秸稈不同處理方式對春玉米生產力及水分利用效率的影響

冀雅珍，武海霞

（1.山西省水利水電科學研究院，山西太原 030002；2.河北工程大學水利水電學院，河北邯鄲 056038）

山西省所屬氣候為溫帶大陸半干旱類型，降雨時空分布不均，對作物生長造成一定影響。春玉米是晉中一帶主要種植作物，全生育過程耗水量較大，因此，水分是作物主要生長要素之一，對玉米的發育生長有著極其重要的作用[1-2]。通過秸稈還田，不僅能補充土壤所需的養分，改善土壤物理化學性狀，增加土壤的有機質含量，提高土壤肥力，還能增加土壤的透水性，同時也是作物生產中保持土壤墑情、節水、增產和提高水分利用效率的有效措施[3-5]。此項措施的實施，一般可以使土壤有機質含量提高0.15%～0.20%，作物產量提高5%～10%[6-8]。秸稈還田是干旱、半干旱農業實用技術措施之一，適應生產發展和環境保護的雙重需求，對農業的生產與發展具有重要意義。

1 試驗方案及方法

1.1 試驗區概況

此次試驗地處山西省文水縣胡蘭鎮崖底村，該地所屬氣候為溫帶大陸半干旱類型，多年平均氣溫為9.5℃，降水多集中在7～9月份，年平均降雨量450 mm左右，蒸發量年平均為1 563.3 mm（20cm口徑蒸發皿），年累積日照為2 303.1 h，無霜期為180 d左右，試驗田肥力均勻，主要種植春玉米，一年一熟。土壤質地為壤土，田間持水量26.9%，容重為1.56 t/m3，0～50 cm速效磷含量為0.31%，地下水礦化度787 mg/L，有機質含量為0.85%，土壤全鹽量0～80 cm平均0.617 4%，全年地下水埋深0.5～4.0 m。

1.2 試驗材料

試驗區春玉米選擇農戶常種品種東單1331，行距0.5 m，株距0.4 m。各處理方式中玉米秸稈還田量均為4 380 kg/hm2左右，石膏用量約為200 g/m2。基肥施有機肥22 500 kg/hm2，磷肥750 kg/hm2，生育期追拔節肥一次，追尿素450 kg/hm2，在降雨、灌溉后或者根據土壤板結情況進行中耕。

1.3 方案設計

試驗設置3個處理方式：處理一加長秸桿氨化還田（CN）、處理二粉碎秸桿氨化加土壤改良劑還田（FNT）與處理三傳統無秸桿還田（CK）。3個處理完全隨機排列。每個處理試驗面積為144 m2，周圍布置寬2 m的保護帶，中間設置寬2 m的隔離帶。

1.4 計算方法

1.4.1 Logistic生長模型模擬

Logistic模型是經典生態學回歸分析模型之一[9]，項目研究中把春玉米生長的時間作為自變量，來闡述春玉米群體的生長發育過程[10]。試驗中用模型來對不同秸稈還田處理的春玉米株高進行回歸模擬，Logistic回歸分析公式為：

式中，Y為春玉米某一階段的株高，cm；t為某一階段春玉米株高的發育天數，d；Km，a，b均為回歸分析模型的待定系數。

1.4.2 土壤儲水量及作物有關指標

有關指標按以下公式計算：

式中，Wc為土壤儲水量，mm；R是土壤質量含水率，%；V是土壤平均體積質量，g/cm3；H是土壤層厚度，cm；WU是春玉米全生育階段的耗水量，mm；P是春玉米生育階段降水量，mm；I是生育階段內的灌水量，mm；ΔW是土壤供水量，mm；WUE是玉米產量水分利用效率；Y是玉米產量，kg/hm2；ET是農田蒸散量，mm；W1，W2為相鄰兩次取樣時0～100 cm土壤蓄水量，mm。

1.4.3 玉米測產方法

畝產量具體計算公式如下：

式中，Y為每畝鮮果穗重，kg；Y1為平均鮮果穗重，kg；A1為樣點面積，m2。

玉米每畝產量計算公式為

式中，Y2為樣品干籽粒重，kg。

2 試驗結果與分析

2.1 不同秸稈還田處理下春玉米Logistic生長模型

研究以式（1）對不同秸稈還田處理的春玉米株高進行回歸分析，并估算了方程中的特征值。分析Logistic曲線生長方程 3 個階段（0～t1，t1～t2，t2以后），不同秸稈還田處理下對春玉米生長的Logistic生長模型（見表1）。

表1 不同秸稈還田處理春玉米Logistic模型曲線

表2為不同秸稈還田處理春玉米株高指標值。

表2 不同秸稈還田處理春玉米株高指標值分析

由表2可知，CN、FNT、CK在播種后32 d左右春玉米進入生長茂盛期，但CN、FNT均較CK滯后，滯后天數分別為1.27 d和1.28 d；各處理在播后73 d左右結束生長茂盛期，CN、FNT較CK滯后了0.36 d和1.2 d；CN、FNT的最大生長速度（Vmax）較CK分別高5.48%和6.26%；CN、FNT的玉米生長特性值（Gt）較CK分別高3.16%和6.02%；CN、FNT的玉米株高最大值Km較CK分別高7.72%和10.78%。

由此可知，FNT能顯著提高玉米的生長速率，對春玉米生物量的累積具有正效應。

2.2 不同秸稈還田處理對春玉米干物質的作用

不同生育期不同秸稈還田處理下春玉米干物質動態變化，見圖1。

圖1 不同生育期不同秸稈還田處理下春玉米干物質動態變化

據圖1可知，在播種后38 d，CN、FNT干物質分別較CK高1.55%和14.30%；播種38～59 d，CN、FNT干物質分別較CK高1.17%和27.04%；播種59～79 d，CN、FNT干物質分別較CK高7.38%和60.23%；播種79～100 d，CN、FNT干物質分別較CK高35.16%和38.72%；播種100～160 d，CN、FNT干物質分別較CK高9.98%和12.82%。

分析表明：在播種后59 d內，3個處理干物質的累積促進作用不明顯；在59～160 d內，均表現出CN、FNT植株干物質的積累均高于CK，尤其FNT對玉米干物質的累積具有顯著的促進作用，其變化趨勢較大的為FNT，其次為CN，最后為CK。

2.3 不同秸稈還田處理對玉米產量的作用

試驗中對3個處理方式的玉米產量等進行了測量分析。各處理籽粒產量、生物量見圖2～3。

由圖2可知，在玉米生育期，秸稈還田3種處理方式對春玉米籽粒產量的影響各有差異。CN、FNT的籽粒產量分別較CK高16.32%和20.42%，但FNT比CN的籽粒產量高3.52%，差異不明顯；總之，FNT在提高玉米產量上令人較為滿意。

圖2 春玉米生育期3種處理方式下籽粒產量

據圖3可知，對春玉米生物產量而言，CN、FNT生物產量分別較CK高9.98%和12.82%，但在FNT、CN間，FNT比CN生物產量僅高2.58%。FNT對提高春玉米籽粒產量、生物產量有一定的正相關關系。表3為不同處理方式下春玉米產量特征值情況。

圖3 春玉米生育期3個處理方式下生物產量

表3 不同處理方式下春玉米產量特性值情況

由表3分析可知，秸稈還田的不同處理方式對春玉米的產量影響包括：①CN、FNT株高分別較CK高10.61%、8.93%；②CN、FNT莖粗分別較CK高2.00%、7.40%；③CN、FNT出籽率分別較CK高0.18%、1.04%。3個處理方式的經濟系數排序為FNT>CN>CK，其中，CN、FNT的經濟系數值分別較CK高5.66%、6.79%。由此可知，FNT具有提高作物經濟產量的作用。

2.4 不同處理方式的水分利用效率

對不同處理生育期玉米的農田蒸散量、耗水系數及水分利用效率等進行了分析。秸稈不同處理方式下農田蒸散量、作物耗水系數、水分利用效率情況見表4。

表4的分析表明，CN、FNT對農業的生產潛在能力及土壤水分利用效率具有一定的提升作用。各處理方式下作物耗水系數大小順序為CK>CN>FNT，表明未采取任何處理措施的裸地提高作物的耗水系數比較明顯，FNT能有效降低秸稈還田對土壤水分儲存能力的不利影響。CN、FNT耗水系數較CK降低12.67%、15.82%。各處理方式的WUE大小順序為FNT>CN>CK，其中，CN、FNT的WUE分別較CK高14.60%，18.87%。各處理方式下作物耗水系數、WUE均有一定的差異水平。CN、FNT的籽粒產量分別較CK增加16.32%、20.42%。

表4 各處理耗水系數和水分利用效率

3 結論與建議

（1）由Logistic回歸分析可知，CN、FNT的春玉米在播種后32 d左右均進入旺盛生長期，較CK的滯后天數分別為1.27 d、1.28 d；在播后73 d左右各處理旺盛生長期基本結束，較CK滯后0.36d、1.2d。從試驗數據來看，CN、FNT較CK能提前進入快速生長期，且FNT對玉米的生長速度具有一定的提高作用，對春玉米生物產量的積累具有較優效應。

（2）不同處理下各生育期玉米干物質動態變化表現為：CN、FNT均對春玉米干物質的累積具有提升作用。而在水分利用效率、籽粒產量、生物產量上，CN、FNT也表現出較大優勢，尤其FNT優勢更為明顯。

（3）水分利用效率試驗結果表明：CN、FNT的作物耗水系數分別較CK降低12.67%、15.82%；WUE分別較CK增加14.60%、18.87%。FNT施入土壤后，在提高作物產量、水分利用效率、挖掘雨水資源生產潛力方面能起到一定的積極作用。

（4）僅僅1 a的研究成果并不能表明具有相應的規律，還需要大量的試驗并進行深入研究，才可為今后大面積推廣氨化秸稈處理還田、合理利用秸稈資源提供更有力的理論依據與技術支撐。