引用本文
萨如拉, 杨恒山, 高聚林, 范富, 张瑞富, 刘晶, 吴帅. 玉米秸秆还田模式对土壤肥力和玉米产量的影响[J]. 浙江农业学报, 2018,30(2): 268-274.
SA Rula, YANG Hengshan, GAO Julin, FAN Fu, ZHANG Ruifu, LIU Jing, WU Shuai. Effects of maize straw returning modes on soil fertility and maize yield[J]. ACTA AGRICULTURAE ZHEJIANGENSIS, 2018,30(2): 268-274.  
doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2018.02.13
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玉米秸秆还田模式对土壤肥力和玉米产量的影响
萨如拉1, 杨恒山1,*, 高聚林2, 范富1, 张瑞富1, 刘晶1, 吴帅1
1. 内蒙古民族大学 农学院,内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心,内蒙古 通辽 028000
2. 内蒙古农业大学 农学院,内蒙古 呼和浩特 010018
*通信作者,杨恒山,E-mail:yanghengshan2003@aliyun.com

作者简介:萨如拉(1982—),女,内蒙古通辽人,博士,讲师,主要从事农业资源高效利用方面的研究。E-mail:sarula21@sohu.com

收稿日期: 2017-06-29
基金资助: 国家科技支撑计划(2013BAD07B04); 内蒙古民族大学博士科研启动基金(BS329)
摘要

为探讨西辽河平原灌区玉米秸秆还田适宜模式,于2016年在连作玉米田设深翻秸秆还田(DR)、旋耕秸秆还田(RR)、深翻秸秆还田施用腐熟剂(DR+D)和旋耕秸秆还田施用腐熟剂(RR+D)4个处理,以旋耕不还田(CK)为对照,研究不同还田模式对土壤速效养分、土壤酶活性和玉米产量的影响。结果表明:RR+D和RR分别较CK增产24.56%和28.00%,DR和DR+D产量与CK无显著差异。RR+D处理显著( P<0.05)提高了表层(0~10 cm)土壤碱解氮含量(增幅94.56%),其他处理表层土壤速效养分含量与CK无显著差异。各秸秆还田处理可不同程度提高不同土层土壤酶的活性。综合来看,该地区以旋耕秸秆还田施用腐熟剂模式的效果较好。

关键词: 秸秆还田; 腐熟剂; 产量; 土壤速效养分; 土壤酶活性
中图分类号:S141.9 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2018)02-0268-07
Effects of maize straw returning modes on soil fertility and maize yield
SA Rula1, YANG Hengshan1,*, GAO Julin2, FAN Fu1, ZHANG Ruifu1, LIU Jing1, WU Shuai1
1. College of Agronomy, Inner Mongolia University for the Nationalities, Inner Mongolia Engineering Research Center of Forage Crop, Tongliao 028000, China
2. Agricultural College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China
Abstract

In order to explore the suitable mode of maize straw returning in west Liaohe Plain, 4 modes, i.e. deep plowing with straw returning (DR) , rotary tillage with straw returning (RR), applying decomposing agent+deep plowing with straw returning (DR+D) and applying decomposing agent+rotary tillage with straw returning (RR+D) were proposed. By taking rotary tillage without straw returning (CK) as control, effects of 4 modes on soill available nutrients, soil enzyme activity and maize yield were compared in 2016. It was shown that RR+D and RR increased maize yield by 24.56% and 28.00%, respectively, as compared to CK, yet there was no significant difference within the yield of DR, DR+D and CK. RR+D significantly ( P<0.05) increased the alkaline nitrogen content in 0-10 cm soil layer by 94.56% than CK, while the other treatments showed no significant difference in soil available nutrients contents. All 4 maize straw returning modes could increase soil enzymes activities in different soil depth by varied degrees. On the whole, applying decomposing agent+rotary tillage with straw returning was the optimum mode in the study area.

Keyword: straw returning; decomposing agent; yield; soil available nutrient; soil enzyme activity

西辽河平原是内蒙古自治区最大的玉米生产基地, 井灌条件良好, 玉米种植面积稳定在9.0× 105 hm2, 但多年玉米连作导致地力下降、养分偏耗, 成为阻碍玉米持续高产的关键问题。国内外学者研究证实, 秸秆还田具有培肥地力[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]、增产[13, 14, 15, 16, 17, 18]、改善作物品质[19]的效果。近年来, 随着机械化水平的提高, 西辽河平原灌区逐步推广秸秆还田, 但由于该区域低温持续时间较长, 秸秆腐解慢, 还田效果差。添加秸秆腐熟剂是加速秸秆腐解的重要措施之一。本文在3 a玉米秸秆隔年还田定位试验基础上, 研究玉米秸秆还田施用腐熟剂对土壤速效养分、土壤酶活性和玉米产量的影响, 揭示玉米秸秆还田效应, 为鉴选该地区适宜的秸秆还田方式提供参考。

1 材料与方法
1.1 研究区概况

试验于2016年在内蒙古西辽河平原进行(43° 36'N, 122° 22'E, 海拔178 m)。试验区年均气温6.8 ℃, ≥ 10 ℃活动积温3 200 ℃, 年均降水量385 mm, 生长季内降水量约为340 mm。试验田具有井灌条件, 土壤为灰色草甸土, 为当地主要土壤类型。

1.2 试验设计

设计4个处理:深翻秸秆还田施用腐熟剂(DR+D)、旋耕秸秆还田施用腐熟剂(RR+D)、深翻秸秆还田(DR)和旋耕秸秆还田(RR)。另设旋耕不还田(CK)为对照。试验用腐熟剂为沃宝秸秆腐熟剂, 主要成分为分解纤维素、木质素的芽孢杆菌、霉菌等有益菌株, 有益菌含量≥ 0.5× 108 g-1。秸秆还田方式为春播前将玉米秸秆粉碎至3~4 cm, 全量还田。旋耕采用旋耕机作业, 作业深度15 cm; 深翻方式为人工深翻, 深度30 cm。

2014年春播前进行秸秆还田, 2015年各处理均旋耕灭茬、基施化肥, 2016年春播前进行秸秆还田。玉米关键时期各处理取15点按S型将土壤依0~10、10~20、20~30 cm分层取样, 每层样品混合均匀后, 按四分法取部分土样装入无菌袋, 4 ℃冰箱内保存备用。3 a供试品种均为郑单958, 种植密度7.5万株· hm-2。基施磷酸二铵225 kg· hm-2、硫酸钾90 kg· hm-2, 拔节期一次追施尿素375 kg· hm-2, 生育期间灌水3~4次, 小区面积72 m2, 3次重复。收获期机械收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量及产量构成因素

收获时各小区测产面积60 m2, 调查样方内有效穗数, 取样人工脱粒测定籽粒含水率, 折算出14%含水率下的产量。同时, 各处理均取样10穗, 调查穗粒数, 测定千粒重。

1.3.2 土壤速效养分和土壤酶活性测定

于播种期、大喇叭口期和吐丝期取0~10、10~20、20~30 cm层土壤, 同层混匀, 四分法取足量阴干, 过1 mm筛孔备用。分别采用碱解扩散法、钼锑抗比色法和火焰光度法测定碱解氮、速效磷、速效钾含量。分别采用3, 5-二硝基水杨酸比色法、苯酚钠-次氯酸钠比色法、高锰酸钾滴定法、3, 5-二硝基水杨酸比色法、磷酸苯二钠比色法测定土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维素酶、磷酸酶活性。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0进行数据整理和统计分析。

2 结果与分析
2.1 对春玉米产量及产量构成因素的影响

由表1可知, 秸秆还田的4个处理间玉米产量无显著差异, 其中, 以RR和RR+D处理的玉米产量最高, 且显著(P< 0.05)高于CK, 分别较CK提高28.00%和24.56%, DR、DR+D与CK处理的玉米产量无显著差异。从产量构成因素来看, 各处理千粒重、有效穗数均无显著差异。RR处理的穗粒数显著(P< 0.05)高于CK, 但其他处理间差异不显著。由此可见, 各处理的产量差异可能主要缘于穗粒数。

表1 不同处理对春玉米产量及其构成因素的影响 Table 1 Effects of different treatments on spring maize yield and its component factors
2.2 对土壤速效养分的影响

从表2可知, 0~10 cm土层中仅有RR+D显著(P< 0.05)增加了土壤碱解氮含量, 其他处理与CK无显著差异。在10~20、20~30 cm土层, 各处理碱解氮含量无显著差异。各处理3个土层的土壤速效钾含量均无显著差异。各还田处理3个土层的土壤速效磷含量与CK相比均无显著差异, 但在20~30 cm土层, RR+D处理的土壤速效磷含量显著(P< 0.05)高于RR。

表2 不同处理对土壤速效养分的影响 Table 2 Effects of different treatments on soil available nutrients
2.3 对土壤酶活性的影响

2.3.1 土壤脲酶

土壤脲酶活性一定程度上可反映土壤供氮能力。在0~10 cm土层:大喇叭口期各处理的脲酶活性以RR+D最高, DR+D次之, 且两者均显著(P< 0.05)高于CK, 而其他处理间无显著差异; 吐丝期各处理的脲酶活性以RR最高, RR+D次之, 且两者均显著(P< 0.05)高于CK, 而其他处理间无显著差异(表3)。在10~20 cm土层:大喇叭口期各处理的脲酶活性以RR+D最高, DR+D次之, 且两者均显著(P< 0.05)高于CK, 而其他处理间无显著差异; 吐丝期各处理的脲酶活性以RR+D最高, DR+D和DR次之, 且三者均显著(P< 0.05)高于CK, 而RR与CK处理间无显著差异。在20~30 cm土层:大喇叭口期各处理的脲酶活性以RR+D最高, DR+D次之, 所有处理的脲酶活性均显著(P< 0.05)高于CK; 吐丝期各处理的脲酶活性同样以RR+D最高, 且所有处理的脲酶活性均显著(P< 0.05)高于CK。

表3 不同处理的土壤脲酶活性 Table 3 Soil urease activity under different treatments mg· g-1· 24 h-1

2.3.2 土壤过氧化氢酶

从表4可知, 0~10 cm土层中:DR+D处理大喇叭口期和吐丝期的过氧化氢酶活性均最高, 且显著(P< 0.05)高于其他处理, 其他处理间无显著差异。10~20 cm土层中:大喇叭口期RR+D处理过氧化氢酶活性最高, 且显著(P< 0.05)高于其他处理, 其他处理间无显著差异; 吐丝期DR+D过氧化氢酶活性最大, RR处理次之, 两者无显著差异, 且均显著(P< 0.05)高于其他处理。20~30 cm土层中:大喇叭口期RR处理的土壤过氧化氢酶活性最高, 且显著(P< 0.05)高于其他处理, 其他处理间无显著差异; 吐丝期RR+D处理的过氧化氢酶活性最高, 且显著(P< 0.05)高于其他处理, 其他3个秸秆还田处理的土壤过氧化氢酶活性无显著差异, 但均显著(P< 0.05)高于CK。

表4 不同处理的土壤过氧化氢酶活性 Table 4 Soil catalase activity under different treatments mL· g-1

2.3.3 土壤蔗糖酶

从表5可知, 0~10 cm土层中, 大喇叭口期各处理的蔗糖酶活性无显著差异, 吐丝期各秸秆还田处理的蔗糖酶活性均显著(P< 0.05)高于CK, 且采用深翻还田处理(DR和DR+D)的显著(P< 0.05)高于采用旋耕还田处理(RR和RR+D)。10~20 cm土层中:大喇叭口期DR+D处理的土壤蔗糖酶活性最高, 其次为RR+D, 且两者均显著(P< 0.05)高于CK, 其余处理间无显著差异; 吐丝期各秸秆还田处理的蔗糖酶活性均显著(P< 0.05)高于CK, 且施用腐熟剂处理(DR+D、RR+D)的显著(P< 0.05)高于不施用腐熟剂的处理(DR、RR)。20~30 cm土层中, 各处理大喇叭口期蔗糖酶活性无显著差异, 吐丝期以DR+D处理最高, 且显著(P< 0.05)高于其他处理, 除RR+D与CK无显著差异外, 其他处理均显著(P< 0.05)高于CK。

表5 不同处理的土壤蔗糖酶活性 Table 5 Soil sucrose activity under different treatments mg· g-1· 24 h-1

2.3.4 土壤纤维素酶

从表6可知, 0~10 cm土层中:大喇叭口期纤维素酶活性以DR+D和RR+D最高, 二者无显著差异, 且均显著(P< 0.05)高于其他处理, RR处理显著(P< 0.05)高于CK, 而DR处理显著(P< 0.05)低于CK; 吐丝期纤维素酶活性以RR+D处理最高, 显著(P< 0.05)高于其他处理, DR+D和RR处理次之, 均显著(P< 0.05)高于CK, DR与CK无显著差异。10~20 cm土层中:大喇叭口期纤维素酶活性为RR+D> DR+D> RR> DR> CK, 各处理差异显著(P< 0.05); 吐丝期纤维素酶活性DR+D与RR+D、DR间无显著差异, 均显著(P< 0.05)高于RR, RR显著(P< 0.05)高于CK。20~30 cm土层中:大喇叭口期纤维素酶活性以DR最高, 显著(P< 0.05)高于其他处理, DR+D次之, 亦显著(P< 0.05)高于其他处理, 其他处理间无显著差异; 吐丝期各秸秆还田处理的纤维素酶活性均显著(P< 0.05)高于CK, 4个秸秆还田处理中, 以DR处理最高, 显著(P< 0.05)高于其他处理, DR+D和RR+D次之, RR最低, 显著(P< 0.05)低于其他3个处理。

表6 不同处理的土壤纤维素酶活性 Table 6 Soil cellulase activity under different treatments mg· g-1· 72 h-1

2.3.5 土壤碱性磷酸酶

从表7可知, 0~10 cm土层中:大喇叭口期和吐丝期碱性磷酸酶活性以RR最高, DR和RR+D次之, 均显著(P< 0.05)高于CK, DR+D和CK无显著差异。10~20 cm土层中:大喇叭口期DR、RR和DR+D的碱性磷酸酶活性显著(P< 0.05)高于CK; 吐丝期各秸秆还田处理的碱性磷酸酶活性均显著(P< 0.05)高于CK, 且以DR+D最高。20~30 cm土层中:大喇叭口期碱性磷酸酶活性以DR+D最高, 其次为DR和RR, 且均显著(P< 0.05)高于其他处理, RR+D和CK之间无显著差异; 吐丝期各秸秆还田处理的碱性磷酸酶活性均显著(P< 0.05)高于CK, 且施用腐熟剂的处理(DR+D和RR+D)显著(P< 0.05)高于不施用腐熟剂的处理(DR和RR)。

表7 不同处理的土壤碱性磷酸酶活性 Table 7 Soil alkaline phosphatase activity under different treatments mg· g-1· 24 h-1
3 讨论

本研究发现, 秸秆旋耕还田施用腐熟剂能显著提高表层土壤碱解氮含量, 无论是否施用腐熟剂, 秸秆旋耕还田均能显著提高玉米产量, 且能不同程度地提高0~30 cm土层土壤酶活性。考虑到对土壤的培肥效应, 秸秆旋耕还田施用腐熟剂是适宜在当地推广的秸秆还田模式。

在本研究中, 秸秆深翻还田、秸秆旋耕还田、秸秆深翻还田施用腐熟剂、秸秆旋耕还田施用腐熟剂均能不同程度地提高土壤中脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、纤维素酶和碱性磷酸酶活性, 这与前人[5, 7, 20]研究结果相同。李春霞等[20]的研究发现, 秸秆不还田深翻、秸秆还田深翻、秸秆还田旋耕处理下过氧化氢酶活性并无显著差异, 与本研究中结果不同。这可能与土壤类型、肥料种类、施肥量, 以及土壤中的C含量等有关。

秸秆旋耕还田施用腐熟剂能提高连作玉米田表层土壤碱解氮含量, 这与李国阳等[13]、农传江等[14]和李纯燕等[15]的研究结果一致, 但在杨振兴等[8]的研究中, 施用腐熟剂还田对土壤养分提高不显著。李春杰等[4]的研究发现, 秸秆还田对土壤碱解氮含量无明显影响, 但能提升土壤速效钾含量; 然而, 本研究中不同秸秆还田模式对土壤速效钾、速效磷含量均无明显作用。董玉良等[9]研究结果也表明, 秸秆还田只能减缓土壤溶液钾的降低, 若要提高玉米产量, 仍需增施化学钾肥才能维持土壤溶液钾的平衡。

本研究中秸秆旋耕还田和秸秆旋耕还田施用腐熟剂均能提高玉米产量, 这与胡诚等[10]、农传江等[14]、冷麟良[16]的研究结果一致。秸秆还田后良好的水热环境使作物在抽穗开花期生长迅速[21, 22], 秸秆还田在减缓表层土壤水分蒸发的同时, 能够减缓表层土壤温度的剧烈变化[23]。此外, 秸秆腐熟剂能够提高土壤中微生物数量, 促进秸秆较快腐解, 提高土壤酶活性, 从而提高秸秆氮素转化效率和有效性[2], 提高肥料利用效率[12], 最终提高玉米产量。

(责任编辑 高 峻)

The authors have declared that no competing interests exist.

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