玉米秸稈還田對玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

徐強(qiáng)

摘 要：【目的】研究不同玉米秸稈還田方式對玉米生長和產(chǎn)量的影響?！痉椒ā恳越斩挷贿€田為對照（CK），設(shè)置4種秸稈還田方式，分別為秸稈粉碎翻壓還田（T1）、秸稈粉碎行間覆蓋還田（T2）、秸稈發(fā)酵翻壓還田（T3）、秸稈炭化還田（T4）。研究了玉米葉面積指數(shù)、光合參數(shù)、干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化特征?！窘Y(jié)果】秸稈還田對玉米生長和產(chǎn)量形成影響顯著，不同秸稈還田方式間存在顯著差異。各處理葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率表現(xiàn)為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，玉米穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量均是T3處理最高?！窘Y(jié)論】秸稈發(fā)酵翻壓還田有利于提高玉米葉面積，增加光合速率和干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高玉米產(chǎn)量，是較好的秸稈還田模式。

關(guān)鍵詞：玉米；秸稈還田；生長；產(chǎn)量

玉米是我國重要的糧食作物和飼料作物之一，對保障我國糧食安全具有重要的意義[1]。吉林省是我國重要的玉米產(chǎn)區(qū)，為我國玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。長期以來，大量的化肥投入成為維持玉米產(chǎn)量的主要方法，但其導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量低、土壤板結(jié)、通透性能差、貯水能力弱、養(yǎng)分比例失衡，作物產(chǎn)量低下[2]。因此，發(fā)展并完善玉米栽培技術(shù)，改善土壤性質(zhì)，提高玉米產(chǎn)量、品質(zhì)成為目前的研究重點(diǎn)[3]。研究表明，秸稈還田能夠改善土壤理化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤保墑能力，減少地面蒸發(fā)，協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱關(guān)系，提高土壤水分利用率，進(jìn)而促進(jìn)作物生長，加快作物的生育進(jìn)程，顯著提高作物產(chǎn)量和種植效益[4]。吉林地區(qū)玉米秸稈資源豐富，而玉米秸稈綜合利用水平相對較低。將玉米秸稈通過還田的方式進(jìn)行利用不僅能有效減少環(huán)境污染，而且能提高資源的利用效率[5]。

北方春玉米區(qū)土壤含水量少、春秋溫度低，秸稈腐解速率較慢，所需時間長，導(dǎo)致秸稈養(yǎng)分不能在玉米關(guān)鍵生育期充分釋放，秸稈碳氮資源不能有效利用[6]。研究認(rèn)為，通過秸稈處理能夠加快秸稈分解，顯著提高利用效率[7]。趙懿等[8]認(rèn)為，秸稈發(fā)酵還田提高了秸稈腐解效率，有效改善土壤微生物特性，提升秸稈還田的肥力效應(yīng)。邵云等[9]的研究表明，不同秸稈還田方式顯著提高了土壤保水能力，增加了干物質(zhì)積累量和單莖干重。目前，有關(guān)秸稈還田利用的研究較多，而針對區(qū)域范圍內(nèi)不同秸稈還田方式對玉米生長和產(chǎn)量的研究較少，因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同秸稈還田方式，研究玉米葉面積、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的變化特征，為玉米秸稈高效利用和玉米高產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

實(shí)驗(yàn)地位于吉林省舒蘭市朝陽鎮(zhèn)，該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降雨683mm，年均氣溫4.3℃，年均有效積溫2708.6℃，年平均日照2426.5h，年無霜期140d。土壤類型為黑鈣土。土壤基礎(chǔ)肥力為：有機(jī)質(zhì)27.42g·kg-1，全氮1.75g·kg-1，堿解氮98.72mg·kg-1，速效磷45.38mg·kg-1，速效鉀153.47mg·kg-1，pH值為6.82。試驗(yàn)玉米品種為京科968。試驗(yàn)用氮、磷、鉀肥分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）和氯化鉀（K2O 60%），均購自當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年進(jìn)行，試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，以秸稈不還田為對照（CK），設(shè)置4種秸稈還田方式，分別為秸稈粉碎翻壓還田（T1）、秸稈粉碎行間覆蓋還田（T2）、秸稈發(fā)酵翻壓還田（T3）、秸稈炭化還田（T4）。T1處理在上茬玉米收獲后將秸稈全量粉碎后旋耕翻埋；T2處理將秸稈移出試驗(yàn)地后粉碎，玉米播種后在行間進(jìn)行覆蓋，秸稈全量還田；T3處理將秸稈移出試驗(yàn)地粉碎，加入尿素調(diào)節(jié)碳氮比至25‥1，然后加入發(fā)酵劑，澆透水，含水量控制在60%左右，堆成草堆覆蓋草簾進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵好后旋耕還田；T4處理將秸稈全部收集，在450℃條件下限氧熱解 6h制成生物炭，然后旋耕翻入土壤。玉米種植密度為82 500株·hm-2，每個小區(qū)寬8 m，長20 m，播種前施入氮肥（N）180kg·hm-2，磷肥（P2O5）120kg·hm-2，鉀肥（K2O）120kg·hm-2，氮肥40％在拔節(jié)期追施，其他肥料均作為基肥一次施入。試驗(yàn)期間按照常規(guī)管理進(jìn)行灌水、除草等農(nóng)事操作。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 玉米葉面積指數(shù)的測定

玉米葉面積采用長寬系數(shù)法測定，每個處理分別在9展葉期（V9）、抽雄期（VT）、水泡期（R2）、乳熟期（R3）隨機(jī)選取5株玉米將全部葉片取下測定，根據(jù)玉米密度計(jì)算葉面積指數(shù)。

1.3.2 玉米葉片光合參數(shù)的測定

玉米葉面積在抽雄期使用Li-6400光合儀，選擇晴天上午分別測定凈光合速率（Pn），氣孔導(dǎo)度（Cr）、蒸騰速率（Tr）和胞間二氧化碳濃度（Ci），每個處理測定3次。

1.3.3 玉米干物質(zhì)的測定

分別在9展葉期（V9）、抽雄期（VT）、水泡期（R2）、乳熟期（R3）、成熟期（R6）進(jìn)行取樣，每個處理隨機(jī)選擇連續(xù)5株玉米植株，將植株按莖、葉、穗分開，于105℃下殺青30min，80℃下烘干至恒重，進(jìn)行稱重，測定干物質(zhì)積累量，計(jì)算花前營養(yǎng)體干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（g）、花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率（％）、花后同化物輸入籽粒量（g）、花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率（％）。

1.3.4 玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定

玉米成熟后進(jìn)行實(shí)收測產(chǎn)，每個處理選擇5穗玉米進(jìn)行考種，分別測定穗行數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行計(jì)算處理，采用SPSS 24.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對玉米葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)反映作物光合器官的大小，葉面積直接影響作物的光合作用、物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成。從表1可知，不同秸稈還田方式對玉米葉面積指數(shù)具有顯著的影響。在V9期，各處理間沒有顯著差異。在VT期，秸稈還田處理均顯著高于CK，各處理從大到小依次為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出6.70％、4.25％、11.76％和9.64％，各處理間差異均顯著。在R2期，變化特征和VT期相似，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出3.89％、9.73％、16.15％和11.28％，T2和T4處理間沒有顯著差異。在R3期，變化特征也和VT期相似，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出5.79％、8.56％、17.59％和12.73％，T1和T2處理間沒有顯著差異。這表明在各生育時期的T3處理葉面積指數(shù)最大。

2.2 秸稈還田對玉米葉片光合參數(shù)的影響

光合作用是作物物質(zhì)生產(chǎn)和積累的重要化學(xué)反應(yīng)過程，從表2可知，秸稈還田對玉米葉片光合參數(shù)具有顯著的影響，凈光合速率從大到小依次為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出4.14％、1.87％、13.80％和9.96％，各處理間差異均顯著。各處理對氣孔導(dǎo)度的影響和CK沒有顯著差異。胞間二氧化碳濃度表現(xiàn)為T3＜T4＜T1＜T2＜CK，處理間差異均顯著。蒸騰速率從大到小依次為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出3.91％、2.20％、4.56％和3.67％，各處理間差異均顯著。這表明T3處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率最大。

2.3 秸稈還田對玉米干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量的形成有密切的關(guān)系。從表3可知，秸稈還田對玉米干物質(zhì)積累量有顯著的影響。在V9期，各處理間沒有顯著差異。在VT期，秸稈還田處理均顯著高于CK，各處理從大到小依次為T3＞T1＞T4＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出8.53％、4.77％、10.34％和8.43％，T1和T2、T3和T4處理間沒有顯著差異。在R2期，變化特征和VT期相似，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出6.98％、3.48％、14.64％和10.29％，各處理間差異均顯著。在R3期，變化特征和VT期相似，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出8.75％、3.64％、13.49％和11.47％，T3和T4處理間沒有顯著差異。在R6期，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出8.96％、5.19％、14.44％和12.37％，各處理間差異均顯著。這說明在T3處理下的干物質(zhì)積累量在各生育時期最高。

2.4 秸稈還田對玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)能夠體現(xiàn)源庫關(guān)系是否協(xié)調(diào)，直接影響玉米產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，除T2處理外，各處理花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量均顯著高于CK，T1、T3和T4分別比CK高出5.11％、10.71％和3.41％，T1和T4處理間沒有顯著差異?；ㄇ案晌镔|(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率T1和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著低于CK?；ê蟾晌镔|(zhì)積累量從大到小依次為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出9.54％、5.74％、19.89％和17.59％，T1和T2處理間沒有顯著差異。花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率T4處理最高，其次是T3處理，各處理均高于CK，T4處理顯著高于CK。

2.5 秸稈還田對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表5可知，不同處理間的玉米產(chǎn)量存在明顯差異。秸稈還田對玉米穗數(shù)和穗行數(shù)沒有顯著的影響。除了T2處理外，其他處理的行粒數(shù)均顯著高于CK，表現(xiàn)為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T3和T4分別比CK高出6.14％、2.10％和13.98％。百粒重變化特征和行粒數(shù)相似，各處理均顯著高于CK，從大到小依次為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，各處理均在0.05水平上顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出3.74％、3.53％、10.23％和7.73％。產(chǎn)量從大到小表現(xiàn)為T3＞T4＞T1＞T2＞CK，各處理間差異均顯著，T1、T2、T3和T4分別比CK高出8.52％、3.96％、17.77％和14.33％。這說明在T3處理下的行粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量最高，增產(chǎn)效果最明顯。

3 討論

作物秸稈是寶貴的生物資源，秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀元素。秸稈還田可以充分利用寶貴的作物秸稈資源，改良土壤、培肥地力[10]；同時可以保持水土、抗旱保墑，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。實(shí)踐證明，實(shí)施秸稈還田是增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、改良土壤、培肥地力的一項(xiàng)有效措施[11]，既是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的一項(xiàng)重要舉措，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。玉米產(chǎn)量主要取決于光合作用的物質(zhì)生產(chǎn)力，而葉面積是決定光合生產(chǎn)力的重要因素[12]。研究表明，秸稈還田有效改善了作物生長的環(huán)境，從而促進(jìn)作物的生長發(fā)育[13]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田顯著提高了各生育期玉米葉面積指數(shù)，主要是由于秸稈還田補(bǔ)充了土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)，從而對玉米地下和地上生長起到協(xié)調(diào)作用，增加了葉面積指數(shù)[14]。在本研究中，秸稈發(fā)酵翻壓還田處理葉面積指數(shù)最高，主要是由于秸稈發(fā)酵后，秸稈中的纖維素、半纖維素等不容易分解的物質(zhì)被微生物分解成小分子物質(zhì)，縮短了秸稈在土壤中的反應(yīng)時間，有利于土壤微生物繁殖，進(jìn)而促進(jìn)玉米根系下扎，協(xié)調(diào)土壤、根系和地上部的關(guān)系[15]。

光合作用是植物生長發(fā)育和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要反應(yīng)，玉米生長需要的化學(xué)能主要源于葉片對截獲光能進(jìn)行光合作用，秸稈還田對玉米光合作用的影響主要是改善根系生長空間，促進(jìn)養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)化，從而有利于保證光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)[16]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田處理下的光和參數(shù)優(yōu)于對照，主要是由于秸稈還田改善了土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而改善了農(nóng)田小氣候環(huán)境，協(xié)調(diào)了個體和群體關(guān)系，改善了玉米對光溫水等資源的利用率[17]。在本研究中，秸稈發(fā)酵翻壓還田處理的玉米葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率最高，主要是由于該秸稈還田模式下光能的截獲利用率較高，顯著提高了光合作用。

干物質(zhì)積累是籽粒產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，秸稈還田能夠增加玉米干物質(zhì)積累量[18]。研究表明，干物質(zhì)積累量在一定范圍內(nèi)是與產(chǎn)量呈正相關(guān)的，花后光合產(chǎn)物對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)到70％以上[19]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田顯著提高玉米干物質(zhì)積累量、玉米穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量，秸稈發(fā)酵翻壓還田處理效果最好，主要是由于在秸稈發(fā)酵翻壓還田處理下玉米葉面積指數(shù)較大、光合速率較高，有利于光合產(chǎn)物的積累，從而提高玉米產(chǎn)量。

4 結(jié)論

綜上所述，不同秸稈還田處理對玉米影響不同，其中，秸稈發(fā)酵翻壓還田處理葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、玉米穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量均是T3處理最高，是較好的秸稈還田模式。

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