高永祥李若塵張 民周洪印鄭文魁陳德清劉之廣?

秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米產(chǎn)量和土壤肥力的影響*

高永祥1，李若塵1，張 民1，2，周洪印1，鄭文魁1，陳德清2，劉之廣1，2?

（1. 土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗室，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；2. 養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室，金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東臨沭 276700）

探討秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米產(chǎn)量和土壤肥力的影響，為其科學(xué)合理配伍提供依據(jù)。2014—2018年開展了控釋摻混尿素（硫加樹脂包膜尿素︰樹脂包膜尿素︰普通尿素為3.5︰3.5︰3）應(yīng)用于夏玉米（L.，鄭單958）的田間長期定位試驗。試驗設(shè)6個處理：1）不施氮且秸稈不還田處理（CK1）；2）不施氮但秸稈還田處理（CK2）；3）普通尿素但秸稈不還田處理（BBF1）；4）普通尿素且秸稈還田處理（BBF2）；5）控釋摻混尿素但秸稈不還田處理（CRF1）；6）控釋摻混尿素且秸稈還田處理（CRF2）。成熟期測定葉面積指數(shù)（LAI）和葉片葉綠素相對含量測定值（SPAD），調(diào)查玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成，同時取0～20 cm土壤樣品測定相關(guān)土壤肥力狀況。結(jié)果表明：1）BBF2相比BBF1處理，5年平均玉米產(chǎn)量和氮素累積利用率顯著提高5.9%和13.3%；CRF2、CRF1相比BBF2處理玉米5年平均產(chǎn)量分別顯著提高12.0%和4.2%，氮素累積利用率分別顯著提高57.3%和42.4%；2）較2013年基礎(chǔ)土壤，2018年玉米收獲季CRF2、BBF2、CRF1和BBF1處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高33.5%、25.9%、19.5%和11.4%，全氮含量分別提高26.6%、18.6%、9.9%和7.0%；3）秸稈還田的CRF2、BBF2較同類肥料秸稈不還田的CRF1、BBF1處理，土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著提高11.8%、13.0%，全氮含量分別顯著提高15.2%、10.9%；4）較BBF1處理，CRF1處理的土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀分別顯著提高52.0%、18.6%、19.5%和24.7%；秸稈長期還田進(jìn)一步提高了土壤養(yǎng)分含量，CRF2土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量分別顯著提高66.3%、25.2%、47.5%和30.4%。本試驗條件下，秸稈還田配施控釋摻混尿素可協(xié)同增效，顯著提高土壤肥力、玉米產(chǎn)量、氮素累積利用率和凈收益。

長期定位試驗；氮素累積利用率；一次性施肥；小麥玉米輪作

中國是秸稈資源最為豐富的國家之一，焚燒是我國傳統(tǒng)的作物秸稈處理方式。秸稈大量焚燒導(dǎo)致其作為可利用資源的比重下降，間接弱化了土壤保水保肥能力，造成了環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失[1]。秸稈還田是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的秸稈資源高效利用方式之一，可減少焚燒產(chǎn)生的溫室氣體。秸稈豐富的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)土壤微生物腐解能夠培肥土壤[2]，還田秸稈自身的碳氮比（C/N）是影響腐解速率的重要因子[3]。適宜微生物活動的C/N一般為（20～25）︰1[4]，禾本科作物秸稈的C/N通常為（65～85）︰1，小麥、玉米秸稈還田后會造成土壤碳氮比過高，因此會出現(xiàn)微生物消耗土壤養(yǎng)分與作物爭氮的現(xiàn)象，易造成作物前期缺肥，進(jìn)而影響產(chǎn)量[5]。

秸稈還田后土壤的碳氮比是決定微生物固持氮素的關(guān)鍵因素[6]，添加氮肥可提供秸稈腐解所需氮源，加速腐解，保障苗期養(yǎng)分需求，增加根系生物量及分泌物，提高作物產(chǎn)量[7]。袁嫚嫚等[8]發(fā)現(xiàn)秸稈還田配施尿素，較單施尿素處理顯著提高水稻-油菜輪作年均產(chǎn)量17.5%～28.6%。然而普通尿素一次性基施無法滿足秸稈持續(xù)分解所需氮素及作物中后期養(yǎng)分需求，仍需多次追施，費(fèi)工費(fèi)時，且存在氮素?fù)]發(fā)、淋溶、徑流等風(fēng)險?？蒯屇蛩乜烧{(diào)控氮素養(yǎng)分釋放速率，顯著提高肥料利用效率，減少化肥用量和施肥次數(shù)，省工省力，配施還田秸稈可顯著提高小麥、玉米年平均產(chǎn)量8.22%～15.06%[9]。但全量控釋尿素在作物苗期養(yǎng)分釋放緩慢，無法有效降低秸稈還田后土壤C/N，可能會影響作物氮素吸收，且過高成本限制了其推廣應(yīng)用[10]。

將普通尿素和控釋尿素按照一定比例混合后制得控釋摻混尿素，其中的普通尿素能保障玉米苗期氮素需求，控釋尿素能滿足玉米中后期養(yǎng)分需求，有利于作物增產(chǎn)[11]，然而控釋摻混尿素配施秸稈還田對夏玉米增產(chǎn)增效的研究鮮有報道。且以往秸稈還田研究中的還田秸稈量均為人為控制定量投入，未充分考慮長期累積的有機(jī)物料投入數(shù)量差異。通過5年小麥玉米輪作田間定位試驗，探討9季秸稈還田條件下，控釋摻混尿素處理對土壤肥力和玉米產(chǎn)量的影響，為秸稈合理還田和控釋摻混尿素高效施用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試肥料包括樹脂包膜控釋尿素（PCU，N 430 g·kg–1，釋放期3個月）、硫加樹脂包膜控釋尿素（PSCU，N 350 g·kg–1，釋放期3個月）、普通尿素（N 460 g·kg–1）、過磷酸鈣（P2O5160 g·kg–1）、磷酸二銨（N 180 g·kg–1，P2O5460 g·kg–1）、氯化鉀（K2O 600 g·kg–1）?？蒯寭交炷蛩赜蒔CU、PSCU、普通尿素按3.5︰3.5︰3進(jìn)行摻混制得，其控釋氮釋放呈S型（圖1）。供試玉米品種為“鄭單958”，生育期約103 d。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理：（1）CK1，不施氮肥且秸稈不還田處理；（2）CK2，不施氮肥但秸稈還田處理；（3）BBF1，普通尿素但秸稈不還田處理；（4）BBF2，普通尿素且秸稈還田處理；（5）CRF1，控釋摻混尿素但秸稈不還田處理；（6）CRF2，控釋摻混尿素且秸稈還田處理，每個處理重復(fù)3次?？蒯寭交炷蛩靥幚碇锌蒯尩伎偟康?0%，其中 PCU 和 PSCU各占 35%，速效氮占 30%，均作為基肥一次性施入；普通尿素處理的氮肥60%基施，40%于拔節(jié)期追肥；小麥季N-P2O5-K2O用量按照150-150-75 kg·hm–2施入；玉米季N-P2O5-K2O用量按照150-75-150 kg·hm–2施入。本研究中秸稈還田處理為小麥、玉米秸稈均還田，秸稈不還田處理僅玉米秸稈不還田。小麥秸稈粗纖維較玉米秸稈少，且在高溫潮濕環(huán)境下更易腐熟，而玉米秸稈含水量高，粉碎還田難，且粗纖維較多不易腐化[12]，故當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣僅小麥秸稈還田、玉米秸稈不還田。

試驗小區(qū)面積為16 m2（4 m×4 m），隨機(jī)排列。為防各小區(qū)之間水分和肥料相互滲透的影響，各小區(qū)由厚80 mm、埋深1 m的水泥板圍四周隔開。種植玉米7行，行距約60 cm，株距20 cm。種子埋深5 cm，肥料條施埋深10～15 cm，距種子行10 cm。玉米種子行和肥料行數(shù)比為1︰1。

玉米季于播種后、抽穗期和灌漿期采用農(nóng)民習(xí)慣田間管理措施。作物收獲后，還田處理的秸稈經(jīng)人工粉碎后撒施于地表，并通過小型旋耕機(jī)將秸稈與20 cm土壤混勻。

1.3 樣品采集

2018年玉米成熟期（施肥后112 d）分別采集植株和土壤樣品。各小區(qū)的玉米全部實(shí)收，然后用脫粒機(jī)將籽粒與玉米芯分離并進(jìn)行烘干，按照入庫含水量（140.0 g·kg–1）折算產(chǎn)量[13]，穗粒數(shù)隨機(jī)選取10個玉米果穗記錄行數(shù)及行粒數(shù)。秸稈及籽粒置于烘箱105℃殺青15 min，然后轉(zhuǎn)至 65℃烘箱烘干至恒重，其后稱重磨細(xì)待測。采集0～20 cm的土壤樣品，自然風(fēng)干后研磨分別過2 mm篩和0.25 mm篩后，測定土壤理化性質(zhì)。

1.4 樣品測定方法

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

氮肥累積利用率、氮肥累積農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力指標(biāo)的計算方法[15]：

氮肥累積利用率/%=（試驗開始到某年施氮處理作物氮累積吸收量–試驗開始到某年不施氮處理作物氮累積吸收量）/累積施入氮量×100；

氮肥累積農(nóng)學(xué)利用率/（kg·kg–1）=（試驗開始到某年施氮區(qū)累積籽粒產(chǎn)量–試驗開始到某年不施氮區(qū)累積籽粒產(chǎn)量）/累積施入氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力/（kg·kg–1）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮區(qū)施入氮量。

數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析通過Excel 2016和SAS 8.2完成，包括單因素方差分析（One-way ANOVA）及鄧肯法（Duncan）差異顯著性檢驗，比較不同處理間在<0.05的顯著性水平，并采用Excel 2016軟件作圖。

2 結(jié) 果

2.1 秸稈還田配施控釋摻混尿素對秸稈還田生物量及其帶入養(yǎng)分量的影響

2014—2018年，秸稈還田條件下，不同施肥處理5年期間帶入土壤的N-P2O5-K2O量有顯著差異（表1），秸稈還田的CRF2和BBF2處理帶入土壤中的N-P2O5-K2O量分別為599.7-321.1-1195 kg·hm–2和480.6-278.4-1105kg·hm–2；秸稈不還田的CRF1和BBF1處理帶入土壤中的N-P2O5-K2O量分別為224.0-96.9-470.5 kg·hm–2和198.8-90.5-377.2 kg·hm–2。因此，秸稈還田控釋摻混尿素CRF2處理較不還田控釋摻混尿素CRF1處理帶入土壤中的N-P2O5-K2O增加量為375.7-224.2-724.1 kg·hm–2；秸稈還田普通尿素BBF2處理較不還田普通尿素BBF1處理帶入土壤中的N-P2O5-K2O增加量為281.8-187.9- 728.2 kg·hm–2。秸稈還田條件下，控釋摻混尿素CRF2處理較普通尿素BBF2處理的秸稈還田增加的生物量為9 220 kg·hm–2，還田秸稈帶入土壤中的N-P2O5-K2O增加量為119.1-42.7-89.2 kg·hm–2。

2.2 秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米產(chǎn)量的影響

秸稈還田配施控釋摻混尿素顯著影響玉米產(chǎn)量（表2），秸稈還田條件下，控釋摻混尿素CRF2處理的5年平均玉米產(chǎn)量較普通尿素BBF2處理顯著提高12.0%；秸稈還田的CRF2、BBF2處理相比秸稈不還田的同類肥料CRF1、BBF1處理的5年平均玉米產(chǎn)量則分別顯著提高7.5%和5.9%。秸稈不還田條件下，CRF1處理的5年平均玉米產(chǎn)量較BBF1處理顯著提高10.4%。這表明秸稈還田配施控釋摻混尿素增產(chǎn)效果優(yōu)于秸稈還田配施普通尿素。

相同試驗條件下，對2018年當(dāng)季玉米生物量、產(chǎn)量及構(gòu)成因素進(jìn)行分析（表3）。秸稈還田條件下，較普通尿素BBF2處理，控釋摻混尿素CRF2處理玉米籽粒產(chǎn)量顯著提高14.4%，莖稈生物量顯著提高10.2%，地上部生物量顯著提高7.0%，但百粒重、行數(shù)及行粒數(shù)無顯著差異；秸稈不還田條件下，較普通尿素基肥加追肥BBF1處理，CRF1處理一次性施肥不追肥依然穩(wěn)產(chǎn)。施用控釋摻混尿素條件下，秸稈還田的CRF2處理相比CRF1處理籽粒產(chǎn)量顯著提高13.7%，地上部生物量顯著提高3.4%；秸稈還田的BBF2處理相比秸稈不還田的BBF1處理產(chǎn)量無顯著差異，莖稈生物量顯著提高7.1%。

2.3 秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米氮素利用率的影響

秸稈還田的CRF2、BBF2處理相比秸稈不還田的同類肥料CRF1、BBF1處理氮素累積利用率分別顯著提高10.5%和13.3%，但氮素累積農(nóng)學(xué)利用率及氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異。秸稈不還田條件下，CRF1相比BBF1處理氮素累積利用率顯著提高61.3%，氮肥累積農(nóng)學(xué)利用率顯著提高27.4%；秸稈還田條件下，CRF2相比BBF2處理氮素累積利用率顯著提高57.3%，氮肥累積農(nóng)學(xué)利用率顯著提高24.7%；秸稈還田與不還田條件下，控釋尿素處理較普通尿素處理的氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異（表4）。

表1 秸稈還田生物量及秸稈還田帶入氮磷鉀量

注：CK1：不施氮且秸稈不還田處理；CK2：不施氮但秸稈還田處理；BBF1：普通尿素但秸稈不還田處理；BBF2：普通尿素且秸稈還田處理；CRF1：控釋摻混尿素但秸稈不還田處理；CRF2：控釋摻混尿素且秸稈還田處理。2014—2017年秸稈還田生物量為小麥和玉米兩季之和，2018年秸稈還田生物量僅小麥季。同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有相同字母表示處理間在0.05水平差異不顯著。下同。 Note：CK1：No nitrogen applied or straw returned；CK2：No nitrogen applied in addition to straw returning；BBF1：Common urea applied only；BBF2：Common urea applied in addition to straw returning；CRF1：Mixture applied only；CRF2：Mixture applied in addition to straw returning. Biomass input with the straw returned was the sum of wheat and maize straw returned in 2014—2017，and biomass input with the straw returned was just the straw of wheat in 2018. Means followed by same lowercase letters within the same column of each item were not significantly different at 0.05 level. The same below.

表2 2014—2018年不同處理的玉米產(chǎn)量

注：2014—2015年不同處理的玉米產(chǎn)量已發(fā)表[16]。Note：Yield data for the 2014—2015 different treatments were published[16]separately.

2.4 秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

小區(qū)試驗實(shí)打?qū)嵤論Q算而來的經(jīng)濟(jì)效益估算雖較田間實(shí)際收入有所差異，但各處理間的相對比較依然具有重要參考價值。本研究條件下，秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米經(jīng)濟(jì)效益存在顯著的影響（表5）。較普通尿素處理，控釋摻混尿素處理雖每公頃提高了213.2 yuan，但因減少了追肥，可節(jié)省施肥人工成本493.8 yuan，配合相對產(chǎn)量的提高，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收。秸稈還田條件下，CRF2處理較BBF2處理總收益顯著提高14.4%，凈收益顯著提高23.6%。秸稈不還田條件下，CRF1相比BBF1處理總收益提高7.1%，凈收益提高13.1%，說明秸稈還田能夠進(jìn)一步提高控釋摻尿素的增收效果。

表3 不同處理的玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素（2018）

表4 不同處理的玉米肥料利用率（2018）

表5 不同處理的玉米經(jīng)濟(jì)效益估算（2018）

注：國內(nèi)平均價格：樹脂包膜尿素、硫加樹脂包膜尿素、普通尿素、氯化鉀、過磷酸鈣、磷酸二銨、玉米的價格分別為：2 373、1 919、1 626、2 541、1 017、3 050、2 134 yuan·t–1，單次施肥人工成本是494 yuan·hm–2，其他成本包括：機(jī)械、灌溉、農(nóng)藥、種子等[16]。Note：The average price in China for PCU is 2 372 yuan·t–1，for PSCU 1 919 yuan·t–1，for urea 1 626 yuan·t–1，for potassium chloride 2 541 yuan·t–1，for calcium superphosphate 1 017 yuan·t–1，for diammonium phosphate 3 050 yuan·t–1，for maize 2 134 yuan·t–1，for labor cost of single fertilization for one time 494 yuan·hm–2. Other costs include machinery，irrigation，pesticide，insecticide，seeds，other materials and expenses[16].

2.5 秸稈還田配施控釋摻混尿素對土壤養(yǎng)分的影響

不同施肥處理下的土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量與2013年小麥試驗播種前的基礎(chǔ)土壤相比差異顯著（圖2），2018年10月玉米收獲后，秸稈還田的CRF2、BBF2處理相比基礎(chǔ)土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著提高33.5%、25.9%，全氮含量分別顯著提高26.6%、18.6%。秸稈不還田的CRF1、BBF1處理相比基礎(chǔ)土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著提高19.5%、11.4%，全氮含量分別顯著提高9.9%、7.0%。秸稈還田的CRF2、BBF2處理相比秸稈不還田的同類肥料CRF1、BBF1處理分別顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量11.8%、13.0%，全氮含量15.2%、10.9%。秸稈還田條件下，CRF2相比BBF2處理有機(jī)質(zhì)含量顯著提高6.1%，全氮含量顯著提高6.7%。說明秸稈還田有利于土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的累積，配施控釋摻混尿素較普通尿素更有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量。

玉米成熟期0～20 cm土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)出：CRF2＞CRF1＞BBF2＞BBF1（圖3）。單施控釋摻混尿素CRF1處理相比普通尿素BBF1處理硝態(tài)氮和銨態(tài)氮分別顯著提高52.0%和18.6%。秸稈還田條件下，CRF2相比BBF2處理硝態(tài)氮和銨態(tài)氮分別顯著提高39.3%和16.6%，這表明控釋摻混尿素有利于提高土壤氮素的供應(yīng)強(qiáng)度，配施還田秸稈能在提高供應(yīng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高土壤氮素的供應(yīng)容量。

秸稈還田的CRF2、BBF2處理相比秸稈不還田的同類肥料CRF1、BBF1處理顯著提高速效鉀含量18.2%、28.0%，有效磷含量無顯著差異（圖4），說明秸稈還田有利于提高土壤速效鉀的含量，秸稈有效磷含量低且易與土壤鈣鎂離子結(jié)合，故無顯著性差異。秸稈不還田條件下，CRF1相比BBF1處理有效磷和速效鉀含量分別顯著提高19.5%和24.7%。秸稈還田配施控釋摻混尿素更有利于土壤有效磷和速效鉀的釋放，CRF2相比BBF2處理顯著提高有效磷含量19.5%，顯著提高速效鉀含量15.1%。

2.6 秸稈還田配施控釋摻混尿素對葉面積指數(shù)和SPAD的影響

充足的氮素能夠更好地維持群體冠層葉面積指數(shù)和SPAD。BBF2處理相比BBF1處理葉面積指數(shù)顯著提高7.1%（圖5）。秸稈還田的CRF2、BBF2處理相比秸稈不還田的同類肥料CRF1、BBF1處理SPAD含量無顯著性差異，但秸稈還田配施控釋摻混尿素CRF2處理相比BBF2處理則顯著提高SPAD8.6%，說明秸稈還田配施控釋摻混尿素進(jìn)一步提高了氮素的供應(yīng)強(qiáng)度和容量。

3 討 論

3.1 秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米產(chǎn)量及養(yǎng)分利用率的影響

緩控釋肥是一種通過物理或化學(xué)方法，使其有效養(yǎng)分按照設(shè)定釋放率和釋放期緩慢釋放的化學(xué)肥料[17]，能減少作物根區(qū)土壤無機(jī)氮淋失、維持土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度，提高肥料利用效率。PCU是控釋效果較好、應(yīng)用較廣的一類緩控釋肥。其養(yǎng)分釋放機(jī)制主要是水分進(jìn)入膜殼，溶解膜內(nèi)肥芯形成尿素飽和溶液，使其在膜內(nèi)外濃度差的驅(qū)動下持續(xù)釋放[18]。硫包膜尿素存在爆發(fā)性釋放的缺點(diǎn)，可能會引起局部傷根燒苗[19]。PSCU在硫包膜尿素表面包覆聚合物，使養(yǎng)分從硫膜的微孔和裂隙中緩慢釋放時避免硫膜破裂[20]。供試控釋摻混尿素分別由普通尿素、PSCU和PCU按照3︰3.5︰3.5比例摻混而成；占比總氮養(yǎng)分30%的普通尿素可以保障苗期養(yǎng)分需求；占比35%的PSCU養(yǎng)分釋放高峰期在30～40 d，可滿足夏玉米氮素最大效率期（拔節(jié)期）的氮素需求；占比35%的供試PCU養(yǎng)分釋放高峰在50～60 d[21]，可滿足夏玉米大喇叭口期的氮素需求，兩者按照1︰1混施可分別滿足玉米關(guān)鍵生育時期（拔節(jié)期和大喇叭口期）的氮素需求。本試驗條件下，與BBF1處理相比，CRF1處理硝態(tài)氮含量顯著提高8.1%，銨態(tài)氮含量顯著提高7.8%（圖3b），與Zheng等[16]研究結(jié)果一致。

秸稈科學(xué)還田再利用是提高作物產(chǎn)量的重要措施之一[22]。本試驗條件下，秸稈還田配施控釋摻混尿素CRF2處理相比秸稈還田配施普通尿素BBF2處理，玉米5年平均產(chǎn)量顯著提高 12.0%（表3），氮素累積利用率顯著提高57.3%（表4）。玉米秸稈快速腐爛階段約持續(xù)15 d，分解的是多糖、淀粉和蛋白質(zhì)等可溶性部分，禾本科秸稈的碳氮比較微生物自身高，會出現(xiàn)苗期微生物消耗養(yǎng)分與作物爭氮的現(xiàn)象[23]，控釋摻混尿素中普通尿素的添加可有效緩解這一現(xiàn)象。秸稈的緩慢腐爛階段從第15天持續(xù)到第190天左右，主要分解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等難降解的大分子有機(jī)化合物[24]?？蒯寭交炷蛩刂芯徛尫诺牡烧{(diào)控作物全生育期土壤碳氮比，并滿足微生物對有效氮的需求，促使土壤由細(xì)菌群落主導(dǎo)向真菌群落主導(dǎo)轉(zhuǎn)變，提高木霉屬和青霉屬等真菌的活性。木霉菌含有完全水解天然纖維素所需的微晶纖維素酶、羧甲基纖維素酶和β-葡糖苷酶，通過胞外酶方式將纖維素解聚，使其包裹的部分有機(jī)氮磷鉀以礦質(zhì)鹽類形式釋放，提高土壤養(yǎng)分含量[25]?；罨那嗝咕裳趸袡C(jī)物質(zhì)為多元酚等芳香族化合物，在多酚氧化酶作用下生成醌，與土壤含氮化合物聚合為黃腐酸、胡敏酸和胡敏素[26]，培肥地力、提高作物產(chǎn)量。秸稈還田對產(chǎn)量的正向效應(yīng)還可能是秸稈還田配施氮肥促進(jìn)了物質(zhì)合成與轉(zhuǎn)化[27]。本研究BBF2相比BBF1處理莖稈生物量和葉面積指數(shù)分別顯著提高7.1%和7.0%（表3和圖5a）；BBF2相比BBF1處理顯著提高硝態(tài)氮含量19.4%（圖3a），可能是由于BBF2中還田秸稈增強(qiáng)土壤蓄水保肥能力，減少養(yǎng)分淋失。CRF2相比CRF1處理顯著提高了玉米籽粒產(chǎn)量（表3），但莖稈生物量和葉面積指數(shù)均無顯著提高（表3和圖5a），這可能是由于緩釋氮素可持續(xù)激發(fā)還田秸稈的降解，提高玉米吐絲期的土壤養(yǎng)分供應(yīng)和葉片養(yǎng)分向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)效率[28]。

3.2 秸稈還田配施控釋摻混尿素對土壤肥力的影響

薛斌等[29]研究認(rèn)為，秸稈還田配施氮肥能有效提高0～20 cm耕層土壤中的全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量。本試驗條件下，2018年玉米收獲期的CRF2相比BBF2處理，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別顯著提高5.6%和6.5%，且年均還田秸稈量與土壤全氮含量，有機(jī)質(zhì)含量極相關(guān)（表6）?？赡苁怯捎诳蒯寭交炷蛩爻掷m(xù)供氮，為秸稈還田降解過程中碳氮比的調(diào)控補(bǔ)充氮源，提高土壤微生物活性，促進(jìn)還田秸稈降解。秸稈中豐富的氫碳資源通過提升土壤腐殖質(zhì)的芳香度，優(yōu)化有機(jī)碳結(jié)構(gòu)并提高其穩(wěn)定性，增加土壤有機(jī)碳儲量[30]。另一方面，土壤團(tuán)聚體的物理保護(hù)是土壤有機(jī)碳的重要穩(wěn)定機(jī)制。鈣鎂離子可與腐殖質(zhì)芳香環(huán)上的酚羥基結(jié)合形成復(fù)合物，隨后吸附在黏粒表面形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體，增加土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)性。氮素緩釋可降低土壤膠體吸附的鈣鎂離子被土壤溶液中過量銨離子置換而隨水淋失的風(fēng)險，更有利于有機(jī)碳的儲存[31]。

土壤有效磷和速效鉀同樣是評價土壤肥力的重要指標(biāo)[32]。本研究中，CRF2相比BBF2處理顯著提高土壤有效磷含量19.5%（圖4a），可能是由于還田秸稈中的有機(jī)化合物在土壤微生物作用下發(fā)生礦化反應(yīng)釋放能量，促進(jìn)解磷菌產(chǎn)生磷酸酶、植酸酶和核酸酶等水解酶，去除有機(jī)磷底物分子上的磷酸基團(tuán)生成磷酸根離子[33]，提高土壤有效磷含量。還田秸稈帶入鉀量與土壤速效鉀含量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（表6），秸稈還田的CRF2處理較BBF2處理顯著提高土壤速效鉀含量15.1%（圖4b）。這是由于鉀素在秸稈中主要以非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的無機(jī)鹽形式存在，含量較高且易釋放；秸稈腐解過程產(chǎn)生的小分子脂肪族、芳香族有機(jī)酸[34]能通過水解作用解離出土壤礦物如鉀長石、白云母固定的鉀離子[35]，提高土壤速效鉀含量。

4 結(jié) 論

在秸稈還田條件下，控釋摻混尿素一次性基施（CRF2）相比普通尿素基肥加追肥（BBF2）處理，5年9季累積還田秸稈帶入土壤的養(yǎng)分（N-P2O5-K2O）總增加量為119.1-42.7-89.2 kg·hm–2；2018年玉米收獲期土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量顯著提高6.1%、6.7%，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量顯著提高39.3%、16.6%，有效磷和速效鉀含量顯著提高19.5%、15.1%，從而使氮肥累積利用率顯著提高57.3%，玉米產(chǎn)量顯著提高12.0%。雖然控釋尿素提高了肥料投入成本，但一次性施肥不追肥節(jié)省了人工成本，配合增產(chǎn)效應(yīng)，最終農(nóng)民純收益顯著提高23.6%。因此，秸稈還田配合控釋摻混尿素一次性基施可顯著培肥土壤，提高作物產(chǎn)量，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。

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Effects of Straw Returning Combined with Application of Mixture of Controlled-Release Urea and Common Urea on Maize Yield and Soil Fertility

GAO Yongxiang1, LI Ruochen1, ZHANG Min1, 2, ZHOU Hongyin1, ZHENG Wenkui1, CHEN Deqing2, LIU Zhiguang1, 2?

(1. National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, College of Recourses and Environment, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018, China; 2. State Key Laboratory of Nutrition Resources Integrated Utilization, Kingenta Ecological Engineering Group Co., Linshu, Shandong 276700, China)

Long-term experiment; Accumulative N use efficiency; Single fertilization; Wheat and corn rotation

S158.2

A

10.11766/trxb202003100702

高永祥，李若塵，張民，周洪印，鄭文魁，陳德清，劉之廣. 秸稈還田配施控釋摻混尿素對玉米產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J].土壤學(xué)報，2021，58（6）：1507–1519.

GAO Yongxiang，LI Ruochen，ZHANG Min，ZHOU Hongyin，ZHENG Wenkui，CHEN Deqing，LIU Zhiguang. Effects of Straw Returning Combined with Application of Mixture of Controlled-Release Urea and Common Urea on Maize Yield and Soil Fertility[J]. Acta Pedologica Sinica，2021，58（6）：1507–1519.

*國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目課題（2017YFD0200706）、山東省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2019GNC106011）和山東省研究生導(dǎo)師指導(dǎo)能力提升項目（SDYY18108）共同資助Supported by the National Key Research and Development Program of China（No. 2017YFD0200706），the Key Research and Development Program of Shandong Province of China（No. 2019GNC106011）and the Graduate Tutor Ability Improvement Project of Shandong Province of China（No. SDYY18108）

Corresponding author，E-mail：liuzhiguang8235126@126.com

高永祥（1996—），男，山東青島人，碩士研究生，主要從事土肥資源高效利用研究。E-mail：17863804917@163.com

2020–03–10；

2020–07–25；

2020–10–20

（責(zé)任編輯：陳榮府）