玉米秸秆还田配施氮肥对豫西旱地小麦土壤酶活性和氮肥利用效率的影响

doi:10.11686/cyxb2022269

摘要/Abstract

摘要：

为阐明玉米秸秆还田配施氮肥条件下土壤酶活性、氮肥利用效率及产量的变化规律，本试验选用洛旱22为材料，采用裂区试验设计，主区为玉米秸秆还田处理，分别为秸秆不还田（S₀）、秸秆全量还田（S₁），副区为施氮量处理，分别为 0 （N₀）、120^{（N₁）、180 （N₂）、240（N₃）和300 kg·hm^-2（N₄），测定了小麦各生育期0~20 cm和20~40 cm土层土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶及蛋白酶活性，并分析计算小麦产量、氮肥农学利用率、氮肥表观回收率、氮肥偏生产力和氮素吸收效率。结果表明：1）秸秆还田配施氮肥处理较单施氮肥处理提高了土壤酶活性、氮肥利用效率和小麦产量，小麦产量以秸秆还田配施氮肥240 kg·hm^-2处理最高，较无秸秆还田不施氮处理增产36.92%。2）土壤酶活性均随施氮量的增加呈先上升后下降的趋势，除拔节期脲酶和蔗糖酶以施氮量180 kg·hm^-2时活性最高，其他生育期土壤酶均以施氮量240 kg·hm^-2时活性最高。此外，随着土层深度的增加，土壤酶活性逐渐下降。3）随着施氮量的增加，氮肥农学利用率和氮肥表观回收率先上升后下降，以施氮量180 kg·hm^-2最高，氮肥偏生产力和氮素吸收效率则表现为逐渐降低。4）土壤酶活性与小麦产量呈显著正相关，与氮肥农学利用率和氮肥表观回收率呈正相关。各生育期，除脲酶活性在拔节期与氮素吸收效率和氮肥偏生产力呈正相关，其他土壤酶活性与之均呈负相关。在豫西旱作区小麦生产中，秸秆还田配施180~240 kg·hm^-2氮肥可减少氮肥过量损失、改善土壤环境、实现氮素资源高效利用。}

关键词: 秸秆还田, 氮肥, 土壤酶活性, 氮肥利用效率, 小麦产量

Abstract:

This experiment studied the effects on soil enzyme activities， nitrogen fertilizer use efficiency and wheat yield of straw return with nitrogen， in the wheat cultivar Luohan 22. A split field trial design was used with two factors， straw and nitrogen fertilizer. The main plot treatments were： Straw fully cleared （S₀） and straw return （S₁）. The split-plot treatments consisted of differing nitrogen fertilizer application rates： 0 （N₀），120 （N₁）， 180 （N₂）， 240 （N₃） and 300 kg·ha^-1（N₄）. Soil urease， sucrase， catalase and protease activities of 0-20 cm and 20-40 cm horizons were determined and the wheat yield， the nitrogen fertilizer agricultural utilization rate， nitrogen fertilizer apparent recovery rate， nitrogen fertilizer partial productivity and nitrogen absorption efficiency were measured. It was found that： 1） Compared with nitrogen fertilization treatment alone， the soil enzyme activities， nitrogen fertilizer use efficiency and wheat yield were increased by straw return. The wheat yield under S₁N₃ was the highest， and was 36.92% greater than S₀N₀. 2） Soil enzyme activity showed a trend of initial increase and then decrease with increasing rate of nitrogen application. Urease and sucrase had the highest activities in N₂， while all other soil enzymes had the highest activity at N₃. The soil enzyme activities gradually decreased with increasing soil depth. 3） The agronomic efficiency and apparent recovery of nitrogen fertilizer initially increased and then decreased with successive increases in nitrogen application rate， with the highest values observed in N₂， while the partial nitrogen productivity and nitrogen absorption efficiency decreased gradually with increasing nitrogen application rate. 4） The soil enzyme activities were positively correlated with the wheat yield and the apparent recovery of nitrogen fertilizer. In each reproductive period， urease activity was positively correlated with nitrogen absorption efficiency and nitrogen fertilizer partial productivity during the jointing period， while activities of all other soil enzymes were negatively correlated. Straw return combined with 180-240 kg·ha^-1 nitrogen fertilizer was shown to reduce excess nitrogen loss， improve the soil environment and result in efficient utilization of nitrogen resources in rainfed wheat fields of western Henan Province.

Key words: straw returning, nitrogen fertilizer, soil enzyme activity, nitrogen fertilizer utilization rate, wheat yield

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图/表 9

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处理 Treatment	穗数 Number of panicles （×10⁴·hm^-2）	穗粒数 Number of spikes	千粒重 1000 grain weight （g）	产量 Yield （kg·hm^-2）
S₀N₀	491.67b	31.63c	43.74c	5155.84c
S₀N₁	514.67b	32.60bc	44.13c	5647.79b
S₀N₂	521.33b	33.53ab	44.60b	6315.53a
S₀N₃	540.33a	34.70a	45.61a	6638.48a
S₀N₄	525.00b	32.57bc	46.00a	6231.36a
S₁N₀	504.67b	32.16bc	44.70b	5564.39c
S₁N₁	529.00ab	33.59ab	45.01b	6352.74b
S₁N₂	537.00ab	34.03a	45.69b	6857.22a
S₁N₃	567.67a	35.39a	46.65a	7059.33a
S₁N₄	536.33ab	34.70a	45.49b	6731.35ab
S	7.67**	28.33**	39.41**	41.49**
N	9.23**	31.62**	25.33**	46.38**
S×N	0.23	2.76**	2.88	0.48

处理 Treatment	穗数 Number of panicles （×10⁴·hm^-2）	穗粒数 Number of spikes	千粒重 1000 grain weight （g）	产量 Yield （kg·hm^-2）
S₀N₀	491.67b	31.63c	43.74c	5155.84c
S₀N₁	514.67b	32.60bc	44.13c	5647.79b
S₀N₂	521.33b	33.53ab	44.60b	6315.53a
S₀N₃	540.33a	34.70a	45.61a	6638.48a
S₀N₄	525.00b	32.57bc	46.00a	6231.36a
S₁N₀	504.67b	32.16bc	44.70b	5564.39c
S₁N₁	529.00ab	33.59ab	45.01b	6352.74b
S₁N₂	537.00ab	34.03a	45.69b	6857.22a
S₁N₃	567.67a	35.39a	46.65a	7059.33a
S₁N₄	536.33ab	34.70a	45.49b	6731.35ab
S	7.67**	28.33**	39.41**	41.49**
N	9.23**	31.62**	25.33**	46.38**
S×N	0.23	2.76**	2.88	0.48

处理 Treatment	籽粒Grain		茎 Stem		叶Leaf		颖壳 Shell
处理 Treatment	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）
S₀N₀	86.77d	76.71c	14.50d	12.82b	1.22e	1.08e	10.62e	9.39a
S₀N₁	102.22c	77.38b	17.04c	12.90b	1.69d	1.28d	11.14d	8.43b
S₀N₂	121.31b	78.30a	19.87b	12.83b	2.20c	1.42c	11.53c	7.44c
S₀N₃	127.68b	77.57ab	21.60ab	13.12a	3.23b	1.96b	12.08b	7.34c
S₀N₄	136.82a	77.89ab	22.58a	12.85b	3.93a	2.24a	12.33a	7.02cd
S₁N₀	107.00d	80.17a	13.60b	10.19c	1.63e	1.22d	11.22e	8.41a
S₁N₁	128.66c	78.36b	21.36a	13.01a	2.33d	1.42c	11.84d	7.21b
S₁N₂	143.21b	79.02ab	22.67a	12.51ab	2.90c	1.60b	12.44c	6.87bc
S₁N₃	148.42ab	78.73b	23.15a	12.28b	4.18b	2.22a	12.77b	6.79bc
S₁N₄	153.91a	78.64b	23.98a	12.25b	4.54a	2.32a	13.27a	6.78bc
S	238.12**	29.61**	23.18**	11.81**	423.83**	46.20**	323.82**	96.43**
N	159.64**	1.04	42.54**	4.14*	553.81**	330.73**	138.59**	101.64**
S×N	1.21	3.94*	7.34**	3.46*	7.11**	1.16	2.55	5.58**

处理 Treatment	籽粒Grain		茎 Stem		叶Leaf		颖壳 Shell
处理 Treatment	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）	积累量 Accumulation （kg·hm^-2）	积累占比 Accumulation ratio （%）
S₀N₀	86.77d	76.71c	14.50d	12.82b	1.22e	1.08e	10.62e	9.39a
S₀N₁	102.22c	77.38b	17.04c	12.90b	1.69d	1.28d	11.14d	8.43b
S₀N₂	121.31b	78.30a	19.87b	12.83b	2.20c	1.42c	11.53c	7.44c
S₀N₃	127.68b	77.57ab	21.60ab	13.12a	3.23b	1.96b	12.08b	7.34c
S₀N₄	136.82a	77.89ab	22.58a	12.85b	3.93a	2.24a	12.33a	7.02cd
S₁N₀	107.00d	80.17a	13.60b	10.19c	1.63e	1.22d	11.22e	8.41a
S₁N₁	128.66c	78.36b	21.36a	13.01a	2.33d	1.42c	11.84d	7.21b
S₁N₂	143.21b	79.02ab	22.67a	12.51ab	2.90c	1.60b	12.44c	6.87bc
S₁N₃	148.42ab	78.73b	23.15a	12.28b	4.18b	2.22a	12.77b	6.79bc
S₁N₄	153.91a	78.64b	23.98a	12.25b	4.54a	2.32a	13.27a	6.78bc
S	238.12**	29.61**	23.18**	11.81**	423.83**	46.20**	323.82**	96.43**
N	159.64**	1.04	42.54**	4.14*	553.81**	330.73**	138.59**	101.64**
S×N	1.21	3.94*	7.34**	3.46*	7.11**	1.16	2.55	5.58**

土层 Soil depth	处理 Treatment	拔节期 Jointing	孕穗期 Booting	开花期 Anthesis	灌浆期 Filling	成熟期 Maturity
0~20 cm	S₀N₀	1.05d	0.80b	1.88c	3.08d	1.95e
	S₀N₁	1.26bc	0.93ab	1.99bc	3.41c	2.02d
	S₀N₂	1.43a	1.02ab	2.06b	3.51bc	2.13c
	S₀N₃	1.28b	1.20a	2.34a	3.78a	2.28a
	S₀N₄	1.14c	1.13a	2.13b	3.63ab	2.22b
	S₁N₀	1.09d	0.93c	2.02d	3.61c	2.10e
	S₁N₁	1.42bc	1.02b	2.22c	3.79b	2.18d
	S₁N₂	1.60a	1.14a	2.40ab	3.89b	2.26c
	S₁N₃	1.53b	1.30ab	2.56a	4.21a	2.37a
	S₁N₄	1.36c	1.22d	2.32bc	4.06a	2.29b
方差分析和F值 Variance analysis and F value	S	51.08**	10.58**	26.44**	62.17**	156.20**
	N	67.44**	6.21*	49.91**	235.72**	584.62**
	S×N	0.95	0.04	0.98	0.75	3.40*
20~40 cm	S₀N₀	0.95b	0.72d	1.56c	2.40d	1.54e
	S₀N₁	1.10a	0.82c	1.69bc	2.54c	1.62d
	S₀N₂	1.25a	0.89bc	1.85b	2.61bc	1.69c
	S₀N₃	1.19a	1.01a	2.08a	2.95a	1.81a
	S₀N₄	1.11a	0.95ab	1.76b	2.69b	1.76b
	S₁N₀	0.98c	0.83d	1.80c	2.86c	1.71e
	S₁N₁	1.21b	0.91c	1.94c	3.00b	1.80c
	S₁N₂	1.45a	1.00b	2.10b	3.04b	1.87b
	S₁N₃	1.26b	1.16a	2.40a	3.27a	1.97a
	S₁N₄	1.16b	1.02b	2.17b	3.10b	1.88b
方差分析和F值 Variance analysis and F value	S	23.32**	53.86**	33.81**	31.51**	222.47**
	N	14.83**	53.92**	86.27**	216.33**	1442.57**
	S×N	0.77	0.71	1.06	0.89	1.54