蘇北沿海灘涂秸稈還田對大麥生長及土壤質量的影響

劉沖 王茂文 劉興華 丁海榮 朱小梅 邢錦城 趙寶泉 董靜 洪立洲

摘要：在蘇北沿海灘涂地區，研究了秸稈還田對大麥生長及對土壤質量的影響。結果表明：（1） 秸稈還田可使大麥產量較對照顯著增加，其中4 500 kg/hm2秸稈還田水平下大麥產量較高；（2） 秸稈還田條件下，土壤微生物氮、微生物碳含量顯著提高，土壤全氮、有機質含量以及土壤呼吸量也隨著秸稈還田量的增加而顯著提高；（3） 秸稈還田量越大，土壤微生物的平均顏色變化率（AWCD）值越大，碳源代謝活性越強。土壤微生物群落物種豐富度指數（H）、物種均勻度指數（E）增大，優勢度指數（Ds）值減小。表明高秸稈還田水平的土壤微生物代謝活性高于低水平秸稈還田。

關鍵詞：秸稈還田；大麥；產量；土壤微生物

中圖分類號： S512.301 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0414-02

中國作物秸稈資源非常豐富，2005 年全國以水稻、玉米、小麥為主的秸稈總量達到84 183.12萬 t，且呈逐年遞增趨勢[1]。作物秸稈不僅含有相當數量的碳、氮、磷、鉀等營養元素，而且具有改善土壤理化性狀、提高土壤肥力、提高作物產量等作用[2]。在目前田間作業方式中，秸稈還田已成為不可或缺的渠道之一。

蘇北沿海灘涂資源豐富，擁有占全國25% 以上的灘涂面積，是非常重要的后備土地資源[3]。但沿海灘涂土壤鹽分高，養分少[4]，肥力差，成為限制農業生產的主要原因。如何采取有效作業方式以更好地利用灘涂資源，變廢為寶，已成為近幾年研究的熱點。本試驗利用秸稈還田作業方式，在蘇北沿海灘涂上研究不同秸稈還田量大麥生長及對土壤質量的影響，以期為鹽堿地秸稈還田技術推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與土壤條件

試驗在江蘇省大豐市金海農場灘涂試驗基地進行。土壤為沖積鹽土類，潮鹽土亞類，表層多為中度鹽漬化土，土壤略呈堿性。供試大麥品種為蘇啤4號，由江蘇沿海地區農業科學研究所大麥研究室提供。

1.2 試驗材料

試驗采用水稻-大麥一年兩熟種植模式， 于2013年11月22 日播種，播種量260 kg/hm2，行距30 cm，2014 年5月28 日收獲。田間統一施肥：基肥折合純氮 150 kg/hm2，純磷 60 kg/hm2。

1.3 試驗設計

采用隨機區組試驗設計，秸稈還田量為4個水平，分別為（1）無秸稈還田為對照（CK）；（2）秸稈還田量為 3 000 kg/hm2 ，以J1表示；秸稈還用量4 500 kg/hm2，以J2表示；秸稈還用量6 000 kg/hm2，以J3表示。每處理重復3次。試驗小區長4 m、寬3 m，小區面積12 m2。秸稈還田于水稻收獲后進行，將留茬秸稈粉碎還田并進行土壤耕作。

1.4 分析測定

土壤全氮、有機質含量采用《土壤農化分析方法》[5]中的常規方法。采用自動分析儀（Phoenix8000）測定土壤微生物碳含量，用濃H2SO4消化后半微量定氮法測定土壤微生物氮含量[6]。采用Li-6400便攜式土壤呼吸速率監測系統（IRGA；Li-6400-09；Li-CorInc.，Lincoln，NE）測定土壤呼吸速率[7]。

Biolog方法步驟：10 g土壤外加95 mL無菌的0.145 mol/L NaCl溶液在搖床上振蕩15 min，然后將土壤樣品稀釋至10-3，再從中取125 μL該懸浮液接種至革蘭氏陰性板的每個孔中，最后將接種好的板放至25 ℃的恒溫培養箱中培養，每隔一定的時間（4 h）于波長為595 nm處的Biolog下測定并在電腦顯示屏上讀數，培養時間共96 h[8]。

所有數據均采用SPSS13. 0進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同秸稈還田量對大麥產量的影響

隨著秸稈還田量的增加，大麥產量呈上升趨勢。在J2、J3秸稈還田水平下，產量較對照顯著增加，增幅分別為22.3%、19.1%。當秸稈還田量達J3水平時，產量較J2水平略有下降，表明適宜秸稈還田量有利于大麥產量的積累（圖1）。

2.2 不同秸稈還田量對沿海灘涂土壤養分的影響

從表1可以看出，隨著秸稈還田量的增加，土壤呼吸量顯著提高，J2、J3秸稈還田水平分別比對照高46.4%、64.3%。土壤微生物氮、碳含量變化趨勢同呼吸變化趨勢，但土壤微生物氮、碳含量在J1、J2水平時與對照差異不顯著，但達到J3水平時，與對照差異顯著，分別比對照增加52.0%、66.5%。土壤全氮、有機質含量變化依然呈逐步上升的趨勢，高秸稈還田

量顯著高于對照，J3秸稈還田水平下，分別比對照增加348%、67.3%。表明秸稈還田一方面提高了土壤呼吸強度，增強土壤微生物自身礦化作用，增加微生物養分，進而提高土壤整體養分；另一方面，通過加速土壤微生物代謝活動，加速分解土壤以及秸稈本身的有機質含量，進一步提高了土壤整體有機質水平，以滿足植株地上部生長需要。

2.3 Biolog-ECO 試驗結果

2.3.1 土壤微生物的平均顏色變化率（AWCD） 平均顏色變化率代表土壤微生物的總體活性，AWCD值可以評判土壤中微生物群落的碳源利用能力，在一定程度上反映土壤中微生物種群的數量和結構特征[9]。在對微生物培養24h內，

AWCD曲線斜率較小，說明此時微生物對底物的利用不明顯；在培養24～48 h，微生物對底物的利用迅速增強，AWCD的曲線斜率顯著增大，表明此階段土壤微生物碳源代謝活性最強；在48～96 h之間，AWCD值增長緩慢，代謝活性趨于正常狀態；在96～120 h，AWCD值略有下降（圖2）。不同處理在48 h前及96 h后差異不顯著，在48～96 h間，J3>J2>J1>CK，處理間差異顯著。表明高秸稈還田水平的土壤微生物代謝活性高于低水平秸稈還田。

2.3.2 微生物群落功能多樣性 土壤微生物群落功能多樣性是土壤微生物群落狀態與功能的指標，反映了土壤微生物的生態特征[9]。從表2可以看出，不同秸稈還田處理土壤微生物群落物種豐富度指數（H）、物種均勻度指數（E）均高于對照處理，且還田量越大指數值越大，在J2處理、J3處理顯著大于對照。優勢度指數（Ds）隨著秸稈還田量的增加呈現逐漸減小的趨勢，J1與對照差異不顯著，J2處理、J3處理顯著低于對照。表明在灘涂土壤上秸稈還田，土壤微生物群落功能多樣性顯著增強。

3 結論與討論

秸稈占作物生物總量的50%左右，是極其豐富最能直接

注：培養72 h。

利用的可再生有機資源。秸稈還田與土壤肥力、環境保護、農田生態環境平衡關系密切，已成為持續農業和生態農業的重要內容[10]。秸稈還田能顯著提高作物產量，平均增產率可達12.8%[11]，秸稈還田具有良好的土壤效應、生物效應和農田效應。本研究的結果與相關研究結論較為一致：J2、J3秸稈還田水平可提高大麥產量，分別比對照增加22.3%、19.1%。說明在沿海灘涂上秸稈還田補充了土壤養分，從而促進作物產量提高，不僅充分利用了灘涂土地資源，變廢為寶，而且實現了經濟效益與生態效益的結合。

沿海灘涂土壤養分低，微生物活性差。土壤基礎呼吸作用、微生物生物量碳分別比普通土壤低1.01、0.94[12]。秸稈還田可以為土壤微生物提供豐富的碳源和氮源，為微生物生長提供適宜的營養條件[13]，從而增強其生物多樣性。本研究中秸稈還田量增大，AWCD值提高，碳源代謝活性增強。豐富度指數（H）、均勻度指數（E）增大，優勢度指數（Ds）數值減小，J2、J3水平與對照差異顯著。在沿海灘涂上秸稈還田可以增強土壤微生物活性，從而增強土壤有機質以及氮磷鉀等養分供給，培肥地力，可直接改善鹽堿土養分缺乏的現狀[14]。本研究中沿海灘涂上秸稈還田提高了土壤呼吸強度，增加了土壤養分。秸稈還田在J3水平時土壤微生物氮、微生物碳含量、土壤全氮、有機質含量分別比對照增加51.9%、66.5%、34.8%、67.3%，差異顯著。

綜上所述，在沿海灘涂上進行秸稈還田，可提高大麥產量，增加土壤養分，豐富土壤微生物活性。在沿海灘涂大規模開發以及鹽堿土土壤養分補充方面起著舉足輕重的作用，但相關機理還需進一步研究闡明。

參考文獻：

[1]楊敏芳，朱利群，韓新忠，等. 不同土壤耕作措施與秸稈還田對稻麥兩熟制農田土壤活性有機碳組分的短期影響[J]. 應用生態學報，2013，24（5）：1387-1393.

[2]楊憲龍，路永莉，同延安，等. 長期施氮和秸稈還田對小麥-玉米輪作體系土壤氮素平衡的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2013，19（1）：65-73.

[3]姚榮江，楊勁松，陳小兵，等. 蘇北海涂圍墾區土壤質量模糊綜合評價[J]. 中國農業科學，2009，42（6）：2019-2027.

[4]隆小華，劉兆普，陳銘達，等. 半干旱區海涂海水灌溉菊芋氮肥效應的研究[J]. 水土保持學報，2005，19（2）：114-117，146.

[5]中國土壤學會. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科學技術出版社，2000.

[6]羅蘭芳，聶 軍，鄭圣先，等. 施用控釋氮肥對稻田土壤微生物生物量碳、氮的影響[J]. 生態學報，2010，30（11）：2925-2932.

[7]王 銘，劉興土，李秀軍，等. 松嫩平原西部草甸草原典型植物群落土壤呼吸動態及影響因素[J]. 應用生態學報，2014，25（1）：45-52.

[8]Schutter M，Dick R. Shifts in substrate utilization potential and structure of soil microbial communities in response to carbon substrates[J]. Soil Biology and Biochemistry，2001，33（11）：1481-1491.

[9]李玉潔，李 剛，宋曉龍，等. 休牧對貝加爾針茅草原土壤微生物群落功能多樣性的影響[J]. 草業學報，2013，22（6）：21-30.

[10]李文革，李 倩，賀小香. 秸稈還田研究進展[J]. 湖南農業科學，2006（1）：46-48.

[11]江永紅，宇振榮，馬永良. 秸稈還田對農田生態系統及作物生長的影響[J]. 土壤通報，2001，32（5）：209-213.

[12]康貽軍，胡 健，董必慧，等. 灘涂鹽堿土壤微生物生態特征的研究[J]. 農業環境科學學報，2007，26（增刊）：181-183.

[13]張 賽，王龍昌. 秸稈還田方式對土壤呼吸和作物生長發育的影響[J]. 西南大學學報：自然科學版，2013，35（11）：43-48.

[14]胡祥英，顧紹軍，孫 皓，等. 試論秸稈還田對改善土壤微生態環境的作用[J]. 當代生態農業，1999（增刊）：108-110.

江蘇農業科學 2015年第43卷第7期