勉有明 李 榮 侯賢清 李培富 王西娜

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

作物秸稈是重要的田間閑置農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品，富含大量的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等礦質(zhì)元素和纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等生物質(zhì)資源[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)秸稈總量為8億t[2]，但利用率較低，目前仍存在大量作物秸稈在田間隨意堆放或焚燒造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染的現(xiàn)象。秸稈還田可將作物秸稈中的有機(jī)物及養(yǎng)分經(jīng)土壤微生物分解歸還土壤，不僅可增加土壤養(yǎng)分、培肥地力，還能提高作物產(chǎn)量，在改善土壤生態(tài)環(huán)境方面已得到廣泛認(rèn)可[3-5]。但在自然條件下，秸稈還田后腐熟緩慢，大量未腐解的秸稈殘留在土壤耕層，加速了地下害蟲孵化、耕作層土壤堿化度上升，嚴(yán)重影響下茬作物出苗及生長(zhǎng)[6]。因此，秸稈還田后如何促進(jìn)秸稈快速腐解已成為目前秸稈還田研究的熱點(diǎn)。

秸稈腐熟劑富含多種專性高效微生物菌群，能在適宜條件下促進(jìn)秸稈腐解并釋放出有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素[7]。秸稈快速腐熟劑是根據(jù)微生物的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理而制成的復(fù)合菌劑，由數(shù)十種酶類、無(wú)機(jī)添加劑及多種高效有益微生物組成，可產(chǎn)生大量有益微生物刺激作物生長(zhǎng)，提高土壤有機(jī)質(zhì)和土壤肥力，減少化肥使用量，而且不破壞環(huán)境，有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。目前秸稈腐熟劑主要應(yīng)用于秸稈腐熟堆肥和秸稈直接還田等方面，通過(guò)接種微生物到秸稈上能使其加快腐熟，并緩解秸稈腐解不徹底造成的負(fù)面影響[8]。勞德坤等[7]研究表明，接種微生物秸稈腐熟劑能加速秸稈中有機(jī)質(zhì)的降解，有效縮短蔬菜副產(chǎn)物堆肥周期并降低含水率。陳勝男等[9]研究認(rèn)為，秸稈堆肥加入微生物菌劑可縮短堆肥時(shí)間，且隨堆腐時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理脲酶活性均小于20 IU。錢海燕等[10]研究報(bào)道，與秸稈還田不施用腐熟劑相比，秸稈還田配施微生物菌劑處理可改變秸稈腐解過(guò)程中土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量。但由于作物秸稈種類不同，導(dǎo)致施用腐熟劑后秸稈腐解程度及速度不同，同時(shí)快速腐熟劑易受到自身所含成分種類和數(shù)量等內(nèi)在因素以及研究地理位置、氣候特征、土壤特性等外在因素的影響，對(duì)秸稈腐解效果也不同[11]。因此，應(yīng)針對(duì)不同腐熟劑類型處理的秸稈腐解程度及其研究區(qū)域農(nóng)田土壤培肥和作物生長(zhǎng)方面做進(jìn)一步深入研究。

目前關(guān)于秸稈腐熟劑的研究主要集中在秸稈堆肥添加腐熟劑對(duì)氮、鉀元素動(dòng)態(tài)以及對(duì)秸稈腐解、養(yǎng)分釋放規(guī)律和土壤酶活性的影響等方面[7, 9-10]，而在滴灌條件下秸稈還田配施腐熟劑對(duì)砂性土壤理化性質(zhì)、玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量影響的研究尚鮮見(jiàn)。為提高寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)秸稈還田對(duì)砂性土壤的培肥效果，本研究選用3種秸稈腐熟劑[生物秸稈速腐劑、有效微生物群(effective microorganisms， EM)菌秸稈腐熟劑、有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲]，研究不同秸稈腐熟劑對(duì)秸稈生物失重率、土壤理化性質(zhì)及玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期篩選出適于寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)秸稈還田的最佳腐熟劑種類，為該區(qū)還田后促進(jìn)秸稈腐解及養(yǎng)分資源高效利用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2016年10月至2017年10月在寧夏鹽池縣馮記溝鄉(xiāng)三墩子村天朗現(xiàn)代農(nóng)業(yè)公司玉米試驗(yàn)基地進(jìn)行，該地區(qū)(37°40′N，106°51′E，海拔1 300 m左右)屬中溫帶大陸性干旱、半干旱氣候，干旱少雨、多風(fēng)，蒸發(fā)量大，年蒸發(fā)量高達(dá) 2 000～3 000 mm。多年平均降水量為280 mm，主要集中在6—9月。該地區(qū)光照資源充足，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，全年累積日照時(shí)數(shù)達(dá)2 800.2 h， 且氣溫日差較大，年平均氣溫8～9℃，≥0℃積溫3 430.3℃， ≥10℃積溫2 949.9℃，年無(wú)霜期平均為151 d。試驗(yàn)區(qū)2017年降水總量為393.3 mm，平均氣溫為9.4℃，其中玉米生育期(4—9月)降水量為317.9 mm，占全年降水量的80.8%(圖1)。試驗(yàn)區(qū)土壤上層(0～40 cm)為砂性土，下層(40～100 cm)為淡灰鈣土；0～40 cm土層土壤顆粒組成中，<0.002 mm黏粒含量為3%～8%，(0.002，0.020] mm 粉砂含量為24%～38%，(0.020，2.000] mm砂粒含量為46%～71%[12]。播種前0～40 cm土層基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)為土壤容重1.54 g·cm-3，有機(jī)質(zhì)3.86 g·kg-1，堿解氮15.08 mg·kg-1， 速效磷4.78 mg·kg-1，速效鉀54.67 mg·kg-1， 土壤呈堿性(pH值8.2)，土壤肥力貧瘠，屬低肥力水平。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為銀玉439號(hào)(寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所所培育)。供試腐熟劑種類：(1)生物秸稈速腐劑(有效活菌數(shù)≥2.0億·mL-1，由廈門泉農(nóng)生物科技有限公司生產(chǎn))，施用量3 000 mL·hm-2，兌水225 kg·hm-2噴于秸稈表面后配施60 kg·hm-2尿素還田入土；(2)EM菌秸稈腐熟劑(有效活菌數(shù)≥200.0億·mL-1， 由北京康源綠洲生物科技有限公司生產(chǎn))，施用量15 000 mL·hm-2，兌水225 kg·hm-2噴于秸稈表面后配施60 kg·hm-2尿素還田入土；(3)有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲(微生物菌劑，有效活菌數(shù)≥0.2億·g-1，由北京圃園生物工程有限公司生產(chǎn))，施用量60 kg·hm-2， 兌水225 kg·hm-2噴于秸稈表面后配施60 kg·hm-2尿素還田入土。供試肥料為尿素(尿素N≥46%，由中國(guó)石油天然氣股份有限公司生產(chǎn))、磷酸二銨(N≥18%，P2O5≥46%，由云南云天化股份有限公司生產(chǎn))和硫酸鉀(K2O≥50%，由鄭州華興化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn))。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理：(1)秸稈還田+生物秸稈速腐劑處理(SR+BS)；(2)秸稈還田+ EM菌秸稈腐熟劑處理(SR+RJ)；(3)秸稈還田+有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲處理(SR+OW)；(4)秸稈還田不施腐熟劑處理為對(duì)照(CK)，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積12 m×15 m=180 m2。

試驗(yàn)所用玉米秸稈有機(jī)養(yǎng)分含量分別為有機(jī)碳705.8 g·kg-1、全氮12.0 g·kg-1、全磷2.6 g·kg-1、全鉀12.7 g·kg-1。于2016年10月25日將前茬收獲的玉米秸稈粉碎3～5 cm長(zhǎng)度并配施腐熟劑全量還田(還田量9 000 kg·hm-2，深度25 cm)。2017年4月22日采用氣吸式播種機(jī)精量播種玉米，寬窄行種植，寬行70 cm，窄行30 cm，株距20 cm，于9月25日收獲。玉米播種前基施磷酸二銨300 kg·hm-2。生育期灌水及追肥采用滴灌施肥，玉米各生育期降雨、灌水和施肥情況如表1所示。2017年玉米生育期總灌水量為3 525 m3·hm-2，生育期追施純N和K2O用量分別為375 kg·hm-2和120 kg·hm-2。生育期人工除草。

表1 玉米不同生育期灌水和施肥情況Table 1 Irrigation and fertilization in different growing periods of maize

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì) 于收獲后，采集0～20、20～40 cm土層土樣，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量。其中，采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮含量；采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷含量；采用火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀含量[13]。

土壤水分：分別于播種期(播后0 d)、苗期(播后20 d)、拔節(jié)期(播后50 d)、抽雄期(播后80 d)、吐絲期(播后100 d)、灌漿期(播后120 d)和收獲期(播后150 d)采用土鉆取土，烘干法測(cè)定0～100 cm土層的土壤質(zhì)量含水量，每20 cm土層深度測(cè)定一次，取平均值。同時(shí)，在玉米各生育期采用環(huán)刀法測(cè)定0～100 cm土層土壤容重，每20 cm土層深度取一個(gè)樣。根據(jù)公式計(jì)算土壤貯水量[14]：

W=h×a×b×10

(1)

式中，W為土壤貯水量，mm；h為土層深度，cm；a為土壤容重，g·cm-3；b為土壤質(zhì)量含水量，%。

1.4.2 玉米農(nóng)藝性狀 分別于玉米苗期、拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期、灌漿期和收獲期測(cè)定玉米株高和莖粗。采用卷尺以玉米心葉至根基部的高度為基準(zhǔn)測(cè)定株高；采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗。

1.4.3 產(chǎn)量性狀 玉米收獲期，選取小區(qū)中間雙行3 m2的果穗脫粒后測(cè)產(chǎn)。

1.4.4 秸稈生物失重率 秸稈樣品的準(zhǔn)備：選取粗細(xì)與長(zhǎng)度接近的完整作物秸稈，將其裁成3～5 cm 的小段，準(zhǔn)備好試驗(yàn)所需尼龍網(wǎng)袋若干并進(jìn)行編號(hào)。

樣品的腐解處理：試驗(yàn)設(shè)置施用腐熟劑(SR+BS、SR+RJ、SR+OW)和CK 4個(gè)處理，通過(guò)網(wǎng)袋模擬秸稈還田，每處理重復(fù)15次，將處理后的秸稈樣品分別裝入尼龍袋(每袋裝入秸稈量50 g)并在玉米苗期埋入農(nóng)田15 cm土層，隨后在翻埋30 d(拔節(jié)期)、翻埋60 d(抽雄期)、翻埋80 d(吐絲期)、翻埋100 d(灌漿期)和翻埋130 d(收獲期)隨機(jī)挖取3袋樣品，共取樣5次，將尼龍袋上的土粒清理干凈，烘干，進(jìn)行秸稈殘留量測(cè)定。根據(jù)公式計(jì)算秸稈生物失重率計(jì)算[15]：

WL=(N0-Nx)/N0×100%

(2)

式中，WL為秸桿生物失重率，%；N0為樣品質(zhì)量，g；Nx為烘干后每袋的質(zhì)量，g。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 8.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并采用最小顯著差數(shù)法(least significant difference，LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，Excel 2003繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米秸稈生物失重率的影響

由圖2可知，秸稈生物失重率隨網(wǎng)袋翻埋時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸升高的趨勢(shì)。翻埋30 d時(shí)，SR+RJ的秸稈生物失重率最高(29.5%)，與其他處理相比差異顯著，其次是SR+OW，其秸稈生物失重率為25.3%，而CK最低(24.7%)。翻埋60 d時(shí)，SR+RJ的秸稈生物失重率最高，SR+BS和SR+OW次之，分別較CK顯著提高4.9、3.7和4.0個(gè)百分點(diǎn)。翻埋80 d時(shí)，SR+RJ的秸稈生物失重率顯著高于其他處理，較CK顯著提高5.7個(gè)百分點(diǎn)。翻埋100 d時(shí)，SR+OW、SR+BJ的秸稈生物失重率分別較CK顯著提高4.5和4.6個(gè)百分點(diǎn)，而SR+BS與CK無(wú)顯著差異。翻埋130 d時(shí)，SR+RJ、SR+BS、SR+OW的秸稈生物失重率分別較CK顯著提高7.1、5.2、5.7個(gè)百分點(diǎn)?？梢?jiàn)，施用EM菌秸稈腐熟劑(SR+RJ)在整個(gè)翻埋期秸稈生物失重率最高，對(duì)秸稈腐解效果最佳，而施用生物秸稈速腐劑(SR+BS)和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲(SR+OW)在翻埋60 d和130 d時(shí)對(duì)秸稈腐解效果較好。

注：不同小寫字母表示同一時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments of the same time at 0.05 level. The same as following.圖2 不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米秸稈生物失重率的影響Fig.2 Effect of different straw decomposition agents on weight loss rate of corn stalk

2.2 不同秸稈腐熟劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

圖3為秸稈還田配施不同腐熟劑對(duì)玉米生育期0～100 cm土層土壤貯水量的影響。各秸稈還田配施腐熟劑處理的土壤貯水量均隨生育時(shí)期的推進(jìn)，呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)。在玉米苗期(播后20 d)，SR+BS、SR+RJ、SR+OW的土壤貯水量分別較CK顯著增加27.5%、33.4%、28.6%，而不同腐熟劑處理間差異不顯著；在拔節(jié)期(播后50 d)，SR+OW的土壤貯水量較CK顯著提高29.4%；在抽雄期(播后80 d)，各處理土壤貯水量降至最低，這是由于該時(shí)期氣溫較高，水分蒸發(fā)量加大，且玉米進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)階段，作物耗水增加，其中SR+BS土壤貯水能力最強(qiáng)，SR+RJ、SR+OW次之，3種腐熟劑處理均與CK存在顯著差異；在吐絲期(播后100 d)，各處理土壤貯水量開(kāi)始上升，于灌漿期(播后120 d)達(dá)到最大值。在吐絲期3種腐熟劑處理均對(duì)土壤貯水量有提高效果，與CK存在顯著差異；在生育后期(播后120～150 d)，SR+BS、SR+RJ、SR+OW間土壤貯水量無(wú)差異，但平均值分別較CK顯著提高19.1%、24.2%、19.2%；在收獲期(播后150 d)，玉米植株干枯，對(duì)地面遮陽(yáng)面積大幅度降低，地表無(wú)效水分散失增加，且降雨較少，因此，各處理土壤貯水量有所降低。

圖3 不同秸稈腐熟劑對(duì)土壤(0～100 cm)貯水量的影響Fig.3 Effects of different straw decomposition agents on soil water storage in 0-100 cm layer

由表2可知，秸稈還田配施不同類型腐熟劑可有效降低0～40 cm土層土壤容重，且對(duì)0～20 cm土層容重降低效果優(yōu)于20～40 cm土層。由0～40 cm土層平均土壤容重可知，SR+BS、SR+RJ和SR+OW分別較CK顯著降低3.9%、4.2%、3.2%。2017年收獲期各處理土壤養(yǎng)分含量均隨土層的加深而降低，秸稈還田配施不同腐熟劑下0～20、20～40 cm土層土壤養(yǎng)分含量均高于CK，其中SR+RJ、SR+OW與CK差異顯著。SR+RJ的0～20 cm和20～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較CK顯著增加22.7%、25.0%，其余各腐熟劑處理也均有不同程度的增加。3種腐熟劑處理0～20 cm土層土壤堿解氮含量較CK顯著增加17.3%～22.0%，以SR+RJ表現(xiàn)最佳，SR+OW次之；20～40 cm土層各腐熟劑處理增幅為2.0%～10.0%，其中SR+RJ提升效果最佳。0～20、20～40 cm土層土壤速效磷含量均以SR+RJ增加最明顯，其次是SR+OW。0～20、20～40 cm土層平均土壤速效鉀含量均以SR+RJ效果最佳，其次是SR+OW和SR+BS，平均值分別較CK顯著增加23.2%、19.5%、12.0%?？梢?jiàn)，秸稈還田配施腐熟劑可改善0～40 cm土層砂性土壤理化性狀，其中以EM菌秸稈腐熟劑(SR+RJ)和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲(SR+OW)的效果最佳。

表2 不同秸稈腐熟劑對(duì)0～40 cm土層土壤性質(zhì)的影響Table 2 Effects of different straw decomposition agents on soil properties in 0-40 cm layer

圖4 不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響Fig.4 Effects of different straw decomposition agents on corn growth

2.3 不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

秸稈還田配施腐熟劑可改善土壤結(jié)構(gòu)及水肥狀況，進(jìn)而促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育。各處理玉米株高在苗期(播后20 d)至灌漿期(播后120 d)表現(xiàn)為迅速增加，而在灌漿至成熟期(播后120～150 d)有所降低(圖4-A)。玉米生長(zhǎng)前期(播后20～50 d)，各處理間差異不顯著。玉米生長(zhǎng)中期(播后80～100 d)，SR+RJ在抽雄期(播后80 d)株高較CK顯著增加12.7%，而其他處理之間無(wú)顯著差異；SR+BS在吐絲期(播后100 d)顯著高于其他各處理，其中較CK顯著增加10.3%。玉米生長(zhǎng)后期(播后120～150 d)，各處理玉米株高與CK差異不顯著。

由圖4-B可知，不同處理玉米莖粗隨生育期的推進(jìn)均呈先增加后降低的趨勢(shì)，在灌漿期(播后120 d)達(dá)到最高。秸稈還田配施不同腐熟劑均能促進(jìn)玉米植株生長(zhǎng)，以SR+RJ提高玉米莖粗最為明顯，而SR+BS和SR+OW略高于CK，但差異不顯著。玉米生長(zhǎng)前期(播后20～50 d)，SR+RJ的平均玉米莖粗較CK顯著增加15.0%。玉米生育中后期(播后80～150 d)，SR+RJ在拔節(jié)至灌漿期(播后80～120 d)玉米莖粗較CK平均顯著提高10.6%，而至收獲期(播后150 d)玉米莖粗較灌漿期均有所降低，且各處理間無(wú)顯著差異。

2.4 不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

秸稈還田配施腐熟劑對(duì)玉米增產(chǎn)增收具有顯著影響(表3)。SR+RJ、SR+OW、SR+BS的玉米籽粒產(chǎn)量均顯著高于CK。與CK相比，SR+RJ和SR+OW的玉米增產(chǎn)效果更為明顯，分別增加26.9%和23.4%，其次為SR+BS，增加16.0%。各處理總投入按順序?yàn)镾R+OW>SR+BS>SR+RJ>CK，而產(chǎn)出按順序?yàn)镾R+RJ>SR+OW>SR+BS>CK。由經(jīng)濟(jì)效益分析可知，SR+RJ、SR+OW、SR+BS的純收益均顯著高于CK，其中SR+RJ的純收益最佳，為15 751元·hm-2，較CK增加28.8%，而SR+OW、SR+BS則分別較CK增加23.4%、15.1%。SR+OW、SR+BS的產(chǎn)投比與CK相比無(wú)顯著差異，而SR+RJ的產(chǎn)投比較CK顯著提高8.3%。可見(jiàn)，秸稈還田配施EM菌秸稈腐熟劑(SR+RJ)的經(jīng)濟(jì)效益最佳。

表3 不同秸稈腐熟劑對(duì)玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 3 Effects of different straw decomposition agents on maize yield and economic benefits

3 討論

3.1 秸稈還田配施腐熟劑對(duì)玉米秸稈生物失重率的影響

秸稈腐熟程度除通過(guò)手感軟化程度、氣味差異和秸稈顏色變化等方面外，還可通過(guò)秸稈生物失重率反映[2]，秸稈生物失重率越高，說(shuō)明秸稈生物量腐解程度越好[16]。自然條件下作物秸稈腐解速度緩慢，但秸稈還田配施不同種類腐熟劑的研究[5,17-18]結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有適宜菌種的腐熟劑有利于土壤有益微生物繁殖并促進(jìn)作物秸稈腐解。李繼福等[19]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田噴施腐熟劑可提高秸稈生物失重率，且90 d內(nèi)秸稈腐解速度較快；李逢雨等[20]研究結(jié)果也表明，麥稈、油菜秸稈配施腐稈靈(腐解菌)還田后，秸稈生物失重率均表現(xiàn)為前期快、后期慢；李春杰等[6]研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈噴施秸稈腐熟還田專用菌劑(金山生物-秸稈快腐劑)，90 d后其秸稈生物失重率達(dá)45%以上。在本研究中，與CK相比，SR+BS、SR+OW在翻埋60和130 d時(shí)對(duì)秸稈生物量腐解程度較好，而SR+RJ在整個(gè)翻埋期秸稈生物失重率最高，對(duì)秸稈生物量腐解程度最佳，且秸稈腐解程度表現(xiàn)為前期大于中后期。一方面可能與腐熟劑種類有關(guān)，不同腐熟劑主效菌劑組配、菌系來(lái)源、施用方式不同，其腐解效果也存在較大差異[21]，且腐熟劑菌種穩(wěn)定性差，易與微生物競(jìng)爭(zhēng)生態(tài)位、受地域性溫度和水分等環(huán)境因素影響大[18]，秸稈翻埋60 d后處于年度高溫和降雨集中時(shí)段，玉米生育期耗水量增加，此時(shí)土壤水溫的變化可影響微生物活性，不利于秸稈腐解，而在翻埋100 d后，降雨滲入補(bǔ)充作物消耗土壤水分，緩解了耕層高溫，從而利于秸稈的進(jìn)一步腐解[22-23]。另一方面由于EM菌秸稈腐熟劑含有活菌數(shù)明顯高于生物秸稈速腐劑和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲，活菌包含大量有效菌群，增加了土壤微生物種類與數(shù)量，加速秸稈腐解[24]，而在秸稈腐解中后期，糖類、蛋白質(zhì)等易分解可溶性物質(zhì)基本釋放結(jié)束，剩下難分解的纖維素、半纖維素等物質(zhì)，使秸稈腐解變緩[25]。本研究?jī)H通過(guò)秸稈生物失重率來(lái)比較分析3種腐熟劑的秸稈腐熟程度，不能準(zhǔn)確全面反映秸稈腐解的本質(zhì)及其表征，還需通過(guò)秸稈手感軟化程度、氣味差異、顏色變化、秸稈腐解速率、秸稈腐解百分率等來(lái)評(píng)價(jià)不同腐熟劑對(duì)秸稈腐熟的本質(zhì)特征；同時(shí)為準(zhǔn)確反映秸稈快速腐解的特征，還需對(duì)快速腐熟劑的類型做進(jìn)一步研究。

3.2 秸稈還田配施腐熟劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

秸稈還田可顯著增強(qiáng)土壤保水性能并改善耕層土壤降雨與灌溉水入滲能力，有效降低耕層水分無(wú)效蒸發(fā)[26]，且不同種類腐熟劑在作物生育期內(nèi)，促腐效果易受土壤水分的影響[18]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田條件下配施3種不同腐熟劑均有效提高了0～100 cm土層土壤貯水量，且播后80 d時(shí)由于高溫和玉米進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段，加快了地表無(wú)效水分散失和玉米耗水，土壤貯水量達(dá)到最低，玉米生育前期土壤貯水量低于后期，這與前人的研究結(jié)果相似[27]。這是因?yàn)榻斩掃€田前期，秸稈腐解過(guò)程需消耗大量土壤水分，且對(duì)土壤有增溫效果，腐熟劑在適宜溫度下加快秸稈腐解釋放養(yǎng)分，同時(shí)改善了土壤結(jié)構(gòu)及作物吸水能力[23, 28]，而玉米生育后期，秸稈腐解對(duì)土壤水分又起到一定補(bǔ)償效應(yīng)[29]。本研究還發(fā)現(xiàn)，在秸稈還田前期，與CK相比，3種秸稈腐熟劑處理均能提高土壤貯水量，但SR+RJ的效果低于SR+BS和SR+OW，這可能是由于作物生育前期，秸稈還田的增溫效果[23]有利于含多種有益菌種的EM菌腐熟劑加速玉米秸稈腐解消耗大量水分，而生物秸稈速腐劑和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲腐解較慢，利于水分的貯存；而在秸稈還田中后期，氣溫逐漸上升，水分蒸發(fā)加劇，EM菌秸稈腐熟劑與生物秸稈速腐劑和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲相比更利于促進(jìn)玉米植株生長(zhǎng)，進(jìn)而增強(qiáng)作物根系對(duì)周邊土壤的固水能力[30]。

張舒予等[18]研究表明，秸稈還田配施腐熟劑可促進(jìn)秸稈養(yǎng)分釋放，增加土壤酶活性及陽(yáng)離子量，進(jìn)而有助于改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與CK相比，生物秸稈速腐劑較EM菌秸稈腐熟劑與有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲對(duì)0～20 cm土層土壤容重降低效果明顯，但EM菌秸稈腐熟劑對(duì)20～40 cm土層土壤容重降低效果最佳，生物秸稈速腐劑最差，這可能由于秸稈還田配施腐熟劑可為土壤微生物提供充足的碳源，調(diào)節(jié)土壤微生物量碳氮比[31]，而生物秸稈速腐劑含活性菌數(shù)介于EM菌腐熟劑和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲之間，雖含大量有益菌群可進(jìn)一步提高土壤酶活性，加快秸稈礦化腐解，但適當(dāng)活性菌群有利于降低土壤微生物與土壤爭(zhēng)氮現(xiàn)象[32]，促進(jìn)秸稈釋放相關(guān)活性因子到土壤中，有助于降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，同時(shí)又因降雨及灌溉水下滲作用，表層土壤養(yǎng)分隨水向下遷移，進(jìn)而影響下層土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重[33]。

秸稈還田配施腐熟劑有助于加快玉米秸稈腐解，同時(shí)也能影響土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)和土壤結(jié)構(gòu)[34]。折翰非等[35]研究認(rèn)為，秸稈還田可有效改善土壤水分狀況，進(jìn)而影響秸稈腐解和養(yǎng)分釋放，提高土壤的養(yǎng)分含量和積累量。本研究結(jié)果表明，秸稈還田條件下，配施不同秸稈腐熟劑均能有效改善0～40 cm土層土壤理化性狀，加之降雨及灌溉水的下滲和淋溶作用，使表層(0～20 cm)養(yǎng)分向耕層(20～40 cm)轉(zhuǎn)移，對(duì)耕層土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀和堿解氮含量也有一定程度的提高，EM菌秸稈腐熟劑效果優(yōu)于生物秸稈速腐劑和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲，這與前人的研究結(jié)果一致[17]。究其原因，可能EM菌秸稈腐熟劑的主效菌群為細(xì)菌和真菌，而生物秸稈速腐劑和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲主效菌群為真菌，厭氧條件下細(xì)菌產(chǎn)生纖維素酶與有氧條件下真菌產(chǎn)生偏酸性纖維素酶在堿性環(huán)境中發(fā)生互補(bǔ)作用，且厭氧偏堿環(huán)境富含多種嗜堿性微生物群落，能有效協(xié)同完成纖維素分解[36-37]，同時(shí)含大量有益菌群的EM菌劑使土壤微生物數(shù)量增加及土壤酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化效率，增加土壤養(yǎng)分含量[38]。

3.3 秸稈還田配施腐熟劑對(duì)玉米生長(zhǎng)及收益的影響

秸稈還田配施腐熟劑能縮短秸稈腐熟時(shí)間，對(duì)植株生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用[39-40]。馬煜春等[41]研究指出，秸稈還田配施腐熟劑可促進(jìn)小麥株高增加，這與本研究結(jié)果一致，在玉米中后期，不同秸稈腐熟劑處理均能促進(jìn)玉米株高、莖粗增加，其中以EM菌秸稈腐熟劑對(duì)玉米植株生長(zhǎng)促進(jìn)效果最佳，分析原因可能是與生物秸稈速腐劑和有機(jī)廢物發(fā)酵菌曲相比，EM菌秸稈腐熟劑含有可促進(jìn)玉米生長(zhǎng)的酵母菌、光合細(xì)菌、芽孢桿菌[42]等有益活性菌群。在本研究中，3種腐熟劑處理較CK增產(chǎn)16.0%～26.9%，其中SR+RJ增產(chǎn)效果最優(yōu)，顯著提高了玉米經(jīng)濟(jì)效益，這與胡誠(chéng)等[43]和農(nóng)傳江等[24]研究結(jié)果相似，這是由于在玉米生長(zhǎng)前期EM菌秸稈腐熟劑相比其他2種腐熟劑可以更好地改善土壤微環(huán)境，進(jìn)而提高微生物活性，加速玉米秸稈腐解，增強(qiáng)對(duì)土壤養(yǎng)分的補(bǔ)充，為玉米中后期生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分，進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[44]。

4 結(jié)論

寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)砂性土壤貧瘠、肥力低下，秸稈還田后腐解不徹底嚴(yán)重影響玉米生長(zhǎng)及土壤肥力的提升，SR+RJ可有效改善土壤物理性質(zhì)，促進(jìn)玉米生育前中期秸稈的腐解，提高砂性土壤肥力，對(duì)玉米生育中后期生長(zhǎng)和增產(chǎn)增收有顯著效果，在寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)砂性土壤滴灌玉米秸稈還田生產(chǎn)操作中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。但秸稈還田配施腐熟劑應(yīng)用效果常受腐熟劑種類、研究區(qū)域土壤類型、氣候環(huán)境及其他農(nóng)業(yè)措施(灌溉方式、施肥量)等影響，本試驗(yàn)為秸稈還田配施腐熟劑一年的應(yīng)用結(jié)果，其他類型秸稈腐熟劑對(duì)秸稈腐解率、砂性土壤肥力及玉米生長(zhǎng)的影響，還有待進(jìn)行多年試驗(yàn)驗(yàn)證。