秸稈還田對不同類型土壤理化性狀及作物產量的影響

周建康 閆 童 高秀英 趙廣中 李西強

（1.臨沂市河東區相公街道辦事處 山東臨沂276025；2.臨沂市河東區農業農村局 山東臨沂276034；3.臨沂市河東區鄭旺鎮政府 山東臨沂276028；4.臨沂市河東區湯頭街道辦事處 山東臨沂276032；5.山東錦鴻源生態農業有限責任公司 臨沂276034）

作物秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀等大量營養元素及中微量元素，同時還含有其他的一些營養元素，比如木質素、纖維素等富含碳元素的物質[1]。秸稈直接或間接歸還于土壤，是改善土地生產力的有效措施之一。但秸稈還田對病蟲害的影響在學術界一直存在爭議[2-3]，加之近年來自然災害頻繁，農機配套措施不完善，部分秸稈還田地塊出現減產的情況，因此農民對秸稈還田的積極性下降。為進一步明確秸稈還田對土壤理化性狀和作物產量的影響，筆者分別在潮土、砂姜黑土、棕壤3種土壤類型小麥—玉米輪作地塊開展定位試驗，研究了秸稈還田對土壤理化性狀和作物產量的影響，為秸稈還田技術的進一步推廣提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2017年9月至2020年10月在臨沂市河東區進行。項目區位于臨郯蒼平原，暖溫帶季風區半濕潤大陸性氣候，耕地主要有潮土、棕壤、砂姜黑土和水稻土4種類型，耕地面積共有30 986.7 hm2，主要作物有小麥、玉米、水稻、花生等。統計資料顯示，2019年全區小麥、玉米秸稈總量約為24萬t。潮土試驗點位于相公街道相公一村，2017年基礎養分含量：土壤容重為1.28 g/cm3，土壤pH為6.36，土壤有機質含量為19.8 g/kg，土壤堿解氮含量為136.6 mg/kg，土壤有效磷含量為32.7 mg/kg，土壤速效鉀含量為114.5 mg/kg。砂姜黑土試驗點為位于鄭旺鎮張埠子村，2017年基礎養分含量：土壤容重為1.38 g/cm3，土壤pH為6.53，土壤有機質含量為17.8 g/kg，土壤堿解氮含量為128.6 mg/kg，土壤有效磷含量為42.6 mg/kg，土壤速效鉀含量為113.2 mg/kg。棕壤試驗點為位于湯頭街道前林子村，2017年基礎養分含量：土壤容重為1.41 g/cm3，土壤pH為6.07，土壤有機質含量為1.49 g/kg，土壤堿解氮含量為101.2 mg/kg，土壤有效磷含量為24.9 mg/kg，土壤速效鉀含量為92.9 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物：小麥，濟麥22號；玉米，鄭丹958。

供試肥料：氮肥為尿素（N 46.2%），磷肥為過磷酸鈣（P2O514.3%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。

1.3 試驗設計

每個試驗點共2個處理，即對照處理和秸稈還田處理。每個處理設3次重復，采用隨機區組設計，每個小區面積40 m2（4 m×10 m），小區之間設隔離帶，實收計產。2017年玉米收獲后，秸稈還田處理小區玉米秸稈全量還田，秸稈長度控制在5～10 cm，深耕20～25 cm，耙平鎮壓。各小區其他耕作及田間管理相同。

本試驗化肥用量根據測土配方施肥推薦施肥設計，對照處理和秸稈還田處理化肥用量相同。小麥施肥方案：基施純氮 （N）135 kg/hm2、純磷（P2O5）112.5 kg/hm2、純鉀（K2O）75 kg/hm2，返青期追施純氮69 kg/hm2。 玉米對照施肥方案：基施純氮（N）195 kg/hm2、純磷（P2O5）37.5 kg/hm2、純鉀（K2O）60 kg/hm2。

1.4 數據處理與分析

采用DPS 7.05統計分析軟件對數據進行分析和顯著性檢驗（LSD），用Microsoft Excel 2010進行制表和作圖。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田對潮土土壤理化性狀的影響

從表1可以看出，2017－2020年秸稈還田處理土壤容重呈下降趨勢，2020年土壤容重為1.19 g/cm3，較2017年下降了7.03%，處理間差異達顯著水平。2017－2020年對照處理土壤pH呈下降趨勢，2020年為6.26，較2017年下降了0.1，而秸稈還田處理土壤pH相對較為穩定。2017－2020年秸稈還田處理土壤有機質呈上升趨勢，2018年、2019年和2020年秸稈還田處理土壤有機質含量分別較對照處理升高了5.39%、5.74%和13.37%，2020年處理間土壤有機質含量差異達極顯著水平。2017－2020年各處理土壤堿解氮含量變化趨勢不明顯，且處理之間差異不顯著。2017－2019年對照處理土壤有效磷含量變化不明顯，而秸稈還田處理土壤有效磷含量呈上升趨勢，2020年土壤有效磷含量為35.5 mg/kg，較2017年增加了8.56%，較2020年對照增加了10.59%。2017-2019年2個處理土壤速效鉀含量均呈上升趨勢，2020年對照處理和秸稈還田處理土壤速效鉀含量分別較2017年上升了7.07%和14.9%。2019年、2020年處理間土壤速效鉀含量差異分別達到顯著和極顯著水平。

表1 秸稈還田對潮土土壤理化性狀的影響

2.2 秸稈還田對砂姜黑土土壤理化性狀的影響

從表2可以看出，與2017年基礎數據相比較，對照處理土壤容重略有下降，但是變化幅度不大。2020年秸稈還田土壤容重為1.23 g/cm3，較2017年下降了12.19%，較對照下降了8.89%，且處理間達顯著水平。2017－2020年各處理土壤pH變化不大，且處理間差異不顯著。2017－2020年對照處理土壤有機質變化不大，而秸稈還田處理有機質含量呈上升趨勢，2020年秸稈還田土壤有機質含量為21.1 g/kg，較2017年上升了17.78%，較對照上升了13.4%，且處理間達極顯著水平。2017－2020年試驗點土壤堿解氮含量變化趨勢不明顯，且處理之間差異不顯著。2020年對照處理點土壤有效磷較2017年略有上升，但增幅不大。2017－2020年秸稈還田處理土壤有效磷含量呈上升趨勢，2020年其含量為45.6 mg/kg，較2017年上升了7.04%，較對照上升了4.34%，且處理間差異達顯著水平。2017－2019年2個處理土壤速效鉀含量均呈上升趨勢，2020年對照處理和秸稈還田處理土壤速效鉀含量分別較2017年上升了6.54%和16.87%。2019年、2020秸稈處理間土壤速效鉀含量差異均達到顯著水平。

表2 秸稈還田對砂姜黑土土壤理化性狀的影響

2.3 秸稈還田對棕壤土壤理化性狀的影響

從表3可以看出，2017－2020年2個處理土壤容重均出現不同程度下降，對照處理和秸稈還田處理土壤容重分別較2017年下降了7.40%和24.16%。2020年處理間土壤容重差異達顯著水平。2017－2020年對照處理土壤pH變化不大，而秸稈還田處理土壤pH略有上升，但兩者之間差異不顯著。2017－2020年2個處理土壤有機質含量均呈上升趨勢。與2017年相比較，對照處理和秸稈還田處理土壤有機質含量分別上升了4.49%和18.54%，2019年、2020年2個處理間土壤有機質含量分別達顯著和極顯著水平。2017－2020年試驗點土壤堿解氮含量變化趨勢不明顯，且處理之間差異不顯著。2017－2020年2個處理土壤有效磷呈上升趨勢，2020年對照處理和秸稈還田處理土壤有效磷含量分別較2017年上升了7.23%、13.65%，2020年處理之間土壤有效磷含量差異達顯著水平。2017－2019年試驗點土壤速效鉀均呈上升趨勢，其中2020年對照處理和秸稈還田處理土壤速效鉀含量分別為96.9 mg/kg和106.3 mg/kg，分別較2017年上升了4.2%和14.4%，且處理之間達顯著水平。

2.4 秸稈還田對不同土壤類型小麥、玉米產量的影響

從表4可以看出，與對照處理相比較，2018年3個不同土壤類型秸稈還田處理小麥、玉米產量均有不同程度提高，但處理之間差異不顯著。與對照處理相比較，2019年砂姜黑土、棕壤秸稈還田處理小麥、玉米產量明顯提高，處理之間差異達顯著水平。其中潮土秸稈還田處理小麥、玉米產量分別較對照處理提高了4.81%、5.62%，砂姜黑土秸稈還田處理小麥、玉米產量分別較對照處理提高了8.45%、5.87%，棕壤秸稈還田處理小麥、玉米產量分別較對照處理提高了7.07%、7.97%。2020年3個不同土壤類型秸稈還田處理小麥、玉米產量明顯提高，其中潮土秸稈還田處理小麥、玉米產量分別較對照處理提高了6.15%、5.72%，砂姜黑土秸稈還田處理小麥、玉米產量分別較對照處理提高了8.07%、10.43%，棕壤秸稈還田處理小麥、玉米產量分別較對照處理提高了9.89%、11.88%。

表3 秸稈還田對棕壤土壤理化性狀的影響

表4 秸稈還田對不同土壤類型小麥、玉米產量的影響（單位：kg/hm2）

3 結論與討論

3.1 秸稈還田對不同土壤類型土壤理化性狀的影響

叢艷靜[4]研究發現，秸稈還田能增加土壤有機質含量，降低土壤容重。筆者研究發現，2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同土壤類型試驗點土壤容重呈下降趨勢，2020年3種土壤類型土壤容重處理間達顯著水平。2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同土壤類型秸稈還田處理土壤有機質大幅上升，2019年3種土壤類型土壤有機質含量處理間均達顯著水平，2020年3種土壤類型土壤有機質含量處理間均達極顯著水平，進一步驗證了前人的研究結果。王漢朋等[2]研究表明，隨著秸稈還田量的增加，土壤pH逐漸降低。本研究結果表明，2017－2020年3種不同類型土壤秸稈還田處理土壤pH與對照處理差別不大。不少學者研究[5-7]表明，秸稈還田處理可以顯著提高土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量。本研究結果表明，2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同類型土壤秸稈還田處理土壤有效磷、速效鉀顯著上升，與前人研究結果一致。2017－2020年3種不同類型土壤堿解氮含量變化均不明顯，且與對照處理相比較差異不顯著，究其原因可能是本試驗采用的氮肥用量是根據試驗點土壤氮素豐缺指標制定的，試驗點土壤堿解氮總體收支處于相對平衡狀態，但具體原因還需進一步試驗驗證。

3.2 秸稈還田對不同土壤類型小麥、玉米產量的影響

前人關于秸稈還田對作物產量影響的研究[8-9]很多，但不同土壤類型、氣候區域的結果存在一定差異。本研究結果表明，潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同土壤類型秸稈還田處理均能明顯提高小麥和玉米產量，但是不同土壤類型秸稈還田對產量的影響也存在一定差異。其中砂姜黑土、棕壤試驗點秸稈還田處理增產效果較潮土更為顯著，2019年砂姜黑土和棕壤試驗點秸稈還田處理小麥和玉米產量顯著高于對照，差異達顯著水平，而潮土增產幅度低于砂姜黑土和棕壤，且試驗點秸稈還田處理小麥和玉米產量與對照相比較差異不顯著。2020年砂姜黑土和棕壤試驗點秸稈還田處理小麥和玉米產量與對照相比達極顯著差異水平，而潮土試驗點秸稈還田處理小麥和玉米產量與對照相比差異達顯著水平。究其原因可能是潮土試驗點地塊土壤有機質含量、土壤容重適宜，養分總體水平較高，增產潛力低。土壤養分化驗結果表明，砂姜黑土和棕壤試驗點土壤容重的下降幅度及有機質的增加幅度均明顯高于潮土試驗點，應用秸稈還田后砂姜黑土和棕壤的土壤理化性狀得到明顯改善，為作物增產提供了地力基礎，這與砂姜黑土和棕壤試驗點增產幅度高于潮土相對應。