(chǎn)量，尤以稻麥兩季秸稈還田的增產(chǎn)作用更明顯。本研究結(jié)果與以往一些結(jié)果的差異，可能與秸稈還田的年份多少有關(guān)。一般秸稈還田的時(shí)間（年數(shù)或季節(jié)數(shù)）越短，對(duì)土壤改良的作用以及對(duì)作物增產(chǎn)作用就越小[7-10]。本試驗(yàn)已經(jīng)連續(xù)進(jìn)行了3年，6個(gè)生長(zhǎng)季（水稻和小麥各3季），秸稈還田的作用具有累積效應(yīng)[7]，因而表現(xiàn)出秸稈還田對(duì)產(chǎn)量的影響具有明顯的正效應(yīng)。本研究觀察到，雖然秸稈還田能增加水稻和小麥的產(chǎn)量，但增產(chǎn)的原因水稻與小麥不同。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，秸稈還田后小麥的增產(chǎn)主要在于每穗粒數(shù)和千粒重的增加，而秸稈還田后水稻的增產(chǎn)主要在于單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加。說(shuō)明秸稈還田的增產(chǎn)原因，因作物不同而有差異，這可能與作物生長(zhǎng)環(huán)境有關(guān)。小麥生長(zhǎng)在較干的土壤，生長(zhǎng)前期溫度低，秸稈分解慢;而水稻在灌溉條件下生長(zhǎng)，生長(zhǎng)期溫度高，秸稈分解快。這些特點(diǎn)造成秸稈還田后對(duì)小麥和水稻產(chǎn)量形成的影響不同。對(duì)于秸稈還田影響水稻和小麥產(chǎn)量形成的機(jī)制，有待深入研究。

4.1.2 秸稈還田對(duì)土壤中酶活性的影響 土壤中酶活性在農(nóng)業(yè)上是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和土壤微生物活性的重要指標(biāo)，土壤中的脲酶和過(guò)氧化氫酶扮演著至關(guān)重要的角色[11]。土壤脲酶的活性與土壤氮素轉(zhuǎn)化效率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，該酶活性對(duì)土壤供氮水平有重要影響[12]。土壤過(guò)氧化氫酶可以有效分解土壤中的過(guò)氧化氫物，使作物免受毒害[13]。已有研究表明，秸稈還入土壤后可顯著提高土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性[14]。本研究表明，稻秸稈和麥秸稈還田均可顯著提高麥田和稻田土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性，但在秸稈還田的處理間存在差異。秸稈還田對(duì)土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性的影響，在小麥季，當(dāng)季稻秸稈還田高于上季麥秸稈還田;在水稻季，當(dāng)季麥秸稈還田高于上季稻秸稈還田，表明土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性與當(dāng)季秸稈還田的相關(guān)性高。有研究指出[15]，土壤酶活性隨著秸稈施入量的增加而增加。但本研究并未觀察到稻麥兩季秸稈全還田對(duì)土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性的影響顯著高于當(dāng)季秸稈還田的情況。推測(cè)秸稈全還田對(duì)土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性的影響可能因作物、試驗(yàn)地土壤質(zhì)地和秸稈還田量不同而又差異。對(duì)于秸稈全還田影響土壤中酶活性的機(jī)理，需要進(jìn)一步研究。

4.2 結(jié)論 在稻麥周年秸稈還田的第3周年，不論水稻秸稈還田、小麥秸稈還田，還是稻麥周年秸稈還田，均可增加小麥和水稻的產(chǎn)量，尤以稻麥周年秸稈還田的增產(chǎn)效應(yīng)更明顯。秸稈還田的增產(chǎn)作用，小麥主要在于每穗粒數(shù)和千粒重的增加，水稻主要在于單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加。秸稈還田可提高土壤中脲酶和過(guò)氧化氫酶活性，且當(dāng)季秸稈還田對(duì)酶活性的影響顯著高于上季秸稈還田。對(duì)于不同秸稈還田處理影響稻麥產(chǎn)量和土壤中酶活性的機(jī)理，有待深入研究。

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（責(zé)編：張宏民）