玉米秸秆腐解液对幼苗根际土壤理化性质的影响

刘 旋，乔天长，赵先龙，张丽芳，魏 湜，顾万荣，焦 健，李 晶

(东北农业大学 农学院，农业部东北地区作物栽培科学观测实验站,哈尔滨 150030)

玉米秸秆腐解液对幼苗根际土壤理化性质的影响

刘 旋，乔天长，赵先龙，张丽芳，魏 湜，顾万荣，焦 健，李 晶

(东北农业大学 农学院，农业部东北地区作物栽培科学观测实验站,哈尔滨 150030)

为了探究玉米秸秆腐解液对幼苗根际土壤理化性质的影响，选取‘郑单958’为供试材料，分析不同腐解时间(0、60、120、180 d)和不同腐解质量浓度(0.125、0.25、0.5 g/mL)下秸秆腐解液对幼苗(四叶、五叶、六叶期)根际土壤pH、电导率(EC值)、无机氮、有机质、速效磷、速效钾的影响。结果表明：在腐解180 d、0.5 g/mL质量浓度处理下土壤pH达最高，60 d、120 d，0.5 g/mL质量浓度处理下土壤pH低于对照；在腐解120 d、0.125 g/mL质量浓度处理下土壤EC值达最高，在腐解120 d、0.5 g/mL质量浓度处理下土壤无机氮质量分数最高；幼苗四叶、五叶、六叶期均在腐解60 d、0.125 g/mL质量浓度处理下的土壤有机质质量分数达最高；土壤速效磷质量分数在60 d、120 d、180 d腐解液处理下均随腐解液质量浓度增大而升高。在腐解120 d、0.5 g/mL质量浓度处理下土壤速效钾质量分数较高。因此，腐解时间不同的秸秆腐解液不同质量浓度均对土壤的理化性质产生影响，120 d腐解时间的高质量浓度(0.5 g/mL)秸秆腐解液对土壤养分环境影响最为显著。

玉米；秸秆腐解液；土壤理化性质；土壤养分

中国是全世界每年秸秆生产量最大的国家，目前农作物秸秆年生产量达8亿t，黑龙江省作为中国粮食生产的重要基地，在全国具有举足轻重的作用。黑龙江省是中国玉米种植第一大省,2012年玉米种植面积达664.53万hm2，每年产生玉米秸秆量为5 000万t左右，其中30%用于还田，秸秆还田量还会增加[1]。研究表明，秸秆还田不仅避免资源浪费和环境污染，还可以改良土壤结构及多种理化性质，增强土壤蓄水保墒和存肥的实力，改良土地本身环境，减少化肥使用，因而秸秆还田成为当今主流的耕作措施，受到国内外众多学者的普遍关注[2-7]。李贵桐等[8]研究发现，秸秆在腐解过程中，可以促进土壤颗粒的团聚，改善土壤结构和土壤理化性状，提高土壤肥力。秸秆长期施入农田，土壤N、P、K和有机质等养分质量分数增加[9-11]。王小彬等[12]认为，土壤中表层速效磷质量分数与施用化肥量相关，秸秆过腹还田可明显增加表层土壤速效氮质量分数，耕层土壤速效钾质量分数则与秸秆直接还田关系更为密切。玉米秸秆还田后，提高了后茬小麦土壤的有机质质量分数，提高了土壤微生物C/N[13]。秸秆还田后，一方面秸秆碳矿化和腐殖化作用增加了土壤有机碳；另一方面，因秸秆碳的激发效应等作用引起土壤固有有机碳的消耗[14]。也有研究认为，植物残茬及秸秆腐解过程中产生大量化感物质，经积累可引起土壤物理性状变化、微生物种群结构失衡及土壤酶活性降低[15]等严重问题。在北方小麦-玉米两熟种植制度下，大量玉米秸秆连年还田对麦田土壤生态系统已表现出显著影响，玉米秸秆腐解液对小麦生长发育具有抑制作用[16-17]。在黑龙江省农田生态系统中，玉米连作现象普遍，秸秆还田后的效应尚不清楚，鲜有玉米连作下秸秆还田相关研究报道。本研究以玉米为受体，分析不同腐解强度玉米秸秆腐解液对幼苗根际土壤理化性质的影响，试图阐明连作状态下秸秆还田对苗期玉米生长的影响，以期为合理的茬口选择和优化种植制度提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉米品种为‘郑单958’，由黑龙江唯农种业公司提供。土壤为黑土，取自东北农业大学植物类实验实习基地。

1.2 试验设计

试验于2014年在东北农业大学农学院盆栽试验场进行。

1.2.1 玉米秸秆腐解液制备 取2013年收获后的带叶玉米秸秆，粉碎长度为5 cm左右，称取350 g置入塑料桶(直径30 cm，深40 cm)中,加入5 L土壤稀释液(土壤稀释液制备：25 g土加到250 mL水中，震荡使之均匀溶解，静止1 h后取100 mL加到6 L蒸馏水中稀释得土壤稀释溶液)。桶盖用塑料布盖严，盖上扎孔利于通气，室温下腐解，每隔5 d搅拌1次。

1.2.2 浓缩液获取 分别于腐解0、60、120、180 d后提取腐解液(其中0 d是指腐解6 h)，先经纱布粗滤2次，后进行真空抽滤，再旋转蒸发(45 ℃)浓缩，得到0.5 g/mL溶液(1 g/mL为1 mL水溶液中含有1 g干植物的提取物)，4 ℃条件下贮藏备用。

将各时期腐解液分别稀释成0.125、0.25、0.5 g/mL 3个质量浓度[18]，采用盆栽试验，花盆直径30 cm，深40 cm。播种后每盆保苗4株，待幼苗进入三叶期，各处理加入不同腐解时间不同质量浓度的腐解液35 mL，以加入35 mL无菌水作为空白对照(CK)，每处理设3次重复。分别于四叶期、五叶期、六叶期，采用抖土法将植株根系从土壤中整体挖出，抖掉与根系松散结合的表土，然后用毛刷将与根系紧密结合的根际土刷下来，收集5～10 cm土层的根际土作为供试土样。

1.3 测定方法

1.4 数据处理

采用Excel 2007和DPS 7.05进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 玉米秸秆腐解液对土壤pH的影响

土壤pH变化见表1，幼苗四叶、五叶、六叶期在180 d玉米秸秆腐解时间下，土壤pH均随腐解液质量浓度增大而增高，在60 d、120 d玉米秸秆腐解时间下，土壤pH均随腐解液质量浓度增大先升高后降低。0 d腐解时间下各腐解质量浓度处理与对照差异不显著，而180 d腐解时间下各腐解质量浓度处理与对照差异达到显著水平。在腐解180 d、0.5 g/mL质量浓度处理下土壤pH最高，均比对照增加1%。60 d、120 d，0.5 g/mL质量浓度处理下土壤pH低于对照(CK)。

表1 秸秆腐解液处理下土壤pH变化Table 1 Changes of soil pH under treatment of maize stalk decomposing liquid

注：数据为“平均数±标准差”，小写字母表示各时期的同一时间腐解液、不同质量浓度处理之间的差异显著性(P<0.05)；大写字母表示不同时间腐解液、相同质量浓度处理之间的差异显著性(P<0.05)；下同。

Note: Data in the table are “Mean value±standard deviation”,different lower case letters indicate significant difference between decomposing in the same day of and different mass concentration in each leaf age (P<0.05);different uppercase letters indicate significant difference between different treatments in the different days of decomposing and the same mass concentration in each leaf age (P<0.05);the same as below.

2.2 玉米秸秆腐解液对土壤EC值的影响

从表2可以看出，幼苗四叶、五叶、六叶期在60 d玉米秸秆腐解时间下，土壤EC值均随腐解液质量浓度增大而降低，在120 d、180 d玉米秸秆腐解时间下，土壤EC值随腐解液质量浓度增大先升高后降低。在四叶、五叶期，0 d腐解时间各腐解质量浓度处理与对照差异不显著，其余各腐解时间处理土壤EC值与对照差异显著；在六叶期，各腐解时间处理与对照相比土壤EC值显著降低。在腐解120 d、0.125 g/mL质量浓度处理下土壤EC值最高，与高质量浓度0.5 g/mL处理差异达显著水平。

表2 秸秆腐解液处理下土壤EC值变化Table 2 Changes of soil EC under treatment of maize stalk decomposing liquid

2.3 玉米秸秆腐解液对土壤无机氮的影响

土壤无机氮变化见表3，幼苗四叶期时土壤无机氮随腐解液质量浓度增大而增高。幼苗五叶、六叶期，土壤无机氮质量分数在60 d、120 d腐解时间下随腐解液质量浓度增大而升高，在180 d腐解时间处理下土壤无机氮质量分数随腐解液质量浓度的增大呈先升高后降低趋势。除五叶期0 d外，其余时间各质量浓度处理均与对照存在显著差异。幼苗四叶、五叶、六叶期均在120 d腐解液时间、0.5 g/mL质量浓度处理下的土壤无机氮质量分数最高，与其他质量浓度处理差异达显著水平。分别比对照提高48.81%、15.98%和28.17%。同一腐解液质量浓度下，60 d、120 d、180 d腐解时间处理土壤无机氮质量分数显著高于对照。

表3 秸秆腐解液处理下土壤无机氮变化Table 3 Changes of soil available N under treatment of maize stalk decomposing liquid

2.4 玉米秸秆腐解液对土壤有机质的影响

幼苗四叶、五叶、六叶期时，土壤有机质质量分数在60 d、120 d腐解时间下均随腐解液质量浓度增大而先升高后降低(表4)。同一腐解液质量浓度下，60 d、120 d腐解液处理在四叶、五叶期高于对照，差异不显著。幼苗四叶、五叶、六叶期均在60 d腐解液时间、0.125 g/mL质量浓度处理下的土壤有机质质量分数最高， 分别比对照增加10.46%、14.06%和1.71%,差异不显著。可见，腐解质量浓度及腐解时间对土壤有机质质量分数的变化调控效应不显著。

表4 秸秆腐解液处理下土壤有机质变化Table 4 Changes of soil organic matter under treatment of maize stalk decomposing liquid

2.5 玉米秸秆腐解液对土壤速效磷的影响

表5显示，幼苗四叶、五叶、六叶期时，土壤速效磷质量分数在60 d、120 d、180 d腐解液处理下均随腐解液质量浓度增大而升高。四叶期，0 d腐解液各质量浓度处理与对照差异不显著，其余各腐解时间土壤速效磷质量分数均有提高，但差异不明显，随叶龄增加，高腐解时间处理与对照表现出显著性差异。幼苗四叶、五叶、六叶期均在60 d腐解液时间、0.5 g/mL质量浓度处理下的土壤速效磷质量分数最高，分别比对照增加19.8%、11%和11.6%。同一腐解质量浓度下，随腐解时间增加，速效磷质量分数呈现先升高后降低趋势,120 d腐解时间下达到最高。

表5 秸秆腐解液处理下土壤速效磷变化Table 5 Changes of soil available P under treatment of maize stalk decomposing liquid

2.6 玉米秸秆腐解液对土壤速效钾的影响

同一腐解时间，各质量浓度处理土壤速效钾质量分数变化显著(表6)。幼苗四叶期时，60 d玉米秸秆腐解时间下，土壤速效钾质量分数随腐解液质量浓度增大先升高后降低，60 d腐解液时间、0.125 g/mL质量浓度处理下土壤速效钾质量分数最高，较对照增加11.2%。幼苗五叶、六叶期在120 d、180 d玉米秸秆腐解时间下，土壤速效钾质量分数表现出随腐解液质量浓度的增大而升高趋势，在腐解120 d、0.5 g/mL质量浓度处理下土壤速效钾质量分数较高，显著高于对照及质量浓度为0.125 g/mL的处理。同一腐解液质量浓度下，各腐解时间处理土壤速效钾质量分数高于对照，除0 d外，五叶、六叶期各腐解时间处理均与对照达到显著差异水平。

表6 秸秆腐解液处理下土壤速效钾变化Table 6 Changes of soil available K under treatment of maize stalk decomposing liquid

3 讨 论

土壤pH作为土壤酸碱度的强度指标，是土壤肥力和基本性质的重要影响因素之一。可以改变土壤中营养元素的化合形态和时效性。pH可以直接胁迫土壤中氮元素的硝化作用，而且还可以使有机物矿化。土壤EC值的高低决定土壤中盐离子对作物生长的影响。土壤速效氮、速效磷、速效钾是可以直接被植物利用或经过简单转化而直接利用的营养元素。土壤中很多养分如N、P主要的来源之一就是有机物，同时作为异养微生物的重要C源，有机质拥有胡敏酸类物质，这类物质能刺激植物发育。

本研究结果显示，60 d、120 d腐解时间，高质量浓度(0.5 g/mL)处理降低土壤pH。低腐解时间60 d各腐解液质量浓度处理下土壤EC值均降低。120 d、180 d腐解时间下，中、高质量浓度(0.25 g/mL、0.5 g/mL)处理较对照土壤EC值降低。各腐解液质量浓度处理土壤无机氮、速效磷均提高，120 d腐解时间、高腐解质量浓度(0.5 g/mL)处理下最高。腐解时间60 d、高质量浓度(0.5 g/mL)处理下的土壤速效磷达到最高。各腐解质量浓度处理速效钾的量较对照表现为增加，120 d腐解液、高质量浓度(0.5 g/mL)处理下土壤速效钾较高。这与杨阳[19]在研究分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜的化感作用研究规律一致，化感强弱分蘖洋葱经根系分泌物处理后，黄瓜土壤pH升高，土壤EC值下降。与对照相比较，化感作用强的，受高质量浓度的洋葱根系分泌物影响，黄瓜根际土壤速效磷、速效钾的质量分数增加，可利用的P、K质量分数增加。120 d腐解液、0.125 g/mL质量浓度处理可提高土壤有机质质量分数，这与张琴等[20]研究结果类似，其研究结果显示，不同腐解方式的棉花秸秆还田对棉花种子萌发具有不同的化感作用，可以提升土壤肥效，有效改良土壤。

前人对秸秆还田做了许多研究，闫超等[21]在研究水稻秸秆还田对土壤溶液养分的影响时发现，秸秆还田使水稻分蘖期土壤溶液中无机氮质量分数和整个生育期间土壤溶液中磷质量分数降低，增加了钾的质量分数。徐国伟等[22]在测定秸秆还田对土壤理化性质影响时发现，土壤 pH 显著减小、全P、速效K质量分数显著增加，在水稻达成熟期后有机质质量分数显著增加。吴婕等[23]研究也表明覆盖秸秆可以显著增加土壤有机质、全N、速效N、速效P、速效K。和前人研究相结合，秸秆腐解或作物根部产生的化感物质可以改变土壤理化性质，在植物的生长发育过程中，秸秆腐解或作物根部产生的化感物质可以对土壤中营养元素的有效性、吸收与转运起作用，来改变土壤的理化特性。本研究证明，120 d腐解时间、高质量浓度(0.5 g/mL)玉米秸秆腐解液改善幼苗生长的土壤养分环境。

4 结 论

4.1 玉米幼苗根际pH、EC值随着秸秆腐解液质量浓度的升高而降低，无机氮、速效磷、速效钾质量分数均随秸秆腐解液质量浓度的升高而增加，且随着叶龄的增加高腐解时间变化表现显著，腐解质量浓度及腐解时间对土壤有机质的变化调控效应不显著。

4.2 玉米秸秆腐解液改变幼苗根际土壤的理化性质，120 d腐解时间、高质量浓度(0.5 g/mL)秸秆腐解液改善幼苗生长的土壤养分环境。

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(责任编辑：成 敏 Responsible editor:CHENG Min)

Effects of Maize Stalk Decomposing Liquid on Soil Physical and Chemical Properties of Seedling Rhizosphere

LIU Xuan，QIAO Tianchang，ZHAO Xianlong，ZHANG Lifang，WEI Shi，GU Wanrong,JIAO Jian and LI Jing

(College of Agriculture,Northeast Agricultural University/ The Observation Experiment Station for Crop Cultivation Science in Northeast Area,Ministry of Agriculture of P.R.China,Harbin 150030,China)

In order to explore the effects of maize stalk decomposing substance on soil physical and chemical properties of seedling rhizosphere,‘Zhengdan 958’ was used as test materials.The effects of maize stalk decomposing substance with different decomposing time (0,60,120,180 d) and different mass concentration (0.125,0.25,0.5 g/mL) on soil pH,ECvalues,inorganic nitrogen,organic matter,available phosphorus and potassium were analyzed in seedling seeding rhizosphere.The results showed that the soil pH reached the highest level under the treatment of mass concentration of 0.5 g/mL and decomposition 180 d.The soil pH was lower than control with mass concentration of 0.5 g/mL and decomposition 60 d and 120 d,respectively.The soilECvalues reached the highest level with mass concentration of 0.125 g/mL and decomposed 120 d.The soil inorganic nitrogen reached the highest level with mass concentration of 0.5 g/mL and decomposed 120 d.The soil organic matter reached the highest level with the mass concentration of 0.125 g/mL after decomposed 60 d in 4,5,6 leaf stage of maize seedlings.The soil available phosphorus increased with increase of mass concentration after decomposition 60 d,120 d and 180 d.The soil available potassium reached the highest level with mass concentration of 0.5 g/mL after composition of 120 d.Therefore,the decomposition substance with different decomposition time and different mass concentrations had effect on soil physical and chemical properties of seedling rhizosphere,it was most significant effect of soil nutrient environment with mass concentration of 0.5 g/mL of ecomposed 120 d.

Maize； Stalk decomposing liquid; Soil physical and chemical properties; Soil nutrients

LIU Xuan,female,master student.Research area: maize high yield cultivation and physiology.E-mail:18345033400@163.com

LI Jing,female，associate professor.Research area: crop adversity physiology.E-mail：jingli1027@163.com

日期：2017-03-03

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170303.0835.066.html

2016-03-11

2016-06-13

国家科技支撑计划项目 (2012BAD14B06)；寒地作物品种改良与生理生态重点开放实验室项目(HDZW-008)。

刘 旋，女，硕士研究生，从事玉米高产栽培生理研究。E-mail:18345033400@163.com

李 晶，女，副教授，主要从事作物逆境生理研究。E-mail：jingli1027@163.com

S513

A

1004-1389(2017)03-0376-08

Received 2016-03-11 Returned 2016-06-13

Foundation item National Science and Technology Support Program(No.2012BAD14B06); Project of Key Open Laboratory for Winter Crop Variety Improvement and Physiological Ecology(No.HDZW-008).