化肥减量下耕作方式和施用秸秆腐熟剂对小麦产量和土壤养分的影响

魏萌涵，孟自力

(1.许昌职业技术学院，河南许昌 461000；2.商丘市农林科学院，河南商丘 476000)

小麦是我国重要的粮食作物之一，小麦产业的发展状况对国家社会的持续发展与繁荣兴旺有着深远影响，施用化肥则是农业生产上提高小麦产量的重要措施之一，然而化肥的长期过量施用和不合理的耕地制度，导致土壤结构被严重破坏，土壤养分流失，小麦品质下降。因此，减少化肥施用，采取合理的耕作方式并增加有机肥对保障农业可持续发展具有深远的意义。

黄淮南片小麦种植区存在的问题：一方面翻耕处理的铧式犁对农田土壤结构破坏性大，促使了土壤有机碳矿化，不利于水稳性土壤团聚体的形成，进而影响了农田土壤结构的稳定；另一方面秸秆是重要的有机肥料来源，含有较丰富的植物生长所必需的大量元素和微量元素，但一直以来利用效率不高。如果通过采用科学合理的技术将秸秆腐熟处理后深耕，可达到优化土壤理化性质和提升农业生产质量的目的，又可减少农业生产中的化肥使用率、降低农业生产成本，产生良好的社会、经济和生态效益，促进社会全面协调可持续发展。

因此，本研究立足黄淮腹地商丘地区，通过在小麦化肥减量条件下设置不同种耕作方式和秸秆腐熟剂处理，筛选出一套高产高效的耕作方式和秸秆腐熟技术，以期为当地农业生产管理提供一项技术保障，为小麦化肥减量增效技术提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年10月至2020年6月在河南省商丘市城乡一体化示范区贾寨镇保卫村进行，此地区属于暖温带湿润季风气候，年平均气温14 ℃，年降水量达到700 mm，供试土壤为两合土。试验区 0～20 cm土层土壤基础地力：全氮含量0.78 g/kg，有机质含量2.2%，速效钾含量93.37 mg/kg，速效磷含量35.31 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验采用裂区设计，主区为翻耕(PT)、深松(ST)和旋耕(RT)3种耕作处理，副区为秸秆腐熟(F)和无秸秆腐熟(N)处理。试验设置3次重复，小区面积为25 m×6 m。于2019年10月8日播种，2020年6月6日收获，播种量为150 kg/hm。供试小麦品种为商优1号和商麦188(采用强筋和偏弱筋品种作为对比)，秸秆腐熟剂采用鹤壁市禾盛生物科技有限公司生产的HB有机物料腐熟剂，用量为45 kg/hm，于整地前人工用细土拌匀后均匀撒施在田间秸秆上。常规施肥为基肥复合肥(纯N、PO、KO含量均为15%)1 500 kg/hm，起身拔节期追施尿素170 kg/hm，本试验肥料较常规施肥减量30%，即基肥采用中化化肥控股有限公司生产的复合肥(纯N、PO、KO含量均为15%)1 050 kg/hm，起身拔节期追施尿素120 kg/hm。小麦播种前具体土壤耕作处理详见表1。

表1 试验处理

1.3 测定项目与方法

1.3.1 样品采集与制备 于小麦成熟期，按5点混合取样法采集各小区20～40 cm土层土样，去除可见杂物，将土样装入密封袋带回实验室，用于土壤养分含量的测定。于成熟期采集植株地上部，每个小区取长势一致的3株小麦进行编号装袋。将所采样品先用自来水冲洗干净，再用去离子水润洗，最后用吸水纸擦干。分为茎和穗于105 ℃杀青30 min后，75 ℃烘干至恒质量，称质量，粉碎过筛后备用。于成熟期在各小区内随机选取13.5 m，并采集该面积内所有植株的地上部，进行测产，并估算理论产值。

1.3.2 测定项目与方法 土壤样品养分含量测定方法：有机质含量采用重铬酸钾容量法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用火焰光度法测定。

植物样品养分含量测定方法：全磷含量采用钼锑抗比色法测定，全氮含量采用全自动凯氏定氮法测定，全钾含量采用火焰光度法测定。

1.4 数据统计分析

采用Excel、DPS软件进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 化肥减量下耕作方式和施用秸秆腐熟剂对小麦产量和养分吸收的影响

2.1.1 化肥减量下耕作方式和施用秸秆腐熟剂对小麦产量的影响 从图1-a可以看出，商优1号品种在成熟期时，PTF、STF和RTF处理的小麦产量均显著高于RTN处理，将每个处理的产量按从高到低排序依次是PTF、STF、RTF、STN、PTN、RTN处理。PTF处理的小麦产量最高，比RTN处理高11.97%。从图1-b可以看出，商麦188品种在成熟期时，PTF处理的小麦理论产量显著高于RTN处理，将每个处理由高到低排序依次是PTF、STF、RTF、PTN、STN、RTN处理。PTF处理的小麦产量最高，比RTN处理高15.71%。2个品种中，PTF和STF处理的小麦理论产量均高于其他处理，且PTF处理的产量更高，这说明化肥减量条件下PTF处理增加小麦理论产量的效果最好。

2.1.2 耕作方式和施用秸秆腐熟剂对小麦植株全氮含量的影响 从图2-a可以看出，商优1号品种在成熟期时，同一耕作方式下，所有秸秆腐熟处理的小麦植株全氮含量都显著高于无腐熟处理，PTF处理的小麦全氮含量显著高于RTF处理，而STN、PTN和RTN处理间差异不显著，说明秸秆不腐熟处理只改变耕作方式对商优1号植株全氮含量的影响较小，腐熟处理配合翻耕的耕作方式效果最为显著。从图2-b可以看出，商麦188品种在成熟期时，所有处理中仅有STF与PTF处理植株的全氮含量显著高于RTN处理，说明深松和翻耕处理下施用秸秆腐熟剂对商麦188的氮吸收效果较好；同时由于商麦188是偏弱筋品种，对氮肥不敏感也是造成RTF、STN、PTN和RTN处理间差异不显著的原因之一。2个品种中，STF和PTF处理均高于其他处理，这说明翻耕、深松配施秸秆腐熟剂增加小麦植株全氮含量的效果最好；另外，由于商优1号是强筋小麦品种，对氮素吸收敏感，商优1号相应处理的植株全氮含量普遍比商麦188对应处理的植株全氮含量高。

2.1.3 耕作方式和施用秸秆腐熟剂对小麦植株全磷含量的影响 从图3-a可以看出，商优1号品种在成熟期时，在秸秆腐熟处理下，PTF、STF和RTF处理间的差异均达到显著水平，表现为PTF处理>STF处理>RTF处理，而在秸秆不腐熟处理下，STN与PTN处理差异不显著；秸秆腐熟处理的植株全磷含量显著高于所有秸秆不腐熟处理。从图3-b可以看出，商麦188品种在成熟期时，PTF、STF处理的小麦植株全磷含量显著高于RTF、STN、PTN、RTN处理。2个品种中，PTF和STF处理的小麦植株全磷含量均高于其他处理，这说明翻耕、深松配施秸秆腐熟剂增加小麦植株全磷含量的效果最好；2个品种间全磷含量差异不明显，说明2个品种磷利用效率相当。

2.1.4 耕作方式和施用秸秆腐熟剂对小麦植株全钾含量的影响 从图4-a可以看出，商优1号品种在成熟期时，各处理的小麦植株全钾含量除RTN处理外差异均未达到显著水平，说明PTF、STF、RTF、STN、PTN处理下基本能满足商优1号对钾的需求，田间尚有盈余。从图4-b可以看出，商麦188品种在成熟期时，同一秸秆处理不同耕作方式之间的小麦植株全钾含量差异均未达到显著水平，说明商麦188植株全钾含量与耕作方式的关系不大；腐熟处理PTF、STF与不腐熟处理PTN、RTN之间差异显著，腐熟处理应用于商麦188对钾的吸收效果明显，可能与商麦188相对于商优1号植株本身全钾含量高对钾的需求量大有关。

2.2 化肥减量下耕作方式和施用秸秆腐熟剂对麦田土壤养分的影响

2.2.1 耕作方式和施用秸秆腐熟剂对土壤有机质含量的影响 从图5可以看出，在小麦的成熟期，2个品种的小麦在化肥减量下翻耕、深松配施秸秆腐熟剂，其土壤有机质含量的变化趋势总体一致。从图5-a可以看出，商优1号各处理的土壤有机质含量差异均达到了显著水平。PTF处理的20～40 cm耕层土壤有机质含量最高(21.88 g/kg)，比最低的RTN处理高24.67%。从图5-b可以看出，商麦188各处理的土壤有机质含量差异均达到了显著水平。PTF处理的20～40 cm耕层土壤有机质含量最高(21.89 g/kg)，比最低的RTN处理高35.37%；2个品种中，PTF和STF处理的有机质含量均高于其他处理，且PTF处理更高，这说明翻耕配施秸秆腐熟剂增加土壤有机质含量的效果最好。

2.2.2 耕作方式和施用秸秆腐熟剂对土壤碱解氮含量的影响 从图6-a可以看出，商优1号品种的各个处理间的土壤碱解氮含量差异均达到了显著水平。将每个处理的碱解氮含量由高到低排序依次是PTF、STF、RTF、PTN、STN、RTN处理。可见，PTF处理的含量(90.42 mg/kg)是所有处理中土壤碱解氮含量最高的，而RTN处理(80.66 mg/kg)是所有处理中土壤碱解氮含量最低的，PTF处理比RTN处理的碱解氮含量高12.10%。从图6-b可以看出，商麦188品种在成熟期时，各处理的土壤碱解氮含量变化与商优1号趋势一致，但相对应处理的土壤碱解氮含量比商优1号稍大些，可能与商优1号是强筋小麦对氮吸收需求大而商麦188是偏弱筋小麦对氮肥利用不敏感所致。2个品种中，PTF和STF处理的碱解氮含量均高于其他处理，且PTF处理的更高，这说明化肥减量下翻耕配施秸秆腐熟剂增加土壤碱解氮含量的效果最好。

2.2.3 耕作方式和施用秸秆腐熟剂对土壤速效磷含量的影响 从图7可以看出，在小麦的成熟期，商优1号和商麦188的麦田土壤速效磷含量的变化趋势总体一致，2个品种所有处理间的土壤速效磷含量差异均达到显著水平，表现为PTF处理>STF处理>RTF处理>PTN处理>STN处理>RTN处理。其中，PTF处理的速效磷含量均最高，这说明化肥减量下翻耕配施秸秆腐熟剂增加土壤速效磷含量的效果最好。

2.2.4 耕作方式和施用秸秆腐熟剂对土壤速效钾含量的影响 从图8-a可以看出，商优1号品种在成熟期时，秸秆腐熟处理与秸秆不腐熟处理的差异均达到显著水平，PTF、STF、RTF处理的土壤速效钾含量分别为295.34、280.19、270.45 mg/kg，比对应不腐熟处理(PTN、STN、RTN处理)分别高38.02%、39.13%、40.52%，说明秸秆腐熟处理显著增加了土壤速效钾的含量。从图8-b可以看出，商麦188品种在成熟期时，各处理间的速效钾含量差异达到显著水平，表现为 PTF处理>STF处理>RTF处理>PTN处理>STN处理>RTN处理，麦田速效钾含量变化幅度和趋势与商优1号麦田土壤一致。2个品种中，PTF和STF处理都高于其他处理，且PTF处理的土壤速效钾含量更高，这说明化肥减量下翻耕配施秸秆腐熟剂增加土壤速效钾含量的效果最好。

3 结论与讨论

土壤养分含量与耕作方式、秸秆还田(腐熟)关系密切，同时影响着小麦植株养分的吸收利用。周正萍研究发现，长期免耕还田处理的土壤板结严重并影响中下土层养分的分配，秸秆覆盖还田可以提高 0～7 cm土壤表层的有机质和全氮含量，翻耕可以促进秸秆氮素的释放，提高土壤的碱解氮含量、土壤速效钾含量均有所改善，翻耕还田还有利于提高小麦成熟期氮、磷含量和累积吸收量。本研究结果表明，在化肥减量30%条件下经过对比筛选，翻耕配施秸秆腐熟剂后小麦成熟期土壤有机质含量、速效养分含量、小麦植株养分含量和理论产量均高于其他处理。另外，小麦植株的养分含量与土壤养分测定结果呈正相关，说明土壤肥力的高低影响着小麦植株养分吸收利用，这与周正萍的研究结论一致。分析主要原因是翻耕处理的铧式犁不仅可以深松土壤，还能将秸秆翻埋入土壤，有利于小麦根系对营养的吸收及20～40 cm土层土壤养分的累积，有效地解决了秸秆还田仅对表层土壤养分含量增加显著的限制，而深松和旋耕仅将(腐熟)秸秆充分与表层土壤混合，不能充分发挥秸秆还田对更深层土壤养分积累的作用。施用秸秆腐熟剂可以快速释放作物所需要的有机质及氮磷钾营养元素，更有效的发挥秸秆还田的肥效作用。姜珊珊等选用腐熟剂进行玉米秸秆降解试验，结果显示，秸秆还田撒施有机物料腐熟剂可以提高秸秆降解率，处理120 d时最大降解率比对照增加19.28%，有利于小麦生长；张莹莹等的研究表明，腐熟剂的选用对小麦部分生物学和产量性状产生积极影响；本试验结果与姜珊珊等的研究结果一致，秸秆腐熟处理相比不腐熟处理土壤养分和小麦植株养分含量均明显提高，并且对小麦的产量影响较大。综上所述，翻耕或深松加秸秆腐熟处理是提高小麦产量和提高土壤养分含量较好的农田耕作管理措施，推荐黄淮南片农田大面积推广应用。