秸稈還田與土壤耕作對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤理化特性的影響

李 輝，宋成孝，陳小翠，羅 勇，段明禹，舒中兵，陳 浪，茍曉松

（遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，遵義市作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 遵義 563000）

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸稈資源豐富，但現(xiàn)階段秸稈利用率還很低[1]。農(nóng)作物的秸稈中含有作物生長(zhǎng)所必需的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等中、微量元素，這些中、微量元素對(duì)作物的生長(zhǎng)至關(guān)重要。因此，秸稈還田能夠提高土壤肥力，增加作物產(chǎn)量[4]。此外，土壤中的微生物可分解利用作物秸稈中含有的木質(zhì)素、脂肪、醛、酮和碳水化合物等，并將其加工成動(dòng)物飼料[2-3]。因此，玉米秸稈還田還可以改善土壤微生物群落數(shù)量，調(diào)節(jié)土壤酶活性，優(yōu)化植物根際的生長(zhǎng)環(huán)境[5]。綜上所述，秸稈還田不僅可以提高作物產(chǎn)量，而且還能夠減少焚燒造成的環(huán)境污染，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境效益[6]。

土壤耕作是保證植物生長(zhǎng)的重要條件，它通過改善土壤的結(jié)構(gòu)影響作物的生長(zhǎng)[7]。不同的耕作深度對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響也不同，深翻和深松耕作方式比普通旋耕更能促進(jìn)玉米產(chǎn)量的提高[8]。但是，土壤耕作過于頻繁，將加速土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解，從而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的丟失[9]。由此可見，合理的土壤耕作才能夠提高土壤肥力，增加作物產(chǎn)量[10]。

秸稈還田及土壤耕作方式已經(jīng)成為了綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增產(chǎn)及保護(hù)農(nóng)田生態(tài)的重要舉措，是確?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最有效措施[11]。大量研究結(jié)果表明，秸稈還田及合理的耕作方式可以提高作物的產(chǎn)量，改善土壤肥力[12]。筆者以遵義地區(qū)主推玉米品種新中玉801 為材料，開展秸稈粉碎還田與不同土壤耕作方式對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤理化特性的影響研究，從而為當(dāng)?shù)亟斩捹Y源的利用提供理論指導(dǎo)，為播前土壤培肥提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及供試材料

試驗(yàn)于2016—2019 年在遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院新舟試驗(yàn)基地固定地塊進(jìn)行。新舟地處丘陵地帶，屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，平均海拔830 m，年平均氣溫15.1℃，年降水量1 160 mm。根據(jù)邵代興等[13]2016年的調(diào)查可知，遵義市的耕地土壤pH 值均值為6.82，有機(jī)質(zhì)、全氮含量均值分別為29.63、1.76 g/kg，堿解氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀含量的均值分別為146.70、17.56、309.77 和130.91 mg/kg。按照全國(guó)第二次土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，遵義市全氮含量處于上等水平，有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量處于中等水平。

供試品種為遵義地區(qū)主推玉米品種新中玉801。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以秸稈粉碎還田（A1）、秸稈不還田（A2）為主處理，以免耕（B1）、旋耕（B2）為副處理，共4 個(gè)處理（A1B1、A1B2、A2B1、A2B2）。秸稈粉碎還田是指采用上茬玉米秸稈就地還田。秸稈不還田是指將上茬或上年秸稈移出田間后種植玉米。免耕是指玉米播種前不翻耕、不旋耕，僅滅茬清理田間。旋耕是指玉米播種前采用滅茬旋耕機(jī)旋耕1～2 次，以達(dá)到播種要求。

每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)，種植密度3 300 株/667m2，小區(qū)面積144 m2，小區(qū)行長(zhǎng)12 m，行距0.8 m，株距0.25 m，每個(gè)小區(qū)15 行。肥水管理和病蟲害防治采用參照大面積生產(chǎn)管理。

1.3 調(diào)查指標(biāo)及方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量調(diào)查 （1）生育進(jìn)程。包括播種期、出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期和生理成熟期，除播種期外其他生育期以各區(qū)內(nèi)植株60%以上達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)為記載期。（2）株高、穗位高。按照區(qū)試標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)、記載。（3）產(chǎn)量。以標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)實(shí)收計(jì)算產(chǎn)量，測(cè)量相關(guān)農(nóng)藝性狀（包括穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重等），每小區(qū)取20 個(gè)樣穗考種，采用區(qū)試方法調(diào)查，用平均值進(jìn)行比較，并折算成標(biāo)準(zhǔn)含水量（14%）的產(chǎn)量[14]。

1.3.2 土壤理化特性測(cè)定 （1）土壤物理性狀。玉米收獲后，每小區(qū)選擇0～20 cm 和20～40 cm 的耕層土壤進(jìn)行取樣[15]，采用對(duì)角線法選擇有代表性3 個(gè)樣點(diǎn)對(duì)土壤物理性狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。①容重：采用環(huán)刀法測(cè)定[16]，環(huán)刀體積為100 cm3，取樣后烘干2 個(gè)土壤耕層原狀土，稱重，重量與體積比值即為容重（g/cm3）。②總孔隙度：取樣后將2 個(gè)土壤耕層原狀土置于水中浸泡12 h，取出后馬上稱重，然后烘干，再稱重，得到水的體積與總體積之比即為總孔隙度。③田間持水量：用環(huán)刀分別取2 個(gè)土壤耕層原狀土，然后上下加濾紙后蓋好[16]，采用烘干法測(cè)定吸水后的土樣，此含水量即為田間持水量；含水量（%）＝（濕土重－干土重）/干土重×100。（2）土壤養(yǎng)分和pH 值。①土壤養(yǎng)分測(cè)定：再用S 形多點(diǎn)取樣法采集0～40 cm 耕層土壤，再通過四分法保留1 kg 樣品，將樣品送往四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院土肥所用土壤養(yǎng)分速測(cè)儀測(cè)定土壤全N、堿解N、全P、速效P、全K、速效K 和有機(jī)質(zhì)的含量。②pH 值測(cè)定：將土壤樣品過2 mm 土壤篩，風(fēng)干后用pH 計(jì)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2019 軟件進(jìn)行處理，采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素（One-way ANOVA）和Duncan 法進(jìn)行差異顯著性分析（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田與土壤耕作對(duì)玉米生育進(jìn)程的影響

由表1 可知，在播種日期相同的條件下，秸稈還田處理后玉米的出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期和成熟期提前了1～6 d。調(diào)查記載發(fā)現(xiàn)，免耕和旋耕處理下玉米的生育進(jìn)程差異不明顯。因此，推測(cè)在管理?xiàng)l件相同的情況下，是否進(jìn)行旋耕可能對(duì)玉米的生育期影響不明顯。

表1 不同處理對(duì)玉米生育進(jìn)程的影響 （d）

2.2 秸稈還田與土壤耕作對(duì)玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響

秸稈還田與土壤耕作對(duì)玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀具有一定的影響。從表2 可知，不同處理玉米穗位高存在5～10 cm 的差距，其中，粉碎還田+免耕處理（A1B1）的穗位最高，可達(dá)115 cm，禿尖最短，為1.20 cm，千粒重最重，達(dá)333.1 g。由此可見，秸稈還田配合免耕可以提升玉米的穗位高、降低禿尖長(zhǎng)，從而增加千粒重。但是，秸稈還田與土壤耕作對(duì)玉米穗行數(shù)、穗粗和出籽率等性狀的影響并不顯著。綜合來看，秸稈還田+免耕處理（A1B1），玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀表現(xiàn)最好。

表2 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響

2.3 秸稈還田與土壤耕作對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

從表2 可知，秸稈粉碎還田（A1B1、A1B2）與秸稈不還田（A2B1、A2B2）對(duì)玉米產(chǎn)量的影響顯著，秸稈還田處理后玉米的籽粒產(chǎn)量有明顯提升。其中，秸稈還田+免耕處理（A1B1）的產(chǎn)量最高，可達(dá)450.40 kg/667m2，比秸稈不還田+免耕處理（A2B1）高15.07%；其次是秸稈還田+旋耕處理（A1B2），產(chǎn)量為425.61 kg/667m2，比秸稈不還田+旋耕處理（A2B2）高8.65%。這表明秸稈還田可提高玉米的產(chǎn)量。

2.4 秸稈還田與土壤耕作對(duì)土壤物理性狀的影響

經(jīng)過連續(xù)4 a 的定點(diǎn)試驗(yàn)，各處理不同深度耕層土壤的物理性狀表現(xiàn)出一定差異。從圖1 可知，0～20 cm 土壤耕層，秸稈還田+免耕處理（A1B1）的土壤容重最高，秸稈不還田+旋耕處理（A2B2）的土壤容重最低；20～40 cm 土壤耕層，各處理土壤容重均低于對(duì)照，表明免耕還田能夠增加0～20 cm 土壤耕層的土壤容重；從圖2 可知，與播前空白相比，秸稈還田對(duì)20～40 cm 耕層土壤總孔隙度沒有明顯影響，其他各處理均能使土壤總孔隙度變大；從圖3 可知，0～20 cm 耕層土壤田間持水量相對(duì)較高，不同處理間相比，秸稈還田+免耕處理（A1B1）田間持水量最高，其中0～20 cm 耕層土壤田間持水量最高可達(dá)32.45%；20～40 cm 耕層土壤田間持水量最高可達(dá)30.29%，推測(cè)可能與免耕還田增加土壤水分入滲、減少土表水分蒸發(fā)有關(guān)。

圖1 秸稈還田與土壤耕作對(duì)不同深度土壤耕層容重的影響

圖2 秸稈還田與土壤耕作對(duì)不同深度土壤總孔隙度的影響

圖3 秸稈還田與土壤耕作對(duì)不同深度土壤田間持水量的影響

2.5 秸稈還田與土壤耕作對(duì)耕作層土壤養(yǎng)分和pH 值的影響

從表3 可以看出，秸稈還田以及免耕均能顯著提高土壤的全N、全K、有機(jī)質(zhì)以及堿解氮的含量，由此推測(cè)免耕還田可能有利于提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤理化狀況；與空白對(duì)照相比，4 種處理的土壤全P、速效K、速效P 含量及pH 值均顯著降低，其中速效K 含量下降最為顯著；不同處理間比較，不還田＋旋耕處理（A2B2）下，土壤的全P 及速效P 含量下降最為顯著；隨著免耕還田與旋耕還田處理年限的增加，土壤的全N、全K、堿解N、速效K 以及有機(jī)質(zhì)的含量均顯著增加。同時(shí)，免耕還田與旋耕還田處理均能降低土壤pH 值，達(dá)到培肥土壤的目的，從而提高玉米產(chǎn)量。

表3 秸稈還田與土壤耕作對(duì)耕作層土壤養(yǎng)分和pH 值的影響

3 結(jié)論與討論

秸稈還田是一種綠色環(huán)保的農(nóng)事操作，在有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常應(yīng)用，其在保持土壤肥力、減少化肥使用、提高作物產(chǎn)量等方面都發(fā)揮了重要作用[17-18]。研究表明，與秸稈不還田相比，秸稈還田處理后玉米的籽粒產(chǎn)量顯著增加（秸稈還田比秸稈不還田平均增產(chǎn)11.86%）。有研究報(bào)道表明，短期連續(xù)免耕水稻產(chǎn)量高于常規(guī)翻耕或旋耕，直至第5 年免耕產(chǎn)量才呈下降趨勢(shì)[19]。甚至還有連續(xù)免耕11 a 不減產(chǎn)的報(bào)道[20]。在該研究中，秸稈還田＋免耕處理（A1B1），供試品種產(chǎn)量最高，且千粒重、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)、穗粗、禿尖等產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀表現(xiàn)也最好，這與前人研究結(jié)果相符。這可能是因?yàn)楦鞣绞教嵘送寥婪柿亩绊懽魑锏纳L(zhǎng)發(fā)育。

秸稈還田及土壤耕作方式對(duì)土壤理化性質(zhì)也有一定的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在秸稈還田＋免耕耕作方式下，由于土壤耕層基本未受擾動(dòng)，表層（0～20 cm）土壤容重顯著增加；秸稈還田＋旋耕耕作方式下，整個(gè)耕層（0～40 cm）土壤容重顯著降低，可能由于該試驗(yàn)地區(qū)長(zhǎng)期實(shí)行旋耕作業(yè)，導(dǎo)致土壤緊實(shí)度變低，盡管配合實(shí)行秸稈還田措施，對(duì)土壤容重的影響也相對(duì)有限。有研究發(fā)現(xiàn)，深翻或旋耕可顯著降低土壤容重，改良土壤結(jié)構(gòu)[21-22]；也有研究表明，旋耕還田會(huì)將作物秸稈集中在淺層土壤中，使淺層土壤間隙度不斷增大，伴隨季風(fēng)性氣候的到來，容易造成淺層土壤失水跑墑[23]。但該研究發(fā)現(xiàn)，免耕還田對(duì)20～40 cm 耕層土壤總孔隙度沒有影響，而其他處理均能使土壤總孔隙度變大；從整個(gè)土壤耕層來看，0～20 cm 耕層土壤含水率相對(duì)較大，秸稈還田處理后，土壤耕層田間持水量相對(duì)較高。前人研究表明，覆蓋在土壤表面的秸稈可吸納自然降雪降雨為作物生長(zhǎng)提供更多水分，秸稈覆蓋有利于水分入滲土壤，增強(qiáng)土壤保水能力，同時(shí)減緩?fù)寥辣韺铀终舭l(fā)，使土壤貯水量增加[23]。因此，推測(cè)土壤耕層田間持水量的升高，可能與免耕還田增加土壤水分入滲、減少土壤表層水分蒸發(fā)有關(guān)。

作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中重要的有機(jī)肥之一，大多數(shù)研究者認(rèn)為秸稈還田有利于提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤理化狀況[24,18]。張慧等[25]研究證實(shí)，秸稈還田可不同程度增加土壤有機(jī)質(zhì)、全N、硝態(tài)N、銨態(tài)N、緩效K 的含量。也有研究認(rèn)為，秸稈還田降低了土壤pH 值，且對(duì)K 含量無影響[26]。而試驗(yàn)結(jié)果顯示，免耕還田能顯著提高土壤的全N、全K、有機(jī)質(zhì)以及堿解N 的含量，此結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了免耕還田有利于提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤理化狀；同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照相比，不同處理后，土壤的全P、速效K、速效P 含量均顯著降低，其中速效K 含量下降最為顯著；隨著免耕還田與旋耕還田處理年限的增加，土壤的全N、全K、速效K、堿解N 以及有機(jī)質(zhì)的含量均顯著增加。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，免耕還田處理能夠通過提高土壤的全N、全K、有機(jī)質(zhì)、堿解N 等養(yǎng)分含量及降低土壤pH 值，達(dá)到培肥土壤的目的，從而提高玉米產(chǎn)量。這進(jìn)一步說明秸稈還田在作物耕作方式中的重要性，表明免耕還田對(duì)遵義地區(qū)土壤水分和養(yǎng)分狀況的改善意義重大，是一項(xiàng)有利于生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的耕作措施。