作物秸秆配施腐熟剂还田对小麦产量及其物质生产的影响

李文红， 曹 丹， 张朝显， 强承魁

(1.徐州生物工程职业技术学院/徐州市现代农业生物技术重点实验室，江苏徐州 221006；2.江苏省沛县农业技术推广中心，江苏沛县 221600)

小麦是江苏省淮北地区种植面积最大的作物，常年播种面积在100万hm2左右，其产量高低对当地农业生产的可持续发展具有重大影响。小麦前茬作物主要有水稻、玉米、大豆和花生等。近年来，随着人们资源利用意识的增强，作物秸秆还田面积呈逐年增长趋势。有关小麦前茬秸秆还田的研究报道并不少见，但大多侧重于秸秆还田改良土壤[1-4]和作物对土壤养分吸收[5-7]的影响等方面，也有研究认为，秸秆对小麦产量的效应有增有减，且减产的主要原因在于秸秆与小麦争夺氮肥，只要通过增施氮量或增加腐熟剂等技术使氮素得到补充，这一影响不仅可以消除，还能促进小麦吸收更多的氮素从而实现增产[4，6]。本研究立足于江苏徐淮地区小麦大面积种植模式，以2个主推小麦品种为材料，探讨不同前茬作物秸秆配施腐熟剂还田对小麦生长发育、产量和干物质积累的影响，以期为合理利用生物资源和农业可持续发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验品种

选用徐淮地区大面积种植的2个不同品质和生育类型的小麦品种徐麦33[8]和郑麦7698[9]作为试验材料。

1.2 试验设计

试验于2015—2016年在徐州生物工程职业技术学院试验田进行，土壤质地是沙壤土，0～20 cm耕层有机质含量为14.8 g/kg，碱解氮含量为78.8 mg/kg，速效磷含量为 22.5 mg/kg，速效钾含量为89.2 mg/kg。2016年9月下旬在夏大豆收获后，去掉根茬清理田面，以保证各处理秸秆使用量的准确性，耙地前撒施尿素375 kg/hm2、磷酸二铵 240 kg/hm2。施后用手扶拖拉机耙地整平，然后划分小区。

试验设置：分2个小麦品种3种类型秸秆加腐熟剂还田方式。每个品种设置玉米秸秆(Y)、水稻秸秆(S)、花生秸秆(H)分别按新鲜秸秆6 000 kg/hm2+微力特秸秆腐熟剂(江苏天象生物科技有限公司生产)75 kg/hm23种还田处理，以常规生产为对照(CK)。随机区组排列，重复3次。小区面积18 m2(长4.5 m，宽4 m)。玉米、花生、水稻秸秆先用秸秆粉碎机铡成 5 cm 长后，按25 cm开沟翻压掩埋于20 cm土层下，同时施入秸秆腐熟剂，然后在2行埋秸秆行间开沟播种小麦。10月11日播种，播种量210 kg/hm2，按行称种播种，行距 25 cm。试验地四周留1 m 3行保护行。播后第4天下雨，雨量23.8 mm，利于出苗，其余时间没有灌溉。小麦生长期间正常追施拔节肥250 kg/hm2尿素+磷酸二铵150 kg/hm2，抽穗开花后喷施吡虫啉和辛硫磷防治蚜虫1次。按小麦成熟日期收获测产。

1.3 测定项目

1.3.2 茎蘖数测定 出苗后开始定点调查，1叶1心期调查基本苗，4叶期、分蘖期、春季返青期、拔节期、抽穗期调查总茎蘖数。并按下式计算茎蘖成穗率：

茎蘖成穗率=(茎蘖成穗数/最高茎蘖数)×100%。

1.3.3 叶面积指数(LAI)测定 在越冬始期、拔节期、抽穗期、成熟期，分别选取生长均匀、具有代表性的10个单株，剪下10株上全部绿叶，选取其中有代表性绿叶30张作为小样，分别测定其长度和宽度，然后烘干，再把余下的叶片作为大样，烘干[10]。按下式计算单株叶面积：

1.3.4 小麦产量及其构成因素测定 收获前每小区计数 1 m2穗数，在1 m2范围内取10穗，测定每穗粒数。每小区实收计产，小麦晒干至籽粒含水量为13%时称质量计产，并测定千粒种子质量，重复3次。

1.3.5 数据计算与统计分析 相关计算公式：

产量贡献率=(成熟期干质量-抽穗期干质量)/生物学产量(籽粒产量)×100%；

叶面积衰减率=(LAI2-LAI1)/(t2-t1)。

式中：LAI1和LAI2为前后2次测定的叶面积指数，t1、t2为前后2次的测定时间[11]。

运用Microsoft Excel进行数据计算与作图，采用DAS 1.0版软件进行统计分析。

比如《第一朵杏花》中有一段竺可桢爷爷与孩子的对话，是没有提示语的，我让学生加上提示语，体会没有提示语的对话表达了双方语言的急促，进而感悟竺爷爷听说第一朵杏花开放后兴奋的心情，表现了他醉心于科学研究的精神。《船长》一课中也有一段哈尔威与洛克机械师的对话没有提示语，表现了两人沉着冷静、熟悉业务、关心弱小的美德。

2 结果与分析

2.1 不同种类秸秆还田的小麦产量及其构成

由表1可知，不同作物秸秆还田对不同类型小麦品种产量的影响效应是一致的，表现为3种处理均能显著提高小麦产量。对于郑麦7698，玉米秸秆处理的产量显著高于对照 40.05%，比水稻、花生秸秆处理的分别显著提高7.45%、13.23%；水稻和花生秸秆处理间小麦产量差异不显著，但两者分别显著高于对照30.34%、23.69%。对于徐麦33，玉米秸秆处理的产量显著高于对照26.27%，比水稻、花生秸秆处理的分别显著提高15.82%、8.89%；水稻和花生秸秆处理间小麦产量差异不显著，但两者分别显著高于对照9.02%、15.97%。在相同的作物秸秆还田方式下，郑麦7698的产量高于徐麦33，但整体差异不显著。

郑麦7698产量构成因素表现如下：3种秸秆处理的穗数与对照无显著差异；玉米、水稻、花生秸秆处理间的每穗粒数无显著差异，但分别显著高于对照40.84%、40.10%、38.17%；玉米秸秆处理的千粒质量分别显著高于花生秸秆处理和对照2.74%、3.69%；水稻秸秆处理的千粒质量比对照高2.43%。结果表明，秸秆还田后郑麦7698高产，主要是每穗粒数和粒质量的增加所致。

徐麦33产量构成因素表现如下：3种处理间穗数差异显著，且均显著高于对照；玉米秸秆处理的穗数分别显著高于水稻、花生秸秆处理和对照15.93%、8.05%、32.07%；花生秸秆处理的穗数显著高于水稻秸秆和对照7.29%、22.23%；玉米、水稻、花生3种秸秆处理间每穗粒数差异不显著，但分别显著高于对照8.50%、8.28%、4.94%；花生秸秆处理的千粒质量分别显著高于玉米、水稻秸秆处理和对照3.07%、3.74%、4.82%，玉米和水稻秸秆处理与对照的千粒质量差异不显著。由此分析，花生秸秆处理后徐麦33产量的增加，主要依靠穗数、每穗粒数和千粒质量的显著提高来实现；玉米和水稻秸秆还田后徐麦33产量的增加，主要通过穗数、每穗粒数的显著提高来实现。

对小麦品种间产量构成因素的比较发现，郑麦7698的穗数显著高于徐麦33，平均高出22.08%，而每穗粒数较徐麦33低9.45%，粒质量较徐麦33低39.36%。

表1 秸秆还田对小麦产量及其构成的影响

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

2.2 不同种类秸秆还田的小麦茎蘖动态和成穗率

由图1可以看出，秸秆还田处理的群体茎蘖动态均呈单峰形曲线，但峰值及出现时期与对照存在较大差异。玉米和水稻2个秸秆处理的茎蘖动态在2个小麦品种上的表现是一致的，越冬前的群体茎蘖数一直低于对照，至拔节期出现高峰苗，显著高于对照，并保持至抽穗期，且在徐麦33成熟期形成显著差异，郑麦7698差异不显著。花生秸秆处理在2个小麦品种上的表现有一定差异，对于郑麦7698，该处理的群体茎蘖数在整个生育阶段都低于对照，高峰苗出现越冬始期，但与对照无显著差异；对于徐麦33，花生秸秆处理的总苗数与对照相比总体呈现出先低后高的趋势，苗期生长陡增，至越冬始期高峰苗数显著高于对照9.21%，拔节期与对照持平，抽穗至成熟期一直显著高于对照。说明花生秸秆处理对2个品种小麦生长的影响是不同的，这可能与花生秸秆的养分含量与释放以及不同小麦品种的分蘖和吸肥特性有关。

2个品种小麦齐苗期3个处理的苗数均低于对照，以花生秸秆还田的影响最为显著，郑麦7698和徐麦33分别平均减少15.04%和19.27%；其次是玉米秸秆处理，分别减少12.66%和15.10%；水稻秸秆处理分别减少11.87%和2.34%。说明秸秆还田会对小麦全苗产生一定影响。

通过对表1和图1相关数据的分析可知，郑麦7698的茎蘖成穗率(穗数/最高茎蘖数×100%)显著高于徐麦33，不同秸秆处理间差异较大。对于郑麦7698，花生、玉米、水稻秸秆处理的小麦成穗率分别为60.37%、56.94%、56.55%，花生秸秆处理(56.30%)显著高于对照7.23%，其余处理与对照无显著差异。对于徐麦33，玉米、水稻、花生秸秆处理的小麦成穗率分别为53.12%、45.37%、43.98%，分别显著高于对照(39.29%)35.20%、15.47%、11.94%，玉米秸秆处理分别显著高于水稻、花生秸秆处理17.08%、20.78%。

2.3 不同种类秸秆还田的小麦叶面积指数变化动态

由表2可知，2个类型品种小麦3种秸秆处理的LAI增减趋势基本一致，与对照相比均表现为先减后增，峰值均出现在抽穗期，在6.54～8.25之间，至成熟期降至6.05～7.29。不同生育阶段各处理的小麦LAI表现存在差异，在越冬始期，花生秸秆处理的徐麦33的LAI显著高于对照，玉米秸秆处理的2个小麦品种的LAI均低于对照，水稻秸秆处理的郑麦7698的LAI低于对照；在拔节期，玉米秸秆处理的徐麦33的LAI显著高于对照；抽穗期至成熟期各处理的小麦LAI均显著高于对照。

2.4 不同种类秸秆还田的小麦干物质生产与积累特点

2.4.1 小麦主要生育时期干物质积累 由表3可知，对郑麦7698而言，3种处理在越冬始期、抽穗期和成熟期的干物质积累量均存在显著差异。越冬始期花生秸秆处理的干物质积累量显著高于对照14.42%，玉米秸秆处理的显著低于对照10.15%；抽穗期玉米、水稻秸秆处理分别显著高于对照13.64%、7.29%；成熟期玉米、水稻、花生秸秆处理分别显著高于对照25.46%、14.72%、7.03%。对于徐麦33，越冬始期花生、水稻秸秆处理的干物质积累量分别显著高于对照15.18%、7.45%，玉米秸秆处理的显著低于对照25.19%；抽穗期花生、玉米、水稻秸秆处理分别显著高于对照46.31%、34.65%、30.60%，成熟分别显著高于对照52.81%、54.40%、35.97%。

表2 不同种类秸秆还田小麦主要生育时期LAI

表3 不同种类秸秆还田小麦主要生育时期干物质积累量

郑麦7698的干物质积累量高于徐麦33，越冬始期、抽穗期和成熟期分别提高3.89%、12.86%、18.26%，表现出较高的光合物质生产和积累优势。

2.4.2 小麦抽穗至成熟期光合物质生产特征 对不同处理小麦抽穗至成熟期光合物质生产特征(表4)分析表明，不同小麦品种抽穗至成熟期干物质净积累量表现一致，玉米、花生、水稻秸秆3个处理均显著高于对照，郑麦7698分别高于对照106.06%、57.38%、65.40%，徐麦33分别高于对照260.71%、120.72%、92.04%。玉米秸秆处理显著高于其他2个处理，花生和水稻秸秆处理间差异不显著，表明玉米秸秆还田处理小麦后期物质生产能力较强。

表4 不同种类秸秆还田小麦抽穗至成熟期光合物质生产特征

抽穗至成熟期干物质净积累量对小麦生物学产量和籽粒产量的贡献率同样是玉米秸秆处理最高，花生和水稻秸秆处理差异不显著，且均显著高于对照。

抽穗后玉米秸秆还田小麦叶面积衰减较慢，其次是花生和水稻秸秆处理，对照衰减最快，则进一步说明前茬作物秸秆还田有利于提高小麦抽穗至成熟期的物质生产能力，有利于干物质的高积累。

3 结论与讨论

3.1 不同秸秆还田下小麦的产量构成与物质生产特征

本研究表明，不同作物秸秆配施腐熟剂还田均能显著提高小麦籽粒产量，但其相互间存在较大差异。玉米秸秆还田的小麦产量最高，可达到9 121.25 kg/hm2以上，其次为花生秸秆和水稻秸秆还田。秸秆还田下郑麦7698的增产作用主要通过增粒、增质量(千粒质量)来实现，而徐麦33的产量优势主要表现出穗多、粒多的特点，由此可见，增加每穗粒数是秸秆还田获得小麦增产的关键。虽然秸秆还田的小麦越冬前群体数量、LAI及干物质积累量低于常规栽培，但抽穗至成熟期的物质生产能力(叶面积指数、干物质积累量和对产量的贡献等)均有显著提高，从而实现了高产。

3.2 不同秸秆还田下小麦的发苗特征

秸秆还田会影响到小麦的全苗状况，保苗率偏低。3种作物秸秆还田对小麦生长均有前期抑制、后期促进的作用，花生秸秆“发早苗”，水稻秸秆“发中苗”，玉米秸秆“发晚苗”。这种表现与不同秸秆的腐熟时期和腐熟速度有一定关系(3种类型作物秸秆以花生秸秆腐熟最快，其次是水稻秸秆，玉米秸秆腐熟最慢)。这种苗期生长特征可能与播种过浅或秸秆物理阻碍等有关[12]，与玉米秸秆还田的前50～80 d不释放矿化氮[13]有一定联系；中后期麦苗生长迅速的原因是，配施腐熟剂促进了秸秆中有机物质的分解，加速秸秆中有机碳、氮、磷等营养物质的释放[14]。因此，在秸秆还田的小麦生产中，要尽可能选择分蘖力强、分蘖成穗率高的品种，前期应注重播前整地，秸秆掩埋彻底并配合镇压[15-16]。

3.3 秸秆还田小麦高产的生态基础

秸秆还田配施腐熟剂，在小麦生长前期增加了土壤微生物的数量。微生物在分解秸秆的过程中，需要同化土壤氮素和吸收速效氮素，使得土壤氮素供应量有所下降，从而影响小麦的前期生长，使群体数量和生物产量有所减少，而高峰苗的降低和分蘖成穗率的提高，对小麦生育后期的生长有较好的促进作用。伴随着小麦的生长，还田秸秆逐渐腐烂，明显提高了土壤的供氮能力，尤其提高了土壤的供钾水平和作物的吸钾能力。还可提高土壤有机碳的积累，改善土壤结构[17]，小麦根系活力增强，更多地从土壤中吸收养分输送至叶片，提高了小麦后期光合叶面积指数，并最终优化群体质量，促进光合物质快速转移至穗部，源库关系协调而增加产量。