周年秸秆还田对稻麦产量和土壤中酶活性的影响研究

吴春华 顾道健

摘 要：目的：探讨水稻小麦秸秆交替还田对稻麦产量和土壤中酶活性的影响。方法：水稻品种材料选取淮稻5号和甬尤2640，小麦品种材料选取扬麦16和扬麦20，根据秸秆还田情况设置4个不同处理：（1）水稻、小麦秸秆均不还田（A，对照）;（2）单独小麦秸秆还田（B，在水稻季将上季小麦的秸秆还田）;（3）单独水稻秸秆还田（C，在小麦季将上季水稻的秸秆还田）;（4）水稻、小麦秸秆全还田（D，在小麦季将上季水稻的秸秆还田，在水稻季将上季小麦的秸秆还田），对水稻、小麦产量形成和土壤中酶活性变化进行了观察分析。结果：水稻、小麦秸秆还田后，对水稻、小麦产量均有一定的提高效果，稻麦产量的增加主要在于每穗粒数的增加。秸秆还田增加了土壤中脲酶和过氧化氢酶活性，其中以稻麦秸秆全还田的处理最高。结论：稻麦周年秸秆还田有利于提高稻麦产量和土壤质量。

关键词：水稻;小麦;周年秸秆还田;产量;土壤中酶活性

中图分类号 S511;S512.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）05-0164-06

1 前言

中国作为农业大国，农作物丰富，每年的农作物秸秆量巨大，据统计农作物秸秆年产总量在8亿t以上[1]。农作物秸秆是很好的养分资源，其不仅有机碳含量高，而且含有许多矿物质营养元素，如氮、钾、磷、硅等[2]。过去主要通过焚烧来处理秸秆，不仅造成资源浪费，而且污染环境[3]。我国近年来环境政策改革和农民环保意思的增强，已停止大面积农作物秸秆的焚烧，并将农作物秸秆通过各种形式返还土壤中，对我国农田的土壤质量改善效果较为明显。土壤中酶活性是土壤质量的一个重要指标[4]，提高土壤中脲酶、过氧化氢酶等酶活性对于提高农作物产量和土壤质量具有重要作用[5]。以往虽然有农作物秸秆还田对作物产量和土壤性质影响的研究，但有关稻麦周年秸秆还田对稻麦产量和土壤质量的影响研究还很少。为此，本研究探究了稻麦周年秸秆还田对稻麦产量和土壤中酶活性的影响，以进一步认识稻麦周年秸秆还田对稻麦产量和土壤质量的调控作用，为稻麦可持续绿色高产提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 供试材料 试验在扬州大学江苏省作物栽培生理重点实验室试验农场进行，从2015年冬至2018年秋秸秆还田处理的累积时间已有3年。试验地土壤的起始养分状况：有机质含量2.05%，有效氮103.2mg/kg，速效磷24.5mg/kg，速效钾85.3mg/kg。试验基地作物种植模式采用的是稻麦两熟轮作。

2.2 试验设计 试验设置4个秸秆还田处理：（1）水稻、小麦秸秆均不还田（A，对照，在水稻和小麦收获后将秸秆全部清理出田块）;（2）单独小麦秸秆还田（B，在上季小麦收获后将田块中所种植小麦的秸秆全量留在田中，用于当季水稻种植）;（3）单独水稻秸秆还田（C，在上季水稻收获后将田块中所种植水稻的秸秆全量留在田中，用于当季小麦种植）;（4）水稻、小麦秸秆全还田（D，在水稻种植前，将上季所种植小麦的秸秆全量留在田中;在小麦种植前，将上季所种植水稻的秸秆全量留在田中），水稻秸秆还田量约为9.0t/hm2，小麦秸秆还田量约为4.8t/hm2。本试验以不同秸秆还田处理为主区，以不同品种处理为裂区，每个小区面积28m2，重复3次。

2.3 试验管理 2018年选取甬优2640和淮稻5号为试验材料，5月9日播种，6月11日人工移栽，株行距16cm×25cm，双本栽插，按当地高产栽培要求，全生育期对病虫草害防治。施氮量为240kg/hm2，按基肥∶分蘖肥∶促花肥∶保花肥=4∶2∶2∶2施用。移栽前大田均匀撒入基肥（其中氮肥96kg/hm2，磷肥（P2O5）75kg/hm2和钾肥（K2O）130kg/hm2），移栽后7d均匀撒入分蘖肥，叶龄余数3.5时均匀撒入促花肥，叶龄余数1.5时均匀撒入保花肥。抽穗后大田水分管理使用轻干湿交替灌溉模式，其余阶段试验大田的水层保持在2cm左右。

2017—2018年小麦供试品种为扬麦16和扬麦20，10月25日人工条播，行距30cm，播量为110kg/hm2，3叶期定苗至220×104株/hm2。施氮量为240kg/hm2，按基肥∶壮蘖肥∶拔节肥∶穗肥=4∶2∶2∶2施用。播种前大田均匀撒入基肥（其中氮肥96kg/hm2，磷肥（P2O5）130kg/hm2和钾肥（K2O）130kg/hm2），4叶期均匀撒入壮蘖肥，叶龄余数为2.5时均匀撒入拔节肥，孕穗期均匀撒入穗肥。

2.4 测定项目与方法

2.4.1 测定方法 分别在小麦季和水稻季的主要生育时期，每小区用5点取样法，取0～20cm、20～40cm 2个深度的土样，自然风干用研磨机磨粉，土壤脲酶的测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法;土壤过氧化氢酶的测定采用0.1mol/L的高锰酸钾滴定法。

2.4.2 测定项目 水稻考种：在水稻成熟期，每小区取20穴水稻穗子装袋，用于考查计算每m2穗数、穗粒数、千粒重以及结实率。小麦考种：在小麦成熟期，每个试验小区取2行1m宽的小麦穗子装袋，用于考查计算每m2穗数、每穗粒数和千粒重。稻麦计产：每个小区用镰刀收割5m2装袋，然后用脱粒机脱粒，自然晒干，称重计产。

2.4.3 数据处理 本试验的全部数据是运用Excel 2003和Sigmaplot 10.0进行科学统计分析。

3 结果与分析

3.1 稻麦产量及其构成因素 表1展示了不同秸秆还田处理下的小麦产量及其构成因素。由表1可知，在2017年冬至2018年春小麦季，与秸秆不还田的对照相比，当季水稻秸秆还田和上季小麦秸秆还田处理均显著提高了小麦产量，上季麦秸秆还田处理对产量的增加效果高于当季稻秸秆还田处理，水稻和小麦两季秸秆全还田处理与上季麦秸秆处理间的产量无显著性差异。与对照相比，单独小麦秸秆还田、单独水稻秸秆还田和小麦秸秆还田+水稻秸秆还田秸秆处理，扬麦16的产量分別增加了6.6%、3.5%和6.5%，扬麦20的产量分别增加了10.2%、4.0%和9.7%。秸秆还田处理提高产量的主要原因是增加了每穗粒数和千粒重，上季麦秸秆还田还提高了每m2穗数，但当季稻秸秆还田的穗数略有降低。

表2展示了不同秸秆还田处理下的水稻产量及其构成因素。由表2可知，与对照相比，当季小麦秸秆还田和上季水稻秸秆还田2个处理均显著提高了水稻产量，当季麦秸秆还田处理对产量增加的效果高于上季稻秸秆还田处理，稻麦两季秸秆全还田处理的产量最高。与对照相比，单独小麦秸秆还田、单独水稻秸秆还田和小麦秸秆还田+水稻秸秆还田秸秆处理，淮稻5号产量分别增加了14.0%、9.1%和14.8%，甬优2640的产量分别增加了9.0%、7.1%和14.1%。秸秆处理提高产量的原因主要是增加了每m2穗数和穗粒数，2个品种结实率在各秸秆还田处理间无显著差异，各秸秆还田处理的千粒重较对照略有降低。

3.2 土壤中酶活性

3.2.1 小麦季土壤脲酶活性 由图1可知，在0～20cm土层中，土壤脲酶活性在小麦生育期呈现先增后降的趋势，在穗分化期出现最大值。在同一时期，与对照相比，各秸稈还田处理均显著提高了土壤脲酶活性，当季稻秸秆还田处理高于上季麦秸秆还田处理，稻麦两季秸秆全还田处理与当季稻秸秆还田处理无显著差异。在20～40cm土层中，土壤脲酶活性较0～20cm土层有所降低。与对照相比，秸秆还田处理提高土壤脲酶活性，但在3个秸秆还田处理间无显著性差异，2个品种趋势一致。

3.2.2 水稻季土壤脲酶活性 图2为水稻季土壤脲酶活性变化情况。由图2可知，在0～20cm土层中，土壤脲酶活性在水稻生育前中期较高，在穗分化期表现出最大值，到灌浆期，土壤脲酶活性一直降低。在同一时期，与对照相比，各秸秆还田处理均显著提高土壤脲酶活性，当季麦秸秆还田处理高于上季稻秸秆还田处理，稻麦两季秸秆全还田处理与当季麦秸秆还田处理无显著性差异。在20～40cm土层中，土壤脲酶活性在不同生育期均在一个较低水平，在各处理间无显著性差异，2个品种趋势一致。

3.2.3 小麦季土壤过氧化氢酶活性 图3为小麦季土壤过氧化氢酶活性变化情况。由图3可知，在0～20cm土层中，土壤过氧化氢酶活性在小麦分蘖期表现出最大值，在穗分化期和抽穗期大幅度降低。在同一时期，与对照相比，各秸秆还田处理均显著提高土壤过氧化氢酶活性，当季稻秸秆还田处理高于上季麦秸秆还田处理，稻麦两季秸秆全还田处理与当季稻秸秆还田处理无显著性差异。在20～40cm土层中，与对照相比，秸秆还田处理后土壤过氧化氢酶活性有一定的提高，但在不同处理之间没有显著性差异，2个品种趋势一致。

3.2.4 水稻季土壤过氧化氢酶活性 图4为水稻季土壤过氧化氢酶活性变化情况。由图4可知，在0～20cm土层，土壤过氧化氢酶活性在水稻不同生育期变化较小。在同一生育期，与对照相比，各秸秆还田处理均显著提高了土壤过氧化氢酶活性，当季麦秸秆还田处理高于上季稻秸秆还田处理，稻麦两季秸秆全还田处理与当季麦秸秆还田无显著性差异。在20～40cm土层中，土壤过氧化氢酶活性在水稻不同生育期的变化也较小，但显著低于0～20cm土层的过氧化氢酶活性。在同一生育期，与对照相比，不同秸秆还田处理提高了土壤过氧化氢酶活性，但在各各秸秆处理间无显著差异，2个品种趋势一致。

4 讨论与小结

4.1 讨论

4.1.1 秸秆还田对稻麦产量的影响 以往有关秸秆还田对稻麦产量的影响，有不同的研究结果，有的报道增产，有的报道不增产甚至减产[5-10]。本研究表明，水稻秸秆和小麦秸秆还田均可不同程度地提高了水稻和小麦的产量，尤以稻麦两季秸秆还田的增产作用更明显。本研究结果与以往一些结果的差异，可能与秸秆还田的年份多少有关。一般秸秆还田的时间（年数或季节数）越短，对土壤改良的作用以及对作物增产作用就越小[7-10]。本试验已经连续进行了3年，6个生长季（水稻和小麦各3季），秸秆还田的作用具有累积效应[7]，因而表现出秸秆还田对产量的影响具有明显的正效应。本研究观察到，虽然秸秆还田能增加水稻和小麦的产量，但增产的原因水稻与小麦不同。从产量构成因素分析，秸秆还田后小麦的增产主要在于每穗粒数和千粒重的增加，而秸秆还田后水稻的增产主要在于单位面积穗数和每穗粒数增加。说明秸秆还田的增产原因，因作物不同而有差异，这可能与作物生长环境有关。小麦生长在较干的土壤，生长前期温度低，秸秆分解慢;而水稻在灌溉条件下生长，生长期温度高，秸秆分解快。这些特点造成秸秆还田后对小麦和水稻产量形成的影响不同。对于秸秆还田影响水稻和小麦产量形成的机制，有待深入研究。

4.1.2 秸秆还田对土壤中酶活性的影响 土壤中酶活性在农业上是评价土壤质量和土壤微生物活性的重要指标，土壤中的脲酶和过氧化氢酶扮演着至关重要的角色[11]。土壤脲酶的活性与土壤氮素转化效率呈显著正相关关系，该酶活性对土壤供氮水平有重要影响[12]。土壤过氧化氢酶可以有效分解土壤中的过氧化氢物，使作物免受毒害[13]。已有研究表明，秸秆还入土壤后可显著提高土壤脲酶和过氧化氢酶活性[14]。本研究表明，稻秸秆和麦秸秆还田均可显著提高麦田和稻田土壤脲酶和过氧化氢酶活性，但在秸秆还田的处理间存在差异。秸秆还田对土壤脲酶和过氧化氢酶活性的影响，在小麦季，当季稻秸秆还田高于上季麦秸秆还田;在水稻季，当季麦秸秆还田高于上季稻秸秆还田，表明土壤脲酶和过氧化氢酶活性与当季秸秆还田的相关性高。有研究指出[15]，土壤酶活性随着秸秆施入量的增加而增加。但本研究并未观察到稻麦两季秸秆全还田对土壤脲酶和过氧化氢酶活性的影响显著高于当季秸秆还田的情况。推测秸秆全还田对土壤脲酶和过氧化氢酶活性的影响可能因作物、试验地土壤质地和秸秆还田量不同而又差异。对于秸秆全还田影响土壤中酶活性的机理，需要进一步研究。

4.2 结论 在稻麦周年秸秆还田的第3周年，不论水稻秸秆还田、小麦秸秆还田，还是稻麦周年秸秆还田，均可增加小麦和水稻的产量，尤以稻麦周年秸秆还田的增产效应更明显。秸秆还田的增产作用，小麦主要在于每穗粒数和千粒重的增加，水稻主要在于单位面积穗数和每穗粒数增加。秸秆还田可提高土壤中脲酶和过氧化氢酶活性，且当季秸秆还田对酶活性的影响显著高于上季秸秆还田。对于不同秸秆还田处理影响稻麦产量和土壤中酶活性的机理，有待深入研究。

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（责编：张宏民）