玉米秸稈還田對土壤理化性狀及玉米生長發(fā)育的影響

毛國軍 肖 迪 李龍兵 楊開瓊

（1大方縣農(nóng)業(yè)科研與技術(shù)推廣中心，貴州大方 551600；2大方縣水務(wù)局，貴州大方 551600）

秸稈還田是把不宜直接作飼料的秸稈直接或堆積腐熟后施入土壤中的一種方法。采用秸稈還田技術(shù)，能充分發(fā)揮玉米生產(chǎn)潛力，是玉米種植高產(chǎn)和高效的措施之一[1]。玉米秸稈還田是一項促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收、改善土壤結(jié)構(gòu)、恢復(fù)農(nóng)業(yè)良性循環(huán)的有效措施[2]。實施秸稈還田還可以培肥地力，有效地利用有機肥資源，增加土壤有機質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進土壤微生物活動，增強土壤保肥供肥性能，起到保墑和調(diào)控田間溫度和濕度的作用。秸稈還田具有促進作物生長發(fā)育、增加產(chǎn)量、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、節(jié)約化肥投入、降低生產(chǎn)成本、增加農(nóng)民收入等作用，還能減少秸稈焚燒和廢棄對大氣、土壤、水質(zhì)、環(huán)境造成的污染[3]。

目前，在玉米生產(chǎn)上，雖然多投入化肥能增加產(chǎn)量，但這種對土地掠奪式經(jīng)營，最終導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)性能惡化。隨著土壤被犁翻次數(shù)的增多，土壤有機質(zhì)減少，耕層變薄，犁底層增厚，加劇了表層土壤的流失和風(fēng)蝕，從而導(dǎo)致農(nóng)田土壤退化，使玉米增產(chǎn)潛力難以發(fā)揮[4]。因此，本試驗針對目前對土地掠奪式經(jīng)營的種植現(xiàn)狀，結(jié)合已有的研究成果，采用玉米秸稈直接還田方式，分別進行施肥和不施肥2種處理，通過定期取樣測定不同處理的土壤田間持水量、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等指標，分析土壤有機質(zhì)、容重等理化性狀，并結(jié)合玉米生長動態(tài)調(diào)查和考種，深入研究與分析秸稈還田對土壤性狀和玉米生長發(fā)育的影響，以期為保持和提高土壤肥力、促進玉米生長和增加玉米產(chǎn)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2020年10月至2021年10月在大方縣東關(guān)鄉(xiāng)龍泉村實施，海拔高度為1 542 m，年平均溫度為13.2℃，年日照時數(shù)為1 125 h，無霜期260 d左右。試驗地土壤為黃壤，土質(zhì)疏松，土層較厚，質(zhì)地均勻。在秸稈未還田之前，耕作層pH值4.72，有機質(zhì)含量2.77%，容重1.540 g/cm3，全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為 0.11%、109.61 mg/kg、0.63%、200.22 mg/kg。該試驗區(qū)玉米連作栽培，一年一熟。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理，分別為秸稈未還田+不施肥（H0）、秸稈未還田+施肥（H1）、秸稈還田+不施肥（H2）、秸稈還田+施肥（H3）。3次重復(fù)，共12個小區(qū)，完全隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積30 m2。秸稈還田處理前茬玉米收獲后進行秸稈還田，冬前將全部玉米秸稈切為長10 cm左右后均勻撒入土中，同時施用秸稈腐解劑45 kg/hm2，春季播種前耕翻施入0～25 cm土層。施肥處理基肥施復(fù)合肥（15-15-15）750 kg/hm2、苗肥施尿素163 kg/hm2、穗肥施尿素244.5 kg/hm2。供試玉米品種為金玉1號，等行距種植，行距0.75 m，種植密度6萬株/hm2。

1.3 測定指標及方法

田間玉米生育動態(tài)調(diào)查在玉米3個關(guān)鍵生育時期（大喇叭口期、抽雄吐絲期、乳熟期）進行，土壤樣品采集以及數(shù)據(jù)測定在玉米移栽前、大喇叭口期和成熟收獲期進行。

1.3.1 土壤理化指標測定。土壤樣品的采集方法為“S”形采樣，先去除土層表面的枯葉和秸稈，再用內(nèi)徑10 cm的環(huán)刀在各小區(qū)取0～20 cm的土樣，多點采集混合后采用四分法取出足夠樣品，室內(nèi)風(fēng)干后過0.5 mm篩備用。

土壤容重采用環(huán)刀法[5]測定，田間持水量采用吸滲法[6]測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀法[7]測定，全氮采用凱氏蒸餾法[8]測定，堿解氮采用氮解擴散法[9]測定，有效磷采用碳酸氫氨鈉-鉬銻抗比色法[10]測定，速效鉀采用火焰光度計法[11]測定，pH值采用電位法[12]測定。

1.3.2 玉米生長動態(tài)調(diào)查。從大喇叭口期開始每個小區(qū)各取5株具有代表性的植株，測定株高和莖粗。莖粗用游標卡尺測定玉米基部第二節(jié)間的直徑，并分別在玉米大喇叭口期、抽雄吐絲期和乳熟期各測1次。

1.3.3 植株各部位干物重及其含氮量測定。在玉米抽雄吐絲期和乳熟期，各處理取2株具有代表性的玉米植株進行分部（分為葉片、莖稈、果穗），105℃殺青30 min，60～80℃條件下烘干至恒重，稱重，磨樣，測定含氮量（采用凱氏蒸餾定氮法[13]測定）。

1.3.4 產(chǎn)量及其相關(guān)性狀測定。玉米成熟收獲期各小區(qū)田間測產(chǎn)。各小區(qū)選取代表性果穗10穗，稱重并帶回實驗室，風(fēng)干后進行考種，考種指標主要有穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長、穗粒重、千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2003和DPS 7.5軟件進行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 對土壤容重的影響。土壤容重是單位體積自然狀態(tài)下土壤干重，是土壤緊實度的一個指標。土壤容重與土壤質(zhì)地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質(zhì)含量及各項土壤管理措施有關(guān)。土壤越疏松多孔，容重越??；土壤越緊實，容重越大。

從圖1可以看出，在大喇叭口期，秸稈還田區(qū)的土壤容重下降，較秸稈不還田區(qū)降低0.089 g/cm3；在成熟收獲期，秸稈還田區(qū)的土壤容重同樣降低，較秸稈不還田區(qū)降低0.156 g/cm3，較大喇叭口期下降程度大。由此表明，秸稈還田能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于促進農(nóng)作物生長。同時，在玉米生長發(fā)育的中后期，秸稈還田對土壤容重的影響程度越來越大，對改善土壤結(jié)構(gòu)的效果也越來越明顯。

2.1.2 對土壤田間持水量的影響。土壤田間持水量是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高土壤水含量。從圖2可以看出，在大喇叭口期，與秸稈未還田區(qū)相比，秸稈還田區(qū)的土壤田間持水量上升4.46%。在成熟收獲期，秸稈還田區(qū)的土壤田間持水量同樣上升，但上升幅度不大，上升了1.21%。由此說明，秸稈還田對土壤的保水性有促進作用，為玉米生長發(fā)育提供了有利的水分保證，增加了農(nóng)田土壤的抗旱性能和保水性能。

2.2 秸稈還田對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 對有機質(zhì)的影響。玉米秸稈富含纖維素、木質(zhì)素等，是形成土壤有機質(zhì)的主要來源，而通過將秸稈歸還于土壤以增加土壤有機質(zhì)，是秸稈還田技術(shù)最主要的作用，這已被眾多研究和生產(chǎn)實踐證實[14-15]。土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，能夠提高土壤的緩沖能力、改善土壤保水與保肥性能[16]。從表1可以看出，玉米秸稈還田區(qū)與未還田區(qū)在大喇叭口期和成熟收獲期的耕層土壤有機質(zhì)含量差異較大，同一時期的含量差異達到0.12～0.22個百分點，這2個時期的差異原因可能是秸稈還田后達到一定腐爛程度釋放了一定養(yǎng)分，使得土壤中的有機質(zhì)含量有所增加。移栽前秸稈還田區(qū)與未還田區(qū)的土壤有機質(zhì)含量差異不明顯。

表1 不同時期各處理土壤有機質(zhì)含量

2.2.2 對土壤全氮的影響。氮素是影響作物生長限制性重要因子，土壤全氮含量在土樣養(yǎng)分中是比較重要的指標，就目前來看，我國農(nóng)田土壤普遍缺氮。秸稈還田在增加土壤有機質(zhì)的同時，也能增加土壤全氮含量。從表2可以看出，大喇叭口期秸稈還田區(qū)的土壤全氮含量最高，與移栽前秸稈還田區(qū)的差異不顯著，而在成熟收獲期秸稈還田區(qū)與未還田區(qū)的全氮含量反而有所降低。分析產(chǎn)生該結(jié)果的原因，主要有3點：一是在大喇叭口時期玉米秸稈腐爛程度相對較高，能釋放出較多的氮養(yǎng)分，此時土壤含氮量最高，為0.18%；二是在大喇叭口期以后，玉米植株對土壤全氮的需求量逐漸增大，尤其是在抽雄吐絲期需求量最大，導(dǎo)致土壤全氮含量減少；三是在玉米乳熟期以后，玉米植株對氮素仍有較少量的需求，但玉米秸稈養(yǎng)分已基本釋放完，故成熟收獲期以后，秸稈還田區(qū)與未還田區(qū)的土壤全氮含量降至最低。

表2 不同時期秸稈還田區(qū)和未還田區(qū)土壤全氮含量

2.2.3 對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀的影響。大量研究表明，秸稈中含有大量的碳、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，還田后能夠提高土壤肥力[17]。本試驗結(jié)果表明，秸稈還田能夠增加土壤堿解氮、速效鉀含量，對土壤有效磷含量影響較小。從表3可以看出，土壤養(yǎng)分含量在同一時期秸稈還田區(qū)始終較秸稈未還田區(qū)高，這與徐 萌等[16]研究結(jié)果相符合。在大喇叭口時期，秸稈還田區(qū)的各項速效養(yǎng)分指標均最高。從玉米移栽前開始，隨著玉米秸稈的腐解時間逐漸增加，土壤速效養(yǎng)分的含量都呈逐漸遞增趨勢，秸稈還田處理土壤速效養(yǎng)分含量都高于秸稈未還田處理。本試驗結(jié)果表明，秸稈還田降低了土壤容重，改善了土壤的透水透氣性，創(chuàng)造了良好的水分條件，促進了土壤速效養(yǎng)分的釋放，再加之秸稈的腐解，有利于土壤堿解氮、速效鉀含量的增加。

表3 不同時期各處理的土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量

2.2.4 對土壤pH值的影響。土壤酸堿性是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)，對土壤微生物活性、礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化、有機質(zhì)礦化起到重要的作用，從而引起土壤中有效養(yǎng)分的釋放、遷移[18]。秸稈還田對土壤pH值的影響不大。從表4可以看出，大喇叭口時期秸稈還田區(qū)和秸稈未還田區(qū)土壤的pH值均最大，二者之間差異不顯著。移栽前和成熟收獲后土壤pH值差異也不顯著。秸稈還田可以充分保持土壤酸堿性不受較大的影響，使作物生長發(fā)育能有一個相對穩(wěn)定且適宜的土壤環(huán)境條件。

2.3 秸稈還田對玉米生長發(fā)育的影響

從表5可以看出，在玉米植株生長的3個關(guān)鍵生育時期，各處理玉米株高、莖粗和單株葉面積的差異顯著。在同一生育時期，株高的增長趨勢表現(xiàn)為施肥處理株高較未施肥處理高，且差異顯著；在不施肥的情況下，秸稈還田區(qū)株高始終較秸稈未還田區(qū)高，且達到了顯著差異。由此得出，秸稈還田有利于玉米株高的生長。

表5 不同時期不同處理玉米植株生長動態(tài)指標

在莖粗上，大喇叭口期的莖粗最粗，乳熟期最細。大喇叭口期以后，莖基部葉鞘逐漸衰老，莖粗有所減小，至抽雄吐絲期莖粗趨于穩(wěn)定。在各時期中，處理H1和處理H2的莖粗差異不顯著。在大喇叭口期和乳熟期，處理H3與處理H1的莖粗和處理H2與處理H0的莖粗差異顯著，說明在相同的施肥條件下，秸稈還田區(qū)的玉米莖稈較秸稈未還田區(qū)粗。由此說明，秸稈還田有利于莖稈增粗。

與其他2個時期相比，抽雄吐絲期玉米的單株葉面積和葉面積指數(shù)最大。在3個時期，處理H0與處理H2的單株葉面積和葉面積指數(shù)都有顯著差異，即在不施肥的條件下，秸稈還田區(qū)的單株葉面積和葉面積指數(shù)較秸稈未還田區(qū)大，說明秸稈還田能夠促進玉米植株光合作用。可見，秸稈還田有利于玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量增加。

2.4 秸稈還田對玉米干物質(zhì)積累的影響

從表6可以看出，在抽雄吐絲期和乳熟期，植株莖稈的干物重表現(xiàn)為處理H3>處理H1>處理H2>處理H0，并且各處理間都達到了顯著差異。說明秸稈是否還田、是否施肥都是影響玉米植株莖稈生長的重要因素。秸稈還田與秸稈未還田處理間葉片干物重差異不顯著，施肥與不施肥處理間葉片干物重差異顯著。

表6 不同時期不同處理玉米植株干物重

從玉米全株干物質(zhì)積累來看，各處理全株干物重表現(xiàn)為處理H3>處理H1>處理H2>處理H0。在抽雄吐絲期和乳熟期出現(xiàn)相同趨勢，即在施肥條件相同的情況下，秸稈還田區(qū)的玉米干物質(zhì)積累量都較秸稈未還田區(qū)大，且差異達到顯著水平。說明秸稈還田對玉米植株干物質(zhì)的積累有促進作用，從而促進玉米的生長，增加玉米的產(chǎn)量。

2.5 秸稈還田對玉米植株各部位含氮量的影響

從表7可以看出，抽雄吐絲期同一部位含氮量不同處理之間差異不顯著。在乳熟期，各處理葉片的含氮量差異不顯著；在施肥條件相同的情況下，秸稈還田區(qū)玉米莖稈和果穗的含氮量與秸稈未還田區(qū)差異也不顯著。在相同時期的同一處理，各部位的含氮量表現(xiàn)為葉片>果穗>莖稈，這有利于玉米葉片的光合作用。在玉米植株的同一部位，乳熟期的含氮量較抽雄吐絲期小。由此表明，如果玉米氮素供應(yīng)過多，營養(yǎng)生長旺盛，植株徒長，出現(xiàn)貪青現(xiàn)象，不利于籽粒的灌漿。

表7 不同時期不同處理植株各部位含氮量及全株氮素積累量

抽雄吐絲期和乳熟期全株氮素積累量各處理間都達到了顯著差異，且處理H3>處理H1>處理H2>處理H0。說明施肥和秸稈還田都是影響玉米氮素積累量的主要原因。

2.6 秸稈還田對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

大量試驗結(jié)果表明，秸稈還田后能夠增加作物產(chǎn)量[19]。本研究亦得到了相似的結(jié)果。

從表8可以看出，各處理間的玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為處理H3>處理H1>處理H2>處理H0，且各處理間的玉米產(chǎn)量差異顯著。在施肥條件下，秸稈還田區(qū)的玉米產(chǎn)量較秸稈未還田區(qū)增加了373.88 kg/hm2；在不施肥的條件下，秸稈還田區(qū)的玉米產(chǎn)量較秸稈未還田區(qū)增加了405.65 kg/hm2?？梢钥闯?，秸稈還田在玉米后期的產(chǎn)量形成上有很大促進作用。不施肥條件下秸稈還田區(qū)玉米增產(chǎn)量大于施肥條件下秸稈還田區(qū)增產(chǎn)量，表明秸稈未還田+不施肥處理玉米生長受到營養(yǎng)脅迫。

表8 不同處理玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

在玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，各處理間的穗數(shù)差異不顯著，這說明秸稈還田對穗數(shù)沒有明顯的影響。在施肥條件相同的情況下，秸稈還田處理較秸稈未還田處理穗粒數(shù)有所增加，但未達到顯著差異，故秸稈還田對玉米穗粒數(shù)的增加有一定促進作用。同時，各處理間千粒重差異也顯著，表現(xiàn)為處理H3>處理H1>處理H2>處理H0?？梢姡斩掃€田有利于增加玉米的千粒重，提高玉米的產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

多年來，國內(nèi)外學(xué)者就玉米秸稈還田對土壤理化性狀的影響及生物學(xué)效應(yīng)開展了較多研究，認為秸稈還田可顯著改善土壤理化性狀，如土壤容重下降、土壤田間持水量增加等[20]。本試驗結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。秸稈還田后可降低土壤容重、增加田間持水量、有效改善土壤結(jié)構(gòu)。同時，秸稈還田還能培肥地力，增加土壤有機質(zhì)，提高土壤速效養(yǎng)分含量，從而使玉米增產(chǎn)，且增產(chǎn)效果明顯。

秸稈還田能有效促進玉米株高和莖粗的生長，同時也能增加單株葉面積和葉面積指數(shù)，提高玉米植株的光合速率，對玉米生長有明顯的促進作用。秸稈還田配施化肥處理較僅秸稈還田或僅施化肥處理增產(chǎn)效果顯著。玉米秸稈還田能夠增加作物產(chǎn)量，緩解土壤養(yǎng)分耗竭狀況，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。秸稈還田能夠減緩農(nóng)田養(yǎng)分虧損的趨勢，甚至能夠增加土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力。從綜合效益考慮，實行秸稈還田是一項可行的技術(shù)措施。因此，實施并推廣秸稈還田是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。應(yīng)注意，秸稈還田后應(yīng)適當減少化肥施用量，同時應(yīng)加強田間病蟲草害的防治。

秸稈還田在培肥地力上的作用，以增加土壤有機質(zhì)較為顯著，并且隨著土壤有機質(zhì)的提高和土壤容重降低，改善了土壤環(huán)境，有利于作物生長。

為了能夠充分發(fā)揮秸稈還田的效果，冬前應(yīng)將玉米秸稈切成長10 cm以下的小段，均勻覆蓋于地表（冬前將秸稈覆蓋于地表可以減少冬雪融化后水分的蒸發(fā)，達到土壤保墑保水的目的），同時施用一定量的秸稈腐解劑，春季播種前后翻入0～25 cm土層中，與土壤充分混勻。

從長遠來看，玉米秸稈還田可改善土壤性狀，有利于作物增產(chǎn)，但如果秸稈腐解度不高，會造成負面影響。玉米秸稈還田時粉碎不徹底、覆蓋不均勻，會影響作物出苗，增加整地除草難度和某些病蟲害的發(fā)生率。由于本試驗條件有限，難以確定秸稈最佳還田量和腐解度，只是進行了田間定性試驗，以后應(yīng)進一步試驗，多進行定量方面的研究，以確定玉米秸稈的最佳還田量和腐解度。

如何提高秸稈還田水平，減輕還田后耕作難度和病蟲害發(fā)生率，還需做進一步研究。