秸稈覆蓋對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)變化及玉米產(chǎn)量的影響

白雪峰 趙雨森 戚穎

摘要

[目的]研究黑龍江省松嫩平原地區(qū)秸稈覆蓋的節(jié)水增產(chǎn)問題。[方法]以野外實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了不同秸稈覆蓋條件下，土壤的含水率、玉米的生長狀況及土壤水分利用效率。[結(jié)果]秸稈覆蓋條件下土壤含水率整體高于無覆蓋處理，其中10 t/hm2秸稈覆蓋量下，土壤0～40 cm土層中土壤含水率最高，土壤的保水能力最強(qiáng)；秸稈覆蓋條件下，玉米的生長性狀明顯優(yōu)于無覆蓋處理，體現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢；10 t/hm2處理?xiàng)l件下，作物的產(chǎn)量及土壤水利用效率最高。[結(jié)論]該研究為松嫩平原地區(qū)秸稈覆蓋技術(shù)的科學(xué)實(shí)施提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞松嫩平原；秸稈覆蓋；含水率；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)S152.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）36-12843-03

Abstract[Objective] In order to study the straw mulching for watersaving production problems in Heilongjiang Province of the Songnen Plain area. [Method] Based on the field measured data， the soil moisture content， maize growth and soil water use efficiency under different conditions of straw mulching were analyzed. [Result] The soil moisture content under the conditions of straw mulching was higher than no cover processing as a whole. Among them，under the straw mulching quantity of 10 t/hm2，the soil moisture content was highest in 0～40 cm soil layer，the soil water retention ability was the strongest. Under the straw mulching conditions，the growth of corn shape was better than no cover processing，reflected a strong advantage. At the same time，under the straw mulching quantity of 10 t/hm2，the crop yield and soil water use efficiency was the highest. [Conclusion] The study provided theoretical basis for science for straw mulching technology in Songnen Plain region.

Key words Songnen Plain； Straw mulching； The moisture content； Production

土壤含水量對(duì)作物的發(fā)育和產(chǎn)量有很大影響[1]。由于受到水資源總量和時(shí)空分布不均的限制，在北方黑土地區(qū)，玉米的生長發(fā)育會(huì)頻繁受到干旱的脅迫，導(dǎo)致作物產(chǎn)量大幅降低[2]。因此，采取有效的旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，防止水土流失，減少植株的棵間蒸發(fā)，提高水資源的利用效率，可為黑龍江省糧食穩(wěn)定增產(chǎn)提供重要保障[3-4]。

秸稈覆蓋是通過人工的方法在土壤的表面設(shè)置一個(gè)物理隔層，阻礙土壤與大氣之間的能量交換，可以有效地防止土壤中水分和熱量的散失[5]。一些研究表明，秸稈覆蓋可以減少無效水損失，蓄水保墑，提高作物產(chǎn)量[6]。也有一些研究發(fā)現(xiàn)，免耕秸稈覆蓋可以改善土壤的水、氣、熱、肥等效應(yīng)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益[7]。筆者通過設(shè)置3種不同的秸稈覆蓋條件，研究秸稈還田對(duì)于玉米生育期土壤含水率、玉米性狀及土壤水利用效率的影響，為揭示秸稈的蓄水保墑機(jī)理，合理高效地利用松嫩平原水土資源提供理論參考。

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

試驗(yàn)區(qū)域設(shè)置在黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)香坊農(nóng)場，該地區(qū)位于黑龍江省南部，地處松嫩平原腹地。土壤類型屬于黑色壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量在1.3%左右。試驗(yàn)區(qū)平均海拔147 m，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫5.3 ℃，無霜期為140～145 d，平均年降水為565 mm，蒸發(fā)量為2 600 mm，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，并且降雨時(shí)空分布不均勻，多集中在7、8月份，體現(xiàn)出春季干旱少雨的地域特點(diǎn)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2011～2012年進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)計(jì)D0、D0.5、D1.0和D1.5共4種處理，分別為無秸稈覆蓋、秸稈覆蓋量為5 t/hm2、秸稈覆蓋量為10 t/hm2和秸稈覆蓋量為15 t/hm2。試驗(yàn)中所需的秸稈在2011年秋季收割時(shí)，人工鋪設(shè)于試驗(yàn)區(qū)內(nèi)。試驗(yàn)區(qū)設(shè)置為8 m×8 m規(guī)格，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)試驗(yàn)。為防止試驗(yàn)區(qū)之間水分流通，影響區(qū)域之間的土壤含水率，在試驗(yàn)區(qū)之間分別埋設(shè)1 m寬的塑料薄膜。播種期選為2012年4月25日，試驗(yàn)選用吉單602品種玉米，播種前對(duì)玉米種子進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，植株的行距設(shè)置為60 cm，株距為25 cm。玉米生育期內(nèi)無灌水處理，整個(gè)試驗(yàn)區(qū)施行統(tǒng)一管理。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中，采用烘干法測定土壤含水率，取樣時(shí)期分別為播種前、苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期和成熟期，在0～80 cm范圍內(nèi)每隔10 cm進(jìn)行1次測定。玉米在全生育各個(gè)時(shí)期內(nèi)，各小區(qū)選定5棵植株，測定葉片的長度和最大寬度，再乘以系數(shù)0.7，根據(jù)密度計(jì)算出葉面積，同時(shí)測定株高和莖粗等生物性狀。在收獲前，各處理樣地取10株玉米籽粒，干燥后稱重，計(jì)算玉米產(chǎn)量。

2結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋對(duì)土壤含水量的影響

夏玉米在全生育內(nèi)不同秸稈覆蓋處理下0～80 cm土層內(nèi)的含水率變化過程如圖1所示。在試驗(yàn)過程中，定義0～40 cm土層為土壤的犁底層，該區(qū)域的土壤與作物根系緊密接觸，其含水率影響作物的生長性狀，定義40 cm以下土層為深層土壤。

由圖1可知，從播種期到成熟期，0～40 cm犁底層范圍內(nèi)，秸稈覆蓋條件下的土壤含水率要整體大于無覆蓋處理。其中，在0～20 cm土層之間，播種前D0.5、D1.0、D1.5處理下土壤含水率分別為25.22%、25.12%、24.87%，相對(duì)于D0處理分別提高了4.56%、4.46%和4.21%。隨著夏玉米的出苗、拔節(jié)、灌漿，土壤含水率相應(yīng)降低，但是秸稈覆蓋條件下的區(qū)域含水率同樣呈現(xiàn)出較高的保水性。在20～40 cm之間的土層中，D0.5、D1.0和D1.5處理下的土壤平均含水率分別為15.08%、15.87%、14.98%，相對(duì)于D0處理?xiàng)l件的平均含水率（11.94%）有了顯著提高，對(duì)比可知，D1.0處理?xiàng)l件下土壤保水效果更佳明顯。

在40～60 cm的土層中，土壤含水率相對(duì)于犁底層有所降低，并且變化幅度也相對(duì)變小。在拔節(jié)期，D0、D0.5、D10、D1.5這4種處理?xiàng)l件下，土壤平均含水率分別為938%、11.25%、12.11%和13.82%。隨著秸稈覆蓋量的增加，土壤含水率依次升高，在之后大喇叭口期、灌漿期和成熟期，覆蓋處理區(qū)域含水率同樣高于無覆蓋處理。

在60～80 cm土層之間，土壤含水率趨于穩(wěn)定，秸稈覆蓋對(duì)于土壤含水率的影響較小。D0、D0.5、D1.0和D1.5這4種處理?xiàng)l件下，土壤平均含水率分別為14.23%、15.17%、15.1%和15.7%，秸稈覆蓋下的土壤含水率相對(duì)于無覆蓋處理增加幅度較低，但同樣體現(xiàn)出保水效果。

2.2秸稈覆蓋對(duì)玉米生長性狀的影響

2.2.1

秸稈覆蓋對(duì)株高的影響。玉米全生育期株高的變化過程如圖2所示。分析株高變化趨勢可知，玉米在拔節(jié)期株高快速增長，到大喇叭口期逐漸趨于穩(wěn)定，株高在灌漿期達(dá)到最大值。成熟期時(shí)，由于植株干枯，株高會(huì)發(fā)生小幅度的下降。秸稈覆蓋條件下土壤含水率較高，保墑效果明顯，株高相對(duì)占有優(yōu)勢。D1.0處理?xiàng)l件下，玉米長勢最好。

在玉米苗期，各處理?xiàng)l件下，植株的長勢差異不大。拔節(jié)期，由于土壤水分的變化以及溫度的不同，玉米的長勢體現(xiàn)出差異，D0.5、D1.0、D1.5處理下的株高分別為148、151、141 cm，分別相對(duì)于D0處理增高14、17和7 cm。同樣，在灌漿期和成熟期，秸稈覆蓋條件下玉米植株的株高要優(yōu)于無覆蓋處理情況。

2.2.2

秸稈覆蓋對(duì)莖粗的影響。在玉米生長過程中，植株莖粗也會(huì)因?yàn)楦采w條件的差異發(fā)生一定的變化。由圖3可知，植株的莖粗變化與株高有著相似的變化趨勢，在拔節(jié)期快速增長，大喇叭口期趨于穩(wěn)定，直到成熟期，莖粗達(dá)到最大值。

分析拔節(jié)期和大喇叭口期玉米的莖粗可知，D0、D0.5、D1.0、D1.5處理?xiàng)l件下，植株平均莖粗分別為5.4、5.9、6.4和6.1 cm。在灌漿期和成熟期，D1.0處理?xiàng)l件下，植株生長性狀優(yōu)于D1.5處理，可能是較厚的秸稈覆蓋，阻礙了大氣與土壤之間的熱能量交換，導(dǎo)致玉米植株的長勢要弱于D1.0處理。

2.2.3

秸稈覆蓋對(duì)葉面積的影響。

葉面積的大小不僅直接影響作物蒸騰量，而且影響陽光照射面積的大小與光合作用的能力，從而影響作物產(chǎn)量。圖4顯示了玉米生育期葉面積的變化過程，將其分為4個(gè)階段，分別為緩慢增長期（苗期—拔節(jié)期）、快速增長期（拔節(jié)期—大喇叭口期）、穩(wěn)定期（大喇叭口期—灌漿期）、衰減期（灌漿期—成熟期）。其中，灌漿期植株葉面積達(dá)到最大值，此時(shí)的光合作用能力最強(qiáng)，該時(shí)期植株的生長狀態(tài)對(duì)產(chǎn)量具有較大的影響。

在幼苗期，覆蓋處理?xiàng)l件的葉面積與無覆蓋處理無明顯差異，自拔節(jié)期開始，各處理?xiàng)l件下玉米植株的葉面積狀況發(fā)生變化，D1.0處理的葉面積增長幅度明顯高于D0無覆蓋處理和D0.5、D1.5處理。灌漿期，D1.0處理?xiàng)l件下的葉面積到達(dá)9 606 cm2，分別相對(duì)于D0、D0.5和D1.5高出1 150、480和300 cm2，由此可知，秸稈覆蓋可以在一定程度上影響植株的葉面積。

2.3秸稈覆蓋對(duì)玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由表1可知，D0.5、D1.0和D1.5處理?xiàng)l件下玉米的產(chǎn)量分別為5 265，5 789和5 437 kg，相對(duì)于D0處理的產(chǎn)量有較大的增長。在作物生育期內(nèi)，大氣降雨為268 mm，由于秸稈的覆蓋，影響著降雨的入滲和土壤水的蒸發(fā)，不同小區(qū)的土壤貯水量變化不同，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，D0、D0.5、D1.0、D1.5處理的總耗水量分別為328.7、319.6、312.3和339.8 mm。因此，各小區(qū)的水分利用效率為15.35、16.47、18.53和16.00 kg/（hm2·mm）。

由上述分析可知，在D1.0處理?xiàng)l件下，玉米產(chǎn)量大于D1.5和D0.5處理，原因是隨著秸稈覆蓋量的增加，影響了根系對(duì)于土壤水分和養(yǎng)料的吸收，植株長勢下降，因此降低了作物的產(chǎn)量。而D1.5處理下的總耗水量大于另外3種處理，源于隨著秸稈覆蓋量的增加，阻礙了降雨的入滲，導(dǎo)致大量的無效水蒸發(fā)，因此耗水量變大。由于耗水量和玉米產(chǎn)量的影響，導(dǎo)致D1.0處理?xiàng)l件下，土壤水的利用效率最高，說明適當(dāng)?shù)慕斩捀采w會(huì)減小耗水量，同時(shí)提高產(chǎn)量和水分利用效率。另外，D1.0處理下單位玉米產(chǎn)量的耗水系數(shù)最小，也提升了經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

（1）在松嫩平原黑土地區(qū)，秸稈覆蓋對(duì)于土壤的含水率產(chǎn)生一定的影響。與D0和D0.5處理情況相對(duì)比，D1.0處理下土壤含水率較高，保水效果較為明顯。隨著秸稈覆蓋量的增加，對(duì)土壤含水率調(diào)控效果與D1.0相比并沒有明顯差異，甚至導(dǎo)致在生育期某一階段含水率降低。

（2）在不同秸稈覆蓋處理情況下，玉米的生長性狀存在差異。D1.0處理相對(duì)于D0、D0.5和D1.5處理體現(xiàn)出明顯的生長優(yōu)勢，植株株高、莖粗和葉面積在生育期內(nèi)均處于較快的增長水平，為植株的光合作用、玉米產(chǎn)量的提升提供保障。

（3）綜合分析秸稈覆蓋對(duì)土壤水分變化、蒸散量、玉米產(chǎn)量和WUE的影響。4種不同處理?xiàng)l件下，D1.0處理的玉米產(chǎn)量最高，同時(shí)土壤總耗水量最低，水分利用效率最高。而在覆蓋量較大的D1.5處理中，含水量最高，但產(chǎn)量小于D10處理。試驗(yàn)表明，在土壤含水率滿足作物生長需要時(shí)，過剩的秸稈覆蓋會(huì)降低水分利用效率。

（4）不同秸稈覆蓋對(duì)于松嫩平原黑土地區(qū)的土壤含水率、植株生長性狀及水分利用效率對(duì)比可知，D1.0處理能夠

更好地起到農(nóng)田土壤的蓄水保墑作用，促進(jìn)土壤水分循環(huán)，對(duì)于提高該地區(qū)的玉米作物產(chǎn)量和水分利用效率具有顯著效果。

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