不同種植模式對玉米出苗率和生物量及產(chǎn)量的影響

李 祥 張養(yǎng)利 曾 橋 曹三潮 王永平 柯希恒

（1陜西科技大學化學與化工學院，陜西西安 710021；2陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究院，陜西西安 710021；3渭南市農(nóng)業(yè)科學研究院蒲城實驗站，陜西蒲城 715204）

秸稈既是重要的農(nóng)業(yè)廢棄物，又是有機碳、氮、磷、鉀及礦質(zhì)元素的載體，具有“用則利、棄則害”的特點[1]。2020年陜西省小麥播種面積為96.419萬hm2，產(chǎn)量為413.25萬t[2]，按草谷比1.26[3]及小麥秸稈中含碳 46.5%、氮 0.48%、磷 0.18%、鉀 1.26%[4]計算，陜西省每年產(chǎn)生小麥秸稈量為520.7萬t；如果采用還田技術(shù)，秸稈還田量為5.4 t/hm2，等于給土壤提供了有機碳 2.5 t/hm2、氮 25 kg/hm2、磷 9.7 kg/hm2及鉀68 kg/hm2，可節(jié)約尿素 56.3 kg/hm2、磷酸二氫鈣44.3 kg/hm2及硫酸鉀147 kg/hm2，降低了化肥的使用量，杜絕秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染，對農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效具有一定的意義。

王 娜等[5]研究了秸稈還田旋耕及秸稈覆蓋免耕技術(shù)對秸稈腐解率、有機碳礦化率、全氮釋放率的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈還田旋耕技術(shù)提高了秸稈腐解率和全氮釋放率。劉單卿等[6]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈翻埋還田腐解率較覆蓋還田顯著提高61.59%。田 平等[7]研究了秸稈免耕覆蓋（NTS）、旋耕還田（RTS）和翻耕還田（PTS）技術(shù)對玉米秸稈腐解及土壤養(yǎng)分含量的影響，發(fā)現(xiàn)處理RTS和PTS秸稈腐解速率均表現(xiàn)為前期快、后期慢的特點，處理NTS秸稈腐解率及碳氮釋放率與還田時間符合邏輯斯蒂曲線方程。何 川等[8]以油菜秸稈為研究對象研究了秸稈免耕覆蓋、旋耕還田、秸稈粉碎和整稈還田共4種方式下秸稈腐解率和氮、磷、鉀養(yǎng)分釋放率，發(fā)現(xiàn)秸稈粉碎后混土還田降解速度最快，可以有效地將秸稈養(yǎng)分釋放回土壤中。盡管秸稈還田具有改良土壤、增加作物產(chǎn)量的作用，但此技術(shù)受到一些人的質(zhì)疑。因此，有必要完善并細化秸稈還田的操作，使這一技術(shù)更好地為糧食增產(chǎn)服務。

本文以耕作模式、施肥方式、微生物菌劑種類及其用量為影響因素，以玉米苗期生長情況及產(chǎn)量為評價指標，采用正交試驗法系統(tǒng)研究這些因素對玉米不同時期生長情況及產(chǎn)量的影響，確定小麥秸稈還田最佳條件，為規(guī)范秸稈還田操作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

渭南市農(nóng)業(yè)科學研究院孫鎮(zhèn)實驗站位于蒲城縣東部，地處東經(jīng) 109°20'17″～109°54'48″、北緯 34°44'50″～35°10'30″之間。 屬暖溫帶大陸性氣候， 四季分明，日照充足，雨量偏少。終年平均氣溫13.7℃，年平均日照時數(shù)2 228.9 h，年平均降水量519.9 mm，小麥—玉米一年2季連作種植。

1.2 供試材料

供試微生物菌劑：復合菌KM（主要成分為枯草芽孢桿菌、哈茨木霉菌、載體等，有效活菌數(shù)≥200億個/g），廣州惠禾生物科技有限公司；有機物料腐熟劑（主要成分為枯草芽孢桿菌、真菌、酵母、放線菌、載體等，有效活菌數(shù)≥200億個/g），江門佰仕路生物科技有限公司；枯草芽孢桿菌（主要成分為枯草芽孢桿菌、載體等，有效活菌數(shù)≥1 000億個/g），江門佰仕路生物科技有限公司。供試肥料有尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀，均為市售。

1.3 試驗設計

2018—2020年連續(xù)3年在渭南市農(nóng)業(yè)科學研究院孫鎮(zhèn)實驗站進行試驗，以耕作模式（深耕、旋耕、直接播種）、施肥方式（還田時不施肥，還田時只施氮肥即尿素187.5 kg/hm2，還田時施氮、磷、鉀肥即尿素 187.5 kg/hm2、磷酸二氫銨 165 kg/hm2、硫酸鉀105 kg/hm2）、微生物菌劑種類（復合菌KM、有機物料腐熟劑、枯草芽孢桿菌）和用量（0、15、30 kg/hm2）為影響因素，以玉米苗期生長情況及產(chǎn)量為評價指標設計L43（9）的正交試驗，共設置9個處理，各處理具體設計見表1。小區(qū)面積為333.3 m2。小麥成熟時，采用“洋馬”收獲機進行收獲，要求割茬低于10 cm，秸稈拋撒均勻。

表1 試驗各處理因素與水平設計

2 結(jié)果與分析

從表2、表3可以看出，對出苗率影響最大的因素為施肥方式，微生物菌劑種類的影響最小。其最佳組合為A1B3C2D3，即將尿素187.5 kg/hm2、磷酸二氫銨165 kg/hm2、硫酸鉀105 kg/hm2充分混合，拋撒在秸稈上，將經(jīng)活化處理的有機物料腐熟劑30 kg/hm2噴施在秸稈表面，采用深耕技術(shù)將其翻入土層中。對生物量影響最大的因素為施肥方式，影響最小的因素為耕作模式，其最佳組合為A1B3C3D2。對玉米產(chǎn)量影響最大的因素為耕作模式，影響最小的因素為微生物菌劑種類，其最佳組合為A1B3C3D3。

表2 不同處理玉米的出苗率及產(chǎn)量

表3 不同處理各因子玉米出苗率及產(chǎn)量

深耕、旋耕相對直接播種而言是一種典型的種子與還田秸稈分離模式，這種模式有利于玉米生物量的積累及產(chǎn)量的增加。土壤中秸稈含量較低，秸稈與土壤接觸面積大，土壤為微生物生長提供了很好的條件，微生物利用生長過程中產(chǎn)生的酶加速了秸稈腐解。

從表4可以看出，隨著時間的推移，秸稈腐解率越來越高，深耕+播種模式秸稈的腐解率最大，經(jīng)過一季小麥基本腐解完畢，其中纖維素、半纖維素在土壤微生物的作用下都變成CO2及小分子有機物，增加了土壤有機質(zhì)含量，木質(zhì)素經(jīng)過微生物酶的作用變成小分子的苯環(huán)類化合物，濃度低且對植物生長有一定促進作用。秸稈的腐解率表現(xiàn)為深耕+播種模式＞旋耕+播種模式＞直接播種模式，故有條件的地方最好采用深耕+播種模式，這與很多學者[10]的研究結(jié)果一致，但數(shù)據(jù)比報道數(shù)據(jù)大，這與本試驗采用直接取樣法有關(guān)[11]。

表4 秸稈還田時間與秸稈腐解率的關(guān)系

由此可見，秸稈還田時，將氮、磷、鉀肥料拋撒在秸稈上，采用深耕技術(shù)對玉米出苗率、生物量及產(chǎn)量均有益處，說明玉米苗期對氮肥、磷肥、鉀肥需求量較小?？莶菅挎邨U菌對玉米生物量和產(chǎn)量均有益處，這可能與枯草芽孢桿菌在生長過程中分泌的酶類有關(guān)[9]。有機物料腐熟劑對玉米出苗率雖有益處，但影響不大，故秸稈還田時最好采用枯草芽孢桿菌?？莶菅挎邨U菌用量對玉米產(chǎn)量的影響較其對生物量的影響大，故建議還田時噴施經(jīng)活化處理的枯草芽孢桿菌30 kg/hm2。

小麥成熟時采用“洋馬”收獲機收獲后，將磷酸二氫銨 165 kg/hm2、尿素187.5 kg/hm2、硫酸鉀105 kg/hm2充分混合，拋撒在秸稈上，將經(jīng)活化處理的枯草芽孢桿菌30 kg/hm2均勻地噴施在秸稈表面，采用深耕技術(shù)將其翻入土層中，整地后，將陜單650玉米按照株距30 cm、行距60 cm的密度播種，玉米成熟后采樣進行測產(chǎn)，玉米產(chǎn)量達9 150 kg/hm2，說明正交試驗的結(jié)果是可信的。

3 結(jié)論與討論

耕作模式對玉米產(chǎn)量影響較大，對出苗率影響較小，對生物量的影響介于兩者之間，其原因是隨著秸稈的腐解，土壤中有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉀等養(yǎng)分不斷增加，為玉米生長提供了必要營養(yǎng)，促進了玉米生長和營養(yǎng)體的形成。

無論采用哪種耕作模式，秸稈還田時施足氮、磷、鉀肥處理玉米的出苗率、生物量、產(chǎn)量均優(yōu)于秸稈還田時只施氮肥處理，秸稈還田時只施氮肥處理優(yōu)于秸稈還田時不施肥處理。玉米苗期對肥料（氮肥、磷肥、鉀肥）的需求量較小，對氮肥需求僅為全季氮肥量的2%[12]。微生物在生長過程中需要磷[13]，故秸稈深耕還田時施足氮、磷、鉀肥，從而為微生物生長提供有利條件。

微生物菌劑的種類及其用量對玉米出苗率雖有影響，但影響不大，卻對生物量、產(chǎn)量影響較大，其原因是微生物生活在土壤中，但由于化肥、農(nóng)藥的使用及耕作模式的變化，土壤容重增大，透氣性差，導致土壤微生物菌群失衡，必須外源添加微生物菌劑，加速秸稈腐解、增加土壤與環(huán)境水、熱、氣的交換能力，為微生物生長提供條件，加速秸稈腐解，增加土壤有機質(zhì)含量，促進秸稈中氮、磷、鉀的釋放。

添加微生物菌劑處理玉米的出苗率、生物量、產(chǎn)量均高于不添加微生物菌劑處理，復合菌KM、有機物料腐熟劑、枯草芽孢桿菌對玉米的出苗率影響不大，但枯草芽孢桿菌對玉米生物量、產(chǎn)量的影響較大，這與枯草芽孢桿菌能防治土傳病害和加速秸稈分解有關(guān)[14-15]。

秸稈還田是世界各國培肥地力的重要方法，是李比?！皻w還理論”“藏糧于地、倉糧于技”的具體實踐[13]。本文以耕作模式、施肥方式、微生物菌劑種類及其用量為因素，以不同時期玉米的出苗率、生物量、產(chǎn)量為評價指標，系統(tǒng)研究了秸稈還田方式對出苗率、生物量、產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，秸稈還田時施足氮、磷、鉀肥，噴施經(jīng)活化處理的枯草芽孢桿菌30 kg/hm2，采用深耕+播種技術(shù)，玉米出苗率、生物量、產(chǎn)量均最高。