秸秆还田配施不同用量有机物料腐熟剂对水稻产量、土壤性质的影响

肖承泽 于 建 宋以玲 陈士更 丁方军 ，3*

1 山东农大肥业科技有限公司 泰安 271600

2 山东省腐植酸高效利用工程技术研究中心 泰安 271600

3 山东农业大学资源与环境学院 泰安 271018

我国是粮食生产大国，因此，每年可生产秸秆10亿吨左右，约占全世界秸秆总量的20%～30%[1]。秸秆中富含碳、氮、磷、钾及多种中微量元素，是农业生产中重要的营养源，秸秆还田后，可将作物从土壤中吸收的部分养分归还土壤[2]。然而，据统计，每年有将近20%的秸秆资源被焚烧和随意丢弃，剩余80%的秸秆中大部分用于生活能源、直接还田和饲料等粗放处理，用作工业原料、发展生物质能等精细处理方式的秸秆不足15%[3，4]。而秸秆的不当处理既浪费了大量营养元素，又破坏了农业生态和农村生活环境[5]。随着环保的加强，国家开始禁止露天焚烧秸秆，大力推行秸秆还田政策，以减少化肥投入量，贯彻落实化肥零增长政策[6]。

目前，我国小麦秸秆还田方式主要为直接还田，但秸秆直接还田后不能快速分解腐烂，使土壤变得过松，大孔隙过多，土壤与种子不能紧密接触，影响种子发芽、生根等[7]。其次，作物在生长过程中累积了大量的病原微生物，这些病原体在秸秆直接还田时留在土壤里无法杀死，极易造成下一茬作物病害的发生[8]。针对上述问题，以土壤微生物生态调控为理论依据，以解决秸秆直接还田时快速腐熟和抑制病原微生物为目标，生产作物秸秆直接还田的专用有机物料腐熟剂，对促进秸秆资源的充分利用、农田地力培育和环境保护具有重大现实意义[9]。已有研究表明有机物料腐熟剂不但能加速秸秆等有机废弃物腐熟，还能促进土壤中有机质、氮、磷、钾等营养元素转化为作物易吸收的形态，同时加速土壤中有益微生物的生长繁殖，减轻有害病原菌的侵染，提高作物抗逆性[10，11]。李国媛[12]通过DGGE（变性梯度凝胶电泳）法研究了有机物料腐熟剂加快秸秆腐熟过程微生物变化情况，用发芽率试验验证了加入有机物料腐熟剂后，秸秆腐熟阶段产生的有毒物质对发芽率几乎无影响。

为了贯彻国家双减政策和秸秆还田政策顺利推行，本试验以腐植酸控释掺混肥为基肥，探究了小麦秸秆还田配施有机物料腐熟剂对水稻产量、经济效益及土壤生物学性状的影响，为小麦秸秆综合利用和肥料利用率的提高提供参考借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2016年7月1日—10月22日在山东临沂郯城进行，土壤为棕壤土，基本理化性状：碱解氮80.38 mg/kg，有机质25.35 g/kg，全氮3.91 g/kg，有效磷50.89 mg/kg，速效钾132.52 mg/kg。

1.2 试验材料

1.2.1 供试作物

水稻，品种为“镇稻99”。

1.2.2 供试肥料

腐植酸控释掺混肥（N∶P2O5∶K2O=27∶8∶10，总腐植酸含量≥3%）；有机物料腐熟剂（枯草芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、米曲霉和酵母菌，有效活菌数≥2亿/克，总腐植酸含量≥3%）。以上均来源于山东农大肥业科技有限公司。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，共设4个处理，每个处理3次重复，每个小区面积60 m2，用田埂进行分隔。4个处理分别为CK：腐植酸控释掺混肥75 kg/667 m2；T1：腐植酸控释掺混肥75 kg/667 m2＋有机物料腐熟剂2 kg/667 m2；T2：腐植酸控释掺混肥75 kg/667 m2＋有机物料腐熟剂4 kg/667 m2；T3：腐植酸控释掺混肥75 kg/667 m2＋有机物料腐熟剂6 kg/667 m2。将小麦的秸秆粉碎后均匀撒在土壤表面，采用机械联合深松整地，翻地深度为40 cm，然后翻耕，整平，待种植。种植前，将腐植酸控释掺混肥和有机物料腐熟剂充分混合，均匀撒施在每个小区，对照仅撒施腐植酸控释掺混肥。2016年7月1日，人工插秧种植，各处理生长期间栽培管理一致，10月22日收获。

1.4 测定方法

各小区单打单晒，测定产量。各小区于水稻收获后，按“S”形取样法取0～20 cm耕层土壤。微生物数量测定[13]：采用平板菌落计数法测根际土壤细菌数、真菌数和放线菌数。土壤营养成分含量测定[14]分别如下，土壤有机质：采用重铬酸钾容量法；全氮：采用凯氏定氮法；碱解氮：采用碱解扩散法；速效磷：采用碳酸氢钠浸提——钼锑抗比色法；有效钾：采用乙酸铵浸提——火焰光度计法。土壤酶活性的测定[15]如下，脲酶：采用苯酚-次氯酸钠比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的质量（mg）表示；过氧化氢酶：采用滴定法，其活性用24 h后1 g土壤在37 ℃时消耗0.1 mol/L KMnO4的体积（mL）数表示；脱氢酶：采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定，以24 h后1 g土壤中三苯基甲臜（TPF）的质量（μg）表示；中性磷酸酶：采用磷酸苯二钠比色法测定，以24 h后1 g土壤中释放出的酚转化为磷（P）的质量（mg）表示；蔗糖酶：采用3，5-二硝基水杨酸比色法，以24 h后1 g土壤中所含葡萄糖的质量（mg）表示。

1.5 数据处理及分析方法

采用Excel 2003软件处理数据，采用DPS 7.05软件进行统计分析，采用最小显著极差法（LSD）进行差异显著性检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同用量有机物料腐熟剂对水稻有效分蘖数的影响

由图1可知，秸秆还田配施不同用量有机物料腐熟剂显著提高了水稻有效分蘖数，其中T2处理，单株水稻有效分蘖数最多，与CK相比，显著增加了41.2%；T1和T3处理的单株水稻有效分蘖数比CK分别显著增加了20.65%和29.48%。

图1 不同处理对水稻有效分蘖数的影响Fig.1 Effects of effective tiller number of rice under different treatments

2.2 不同用量有机物料腐熟剂对水稻产量的影响

由表1可知，添加不同用量的有机物料腐熟剂对水稻千粒重没有显著影响，但显著提高了水稻的亩产量。与CK相比，TI、T2和T3处理的水稻亩产量分别提高了3.68%、8.96%和7.17%。因此，秸秆还田同时施加有机物料腐熟剂可以提高水稻产量，且有机物料腐熟剂添加量为4 kg/667 m2（T2处理）时的增产效果最显著。

2.3 不同用量有机物料腐熟剂对土壤养分的影响

由表2可知，秸秆还田配施不同用量有机物料腐熟剂显著提高了土壤有机质、碱解氮、速效钾和有效磷的含量。与CK相比，T1、T2和T3处理的土壤有机质含量分别增加了11.18%、27.60%和29.30%；碱解氮含量分别增加了4.24%、19.25%和13.84%；速效钾含量分别增加了69.74%、79.67%和79.06%；有效磷含量分别增加了38.37%、33.29%和31.00%；而全氮含量却分别降低了15%、15%和12.7%，其中T1、T2处理与CK比表现出显著差异，可能是微生物的代谢活动加速了氮素的转化，促进了作物对氮素的吸收利用，进而全氮含量有所降低。

表1 不同处理对水稻产量的影响Tab.1 Effects of rice yield under different treatments

表2 不同处理对土壤养分的影响Tab.2 Effects of soil nutrient content under different treatments

2.4 不同用量有机物料腐熟剂对土壤中微生物数量的影响

由表3可知，添加有机物料腐熟剂能够显著提高土壤微生物的数量。与CK相比，T1、T2和T3处理的细菌数分别显著提高了20.4%、66.8%和37.5%；真菌数分别显著提高了23.3%、58.1%和45.5%；放线菌数分别显著提高了65.6%、104.1%和84.3%。其中T2处理效果均最显著。

表3 不同处理对土壤微生物数量的影响Tab.3 Effects of the soil microbes quantity under different treatments

2.5 不同用量有机物料腐熟剂对土壤中酶活性的影响

由表4可知，添加有机物料腐熟剂显著提高了土壤脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶的活性，同时也在一定程度上提高了土壤中过氧化氢酶和脱氢酶活性。与CK相比，T2、T3处理均显著提高了5种土壤酶的活性，均以T2处理表现最佳：脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性分别提高了40.00%、4.50%、16.94%、32.64%和47.10%。

2.6 不同用量有机物料腐熟剂对水稻经济效益的影响

由表5可知，添加有机物料腐熟剂能显著提高水稻经济效益。CK处理的产值最低，其经济效益也处于最低水平；而T2处理的产量最高，其净收入也处于最高水平，与CK相比，每亩净收入可增收289元，增收收益超出了肥料成本，与CK和T1间表现出显著差异；其次T1和T3处理每亩分别比CK增收115元和212元，增收效果明显，且均与CK间存在显著差异。

表4 不同处理对土壤酶活性的影响Tab.4 Effects of soil enzyme activities under different treatments

表5 不同处理对水稻经济效益的影响Tab.5 Effects of economic benef i ts of rice under different treatments

3 结论与讨论

经过本试验筛选出有机物料腐熟剂的最佳用量为4 kg/667 m2，当有机物料腐熟剂用量为4 kg/667 m2时，水稻的分蘖数较CK显著提高20%；水稻的亩产量较CK显著提高8.96%；土壤碱解氮、速效钾和有效磷较CK分别显著提高了19.25%、79.67%和33.29%；土壤细菌、真菌和放线菌的数量较CK分别显著提高了66.8%、58.1%和104.1%；土壤中脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性较CK分别显著提高了40.00%、4.50%、16.94%、32.64%和47.10%；经济效益每亩较CK显著增加289元。白由路等[16]发现长期全量秸秆还田可提高小麦-玉米轮作条件下的产量和钾素循环利用率；陈金等[17]研究也表明，在旋、深耕结合条件下秸秆还田可提高氮素利用率和小麦产量；还有研究表明，按一定的比例配合使用生物碳和腐植酸以及单施腐植酸均可以提高土壤微生物的生物碳和微生物生物量氮[18，19]。上述研究结果与本研究相似。在4 kg/667 m2条件下效果最佳的原因可能是，此条件下根际土壤碳氮比及养分能够满足根际土壤微生物的繁殖代谢，并能维持一个相对稳定的微生物群落，因此效果最佳。综上所述，在棕壤土条件下，小麦秸秆全量还田所示的最佳有机物料腐熟剂用量在4 kg/667 m2，其他作物秸秆还田与土壤类型条件下的推荐用量还待进一步研究验证。

有研究表明，秸秆等有机废弃物可以作为生物腐植酸提取的原料[20]。因此，秸秆还田对水稻产量、土壤理化性质、生物活性的作用机理，可能与秸秆通过腐熟剂腐熟产生的生物腐植酸反哺土壤有关，具体作用机理还需进一步研究。

水稻田处于干湿交替状态，容易造成养分的淋失，而导致水稻后期脱肥。施用腐植酸控释掺混肥为底肥，一方面可以控制部分养分的释放，减少养分淋失，提高养分利用率；另一方面不断增加土壤中有机质含量，为微生物生长提供所需营养，同时改善土壤的保水保肥性，配施腐熟剂的情况下，为水稻生长创造一个优良的环境。