秸秆速腐还田条件下氮肥用量对小麦幼苗生长的影响

施凯峰　孙光佑　李超　朱新开　盛海君

摘要：秸秆还田是生态、低耗、持续的农业生产方式，缩短秸秆还田腐熟时间，有利于培育壮苗。设置不同氮肥用量的盆栽试验，研究微生物速腐秸秆还田条件下氮肥用量对小麦出苗及幼苗生长的影响。结果表明，秸秆速腐还田可以显著改善土壤的理化性质，提高土壤氮、钾养分含量。随着氮肥施用量的增加，小麦幼苗生物量及叶绿素含量，小麦植株中的氮、磷、钾含量等也随之提高。

关键词：秸秆速腐还田；氮肥；小麦；幼苗；生物菌肥

中图分类号： S512.106 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0094-03

秸秆还田作为1种低耗、持续的农业生产方式，已成为世界各国农业的共同发展趋势[1-3]。秸秆还田有利于改良土壤理化性状、提升土壤肥力[4-5]。然而秸秆还田技术在推广过程中存在不少障碍[6-7]。刘丽华等调查表明，近年来江苏省秸秆还田比例均较低，田间焚烧现象十分严重[8]。秸秆焚烧不仅浪费生物质资源[9]，而且污染环境、影响交通[10-18]。近年来，各地政府相继制定了促进秸秆综合利用、禁止田间焚烧秸秆的相关政策措施，但实施效果并不理想。刘娣等认为，秸秆还田技术是改善农田生态环境的有效手段[6]。徐国伟等认为，秸秆还田改善了土壤的水、肥、气、热状况，生态效应、生物效应显著，有利于小麦生长发育，小麦增产效果显著[19]。陈尚洪等研究结果表明，秸秆覆盖量越多，作物增产效果越明显[20]。季陆鹰等研究认为，水稻秸秆还田可以显著提高小麦产量，以半量秸秆还田处理下小麦产量最高[21]。江晓东等认为，1～2年内秸秆还田对小麦、玉米增产效果不显著[22]。Paul等研粉表明，一年高留茬还田处理下冬小麦减产13%，春小麦减产5%[23]。李录久等研究认为，施用未经处理的秸秆对当季小麦产量影响不大，小麦略有减产；施用秸秆速腐剂后，小麦产量高于对照处理[24]。由于秸秆腐熟过程中会消耗氮素，施肥不足会影响幼苗对氮素的吸收，造成幼苗弱小、发黄。本试验采用微生物菌剂对秸秆进行速腐，研究秸秆速腐还田条件下氮肥用量对小麦出苗及幼苗生长的影响，旨在为推广秸秆速腐还田技术提供理论依据。

1 材料与方法

试验于2013年11月至2014年3月在扬州大学环境科学与工程学院人工气候室进行。

1.1 材料

供试土壤取自扬州大学农学院小麦试验田。土壤基本理化性质：有机质含量18.4 g/kg，铵态氮含量3.51 mg/mg，速效磷含量77.0 mg/kg，速效钾含量155 mg/kg。试验前把土壤磨细过筛（目的是使土壤混合均匀），将水稻秸秆（有机碳含量为39.2 %）磨成粉状。秸秆速腐剂为南京宁粮生物工程有限公司出品的有机物料腐熟剂（有效活菌数0.5亿个/g）。盆钵为塑料盆，容量约5 kg，有孔。供试小麦品种为扬麦15。

1.2 试验设计

采用氮肥用量单因素试验，设4个氮肥处理：N1（225 kg/hm2）、 N2（337.5 kg/hm2）、N3（405 kg/hm2），折算为每盆分别施尿素1.09、1.62、1.96 g，以不施氮处理作为对照（CK）。每盆装土5 kg，秸秆用量9 000 kg/hm2，折算为每盆施秸秆20 g。施磷量（P2O5）135 kg/hm2，折算为每盆施过磷酸钙0.820 g，不施钾。2013年11月14日将秸秆（已提前1 d拌入快腐菌剂，以促进秸秆快速分解）、尿素（氮肥）、过磷酸钙（磷肥）分别与土壤混匀装盆，保持土壤含水量为25%～30%，25 ℃下连续培养15 d，每处理5盆，重复3次。12月2日播种，每盆播18粒种子。出苗后间苗，每盆留苗12株。

1.3 方法

培养结束后取土样测定土壤理化性质，土壤有机质及速效氮、磷、钾含量。12月30日取小麦幼苗测定生物量、根系特征参数等指标。2014年3月6日小麦分蘖期取样测定小麦生物量、叶绿素含量、全氮含量、磷含量、钾含量等指标。

1.3.1 土壤理化性质 采用环刀法测定土壤密度，使20目风干土壤充满一定容积的环刀，称量后计算单位体积的烘干土质量。采用称质量法测定土壤最大持水量，将环刀充满土，在环刀下垫1张滤纸，用皮筋固定，放在盘子里，给盘中倒水，没过滤纸即可，隔天将环刀中的土壤取出，称量后计算单位质量烘干土的最大持水量。采用重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤有机质含量。采用2 mol/L KCl浸提、靛酚蓝比色法测定土壤铵态氮含量。采用0.5 mol/L NaHCO3浸提、钼蓝比色法测定土壤速效磷含量。采用1.0 mol/L NH4OAc浸提、火焰分光光度法测定土壤速效钾含量。

1.3.2 小麦根系参数分析 用流水冲洗小麦根系，采用数字化扫描仪将全部根系图像扫描存入计算机，采用与扫描仪配套的WinRHIZO根系分析系统（winRHIZO regent instruments，Canada）进行分析，测定小麦根长、根表面积、根体积、根尖数、根平均直径等指标。

1.3.3 小麦生物量 采用称质量法测定小麦地上部、地下部生物量。

1.3.4 叶绿素含量 将小麦叶片剪碎后放入比色管中，用95%乙醇浸泡，采用分光度法测定小麦叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量。

1.3.5 小麦地上部氮、磷、钾含量测定 用硫酸-双氧水消煮小麦地上部，采用淀酚蓝比色法测定全氮含量，采用钼蓝比色法测定全磷含量，采用火焰光度法测定全钾含量，采用水杨酸法测定硝酸盐含量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2003软件对数据进行处理，采用SPSS 19.0软件对数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 秸秆速腐还田条件下不同氮肥施用量对土壤理化性质的影响

由表1可知，不同处理对土壤理化性质影响不同，表现为随着氮肥施用量的增加，土壤密度降低，土壤疏松性增强，说明土壤的保水保肥性能变好。土壤最大持水量也随着氮肥施用量的增加而增加，说明土壤蓄水能力变强，调节降水的初渗量也增大。施氮量对土壤有机质含量影响较小，不同氮肥施用量处理下土壤有机质含量差异不显著；土壤硝态氮含量随着施氮量的增加极显著提高；土壤铵态氮含量随着施氮量的增加明显增加；土壤速效磷含量随着施氮量的增加极显著增加；土壤速效钾含量随着施氮量的增加明显增加。

2.2 秸秆速腐还田条件下施氮量对小麦出苗及幼苗生长的影响

2.2.1 对小麦出苗及幼苗生物量的影响 由表2可知，随着氮肥施入量的增加，小麦根质量降低，地上部质量却极显著增加。这是因为当土壤的养分供应不足或较低时，小麦的根系需要衍生出更多的细根来吸收养分。3月7日，小麦地上部质量随着施氮量的增加而极显著增加（表2、图1）。

2.2.2 对小麦幼苗根系特征参数的影响 由表3可知，小麦根尖数随着施氮量的增加而减少，但差异不显著。原因在于当土壤中的养分含量减少时，小麦的根系需要衍生出更多的次生根来吸收养分。施氮量对小麦根长的影响并不显著。施氮量越多，小麦根表面积、根体积、平均根直径都随之增大。不同施氮量下小麦根体积、平均根直径与对照相比差异极显著，说明增加施氮量对小麦根系发生影响不大，但能促进小麦根系的发育，小麦吸收水分、养分的能力也增强。

不同直径内的小麦根长分布如表4所示，4个处理中直径处于>0.11～0.22 mm（细根）范围内的根长所占总体的比例最大，分别所占总量的37.8%、31.6 %、29.9%、28.0%。氮肥施用量不足的处理中，小麦会产生更多的细根，随着氮肥施用量的增加，小麦粗根比例开始上升。

2.2.3 对小麦幼苗叶绿素含量的影响 叶绿素是植物进行光合作用的色素，其含量高低在一定程度上可以反映植物光合作用水平。由表5可知，氮肥施用量越多，小麦幼苗叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量越高。

2.2.4 对小麦N、P、K养分含量的影响 由表6可知，N1、N2、N3处理下小麦地上部植株氮含量分别比对照提高 0.2%、10.6%、32.1%；全磷含量与对照相比分别提高了 8.6%、11.4%、20.6%；全钾含量与对照相比分别提高了1.3%、4.6%、19.7%，但差异并不显著。

3 结论与讨论

秸秆还田后分解过程需要耗氮，在一定程度上会造成土壤氮的“相对缺乏”，需要在小麦播种时适量补充氮肥，如氮肥施用量不足，会显著影响小麦根系、植株生长。小麦越冬始期植株总质量与不施肥处理相比差异不显著，不能实现壮苗，至拔节期小麦幼苗植株鲜质量与对照差异极显著。本试验条件下，N1、CK处理下小麦根尖数高于N2、N3处理，以CK最高。因此，秸秆还田条件下小麦基肥氮肥施用量宜适量增加。本试验条件下，N2、N3处理下植株生长状况较好，但施氮量具体追加多少需在大田试验条件下明确。小麦拔节期植株体内氮、磷含量在低施氮量条件下略升高但差异不显著，钾含量基本无变化；高施氮量条件下小麦植株体内氮、磷含量明显升高，钾含量上升但差异不显著，说明秸秆还田后肥料的配比方式需要根据实际需求合理调整，以满足小麦对养分的需求。

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