不同秸稈翻土還田量對(duì)土壤養(yǎng)分及玉米產(chǎn)量的影響

王麗學(xué)+王曉禹

摘要：為了研究不同秸稈翻土還田量對(duì)土壤養(yǎng)分、玉米產(chǎn)量的影響，分別設(shè)置玉米秸稈還田量（即覆蓋量）為3 680、4 907、6 133、7 360、8 567 kg/hm2，加上對(duì)照共6個(gè)處理。結(jié)果表明，土體內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量在15～30 cm土層比 0～15 cm 土層略低;秸稈翻埋還田處理的氮、磷、鉀含量要明顯高于對(duì)照;在玉米生長的中后期，隨著還田量的增加，土體內(nèi)氮、磷、鉀含量均有提高。由結(jié)果可知，玉米秸稈最優(yōu)覆蓋量為6 133 kg/hm2，此時(shí)玉米產(chǎn)量達(dá)到8 831 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：玉米;秸稈翻土還田量;土壤氮、磷、鉀;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)： S365;S513.04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）04-0312-03

收稿日期：2014-09-10

基金項(xiàng)目：教育部留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金（編號(hào)：教外司留[2010]1174號(hào)）。

作者簡介：王麗學(xué)（1964—），女，遼寧沈陽人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗Y源開發(fā)利用與管理。E-mail：wlx1964@163.com。

中國是世界秸稈產(chǎn)量大國[1]，并且隨著農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力提高，年產(chǎn)秸稈數(shù)量不斷提高。中國玉米秸稈資源豐富，年產(chǎn)量達(dá)29 100萬t，是各種作物秸稈數(shù)量中最大的，占中國作物秸稈總量的38.2%[2]，具有十分可觀的利用前景。大量研究表明，秸稈長期施入農(nóng)田，可以改善土壤理化性狀，增加土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分[3]，從而影響下茬作物生長發(fā)育和產(chǎn)量[4]。由于影響秸稈還田效益的重要因素之一就是秸稈還田量（即覆蓋量），還田量的大小直接影響土壤的保濕效果和作物的生長發(fā)育及產(chǎn)量，本試驗(yàn)旨在通過比較不同的秸稈還田量研究沈陽地區(qū)草甸土玉米的最優(yōu)秸稈覆蓋量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)材料為本試驗(yàn)區(qū)內(nèi)種植的玉米（沈農(nóng)15號(hào)）及其所產(chǎn)秸稈，玉米5月初播種，9月末收獲。 本試驗(yàn)于2013—2014年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗(yàn)基地進(jìn)行，該基地位于遼寧省沈陽市沈河區(qū)（44°26′24″N，123°16′12″E），平均海拔44.7 m，屬丘陵地帶，地面不平;土壤主要為草甸土，土層深厚，保水、保土、保肥效果較好，平均土壤容重為1.37 g/cm;農(nóng)業(yè)用水以天然降水為主要來源，水分利用率較低。試驗(yàn)區(qū)屬旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，玉米、水稻為主要種植作物。

試驗(yàn)地屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，一年四季分明，溫差大，冬長夏短，冬季寒冷干燥，春秋兩季氣溫變化較快，多風(fēng)少雨，夏季炎熱多雨，年平均氣溫8 ℃，年平均最高氣溫13 ℃，年平均最低氣溫3 ℃。全年無霜期155～180 d;年降水量400～500 mm，受到季風(fēng)的影響，降水主要集中在8—9月，約占全年降水總量的75%。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，3次重復(fù)，具體試驗(yàn)處理方法見表1。

表1 試驗(yàn)處理方法

處理 操作方法

傳統(tǒng)耕作（CT） 秋收后去玉米茬并移走秸稈，翻耕耙地，次年起壟播種玉米

秸稈覆蓋1（JF30）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內(nèi)，拌入量為3 680 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋2（JF40）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內(nèi)，拌入量為4 907 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋3（JF50）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內(nèi)，拌入量為6 133 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋4（JF60）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內(nèi)，拌入量為7 360 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋5（JF70）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內(nèi)，拌入量為8 567 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

本試驗(yàn)共有6個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)長6 m、寬3 m，供試玉米種植行株距為0.55 m×0.45 m，秸稈傳統(tǒng)覆蓋量分別為3 680、4 907、6 133、7 360、8 567 kg/hm2。這是按照2013年秋季每株玉米秸稈質(zhì)量230 g、每個(gè)3 m×6 m 的測(cè)區(qū)96株玉米計(jì)算的，還田量按照全部覆蓋量的30%、40%、50%、60%、70%計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈翻土還田量對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

玉米播種時(shí)土壤、秸稈養(yǎng)分的情況見表2，可以看出兩者

表2 土壤、玉米秸稈的養(yǎng)分情況

類型 碳

（g/kg） 氮

（g/kg） 磷

（g/kg） 有效磷

（mg/kg） pH值 碳氮比

土壤 6.8 0.96 0.28 8.4 7.7 9.3

秸稈 76.4 3.20 0.41 — 8.2 21.4

的養(yǎng)分構(gòu)成存在較大差別。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化

土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤肥力水平是密切相關(guān)的，土壤有機(jī)質(zhì)經(jīng)礦質(zhì)化過程釋放大量的營養(yǎng)元素，為植物生長提供養(yǎng)分，有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程分解產(chǎn)生的CO2是植物碳素營養(yǎng)的重要來源。

由圖1可以看出，在玉米的整個(gè)生育過程中，每個(gè)處理有機(jī)質(zhì)含量的變化過程基本呈”下降—上升—輕微下降“的趨勢(shì)。在玉米生長過程中，越冬時(shí)期的有機(jī)質(zhì)含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，各處理下降的幅度差不多;在秋收—越冬—苗期，各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量差不多;土壤有機(jī)質(zhì)含量在冬季達(dá)到最低值，在苗期隨著氣溫的回升，秸稈腐解速率加快，此時(shí)玉米生長緩慢，出現(xiàn)了有機(jī)質(zhì)含量的上升，在玉米的拔節(jié)期有機(jī)質(zhì)含量上升明顯，在抽穗期有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高值;隨著玉米加速生長以及結(jié)果的需要，土壤中有機(jī)質(zhì)含量出現(xiàn)了不同程度的下降。0～15 cm土層，在玉米生長期隨著秸稈量的提高，有機(jī)質(zhì)含量也隨著上升，有機(jī)質(zhì)含量排序?yàn)镴F70>JF60>JF50>JF40>JF30>CT;15～30 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)與0～15 cm處相同，每個(gè)處理的有機(jī)質(zhì)含量比0～15 cm土層低1 g/kg左右。endprint

這些結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量在玉米休閑期內(nèi)變化并不大;隨著氣溫和地溫的升高，土壤內(nèi)秸稈開始被微生物分解，土壤有機(jī)質(zhì)含量升高。隨著作物的生長，在玉米生長的中后期，土壤有機(jī)質(zhì)含量略有降低的趨勢(shì)。整體而言，在玉米整個(gè)生育期，隨著秸稈覆蓋量的提高，有機(jī)質(zhì)含量增加;隨著土壤深度的加大，有機(jī)質(zhì)含量降低。

2.3 玉米生育期不同階段土壤氮、磷、鉀的變化

植物體內(nèi)的氮、磷、鉀均從土壤中吸收，而土壤中氮、磷、鉀的含量受耕作模式和時(shí)期的影響，變化較大。秸稈拌土內(nèi)覆蓋，能夠直接有效地影響土體內(nèi)氮、磷、鉀含量，從而影響玉米的生長和產(chǎn)量;玉米在不同的生育期，土壤內(nèi)的氮、磷、鉀含量也是不同的。

從表3可以看出，玉米苗期CT處理的土壤氮、磷、鉀含量均低于秸稈覆蓋處理。從JF30到JF50處理，隨著秸稈覆蓋量的提高，氮、磷、鉀含量也隨著增加，但是JF60、JF70處理比JF50處理的土壤全氮、全磷、全鉀含量略有降低。JF30處理的土壤全氮含量是CT處理的1.4倍，而堿解氮含量是CT處理的3.6倍，JF60處理堿解氮含量是CT處理的8.8倍，差異明顯。從土壤全磷含量看出，有秸稈拌入土體處理要明顯高于CT處理，各秸稈覆蓋處理中除了JF30處理略低以外，其他處理的差異并不明顯;有效磷含量的變化趨勢(shì)跟土壤全磷相似。土壤全鉀、速效鉀的含量與全磷、有效磷含量類似。整體上看出，土壤鉀含量要高于氮、磷含量，氮、磷含量相差不大。

表3 玉米苗期土壤氮、磷、鉀含量

g/kg

處理 土壤

全氮 堿解氮 土壤

全磷 有效磷 土壤

全鉀 速效鉀

CT 2.772 0.116 3.544 0.031 9.385 0.063

JF30 3.934 0.423 4.225 0.048 10.824 0.075

JF40 4.219 0.624 4.526 0.053 11.136 0.078

JF50 4.826 0.964 4.823 0.057 11.484 0.081

JF60 4.730 1.021 4.737 0.062 11.253 0.084

JF70 4.657 0.832 4.663 0.059 11.165 0.082

由表4可以看出，在玉米拔節(jié)抽穗期，CT處理土壤氮、鉀含量與苗期相比略有下降，但是下降幅度并不大，下降的原因是作物的生長需要這些元素，而CT處理在消耗，未能得到補(bǔ)充。在這一時(shí)期，整體上看，土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀含量整體的變化趨勢(shì)是JF70處理>JF60處理>JF50處理>JF40處理>JF30處理>CT處理。這能反映在這一時(shí)期隨著氣溫和地溫的升高，土體內(nèi)微生物活力明顯增強(qiáng)，隨著碎秸稈拌入土體內(nèi)的量增加，土體內(nèi)的氮、磷、鉀各項(xiàng)指標(biāo)都有所增加。其中各秸稈處理拔節(jié)抽穗期比苗期的土壤全氮含量平均增加 0.6 g/kg 左右，堿解氮含量平均增加 0.1 g/kg 左右;土壤全磷含量上升得較明顯，其中JF70處理上升最多，上升了 2.56 g/kg，其他處理也略有上升，但是上升得并不明顯，CT處理上升得最小，僅上升了0.1 g/kg，有效磷的變化趨勢(shì)與全磷相同;除了CT處理全鉀含量比苗期降低0.355 g/kg以外，JF30處理比苗期增加0.71 g/kg，JF40處理增加了0.823 g/kg，JF50處理增加了1.20 g/kg，JF60處理增加了 1.771 g/kg，JF70處理增加了2.292 g/kg。還可明顯看出，隨著土壤秸稈拌入土體量的增加，土壤全鉀增加明顯。速效鉀的趨勢(shì)與全鉀相同。

由表5可以看出，在玉米灌漿期和成熟期土體內(nèi)氮、磷、鉀的含量有所降低，這是由于玉米在這一時(shí)期生長得較快，玉米的生長消耗了土體內(nèi)的氮磷鉀，土體內(nèi)的營養(yǎng)元素沒有得到多余的補(bǔ)充，玉米秸稈在玉米拔節(jié)和抽穗期就已經(jīng)分解得差不多了，尤其是CT處理下降最嚴(yán)重，恰恰能夠說明這一點(diǎn)。

表4 玉米拔節(jié)抽穗期土壤氮、磷、鉀含量

g/kg

處理 土壤

全氮 堿解氮 土壤

全磷 有效磷 土壤

全鉀 速效鉀

CT 2.491 0.104 3.645 0.034 9.030 0.057

JF30 4.530 0.531 5.636 0.059 11.531 0.084

JF40 4.817 0.712 5.961 0.064 11.959 0.089

JF50 5.104 0.859 6.489 0.069 12.680 0.095

JF60 5.325 1.050 6.967 0.073 13.024 0.105

JF70 5.653 1.232 7.227 0.077 13.457 0.112

表5 玉米灌漿成熟期土壤氮、磷、鉀含量

g/kg

處理 土壤

全氮 堿解氮 土壤

全磷 有效磷 土壤

全鉀 速效鉀

CT 2.031 0.084 2.916 0.027 7.575 0.049

JF30 4.239 0.462 5.315 0.053 10.320 0.078

JF40 4.576 0.603 5.426 0.060 10.860 0.083

JF50 4.933 0.740 5.920 0.064 11.586 0.090

JF60 5.151 0.944 6.439 0.069 12.113 0.097endprint

JF70 5.358 1.232 6.857 0.073 12.594 0.103

含量整體變化的趨勢(shì)仍然是JF70處理>JF60處理>JF50處理>JF40處理>JF30處理>CT處理，隨著秸稈拌入土體內(nèi)量有規(guī)律地增加，土壤養(yǎng)分元素增加也比較均勻，這能夠充分說明秸稈拌土覆蓋的優(yōu)越性;土壤氮、磷、鉀在玉米整個(gè)生育期呈現(xiàn)增—降的趨勢(shì)，在玉米拔節(jié)抽穗期達(dá)到峰值。

2.4 不同秸稈翻土還田量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表6可以看出，穗長最大值出現(xiàn)在JF50處理中，最小值出現(xiàn)在CT處理中，這與長勢(shì)特征一致;而行粒數(shù)與穗長成正比，也是JF50處理最多;穗行數(shù)、行粒數(shù)能夠反映玉米單穗籽粒數(shù)量的多少，其中穗行數(shù)為JF40處理>JF50處理>JF60處理>JF30處理>JF70處理>CT處理，行粒數(shù)為JF50處理>JF70處理>JF30處理>CT處理>JF40處理>JF60處理。玉米的禿尖可以致使玉米減產(chǎn)、單穗玉米的粒數(shù)減少，由表6可見，玉米的禿尖長在各處理之間沒有明顯的規(guī)律。在玉米的穗長方面，秸稈還田處理要明顯比對(duì)照長，其中JF50處理比CT處理穗長長21.5%，秸稈還田處理中最長的JF50處理要比最短的JF30處理長1.57 cm。百粒質(zhì)量是能夠體現(xiàn)玉米種子充實(shí)程度的一項(xiàng)指標(biāo)，最能體現(xiàn)玉米的品質(zhì)，玉米的百粒質(zhì)量排序?yàn)镴F50處理>JF60處理>JF40處理>JF70處理>JF30處理>CT處理，這與穗長的變化趨勢(shì)相同，其中JF50處理要比CT處理高11.1%，比JF30處理高5.46%。玉米的空稈有2種情況，一種是先天性不育空稈，另一種是穩(wěn)定性空稈。造成空稈的原因很多，如種植過密、通風(fēng)透光不良以及營養(yǎng)物質(zhì)跟不上等，而玉米的空稈率直接影響玉米的產(chǎn)量。由本試驗(yàn)結(jié)果看出，玉米的空稈率隨著秸稈還田量的增加而提高，秸稈處理要高于對(duì)照。

表6 不同秸稈翻土還田量對(duì)玉米產(chǎn)量影響

處理 穗長

（cm） 禿尖長

（cm） 穗粗

（cm） 穗行數(shù)

（行） 行粒數(shù)

（粒） 百粒質(zhì)量

（g） 空稈率

（%） 籽粒產(chǎn)量

（kg/hm2）

CT 18.95 1.68 5.20 16.04 34.25 29.38 13.2 6 539

JF30 21.46 2.16 5.41 16.35 34.27 30.96 14.8 7 426

JF40 22.54 3.24 5.53 16.85 33.14 31.25 15.2 8 150

JF50 23.03 2.29 5.57 16.70 35.21 32.65 16.0 8 831

JF60 22.72 2.81 5.60 16.52 31.26 31.49 16.3 8 442

JF70 21.48 2.36 5.64 16.12 34.87 31.06 16.5 7 848

對(duì)不同處理下玉米的產(chǎn)量進(jìn)行分析，從整體上來看，不同處理方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響不同，CT處理的產(chǎn)量最低，為 6 539 kg/hm2，JF50處理的產(chǎn)量最高，為8 831 kg/hm2，后者比前者高35.1%。產(chǎn)量從高到低排序?yàn)镴F50處理>JF60處理>JF40處理>JF70處理>JF30處理>CT處理。JF50處理比JF60處理高4.6%，JF60處理比JF40處理高3.6%，JF40處理比JF70處理高3.8%，JF70處理比JF30處理高57%，JF30處理比CT處理高13.6%?？梢钥闯觯斩捛兴榉襁€田有助于提高玉米產(chǎn)量，但是秸稈還田量并不是越多越好，應(yīng)該適量。試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈切碎翻埋處理秸稈量在6 133 kg/hm2時(shí)，也就是JF50處理對(duì)玉米產(chǎn)量的提高效果最為明顯。

3 結(jié)論

在玉米整個(gè)生育期，土壤有機(jī)質(zhì)含量處于“下降—上升—輕微下降”的趨勢(shì)，土體內(nèi)15～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量略低于0～15 cm土層。從秋收到冬季下降，從冬季到抽穗期，有機(jī)質(zhì)有明顯上升趨勢(shì)，上升的幅度減緩，其中抽穗期為土壤有機(jī)質(zhì)的最高峰。

土體內(nèi)氮、磷、鉀隨著玉米生育期的變化而變化，總體上土體內(nèi)全氮要高于全磷和全鉀。在玉米苗期土壤全氮、全磷、全鉀以JF50處理最高，CT處理最低，這說明在玉米苗期，玉米秸稈沒有完全分解。在玉米的生育中期、后期，秸稈拌入土體內(nèi)的氮、磷、鉀含量隨著秸稈還田量的提高而增加，且秸稈還田處理要明顯高于對(duì)照處理。這說明秸稈翻土還田，能夠明顯提高土體內(nèi)的全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量，從而為玉米生長提供充足的養(yǎng)料，也是保證玉米產(chǎn)量的重要前提。

JF50處理玉米產(chǎn)量最高，為8 831 kg/hm2，比對(duì)照高351%。產(chǎn)量排序?yàn)镴F50處理>JF60處理>JF40處理>JF70處理>JF30處理>CT處理。有研究認(rèn)為小麥秸稈還田量以4 500～6 000 kg/hm2為宜[5]，玉米秸稈還田量以6 000～7 500 kg/hm2為宜[6]。玉米免耕整秸稈還田在半干旱區(qū)以 12～15 t/hm2 的產(chǎn)量最高[7]，但是在沈陽地區(qū)，草甸土溫帶半濕潤區(qū)玉米秸稈翻埋還田量為6 133 kg/hm2時(shí)，玉米產(chǎn)量達(dá)到 8 831 kg/hm2。

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