秸稈還田方式對土壤物理性狀及春玉米產(chǎn)量的影響

岳 楊，孫盼盼，張艷輝，李 巖，孟令斌，康 恒，董本春，鄭永照

（通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，吉林 通化 135007）

玉米（Zea maysL.）是中國第一大糧食作物，東北地區(qū)是中國的玉米主產(chǎn)區(qū)［1］。每年玉米收獲后都會(huì)產(chǎn)生大量秸稈，多數(shù)秸稈被就地焚燒，既造成了資源的浪費(fèi)，又導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。有大量研究表明，秸稈還田具有疏松土壤、蓄水保墑、調(diào)節(jié)土壤溫度的作用，可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤含水量，能夠培肥地力，提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)根系生長，延緩根系衰老，優(yōu)化玉米群體結(jié)構(gòu)，提高玉米產(chǎn)量［2-9］。合理的秸稈還田方式既是解決秸稈的有效途徑，又是改良土壤、保障玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要技術(shù)手段［10］。

目前，玉米秸稈還田的研究多集中于單一耕作方式下秸稈還田對土壤及玉米生長的影響，耕作方式結(jié)合秸稈還田對土壤的影響研究相對較少。本研究分析了不同耕作方式下秸稈還田對土壤物理性狀及產(chǎn)量的影響，以期為該地區(qū)選擇適宜的秸稈還田方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于吉林省梅河口市海龍鎮(zhèn)，屬于吉林省東部平原區(qū)，供試土壤為草甸白漿土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為20.67 g∕kg，全氮含量為0.14%，全磷含量為0.29%，全鉀含量為0.38%，堿解氮含量為106.79 mg∕kg，有效磷含量為17.23 mg∕kg，速效鉀含量為123.97 mg∕kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大區(qū)對比，設(shè)4個(gè)處理：秸稈不還田對照（S1，秸稈全部移除，采用旋耕機(jī)作業(yè)，旋耕深度為15 cm）、秸稈混拌還田（S2，采用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎成5～10 cm，采用旋耕機(jī)旋入土中，旋耕深度為15 cm）、秸稈深翻還田（S3，采用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎成5～10 cm，采用鏵式犁深翻作業(yè)，將秸稈翻入30 cm土層中）、秸稈覆蓋還田（S4，采用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎成5～10 cm，均勻覆蓋在地表），大區(qū)面積為0.5 hm2，供試玉米品種為先玉335，種植密度為6萬株∕hm2，一次性施肥，施N 150 kg∕hm2、P2O575 kg∕hm2、K2O 75 kg∕hm2。2019年4月28日播種。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤容重、孔隙度、含水量及田間持水量 在玉米成熟期于0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土層進(jìn)行取樣，每個(gè)處理3次重復(fù)，采用環(huán)刀法測定各土層土壤容重及孔隙度，采用烘干法測定土壤質(zhì)量含水率，用室內(nèi)法測定田間持水量。

1.3.2 土壤溫度 在玉米苗期用地溫計(jì)在各小區(qū)玉米株間測定5、10、15、20、25 cm土層地溫，每天8：00、10：00、12：00、14：00、16：00各測定1次，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3.3 測產(chǎn) 在收獲期每個(gè)處理取3點(diǎn)進(jìn)行測產(chǎn)，每個(gè)點(diǎn)20 m2，測定收獲時(shí)穗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和Origin 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田方式對土壤容重及孔隙度的影響

由圖1可知，不同秸稈還田方式對土壤容重影響不同，秸稈混拌還田降低了收獲期0～20 cm土層的土壤容重，0～10 cm、10～20 cm土層土壤容重分別比不還田對照降低3.7%和4.1%；秸稈深翻還田處理在作業(yè)過程中使下層容重較大的土壤上移，造成了上層土壤容重的增加，0～10 cm土壤容重比不還田對照增加9.1%，10～20 cm土壤容重變化不大，20～30 cm土層比不還田處理降低5.4%；秸稈覆蓋還田處理土壤容重相比不還田對照有所增加。

圖1 不同秸稈還田方式下土壤容重及土壤孔隙度

秸稈混拌還田增加了收獲期0～20 cm土層的土壤孔隙度，秸稈深翻還田增加了20～30 cm土層的土壤孔隙度，分別增加2.0%和6.5%，說明秸稈的施入提高了土壤的孔隙度。

2.2 不同秸稈還田方式對土壤含水量及田間持水量的影響

由圖2可知，秸稈還田增加了收獲期土壤含水量，在0～30 cm土層中土壤含水量表現(xiàn)為秸稈還田大于秸稈不還田對照。秸稈覆蓋還田處理下0～10 cm、10～20 cm土層含水量比不還田對照分別增加5.6%和8.0%；秸稈深翻還田處理增加了20～30 cm土壤含水量，比秸稈不還田對照增加2.7%；秸稈混拌還田使10～20 cm土壤含水量比對照增加3.3%；30～40 cm土層各處理土壤含水量差異不明顯。

圖2 不同秸稈還田方式下土壤含水量及田間持水量

秸稈的添加增加了田間持水量，秸稈混拌還田處理下0～10 cm、10～20 cm田間持水量分別比秸稈不還田對照增加13.5%和15.3%；秸稈深翻還田使0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm田間持水量比秸稈不還田對照分別增加7.2%、14.1%和12.8%。

2.3 不同秸稈還田方式對土壤溫度的影響

由圖3可知，秸稈深翻還田和混拌還田對苗期各土層土壤溫度的影響不大，秸稈覆蓋還田則降低了土壤溫度，相比秸稈不還田對照，5、10、15、20、25 cm土壤平均溫度分別降低1.35、0.80、0.86、0.44、1.12℃。

圖3 不同秸稈還田方式下土壤溫度變化

2.4 不同秸稈還田方式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，秸稈深翻還田處理提高了成穗數(shù)，并顯著提高了穗粒數(shù)和百粒重，產(chǎn)量達(dá)11 056.10 kg∕hm2，比秸稈不還田對照增產(chǎn)8.24%；秸稈混拌還田處理雖然也提高了穗粒數(shù)和百粒重，但成穗數(shù)有所降低，所以產(chǎn)量相比秸稈不還田對照只增加了2.81%；秸稈覆蓋還田處理成穗數(shù)最低，且降低了百粒重，所以其產(chǎn)量最低，比秸稈不還田對照減少3.87%。

表1 不同秸稈還田方式對玉米產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)與討論

目前，大量研究結(jié)果表明，秸稈還田能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤孔隙度，優(yōu)化土壤理化性狀，有效調(diào)節(jié)作物生長期間對水、肥、氣、熱等因素的需求，促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量［11，12］。朱敏等［13］研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)兩年秸稈還田能夠降低土壤容重，使0～10 cm土層土壤孔隙度提高5.6%，免耕秸稈還田較不還田土壤水分提高8.0%～27.1%。宋濤［14］認(rèn)為秸稈還田能改善土壤性質(zhì)，提高土壤的蓄水保墑能力，促進(jìn)玉米對水分的吸收利用，提高玉米的水分利用效率，尤以深翻還田效果最為明顯。秸稈還田還能夠調(diào)節(jié)土壤溫度，地表秸稈覆蓋能有效攔截和吸收太陽輻射以及地表有效輻射，進(jìn)而阻礙土壤與大氣間的水熱交換，從而降低農(nóng)田土壤溫度［15］。鄭金玉等［16］認(rèn)為秸稈粉碎全量還田可促進(jìn)干物質(zhì)積累和提高產(chǎn)量，與常規(guī)耕作相比，產(chǎn)量提高13.59%。李亭亭［17］的研究表明秸稈深翻還田能夠增加成穗數(shù)以及穗粒數(shù)，有利于產(chǎn)量的提高。解文艷等［18］的研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋還田可以增加玉米的成穗數(shù)、百粒重，從而提高玉米產(chǎn)量。

本研究結(jié)果表明，與秸稈不還田對照相比，秸稈混拌還田處理增加了0～10 cm、10～20 cm土層的土壤孔隙度，且使土壤容重分別降低3.7%和4.1%，0～10 cm、10～20 cm田間持水量分別增加13.5%和15.3%，10～20 cm土壤含水量增加3.3%，產(chǎn)量增加2.81%；秸稈覆蓋還田提高了0～20 cm土層的土壤含水量，但降低了苗期耕層的土壤溫度，降低了成穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重，使產(chǎn)量減少3.87%；秸稈深翻還田處理使20～30 cm土層土壤孔隙度比秸稈不還田對照增加6.5%，土壤容重降低5.4%，田間持水量增加12.8%，土壤含水量增加2.7%，并提高了成穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重，使產(chǎn)量增加8.24%。

綜上，秸稈還田提高了土壤含水量，秸稈混拌還田和深翻還田增加了土壤孔隙度，降低了土壤容重。玉米根系主要生長在0～40 cm土層中，秸稈深翻還田相較其他處理對土壤物理性狀的改善更為明顯，并且提高了成穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重，最終提高了產(chǎn)量，所以相較于其他還田方式，秸稈深翻還田更適宜于該地區(qū)。