濱海鹽堿地秸稈還田對小麥生長及產(chǎn)量的影響

王 拯 張勝全 婁鴻耀 宋 科 許春輝 陳兆波

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院雜交小麥研究所 北京 100097；2.山東濱州國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū) 山東濱州 256800）

我國鹽堿地面積有1 億hm2，其中濱海鹽堿地是重要的組成部分， 改良濱海地區(qū)中低度鹽堿地進(jìn)行小麥生產(chǎn)，對增加全國小麥種植面積，提高糧食產(chǎn)量有重要意義。 目前，濱海鹽堿地小麥產(chǎn)量水平較低，平均單產(chǎn)在2 250~3 000 kg/hm2之間。鹽堿地小麥產(chǎn)量低除了受鹽分脅迫外，土壤容重高、結(jié)構(gòu)黏滯、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)少、 透水透氣性差等特點(diǎn)也是影響作物生長的主要因素[1-2]。 相對高粱、棉花、水稻等作物，小麥生長對鹽分脅迫較為敏感，鹽分超過5‰的地塊就不適合進(jìn)行小麥生產(chǎn)。在鹽分2‰～5‰的中輕度鹽堿地開展小麥生產(chǎn)是鹽堿地綜合利用進(jìn)行糧食生產(chǎn)的重點(diǎn)。 在眾多鹽堿地利用技術(shù)措施中，鹽堿地秸稈還田被認(rèn)為是改良土壤結(jié)構(gòu)、增加有機(jī)質(zhì)含量、隔斷鹽分遷移的有效措施[3]。 秦都林等的研究表明，秸稈還田可以降低土壤容重， 增加土壤孔隙度及土壤滲透系數(shù)；趙霞等的研究表明，小麥田秸稈還田能夠提高土壤有效磷、 速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量； 曲學(xué)永的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田能夠減少土壤水分散失,減輕鹽分在表層土壤的富集，促進(jìn)作物生長[4-6]。

位于山東東營、 濱州的黃河三角洲地區(qū)是典型的濱海鹽堿地，該地區(qū)具有雨熱同期的氣候特點(diǎn)，7-10 月為集中降雨期，年降水量超過500 mL。 集中的降水對土壤鹽分進(jìn)行淋洗，能夠降低土壤含鹽量，為秋季玉米生長提供較好的條件， 為開展還田提供較為充足的作物秸稈[8-9]。 通過研究不同秸稈還田方式對降低土壤鹽分作用和對小麥生長與產(chǎn)量的影響，為科學(xué)的開展秋季作物秸稈還田、 改善濱海鹽堿地土壤提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2021 年10 月至2022 月6 月在濱州市沾化區(qū)山東濱州農(nóng)業(yè)科技園區(qū)內(nèi)開展，試驗(yàn)田為沙性鹽堿土，土壤鹽分為3‰～5‰。 供試小麥品種為山農(nóng)22，于2011 年通過國家農(nóng)作物品種審定委員會審定（審定編號：國審麥2011013），適宜在山東全省及黃淮北片種植，該品種根系發(fā)達(dá)、分蘗成穗能力強(qiáng)、后期灌漿快，是適合在鹽堿地種植的豐產(chǎn)型品種。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)置5 個處理，分別為T1（CK）：玉米秸稈不還田，收獲后把玉米秸稈及雜草清理出試驗(yàn)地，旋耕地塊后播種；T2（粉碎+旋耕還田）：玉米收獲時用秸稈還田機(jī)打碎，旋耕2 遍后播種；T3（粉碎+翻耕還田）：玉米收獲時用秸稈還田機(jī)打碎，犁地翻耕，秸稈翻耕到25 cm 以下的土壤，旋耕后播種；T4（不粉碎+秸稈腐熟劑+秸稈深埋機(jī)）： 玉米收獲后在地里撒施秸稈腐熟劑30 kg/hm2（枯草芽孢桿菌、黑曲霉、酵母、腐植酸），用專用秸稈還田機(jī)把秸稈集中成條狀埋在30 cm 以下土壤，旋耕后播種；T5（2 倍不粉碎秸稈+秸稈腐熟劑+秸稈深埋機(jī)）：準(zhǔn)備2 倍的玉米秸稈量，其他同T4 處理。 小區(qū)面積100 m2，每個處理設(shè)置3 次重復(fù)，共15 個小區(qū)。

1.2 種植管理

1.2.1 整地耕作 玉米收獲后撒施底肥， 根據(jù)土壤墑情及時耕地，按照不同處理方式完成秸稈還田，整地備播。

1.2.2 播種 10 月15 日采用行距15 cm 的小麥播種機(jī)播種， 基本苗密度375 萬/hm2， 播種深度3～5 cm。

1.2.3 肥水管理 底肥施600 kg/hm2小麥專用復(fù)合肥（18∶30∶4），3 月25 日拔節(jié)期大水漫灌1 次，灌水量為1 100～1 500 m3/hm2， 隨水施入450 kg/hm2的尿素，開花灌漿期噴施磷酸二氫鉀7.5 kg/hm2。

1.2.4 病蟲草害防治 3 月20 日一噴三防，施麥豐、2 甲雙氟、多效唑、噻蟲嗪，主要進(jìn)行田間除草、病害和蚜蟲防治；5 月12 日施入聯(lián)苯噻蟲胺、 醚菌氧環(huán)唑、磷酸二氫鉀，主要防治白粉病和蚜蟲，同時噴施磷酸二氫鉀葉面肥。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 錄入， 采用SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤耕層鹽分含量變化

分別在小麥播種前、返青后、灌水后、收獲前對試驗(yàn)地土壤耕層鹽分進(jìn)行檢測。 由圖1 可知，小麥播種前土壤耕層鹽分在1.81‰～1.85‰之間， 各地塊基本一致，平均1.82‰。 春季氣溫回暖土壤返墑后，耕層土壤鹽分平均值為2.93‰，T1、T2、T3、T4、T5 土壤耕層鹽分分別為3.22‰、3.02‰、2.80‰、2.86‰、2.77‰。 數(shù)據(jù)表明，土壤耕層含鹽量隨春季水分上移而升高，但不同處理間存在差異，T5 處理相對其他處理鹽分升高幅度最小， 提高還田秸稈量和集中填埋對降低耕層鹽分有效。 春灌后土壤耕層含鹽量整體下降，平均為2.01‰，其中不粉碎秸稈深埋處理更有利于鹽分淋洗，降低耕層土壤含鹽量。 隨著小麥的生長到收獲前期， 各處理耕層土壤鹽分平均值為3.01‰， 又呈現(xiàn)上升趨勢，T1、T2、T3、T4、T5 分別為3.35‰、3.12‰、2.96‰、2.87‰、2.75‰。 試驗(yàn)表明，秸稈還田后耕層土壤鹽分在小麥生長季變化幅度相對降低， 鹽分在耕層土壤富集得到了一定緩解， 其中2 倍不粉碎秸稈+秸稈腐熟劑+秸稈深埋劑的T5 處理含鹽量最低。

2.2 出苗時間與出苗率

由表1 可知,在不同處理地塊進(jìn)行條播，種子發(fā)芽率為96%，基本苗設(shè)計為300 萬/hm2，播種深度3～5 cm。 同一天完成播種，在播種完成后9 d 和15 d 分別進(jìn)行出苗調(diào)查。 出苗率平均為80.4%，田間出苗損失為15.6%。 各處理在播種后第9 天和第15 天出苗率存在差異，其中T2、T4 出苗率分別優(yōu)于對照5%和4%， 表明秸稈還田對鹽堿地小麥出苗率提升有一定效果。分析秸稈還田方式的差異，T2 采取粉碎旋耕還田、T4 采取不粉碎+秸稈腐熟劑+秸稈深埋機(jī)的還田方式對于播種時土壤濕度大的地塊， 能夠提升土壤透氣性，改善鹽堿土壤氣、溫條件。 而T5 出苗率不高與秸稈還田量和還田質(zhì)量有一定關(guān)系。

表1 不同秸稈還田方式對小麥出苗率的影響

2.3 分蘗動態(tài)

由圖2 可知， 播種60 d 后各處理冬前分蘗數(shù)量有顯著差異，T2、T4、T5 處理冬前莖分別是880 萬/hm2、921萬/hm2和962.2萬/hm2， 較T1增加超過200萬/hm2，T5 增加最明顯。 T3 相對T1 差異不顯著，與秸稈還田方式對冬前生長階段土壤耕層結(jié)構(gòu)影響不大有關(guān)。 在次年3 月25 日對最高莖數(shù)進(jìn)行調(diào)查，T2、T4、T5 處理最高莖數(shù)均超過1 000 萬/hm2， 分別為1 077萬/hm2、1 074 萬/hm2、1 193 萬/hm2，T3 較T1 增加63萬/hm2。 表明秸稈還田對小麥群體形成有促進(jìn)作用，能夠減少鹽分對幼苗階段的脅迫。 在4 種秸稈還田處理中，T5 秸稈還田量和還田方式效果最好。

圖2 不同秸稈還田方式對小麥分蘗的影響

2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

對各處理最終產(chǎn)量及產(chǎn)量三要素進(jìn)行對比分析（表2），T5 的產(chǎn)量最高， 較T1 不采取秸稈還田的鹽堿地增產(chǎn)17.3%；其次是T4、T3、T2，相比對照增產(chǎn)分別為12.0%、5.0%、6.5%，由此表明，在鹽堿地塊采取上季玉米秸稈還田較秸稈清除能夠提高下季小麥產(chǎn)量， 且在增加秸稈還田量+秸稈腐熟劑+秸稈深埋的方式下小麥增產(chǎn)幅度最高。

表2 不同秸稈還田方式對小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

對產(chǎn)量要素分析可知，各處理畝穗數(shù)差異較大，秸稈還田的處理較空白對照均有一定幅度的增加，T5 較對照增幅最大， 為16.8%，T3 較對照增幅最小，為7.7%。結(jié)合冬前分蘗數(shù)和最高莖數(shù)的數(shù)據(jù)分析，對照除前期分蘗較少外， 在拔節(jié)期無效分蘗退化也是導(dǎo)致群體降低的原因。 不同的處理穗粒數(shù)和千粒重差距較小， 其中T1 處理穗粒數(shù)較高是分蘗成穗較少、主穗占比較高的原因。

3 討論與結(jié)論

農(nóng)田秸稈的還田利用是提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善結(jié)構(gòu)、提高養(yǎng)分的有效方式。 在濱海鹽堿地，有效的利用上季作物秸稈， 特別是生物產(chǎn)量高的玉米秸稈， 能夠在土壤耕層和地下鹽分之間產(chǎn)生生物質(zhì)隔層，減少鹽分在土壤耕層的富集。 返青期和灌漿成熟期是該區(qū)域土壤耕層鹽分上移的富集期， 秸稈還田地塊土壤鹽分較對照均有減輕，2 倍不粉碎秸稈+秸稈腐熟劑+秸稈深埋機(jī)的T5 處理效果最好。 土壤中還田的秸稈能夠降低土壤容重， 增加鹽堿土壤透氣性， 提升出苗速度， 進(jìn)而促進(jìn)鹽堿地冬前幼苗生長。 試驗(yàn)證明，秸稈粉碎+旋耕還田的T2 處理，粉碎的秸稈還田在0～20 cm 的耕層， 出苗率和出苗速度較對空白對照和其他處理更快， 這與秸稈在土壤中的分布深度和分散程度差異有關(guān)。 T2 的秸稈還田方式在越冬期會導(dǎo)致土壤不實(shí)， 易出現(xiàn)凍害和返青后死苗現(xiàn)象[10]。在后期對產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)查中能夠發(fā)現(xiàn)，T2 處理最終產(chǎn)量結(jié)果為4 410.3 kg/hm2，不如T4、T5 處理的4 635.7 kg/hm2、4 858.4 kg/hm2， 也證明了這一點(diǎn)。 分析產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，秸稈還田處理較空白對照均增產(chǎn)， 產(chǎn)量形成主要影響因素為畝穗數(shù)的差異。 這也進(jìn)一步說明，鹽堿地小麥產(chǎn)量形成中群體大小對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)和影響更大一些。 在不同的還田處理方式中， 采取加大秸稈還田量并配合秸稈腐熟劑的使用，能夠更好地提升秸稈還田效果，對鹽堿地耕層土壤改良和最終產(chǎn)量形成效果更好。 試驗(yàn)中T3、T4 是同樣秸稈量深埋，T4 添加了秸稈腐熟劑，最終產(chǎn)量結(jié)果優(yōu)于T3。 T4、T5 處理中秸稈不粉碎是為滿足秸稈深埋設(shè)備的設(shè)計和工作原理需求，較完整的秸稈便于機(jī)械對秸稈的撿拾、收集和填埋[11]。

目前也有很多關(guān)于秸稈還田造成減產(chǎn)的報道，主要集中在因秸稈還田增加土壤耕種難度， 影響播種質(zhì)量； 秸稈還田后帶入土壤更多病蟲害影響作物生長；秸稈還田后腐熟慢，腐爛過程造成氮素消耗影響幼苗生長等方面。 在高產(chǎn)區(qū)域或水肥條件好的高產(chǎn)田，秸稈還田存在一些弊端[12-14]。 在實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中，采用深埋方式的秸稈還田，能夠減少土壤表層秸稈對幼苗前期生長的影響； 播種時添加種肥能夠補(bǔ)充種子附近土壤環(huán)境中的氮素， 減少秸稈腐爛對氮素的消耗；秸稈還田后通過種子包衣、加強(qiáng)植保也能對病蟲起到有效防治。 本研究是關(guān)于秸稈還田對濱海鹽堿地小麥生長促進(jìn)方面的討論， 秸稈還田還能帶來的土壤結(jié)構(gòu)改善，使土壤中氮、磷和鉀等營養(yǎng)元素增加，降低鹽分脅迫，對于環(huán)渤海濱海鹽堿地類型的農(nóng)田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利大于弊， 是有利于小麥生產(chǎn)的技術(shù)措施。

作物的產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分、 結(jié)構(gòu)有非常重要的關(guān)系。 隨著高投入農(nóng)業(yè)模式的廣泛應(yīng)用，化學(xué)肥料過量使用使土壤結(jié)構(gòu)不斷變差、有機(jī)質(zhì)含量逐漸降低，微生物種群數(shù)量和土壤養(yǎng)分循環(huán)情況都在惡化[15-18]。 目前針對土壤修復(fù)相關(guān)措施主要是施入腐植酸銨、有機(jī)肥、微生物肥，但都需要一定的經(jīng)濟(jì)投入。 作物秸稈是最經(jīng)濟(jì)的農(nóng)田有機(jī)質(zhì)， 通過秸稈的還田能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中形成良性循環(huán)， 改善和提高原有土壤環(huán)境。 秸稈還田過程中添加的腐熟劑也有很多類型，有的通過增加氮肥降低碳氮比，有的加入微生物加速秸稈分解，有的加入有益菌改善土壤環(huán)境[19-20]。本試驗(yàn)選擇功能綜合性的腐熟劑， 對鹽堿地小麥生長起到促進(jìn)作用。