霍俊豪，劉蕊，藺益民，鄒曉霞，王維華

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109）

作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源豐富，且近年來(lái)隨著糧食產(chǎn)量不斷提高，農(nóng)作物秸稈總量整體上呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2017年全國(guó)主要農(nóng)作物秸稈理論資源量約為8.84億t，可收集資源量為7.36億t［1］。秸稈還田是利用秸稈資源的直接、有效途徑，既可以解決秸稈處理難的問(wèn)題，又可以改善土壤理化性質(zhì)［2］。但是還田秸稈的腐解過(guò)程受到各種環(huán)境因素的影響，不合理的秸稈還田利用方式會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)［3］。

還田秸稈的腐解會(huì)受到土壤含水量、氮肥施用、土壤微生物特性等因素的影響。土壤水分含量顯著影響秸稈的腐解速度，繼而影響作物生長(zhǎng)［4，5］。研究表明，在水分有限條件下，秸稈腐解與土壤水分含量成正比，在充分灌水或水分較高時(shí)，土壤通透性及溫度降低，秸稈的腐解速率降低［6］；但也有研究認(rèn)為，高濕條件更利于促進(jìn)秸稈腐解［7］。外源氮素的添加對(duì)農(nóng)田物質(zhì)循環(huán)有著重要影響。施用氮肥能夠影響土壤微生物的活性，進(jìn)而影響秸稈腐解。土壤微生物分解有機(jī)物較合適的碳氮比為25∶1，而秸稈本身的碳氮比較高，因此在秸稈還田的同時(shí)，要配合施入氮肥，緩解爭(zhēng)氮和加快秸稈腐解［8］。外源氮肥添加配施秸稈腐解劑有助于提高土壤微生物群落多樣性，促進(jìn)秸稈腐解和養(yǎng)分釋放［9］。石琳等［10］研究指出，腐熟劑與尿素配合施用的效果最佳；丁文成等［11］則指出，化肥氮與有機(jī)肥氮配施并結(jié)合施用秸稈腐熟劑能提高養(yǎng)分有效性，有助于提高作物產(chǎn)量。目前來(lái)看，有關(guān)緩控釋氮肥與液體氮肥結(jié)合秸稈腐解劑對(duì)玉米產(chǎn)量影響的研究報(bào)道較少。

另外，生物炭是農(nóng)作物秸稈開(kāi)發(fā)利用的新興技術(shù)，農(nóng)作物秸稈在缺氧條件下熱裂解形成穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物，有助于提高土壤肥力，被廣泛用于改良農(nóng)田土壤和增加作物產(chǎn)量［12，13［。近年來(lái)有關(guān)生物炭施用對(duì)作物產(chǎn)量影響的研究逐漸增多，而生物炭的施用效果與農(nóng)田水肥管理也密切相關(guān)［12，14［。

冬小麥-夏玉米輪作是華北平原典型的種植方式。為探索其最優(yōu)水肥及秸稈處理措施，促進(jìn)秸稈資源優(yōu)化利用，提高作物產(chǎn)量，本研究以常規(guī)管理為對(duì)照，在2種水肥優(yōu)化管理基礎(chǔ)上設(shè)置3種秸稈處理方式，探究各處理對(duì)玉米干物質(zhì)積累特征和產(chǎn)量的影響，以期為提高資源利用效率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2020年在山東省萊陽(yáng)市團(tuán)旺鎮(zhèn)試驗(yàn)基地（120°58′E，36°75′N）進(jìn)行。試驗(yàn)地為棕壤土。供試玉米品種為鄭單958。供試普通化肥為金正大牌復(fù)合肥（15-15-15）及尿素（N 46%）；增效復(fù)混肥（22-8-10）由山東糧源生物科技有限公司生產(chǎn)；穩(wěn)定尿素（N 45%）由河北冀衡賽瑞化工有限公司生產(chǎn)；液體尿素（N 30%）主成分為改性尿素硝酸銨溶液［15］。供試秸稈炭為小麥、玉米秸稈在缺氧、亞高溫條件下熱解形成的富碳產(chǎn)物，碳含量60%以上，秸稈炭施用量為4 500 kg/hm2。供試秸稈腐解劑由廣州市微元生物科技有限公司生產(chǎn)，主要成分為粗纖維降解菌劑（有效活菌數(shù)≥2×1010cfu/g），腐解劑施用量為12.75 kg/hm2。試驗(yàn)期間氣象條件如圖1所示。6月28日整地，7月2日播種玉米，10月23日收獲。

圖1 試驗(yàn)期間氣溫與降雨量變化

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以常規(guī)管理措施為對(duì)照，在2種水肥優(yōu)化管理的基礎(chǔ)上設(shè)置3種秸稈處理方式，共7個(gè)處理，分別為：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理（漫灌+普通化肥）+秸稈還田（CK）、水肥優(yōu)化Ⅰ（滴灌+增效復(fù)混肥+穩(wěn)定尿素）+秸稈還田（SS）、水肥優(yōu)化Ⅰ+秸稈還田+腐解劑（SSD）、水肥優(yōu)化Ⅰ+秸稈炭（SSC）、水肥優(yōu)化Ⅱ（水肥一體滴灌+增效復(fù)混肥+液體尿素）+秸稈還田（SF）、水肥優(yōu)化Ⅱ+秸稈還田+腐解劑（SFD）、水肥優(yōu)化Ⅱ+秸稈炭（SFC）。各處理施肥種類、施肥量及秸稈處理方式見(jiàn)表1。

表1 各處理施肥種類、施肥量與秸稈處理方式

小區(qū)長(zhǎng)20 m，寬5 m。采用寬窄行種植，寬行距80 cm，窄行距45 cm，株距20 cm。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

分別于玉米苗期（S1）、拔節(jié)期（S2）、大喇叭口期（S3）、吐絲期（S4）、灌漿期（S5）和成熟期（S6）取樣，每處理取5株玉米的地上部，并分為葉片、莖鞘、籽粒和其它部位（苞葉、花絲、穗軸、雄穗和穗柄），于烘箱中105℃殺青30 min，然后75℃恒溫烘干至恒重，冷卻至室溫后分別測(cè)定各部位干物質(zhì)量。

玉米收獲期，每小區(qū)隨機(jī)選取長(zhǎng)5 m、寬2.5 m（中間4行）的樣方收取所有果穗，稱重（kg），并從中選取具有代表性的15個(gè)果穗帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行考種，統(tǒng)計(jì)穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)，計(jì)算出籽率。利用PM-8188-A谷物水分測(cè)量?jī)x（測(cè)定范圍6%～40%，誤差±0.5%）測(cè)量籽粒含水率。

玉米籽粒產(chǎn)量計(jì)算方法如下：

產(chǎn)量（kg/hm2）=取樣區(qū)穗重×出籽率×（1-含水率）×10000/測(cè)產(chǎn)面積

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，SPSS19.0軟件進(jìn)行相關(guān)性和多因素分析，用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用LSD法對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥優(yōu)化管理下秸稈處理方式對(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

2.1.1 對(duì)葉部干物質(zhì)積累的影響 由表2可以看出，玉米葉片干物質(zhì)重隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，吐絲期達(dá)到最大值，此時(shí)SSC處理葉片干物質(zhì)量最大，且顯著高于CK、SSD、SF和SFC處理，分別提高10.6%、30.2%、16.6%和10.3%。就生育期內(nèi)葉片干物質(zhì)量的總體趨勢(shì)而言，兩種水肥優(yōu)化管理下秸稈直接還田處理（SS、SF）葉片干物質(zhì)量總體低于CK；水肥優(yōu)化Ⅰ處理下，葉片干物質(zhì)積累量總體高于水肥優(yōu)化Ⅱ處理；而相同水肥管理下，秸稈炭處理（SSC、SFC）葉片干物質(zhì)積累量總體高于秸稈直接還田（SS、SF）。

表2 不同處理下各生育期玉米葉片干物質(zhì)量 （g/株）

2.1.2 對(duì)莖鞘干物質(zhì)積累的影響 由表3可以看出，玉米生育期內(nèi)，莖鞘干物質(zhì)積累總體趨勢(shì)為先升高后降低，吐絲期達(dá)到最大值，此時(shí)SS處理莖鞘干物質(zhì)量最高，且顯著高于CK、SF、SFD和SFC處理，分別達(dá)20.4%、15.7%、21.7%和9.7%。就生育期內(nèi)莖鞘干物質(zhì)量的總體趨勢(shì)而言，水肥優(yōu)化Ⅰ處理中，秸稈直接還田處理（SS）莖鞘干物質(zhì)量各生育期均高于腐解劑處理（SSD），且在苗期和大喇叭口期達(dá)到顯著水平；水肥優(yōu)化Ⅱ處理中，秸稈炭處理（SFC）莖鞘干物質(zhì)量，大喇叭口期后各生育期均高于腐解劑處理（SFD），且在吐絲期達(dá)到顯著水平，此時(shí)增加10.9%。

表3 不同處理下各生育期玉米莖鞘干物質(zhì)量 （g/株）

2.1.3 對(duì)籽粒干物質(zhì)積累的影響 由表4可以看出，各處理玉米籽粒干物質(zhì)量從大喇叭口期至成熟期呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)，成熟期達(dá)到最大值，此時(shí)SSC處理籽粒干物質(zhì)量最高，并顯著高于其它各處理，SSD、SF、SFD和SFC處理籽粒干物質(zhì)量均顯著高于CK，SSD、SSC、SF、SFD和SFC籽粒干物質(zhì)量較CK分別增加7.8%、20.4%、9.1%、10.2%和9.1%，但SS處理與CK之間無(wú)顯著差異。水肥優(yōu)化Ⅰ處理中，秸稈炭處理（SSC）籽粒干物質(zhì)量在各生育期均顯著高于直接還田（SS），添加腐解劑處理（SSD）除吐絲期外，其余生育期籽粒干物質(zhì)量也均顯著高于直接還田（SS）；水肥優(yōu)化Ⅱ處理中，3種秸稈處理方式的籽粒干物質(zhì)量?jī)H在大喇叭口期存在顯著差異，其余各生育期差異均不顯著。

表4 不同處理下各生育期玉米籽粒干物質(zhì)量 （g/株）

2.1.4 對(duì)其它部位干物質(zhì)積累的影響 由表5可以看出，大喇叭口期開(kāi)始，玉米植株生殖器官開(kāi)始生長(zhǎng)，各處理其它部位（苞葉、雄穗、穗柄、穗軸和花絲）總干物質(zhì)量均在吐絲期達(dá)到最大值，此時(shí)SS、SSD、SSC、SF處理其它部位總干物質(zhì)量分別比CK增加13.1%、9.0%、25.1%和13.4%，SFD、SFC處理比CK分別降低21.3%、17.0%。水肥優(yōu)化Ⅰ處理下，成熟期SSC處理其它部位干物質(zhì)量最高，較SS和SSD分別增加13.2%和26.7%；水肥優(yōu)化Ⅱ處理下，SF處理（直接還田）其它部位干物質(zhì)量顯著高于SFD，與SFC差異不顯著。

表5 不同處理下各生育期玉米其它部位干物質(zhì)量 （g/株）

2.2 水肥優(yōu)化管理下秸稈處理方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

多因素分析結(jié)果（表6）表明，水肥優(yōu)化和秸稈處理方式對(duì)玉米穗行數(shù)和穗粒數(shù)均無(wú)顯著影響，對(duì)產(chǎn)量則均有顯著或極顯著影響；水肥優(yōu)化對(duì)行粒數(shù)有顯著影響；秸稈處理方式對(duì)玉米出籽率有顯著影響，各處理均顯著高于對(duì)照；水肥優(yōu)化和秸稈處理的交互作用對(duì)行粒數(shù)有顯著影響，對(duì)產(chǎn)量有極顯著影響。

表6 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

SSD、SSC、SF、SFD和SFC處理玉米產(chǎn)量均顯著高于CK，且比CK分別增產(chǎn)9.9%、21.8%、10.2%、14.2%和8.1%。水肥優(yōu)化Ⅰ處理下，施用秸稈炭處理（SSC）和添加秸稈腐解劑處理（SSD）玉米產(chǎn)量顯著高于秸稈直接還田（SS），分別增產(chǎn)41.2%和27.4%；但水肥優(yōu)化Ⅱ處理下，不同秸稈處理方式間玉米產(chǎn)量差異不顯著。相同秸稈處理方式下，水肥優(yōu)化Ⅱ處理行粒數(shù)呈高于水肥優(yōu)化Ⅰ和CK趨勢(shì)，表明水肥一體化管理措施有助于增加玉米行粒數(shù)，為產(chǎn)量提高奠定了基礎(chǔ)。水肥優(yōu)化Ⅰ處理下可施加秸稈炭提高玉米產(chǎn)量，而在水肥優(yōu)化Ⅱ處理下施加秸稈腐解劑更有利于產(chǎn)量提高。

3 討論

秸稈還田是農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的主要措施，通過(guò)還田秸稈的腐解可以提高土壤養(yǎng)分含量、改善土壤的理化性質(zhì)，對(duì)提高作物產(chǎn)量有積極意義［16-18］。水分和肥料是影響作物產(chǎn)量的兩大決定性因素，對(duì)秸稈腐解也有較大影響。本試驗(yàn)在2種水肥優(yōu)化管理基礎(chǔ)上設(shè)置3種秸稈處理方式，探究水肥優(yōu)化管理下秸稈處理方式對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響，表明：水肥優(yōu)化Ⅰ中，施加腐解劑（SSD）和秸稈炭（SSC）處理玉米產(chǎn)量均顯著高于秸稈直接還田（SS）處理；水肥優(yōu)化Ⅱ中，施加腐解劑（SFD）和秸稈炭（SFC）處理玉米產(chǎn)量與秸稈直接還田（SF）無(wú)顯著差異。這可能由于不同的水肥耦合模式對(duì)土壤微生物和土壤酶活性的影響不同，導(dǎo)致秸稈的腐解速率不同，從而影響土壤有效養(yǎng)分的供應(yīng)也不同［19］，繼而影響玉米產(chǎn)量。胡乃娟等［18］的研究也證實(shí)秸稈還田可以改變土壤微生物活性。腐熟劑能夠促進(jìn)秸稈的腐解速率，顯著提高土壤養(yǎng)分［20］。生物炭因其多孔結(jié)構(gòu)而有利于提高土壤孔隙度、降低容重，為植物生長(zhǎng)提供良好環(huán)境，利于玉米增產(chǎn)［21，22］。本研究表明，在水肥優(yōu)化Ⅰ處理（滴灌+增效復(fù)混肥+穩(wěn)定尿素）下可施加秸稈炭提高玉米產(chǎn)量，而在水肥優(yōu)化Ⅱ處理（水肥一體滴灌+增效復(fù)混肥+液體尿素）下可通過(guò)施加秸稈腐解劑提高玉米產(chǎn)量，與前人研究結(jié)果相符［23，24］。

干物質(zhì)積累與分配對(duì)玉米產(chǎn)量形成至關(guān)重要［25］。優(yōu)化灌溉施肥能夠提高玉米生育后期籽粒的干物質(zhì)積累量［26］。秸稈還田可以促進(jìn)玉米干物質(zhì)積累，提高成熟期玉米產(chǎn)量［27］。本研究中，葉片、莖鞘和其它部位干物質(zhì)量隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，各處理均在吐絲期達(dá)到最大值，之后莖葉等部位干物質(zhì)流向籽粒，莖葉干物質(zhì)量下降，籽粒干物質(zhì)量增加，這表明前期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)的積累可以為產(chǎn)量的形成奠定基礎(chǔ)［28］。本試驗(yàn)玉米產(chǎn)量最高的SSC處理，灌漿期前各部位干物質(zhì)量均較高，收獲期卻顯著低于其它處理，證明了玉米營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。田樹(shù)云等［29］研究指出，灌漿期是氮肥施用的關(guān)鍵時(shí)期，粒重取決于該階段各部位干物質(zhì)的轉(zhuǎn)移量，但本研究中SS處理雖然前期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累較高，但最終產(chǎn)量并不高。這可能是由于在減氮15%情況下，一次性底施增效復(fù)混肥結(jié)合單純的秸稈還田并不能滿足玉米生育后期的養(yǎng)分需求，因脫肥出現(xiàn)一定程度的早衰，導(dǎo)致灌漿不足（行粒數(shù)顯著低于其它各處理）、產(chǎn)量下降；若在減氮15%情況下，一次性底施增效復(fù)混肥并秸稈還田時(shí)，添加秸稈腐解劑或用秸稈炭替代秸稈，均能有效提高玉米產(chǎn)量。可見(jiàn)，適宜的水肥管理措施和秸稈處理方式，對(duì)減少化肥用量、提高秸稈資源利用效率和作物產(chǎn)量具有積極意義，生產(chǎn)上應(yīng)積極探索相關(guān)措施，推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)。

4 結(jié)論

水肥優(yōu)化結(jié)合適宜的秸稈處理，能在有效降低氮肥用量（減氮15%）基礎(chǔ)上，促進(jìn)玉米中后期籽粒干物質(zhì)積累，增加玉米行粒數(shù)，顯著提高玉米產(chǎn)量?；诒狙芯?，建議：在水肥優(yōu)化Ⅰ處理（滴灌+增效復(fù)混肥+穩(wěn)定尿素）下通過(guò)施加秸稈炭提高玉米產(chǎn)量，而在水肥優(yōu)化Ⅱ處理（水肥一體滴灌+增效復(fù)混肥+液體尿素）下可通過(guò)施加秸稈腐解劑提高玉米產(chǎn)量。