不同秸秆发酵还田对制种玉米田土壤肥力质量和玉米品质的影响

刘兴斌，马宗海，闫治斌，樊廷录，陈绍江，王 学，马世军，闫富海，马明帮，秦嘉海

(1.甘肃省敦煌种业集团股份有限公司研究院, 甘肃 酒泉 735000；2.甘肃省农业科学研究院， 甘肃 兰州 731000；3.中国农业大学农学院，北京 100010； 4.河西学院农业与生态工程学院，甘肃 张掖 734000)

甘肃省张掖市属于典型的内陆灌区，由祁连山丰富的冰雪水灌溉农田，常年干燥少雨，日照时数长，昼夜温差大，是杂交玉米良种繁育的最佳生态区。近20 a来美国先锋、德国拜耳、法国利马格兰3家种业公司和国内14家骨干种业集团入驻张掖，建立了国家级玉米制种基地7.33×104hm2，年生产玉米杂交种4.73×105t，占全国玉米制种总面积的23.90%[1]。在制种玉米产业发展过程中日益凸显的主要问题是：化肥氮磷钾纯养分与有机肥氮磷钾纯养分投入量为1∶0.28[2]，制种玉米产量的提高主要依赖于化肥的施用。长期施用化肥导致制种玉米田有机质含量低、土壤板结、通透性能差、贮水能力弱，大量元素与微量元素比例失衡，制种玉米产量和品质低而不稳。因此，采用农作物秸秆替代传统化肥，提高制种玉米田土壤肥力是本文研究的关键所在。甘肃省张掖市农作物秸秆资源总量为(风干质量)1.55×106t[3](玉米秸秆0.83×106t，小麦秸秆2.35×105t，大麦秸秆1.92×105t，油料秸秆1.50×105t，马铃薯藤1.25×105t，豆类秸秆0.18×105t)，用于肥料、饲料和燃料的占45%，剩余资源量为0.85×106t。农作物秸秆堆放在农村居民点周围或者被野外焚烧，造成了严重的生态环境污染和资源浪费。有关作物秸秆对土壤质量及作物产量和品质影响的研究报道较多。其中，关于作物秸秆对土壤质量的影响：吕凯飞等[4]研究得出秸秆还田土壤容重和pH值降低，孔隙度增大；秸秆还田增强了有机碳的输入量，显著提高了土壤有机质含量；秸秆还田提高了土壤有机碳含量；秸秆还田提高了黑土表层有机碳含量[5-7]。刘武仁等[8]研究得出秸秆还田显著提高了土壤养分含量；秸秆还田提高了耕作层土壤全氮、硝态氮、碱解氮和速效磷含量[9]；秸秆还田提高了土壤速效钾和缓效钾含量，增加了地上部钾素吸收量[10]；低土壤肥力条件下秸秆还田可以提高土壤的供钾强度[11]。张丽华等[12]研究得出秸秆还田提高了土壤水分利用效率、田间持水量、自然含水量和土壤湿度；小麦-玉米轮作秸秆全量还田提高了土壤水分利用率[13]。董珊珊等[14]研究得出玉米秸秆还田为土壤微生物生长繁殖提供了充足的碳源；水稻和小麦秸秆还田提高了土壤细菌和真菌的多样性[15]；随着秸秆还田年限的延长，土壤微生物活性增强[16]；秸秆还田后促进了土壤微生物的大量繁殖[17]；玉米秸秆还田显著提高了土壤微生物的生物量[18]。战厚强等[19]研究得出秸秆还田改善了土壤的环境条件，提高了土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶、蔗糖酶和蛋白酶活性。关于作物秸秆对作物产量和品质的影响研究方面，贠超等[20]研究得出秸秆还田小麦产量提高了10.81%；秸秆还田促进了水稻的生长发育，提高了其产量[21]；玉米秸秆还田可以提高玉米和水稻产量[22]； 秸秆还田显著提高了水稻、大豆和玉米的产量[23]；小麦秸秆还田改善了番茄品质，提高了Vc和可溶性糖含量[24]；秸秆还田有利于改善小麦品质[25]；稻草还田能够降低烤烟的蛋白质、TN和烟碱含量[26]。

综上所述，前人研究主要集中在作物秸秆对土壤理化性质、有机质、养分、水分、微生物数量、酶活性、作物产量和品质方面，而小麦、玉米、蚕豆、豌豆、油菜籽和葵花秸秆发酵还田对制种玉米田土壤肥力质量和玉米品质影响的研究尚少见文献报道。为了解决甘肃省张掖市内陆灌区制种玉米田长期施用化肥导致土壤质量下降以及作物秸秆堆放在农村居民点周围或者野外焚烧对农村生态环境污染和资源浪费的问题,本文进行了不同秸秆发酵还田对制种玉米田土壤肥力质量和玉米品质影响的研究，旨在为改善制种玉米田环境质量和作物秸秆资源化循环利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地概况 试验在甘肃省张掖市甘州区甘浚镇巴吉村三社连续15 a种植制种玉米的基地进行(100°12′22″E，38°57′52″N)。该地海拔1 560 m，年均气温7.50℃，年平均降水量116 mm，年蒸发量1 950 mm，日照时数3 400 h，无霜期150 d。土壤类型是灌淤旱作人为土[27]，0～20 cm耕作层有机质、有机碳和有机碳密度分别为9.23、5.35 g·kg-1和1.41 kg·hm-2；CEC(阳离子交换量)为12.08 cmol·kg-1，pH值为8.02，碱解氮、速效磷和速效钾分别为54.14、8.12、128.43 mg·kg-1。前茬作物是制种玉米。

1.1.2 试验材料 参试材料有效成分见表1，玉米品系为敦玉810(IN46×Q4-2，中国农业科学院作物科学研究所、甘肃省敦煌种业集团股份有限公司和华中农业大学联合选育)。

表1 参试材料有效成分

1.2 试验方法

1.2.1 作物秸秆发酵方法 2017年3月1日，将风干的作物秸秆粉碎过2 cm筛，加入尿素将C∶N调整到25∶1，再加入秸秆发酵剂，喷自来水调节水分含量达到60%～65%[28]，在温室内(室温25～30℃)堆成1.50 m高的梯形，覆盖塑料薄膜并开直径3～5 cm小洞若干。堆内温度降到室温，作物秸秆出现灰白色菌丝后，在阴凉干燥处自然风干，测定含水量小于5%备用，发酵参数见表2。

表2 作物秸秆发酵参数

1.2.2 试验处理 依据当地农户制种玉米传统化肥施肥量(尿素、磷酸二铵、硫酸钾0.80、0.50、0.22 t·hm-2，NPK纯养分投入量0.80 t·hm-2)，折合成相应的秸秆施用量(表3)。试验共设8个处理，处理1为小麦秸秆还田；处理2为玉米秸秆还田；处理3为蚕豆秸秆还田；处理4为豌豆秸秆还田；处理5为油菜籽秸秆还田；处理6为葵花秸秆还田；处理7为传统化肥；处理8为对照(不施肥)。每个小区作物秸秆和化肥在玉米播种时浅耕翻入20 cm土层，每个处理重复3次，随机区组排列。2018—2020年连续定点试验3 a，小区面积52 m2(8 m×6.5 m)，每个小区四周筑埂。

表3 不同处理作物秸秆施用量/(t·hm-2)

1.2.3 种植方法 2018—2020年每年的4月20日播种，深度4～5 cm，先播全部母本，母本播后5 d播种第一期父本，母本播后10 d播种第二期父本，父母本株行距22 cm×50 cm，父母本行比1∶6。每个小区在支管单元入口安装闸阀、压力表和水表，在玉米拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、乳熟期各灌水1次，每个小区灌水量为78 m3。

1.2.4 样品采集方法 连续定点试验3 a后，于2020年9月30日制种玉米收获时每个小区随机采集15株，测定穗粒数、穗粒重、百粒重、可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量。每个小区单独收获，将小区产量换算成hm2产量进行统计分析。制种玉米收获后在小区内按对角线布置5个采样点，采集0～20 cm土层土样各5 kg，用4分法留2 kg(1 kg新鲜土样放入4℃冰箱避光保存测定微生物数量和酶活性，另外1 kg土样风干过1 mm筛供室内化验分析)。土壤容重、团聚体用环刀采集原状土，未进行风干。

1.2.5 测定指标与方法 土壤容重、总孔隙度和>0.25 mm水稳性团聚体测定分别采用环刀法、计算法和团粒结构分析仪法；pH值、CEC、有机质测定分别采用酸度计法(水土比5∶1)、交换剂浸提-乙酸铵-氯化铵法、重铬酸钾法；有机碳按公式[有机碳(g·kg-1)=有机质含量(g·kg-1)/1.724]求得；总持水量按公式[总持水量(t·hm-2)=面积(m2)×总孔隙度(%)×土层深度(m)]求得[29]；有机碳密度按公式[有机碳密度(kg·m-2) =土壤有机碳含量( g·kg-1) × 土壤容重( g·cm-3) ×采样深度(cm)×0.01]求得[30]；土壤供碳量按公式[土壤供碳量(t·hm-2)=土壤有机碳含量(g·kg-1)×2.25]求得[31]；细菌和放线菌种群量测定采用牛肉膏蛋白胨培养法和高氏一号培养基表面涂布法[32]；蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二钠比色法和碘量滴定法[33]；玉米籽粒中粗蛋白用凯氏定氮法测定，可溶性糖和淀粉用蒽酮比色法测定[34]。

1.2.6 数据分析 连续定点试验3 a后，于2020年9月30日制种玉米收获后测定数据，采用SPSS 16.0统计软件进行数据统计分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 秸秆发酵还田对制种玉米田理化性质和持水量的影响

2.1.1 对土壤物理性质的影响 连续定点试验3 a后，于2020年9月30日制种玉米收获后测定数据可知(表4)，秸秆还田使制种玉米田土壤疏松、容重降低，施用化肥土壤紧实、容重增大，6种秸秆还田容重均值为1.24 g·cm-3，分别比传统化肥施用和对照田降低5.34%和6.06%。不同处理土壤容重排序为小麦秸秆<玉米秸秆<豌豆秸秆<葵花秸秆<油菜籽秸秆<蚕豆秸秆<传统化肥<对照。小麦秸秆与玉米秸秆、豌豆秸秆、葵花秸秆和油菜籽秸秆比较，容重分别降低了0.83%、2.44%、3.22%和4.76%(P>0.05)，与蚕豆秸秆比较降低了6.25%(P<0.05)，与传统化肥和对照比较分别降低了8.40%和9.09%(P<0.01)。秸秆还田可以增大制种玉米田土壤的孔隙度，6种秸秆还田孔隙度均值为53.33%，比传统化肥施用和对照田分别增大5.46%和6.26%。不同处理土壤总孔隙度排序为小麦秸秆>玉米秸秆>豌豆秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆、豌豆秸秆、葵花秸秆和油菜籽秸秆比较，总孔隙度分别增大了0.72%、2.11%、2.84%和4.32%(P>0.05)，与蚕豆秸秆比较增大了5.84%(P<0.05)，与传统化肥和对照比较分别增大了8.21%和9.03%(P<0.01)。秸秆还田提高了制种玉米田水稳性团聚体数量，6种秸秆还田水稳性团聚体均值为27.35%，比传统化肥和对照分别增加15.74%和16.93%。不同处理土壤水稳性团聚体排序为小麦秸秆>玉米秸秆>豌豆秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆比较，水稳性团聚体增加了2.06%(P>0.05)，与豌豆秸秆和葵花秸秆比较分别增加了5.19%和6.06%(P<0.05)，与油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、传统化肥和对照比较分别增加了8.44%、9.52%、21.71%和22.96%(P<0.01)。

2.1.2 对土壤化学性质和持水量的影响 由表4可知，各秸秆还田制种玉米田的pH值都有不同程度的下降，6种秸秆还田土壤pH值均值为7.61，比传统化肥和对照田分别降低3.79%和5.11%。不同处理土壤pH值变化顺序为：小麦秸秆<玉米秸秆<葵花秸秆<油菜籽秸秆<蚕豆秸秆<豌豆秸秆<传统化肥<对照。小麦秸秆与玉米秸秆、葵花秸秆、油菜籽秸秆和蚕豆秸秆比较，土壤pH值分别降低了1.20%、2.11%、2.51%和3.51%(P>0.05)，与豌豆秸秆、传统化肥和对照比较分别降低了5.12%、6.20%和7.48%(P<0.05)。秸秆还田制种玉米田CEC呈增加趋势，6种秸秆还田CEC均值为15.23%，比传统化肥和对照田分别增加22.63%和26.08%。不同处理土壤CEC变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆、葵花秸秆和油菜籽秸秆比较，CEC分别增加了0.96%、3.06%和4.14%(P>0.05)，与蚕豆秸秆比较增加了7.31%(P<0.05)，与豌豆秸秆、传统化肥和对照比较分别增加了9.54%、27.62%和31.21%(P<0.01)。秸秆还田能显著提高制种玉米田总持水量，6种秸秆还田总持水量均值为1 066.67 t·hm-2，比传统化肥和对照田分别增加5.47%和6.26%。不同处理土壤总持水量变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>豌豆秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆、豌豆秸秆、葵花秸秆和油菜籽秸秆比较，土壤总持水量分别增加了0.72%、2.11%、2.84%和4.32%(P>0.05)，与蚕豆秸秆比较增加了5.84%(P<0.05)，与传统化肥和对照比较分别增加了8.21%和9.03%(P<0.01)。

表4 秸秆还田对制种玉米田理化性质和持水量的影响

2.2 秸秆发酵还田对制种玉米田有机质及速效氮磷钾含量的影响

2.2.1 对土壤有机质和有机碳的影响 由表5可知，秸秆还田促进了制种玉米田有机质的积累，有利于提高有机质、有机碳及有机碳密度和供碳量，6种秸秆还田有机质、有机碳及有机碳密度和供碳量均值分别为12.07 g·kg-1、7.00 g·kg-1、1.73 kg·m-2和15.74 t·hm-2，与传统化肥和对照田比较，秸秆处理的土壤有机质平均分别增加29.65%和30.77%，土壤有机碳平均分别增加29.63%和30.84%，土壤有机碳密度平均分别增加21.83%和22.70%，土壤供碳量平均分别增加29.55%和30.73%。不同处理土壤的有机质、有机碳及有机碳密度和供碳量变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆还田处理比较，有机质增加了2.01%(P>0.05)，与葵花秸秆还田处理比较增加了5.28%(P<0.05)，与油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照处理比较分别增加了9.66%、16.65%、25.31%、41.46%和42.69%(P<0.01)。小麦秸秆与玉米秸秆还田处理比较，土壤有机碳增加了2.00%(P>0.05)，与葵花秸秆还田处理比较增加了5.23%(P<0.05)，与油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照处理比较分别增加了9.77%、16.82%、25.45%、41.48%和42.80%(P<0.01)。小麦秸秆与玉米秸秆处理相比土壤有机碳密度增加了3.72%(P>0.05)，与葵花秸秆、油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照处理比较分别增加了8.33%、14.04%、23.42%、33.56%、37.32%和38.30%(P<0.01)。小麦秸秆与玉米秸秆比较土壤供碳量增加了2.02%(P>0.05)，与葵花秸秆比较增加了5.20%(P<0.05)，与油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照比较分别增加了9.77%、16.78%、25.48%、41.48%和42.77%(P<0.01)。

2.2.2 对土壤速效氮、磷、钾含量的影响 由表5可知，秸秆还田把有机质带到土壤中，有机质在矿质化过程中释放出了氮、磷、钾等矿质元素，提高了制种玉米田碱解氮、速效磷和速效钾含量，6种秸秆还田碱解氮、速效磷和速效钾含量均值分别为65.67、9.82、148.78 mg·kg-1，与传统化肥和对照田比较，土壤碱解氮含量分别增加6.57%和21.30%，土壤速效磷含量分别增加5.37%和20.94%，土壤速效钾含量分别增加7.92%和15.85%。不同处理的土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆和葵花秸秆比较，土壤碱解氮分别增加了0.87%和3.51%(P>0.05)， 与油菜籽秸秆比较增加了6.23%(P<0.05)，与蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照田比较分别增加了8.07%、9.93%、11.52%和26.93% (P<0.01)。小麦秸秆与玉米秸秆和葵花秸秆比较，土壤速效磷分别增加了2.20%和2.51%(P>0.05)， 与油菜籽秸秆、蚕豆秸秆和豌豆秸秆还田处理比较分别增加了6.45%、6.67%和7.57% (P<0.05)，与传统化肥和对照田比较分别增加了9.76%和25.99% (P<0.01)。小麦秸秆与玉米秸秆、葵花秸秆和油菜籽秸秆还田处理比较，土壤速效钾分别增加了1.98%、3.12%和4.59%(P>0.05)，与蚕豆秸秆和豌豆秸秆还田处理比较分别增加了6.12%和6.40%(P<0.05)，与传统化肥和对照田比较分别增加了11.86%和20.07%(P<0.01)。

表5 秸秆还田对制种玉米田有机质及有机碳和速效氮磷钾的影响

2.3 秸秆发酵还田对制种玉米田土壤微生物数量和酶活性的影响

2.3.1 对土壤微生物数量的影响 由表6可知，秸秆还田制种玉米田有机碳含量得到提升，为微生物生长发育和繁殖创造了良好的环境条件，提高了土壤微生物的数量，6种秸秆还田处理土壤细菌和放线菌数量均值为2.88×107·g-1和1.92×106·g-1，与传统化肥和对照比较，细菌数量分别增加1.13倍和1.19倍，放线菌数量分别增加1.22倍和1.27倍。不同处理土壤细菌和放线菌数量变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆和葵花秸秆处理比较，土壤细菌数量分别增加了3.66%和4.70%(P>0.05)，与油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照田比较分别增加了11.03%、14.29%、19.54%、22.84%和28.40% (P<0.01)。小麦秸秆与玉米秸秆处理比较土壤放线菌数量增加了7.28%(P<0.05)，与葵花秸秆、油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照田比较分别增加了8.87%、17.55%、27.01%、36.42%、39.87%和46.36% (P<0.01)。

2.3.2 对土壤酶活性的影响 由表6可知，秸秆还田后提高了制种玉米田的土壤酶活性，6种秸秆还田蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性均值分别为7.67 mg·g-1·d-1、1.70 mg·kg-1·h-1、3.47 g·kg-1·d-1和0.60 ml·g-1，与传统化肥和对照田比较，蔗糖酶活性分别增加了1.21倍和1.25倍，脲酶活性分别增加了1.18倍和1.23倍，磷酸酶活性分别增加了1.20倍和1.25倍，多酚氧化酶活性分别增加了1.30倍和1.36倍。不同处理土壤酶活性变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆和葵花秸秆处理比较，蔗糖酶活性分别增加了0.74%和3.70%(P>0.05)，与油菜籽秸秆处理比较增加了6.56% (P<0.05)，与蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照处理比较分别增加了12.16%、13.41%、28.48%和32.68% (P<0.01)。小麦秸秆与玉米秸秆处理比较，脲酶活性增加了6.59% (P<0.05)，与葵花秸秆、油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照田比较分别增加了10.23%、16.16%、25.97%、30.20%、34.72%和40.58% (P<0.01)。 小麦秸秆与玉米秸秆比较，磷酸酶活性增加了3.67% (P>0.05)，与葵花秸秆和油菜籽秸秆比较分别增加了5.16% 和7.62% (P<0.05)，与蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照田比较分别增加了8.26%、10.88%、26.99%和32.49% (P<0.01)。 小麦秸秆与玉米秸秆处理比较，多酚氧化酶活性增加了4.35% (P>0.05)，与葵花秸秆、油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、传统化肥和对照田比较分别增加了9.09%、30.91%、41.18%、50.00%、56.52%和63.64% (P<0.01)。

表6 秸秆还田对制种玉米田微生物数量和酶活性的影响

2.4 秸秆发酵还田对制种玉米品质、经济性状和效益的影响

2.4.1 对制种玉米品质的影响 由表7可知，秸秆还田后有效改善了制种玉米品质，6种秸秆还田处理的玉米可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量均值分别为21.96%、25.42%和8.40%，与传统化肥和对照处理比较，其可溶性糖含量分别增加了16.01%和25.92%，淀粉含量分别增加了11.15%和29.30%，粗蛋白含量分别增加了13.36%和20.69%。不同处理的可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>油菜籽秸秆>葵花秸秆>豌豆秸秆>蚕豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆处理比较，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分别增加了2.02%、2.05%和1.01%(P>0.05)；与油菜籽秸秆处理比较，可溶性糖和粗蛋白含量分别增加了7.75%和5.11(P<0.05)，淀粉含量增加了3.11%(P>0.05)；与葵花秸秆处理比较，可溶性糖和粗蛋白含量分别增加了13.25%和12.56%(P<0.01)，淀粉含量增加了6.28%(P<0.05)；与豌豆秸秆处理比较，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分别增加了18.52%、10.70%和13.41%(P<0.01)；与蚕豆秸秆处理比较，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分别增加了23.10%、14.13%和16.77%(P<0.01)；与传统化肥处理比较，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分别增加了27.99%、17.62%和22.13%(P<0.01)；与对照田比较，可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量分别增加了38.71%、36.83%和30.03%(P<0.01)。

2.4.2 对制种玉米经济性状和产量的影响 由表7可知，秸秆还田后改善了制种玉米经济性状，提高了产量，6种秸秆还田处理的穗粒数、穗粒重、百粒重和产量均值分别为350.20粒、69.42 g、34.92 g和6.26 t·hm-2，与传统化肥和对照比较，穗粒数分别增加了9.75%和27.23%，穗粒重分别增加了6.75%和16.83%，百粒重分别增加了5.44%和9.09%，产量分别增加了4.68%和27.24%。不同处理的制种玉米经济性状和产量变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆>传统化肥>对照。小麦秸秆与玉米秸秆处理比较，穗粒数、穗粒重、百粒重和产量分别增加了1.01%、1.42%、0.34%和2.03%(P>0.05)；与葵花秸秆处理比较，穗粒数、穗粒重、百粒重和产量分别增加了3.07%、3.04%、0.43%和3.17%(P>0.05)；与油菜籽秸秆处理比较，穗粒数和百粒重分别增加了4.13%和1.21%(P>0.05)，穗粒重和产量分别增加了5.36%和5.33%(P<0.05)；与蚕豆秸秆处理比较，穗粒数、穗粒重和产量分别增加了6.56%、6.07%和6.36%(P<0.05)，百粒重增加了1.53%(P>0.05)；与豌豆秸秆处理比较，穗粒数增加了9.52%(P<0.01)，穗粒重和产量分别增加了8.05% 和8.49%(P<0.05)，百粒重增加了1.97%(P>0.05)；与传统化肥比较，穗粒数、穗粒重和产量分别增加了14.09%、10.93%和9.03%(P<0.01)，百粒重增加了6.40%(P<0.05)；与对照田比较，穗粒数、穗粒重、百粒重和产量分别增加了32.25%、21.41%、10.09%和32.52%(P<0.01)。

表7 秸秆还田对制种玉米品质及经济性状的影响

2.4.3 对制种玉米经济效益的影响 由表8可知，秸秆还田提高了制种玉米经济效益，6种秸秆还田处理的增产值、施肥利润和肥料投资效率均值分别为1.07万元·hm-2、0.68万元·hm-2和1.72元·元-1，与传统化肥处理比较，增产值、施肥利润和肥料投资效率增加了0.22万元·hm-2、0.23万元·hm-2和0.59元·元-1。不同处理施肥利润和肥料投资效率变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆>传统化肥。小麦秸秆与玉米秸秆、葵花秸秆、油菜籽秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆和传统化肥处理比较，施肥利润分别增加 0.09、0.16、0.25、0.31、0.40、0.43万元·hm-2；肥料投资效率分别增加0.17、0.40、0.58、0.77、0.97、1.07元·元-1。

表8 秸秆还田对制种玉米经济效益的影响

3 讨论与结论

6种发酵秸秆还田后，小麦秸秆比其他秸秆更有利于降低制种玉米田容重、增大土壤孔隙度、提高水稳性团聚体比例和总持水量。究其原因，一是小麦秸秆还田后耕作层土壤有机质含量为13.17 g·kg-1，分别为玉米、蚕豆、豌豆、油菜籽、葵花秸秆还田处理的1.02、1.17、1.25、1.10、1.05倍，小麦秸秆还田后把大量的有机质带入土壤，使土壤疏松，降低了容重，增加了孔隙度；二是小麦秸秆中的有机质在土壤中合成的腐殖质促进了水稳性团聚体的形成；三是小麦秸秆还田后在土壤中合成的腐殖质是亲水胶体，因而提高了持水量。钱锐等[35]研究得出秸秆还田降低了土壤容重，增大了孔隙度；张玉铭等[36]研究得出秸秆还田显著提升了土壤水稳性团聚体含量；王碧胜等[37]研究得出秸秆还田后在土壤中合成的腐殖物质，有助于土壤团聚体的形成和稳定；成臣等[38]研究得出秸秆还田可以有效抑制土壤水分蒸发，提高保水性能；张鹏等[39]研究得出农作物秸秆还田提高了土壤保水能力。小麦秸秆比其他秸秆有利于提高制种玉米田的CEC，降低其pH值。究其原因，一是小麦秸秆还田后耕作层土壤有机质含量比其他秸秆高，有机质在土壤中合成的腐殖质带负电荷，吸附了土壤中的阳离子，因而提高了CEC；二是有机质在分解过程中产生的有机酸降低了土壤pH值，三是有机质在土壤中合成的腐殖质是一种含有酚羟基、羧基、甲氧基等多功能团的弱酸，降低了土壤pH值。这种变化特征与党昆等[40]研究结论相一致。

6种发酵秸秆还田后制种玉米田有机质、有机碳、有机碳密度和供碳量变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆。究其原因一是小麦秸秆还田后耕作层土壤有机质分别是玉米秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、油菜籽秸秆、葵花秸秆的1.02、1.17、1.25、1.10、1.05倍，有机碳密度分别是玉米秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、油菜籽秸秆和葵花秸秆的1.04、1.30、1.34、1.14、1.08倍，小麦秸秆把大量的有机质带入土壤，因而增加了有机质和有机碳含量。张雅洁等[41]研究得出秸秆还田向土壤中输送丰富的有机物质，从而提升了土壤有机质含量；成钢等[42]研究得出玉米秸秆还田提高了土壤有机质含量。小麦秸秆还田后制种玉米田耕作层土壤速效氮、磷、钾含量比其他秸秆高，究其原因是小麦秸秆还田后耕作层土壤碱解氮分别是玉米秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、油菜籽秸秆和葵花秸秆的1.01、1.08、1.10、1.06、1.04倍，速效磷分别达以上各处理的1.02、1.07、1.08、1.06、1.03倍，速效钾分别达1.02、1.06、1.07、1.05、1.03倍。王麒等[43]研究得出秸秆还田为土壤提供了丰富的纤维素、氮、磷、钾及微量元素等；张大伟等[44]研究得出秸秆还田提高了土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量。

6种发酵秸秆还田后制种玉米田的土壤细菌、放线菌数量及蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性变化顺序为：小麦秸秆>玉米秸秆>葵花秸秆>油菜籽秸秆>蚕豆秸秆>豌豆秸秆。究其原因一是小麦秸秆还田后耕作层土壤有机碳含量比其他秸秆高，有机碳是土壤微生物生命活动能量物质和营养物质的直接来源，有效促进了细菌和放线菌的繁殖；二是小麦秸秆还田提高了土壤有机碳含量，土壤酶吸附在有机碳上，为土壤酶创造了良好的土壤生态环境条件，因而提高了土壤酶的活性。吴其聪等[45]研究得出秸秆还田后提高了土壤微生物数量；赵海东等[46]研究发现秸秆还田可增强土壤酶活性。小麦秸秆比其他秸秆有利于提高制种玉米穗粒数、穗粒重、百粒重、产量、可溶性糖、淀粉和粗蛋白含量。究其原因是小麦秸秆还田后提高了制种玉米田耕作层土壤有机质、有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾含量，改善了土壤理化性质和生物学性质，促进了制种玉米的生长发育，因而提高了产量和品质，这与刘慧屿等[47]的研究结论一致，但刘世平等[48]则认为，尽管秸秆还田改善土壤质量，但并没有影响作物产量，甚至造成减产，这种变化规律与本研究不一致。有关不同作物秸秆还田数量、C∶N调整、腐烂时间、秸秆腐烂对氮素的消耗问题有待进一步研究。

综上所述，小麦秸秆发酵还田降低了制种玉米田容重和pH值，增大了孔隙度和水稳性团聚体含量，提高了田间持水量、CEC、有机质、速效氮磷钾含量、微生物数量、酶活性、制种玉米产量和品质，在一定程度上能够抑制制种玉米田土壤质量下降，是解决制种玉米产量和品质低而不稳问题的途径之一。