Effects of Sisal Stalks Returned to the Field with Nitrogen Fertilizer on the Soil Fertility and Sisal Growth

TAN Shibei; XI Jingen; ZHENG Jinlong; HE Chunping; WU Weihuai; LIANG Yanqiong; HUANG Xing; LI Rui; YI Kexian

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.05.002

Chinese Journal of Tropical Crops >

2019 , Vol. 40 >Issue 5: 839 - 849

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.05.002

Crop Culture and Nutrition, Genetic Breeding

Effects of Sisal Stalks Returned to the Field with Nitrogen Fertilizer on the Soil Fertility and Sisal Growth

TAN Shibei ,
XI Jingen ^,^* ,
ZHENG Jinlong ,
HE Chunping ,
WU Weihuai ,
LIANG Yanqiong ,
HUANG Xing ,
LI Rui ,
YI Kexian ^,^*

Expand

Environment and Plant Protection Institute, Chinese Academy of Topical Agricultural Sciences / Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment, Ministry of Agriculture & Rural Affairs, Haikou, Hainan 571101, China

^* XI Jingen,E-mail：xijingen@163.com;

^* YI Kexian,E-mail：yikexian@21cn.com。

Received date: 2018-06-01

Request revised date: 2018-10-14

Online published: 2019-05-31

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Fold

Abstract

In order to return the sisal stalks properly as the organic fertilizer, a pot experiment was carried out to study on the effects of sisal stalks returned to soil with nitrogen fertilizer application on the soil fertility and sisal growth. The results showed that the soil organic matter content, alkali hydrolysable nitrogen content and the soil urease activity were significantly higher than that in the controls, increased by 180.0%, 46.8% and 109.7%, respectively. And the three indicators also increased significantly when using the sisal stalks combined with different amount of urea. Soil invertase activity was significantly higher thanthat in the controls by using the sisal stalks combined with 1/2 amount of urea. Sisal leaf length after sisal stalks returned to the soil with 1/4 amount of urea was significantly higher than that in the control, the single application of urea and the single application of sisal stalks by 60.9%, 25.0% and 22.5%, respectively. Sisal stalks could replace some urea, and it needn’t use the full dose of urea when sisal stalks were returned to the field.

Key words： sisal stalks; returned to the field; nitrogen fertilizer; soil fertility

Cite this article

TAN Shibei , XI Jingen , ZHENG Jinlong , HE Chunping , WU Weihuai , LIANG Yanqiong , HUANG Xing , LI Rui , YI Kexian . Effects of Sisal Stalks Returned to the Field with Nitrogen Fertilizer on the Soil Fertility and Sisal Growth[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019 , 40(5) : 839 -849 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.05.002

剑麻（Agave sisalana perrine.）为龙舌兰科（Agavaceae）龙舌兰属（Agave linnaeus）多年生草本植物,原产于墨西哥,是热带、亚热带地区主要的硬质纤维作物^[1]。据联合国粮农组织统计数据（FAOSTAT）,2016年我国剑麻收获面积达0.23万hm²,干纤维产量达1.21万t,世界剑麻收获面积达33.13万hm²,干纤维产量达29.85万t。剑麻是叶纤维作物,生产上通过收割其成熟叶片进行抽麻得到剑麻纤维。而剑麻植株仅有2%能够被梳理成可用纤维,其余98%被作为垃圾丢弃^[2],其中就包括剑麻麻茎。剑麻麻茎是指茎部及部分残留在茎部周围的叶片基部,是剑麻主要的废弃物。调查发现,高产麻园7~11龄麻茎干重平均达11.5 kg/株（51.0 t/hm²）,占整株干物质含量的40.0%,干重最大的高达16.3 kg/株（72.4 t/hm²）,占整株干物质含量的46.0%^[3]。如果按麻茎干重为51.0 t/hm²计算,2016年我国产生麻茎共11.73万t,世界产生麻茎共1689.63万t。检测结果发现,麻茎矿质养分含量较高：N 1.2 g/kg、P 1.0 g/kg、K 6.0 g/kg、Ca 24.8 g/kg^[4]。因此,如果将麻茎还田,我国仅2016年将有140.76 t N、117.30 t P、703.80 t K、2909.04 t Ca归还农田,世界将有2.03万t N、1.69万t P、101.35万t K、41.90万t Ca归还农田,数量非常可观。剑麻生长周期一般为8~13 a,开花即被砍伐,叶片被收走做纤维后,剩下大量麻茎残留田间。目前对麻茎开发利用的研究较少,加上麻茎难于搬运,因此大部分麻茎被当成有机肥还田,只有少量用作食用菌基质和床垫原材料。关于麻茎还田,多年的生产实践发现,由于麻茎体积大、质量高、降解缓慢,麻茎直接还田是麻茎较合理的处理方式,其对山地麻园剑麻产量的提高和土壤地力的稳定均能起到重要作用^[5,6]。但目前尚缺乏科学试验和数据的支撑,对麻茎还田作用的认识仍仅来自生产经验,对麻茎合理肥料化利用的认识则更少。因此,关于麻茎还田对剑麻产量和土壤地力的影响以及合理肥料化利用方式,迫切需要科学试验加以分析和论证。

对其他作物秸秆的研究结果表明,秸秆是重要的有机肥源,秸秆还田可改良土壤物理性状,提高土壤有机质含量和多种酶活性,平衡各种矿质营养,是培肥土壤和解决田间燃烧所产生的环境问题的重要方式^[7,8]。但秸秆作为有机肥,与化肥相比存在养分含量较低、养分释放缓慢、体积大等问题,无法满足作物旺盛生长期对矿质营养的迅猛需求^[9]。此外,秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成,C/N较高,为60~80,在土壤中难以被微生物分解,因而秸秆还田要配施一定比例的N肥,以调解土壤C/N比,加速秸秆分解、腐熟过程^[8]。因此,作物生产中常将秸秆还田与化肥施用相结合,以满足作物对养分的需求。研究表明,秸秆与化肥配施可以提高土壤过氧化氢酶、转化酶和尿酶活性,提高细菌和真菌数量,还能明显提高土壤有机碳、胡敏酸、胡敏素含量,提高壤氮、磷、钾养分含量,促进作物增产^[10,11,12]。剑麻麻茎作为秸秆的一种,作为有机肥的优缺点与大部分作物秸秆类似,均存在养分含量低、释放缓慢、体积大等特点,麻茎还田也不足以提供剑麻生长所需的矿质营养,必须与化学氮肥配合施用^[13]。但麻茎与其他作物秸秆相比也有所不同,麻茎的体积和质量更大、释放更缓慢,剑麻生命周期也比其他作物更长,养分吸收也有其特有规律。目前有关麻茎还田及配施氮肥对土壤改良和产量形成的影响尚缺乏科学研究。因此,本研究采用盆栽试验研究麻茎单独还田及配施不同用量氮肥对土壤理化性质和剑麻生长的影响,以初步探索和论证麻茎还田的效果,为麻茎的合理肥料化利用以及剑麻生态栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

剑麻假茎及残留在其周围的叶片基部,整体称为麻茎。剑麻麻茎由3个部位组成。第1个为茎部,即剑麻的假茎,位于整个麻茎的中心,四周被残留的叶基部包围;第2个是已经风干的叶片基部,该部分靠近根部,是较早割叶残留下来的叶片基部,由于割叶较早（4~10年前）,已经干枯;第3个是新鲜的叶片基部,该部位靠近剑麻假茎生长端,由于刚割叶不久（1~3年前）,残留下来的叶片基部还未干枯。剑麻麻茎采自广西陆川县国营红山农场剑麻园,麻龄为10年,种植剑麻品种为龙舌兰杂种H.11648,大小行距分别为4、1 m,株距0.9 m,每667 m²种植剑麻296株。共采集3个麻茎的混合样品,每个麻茎包括茎部、鲜叶基和干叶基3部分。茎部直径平均约18.5 cm,叶基长和宽均为14.5 cm。麻茎总干重平均为35.9 kg,其中鲜叶基占主要部分,占整个麻茎总干重的62.1%,其次为茎部,占33.7%,干叶基所占比重最小,仅为4.2%。由于干叶基所占整个麻茎的比例较小,且不同干叶基含水率不一,质地亦坚硬不好切割,因此,本研究仅用茎部和鲜叶基作为试验材料。麻茎茎部、鲜叶基养分含量见表1。剑麻幼苗为健康吸芽,采自红山农场剑麻园,重量为(100±20)g。

表1 剑麻麻茎养分含量

Tab. 1 Nutrient content of sisal stalks

部位 Parts	含水率 Water ratio/%	全碳 Total C /(g∙kg^-1)	全氮 Total N /(g∙kg^-1)	全磷 Total P /(g∙kg^-1)	全钾 Total K /(g∙kg^-1)
茎部 Stalks	65.3	558.5	6.7	0.9	1.8
鲜叶基 Fresh leaves base	74.0	349.6	2.4	0.7	2.1

1.2 方法

1.2.1 试验设计采用盆栽土培试验,基质土壤为南方砖红壤,采自中国热带农业科学院生物所试验基地,其理化性质：pH 5.6,有机质含量为1.8 g/kg,碱解氮含量为37.1 mg/kg,全磷含量为0.03 g/kg,全钾含量为0.5 g/kg,速效钾含量为30.4 mg/kg。塑料盆规格为底径16.5 cm、上口径20.5 cm、高16.0 cm。肥料均为市售农用化肥。试验共设6个处理,每处理重复9次,试验处理及方法见表2。参考前期试验得出盆栽条件下剑麻年生长量及植株含氮量,并由此估算出本试验全量化学氮肥施用量（以纯N计）为0.23 g/株。麻茎施用量以占塑料盆体积约1/3为宜,每盆麻茎用量为鲜重420 g/株,其中茎部为120 g/株,鲜叶基300 g/株,茎切成1 cm长短小块,叶切成1 cm宽长条。定植时分两层加入盆中。每盆均施过磷酸钙（以P₂O₅计）0.16 g/株,氯化钾（以K₂O计） 0.60 g/株,以补充磷、钾肥。麻茎作基肥加入,定植30 d施入化肥,一次性施入。分别在施肥后120、240、360 d采样。第120和240天只取土样,取样时,将盆内土壤倒入托盘内,注意将根系土壤抖尽,然后将托盘内土壤混匀、铺平,用棋盘法采集土样,用鲜土立即测定土壤生物活性,然后风干后待测土壤理化性质。

表2 试验处理和方法

Tab. 2 Treatments and methods of the test

处理Treatments	方法Methods
N₀	不施尿素+不加麻茎 No urea+no sisal stalks
N₁	单施全量尿素 Full urea
St	单加麻茎 Sisal stalks
St+N_1/4	麻茎配施1/4用量尿素 Sisal stalks combining 1/4 urea
St+N_1/2	麻茎配施1/2用量尿素 Sisal stalks combining 1/2 urea
St+N₁	麻茎配施全量尿素 Sisal stalks combining full urea

1.2.2 测定指标与方法 120、240、360 d土壤样品均测定如下理化指标,以分析不同处理土壤理化性质变化情况,包括：pH、有机质含量、全氮、全磷、全钾含量、碱解氮、速效钾含量。

由于采样时间间隔较长,气候条件差异较大,对土壤生物活性影响较大。因此,比较不同采样时间土壤生物活性意义不大,只需比较同一采样时间不同处理土壤生物活性,因此选取240 d土壤样品测定那个生物活性,测定指标包括：过氧化氢酶活性、脲酶活性、转化酶活性、微生物量碳氮。由于剑麻生长较缓慢,短时间内生物学形态差异不明显,因此只选取360 d剑麻植株样品测定其生长指标和叶片营养指标,包括：叶数、叶长、叶宽、地上部鲜重、地上部干重、根干重以及全氮、全磷、全钾含量。上述指标均按常规测定方法^[14]测定,其中,土壤过氧化氢酶活性以20 min内单位土重消耗的H₂O₂的质量来表示,单位为mg/g;脲酶活性以每单位土重产生的NH₄⁺-N毫克数表示,单位为mg/g;转化酶活性以24 h内单位土重生成的葡萄糖毫克数表示,单位为mg/g。

1.3 数据处理

采用Microsoft office Excel 2010软件分析数据并绘图,采用JMP 10统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 麻茎还田配施氮肥对土壤pH的影响

由表3可见,不同处理土壤pH变化范围在5.98~7.13之间,其中麻茎配施全量尿素处理（St+N₁）在第360天最小,而麻茎配施1/4尿素处理（St+N_1/4）在第240天最大。从3次采样平均值看,单加麻茎处理（St）土壤pH与单施尿素（N₁）及对照（N₀）之间差异均不显著。在添加麻茎的基础上配施不同用量尿素,从第120天和3次采样平均值看,St+N_1/4处理土壤pH显著高于St+N₁。这说明,单独添加麻茎及配施尿素对砖红施低水平氮肥比配施高水平氮肥更有利于提高土壤pH,对改良酸性土壤有一定作用。随着时间延长土壤pH总体呈先增后减的趋势,其原因还有待进一步研究。

表3 不同处理土壤pH

Tab. 3 Soil pH of different treatment

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different time
N₀	6.63±0.03^ab	7.12±0.58^a	6.03±0.01^a	6.59±0.55^ab
N₁	6.60±0.06^ab	6.94±0.06^a	6.04±0.06^a	6.52±0.40^ab
St	6.59±0.07^b	7.08±0.15^a	5.99±0.02^a	6.55±048^ab
St+N_1/4	6.78±0.15^a	7.13±0.09^a	6.06±0.08^a	6.66±0.48^a
St+N_1/2	6.63±0.17^ab	6.92±0.04^a	6.15±0.02^a	6.57±0.35^ab
St+N₁	6.58±0.03^b	6.89±0.05^a	5.98±0.29^a	6.48±0.43^b
不同处理平均 Average of different treatment	6.63±0.11	7.02±0.23	6.04±0.12	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.2 麻茎还田配施氮肥对土壤有机质含量的影响

由表4可见,土壤有机质含量变化范围在3.1~13.2 g/kg之间,其中,单施尿素处理（N₁）土壤有机质含量在第240天最小,单加麻茎处理（St）在第360天最大。St土壤有机质含量在第120、240、360天以及3次采样平均都显著高于N₀和N₁,3次采样平均增幅分别比N₀和N₁高180.0%、197.0%,增幅非常明显。而添加不同用量尿素处理（St+N_1/4、St+N_1/2、St+N₁）在第120、240、360天以及3次采样平均也均显著高于N₁和N₀,3次采样平均分别比N₀增加了142.9%、191.4%、140.0%,比N₁增加了157.6%、209.1%、154.5%,增幅也非常大。说明添加麻茎以及麻茎配合尿素施用均能明显提高砖红壤的有机质含量,而且效果非常显著。而添加不同用量尿素处理之间以及单加麻茎之间有机质含量差异不显著,说明添加尿素并不影响麻茎对土壤有机质的改良效果。随着时间延长,添加麻茎处理土壤有机质含量呈明显上升趋势,而未添加麻茎处理变化不明显。说明麻茎还田对土壤有机质的提高效果将会持续一段时间,并且随着时间推移其作用效果越明显。

表4 不同处理土壤有机质含量

Tab. 4 Soil organic matter content of different treatment g∙kg^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different time
N₀	3.5±0.3^c	3.3±0.16^b	3.6±0.0^b	3.5±0.2^b
N₁	3.4±0.1^c	3.1±0.04^b	3.4±0.1^b	3.3±0.2^b
St	6.9±0.4^a	9.3±2.55^a	13.2±1.3^a	9.8±3.1^a
St+N_1/4	6.1±0.3^b	8.4±2.79^a	11.0±4.0^a	8.5±3.2^a
St+N_1/2	6.7±0.4^ab	11.3±4.47^a	12.5±1.4^a	10.2±3.5^a
St+N₁	6.5±0.5^ab	8.0±2.76^a	10.6±2.8^a	8.4±2.7^a
不同处理平均 Average of different treatment	5.5±1.6	7.2±3.8	9.1±4.5	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.3 麻茎还田配施氮肥对土壤碱解氮含量的影响

由表5可见,不同处理土壤碱解氮含量为23.6~45.2 mg/kg,其中,不施尿素不加麻茎对照（N₀）在第240天最小,麻茎配施1/2尿素处理（St+N_1/2）在第120天最大。单加麻茎处理（St）土壤碱解氮含量在第120、240、360天均显著高于单施尿素处理（N₁）和N₀,3次采样平均值分别比N₁和N₀提高了37.4%、46.8%。由此可见,麻茎还田可显著提高砖红壤的碱解氮含量,从而提高土壤氮素供应能力。此外,麻茎配施不同用量尿素处理（St+N_1/4、St+N_1/2、St+N₁）土壤碱解氮含量也显著高于N₀,3次采样平均值分别提高了48.7%、52.1%、58.9%。但麻茎配施不同用量尿素处理以及单加麻茎处理之间,以及N₁和N₀处理土壤碱解氮含量差异均不显著。这说明麻茎是提高土壤碱解氮的主要因素,对碱解氮的提高效果优于单独施用尿素。随着时间延长,碱解氮含量变化不显著,这说明添加麻茎能在试验期间内稳定提高砖红壤碱解氮含量,这种供氮效果并没有在试验后期减弱。

表5 不同处理土壤碱解氮含量

Tab. 5 Soil alkaline hydrolysis nitrogen content of different treatment mg∙kg^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different time
N₀	26.1±6.0^c	23.6±4.9^c	29.4±0.7^bc	26.3±4.6^b
N₁	30.7±5.6^bc	27.8±0.8^bc	24.9±6.4^c	28.1±4.6^b
St	39.8±1.4^ab	36.2±7.0^ab	39.9±2.4^a	38.6±4.2^a
St+N_1/4	37.7±2.5^abc	39.7±8.8^a	39.9±4.9^a	39.1±5.3^a
St+N_1/2	45.2±9.0^a	36.6±5.7^ab	38.0±4.3^ab	40.0±7.0^a
St+N₁	44.7±11.7^a	35.7±4.6^ab	45.0±9.5^a	41.8±9.1^a
不同处理平均 Average of different treatment	37.4±9.3	33.3±7.6	36.2±8.0	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.4 麻茎还田配施氮肥对土壤全磷含量的影响

由表6可见,不同处理土壤全磷含量变化范围在0.08~0.23 g/kg之间,其中,麻茎配施1/4尿素处理（St+N_1/4）在第120天最小,麻茎配施全量尿素处理（St+N₁）在第360天最大。第120、240、360天以及3次采样平均土壤全磷含量不同处理之间差异均不显著。随着时间延长,土壤全磷含量变化也不明显。这说明麻茎还田对砖红壤全磷含量的影响不显著。

表6 不同处理土壤全磷含量

Tab. 6 Soil total phosphorus content of different treatment g∙kg^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different time
N₀	0.12±0.03^a	0.12±0.10^ab	0.16±0.01^a	0.13±0.06^a
N₁	0.12±0.07^a	0.13±0.01^a	0.16±0.01^a	0.14±0.04^a
St	0.13±0.01^a	0.18±0.01^a	0.15±0.03^a	0.16±0.03^a
St+N_1/4	0.08±0.06^a	0.13±0.03^a	0.16±0.03^a	0.12±0.05^a
St+N_1/2	0.13±0.08^a	0.04±0.03^b	0.16±0.01^a	0.11±0.07^a
St+N₁	0.09±0.06^a	0.11±0.05^ab	0.23±0.11^a	0.14±0.10^a
不同处理平均 Average of differenttreatment	0.12±0.05	0.12±0.06	0.17±0.05	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.5 麻茎还田配施氮肥对土壤全钾含量的影响

由表7可见,不同处理土壤全钾含量变化范围在0.11~0.51 g/kg之间,其中,麻茎配施1/2尿素处理（St+N_1/2）在第120天最小,麻茎配施全量尿素处理（St+N₁）在第240天最大。从3次采样平均值看,单加麻茎处理（St）和麻茎配施1/2尿素处理（St+N_1/2）土壤全钾含量显著小于N₀,减小幅度均为15.0%,这说明在添加麻茎或者麻茎配施一半用量的尿素后,土壤的全钾含量有所降低。麻茎配施不同尿素处理之间土壤全钾含量差异不显著,说明不同用量尿素对麻茎还田条件下土壤全钾含量影响不显著。随着时间延长,全钾含量在240 d后大幅提高。

表7 不同处理土壤全钾含量

Tab. 7 Soil total potassium content of different treatment g∙kg^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different time
N₀	0.24±0.02^a	0.53±0.10^a	0.43±0.02^a	0.40±0.14^a
N₁	0.24±0.04^a	0.38±0.01^c	0.44±0.03^a	0.35±0.10^ab
St	0.19±0.11^ab	0.43±0.05^bc	0.39±0.10^a	0.34±0.14^b
St+N_1/4	0.18±0.02^ab	0.49±0.03^ab	0.38±0.13^a	0.35±0.15^ab
St+N_1/2	0.11±0.08^ab	0.45±0.02^abc	0.45±0.02^a	0.34±0.18^b
St+N₁	0.18±0.04^a	0.51±0.05^ab	0.38±0.13^a	0.36±0.16^ab
不同处理平均 Average of different treatment	0.19±0.07	0.45±0.07	0.41±0.08	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.6 麻茎还田配施氮肥对土壤速效钾含量的影响

由表8可见,不同处理土壤速效钾含量变化范围在47.7~132.1 mg/kg之间,其中,麻茎配施1/4尿素处理（St+N_1/4）在第120天最小,麻茎配施1/2尿素处理（St+N_1/2）在第360天最大。单加麻茎（St）在第120天土壤速效钾含量显著高于单施尿素（N₁）处理和对照（N₀）,但在第240和360天差异不显著。这说明麻茎还田前期可有效提高土壤速效钾含量,但在后期这种作用消失。麻茎配施尿素处理中,St+N_1/4处理土壤速效钾含量总体较大。随着时间延长,各处理土壤速效钾含量均呈下降趋势。结果表明,单加麻茎对砖红壤速效钾含量的提高起到一定作用,而配施1/4用量的尿素之后效果更显著。

表8 不同处理土壤速效钾含量

Tab. 8 Soil total available potassium content of different treatment mg∙kg^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different time
N₀	80.8±6.9^c	73.8±25.8^a	53.5±2.2^a	69.4±18.2^bc
N₁	78.0±10.2^c	68.3±6.2^a	49.4±5.7^a	65.2±14.2^bc
St	105.7±10.2^b	71.3±16.6^a	55.9±6.2^a	77.7±24.3^ab
St+N_1/4	132.1±8.9^a	67.8±12.8^a	56.2±8.3^a	85.3±36.5^a
St+N_1/2	81.4±16.0^c	65.3±25.5^a	47.7±1.4^a	64.8±21.0^bc
St+N₁	79.3±11.4^c	59.0±11.7^a	48.8±4.1^a	62.3±15.8^c
不同处理平均 Average of different treatment	92.9±22.5	67.6±15.8	51.9±5.6	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.7 麻茎还田配施氮肥对土壤过氧化氢酶活性的影响

由表9可见,不同处理土壤过氧化氢酶活性变化范围在10.3~14.3 mg/g之间。单施尿素（N₁）、单加麻茎（St）及对照（N₀）之间土壤过氧化氢酶活性总体差异不显著。不同尿素用量配施处理（St+N_1/4、St+N_1/2、St+N₁）以及单加麻茎处理（St）之间过氧化氢酶活性差异不显著。各处理土壤过氧化氢酶活性均呈下降趋势。随着时间延长,过氧化氢酶活性呈下降的趋势。因此,可以初步判断添加麻茎对土壤过氧化氢酶活性影响不显著。

表9 不同处理土壤过氧化氢酶活性

Tab. 9 Soil catalase activity of different treatment mg∙g^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of differenttime
N₀	14.0±0.4^a	12.8±0.5^a	10.9±0.5^a	12.6±1.4^a
N₁	14.1±0.4^a	13.1±0.4^a	10.3±1.9^a	12.5±1.9^a
St	14.3±0.1^a	13.0±0.6^a	11.7±0.6^a	13.0±1.2^a
St+N_1/4	14.3±0.0^a	12.9±1.0^a	10.7±2.4^a	12.6±2.0^a
St+N_1/2	13.9±0.1^ab	13.6±0.6^a	11.6±0.5^a	13.0±1.1^a
St+N₁	14.3±0.2^a	12.3±1.2^a	11.3±1.7^a	12.6±1.7^a
不同处理平均 Average of different treatment	14.1±0.3	13.0±0.7	11.1±1.3	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.8 麻茎还田配施氮肥对土壤脲酶活性的影响

由表10可见,不同处理土壤脲酶活性变化范围在0.12~1.10 mg/g之间,其中,单施尿素处理（N₁）总体最小,仅为0.31 mg/g,单加麻茎处理（St）总体最大,高达0.65 mg/g。单加麻茎处理（St）在第120、240、360天以及3次采样平均土壤脲酶活性都显著大于单施尿素处理（N₁）和对照（N₀）,其中3次采样平均分别比（N₁）和对照（N₀）提高了116.7%、109.7%。从各次采样和3次采样平均值看,不同尿素用量配施处理（St+N_1/4、St+N_1/2、St+N₁）土壤脲酶活性均显著高于对照,其3次采样平均值分别比N₀提高了64.5%、100.0%、96.8%,提升幅度较大。由此可见,添加麻茎有助于土壤脲酶活性的提高,并且效果十分显著。但不同尿素用量处理与单加麻茎处理（St）之间差异不显著,这说明麻茎配施尿素对土壤脲酶活性的影响不显著。随着时间延长,各处理土壤脲酶活性总体呈先增后减的趋势。

表10 不同处理土壤脲酶活性

Tab. 10 Soil urease activity of different treatment mg∙g^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different time
N₀	0.32±0.01^d	0.54±0.09^cd	0.16±0.01^b	0.31±0.16^c
N₁	0.32±0.00^d	0.48±0.04^d	0.12±0.02^b	0.30±0.16^c
St	0.55±0.06^bc	1.10±0.06^a	0.30±0.02^a	0.65±0.36^a
St+N_1/4	0.47±0.08^c	0.80±0.21^bc	0.26±0.04^a	0.51±0.26^b
St+N_1/2	0.69±0.07^a	0.87±0.21^ab	0.28±0.01^a	0.62±0.28^ab
St+N₁	0.63±0.07^ab	0.93±0.17^ab	0.27±0.02^a	0.61±0.30^ab
不同处理平均 Average of different treatment	0.50±0.16	0.79±0.25	0.23±0.07	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.9 麻茎还田配施氮肥对土壤转化酶活性的影响

由表11可见,从3次取样平均值看,麻茎配施1/4尿素处理（St+N_1/4）土壤转化酶活性显著高于其他处理,第120、360天均显著高于对照（N₀）,3次采样平均值比N₀提高了291.2%。但麻茎配施中水平和高水平尿素对土壤脲酶活性的提高并不显著,说明麻茎配施低水平尿素有利于土壤脲酶活性的提高。而单加麻茎处理（St）与单施尿素处理（N₁）及对照（N₀）土壤转化酶活性差异不显著。这说明单独添加麻茎对土壤脲酶的影响不显著。

表11 不同处理土壤转化酶活性

Tab. 11 Soil invertase activity of different treatment mg∙g^-1

处理 Treatment	120 d	240 d	360 d	不同时间平均 Average of different treatment
N₀	4.4±1.2^b	37.2±30.9^ab	5.9±6.2^b	13.2±19.2^bc
N₁	3.8±0.2^b	1.2±0.5^ab	3.9±5.2^b	3.2±3.1^c
St	4.0±0.3^b	25.3±5.2^ab	12.1±5.3^b	15.0±10.0^bc
St+N_1/4	13.3±2.1^a	59.0±35.9^a	39.4±25.2^a	40.2±30.2^a
St+N_1/2	5.2±0.8^b	37.4±16.5^ab	7.3±1.6^b	16.6±17.7^bc
St+N₁	12.0±1.4^a	32.8±10.9^b	15.2±6.3^b	21.0±11.9^b
不同处理平均 Average of different time	7.1±3.9	32.2±24.1	14.0±15.6	—

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.10 麻茎还田配施氮肥对土壤微生物量碳氮的影响

由表12可见,不同处理土壤微生物量碳变化范围在15.0~61.6 mg/kg之间,其中,空白对照（N₀）最小,仅为15.0 mg/kg,而麻茎配施1/2尿素处理（St+N_1/2）最大,其次为单加麻茎处理,分别高达61.6、43.5 mg/kg,比对照提高了310.7%、190.0%。土壤微生物量氮变化范围在13.6~34.1 mg/kg之间,单加麻茎处理（St）最大,高达34.1 mg/kg,比对照提高了55.0%。但不同处理土壤微生物量碳、氮差异均未达到显著水平,可能是分析测试方法误差较大所导致。但总体上看添加麻茎后土壤微生物碳氮具有增加的趋势,确切的结论还需进一步研究。

表12 不同处理在第240天土壤微生物量碳氮

Tab. 12 Soil microbial biomass carbon and nitrogen of different treatment at 240th days mg∙kg^-1

处理 Treatment	微生物量碳 Microbial biomass carbon	微生物量氮 Microbial biomass nitrogen
N₀	15.0±2.1^a	22.0±2.6^a
N₁	19.7±9.4^a	27.1±10.3^a
St	43.5±19.7^a	34.1±9.1^a
St+N_1/4	34.4±22.4^a	17.5±1.4^a
St+N_1/2	61.6±20.3^a	25.2±13.3^a
St+N₁	34.0±19.3^a	13.6±5.7^a

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.11 麻茎还田配施氮肥对剑麻生长的影响

由表13可见,与单施尿素处理（N₁）相比,单加麻茎处理（St）叶数显著降低,仅为9片,但与空白对照（N₀）差异不显著。麻茎在与尿素配施后,不同水平尿素处理叶数均有所增加,达到10片,与N₁相当,但与St差异未达到显著水平。St剑麻叶长显著大于N₀,增幅达31.3%,与N₁相当。在麻茎与尿素配施后,不同水平尿素处理叶长均有所增加,其中配施低水平尿素处理（St+N_1/4）增加最显著,其叶长分别比N₀和N₁提高了60.9%、25.0%。不同处理叶宽差异不显著。虽然添加麻茎能促进剑麻叶片长度的提高,但同时并未有效提高剑麻叶片数量。因此,正如试验结果所示,添加麻茎及其配施不同水平尿素处理剑麻地上部生鲜重和干重与N₀和N₁相比差异并不显著。添加麻茎条件下,剑麻根系干重均有所下降,特别是麻茎配施低水平（St+N_1/4）和高水平（St+N₁）尿素处理根系干重下降最显著,分别比N₀下降了72.6%、59.5%。总体来看,添加麻茎对剑麻叶片长度的增加具有一定的促进作用,并且与尿素配施后效果更好。但添加麻茎对剑麻叶片数量的提高效果不大,并且对根系生长具有一定的抑制作用。因此,添加麻茎及配施尿素对剑麻地上部生物量的影响不显著。

表13 不同处理剑麻生长情况

Tab. 13 Sisal growth of different treatment

处理 Treatment	叶数 Leaves number	叶长 Leaves length/cm	叶宽 Leaves width/mm	地上部鲜重 Tope fresh weight/g	地上部干重 Top dry weight/g	根干重 Root dry weight/g	根冠比 Root/shoot ratios
N₀	10±1^b	34.8±3.1^c	3.7±0.5^a	232.1±42.7^a	38.4±8.2^a	8.4±0.2^a	0.19±0.02^a
N₁	13±1^a	44.8±6.9^b	3.4±0.3^a	307.8±36.4^a	42.9±9.4^a	7.0±3.9^ab	0.16±0.06^a
St	9±2^b	45.7±4.2^b	3.5±0.7^a	231.5±115.6^a	30.2±19.0^a	4.3±3.0^abc	0.14±0.05^ab
St+N_1/4	10±2^ab	56.0±8.0^a	3.9±0.1^a	267.5±39.1^a	33.1±12.7^a	2.3±1.3^c	0.07±0.01^b
St+N_1/2	10±1^ab	50.6±2.1^ab	3.8±0.2^a	269.1±51.8^a	32.1±7.4^a	4.2±1.1^abc	0.13± 0.01^ab
St+N₁	10±2^ab	47.2±5.9^ab	3.5±0.3^a	231.9±40.2^a	26.5±5.5^a	3.4±2.2^bc	0.12± 0.06^ab

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.12 麻茎还田配施氮肥对剑麻叶片养分含量的影响

由表14可见,不同处理剑麻叶片全氮含量为7.1~13.5 g/kg,其中单加麻茎处理（St）和麻茎配施不同尿素水平处理（St+N_1/4、St+N_1/2、St+N₁）剑麻叶片全氮含量与不施肥对照（N₀）及单施尿素处理（N₁）相比均有所提高,但差异未达到显著水平。不同处理剑麻叶片全磷含量为1.4~ 2.5 g/kg,其中St、St+N_1/4、St+N_1/2、St+N₁处理全磷含量则显著大于N₁和N₀。全钾含量不同处理之间差异不显著。可见,添加麻茎有助于剑麻叶片全磷含量的提高,但对叶片全氮、全钾含量影响不显著。

表14 不同处理剑麻叶片养分含量

Tab. 14 Nutrient content of sisal leaf of different treatment g∙kg^-1

处理 Treatment	全氮 Total N	全磷 Total P	全钾 Total K
N₀	7.1±1.6^a	1.4±0.6^b	15.1±1.5^a
N₁	6.5±1.2^a	1.4±0.7^b	13.1±2.9^a
St	13.5±9.2^a	2.5±0.4^a	17.6±3.7^a
St+N_1/4	10.1±2.7^a	1.9±0.4^ab	16.5±3.8^a
St+N_1/2	9.6±1.5^a	2.2±0.4^ab	15.1±1.8^a
St+N₁	9.3±2.3^a	2.2±0.4^ab	17.0±2.1^a

	Note: Valeus followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.
	注：同列数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

3 讨论

本研究发现,单加麻茎、单施尿素或两者配施均未对土壤酸碱度产生明显影响。一般来说,秸秆还田会导致土壤pH下降^[15,16],而秸秆配施化肥还田则可以提高土壤pH^[17]。可能是由于试验所用尿素和麻茎用量较少,加上土壤缓冲性能的影响^[18],短期内难以显著改变土壤的酸碱度。大量研究结果表明,秸秆还田可以增加土壤有机质含量,增大土壤碳库^[19]。本试验中,凡添加麻茎的处理土壤有机质含量均显著提高,并且时间越长,有机质含量越高,说明添加麻茎对麻园土壤有机库储量的增加效果非常显著,这与前人的研究结果一致^[20,21]。而不施肥对照和单施氮肥处理由于没有有机物质的添加,其土壤有机质含量显著低于添加麻茎处理,并且随着时间延长基本保持在较低水平。除有机质含量外,添加麻茎对土壤碱解氮含量的提高效果也很明显,这与小麦秸秆还田的作用效果一致^[22,23,24]。本研究还发现,单独添加麻茎对土壤碱解氮的提高效果大于单独施加全量尿素的处理。麻茎单加和配施尿素对土壤全磷、全钾和速效钾含量影响均不明显,可能是因为本试验所用砖红壤全磷和全钾含量都极低,而麻茎作为有机物料,磷、钾含量不高,短期内无法明显改变土壤的磷、钾含量。

土壤微生物是土壤重要的组成部分,秸秆还田能给土壤带来微生物繁殖所需的碳、氮,大量研究表明秸秆还田可提高土壤微生物量碳氮^[25]。对玉米秸秆还田的研究发现,单独添加玉米秸秆或玉米秸秆配氮还田均能提高土壤微生物碳含量,表明土壤中的微生物条件发生了很大改善^[26,27]。本研究中,不同处理之间土壤微生物量碳氮在统计学意义上虽未达到差异显著水平,但添加麻茎处理在不同时间均有所提高,这与前人的研究结果类似。土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素,它与生活着的微生物细胞一起推动着物质转化。土壤脲酶能酶促有机质分子中肽键的水解,其活性可以表征土壤的氮素状况^[28]。研究表明,水稻、玉米、小麦、棉花、甘蔗等作物秸秆还田均能提高土壤脲酶活性^{[29,30,31,32,33]}。本研究发现,土壤脲酶活性在剑麻麻茎单加或配施尿素时均显著提高,这与前人的研究结果一致。前人研究结果表明,土壤脲酶活性对不同施氮水平的响应存在差异,有随着施氮水平增加而提高的^[34,35],也有随着施氮水平提高差异不显著的^[36,37,38],还有呈下降趋势的^[39],可能因土壤类型不同存在不同的变化趋势。本研究发现,单纯施氮肥处理土壤脲酶活性并未增加,与不施肥处理接近。此外添加麻茎对过氧化氢酶的影响并不明显,这与玉米秸秆还田对过氧化氢酶的影响效果一致^[40]。

从研究结果看,添加麻茎对剑麻叶片数量的增加并未起到促进作用,反而表现出了负面的效果。麻茎与尿素配施后,叶片数量也并未显著提高。添加麻茎也在一定程度上抑制了剑麻根系的生长,这可能与麻茎碳氮比有关。一般认为,秸秆C/N为25/1较为合理,若秸秆C/N较高,还田后腐解过程中往往出现微生物和作物争夺氮素的现象,造成作物不同程度的减产^[41]。本研究用麻茎C/N较高,高达217/1。由于本研究中尿素施用量只按剑麻生长所需而定,并未考虑调节秸秆碳氮比,因此,秸秆配施不同尿素水平处理秸秆C/N也较高,配施低、中、高水平尿素处理C/N分别为191/1、172/1、144/1,这可能成为麻茎还田对剑麻促生效果不显著的重要因素。因此,在麻茎还田条件下,氮肥用量应该如何调整还有待进一步研究。但添加麻茎对剑麻叶片长度的促生效果显著,尤其是在与低水平尿素配施后效果最佳。总体来看,虽然添加麻茎对土壤有机质含量、碱解氮含量、脲酶活性等土壤理化指标以及剑麻叶片长度均具有一定的提升效果,但对剑麻根系干重、叶片数量的增加具有一定的抑制作用,而表现在地上部生物量上,添加麻茎与对照差异并不显著。从剑麻叶片养分含量看,不同处理叶片养分含量并未低于剑麻养分缺乏临界值^[42]。总之,关于添加麻茎对剑麻生物量提高不明显的原因还有待深入研究。在减少尿素用量的情况下,添加麻茎后剑麻并未出现养分缺乏的问题,剑麻地上部氮、磷含量与对照和单施尿素相比反而有所提高。因此,从营养的角度看,添加麻茎可以在一定程度上取代尿素的施用,在添加麻茎的情况下,不需要施用全量化肥。

麻茎体积大,质量高,剑麻生产中有条件的农场,特别是在山地麻园,常用挖土机将整个麻茎直接深埋于地下还田,但条件比较差的农场和私人种植户还无法进行麻茎深埋,多数只能将麻茎挖出后丢弃与麻园地表。此外,由于麻茎表面还残留着一层叶片基部,该部分含有较高的剑麻纤维,在田间难于降解,这使得麻茎未能有效用作有机肥还田,也在一定层度上影响到了剑麻的日常栽培管理。因此,麻茎的还田技术乃至肥料化利用技术还有进一步研究。

综上所述,单加麻茎土壤有机质含量、碱解氮含量和土壤脲酶活性平均高达9.8 g/kg、38.6 mg/kg、0.65 mg/g,与对照相比分别显著提高了180.0%、46.8%、109.7%。麻茎配施1/4用量尿素可显著提高土壤转化酶活性,高达70.8 mg /g,比对照提高291.2%。麻茎配施1/4用量尿素明显提高剑麻叶长,分别比对照、单施尿素和单施麻茎处理提高60.9%、25.0%、22.5%。由此可以得到初步结论,添加麻茎可以在一定程度上取代尿素的施用,在添加麻茎的情况下,不需要施用全量化肥。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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