秸稈還田與氮肥配施對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

張　哲，孫占祥，張燕卿，鄭家明，楊　寧，馮良山，李開宇

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)， 遼寧 沈陽 110161； 2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所， 遼寧 沈陽 110161；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所， 北京 100081)

?

秸稈還田與氮肥配施對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

張哲1,2，孫占祥1,2，張燕卿3，鄭家明2，楊寧2，馮良山2，李開宇2

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)， 遼寧 沈陽 110161； 2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所， 遼寧 沈陽 110161；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所， 北京 100081)

摘要：為了探討長期玉米秸稈還田與氮肥配施對(duì)遼西風(fēng)沙半干旱區(qū)春玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響，在農(nóng)業(yè)部阜新農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站利用長期定位試驗(yàn)，設(shè)置了4個(gè)秸稈還田量水平(0，3 000 kg·hm-2，6 000 kg·hm-2，9 000 kg·hm-2)與兩個(gè)施氮肥水平(210 kg·hm-2，420 kg·hm-2)，共8個(gè)處理。結(jié)果表明，連續(xù)秸稈還田與氮肥配施可以顯著增加玉米的群體生物產(chǎn)量(P<0.05)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(P<0.05)，2013年(平水年)和2014年(枯水年)的產(chǎn)量均為C3N1處理最高，分別為14 719.95 kg·hm-2和12 397.95 kg·hm-2,大小順序?yàn)镃3N1>C3N2>C2N1>C2N2>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1；秸稈還田可以充分利用作物生育期降水，提高降水利用效率和作物水分利用效率，2 a的研究結(jié)果顯示，C3N1處理的水分利用效率最高，在生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量水分利用效率方面，2013年與2014年分別比最低的C0N1處理高26.83%、43.15%和44.64%、70.55%，兩年平均水分利用效率的大小順序與生物產(chǎn)量相同。綜合分析認(rèn)為，秸稈量9 000 kg·hm-2、氮肥量210 kg·hm-2是提高該區(qū)域類型土地生產(chǎn)力和農(nóng)田水分利用效率的較優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；氮肥；春玉米；水分利用效率；產(chǎn)量

遼寧省是中國的玉米生產(chǎn)大省之一，每年種植面積在200萬hm2以上，其中遼西旱作農(nóng)業(yè)區(qū)每年種植面積占遼寧省的2/3以上[1]，從作物秸稈去向來看，作物秸稈還田、秸稈飼用、秸稈燃燒以及其它去向所占比例分別為24.3%、29.9%、35.3%和10.5%[2]。保守估計(jì)未來遼寧省每年可用于能源的秸稈的收集量將不會(huì)低于1 300萬t，其中玉米秸稈約占秸稈總量的75.45%，而目前遼寧大部分秸稈仍直接在田間地頭焚燒，由此帶來了非常嚴(yán)重的空氣污染和消防安全問題[3]。秸稈還田技術(shù)是改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、發(fā)展現(xiàn)代灌溉農(nóng)業(yè)及旱作農(nóng)業(yè)的重大措施，是節(jié)本增效型農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)支撐，也是促進(jìn)綠色食品產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效手段[4]。而不同的秸稈施用方式則利于提高土壤對(duì)土壤水分的保蓄能力，顯著增加0～100 cm土層土壤蓄水量[5]。在秸稈還田與氮肥配施方面，化學(xué)氮肥合理施用還決定于有機(jī)肥施用和秸稈還田狀況，以維持土壤作物體系中氮素投入和輸出平衡。所以在決定化學(xué)氮肥施用量的同時(shí)，也應(yīng)考慮有機(jī)肥和秸稈帶入氮量，從總需氮量中扣除有機(jī)肥供氮量[6]?；糁?、勞秀榮等[7-9]研究表明，秸稈與氮肥配施能延緩玉米葉片衰老，促進(jìn)葉片合產(chǎn)物向子粒轉(zhuǎn)移，增大玉米子粒體積，提高玉米產(chǎn)量。楊治平等[10]研究表明秸稈與氮肥配施能使水分利用效率提高0.26～0.29 g·kg-1。同時(shí)也有相關(guān)報(bào)道不合理的秸稈還田和施肥量會(huì)降低作物產(chǎn)量[11-12]。近年來關(guān)于單一秸稈還田方式對(duì)土壤物理性狀、土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的影響等方面報(bào)道較多[13]，本研究利用農(nóng)業(yè)部阜新農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站長期定位試驗(yàn)，設(shè)置了4個(gè)秸稈還田量水平和2個(gè)施氮水平共8個(gè)處理，探討長期秸稈還田下不同年際間的玉米產(chǎn)量和水分利用效率異同，前期研究結(jié)果表明，秸稈還田配施氮肥對(duì)玉米生長前期和中、后期的影響差別較大，對(duì)玉米早期生長有一定的負(fù)面作用，中、后期秸稈還田正效應(yīng)逐漸得到體現(xiàn)，玉米生長及水分利用效率以秸稈量9 000 kg·hm-2配施純N 420 kg·hm-2和秸稈量6 000 kg·hm-2配施純N 420 kg·hm-2效果較佳[14]。本試驗(yàn)的持續(xù)研究將為明確遼西旱作農(nóng)業(yè)區(qū)秸稈還田與氮肥配施技術(shù)、提高土壤持續(xù)生產(chǎn)能力和作物水分利用效率，實(shí)現(xiàn)作物的持續(xù)增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

遼寧西部地區(qū)屬溫帶季風(fēng)大陸性氣候區(qū)，全區(qū)土地面積約3萬km2，耕地面積約69萬hm2，年平均氣溫7℃～8℃，5—9月份日照時(shí)數(shù)為1 200～1 300 h，10℃以上積溫為2 900～3 400℃·d，無霜期為135～165 d，年降水量300～500 mm。

2013年和2014年試驗(yàn)區(qū)作物生育期內(nèi)平均溫度和降雨量如圖1所示。2013年生育期降水量為359.8 mm，生育期內(nèi)平均氣溫為21.74 ℃；2014 年生育期降水量為289.9 mm，生育期內(nèi)平均氣溫為21.54℃。

1.2試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

試驗(yàn)于2010年在農(nóng)業(yè)部阜新農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站(遼西典型類型區(qū))開始長期定位，本研究選取了2013和2014年2a數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。試驗(yàn)土壤為褐土，耕作層含有機(jī)質(zhì)11.61 g·kg-1、全氮0.64 g·kg-1、全磷0.66 g·kg-1、全鉀2.46 g·kg-1、速效氮72.58 mg·kg-1、速效磷136.13 mg·kg-1、速效鉀62.19 mg·kg-1,地勢(shì)平坦，無灌溉條件。

1.3供試品種

供試品種為鄭單958，是由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所選育的品種。

1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理(見表1)，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)面積為32 m2(4 m×8 m)。2013年5月4日播種、9月19日收獲；2014年4月28日播種，9月16日收獲。種植密度為60 000 株·hm-2，種植的行距為50 cm，株距為33 cm。具體操作：將前一年收獲后的玉米秸稈切碎成3～5 cm小段，春播前按試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行還田，同時(shí)在含有N2的試驗(yàn)處理中施入純氮100 kg·hm-2，春播時(shí)每個(gè)處理施入N 40 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2、K2O 190 kg·hm-2，玉米拔節(jié)期含有N1的處理追施氮肥170 kg·hm-2，含有N2的處理追施氮肥280 kg·hm-2。

1.5測(cè)定指標(biāo)及方法

1.5.1產(chǎn)量及其構(gòu)成因素2013—2014 年玉米收獲后，每個(gè)處理隨機(jī)選取10 m2樣區(qū)測(cè)產(chǎn)，用水分儀測(cè)定水分，按14%含水率折合成公頃產(chǎn)量，重復(fù)3次。每個(gè)樣區(qū)隨機(jī)選取連續(xù)15株，按常規(guī)方法測(cè)定產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.5.2群體生物產(chǎn)量產(chǎn)量收獲后，取對(duì)應(yīng)的10 m2樣區(qū)的生物產(chǎn)量稱質(zhì)量，隨機(jī)連續(xù)植株5株，稱質(zhì)量后在烘箱105℃殺青60 min，85℃烘至恒質(zhì)量稱干質(zhì)量，計(jì)算植株含水率，然后根據(jù)鮮質(zhì)量和5株含水率的平均值折合成公頃生物產(chǎn)量。

收獲指數(shù)：

HI=GY/BY

(1)

式中，HI為作物收獲指數(shù)；GY為作物子粒產(chǎn)量(kg·hm-2)；BY為作物生物產(chǎn)量(kg·hm-2)。

1.5.3土壤含水率采用土鉆取樣烘干法，分別于2013年播種前(05-04)、收獲期(09-19)及2014年播種前(04-28)、收獲期(09-16)測(cè)定0～100cm土壤含水率，每10cm一個(gè)層次，3次重復(fù)。

土壤蓄水量：

W=h×a×b×10/100

(2)

式中，W為土壤蓄水量(mm)；h為土層深度(cm)；a為土壤容重(g·cm-3)；b為土壤含水率(%)。

1.5.4生育期降水利用效率生育期降水利用效率[15]：

PUE=GY/R

(3)

式中，PUE為作物生育期降水利用效率(kg·hm-2·mm-1)；GY為作物子粒(經(jīng)濟(jì))產(chǎn)量(kg·hm-2)；R為作物生育期降雨量(mm)。由試驗(yàn)區(qū)內(nèi)雨量器連續(xù)定位觀測(cè)記錄。

1.5.5水分利用效率

作物耗水量[16]：

ET=P+U-R-F-ΔW

(4)

式中，ET為作物耗水量(mm)；P為作物生育期降水量(mm)；U為地下水補(bǔ)給量(mm)；R為徑流量(mm)；F為土壤水分滲漏量(mm)；ΔW為收獲后和播種前土壤根層儲(chǔ)水量的變化(mm)，其中土壤儲(chǔ)水量以1m土層含水率計(jì)算；因?yàn)樵囼?yàn)小區(qū)土地平坦，故地表徑流和土壤水分滲漏量可以忽略不計(jì)；地下水埋深較大，多在幾十米以下，地下水的補(bǔ)充可以忽略不計(jì)；據(jù)此，式(5)可簡(jiǎn)化為：

ET=P-ΔW

(6)

水分利用利率[17]：

WUEgy=GY/ET

(7)

WUEby=BY/ET

(8)

式中，WUEgy為子粒(經(jīng)濟(jì))產(chǎn)量水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)；WUEby為生物產(chǎn)量水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)。

1.6數(shù)據(jù)處理與分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003進(jìn)行整理分析并作圖，用SPSS17.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較，顯著水平為0.05。

2結(jié)果與分析

2.1秸稈還田與氮肥配施對(duì)春玉米產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響

2.1.1不同處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素從表2可以看出，2013年各處理間的穗行數(shù)、行粒數(shù)、粒長各處理之間均無顯著差異(P>0.05)，而2014年各處理間除穗行數(shù)無顯著差異之外，包括行粒數(shù)和粒長均有或多或少的變化，具體表現(xiàn)為C2N1處理顯著低于無秸稈還田的處理(P<0.05)；在穗長方面，2013年表現(xiàn)為C2N1顯著大于其它處理(P<0.05)，而到了2014年則表現(xiàn)為C1N1顯著大于其它處理(P<0.05)；通過比較各處理間的百粒重可以看出，2013年表現(xiàn)為C3N1>C3N2>C2N2>C2N1>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1，且總體來說隨著秸稈還田量的增加，百粒重也顯著增加(P<0.05)。而2014年，則表現(xiàn)為C3N1>C3N2>C2N1>C2N2>C1N1>C1N2>C0N2>C0N1，說明在2014的年情條件下，秸稈還田的處理氮肥施用過多反而引起玉米百粒重下降。通過產(chǎn)量分析表明，秸稈還田與氮肥配施可以顯著提高玉米產(chǎn)量，且在2013年和2014年兩個(gè)年情條件下，各處理間百粒重變化趨勢(shì)與產(chǎn)量基本一致，由此表明，秸稈還田與氮肥配施產(chǎn)量構(gòu)成因素主要受百粒質(zhì)量的影響。

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，不同小寫字母表示處理在5%水平上差異顯著，下同。

Note： Date is mean± SE. Values followed by a different letter within a column for treatments are significantly different atP<0.05, same as below.

2.1.2群體生物產(chǎn)量及收獲指數(shù)間的差異通過對(duì)玉米生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)的分析表明(圖2)，不同秸稈還田與氮肥配施對(duì)春玉米群體生物產(chǎn)量影響顯著，并且各個(gè)處理在2013年的生物產(chǎn)量要顯著高于2014年(P<0.05)。2013年各處理生物產(chǎn)量的順序?yàn)镃3N1>C3N2>C2N2>C2N1>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1，而2014年的順序?yàn)镃3N1>C3N2>C2N1>C2N2>C1N1>C1N2>C0N2>C0N1，兩年綜合生物產(chǎn)量均為C3N1的值最大，較最少的C0N1處理分別增產(chǎn)21.38%和17.73%，并且各個(gè)處理均表現(xiàn)出隨著秸稈還田量的增加，玉米生物產(chǎn)量呈增加的趨勢(shì)。所有處理的收獲指數(shù)在0.440～0.566之間，且2013年與2014年各處理間差異均不顯著(P>0.05)，但總體來看2013年的玉米收獲指數(shù)是高于2014年的。

2.2秸稈還田與氮肥配施對(duì)土壤含水率及蓄水量的影響

2.2.1土壤含水率土壤含水率的高低反映土壤持水能力和供水能力的高低。2014年不同時(shí)期各處理土壤含水率測(cè)定結(jié)果如圖3所示?？傮w上來看，各生育時(shí)期秸稈還田量越多的處理，其0～100 cm的土壤平均含水率越高，且各處理平均含水率基本表現(xiàn)為C3N2>C3N1>C2N2>C2N1>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1，說明秸稈還田疏松了土壤，增加了雨水入滲的能力，顯著提高了土壤的含水率。玉米苗期的土壤含水率各處理之間變化較小，變幅為12.31%～20.54%，但在50 cm處秸稈還田處理的含水率有明顯的增加，且還田量越多，含水率越高；拔節(jié)期是玉米生長的關(guān)鍵時(shí)期，土壤含水率變幅為11.65%～16.37%，隨著玉米根系的生長，對(duì)土壤淺層水分消耗較大，在根系分布比較密集的耕層(0～50 cm)水分變化趨勢(shì)基本一致，但在50 cm以下變化較為劇烈；正常雨量充沛年份，灌漿期表層土壤含水率較高，但在2014年出現(xiàn)了嚴(yán)重的伏旱，所以土壤含水率普遍較低，各處理平均土壤含水率的變幅為8.02%～16.59%，這說明秸稈還田與氮肥配施處理，在干旱年份對(duì)提高土壤含水率效果明顯，且各處理間0～50 cm土壤含水率變化劇烈，各處理均呈增加趨勢(shì)，在50～100 cm各處理的土壤含水率隨著深度的增加而逐漸減少；成熟期隨著植株需水量的減少，土壤水分在趨于平穩(wěn)，各處理總體趨勢(shì)與灌漿期基本一致，但變幅為10.02%～16.59%。

注：不同小寫字母表示處理在5%水平上差異顯著，下同。

Note： Values followed by a different letter within a column for treatments are significantly different atP<0.05, and hereinafter.

圖2玉米秸稈還田與氮肥配施對(duì)玉米生物產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響

Fig.2Effects of crop residues incorporation and N-fertilizer utilization on maize biomass and harvest indexes

2.2.2土壤蓄水量從圖4中可以看出，2013年—2014年不同時(shí)期各處理間差異明顯(P<0.05)，均表現(xiàn)為C0N1>C0N2>C1N1>C1N2>C2N1>C2N2>C3N1>C3N2，兩年各處理土壤需水量的平均值分別為192.15、196.7、217.27、223.07、232.2、238.2、249.62、257.2 mm，總體來看2013年各處理的土壤蓄水量均要高于2014年的蓄水量(P<0.05)。

2.3秸稈還田與氮肥配施對(duì)水分利用效率的影響

2.3.1降水利用效率通過對(duì)各處理生育期降雨利用效率分析結(jié)果表明(圖5)，2013年C3N1處理生育期平均降水利用率表現(xiàn)為最高，達(dá)到40.91 kg·hm-2·mm-1，C0N1處理生育期平均降水利用率為最低，為28.18 kg·hm-2·mm-1，且各處理間存在顯著差異(P<0.05)，2014年大小順序?yàn)镃3N1>C3N2≈C2N1>C2N2≈C1N1>C1N2>C0N2>C0N1(P<0.05)。總體來看，2014年生育期內(nèi)秸稈還田處理的降水利用率要高于2014年，這主要是由于在干旱年份下，秸稈還田處理可明顯促進(jìn)土壤蓄水保墑，為作物提供更多可利用水分。

2.3.2作物水分利用效率從表3可以看出，不同降雨年型、不同秸稈還田量、不同施氮量對(duì)作物耗水量和作物水分利用效率的影響不同。在作物耗水量方面，2013年與2014年均表現(xiàn)為沒有秸稈還田的處理耗水量較高，顯著高于秸稈還田的處理(P<0.05)，而相同秸稈還田量不同施氮水平之間差異不顯著(P>0.05)，但2013年和2014年秸稈還田處理的總體耗水量存在差異，其中2013年表現(xiàn)為C0>C1>C3>C2,而2014年秸稈還田的各處理差異不顯著(P>0.05)；在生物產(chǎn)量水分利用效率方面，2013年與2014年C3N1處理均為最高，分別比最低的C0N1處理高26.83%和43.15%，2013年的生物產(chǎn)量水分利用效率各處理之間均存在著顯著差異(P<0.05)，大小順序?yàn)镃3N1>C3N2>C2N1>C2N2>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1，這與不同處理間的產(chǎn)量差異基本一致，而在2014年雖然C3N1與C0N1處理的生物產(chǎn)量水分利用效率仍為最高和最低，但各處理間的大小差異與2013年略有不同，C1N1、C1N2、C2N1、C2N2處理間差異不顯著；在子粒產(chǎn)量水分利用效率方面，2013年與2014年C3N1處理顯著高于其它處理(P<0.05)，分別比最低的C0N1處理高44.64%和70.55%，且兩年的均表現(xiàn)出C3>C2>C1>C0，這說明隨著秸稈還田量的增加，提高了玉米的子粒產(chǎn)量水分利用效率。2013年的子粒產(chǎn)量水分利用效率總體趨勢(shì)為C3N1>C3N2>C2N1>C2N2>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1(P<0.05)，而2014年的趨勢(shì)則與2013年不同，其中C3N2與C2N1處理的差異不顯著?？傮w來看，2013年比2014年秸稈還田處理的生物產(chǎn)量水分利用效率和子粒產(chǎn)量水分利用效率要低，這主要是由于秸稈還田提高了作物生物量，但在干旱年份(2014年)，作物耗水量差異不顯著。

圖5秸稈還田與氮肥配施對(duì)生育期內(nèi)降水利用效率的影響

Fig.5Effects of crop residues incorporation and N-fertilizer

utilization on rainfall use efficiency during growth period

3討論

3.1作物產(chǎn)量與收獲指數(shù)

作物產(chǎn)量和總生物量的增加是檢驗(yàn)耕作措施好壞的重要指標(biāo)，不同還田年限玉米子粒產(chǎn)量差異顯著，反映出秸稈還田措施能夠促進(jìn)玉米子粒產(chǎn)量的提高，且與還田年限呈正相關(guān)[18]?；糁馵7]等研究表明：秸稈還田與氮肥配施，能使夏玉米的子粒體積最多增加19.69%，穗粒數(shù)達(dá)到598.19 粒·穗-1，與秸稈不還田不施氮處理相比增加了27.3%，秸稈還田傳統(tǒng)施氮(純N 300 kg·hm-2)處理的千粒重達(dá)到239.75 g，產(chǎn)量顯著提高。還田還可以改善作物產(chǎn)量性狀，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量，高旺盛等[19]研究發(fā)現(xiàn)長期秸稈還田可使玉米穗長增加0.58～2.0 cm，穗粒數(shù)增加4.8%～14.1%，千粒重增加2.0%～13.1%，增產(chǎn)達(dá)4.7%～25.7%。秸稈還田和優(yōu)化施氮可以提高華北平原夏玉米干物質(zhì)日增長量和總積累量，子粒體積增加了17.38%～19.69%，高速灌漿持續(xù)期延長5～7 d，產(chǎn)量和玉米葉面積指數(shù)顯著提高[20]。本研究為長期定位試驗(yàn)，通過對(duì)2013和2014兩年的結(jié)果分析，不同秸稈還田量與氮肥配施對(duì)春玉米產(chǎn)量影響顯著，其中2013年與2014年秸稈還田處理顯著提高了玉米百粒重和產(chǎn)量，這與前人的研究基本一致；但在不同年份下，相同秸稈還田量不同施氮水平，表現(xiàn)出一定差異，這與年際間水分和溫度差異有關(guān)。通過對(duì)玉米生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)進(jìn)行分析，秸稈還田量的增加顯著提高了玉米的生物產(chǎn)量，各個(gè)處理在2013年的生物產(chǎn)量要顯著高于2014年(P<0.05)，均表現(xiàn)為C3>C2>C1>C0，這與前人所研究的最高還田量基本一致。兩年的所有處理收獲指數(shù)在0.440～0.566之間，且2013年與2014年各處理間差異均不顯著(P>0.05)，但總體來看2013年進(jìn)行連續(xù)秸稈還田的玉米收獲指數(shù)是高于2014年的，可能是由于2014年伏旱嚴(yán)重，對(duì)灌漿期影響較大，進(jìn)而影響其生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量。

3.2土壤水分與水分利用效率

秸稈還田可提高土壤的蓄水保水的能力，保證作物需水關(guān)鍵期的供水，緩解旱地作物水分供需矛盾，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。陳素英等[21]通過研究秸稈還田處理降雨前后不同土層(0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm)土壤含水量的變化得出：秸稈還田不僅增加了降水的入滲量，而且有利于降水向深層土壤下滲。馬曉麗等[22]研究也認(rèn)為，秸稈還田能有效增加土壤水分含量，蓄水保墑，改善作物水分供給狀況，秸稈還田量越高，效果越好。本研究通過對(duì)2013年和2014年兩年的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明，秸稈還田可以充分利用作物生育期降水，提高作物的降水利用效率，且秸稈還田量越大，其降水利用效率越高，這與與前人的研究結(jié)果一致。2013年生育期內(nèi)降水利用率要高于2014年，這主要是由于2013年生育期內(nèi)降水量多。玉米不同生育時(shí)期的土壤蓄水效果與秸稈還田量、氮素水平有著密切的關(guān)系，2 a的作物產(chǎn)量水分利用效率和子粒產(chǎn)量水分利用效率各處理間趨勢(shì)不一致，這可能與2014年的伏旱有密切關(guān)系，對(duì)產(chǎn)量形成造成了一定的影響。

3.3秸稈還田與氮肥配施

秸稈還田要配施適量速效性氮肥以調(diào)節(jié)C/N，為了加速秸稈腐解，及時(shí)釋放其中的養(yǎng)分供作物利用，否則出現(xiàn)氮素?fù)p失過大，即微生物與作物爭(zhēng)氮，從而影響農(nóng)作物正常生長發(fā)育，影響產(chǎn)量的提高，甚至導(dǎo)致減產(chǎn)[18]。本研究為2010年開始的長期定位試驗(yàn)，前期結(jié)果顯示[14]：(1) 秸稈還田前期不利于保水，中后期保水效果較好； (2) 秸稈還田配施氮肥對(duì)玉米產(chǎn)量影響不顯著，但由于秸稈還田處理玉米生育期耗水量小于不還田處理，因此水分利用效率較高； (3) 建議秸稈還田量6 000～9 000 kg·hm-2配施純N 420 kg·hm-2，可達(dá)到較好效果。本文通過2013年和2014年兩年的數(shù)據(jù)顯示，不同處理間玉米產(chǎn)量存在顯著差異，說明長期秸稈還田可明顯提高玉米產(chǎn)量，而在氮肥配施方面，部分處理的高氮處理要低于低氮處理，這可能是由于多年的秸稈還田與氮肥配施會(huì)出現(xiàn)一個(gè)碳氮施用量平衡點(diǎn)。本文中在玉米產(chǎn)量和水分利用率方面證明了無論在平水年(2013年)和枯水年(2014年),均表現(xiàn)為C3N1處理是最為理想的秸稈還田量和施氮水平，這與前期結(jié)果有一定差異。并且，在枯水年份秸稈還田對(duì)玉米的水分效率有明顯的提高，這說明C3N1處理的碳氮含量為目前5年定位試驗(yàn)中最佳量。但是本研究中，由于不同年際間生態(tài)環(huán)境差異，不同處理間的差異水平變化較大，而繼續(xù)秸稈還田土壤內(nèi)C/N值是否還會(huì)維持在現(xiàn)有范圍內(nèi)，則有待進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

1) 通過對(duì)2013年和2014年兩年的產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析得出，連續(xù)秸稈還田與氮肥配施可以顯著增加玉米的群體生物產(chǎn)量(P<0.05)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(P<0.05)，表現(xiàn)最好的為N3C1處理，兩年的平均子粒產(chǎn)量為14 719.95 kg·hm-2和12 397.95 kg·hm-2,總體來說隨著秸稈還田量的增加，主要是由于百粒重的增加造成的。

2) 兩年的研究結(jié)果證明，秸稈還田可以充分利用作物生育期降水，提高降水利用效率和作物水分利用效率，C3N1處理的水分利用效率最高，在生物產(chǎn)量水分利用效率方面，2013年與2014年分別比最低的C0N1處理高26.83%和43.15%，在子粒產(chǎn)量水分利用效率方面，2013年與2014年分別比最低的C0N1處理高44.64%和70.55%，兩年平均水分利用效率大小順序?yàn)镃3N1>C3N2>C2N1>C2N2>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1，尤其在干旱年份，適宜的秸稈還田量可以在顯著提高作物水分利用效率的同時(shí)，顯著增加玉米產(chǎn)量。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]白偉,孫占祥,鄭家明,等.遼西地區(qū)不同種植模式對(duì)春玉米產(chǎn)量形成及其生長發(fā)育特性的影響[J].作物學(xué)報(bào),2014,40(1):181-189.

[2]高利偉,馬林,張衛(wèi)峰,等.中國作物秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量估算及其利用狀況[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(7):173-179.

[3]于彬.遼寧省秸稈能源化利用對(duì)策研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2013:13.

[4]韓永俊,尹大慶,趙艷忠.秸稈還田的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究,2003,(2):39-40.

[5]王增麗,馮浩,余坤,等.輪作條件下秸稈施用方式對(duì)農(nóng)田水分及作物產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(12):114-119.

[6]巨曉棠,谷保靜.我國農(nóng)田氮肥施用現(xiàn)狀、問題及趨勢(shì)[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2014,20(4):783-795.

[7]霍竹.秸稈還田和氮肥施用對(duì)夏玉米生育及產(chǎn)量影響的研究[D].太谷:山西農(nóng)業(yè)大學(xué),2003．

[8]霍竹,王璞,付晉峰.秸稈還田與氮肥施用對(duì)夏玉米物質(zhì)生產(chǎn)的影響研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006,14(2):95-98.

[9]勞秀榮,孫偉紅,王真,等.秸稈還田與化肥配合施用對(duì)土壤肥力的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2003,40(4):618-623.

[10]楊治平,周懷平,李紅梅.旱農(nóng)區(qū)秸稈還田秋施肥對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2001,17(6):49-52.

[11]劉巽浩.秸稈還田的機(jī)理與技術(shù)模式[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2001:14-15.

[12]仲爽,李嚴(yán)坤,任安,等.不同水肥組合對(duì)玉米產(chǎn)量與耗水量的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,40(2):127-129.

[13]解文艷,樊貴盛,周懷平,等.秸稈還田方式對(duì)旱地玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2011,42(11):60-67.

[14]高金虎,孫占祥,馮良山,等.秸稈與氮肥配施對(duì)玉米生長及水分利用效率的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,42(11):116-120.

[15]Lpez-Fando C, Pardo M T. Changes in soil chemical characteristics with different tillage practices in a semi-arid environment[J]. Soil & Tillage Research, 2009,104(2):278-284.

[16]Hemmat A, Eskandari I. Tillage system effects upon productivity of a dryland winter wheat-chickpea rotation in the northwest region of Iran[J]. Soil and Tillage Research, 2004,78(1):69-81.

[17]Huang Yilong, Chen Liding, Fu Bojie, et al. The wheat yields and water-use efficiency in the Loess Plateau: straw mulch and irrigation effects[J]. Agricultural Water Management, 2005,72(3):209-222.

[18]慕平.黃土高原農(nóng)田綜合地力及碳匯特征對(duì)連續(xù)多年玉米秸稈全量還田的響應(yīng)[D],蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[19]高旺盛,梁志杰,崔勇.美國農(nóng)作制度可持續(xù)發(fā)展主要技術(shù)途徑[J].中國農(nóng)業(yè)信息,2004,(12):16.

[20]羅珠珠,黃高寶,張國盛.保護(hù)性耕作對(duì)黃土高原旱地表土容重和水分入滲的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(4):7-11.

[21]陳素英,張喜英,劉孟雨.玉米秸稈覆蓋麥田下的土壤溫度和土壤水分動(dòng)態(tài)規(guī)律[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2002,23(4):34-37.

[22]馬曉麗,賈志寬,肖恩時(shí),等.渭北旱塬秸稈還田對(duì)土壤水分及作物水分利用效率的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(5):59-64.

Effects of crop residues incorporation and N-fertilizer on yield and water use efficiency of spring maize

ZHANG Zhe1,2, SUN Zhan-xiang1,2, ZHANG Yan-qing2,3, ZHENG Jia-ming2,YANG Ning2, FENG Liang-shan2, Li Kai-yu2

(1.CollegeofLandandEnvironment,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang,Liaoning110161,China;2.TillageandCultivationResearchInstitute,LiaoningAcademyofAgriculturalSciences,Shenyang,Liaoning110161,China;3.InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

Keywords:crop residues incorporation; N-fertilizer; spring maize; water use efficiency; yield

Abstract：In order to explore the effects of crop residues incorporation and N-fertilizer utilization on spring maize yield and water use efficiency in semi-arid area of western Liaoning Province, a long-term experiment was conducted in Fuxin Agricultural Environment and the Farmland Conservation Scientific Observation Station. Four quantities in straw returning (0 kg·hm-2, 3 000 kg·hm-2, 6 000 kg·hm-2, and 9 000 kg·hm-2) and two nitrogen levels (210 kg·hm-2and 420 kg·hm-2) were set up accounting for a total of eight treatments. The results showed that the continued crop residues incorporation and N-fertilizer utilization could significantly increase maize population biological yield (P<0.05) and output (P<0.05). The C3N1 treatment resulted in the highest yield in 2013 (normal year) and 2014 (dry year), reaching 14 719.95 kg·hm-2and 12 397.95 kg·hm-2, respectively. The influence on yield by different treatments followed the order of C3N1>C3N2>C2N1>C2N2>C1N2>C1N1>C0N2>C0N1. The yield under C0N1 was the lowest. Straw returning could take fully use of precipitation during crop growth period and rainfall use efficiency and crop water use efficiency could became enhanced. The results from two years showed that C3N1 treatment allowed the highest water use efficiency. As a result, biological and grain yields were 26.83% and 43.15% in 2013 and 26.83% and 43.15% in 2014 higher than those by the C0N1 treatment respectively. Same results in two years were obtained in average water use efficiency and biological yield size. In conclusion, the optimal solution is straw returning in amount of 9 000 kg·hm-2and nitrogen is 210 kg·hm-2, which can increase the land productivity and agricultural water use efficiency in this area.

文章編號(hào)：1000-7601(2016)03-0144-09

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.23

收稿日期：2015-05-13

基金項(xiàng)目：農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資金項(xiàng)目(201303125-01)；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD09B02)；遼寧省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2014213004)；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資金項(xiàng)目(201103001)；遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(2014017)；遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(2014017)；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201503119-06-02)；遼寧省自然科學(xué)基金(2015020789)

作者簡(jiǎn)介：張哲，男，遼寧開原人，助理研究員，博士生，主要從事旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)研究。 E-mail：chick409@126.com。 通信作者：孫占祥，男，遼寧撫順人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)研究。 E-mail:sunzhanxiang@sohu.com。

中圖分類號(hào)：S141.4； S143.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A