不同種植模式對玉米出苗率和生物量及產量的影響

李 祥 張養利 曾 橋 曹三潮 王永平 柯希恒

（1陜西科技大學化學與化工學院，陜西西安 710021；2陜西農產品加工技術研究院，陜西西安 710021；3渭南市農業科學研究院蒲城實驗站，陜西蒲城 715204）

秸稈既是重要的農業廢棄物，又是有機碳、氮、磷、鉀及礦質元素的載體，具有“用則利、棄則害”的特點[1]。2020年陜西省小麥播種面積為96.419萬hm2，產量為413.25萬t[2]，按草谷比1.26[3]及小麥秸稈中含碳 46.5%、氮 0.48%、磷 0.18%、鉀 1.26%[4]計算，陜西省每年產生小麥秸稈量為520.7萬t；如果采用還田技術，秸稈還田量為5.4 t/hm2，等于給土壤提供了有機碳 2.5 t/hm2、氮 25 kg/hm2、磷 9.7 kg/hm2及鉀68 kg/hm2，可節約尿素 56.3 kg/hm2、磷酸二氫鈣44.3 kg/hm2及硫酸鉀147 kg/hm2，降低了化肥的使用量，杜絕秸稈焚燒帶來的環境污染，對農業提質增效具有一定的意義。

王 娜等[5]研究了秸稈還田旋耕及秸稈覆蓋免耕技術對秸稈腐解率、有機碳礦化率、全氮釋放率的影響，發現秸稈還田旋耕技術提高了秸稈腐解率和全氮釋放率。劉單卿等[6]研究發現，秸稈翻埋還田腐解率較覆蓋還田顯著提高61.59%。田 平等[7]研究了秸稈免耕覆蓋（NTS）、旋耕還田（RTS）和翻耕還田（PTS）技術對玉米秸稈腐解及土壤養分含量的影響，發現處理RTS和PTS秸稈腐解速率均表現為前期快、后期慢的特點，處理NTS秸稈腐解率及碳氮釋放率與還田時間符合邏輯斯蒂曲線方程。何 川等[8]以油菜秸稈為研究對象研究了秸稈免耕覆蓋、旋耕還田、秸稈粉碎和整稈還田共4種方式下秸稈腐解率和氮、磷、鉀養分釋放率，發現秸稈粉碎后混土還田降解速度最快，可以有效地將秸稈養分釋放回土壤中。盡管秸稈還田具有改良土壤、增加作物產量的作用，但此技術受到一些人的質疑。因此，有必要完善并細化秸稈還田的操作，使這一技術更好地為糧食增產服務。

本文以耕作模式、施肥方式、微生物菌劑種類及其用量為影響因素，以玉米苗期生長情況及產量為評價指標，采用正交試驗法系統研究這些因素對玉米不同時期生長情況及產量的影響，確定小麥秸稈還田最佳條件，為規范秸稈還田操作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

渭南市農業科學研究院孫鎮實驗站位于蒲城縣東部，地處東經 109°20'17″～109°54'48″、北緯 34°44'50″～35°10'30″之間。 屬暖溫帶大陸性氣候， 四季分明，日照充足，雨量偏少。終年平均氣溫13.7℃，年平均日照時數2 228.9 h，年平均降水量519.9 mm，小麥—玉米一年2季連作種植。

1.2 供試材料

供試微生物菌劑：復合菌KM（主要成分為枯草芽孢桿菌、哈茨木霉菌、載體等，有效活菌數≥200億個/g），廣州惠禾生物科技有限公司；有機物料腐熟劑（主要成分為枯草芽孢桿菌、真菌、酵母、放線菌、載體等，有效活菌數≥200億個/g），江門佰仕路生物科技有限公司；枯草芽孢桿菌（主要成分為枯草芽孢桿菌、載體等，有效活菌數≥1 000億個/g），江門佰仕路生物科技有限公司。供試肥料有尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀，均為市售。

1.3 試驗設計

2018—2020年連續3年在渭南市農業科學研究院孫鎮實驗站進行試驗，以耕作模式（深耕、旋耕、直接播種）、施肥方式（還田時不施肥，還田時只施氮肥即尿素187.5 kg/hm2，還田時施氮、磷、鉀肥即尿素 187.5 kg/hm2、磷酸二氫銨 165 kg/hm2、硫酸鉀105 kg/hm2）、微生物菌劑種類（復合菌KM、有機物料腐熟劑、枯草芽孢桿菌）和用量（0、15、30 kg/hm2）為影響因素，以玉米苗期生長情況及產量為評價指標設計L43（9）的正交試驗，共設置9個處理，各處理具體設計見表1。小區面積為333.3 m2。小麥成熟時，采用“洋馬”收獲機進行收獲，要求割茬低于10 cm，秸稈拋撒均勻。

表1 試驗各處理因素與水平設計

2 結果與分析

從表2、表3可以看出，對出苗率影響最大的因素為施肥方式，微生物菌劑種類的影響最小。其最佳組合為A1B3C2D3，即將尿素187.5 kg/hm2、磷酸二氫銨165 kg/hm2、硫酸鉀105 kg/hm2充分混合，拋撒在秸稈上，將經活化處理的有機物料腐熟劑30 kg/hm2噴施在秸稈表面，采用深耕技術將其翻入土層中。對生物量影響最大的因素為施肥方式，影響最小的因素為耕作模式，其最佳組合為A1B3C3D2。對玉米產量影響最大的因素為耕作模式，影響最小的因素為微生物菌劑種類，其最佳組合為A1B3C3D3。

表2 不同處理玉米的出苗率及產量

表3 不同處理各因子玉米出苗率及產量

深耕、旋耕相對直接播種而言是一種典型的種子與還田秸稈分離模式，這種模式有利于玉米生物量的積累及產量的增加。土壤中秸稈含量較低，秸稈與土壤接觸面積大，土壤為微生物生長提供了很好的條件，微生物利用生長過程中產生的酶加速了秸稈腐解。

從表4可以看出，隨著時間的推移，秸稈腐解率越來越高，深耕+播種模式秸稈的腐解率最大，經過一季小麥基本腐解完畢，其中纖維素、半纖維素在土壤微生物的作用下都變成CO2及小分子有機物，增加了土壤有機質含量，木質素經過微生物酶的作用變成小分子的苯環類化合物，濃度低且對植物生長有一定促進作用。秸稈的腐解率表現為深耕+播種模式＞旋耕+播種模式＞直接播種模式，故有條件的地方最好采用深耕+播種模式，這與很多學者[10]的研究結果一致，但數據比報道數據大，這與本試驗采用直接取樣法有關[11]。

表4 秸稈還田時間與秸稈腐解率的關系

由此可見，秸稈還田時，將氮、磷、鉀肥料拋撒在秸稈上，采用深耕技術對玉米出苗率、生物量及產量均有益處，說明玉米苗期對氮肥、磷肥、鉀肥需求量較小。枯草芽孢桿菌對玉米生物量和產量均有益處，這可能與枯草芽孢桿菌在生長過程中分泌的酶類有關[9]。有機物料腐熟劑對玉米出苗率雖有益處，但影響不大，故秸稈還田時最好采用枯草芽孢桿菌。枯草芽孢桿菌用量對玉米產量的影響較其對生物量的影響大，故建議還田時噴施經活化處理的枯草芽孢桿菌30 kg/hm2。

小麥成熟時采用“洋馬”收獲機收獲后，將磷酸二氫銨 165 kg/hm2、尿素187.5 kg/hm2、硫酸鉀105 kg/hm2充分混合，拋撒在秸稈上，將經活化處理的枯草芽孢桿菌30 kg/hm2均勻地噴施在秸稈表面，采用深耕技術將其翻入土層中，整地后，將陜單650玉米按照株距30 cm、行距60 cm的密度播種，玉米成熟后采樣進行測產，玉米產量達9 150 kg/hm2，說明正交試驗的結果是可信的。

3 結論與討論

耕作模式對玉米產量影響較大，對出苗率影響較小，對生物量的影響介于兩者之間，其原因是隨著秸稈的腐解，土壤中有機質、堿解氮、有效磷、有效鉀等養分不斷增加，為玉米生長提供了必要營養，促進了玉米生長和營養體的形成。

無論采用哪種耕作模式，秸稈還田時施足氮、磷、鉀肥處理玉米的出苗率、生物量、產量均優于秸稈還田時只施氮肥處理，秸稈還田時只施氮肥處理優于秸稈還田時不施肥處理。玉米苗期對肥料（氮肥、磷肥、鉀肥）的需求量較小，對氮肥需求僅為全季氮肥量的2%[12]。微生物在生長過程中需要磷[13]，故秸稈深耕還田時施足氮、磷、鉀肥，從而為微生物生長提供有利條件。

微生物菌劑的種類及其用量對玉米出苗率雖有影響，但影響不大，卻對生物量、產量影響較大，其原因是微生物生活在土壤中，但由于化肥、農藥的使用及耕作模式的變化，土壤容重增大，透氣性差，導致土壤微生物菌群失衡，必須外源添加微生物菌劑，加速秸稈腐解、增加土壤與環境水、熱、氣的交換能力，為微生物生長提供條件，加速秸稈腐解，增加土壤有機質含量，促進秸稈中氮、磷、鉀的釋放。

添加微生物菌劑處理玉米的出苗率、生物量、產量均高于不添加微生物菌劑處理，復合菌KM、有機物料腐熟劑、枯草芽孢桿菌對玉米的出苗率影響不大，但枯草芽孢桿菌對玉米生物量、產量的影響較大，這與枯草芽孢桿菌能防治土傳病害和加速秸稈分解有關[14-15]。

秸稈還田是世界各國培肥地力的重要方法，是李比希“歸還理論”“藏糧于地、倉糧于技”的具體實踐[13]。本文以耕作模式、施肥方式、微生物菌劑種類及其用量為因素，以不同時期玉米的出苗率、生物量、產量為評價指標，系統研究了秸稈還田方式對出苗率、生物量、產量的影響。結果表明，秸稈還田時施足氮、磷、鉀肥，噴施經活化處理的枯草芽孢桿菌30 kg/hm2，采用深耕+播種技術，玉米出苗率、生物量、產量均最高。