秸稈還田方式對(duì)土壤物理性狀及春玉米產(chǎn)量的影響

岳 楊，孫盼盼，張艷輝，李 巖，孟令斌，康 恒，董本春，鄭永照

（通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，吉林 通化 135007）

玉米（Zea maysL.）是中國(guó)第一大糧食作物，東北地區(qū)是中國(guó)的玉米主產(chǎn)區(qū)［1］。每年玉米收獲后都會(huì)產(chǎn)生大量秸稈，多數(shù)秸稈被就地焚燒，既造成了資源的浪費(fèi)，又導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。有大量研究表明，秸稈還田具有疏松土壤、蓄水保墑、調(diào)節(jié)土壤溫度的作用，可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤含水量，能夠培肥地力，提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，延緩根系衰老，優(yōu)化玉米群體結(jié)構(gòu)，提高玉米產(chǎn)量［2-9］。合理的秸稈還田方式既是解決秸稈的有效途徑，又是改良土壤、保障玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要技術(shù)手段［10］。

目前，玉米秸稈還田的研究多集中于單一耕作方式下秸稈還田對(duì)土壤及玉米生長(zhǎng)的影響，耕作方式結(jié)合秸稈還田對(duì)土壤的影響研究相對(duì)較少。本研究分析了不同耕作方式下秸稈還田對(duì)土壤物理性狀及產(chǎn)量的影響，以期為該地區(qū)選擇適宜的秸稈還田方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于吉林省梅河口市海龍鎮(zhèn)，屬于吉林省東部平原區(qū)，供試土壤為草甸白漿土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為20.67 g∕kg，全氮含量為0.14%，全磷含量為0.29%，全鉀含量為0.38%，堿解氮含量為106.79 mg∕kg，有效磷含量為17.23 mg∕kg，速效鉀含量為123.97 mg∕kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大區(qū)對(duì)比，設(shè)4個(gè)處理：秸稈不還田對(duì)照（S1，秸稈全部移除，采用旋耕機(jī)作業(yè)，旋耕深度為15 cm）、秸稈混拌還田（S2，采用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎成5～10 cm，采用旋耕機(jī)旋入土中，旋耕深度為15 cm）、秸稈深翻還田（S3，采用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎成5～10 cm，采用鏵式犁深翻作業(yè)，將秸稈翻入30 cm土層中）、秸稈覆蓋還田（S4，采用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎成5～10 cm，均勻覆蓋在地表），大區(qū)面積為0.5 hm2，供試玉米品種為先玉335，種植密度為6萬(wàn)株∕hm2，一次性施肥，施N 150 kg∕hm2、P2O575 kg∕hm2、K2O 75 kg∕hm2。2019年4月28日播種。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤容重、孔隙度、含水量及田間持水量 在玉米成熟期于0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土層進(jìn)行取樣，每個(gè)處理3次重復(fù)，采用環(huán)刀法測(cè)定各土層土壤容重及孔隙度，采用烘干法測(cè)定土壤質(zhì)量含水率，用室內(nèi)法測(cè)定田間持水量。

1.3.2 土壤溫度 在玉米苗期用地溫計(jì)在各小區(qū)玉米株間測(cè)定5、10、15、20、25 cm土層地溫，每天8：00、10：00、12：00、14：00、16：00各測(cè)定1次，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3.3 測(cè)產(chǎn) 在收獲期每個(gè)處理取3點(diǎn)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，每個(gè)點(diǎn)20 m2，測(cè)定收獲時(shí)穗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和Origin 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田方式對(duì)土壤容重及孔隙度的影響

由圖1可知，不同秸稈還田方式對(duì)土壤容重影響不同，秸稈混拌還田降低了收獲期0～20 cm土層的土壤容重，0～10 cm、10～20 cm土層土壤容重分別比不還田對(duì)照降低3.7%和4.1%；秸稈深翻還田處理在作業(yè)過程中使下層容重較大的土壤上移，造成了上層土壤容重的增加，0～10 cm土壤容重比不還田對(duì)照增加9.1%，10～20 cm土壤容重變化不大，20～30 cm土層比不還田處理降低5.4%；秸稈覆蓋還田處理土壤容重相比不還田對(duì)照有所增加。

圖1 不同秸稈還田方式下土壤容重及土壤孔隙度

秸稈混拌還田增加了收獲期0～20 cm土層的土壤孔隙度，秸稈深翻還田增加了20～30 cm土層的土壤孔隙度，分別增加2.0%和6.5%，說明秸稈的施入提高了土壤的孔隙度。

2.2 不同秸稈還田方式對(duì)土壤含水量及田間持水量的影響

由圖2可知，秸稈還田增加了收獲期土壤含水量，在0～30 cm土層中土壤含水量表現(xiàn)為秸稈還田大于秸稈不還田對(duì)照。秸稈覆蓋還田處理下0～10 cm、10～20 cm土層含水量比不還田對(duì)照分別增加5.6%和8.0%；秸稈深翻還田處理增加了20～30 cm土壤含水量，比秸稈不還田對(duì)照增加2.7%；秸稈混拌還田使10～20 cm土壤含水量比對(duì)照增加3.3%；30～40 cm土層各處理土壤含水量差異不明顯。

圖2 不同秸稈還田方式下土壤含水量及田間持水量

秸稈的添加增加了田間持水量，秸稈混拌還田處理下0～10 cm、10～20 cm田間持水量分別比秸稈不還田對(duì)照增加13.5%和15.3%；秸稈深翻還田使0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm田間持水量比秸稈不還田對(duì)照分別增加7.2%、14.1%和12.8%。

2.3 不同秸稈還田方式對(duì)土壤溫度的影響

由圖3可知，秸稈深翻還田和混拌還田對(duì)苗期各土層土壤溫度的影響不大，秸稈覆蓋還田則降低了土壤溫度，相比秸稈不還田對(duì)照，5、10、15、20、25 cm土壤平均溫度分別降低1.35、0.80、0.86、0.44、1.12℃。

圖3 不同秸稈還田方式下土壤溫度變化

2.4 不同秸稈還田方式對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，秸稈深翻還田處理提高了成穗數(shù)，并顯著提高了穗粒數(shù)和百粒重，產(chǎn)量達(dá)11 056.10 kg∕hm2，比秸稈不還田對(duì)照增產(chǎn)8.24%；秸稈混拌還田處理雖然也提高了穗粒數(shù)和百粒重，但成穗數(shù)有所降低，所以產(chǎn)量相比秸稈不還田對(duì)照只增加了2.81%；秸稈覆蓋還田處理成穗數(shù)最低，且降低了百粒重，所以其產(chǎn)量最低，比秸稈不還田對(duì)照減少3.87%。

表1 不同秸稈還田方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)與討論

目前，大量研究結(jié)果表明，秸稈還田能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤孔隙度，優(yōu)化土壤理化性狀，有效調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)期間對(duì)水、肥、氣、熱等因素的需求，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量［11，12］。朱敏等［13］研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)兩年秸稈還田能夠降低土壤容重，使0～10 cm土層土壤孔隙度提高5.6%，免耕秸稈還田較不還田土壤水分提高8.0%～27.1%。宋濤［14］認(rèn)為秸稈還田能改善土壤性質(zhì)，提高土壤的蓄水保墑能力，促進(jìn)玉米對(duì)水分的吸收利用，提高玉米的水分利用效率，尤以深翻還田效果最為明顯。秸稈還田還能夠調(diào)節(jié)土壤溫度，地表秸稈覆蓋能有效攔截和吸收太陽(yáng)輻射以及地表有效輻射，進(jìn)而阻礙土壤與大氣間的水熱交換，從而降低農(nóng)田土壤溫度［15］。鄭金玉等［16］認(rèn)為秸稈粉碎全量還田可促進(jìn)干物質(zhì)積累和提高產(chǎn)量，與常規(guī)耕作相比，產(chǎn)量提高13.59%。李亭亭［17］的研究表明秸稈深翻還田能夠增加成穗數(shù)以及穗粒數(shù)，有利于產(chǎn)量的提高。解文艷等［18］的研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋還田可以增加玉米的成穗數(shù)、百粒重，從而提高玉米產(chǎn)量。

本研究結(jié)果表明，與秸稈不還田對(duì)照相比，秸稈混拌還田處理增加了0～10 cm、10～20 cm土層的土壤孔隙度，且使土壤容重分別降低3.7%和4.1%，0～10 cm、10～20 cm田間持水量分別增加13.5%和15.3%，10～20 cm土壤含水量增加3.3%，產(chǎn)量增加2.81%；秸稈覆蓋還田提高了0～20 cm土層的土壤含水量，但降低了苗期耕層的土壤溫度，降低了成穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重，使產(chǎn)量減少3.87%；秸稈深翻還田處理使20～30 cm土層土壤孔隙度比秸稈不還田對(duì)照增加6.5%，土壤容重降低5.4%，田間持水量增加12.8%，土壤含水量增加2.7%，并提高了成穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重，使產(chǎn)量增加8.24%。

綜上，秸稈還田提高了土壤含水量，秸稈混拌還田和深翻還田增加了土壤孔隙度，降低了土壤容重。玉米根系主要生長(zhǎng)在0～40 cm土層中，秸稈深翻還田相較其他處理對(duì)土壤物理性狀的改善更為明顯，并且提高了成穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重，最終提高了產(chǎn)量，所以相較于其他還田方式，秸稈深翻還田更適宜于該地區(qū)。