4種麥秸還田/玉米播種模式比較

孟慶立，王國興，師亞琴，楊少偉，張宇文，范春燕，雷格麗，高 敏

(1．寶雞市農業(yè)科學研究院，陜西寶雞 722499；2．寶雞迪興農業(yè)科技有限公司，陜西寶雞 722302)

冬小麥—夏玉米接茬輪作是中國黃淮海地區(qū)主要種植模式[1]。針對輪作過程中秸稈無害化處理和綜合利用等問題，前人已有諸多研究，主要涉及秸稈還田對土壤有機質、鉀素、耗水特性、利用效率、干物質積累、產量等方面的影響[2-5]。研究者普遍認為，秸稈還田對于培肥地力、蓄水保墑、改良土壤結構，促進資源利用等方面具有積極意義[6-7]。

然而，由于還田/播種模式選取不當，機械設計缺陷，常造成秸稈拋撒不均勻、滅茬不徹底、播種質量不佳、延誤農時等問題[8-10]。為解決這些問題，南京農機化研究所研制了潔區(qū)播種機并開始示范推廣[11]。目前，關于潔區(qū)播種的報道較少[12-14]，且主要集中在機具研制上。為驗證玉米潔區(qū)播種效果，找出新舊模式間存在差異的主要原因，本試驗選取當前常用的還田播種模式與之比較，研究土壤水分、有機質、播種質量、生長發(fā)育、產量之間的差異，并分析了各自的經濟效益和優(yōu)缺點，以期為生產應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小麥品種選用‘小偃22’，由西北農林科技大學提供。玉米品種選用‘BY801’，由寶雞市農業(yè)科學研究院提供。

1.2 供試農機具

小麥聯(lián)合收割機(中國收獲新疆-2A，無秸稈粉碎裝置)、小麥聯(lián)合收割機(中國收獲新疆-2A，加裝秸稈粉碎裝置)、小麥秸稈打捆機(雷沃MF6030)、玉米播種機(農哈哈2BY-4)、玉米潔區(qū)播種機(河南農有王2BMF-4)、高柱犁、旋耕機等。

1.3 試驗設計

試驗于2018年6-10月在寶雞市農業(yè)科學研究院試驗基地進行，采取以下4種模式。

模式1：粉碎小麥秸稈，帶肥免耕播種玉米。

模式2：粉碎小麥秸稈，施肥后用高柱犁深耕翻埋，旋耕整地后播種玉米。

模式3：不粉碎小麥秸稈，除殘茬外其他秸稈打捆帶出田外，帶肥免耕播種玉米。

模式4：不粉碎小麥秸稈，使用潔區(qū)播種機滅茬帶肥免耕播種玉米，并完成秸稈覆蓋作業(yè)。

本試驗采用大區(qū)對比排列，每種模式種植 0.67 hm2，不設重復。2018年6月10日收獲小麥，6月11日翻埋秸稈并旋耕整地(模式2)、秸稈打捆(模式3)，6月12日播種玉米，10月8日收獲玉米，10月20日考種測產。玉米播種行距60 cm，株距22 cm，施肥量為尿素600 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2。

2 結果與分析

2.1 不同還田播種模式對土壤水分的影響

水分是玉米種子發(fā)芽出苗和生長發(fā)育的基本環(huán)境條件。在玉米出苗期、苗期(5葉1心，下同)、抽雄期、成熟期對不同還田模式下的耕層 (0～20 cm)土壤水分進行測定，分別在各處理的行間和株間進行取樣，烘干法測定，結果見表1。

表1 不同還田播種模式下玉米耕層土壤含水量Table 1 Soil moisture content of maize plough layer under different sowing patterns %

從保墑效果看，出苗期各處理差異不大，主要是播后噴灌的原因。苗期至成熟期之間，各模式耕層含水量變化規(guī)律不完全一致，但從均值來看，模式4(潔區(qū)播種)>模式1(秸稈粉碎覆蓋后播種)>模式3(秸稈打捆)>模式2(耕翻還田)，且行間和株間呈相似趨勢。由此可知，秸稈覆蓋和免耕可有效減少土壤水分蒸騰，耕翻土壤最易造成水分散失。模式4和模式1都進行覆蓋和免耕，區(qū)別在于模式4無論行間還是株間都進行均勻覆蓋，而模式1不僅株間沒有覆蓋，行間覆蓋也不均勻(拋撒不勻)，導致整體保墑能力不如模式4。值得注意的是，4個模式行間平均土壤含水量都高于株間，可能與株間根系密度較大，吸水相對較多有關。

2.2 不同還田播種模式對土壤有機質的影響

有機質對于提高土壤肥力，改善土壤物理性質，促進植物生長發(fā)育有著重要作用。在玉米出苗期、苗期、抽雄期、成熟期，對不同還田模式下的耕層(0～20 cm)有機質質量分數(shù)進行測定，測定結果見圖1。

圖1 不同還田播種模式玉米耕層有機質質量分數(shù)變化Fig.1 Changes of organic matter mass fraction in corn plough layer under different patterns

從圖1可知，耕層有機質質量分數(shù)在出苗期無明顯差異，隨著小麥秸稈的不斷分解，處理間差異逐漸變大。其中，模式2(翻耕還田)有機質增加最多，之后依次是模式4(潔區(qū)播種)>模式1(覆蓋播種)>模式3(秸稈打捆留茬播種)。模式1有機質增加較多，是由于將秸稈掩埋在土壤中，為腐熟提供了必要的水分、氮素和微生物條件。模式4較模式1有機質增加稍多，是因為前者將小麥根茬也進行了粉碎，且與土壤有少量混合。而模式3由于大部分秸稈被帶出田外，只有少量未被粉碎的根茬，有機質增加極不明顯。

2.3 不同還田播種模式對玉米播種質量的影響

出苗情況是衡量還田/播種效果的重要指標，也是玉米豐產的基礎。6月27日調查玉米出苗情況(表2)。模式4(潔區(qū)播種玉米)由于在“潔區(qū)”播種，種子入土均勻，且覆蓋保墑效果好，出苗整齊，生長勢也強。模式1(秸稈粉碎后免耕播種)由于秸稈拋撒不勻，時常導致下種口堵塞，出苗率和整齊度都有所下降。模式2耕翻之后播種，生長勢偏弱，可能與噴灌后土表板結有關，免耕播種尤其是秸稈覆蓋的地表則不易板結。

表2 不同還田播種模式下玉米出苗情況Table 2 Maize emergence under different patterns

2.4 不同還田播種模式對玉米生長發(fā)育的影響

確保各階段正常生長發(fā)育并保持直立姿態(tài)，是玉米取得穩(wěn)定產量的前提。從表3可知，不同還田模式對玉米生育時期沒有影響，對株高、穗位影響不明顯。所有模式中，玉米生長健壯，只是在抗倒性方面，模式2(翻耕還田)略差于其他模式(免耕播種)，存在部分根部傾斜現(xiàn)象(后期恢復直立)。這主要與土壤對根系的固定作用有關，翻耕后的土壤比較疏松，而免耕土壤較為緊實。

2.5 不同還田播種模式對玉米產量的影響

產量是比較不同模式優(yōu)劣的重要標準，也是獲取種植效益的先決條件。從表4可以看出，不同還田模式下穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質量差異不大，引起產量差異的主要原因是單位面積穗數(shù)的不同。模式4(潔區(qū)播種)的產量最高，之后依次為模式3(秸稈打捆)>模式2(翻耕還田)>模式1(秸稈粉碎覆蓋免耕播種)，這與出苗率趨勢完全一致。經現(xiàn)場調查，模式1減產明顯的主因是秸稈粉碎質量不佳、拋撒不勻引起下種口堵塞，造成嚴重缺苗斷壟。因此，在玉米的適宜密度范圍內，其他生產條件正常的前提下，播種出苗越好，贏得高產的概率越大。

2.6 不同還田播種模式經濟效益分析

對于不同模式的選擇，最終還取決于經濟效益。表5統(tǒng)計了各生產環(huán)節(jié)的成本及獲取的產品收入。4種模式的成本差異主要體現(xiàn)在秸稈處理(打捆)、耕作(深耕、旋耕)、播種方式和運輸方面，收入差異主要體現(xiàn)在籽粒和秸稈收入兩個方面。模式4(潔區(qū)播種)由于播種質量高、工序簡便，取得了最高的籽粒收入和純收入，經濟效益也最高。模式3(秸稈打捆)的經濟效益與模式4接近，主因是籽粒收入較高，雖然有打捆成本，但增加了更多秸稈收入。模式1的主要問題是秸稈拋撒不勻，播種質量不穩(wěn)定，導致密度下降、產量受損，籽粒收入低，最終影響經濟效益。模式2的主要問題在于環(huán)節(jié)過多，加重了生產成本，且存在較高的倒伏風險。

表3 不同還田播種模式玉米生育時期及部分農藝性狀Table 3 Maize growth period and some agronomic traits under different patterns

表4 不同還田播種模式玉米產量性狀Table 4 Maize yeild traits under different patterns

表5 不同還田播種模式經濟效益分析Table 5 Economic benefit analysis of different patterns 元/hm2

3 討論與結論

3.1 免耕、覆蓋利于保墑

耕層保墑對于干旱年份或半干旱地區(qū)玉米出苗及生長發(fā)育有著積極意義。楊備戰(zhàn)[15]和王幸等[16]認為，秸稈全量還田+帶狀免耕播種保墑效果最好，耕翻播種保墑效果差，與本研究結果一致。因此，玉米耕層保墑應主要從兩個方面入手：一是避免對土層的耕翻，保持較小的土壤孔隙，減少土壤水分從孔隙中蒸騰。二是對土表加以秸稈覆蓋，減少土表水分的散失。從試驗結果來看，潔區(qū)播種保墑效果最優(yōu)，這與免耕播種和全田秸稈均勻覆蓋密不可分。

3.2 影響播種質量的因素

穩(wěn)定且較高的播種質量是奪取一播全苗的前提。理論上，種子發(fā)芽出苗需要充足的水分，適宜的溫度和足夠的氧氣，而土壤是這些條件的載體。只有與土壤緊密接觸才能獲取水分，防止高溫曬種就要避免播種過淺，保證土層不板結是獲得氧氣的必要條件。生產實際中，影響播種質量的因素更多，如土壤墑情、前茬處理、秸稈覆蓋、排種下種、開溝方式、播種深度，甚至機械設計、保養(yǎng)操作等。本研究中，潔區(qū)播種機粉碎前茬、輸送秸稈，在拋撒之前完成開溝播種工作，通過時間差和空間差，營造了一個相對“潔凈”的播種區(qū)域，為高質量播種提供了充分條件。試驗結果也表明，潔區(qū)播種玉米出苗率高、幼苗整齊一致、生長勢強，播種效果優(yōu)于其他模式。

3.3 培肥增產作用

小麥秸稈還田的培肥作用主要體現(xiàn)在有機質質量分數(shù)增加[2,17]，并利于后茬玉米干物質積累和產量的提高[5,17-18]。本試驗中，雖然秸稈覆蓋與掩埋還田方式相比當年有機質增幅較小，但二者還田總量是相同的，部分有機質通過淋溶作用進入土壤，剩余部分也將在適合條件下繼續(xù)分解。由于有機質在礦化或腐殖化后才能被玉米吸收，所以和還田播種模式不同導致的出苗數(shù)量、質量及最終形成的單位面積穗數(shù)相比，當年有機質增加量只是造成產量差異的因素之一，而非主要 原因。

3.4 還田播種模式比較

為確保經濟效益，就必須增加產品收入，降低生產成本。在對不同模式進行比較時，應盡量選擇產量水平較高、生產環(huán)節(jié)較少、最終收益較好，且符合當?shù)丨h(huán)境條件的模式。模式4(潔區(qū)播種)實現(xiàn)了清除秸稈播種和播后秸稈均勻覆蓋[11]，其主要優(yōu)點是工序簡便、播種質量高、節(jié)水保墑、培肥地力、增產增效顯著，值得大力推廣。模式3(秸稈打捆硬茬播種)既充分利用了秸稈資源，又保證了播種質量，產量水平較高。對于沒有潔區(qū)播種機，但具備秸稈回收條件的區(qū)域值得推廣。由于該模式秸稈還田量較少(僅根茬還田)，還需結合秋作物(玉米等)秸稈還田，或施用有機肥的方式，補充土壤有機質。模式1(秸稈粉碎覆蓋免耕播種)需要從機械設計、改裝入手，解決秸稈拋撒不勻的問題，否則難以持續(xù)推廣。模式2(翻耕還田)環(huán)節(jié)過多，生產成本高，且有倒伏風險，多在科研過程中使用，不宜在生產上推廣。