秸秆还田量和腐熟剂对秸秆降解率和土壤理化性质的影响

萨如拉，杨恒山，范 富，邰继承

(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)

我国北方低温持续时间较长，玉米秸秆还田后秸秆腐解速率较慢，腐解效果较差，影响秸秆还田技术的推广[1]。加快土壤中秸秆的腐解成为秸秆还田技术中的研究热点。众多学者研究发现，秸秆腐熟剂可促进玉米秸秆快速降解，经过100 d的分解，施用秸秆腐熟剂处理的玉米秸秆失质量率达到64.1%[1]，玉米秸秆降解率为72.46%～76.09%[2]；在寒地施用秸秆快腐剂180 d后，玉米秸秆降解率达70%以上[3]。另外，施用腐熟剂也加快了小麦秸秆的腐解速度，而且腐熟剂施用 90 d后，土壤中全磷、速效磷及速效钾的含量均有不同程度的增加[4]。秸秆还田条件下，施用秸秆腐熟剂在短期内可减弱农田地力用与养的矛盾，提高土壤肥力[5-6]。但也有研究表明，施用秸秆腐熟剂对秸秆腐烂进度影响不大，与秸秆自然腐烂相比进度几乎无区别[7]。在黄土高原有灌溉条件的地区，9 000 kg/hm2玉米秸秆还田能有效提高土壤肥力[8]。尼龙网袋埋土试验中玉米秸秆还田量为26.23 g处理的玉米秸秆腐解最快，累积腐解率为64.15%，而玉米秸秆还田量为8.74 g处理的腐解最慢[9]。30%的玉米秸秆覆盖还田能提高下茬大豆产量，60%和100%还田量下，大豆贪青晚熟，产量降低[10]。在黑龙江省佳木斯市玉米—大豆隔年轮作连续5 a免耕条件下，60%秸秆还田量较为适宜[11]。综上，秸秆还田量不同，秸秆还田效果也不同。目前，关于秸秆不同还田量条件下腐熟剂对秸秆降解率的影响研究尚未见报道。为此，设置不同秸秆填埋量条件下配施秸秆腐熟剂试验，探讨秸秆还田配施腐熟剂对秸秆降解率及土壤养分含量和酶活性的影响，明确配施秸秆腐熟剂的合适秸秆还田量，为秸秆还田推广应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试秸秆为玉米秸秆。土壤为连作玉米田土壤，为壤土，含有机质17.80 g/kg、碱解氮40.56 mg/kg、有效磷18.61 mg/kg、速效钾152.35 mg/kg，pH值为7.5。秸秆腐熟剂为河南省沃宝生物科技有限公司生产的沃宝秸秆腐熟剂，其主要成分为对纤维素、木质素分解良好的芽孢杆菌、霉菌等有益菌株，有益菌含量≥0.5×108cfu/g。

1.2 试验设计

室内秸秆填埋试验设置6个处理，每个处理重复12次。处理1为400 g土壤+10 g秸秆+0.25 g秸秆腐熟剂，处理2为400 g土壤+5 g秸秆+0.25 g秸秆腐熟剂，处理3为400 g土壤+2.5 g秸秆+0.25 g秸秆腐熟剂，处理4为400 g土壤+10 g秸秆，处理5为400 g土壤+5 g秸秆，处理6为400 g土壤+2.5 g秸秆，加入适量水腐熟秸秆。

1.3 测定项目及方法

秸秆填埋后每隔7 d取样一次，每次取3个重复，共取4次，取样后自然状态下晾干，研磨土壤样品直至能够通过1 mm孔径筛子，将过筛土样装袋用于测定土壤理化性质。分别采用磷酸苯二钠比色法、容量法、靛酚比色法、3,5-二硝基水杨酸比色法测定土壤磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶活性；采用土壤湿度计和温度计测定土壤含水量和温度；测定第4次所取土壤样品的养分含量，其中，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用1 mol/L NH4AC浸提—火焰光度法测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定。

1.4 数据统计及分析

采用Excel 2003和DPS 15.10软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田量和腐熟剂对秸秆降解率的影响

由表1可知，秸秆填埋后7～28 d，随着时间的推进，各处理秸秆降解率增加。其中，秸秆填埋后7 d，处理1秸秆降解率最高，显著高于其他处理，处理4次之，处理1与处理4之间无显著差异；秸秆填埋后14 d，处理1最高，处理4次之，两者差异不显著，但均极显著高于其他处理；秸秆填埋后21 d，仍然以处理1最高，处理4次之，两者差异不显著，但均显著高于处理3；秸秆填埋后28 d，处理1显著高于其他处理。进一步分析发现，秸秆填埋后7、14、21 d，无论是否施用秸秆腐熟剂，相同秸秆填埋量处理间秸秆降解率无显著差异；秸秆填埋后28 d，秸秆填埋量较高的处理1显著大于其他处理，其他处理之间差异均不显著。综上，在秸秆腐熟过程中，当玉米秸秆填量高时添加秸秆腐熟剂效果较好，尤其是后期，效果显著。

表1 秸秆还田量和腐熟剂对秸秆降解率的影响 %

注：同列数据后不同小、大写字母分别表示不同处理之间的差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)，下同。

2.2 秸秆还田量和腐熟剂对土壤理化性质的影响

2.2.1 土壤含水量和温度 由表2可知，各处理土壤温度间无显著差异。随着秸秆填埋后时间的推进，土壤含水量降低；随着秸秆填埋量减少，土壤含水量降低。其中，秸秆填埋后7 d，处理1土壤含水量最高，显著高于处理3，提高幅度为57.93%，与其他处理之间的差异均不显著；秸秆填埋后14 d，处理1土壤含水量较高，显著高于处理3，与其他处理之间的差异均不显著；秸秆填埋后21 d，处理4土壤含水量最高，显著高于处理3，处理1土壤含水量较高，与其他处理均无显著差异；秸秆填埋后28 d，处理3土壤含水量最低，显著低于处理1、2、4、5，其他处理之间的差异均不显著。进一步分析发现，秸秆填埋后7～28 d，无论是否施用秸秆腐熟剂，相同秸秆填埋量处理间无显著差异，即施用腐熟剂对土壤含水量无显著影响。

表2 秸秆还田量和腐熟剂对土壤含水量和温度的影响

2.2.2 土壤酶活性

2.2.2.1 碱性磷酸酶活性 由表3可知，随着秸秆填埋后时间的推移，各处理土壤碱性磷酸酶活性均在14 d时达到峰值，随后下降。秸秆填埋后7～14 d，土壤碱性磷酸酶活性表现为处理1>处理4>处理5>处理2>处理3>处理6。其中，秸秆填埋后 7 d，处理1土壤碱性磷酸酶活性极显著高于其他处理，处理2与处理5差异显著；秸秆填埋后14 d，处理1土壤碱性磷酸酶活性与除处理4外的其他处理之间的差异均极显著，处理4与处理5之间的差异显著，无论是否施用腐熟剂，相同秸秆填埋量处理间无显著差异。秸秆填埋后21～28 d，土壤碱性磷酸酶活性表现为处理1>处理4>处理2>处理5>处理3>处理6。其中，秸秆填埋后21 d，处理1与其他处理间差异均极显著，其他处理间均无显著差异；秸秆填埋后28 d，处理1与处理3、处理5、处理6间的差异均极显著，处理4与处理6间的差异显著。综上，秸秆填埋量高的处理土壤碱性磷酸酶活性高于秸秆填埋量低的处理，施用秸秆腐熟剂处理土壤碱性磷酸酶活性高于未施用秸秆腐熟剂处理。

表3 秸秆还田量和腐熟剂对土壤碱性磷酸酶活性的影响 mg/(g·d)

2.2.2.2 过氧化氢酶活性 由表4可知，秸秆填埋后7 d，土壤过氧化氢酶活性表现为处理5>处理6>处理1>处理4>处理2>处理3，施用秸秆腐熟剂处理中，处理1极显著高于处理3，提高幅度为50.87%，与处理2无显著差异；秸秆填埋量相同处理中，处理1与处理4无显著差异，处理2与处理5间差异显著，处理3与处理6间差异极显著。秸秆填埋后14 d，土壤过氧化氢酶活性表现为处理3>处理4>处理5>处理1>处理6>处理2，处理2与处理1和处理6均无显著差异，与其他处理之间的差异均显著；未施用秸秆腐熟剂的处理间差异均不显著。秸秆填埋后21 d，土壤过氧化氢酶活性表现为处理3>处理2>处理6>处理1>处理5>处理4，施用秸秆腐熟剂的处理土壤过氧化氢酶活性大于未施用秸秆腐熟剂处理，但只有处理1与处理4之间的差异极显著，其他处理间差异均不显著；施用秸秆腐熟剂处理间均无显著差异，未施用腐熟剂处理中处理4与处理6间的差异极显著。秸秆填埋后28 d，各处理间土壤过氧化氢酶活性均无显著差异。秸秆腐熟过程中，总体上前期秸秆填埋量高的处理土壤过氧化氢酶活性较高，后期较低。

表4 秸秆还田量和腐熟剂对土壤过氧化氢酶活性的影响 mL/g

2.2.2.3 脲酶活性 由表5可知，秸秆填埋后7 d，土壤脲酶活性表现为处理1>处理5>处理2>处理3>处理6>处理4，处理1显著或极显著高于其他处理，其他处理间差异均不显著。秸秆填埋后14 d，土壤脲酶活性表现为处理2>处理4>处理1>处理3>处理6>处理5，处理3、处理5、处理6之间的差异均不显著，其他处理之间的差异均极显著； 秸秆填埋后21 d，土壤脲酶活性表现为处理3>处理1>处理5>处理4>处理2>处理6，处理3、处理1与其他处理之间的差异均极显著，处理2与处理6、处理4与处理5之间的差异均不显著；秸秆填埋后28 d，土壤脲酶活性表现为处理1>处理2>处理4>处理3>处理5>处理6，处理1极显著高于除处理2外的其他处理，处理2显著或极显著高于其他处理。进一步分析发现，相同秸秆填埋量处理间，秸秆填埋后7 d、21 d和28 d时处理1均极显著大于处理4，秸秆填埋后14～28 d时处理2与处理5间差异极显著，培养期间处理3与处理6间无显著差异。综上，在秸秆腐熟过程中，当玉米秸秆填量高时添加秸秆腐熟剂更能促进土壤脲酶活性的提高。

表5 秸秆还田量和腐熟剂对土壤脲酶活性的影响 μg/(g·d)

2.2.2.4 蔗糖酶活性 由表6可知，秸秆填埋后7 d，土壤蔗糖酶活性表现为处理2>处理1>处理4>处理3>处理5>处理6，施用秸秆腐熟剂处理间、未施用秸秆腐熟剂处理间、相同秸秆填埋量处理间均无显著差异。秸秆填埋后14 d，土壤蔗糖酶活性表现为处理2>处理5>处理4>处理1>处理6>处理3，施用秸秆腐熟剂处理间差异均显著，其中处理2极显著高于处理1和处理3，提高幅度分别为49.42%和115.34%；未施用秸秆腐熟剂处理中，处理5与处理6间差异显著，其他处理间均无显著差异。秸秆填埋后21 d，土壤蔗糖酶活性表现为处理2>处理5>处理4>处理1>处理3>处理6，施用秸秆腐熟剂处理中，处理2极显著高于处理1和处理3，提高幅度分别94.33%和65.11%，处理1与处理3间无显著差异；未施用腐熟剂处理中，处理5极显著高于处理6，提高幅度为95.63%，其他处理间均无显著差异。秸秆填埋后28 d，土壤蔗糖酶活性表现为处理4>处理1>处理5>处理2>处理3>处理6，施用腐熟剂处理中，处理3显著低于处理1和处理2，降低幅度分别为35.68%和27.84%，处理1与处理2间无显著差异；未施用腐熟剂处理中，处理4显著高于处理5，提高幅度为25.67%，处理4和处理5均极显著高于处理6，提高幅度分别为148.68%和97.88%。秸秆填埋后7 ～ 28 d，相同秸秆填埋量处理间土壤蔗糖酶活性均无显著差异。处理2、处理3和处理5土壤蔗糖酶活性均在秸秆填埋后21 d达到峰值，而此时处理1土壤蔗糖酶活性降至低谷；处理1和处理4土壤蔗糖酶活性在秸秆填埋后28 d最大，并随秸秆填埋后时间延长具有升高趋势；处理6土壤蔗糖酶活性的峰值出现在秸秆填埋后14 d。

2.2.2.5 纤维素酶活性 由表7可知，秸秆填埋后7 d，土壤纤维素酶活性表现为处理1>处理3>处理2>处理4>处理5>处理6，未施用秸秆腐熟剂处理间均无显著差异；处理2与处理5间无显著差异，处理1极显著高于处理4，处理3极显著高于处理6。秸秆填埋后14 d，土壤纤维素酶活性表现为处理1>处理3>处理5>处理4>处理2>处理6，未施用秸秆腐熟剂中，处理4与处理5间无显著差异，两者均极显著高于处理6；相同秸秆填埋量条件下，施用秸秆腐熟剂处理均极显著高于未施用秸秆腐熟剂处理。秸秆填埋后21 d，土壤纤维素酶活性表现为处理2>处理1>处理5>处理3>处理4>处理6，除处理3与处理4之间差异不显著外，其余处理间差异均显著；相同秸秆填埋量条件下，施用秸秆腐熟剂处理均极显著高于未施用秸秆腐熟剂处理。秸秆填埋后28 d，土壤纤维素酶活性表现为处理1>处理2>处理3>处理4>处理6>处理5，除处理3、处理4、处理6之间差异不显著外，其余处理间差异均极显著；相同秸秆填埋量条件下，除了处理3与处理4间无显著差异外，其余施用秸秆腐熟剂处理均极显著高于未施用秸秆腐熟剂处理。综上，在秸秆腐熟过程中，当玉米秸秆填量高时更能促进土壤纤维素酶活性的提高。

表7 秸秆还田量和腐熟剂对土壤纤维素酶活性的影响 mg/(g·d)

2.2.3 土壤养分含量 由表8可知，秸秆填埋于土壤极显著增加了土壤速效钾含量，提高幅度为13.95%～41.05%，以处理2最高，其次为处理1。与不施秸秆腐熟剂处理相比，施用秸秆腐熟剂显著增加秸秆填埋量高和中等处理的土壤速效钾含量，分别较不施秸秆腐熟剂处理增加14.57%和20.99%；无论是否施用秸秆腐熟剂，秸秆填埋于土壤均对土壤碱解氮、速效磷、有机质含量无显著影响。

表8 秸秆还田量和腐熟剂对土壤养分含量的影响

3 结论与讨论

微生物分泌的酶参与土壤中碳、氮和磷的代谢，其活性可用来研究微生物对环境变化的响应和养分转化[12]。土壤酶活性表征土壤速效养分含量[13-14]。本研究中施用秸秆腐熟剂处理土壤酶活性总体上均高于未施用秸秆腐熟剂处理，这与刘丹丹等[15]的研究结果一致。Zhao等[16]研究发现，高量秸秆还田改变微生物群落结构，提高大多数水解酶活性，而低的秸秆还田量对土壤酶活性没有影响。本研究中秸秆腐熟剂在秸秆填埋量低的情况下，效果也不显著。土壤酶改变土壤养分有效性[15]，本研究中施用秸秆腐熟剂显著增加秸秆填埋量高和中等处理的土壤速效钾含量，但对其他土壤养分含量均无显著影响。而于建光等[4]通过盆钵模拟培养试验发现，小麦秸秆还田条件下，施用腐熟剂90 d后，土壤中全磷、速效磷及速效钾的含量均有不同程度的增加，说明秸秆释放养分需要较长的腐熟时间。

增温和干旱对土壤酶活性的影响是因对土壤温度和土壤含水量的影响造成的，而不是因对土壤有机质含量和营养品质的影响造成的[17]。本试验是室内模拟试验，处理间温度无差异，秸秆填埋量高的处理土壤含水量大于秸秆填埋量低的处理，这可能是秸秆填埋量高的处理土壤酶活性高的主要原因。施用秸秆腐熟剂+秸秆填埋量高的处理提高了玉米秸秆降解率、土壤酶活性及土壤速效钾含量，值得推广。