秸秆还田对土壤微环境的影响

杨强 喻文超 郭峻 秦海燕 倪幸

摘 要：为研究不同秸秆还田量对土壤微环境的影响，通过根际袋盆栽的方法，研究0%、25%、50%、75%、100%秸秆还田量下种植小麦对小麦生理、土壤养分、微生物酶活性的作用。结果表明，在相同试验施肥水平以及常规田间管理条件下，秸秆还田可以提高小麦生物量、土壤微环境作用，且不同生长期以75%的秸秆还田量表现出小麦生理、土壤肥力、酶活性综合显著性较高。

关键词：秸秆还田;小麦;土壤酶活性;微生物活性

中图分类号：S182

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115008

收稿日期：2020-10-19

基金项目：温州市龙湾区粮食生产功能区（永兴街道部分）提标改造—耕地质量培肥项目（项目编号：HYGY-2018092701）

作者简介：杨强，硕士，中级。研究方向：土壤环境与质量。

随着人口和环境压力的增大，农业可持续发展越来越受到整个社会的重视，密集的农业活动和农业产业结构的变化，产生了大量以秸秆为代表的生物质废弃物。近年来，农作物秸秆已成为农村面源污染的新源头。每年夏收和秋冬之际，大量的作物秸秆在田间焚烧，已造成严重的大气污染[1]。

秸秆还田是秸秆利用的一种重要方式，已逐步成为秸秆资源化处理主流趋势。但农民缺乏完善的秸秆还田技术，在数量把握不当或翻压质量不好的情况下，秸秆还田反而会造成不利影响，因此，亟需解决秸秆适宜施用量、秸秆还田与耕作方式的结合及秸秆还田与无机化肥的配合等问题，以完善秸秆还田技术[2-4]。本研究为温州地区水稻栽培适宜秸秆施用量的选择提供了有用参数，为完善合理的秸秆还田技术、保护生态环境以及建立土壤培肥制度提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

盆栽试验于2018年11月—2019年6月在浙江省温州市龙湾区展开，龙湾区属亚热带海洋性季风湿润气候，一年四季分明，气温适中，雨量充沛，日照充足。多年平均风速为2.1m·s-1，多年平均气温为17.9℃。年平均降水量1717.7mm，最大积雪深度120mm，内陆最高洪水位6.48m（吴淞高程）;年无霜期258d，年均日照时数1789.9h。

1.2 试验设计

供试土壤取自当地典型水旱轮作田0～20cm层土壤。土壤基本理化性质：pH为8.06，有机质为27.05g·kg-1，全氮为0.77g·kg-1，全磷为0.69g·kg-1。供试小麦品种为“矮抗58”。秸秆取自供试土壤稻田，其在收割机粉碎至5～10cm后进一步粉碎至1～2cm备用。

盆栽试验使用根际袋盆栽的方法，每盆装土5kg，基肥按每盆尿素5g，磷酸二氢钾5g用量添加，粉碎秸秆按质量0%、25%、50%、75%、100%的比例添加到供试土壤中混匀后装盆。小麦种子消毒催芽后播种在中央根际袋中。试验期间，盆栽置于防雨旱棚内，通过称重法使其水分含量保持在田间持水量的80%，保证所有盆栽水分条件一致。每盆播种5粒，定植3株。分蘖期追肥1次，每盆施用尿素5g，磷酸二氢钾5g，日常管理同常规大田生产。盆栽试验共计5个处理，分别为W0%（种植小麦，秸秆0%）、W25%（种植小麦，秸秆25%）、W50%（种植小麦，秸秆50%）、W75%（种植小麦，秸秆75%），W100%（种植小麦，秸秆100%），每个处理重复5次。

1.3 样品处理与测定

根据小麦的生长特征，分别在越冬期、返青拔节期、抽穗扬花期进行小麦样品和土壤样品的采集。小麦采集完后，用蒸馏水冲洗干净，吸水纸除去表面水分，测定植物株高和鲜重。土壤样品经自然风干后，过2mm尼龙筛。

土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸浸提法测定;土壤脲酶采用靛酚蓝比色法测定;土壤过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定;土壤蔗糖酶采用二硝基水杨酸比色法测定;土壤有机质含量用重铬酸钾外加热法测定;土壤全氮采用0.01M CaCl2浸提-AA3流动分析仪测定;土壤全磷用钼锑抗比色法测定[5-7]。

1.4 数据分析方法

数据分析运用DPS 7.5数据处理系统（Data Processing System）和Excel 2016软件进行实验数据处理和方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆施用量对小麦生理的影响

表1为不同秸秆施用量在不同时期对小麦生理的影响，各处理较对照秸秆不还田的小麦生理指标均有不同程度地提高。在不同生育期的小麦生理变化中可知，50%以上的秸秆施用量的小麦株高和生物量相比W0%处理均达到显著水平。

2.2 秸秆施用量对土壤养分的影响

表2为生育期不同秸稈施用量对土壤养分的影响，在不同生育期，各处理较对照秸秆不还田的小麦生理指标均有不同程度的提高，与W0%的对比，50%以上秸秆施用量对土壤全磷含量影响较大，75%、100%的土壤全氮量显著性最高。

75%、100%的土壤有机质含量在返青期和抽穗扬花期的含量最高。

2.3 秸秆施用量对土壤酶活性的影响

土壤酶能够促进土壤中生化反应，对土壤肥力有重要影响。过氧化氢酶广泛存在于土壤中和生物体内，过氧化氢酶活性与土壤有机质含量有关，与微生物数量也有关。蔗糖酶又称转化酶，其强弱可作为土壤健康状况、营养供应能力、熟化程度和肥力水平的评价指标，常被用来表征土壤的熟化程度和肥力水平[8]。脲酶与尿素的水解关系比较密切，是决定氮转化的关键酶。脲酶的活性反映了土壤对酰胺态氮的转化能力和土壤无机氮的供应能力[9，10]。

表3为生育期不同秸秆施用量对土壤酶活性的影响。在越冬期，W75%、W100%的土壤过氧化氢酶含量比W0%含量显著增加了1.37mL·（g·h）-1、1.18mL·（g·h）-1;W50%、W75%、W100%的蔗糖酶含量比W0%的显著增加了5.65mg·（g·d）-1、13.20mg·（g·d）-1、8.13mg·（g·d）-1;W25%、W50%、W75%、W100%的脲酶含量均比W0%的显著增加了0.08mg·（g·d）-1、0.16mg·（g·d）-1、0.15mg·（g·d）-1、0.15mg·（g·d）-1。在返青期，W50%、W75%、W100%的土壤过氧化氢含量比W0%的显著增加了1.17mL·（g·h）-1、2.51mL·（g·h）-1、1.97mL·（g·h）-1;W50%、W75%、W100%的蔗糖酶含量比W0%的显著增加了6.52mg·（g·d）-1、23.8mg·（g·d）-1、18.01mg·（g·d）-1;W25%、W50%、W75%、W100%的脲酶含量均显著比W0%的增加了0.08mg·（g·d）-1、0.11mg·（g·d）-1、0.22mg·（g·d）-1、0.24mg·（g·d）-1。在抽穗扬花期，W25%、W75%、W100%的土壤过氧化氢含量与W0%的差异性显著;W25%、W50%、W75%、W100%的蔗糖酶含量显著比W0%增加了9.22mg·（g·d）-1、18.42mg·（g·d）-1、32.1mg·（g·d）-1、23.95mg·（g·d）-1;W50%、W75%、W100%的脲酶含量显著比W0%的增加了0.08mg·（g·d）-1、0.15mg·（g·d）-1、0.13mg·（g·d）-1。

3个生育期中，与W0%的相比较，秸秆还田超过50%的秸秆含量对于土壤中的酶活性含量影响较大，差异性显著。同时可以看出秸秆还田过程中小麦根系对土壤微生物酶有一定影响，能够一定程度增加土壤微生物的活性，小麦在生育后期根系生长旺盛，分泌物增多，从而促进了微生物和酶的代谢活动。

2.4 秸秆施用量对土壤微生物碳氮的影响

2.4.1 秸秆施用量对土壤微生物碳的影响

图1为不同秸秆施用量对土壤微生物碳的变化动态图。在越冬期时，W50%、W75%、W100%的微生物碳的含量与W0%有显著性差异，W25%与W0%差异性不显著。在返青期、抽穗扬花期，秸秆还田处理的微生物碳的含量均与W0%的微生物碳的含量有显著性差异，秸秆还田之后土壤中微生物环境既补充输入了有机碳源又改善土壤物理性状，促进微生物对秸秆的分解，显著提高了微生物碳。

2.4.2 秸秆施用量对土壤微生物氮的影响

图2为不同秸秆施用量对土壤微生物氮的变化动态图。在越冬期和抽穗扬花期，秸秆还田处理的微生物氮的含量均与W0%的微生物氮的含量有显著性差异，秸秆还田显著提高了土壤中微生物氮的含量，并且在抽穗扬花期的微生物氮的含量最大，这与在抽穗时，向土壤中追施了氮肥也有很大的关联。在返青期，50%以上的秸秆施用量的微生物氮的含量和W0%有显著性差异。

2.5 不同秸秆施用量中土壤养分、土壤酶活性与土壤微生物碳氮之间的相关性分析

表1为不同生育期土壤养分、酶活性与微生物碳氮之间的相关性分析。从表1可以看出在小麦的不同生长期土壤养分、酶活性和微生物碳氮的两两之间的相关性具有一定的差异。在越冬期，土壤有机质和全氮、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、微生物碳氮呈显著正相关，说明土壤中氮素循环与碳水化合物的转化之间具有密切的协同效应。土壤全氮和过氧化氢酶、脲酶之间呈显著关系，说明土壤氮循环和土壤氧化强度紧密关联。土壤全磷和土壤酶、微生物碳氮之间没有显著关系，但是呈正相关的关系。在返青期，有机质、全氮和土壤酶、微生物碳氮之间显著关系较为明显，说明在生长期内土壤微生物对土壤碳氮循环起到了重要作用。在抽穗扬花期，土壤有機质、全磷和微生物酶、微生物碳氮之间呈显著正相关。土壤全氮和土壤过氧化氢酶有显著正相关，说明扬花期时土壤全氮含量趋于稳定，和外来氮源供给也有一定的关系。

3 讨论与结论

3.1 讨论

秸秆作为外源碳介入农田土壤后，土壤酶促反应底物增加及酶来源增多，土壤微生物可利用碳源增加及其生存环境得到改善，从而使得土壤酶活性提高、微生物状况得以改善[11]。本试验秸秆还田中全氮、全磷、有机质的含量均高于对照处理，且50%以上的秸秆施用量处理的养分含量显著提高。周江明等[12]研究表明，在实行水稻秸秆还田之后，耕层土壤中N、P、K等元素含量均有增加，土壤有机质含量有明显的提高作用。

本试验结果表明，75%、100%的秸秆施用量的酶活性和微生物碳氮的含量与对照相比显著性最高，但是75%和100%之间无明显差异，说明当秸秆施用量达到一定数量时，对于土壤中的微生物活性作用效果并未明显变化。已有的研究表明，在同一施肥水平下，秸秆还田过高会导致土壤C/N提高，土壤中没有足够的氮素供微生物繁殖生长，微生物的数量和活性降低，从而导致秸秆腐解速率降低[13]。本研究发现75%的秸秆施用量下，C/N被控制在适宜的范围，这样有利于提高土壤微生物生物量和微生物活性，而土壤微生物量的增加又会进一步提高包括土壤酶在内的分泌物数量，从而提高土壤酶活性。周文新等[14]研究了不同秸秆施用量对土壤微生物群落功能多样性的影响，发现秸秆还田增加了土壤细菌数量，并以2/3秸秆还田效果最好。这些研究结果都说明土壤微生物数量和活性受到了秸秆施用量等因素的影响，本试验也证明了这一点。

3.2 结论

本文综合探讨了种植小麦条件下，不同秸秆施用量对小麦生物量、株高、土壤养分、土壤酶活性以及微生物量碳、氮的影响，并分析了各生物指标之间的相关性。在不同时期中，50%以上秸秆施用量的小麦生物量、土壤的全氮、有机质含量和微生物碳氮显著高于对照，75%以上的酶活性较对照显著差异性高。不同生育期，养分、酶活性、微生物碳氮之间均有极显著相关关系，表明土壤酶活性和微生物量碳氮在一定程度上能够反应土壤肥力和土壤质量状况，是描述土壤质量的良好指标。

在本试验的施肥水平以及常规田间管理条件下，以75%的秸秆还田量处理效果最佳，表现出小麦生物量、土壤肥力、酶活性综合显著性较高。鉴于秸秆还田对作物生理和土壤肥力的长期效应以及对土壤微生物生理代谢影响的复杂性，适宜秸秆还田量的选择还需进行长期定位试验研究。

参考文献

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（责任编辑 周康）