水肥優(yōu)化配施腐解劑對(duì)小麥-玉米輪作體系土壤養(yǎng)分含量和作物產(chǎn)量的影響

劉蕊 曹議丹 錢麟君 鄒曉霞

關(guān)鍵詞：水肥優(yōu)化管理；秸稈腐解劑；土壤養(yǎng)分；作物產(chǎn)量

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要組成部分，是判定土壤肥力可持續(xù)性和作物產(chǎn)量穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。施肥可以提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤肥力狀況，而灌水具有一定的調(diào)肥作用，水肥結(jié)合可有效提高肥料利用效率，促進(jìn)作物增產(chǎn)。但當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程普遍存在水肥管理不合理的現(xiàn)象，如長(zhǎng)期大量施肥造成土壤板結(jié)，耕層變淺；大水漫灌導(dǎo)致土壤養(yǎng)分淋失加重，降低養(yǎng)分資源利用率。

農(nóng)作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀及微量元素，還田后有助于維持土壤養(yǎng)分，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量。但還田秸稈也存在腐解不徹底導(dǎo)致土壤病蟲害加劇，腐解過(guò)程與作物爭(zhēng)奪氮肥造成作物產(chǎn)量下降等問(wèn)題。而適宜的水肥管理方式可通過(guò)影響秸稈腐解，調(diào)控土壤養(yǎng)分，提升作物產(chǎn)量。有研究表明，秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N為15時(shí)，可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量：與單獨(dú)秸稈還田或施肥比較，控釋肥結(jié)合秸稈還田可顯著提高小麥和玉米產(chǎn)量。秸稈腐熟劑是一種能夠快速降解秸稈的微生物菌劑，可加速秸稈腐熟，促進(jìn)養(yǎng)分釋放，提高作物產(chǎn)量。魏萌涵等經(jīng)過(guò)對(duì)比篩選發(fā)現(xiàn)，化肥減量30%條件下，翻耕配施秸稈腐熟劑的小麥成熟期土壤有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分含量均高于其他處理。康永亮等發(fā)現(xiàn)，施用秸稈腐熟劑處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀等均有提高；王勝娜的研究則表明，使用秸稈還田腐熟劑處理的小麥長(zhǎng)勢(shì)旺盛，公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均比常規(guī)處理的高。

當(dāng)前，不同水肥優(yōu)化管理配施腐解劑對(duì)小麥一玉米輪作體系土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的影響研究尚不充分，因此，本試驗(yàn)在秸桿全量還田條件下，以農(nóng)民常規(guī)水肥管理為對(duì)照，設(shè)置2種水肥優(yōu)化管理，研究其與腐解劑組合對(duì)小麥一玉米輪作體系土壤速效養(yǎng)分含量和作物產(chǎn)量的影響，以探索適宜管理措施，為提高資源利用率、提升作物產(chǎn)量、保障土壤肥力和推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)于2020年在山東省萊陽(yáng)市團(tuán)旺鎮(zhèn)試驗(yàn)基地（120°58'E，36°75'N）進(jìn)行。供試土壤類型為棕壤，試驗(yàn)前0～20cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量9.24g/kg、堿解氮104.76mg/kg、有效磷37.13mg/kg、速效鉀227.94mg/kg，pH值5.80。

供試小麥品種為‘煙農(nóng)24，玉米品種為‘鄭單958。供試普通化肥為‘金正大牌復(fù)合肥（N-P205-K20=15-15-15）及尿素（N46%）；緩控釋肥分別為：增效復(fù)混肥（N-P2 05-K20=22-8-10，山東糧源生物科技有限公司生產(chǎn)）、穩(wěn)定尿素（N45%，河北冀衡賽瑞化工有限公司生產(chǎn)）、液體尿素（N30%，主成分為改性尿素硝酸銨溶液）。供試秸稈腐解劑由廣州市微元生物科技有限公司生產(chǎn)，主要成分為粗纖維降解菌劑（有效活菌數(shù)≥200x108cfu/g）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以農(nóng)民常規(guī)水肥管理（漫灌+常規(guī)施肥）為對(duì)照（CK），按水肥管理及腐解處理方式設(shè)置常規(guī)水肥管理+腐解劑（CKD）、優(yōu)化水肥管理I（滴灌+緩控釋肥，SS）、優(yōu)化水肥管理I+腐解劑（SSD）、優(yōu)化水肥管理Ⅱ（水肥一體，SF）、優(yōu)化水肥管理Ⅱ+腐解劑（SFD）5個(gè)處理。對(duì)照及所有處理秸稈均全量還田，液體尿素和普通尿素分別在玉米大喇叭口期和小麥拔節(jié)期追施，液體尿素采用水肥一體方式施用，普通尿素采用田間撒施，其他肥料均在播種前一次性基施。各處理施肥種類、施肥量及腐解劑用量見表1。

小區(qū)長(zhǎng)20m、寬5m，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。玉米種植季，2020年6月28日整地，7月2日播種，10月23日收獲，采用寬窄行種植，小行距45cm，大行距80cm，株距25cm。水肥一體采用滴灌方式，1管2行，在小行距間鋪管。2020年10月27日整地，10月29日播種小麥，2021年6月20日收獲。小麥行距25cm，播種量為180kg/hm2。水肥一體采用滴灌方式，1管4行。小麥拔節(jié)期和玉米大喇叭口期進(jìn)行灌溉和追肥，每次灌水量300m3/hm2。各處理病蟲草害統(tǒng)一防治，管理措施同一般大田生產(chǎn)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1土壤速效養(yǎng)分含量測(cè)定于玉米苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期、成熟期和小麥苗期、返青期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期、成熟期分別采集0～20、20～40cm土層土壤，剔除可見礫石和作物殘茬后自然風(fēng)干，過(guò)1mm篩，用于土壤速效養(yǎng)分含量測(cè)定。土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用碳酸氫鈉法測(cè)定，速效鉀含量采用醋酸銨一火焰光度法測(cè)定。

1.3.2小麥玉米產(chǎn)量測(cè)定小麥成熟后按小區(qū)單獨(dú)進(jìn)行收割、風(fēng)干、脫粒、計(jì)產(chǎn)，并換算為公頃產(chǎn)量。玉米成熟后按小區(qū)單獨(dú)收獲計(jì)產(chǎn)，并從中隨機(jī)選取具有代表性的15個(gè)果穗裝入尼龍網(wǎng)袋，帶回實(shí)驗(yàn)室稱重、風(fēng)干、考種，計(jì)算公傾產(chǎn)量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

使用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Ori-gin 2022進(jìn)行圖表制作，采用DPS 17.05軟件LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理下玉米季土壤速效養(yǎng)分含量

2.1.1土壤堿解氮含量由圖1可知，0～20cm土層堿解氮含量高于20～40cm土層，各處理堿解氮含量在拔節(jié)期明顯降低，而后略有回升。0～20cm土層中，SSD處理在大喇叭口期、灌漿期和成熟期的堿解氮含量顯著高于相同水肥管理下的無(wú)腐解劑SS處理，分別提升26.9%、16.9%、27.9%；SFD處理在苗期、大喇叭口期、成熟期的堿解氮含量較SF處理分別提升47.4%、39.4%、19.5%。20～40cm土層中，SS處理苗期、灌漿期、成熟期的土壤堿解氦含量均高于其他處理，成熟期含量達(dá)50.6mg/kg，較CK、CKD、SSD、SF、SFD處理分別增加11.3%、37.3%、24.0%、64.4%、99.1%。綜上表明，玉米成熟期，0～20cm土層優(yōu)化水肥管理I配施腐解劑的SSD處理及CK堿解氮含量較高．20～40cm土層優(yōu)化水肥管理I未添加腐解劑的SS處理堿解氮含量較高。

2.1.2土壤有效磷含量由圖2可知，0～20cm土層有效磷含量明顯高于20～40cm土層，且SSD處理的有效磷含量多數(shù)時(shí)期高于其他處理。在0～20cm土層中，CKD處理?yè)芄?jié)期和大喇叭口期的有效磷含量較CK提高42.4%和8.1%; SSD處理在整個(gè)生育期的有效磷含量較SS處理顯著高出29.5%～97.8%：SFD處理的有效磷含量在大喇叭口期和成熟期較SF處理分別顯著高出25.6%和25.8%; SSD處理的土壤有效磷含量在吐絲期較CK、SS、SF、CKD、SFD分別高出19.8%、38.1%、51.1%、23.5%、70.2%。20～40cm土層中，SSD處理的土壤有效磷含量在整個(gè)生育期顯著高于SS處理，高出81.5%～103.9%：SFD處理則在大喇叭口期、吐絲期和灌漿期土壤有效磷含量高于SF處理，分別高出99.6%、20.3%和6.0%，其中前兩個(gè)時(shí)期差異達(dá)顯著水平。綜上表明，不同土層常規(guī)水肥處理的玉米季成熟期土壤有效磷含量均最高，20～40cm土層優(yōu)化水肥管理添加腐解劑的SSD處理土壤有效磷含量總體高于未添加處理。

2.1.3土壤速效鉀含量由圖3可知，0～20cm土層速效鉀含量明顯高于20～40cm土層。0～20cm土層中，相同水肥管理下的CKD處理在拔節(jié)期和吐絲期的土壤速效鉀含量較CK分別顯著高出35.9%和24.8%：除苗期和成熟期外，其他各生育期SSD處理土壤速效鉀含量均顯著高于SS處理，增加25.0%～62.5%；SFD處理則在苗期、拔節(jié)期和大喇叭口期的速效鉀含量顯著高于SF處理，分別高31.0%、23.7%和41.7%。20～40cm土層中，CKD處理的速效鉀含量在拔節(jié)期至灌漿期顯著高于CK，高出22.6%～53.1%；SFD處理在大喇叭口期和吐絲期速效鉀含量顯著高于其他處理，SF處理則在其余時(shí)期較高：SSD、SF處理土壤速效鉀含量的峰值出現(xiàn)在吐絲期：SFD處理峰值出現(xiàn)在大喇叭口期，吐絲期次之，含量達(dá)88.2mg/kg，比CKD、SSD處理分別顯著高出61.3%、36.3%。綜上，常規(guī)水肥管理下的玉米季成熟期0～20cm土層速效鉀含量較高，優(yōu)化水肥管理I配施秸稈腐解劑處理（SSD）和優(yōu)化水肥管理Ⅱ處理（SF）的20～40cm土層速效鉀含量較高。

2.2不同處理下小麥季土壤速效養(yǎng)分含量

2.2.1土壤堿解氮含量由圖4可知，0～20cm土層堿解氮含量明顯高于20～40cm土層。相同水肥管理下，添加腐解劑的CKD處理在苗期、返青期、灌漿期和成熟期的堿解氮含量均顯著高于CK，分別高出19.1%、6.2%、8.4%和8.2%；SSD處理則在苗期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期的堿解氮含量顯著高于SS處理，分別高110. 2%、11.1%、4.7%、17.4%。表明常規(guī)水肥和優(yōu)化水肥管理I配施腐解劑處理（CKD、SSD）的土壤堿解氮含量較高。整體上看，SSD處理在0～20cm土層堿解氮含量略高于其他處理。20～40cm土層中，CK土壤堿解氮含量略占優(yōu)勢(shì)，成熟期分別比SS、SF、CKD、SSD、SFD處理的堿解氮含量高21.2%、4.5%、18.0%、77.3%、27.9%，差異均達(dá)顯著水平。綜上表明，小麥季成熟期不同處理0～20cm土層破解氮含量差異不大（CK除外），SSD處理略好于其他處理，常規(guī)水肥管理處理與SF處理的20～40cm土層堿解氮含量較高。

2.2.2土壤有效磷含量由圖5可知，0～20cm土層有效磷含量明顯高于20～40cm土層，且兩個(gè)土層總體均為SSD處理略高。0～20cm土層，添加腐解劑的SSD處理各時(shí)期土壤有效磷含量均高于未添加的SS處理，高出7.2%～36.6%；灌漿期，SSD處理的土壤有效磷含量比CKD、SFD、SS處理分別顯著高出36.1%、62.8%、33.9%：20～40cm土層中，SSD處理土壤有效磷含量開花期到灌漿期均顯著高于其他處理，在灌漿期分別比CK、CKD、SS、SF、SFD處理高81.1%、83.2%、586.9%、129.5%和80.9%，表明此期緩控釋肥配施秸稈腐解劑處理的土壤有效磷含量較高，這與玉米季的結(jié)果一致。

2.2.3土壤速效鉀含量由圖6可知，小麥季0～20cm土層速效鉀含量明顯高于20～40cm土層，且SSD處理的土壤速效鉀含量略占優(yōu)勢(shì)。0～20cm土層中，SSD處理在整個(gè)生育期土壤速效鉀含量均顯著高于SS處理，高出11.1%～30.4%；SSD處理開花期、灌漿期的土壤速效鉀含量均高于其他處理，在灌漿期分別比CK、CKD、SS、SF、SFD處理高64.2%、53.3%、27.7%、4.5%、21.0%，除SF處理外與其他處理差異均達(dá)顯著水平。20～40cm土層中，SSD處理開花期、灌漿期土壤速效鉀含量均高于其他處理，在開花期和灌漿期較CK、CKD、SS、SF、SFD處理分別高出79.8%、33.4%、79.2%、100.0%、33.4%和43.1%、59.6%、112.8%、59.6%、6.4%，除灌漿期SFD處理外與其他處理差異均達(dá)顯著水平。表明此期緩控釋肥配施秸稈腐解劑處理（SSD）下的小麥季土壤速效鉀含量較高。

2.3不同管理措施對(duì)玉米、小麥產(chǎn)量的影響

由圖7A可知，CKD處理玉米產(chǎn)量最高，為10.0t/hm2，其次為SFD、SF處理，較CK分別增產(chǎn)16.3%、11.6%、9.3%。添加腐解劑的CKD、SSD、SFD處理的玉米產(chǎn)量均高于相同水肥管理下未添加腐解劑的處理，且CKD處理與CK間差異顯著；添加腐解劑條件下，CKD處理較SSD和SFD處理顯著增產(chǎn)13.6%和4.2%。以上結(jié)果表明添加腐解劑和優(yōu)化水肥管理均可提升玉米產(chǎn)量，以常規(guī)水肥管理配施秸稈腐解劑效果較佳。

由圖7B可知，不同處理下，以SFD處理小麥產(chǎn)量最高，達(dá)8.6t/hm2，其次為SS、SF處理，其中，SFD、SS、SF、CKD、SSD較CK分別顯著增產(chǎn)19.1%．18.1%、15.3%、11.1%、9.7%，表明水肥優(yōu)化和腐解劑皆能提高小麥產(chǎn)量。除SSD和SS處理外，添加腐解劑的CKD和SFD處理分別比CK和SF處理增產(chǎn)11.1%和3.6%，差異顯著。表明配施腐解劑可提高常規(guī)水肥和水肥一體管理下的小麥產(chǎn)量：在相同秸稈還田條件下，SFD處理小麥產(chǎn)量分別比CKD和SSD處理高1.4%和7.0%，且與SSD處理差異達(dá)到顯著水平，表明水肥一體配施秸稈腐解劑更有利于小麥增產(chǎn)。

2.4土壤養(yǎng)分與玉米、小麥產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由Pearson相關(guān)分析結(jié)果可以看出，玉米產(chǎn)量與撥節(jié)期和吐絲期土壤養(yǎng)分含量均無(wú)顯著相關(guān)性，但與苗期0～20cm土層和成熟期20～40cm土層堿解氮及有效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與大喇叭口期20～40cm土層和灌漿期0～20cm土層速效鉀含呈顯著正相關(guān)（表2）。

小麥產(chǎn)量與苗期、開花期以及成熟期的土壤養(yǎng)分均無(wú)顯著相關(guān)性，但與返青期0～20cm土層堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，而與返青期20～40cm土層堿解氮和速效鉀、拔節(jié)期0～20cm土層速效鉀以及灌漿期0～20cm土層有效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)（表3）。

3討論

土壤養(yǎng)分是由土壤提供的植物生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)于作物生產(chǎn)具有重要意義。水肥管理配施腐解劑會(huì)影響土壤養(yǎng)分含量。邱燕等研究發(fā)現(xiàn)，與秸稈直接還田相比，施用腐解劑能活化土壤中的磷、鉀，從而提高其含量；朱敏等發(fā)現(xiàn)施用秸稈腐熟劑可有效提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀等的含量，改善土壤理化性質(zhì)。本研究也發(fā)現(xiàn)，水肥優(yōu)化管理配施秸稈腐解劑有利于提高玉米季0～40cm土層速效氮、磷、鉀含量，但各處理對(duì)小麥季速效鉀含量的影響不盡相同：李春杰等研究發(fā)現(xiàn)，施用秸稈腐熟劑能顯著增加土壤速效鉀含量，但對(duì)其他土壤養(yǎng)分含量均無(wú)顯著影響。不同研究可能受不同地域環(huán)境氣候、腐熟時(shí)間及不同土質(zhì)等因素影響而產(chǎn)生不同結(jié)果，但總體來(lái)說(shuō)秸稈還田后施用腐熟劑能有效改善土壤肥力，對(duì)土壤理化性狀具有有益影響。

不同水肥管理對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量的影響也各不相同。本研究發(fā)現(xiàn)，添加腐解劑能有效促進(jìn)常規(guī)水肥和水肥一體管理下的小麥產(chǎn)量，但只對(duì)常規(guī)水肥管理下的玉米增產(chǎn)顯著：王承等的研究也表明，相同施氮水平下，秸稈還田配施秸稈腐熟劑能有效縮短夏玉米生長(zhǎng)周期，有利于提高其產(chǎn)量。這可能是因?yàn)榻斩捀靹┛梢允雇寥揽焖籴尫抛魑锼枰挠袡C(jī)質(zhì)及氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素，更有效地發(fā)揮秸稈還田的肥效作用：此外施用秸稈腐熟劑也可以增加農(nóng)作物根系生物量及酶活性，減輕和防止大量秸稈還田對(duì)作物生產(chǎn)產(chǎn)生的不利影響，促進(jìn)作物增產(chǎn)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)水肥管理相比，水肥優(yōu)化對(duì)提升作物產(chǎn)量有積極作用，其中，水肥一體管理能顯著提高小麥和玉米產(chǎn)量，緩控釋肥只對(duì)小麥增產(chǎn)效果顯著。王明英在陜西渭北地區(qū)的研究也表明，優(yōu)化水肥管理較農(nóng)民常規(guī)管理措施可顯著提高小麥產(chǎn)量。孟謠等的研究也表明，與常規(guī)施用氮磷鉀肥相比，水肥一體和緩控釋肥在減肥節(jié)水條件下，均能有效提升小麥和玉米產(chǎn)量，且對(duì)小麥的影響效果優(yōu)于玉米。一方面，水肥一體影響肥料在土壤中的分布，將肥料施于根區(qū)，可減少養(yǎng)分和水分流失，有效提高肥料利用率，水肥一體還能不同程度提高作物根系活力，增加植株干物質(zhì)積累，從而達(dá)到增產(chǎn)效果；另一方面，與常規(guī)肥相比，基施緩控釋氮肥有利于氮素后移，滿足作物生長(zhǎng)后期氮素需求，提高氮肥利用率，從而提升作物產(chǎn)量。

4結(jié)論

綜上，相同水肥管理下，配施腐解劑有助于維持土壤速效養(yǎng)分含量，對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量有積極影響。玉米季，以滴灌+緩控釋肥和水肥一體配施腐解劑、小麥季以滴灌+緩控釋肥施腐解劑土壤速效養(yǎng)分含量較高，常規(guī)水肥管理配施腐解劑的玉米產(chǎn)量和水肥一體管理配施腐解劑的小麥產(chǎn)量較高。