秸稈還田對(duì)東北地區(qū)黑土地質(zhì)構(gòu)和玉米產(chǎn)量的影響研究

摘要：為明確秸稈還田對(duì)東北地區(qū)黑土地的土壤質(zhì)構(gòu)和玉米產(chǎn)量的影響，以長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，總結(jié)秸稈還田后的土壤容重、緊實(shí)度和持水量等指標(biāo)變化及秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，旨在為進(jìn)一步提高玉米產(chǎn)量提供參考。

關(guān)鍵詞：秸稈還田； 玉米產(chǎn)量； 土壤質(zhì)構(gòu)； 黑土地

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2024）03-0028-02

我國東北地區(qū)黑土地總面積1.09 億hm2，位列全球第二，其中典型黑土地耕地面積為1 853.33 萬hm2，糧食產(chǎn)量和調(diào)出量分別占全國的3/4和1/3，為國家的糧食安全提供了重要保障[1]。在黑土地受到過度開發(fā)利用和氣候等多種因素的長期影響下，黑土地質(zhì)量逐漸退化。2021年中央一號(hào)文件提出“實(shí)施國家黑土地保護(hù)工程，推廣保護(hù)性耕作技術(shù)”。玉米是東北地區(qū)的主要糧食作物，種植面積和產(chǎn)量較大。分析和總結(jié)玉米秸稈還田后的土壤容重、緊實(shí)度和持水量等指標(biāo)的變化，以及秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，對(duì)于進(jìn)一步提高黑土地質(zhì)量具有重要意義。

1 秸稈還田對(duì)黑土地質(zhì)構(gòu)的影響

1.1 黑土地質(zhì)構(gòu)變化趨勢

目前，東北地區(qū)黑土地面臨土壤侵蝕嚴(yán)重、有機(jī)質(zhì)含量減少、土壤結(jié)構(gòu)變差、蓄水能力下降等問題[1]。水利部水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測顯示，部分地區(qū)黑土層厚度已下降至20～40 cm，玉米產(chǎn)量也隨黑土層厚度的減少呈明顯下降趨勢。每侵蝕1 cm黑土層，玉米產(chǎn)量減少123.7 kg/hm2。20 cm是維護(hù)玉米產(chǎn)量的最小黑土層厚度。表征黑土地物理性質(zhì)的主要參數(shù)和指標(biāo)包括容重、緊實(shí)度、總孔隙度和田間持水量等，分別代表土壤透氣性、養(yǎng)分積累和釋放、根系生長和生物活性調(diào)節(jié)情況。自然黑土地開墾后的結(jié)構(gòu)與持水量變化見表1。

由表1可知，開墾的80 a間，黑土地的容重逐漸增加，由7.59% 增加到59.49%；總孔隙度呈減小趨勢；田間持水量呈減小趨勢。

1.2 秸稈還田對(duì)黑土地質(zhì)構(gòu)的影響

為提升黑土地質(zhì)量及解決秸稈焚燒帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部堅(jiān)持以“農(nóng)用為主、多元利用”為方向，引導(dǎo)各地立足當(dāng)?shù)氐母魈攸c(diǎn)和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，統(tǒng)籌做好秸稈科學(xué)還田和離田高效利用工作。生產(chǎn)實(shí)踐表明，秸稈還田能夠提高生土熟化速度，改良土壤性質(zhì)。

土壤緊實(shí)度影響作物生長及產(chǎn)量，過松或過緊都會(huì)影響土壤的養(yǎng)分、水分、通氣的協(xié)調(diào)性。黑土地較易形成堅(jiān)實(shí)層，但不合理的耕作方式會(huì)加劇土壤的堅(jiān)實(shí)性，使耕作層逐漸變薄。張冬梅等[2]對(duì)冷涼區(qū)旱地玉米保護(hù)性耕作的研究表明，免耕+秸稈半覆蓋的0～15 cm土壤緊實(shí)度顯著大于常規(guī)旋+露地種植和條耕+秸稈半覆蓋；但隨著免耕年限的延長，土壤緊實(shí)度逐漸降低。于博等[3]在內(nèi)蒙古平原灌區(qū)開展了玉米秸稈還田試驗(yàn)，秋收后將玉米秸稈全量粉碎深翻還田，還田量為20 034.97 kg/hm2，與對(duì)照（不深翻秸稈還田）相比，玉米秸稈全量粉碎深翻能顯著降低0～40 cm土層的土壤容重，但還田年限對(duì)土壤容重的影響不顯著，土壤緊實(shí)度由原來的2 375 kPa逐漸降低至163、93、93、70 kPa。

團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）是評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，MWD值越大，表示團(tuán)聚體穩(wěn)定性越強(qiáng)。蘇思慧等[4]開展為期3 a的耕作和秸稈條帶還田試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)秸稈還田處理能夠提高0～40 cm土層的團(tuán)聚體平均MWD、2.00 mm 以上和0.25～2.00 mm 大團(tuán)聚體含量及有機(jī)碳貢獻(xiàn)率，說明秸稈還田有利于微團(tuán)聚體的團(tuán)聚，能起到增加擾動(dòng)阻力和減少團(tuán)聚體破壞的作用。

2 秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

光合作用能力、葉綠素含量和葉面積是影響玉米產(chǎn)量的重要因素。光合性能優(yōu)化、葉綠素含量提高和葉面積增加的共同作用可促進(jìn)玉米增產(chǎn)。凈光合速率反映植株葉片進(jìn)行光合作用同化有機(jī)物的速率，是表征其光合性能最直接的指標(biāo)。葉綠素含量是光合速率提高的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同耕作方式的玉米植株中葉綠素含量存在顯著差異。在我國中部地區(qū)，免耕秸稈覆蓋還田通過降低非氣孔限制來提高玉米的凈光合速率。

魯悅等[5]研究表明，籽粒產(chǎn)量與凈光合速率呈顯著正相關(guān)，與葉綠素含量、葉面積間的相關(guān)性均不顯著，說明玉米籽粒產(chǎn)量的提高主要通過提高凈光合速率即光合性能來實(shí)現(xiàn)。在我國東北黑土區(qū)進(jìn)行10 a的免耕定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)拔節(jié)期、抽雄期的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率與凈光合速率的變化趨勢一致，即隨著秸稈還田量的增加而增加。

秸稈還田對(duì)于促進(jìn)玉米增產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。張冬梅等[2]在冷涼區(qū)旱地開展為期5 a的試驗(yàn)表明，采用免耕和條耕方式實(shí)行玉米秸稈覆蓋均比常規(guī)耕作增產(chǎn)。王治統(tǒng)等[6]研究表明，與不還田相比，秸稈還田的玉米產(chǎn)量可提高13.40%～21.00%。孫善文[7]在黑龍江省西部半干旱區(qū)開展的秸稈覆蓋免耕試驗(yàn)表明，與常規(guī)壟作相比，秸稈歸行覆蓋還田的玉米百粒質(zhì)量最大，達(dá)到38.4 g，且籽粒含水量均高于常規(guī)壟作，玉米產(chǎn)量增加2.10%。徐強(qiáng)[8]研究了不同玉米秸稈還田方式對(duì)玉米生長和產(chǎn)量的影響，以秸稈不還田為對(duì)照，發(fā)現(xiàn)秸稈還田對(duì)玉米穗數(shù)和穗行數(shù)沒有顯著影響，但行粒數(shù)和百粒質(zhì)量均顯著提高；秸稈粉碎翻壓還田、秸稈粉碎行間覆蓋還田、秸稈發(fā)酵翻壓還田和秸稈炭化還田分別比對(duì)照的玉米產(chǎn)量高8.52％ 、3.96％ 、17.77％ 和14.33％，且各處理間差異顯著。其中，秸稈發(fā)酵翻壓還田的行粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量最高，增產(chǎn)效果最明顯。徐瑩瑩等[9]為期4 a的定位試驗(yàn)表明，與常規(guī)旋耕相比，秸稈覆蓋還田+深松和秸稈深翻還田處理能夠顯著降低果穗禿尖長度，提高百粒質(zhì)量，使玉米增產(chǎn)3.20%和6.80%。

3 結(jié)語

當(dāng)前，以秸稈還田和免耕為代表的保護(hù)性耕作技術(shù)在東北地區(qū)黑土區(qū)的應(yīng)用面積不斷增加，同時(shí)對(duì)秸稈還田方法、深度和數(shù)量的研究廣度與深度不斷加強(qiáng)，目前已占當(dāng)前保護(hù)性耕作研究成果的60% 以上。對(duì)東北地區(qū)實(shí)施保護(hù)性耕作的研究顯示，秸稈全層還田會(huì)阻礙根系下扎，導(dǎo)致作物出苗困難，且寒涼地區(qū)的玉米秸稈覆蓋會(huì)攔截太陽輻射，妨礙土壤與大氣之間的熱交換，不利于溫度升高，對(duì)春季適時(shí)播種有一定影響。因此，在玉米秸稈還田技術(shù)的應(yīng)用過程中，要充分考慮區(qū)域內(nèi)的環(huán)境條件和種植模式，因地制宜地選擇適宜的秸稈還田方式。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：保護(hù)性耕作農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)（2022JH1/10400017）；遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組建項(xiàng)目——遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備再制造創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（1JH13/10200006）