長期秸稈還田對玉米產(chǎn)量及效益的影響

劉晉平

摘要：【目的】研究長期秸稈還田對玉米產(chǎn)量及效益的影響。【方法】在大田試驗中，共設(shè)置4個處理，分別為CK（不秸稈還田）、T1（秸稈覆蓋還田）、T2（秸稈粉碎直接還田）、T3（秸稈過腹還田），并研究不同處理下玉米產(chǎn)量、效益、土壤的化學性質(zhì)以及酶活性。【結(jié)果】秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田處理均能有效提升玉米的產(chǎn)量，其平均增產(chǎn)率分別為18.17%、14.18%、18.61%，能夠有效提高玉米經(jīng)濟效益，其經(jīng)濟效益的平均增加率分別為27.72%、20.48%、34.11%。另外，長期秸稈過腹還田還能夠提升土壤內(nèi)全氮含量、全磷含量、全鉀含量、有效氮含量、有效磷含量、有效鉀含量，而長期秸稈粉碎直接還田能夠提升土壤內(nèi)全氮含量、全鉀含量、有效氮含量、有效鉀含量，長期秸稈覆蓋還田可提升土壤內(nèi)有效氮含量以及有效鉀含量。長期過腹還田可提升土壤內(nèi)蔗糖酶活性、纖維素酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性，而長期秸稈粉碎直接還田以及秸稈覆蓋還田可提升土壤內(nèi)蔗糖酶活性以及纖維素酶活性。【結(jié)論】長期秸稈還田可有效提升玉米產(chǎn)量及效益，對其大力推廣意義重大。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；玉米；產(chǎn)量；效益

高土壤肥力是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)。農(nóng)作物秸稈內(nèi)含有豐富的氮元素、磷元素、鉀元素、鎂元素、鈣元素以及硫元素等，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一項重要的肥料資源。長期以來，因受到資金、技術(shù)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點等影響，我國農(nóng)作物秸稈并未得到有效利用，多采取焚燒或者丟棄方式處理，不僅造成嚴重的資源浪費，同時引發(fā)了環(huán)境污染問題。對農(nóng)作物秸稈進行還田處理可實現(xiàn)化肥減施，達到提質(zhì)增效的目的。近年來，秸稈資源的綜合利用已逐漸成為國內(nèi)外研究熱點。武均等[1]發(fā)現(xiàn)對秸稈還田處理可有效改善土壤容重以及孔隙度，實現(xiàn)土壤理化性狀的優(yōu)化，強化土壤內(nèi)水分、肥料、氣體以及熱量的供給，進而實現(xiàn)作物產(chǎn)量的提升。徐燕等[2]發(fā)現(xiàn)，連續(xù)秸稈還田可有效提升土壤堿解氮（AN）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）含量，同時連續(xù)還田效果明顯優(yōu)于隔年還田。基于此，筆者分析了長期秸稈還田對玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響，研究長期秸稈還田方式對種植地塊土壤養(yǎng)分以及酶活性影響，希望為秸稈還田技術(shù)在玉米生產(chǎn)中的應用提供技術(shù)支撐，為玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

長期秸稈還田試驗于某固定地點開展。當?shù)睾０胃叨葹?130m，年平均氣溫為8.5℃，超過10℃積溫為3400℃。當?shù)責o霜期為131日，年日照時長達到 ? ? ? 2861.4h，年平均降水量為499.2mm，當?shù)亟邓饕杏?-9月，屬于暖溫帶半濕潤地區(qū)。試驗地塊地勢平坦，土層深厚，地下水埋深超過了10m。耕作層土壤pH值為8.4，有機碳含量達到了13.6g/kg，全鉀含量達到了14.10g/kg，有效鉀含量達到了95mg/kg，全氮含量為1.06g/kg，有效氮含量為76.40mg/kg，全磷含量為1.78g/kg，有效磷含量為2.80mg/kg。

1.2 試驗設(shè)置

本研究共設(shè)置四個處理，分別為：

（1）秸稈不還田（CK）；

（2）秸稈覆蓋還田（T1）：即收獲前茬玉米后，鍘碎上茬覆蓋尚未腐解的秸稈，在秋季深耕時將其直接翻耕還田，翌年整地后即可直接播種，并均勻覆蓋秸稈。

（3）秸稈直接還田（T2）：即收獲前茬玉米后，鍘碎玉米秸稈至15cm長，隨即撒入田中，將其翻入田間以直接還田，在翌年整地后即可直接播種。

（4）秸稈過腹還田（T3）：即收獲前茬作物后，鍘碎玉米秸稈飼喂家畜，秋季深耕時，在地面均勻施撒腐熟的濕家畜糞（45 000kg/hm2），結(jié)合秋季深耕將其翻入田間并直接還田，翌年整地后即可直接播種。

上述4個處理分別設(shè)置3個重復，每個試驗小區(qū)面積為54m2，共12個試驗小區(qū)。

試驗自2012年4月開始，所種植玉米為一年一熟。在2012 -2015年種植玉米品種為煙氮14號；在2016-2019年，種植玉米品種為強盛21號；2019-2021年，種植玉米品種為晉單81號。在4月15-25日對玉米播種，9月20日-10月10日對玉米收獲。在田間，玉米種植密度為52 500株/hm2。在各個小區(qū)內(nèi)，采取相同的栽培管理措施，主要為除草及病蟲害防治措施。上述各個處理秸稈還田量統(tǒng)一為6t/hm2。

對各個小區(qū)統(tǒng)一施肥，施肥量一般為150kg/hm2 化肥N以及84kg/hm2 P2O5。氮肥一般采取尿素（含N量為46%），而磷肥一般采取普通過磷酸鈣（P2O5含量為14%）。收獲前茬作物后結(jié)合秋季深耕施入肥料，在玉米生長過程中無需對其施肥及灌溉。

1.3 樣品采集及測定

在每年的10月5日左右對玉米收獲，分別對各個處理小區(qū)內(nèi)玉米穗裝袋并風干，脫粒后稱重，對玉米籽粒產(chǎn)量進行計算。

在2021年10月，收獲玉米后，采用對角線法分別于各個小區(qū)內(nèi)采集土壤混合樣品，土層深度為0-20cm，帶回實驗室后，將土壤內(nèi)存在的植物殘體以及石礫等去除，將土壤置于陰涼處晾干并妥善保存。

土壤有機碳含量測定方法為重鉻酸鉀容量法；土壤全氮含量測定方法為凱氏定氮法；土壤有效氮含量測定方法為擴散法；土壤全磷含量測定方法為硫酸高氯酸消煮-鉬銻抗比色法；土壤有效磷含量測定方法為碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；土壤全鉀含量測定方位為火焰光度法；土壤纖維素酶及蔗糖酶活性測定方法為3，5-二硝基水楊酸比色法；土壤脲酶活性測定方法為苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；土壤磷酸酶活性測定方法為磷酸苯二鈉比色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本實驗所獲取各處理采用Excel 2003及SPSS 20.0處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期秸稈還田對玉米產(chǎn)量的影響

2012-2021年長期秸稈還田對玉米產(chǎn)量的影響見表1。從表1中可以看出，2012-2015年，玉米產(chǎn)量為4.56-8.47t/hm2；2016-2018年，玉米產(chǎn)量為2.56-8.32t/hm2；2019-2021年，玉米產(chǎn)量為5.81-9.13t/hm2。秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田具備一定的增產(chǎn)效果。其中，除2015年外，其余9年過腹還田處理玉米產(chǎn)量明顯高于無還田處理，在2015年，四個處理間不存在顯著差異。對于秸稈覆蓋還田處理，2012年、2015年、2019年三年玉米產(chǎn)量與無還田處理差異不顯著，其余年份差異顯著，高于無還田處理；對于秸稈粉碎直接還田處理，除2015年、2019年外，其余年份玉米產(chǎn)量明顯高于無還田處理。

秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田三處理玉米累計產(chǎn)量均明顯高于無還田處理，其中以秸稈過腹還田處理玉米產(chǎn)量為最高，達到了73.10t/hm2，秸稈覆蓋還田與秸稈粉碎直接還田二者差異不顯著。相較于不還田處理，秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田三種處理方式田間玉米的增產(chǎn)率分別為18.17%、14.18%及18.61%。

2.2 長期秸稈還田處理對玉米經(jīng)濟效益的影響

長期秸稈還田處理對玉米經(jīng)濟效益的影響見表2。從表2中可以看出，長期秸稈還田可以有效提高玉米種植的經(jīng)濟效益，其中2012-2021年，無秸稈還田處理（CK）玉米的經(jīng)濟效益為-1231～4731元/hm2，秸稈覆蓋還田處理（T1）玉米的經(jīng)濟效益為-327-6451元/hm2，秸稈粉碎直接還田（T2）玉米的經(jīng)濟效益為-598元/hm2-5944元/hm2，秸稈過腹還田（T3）玉米的經(jīng)濟效益為-834-6253元/hm2。秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田三個處理玉米的累計經(jīng)濟效益明顯高于無還田處理，其中秸稈過腹還田處理玉米累計經(jīng)濟效益最高，達到38 911元/hm2，其余依次為秸稈覆蓋還田T1處理（37 058元/hm2）、秸稈粉碎直接還田T2處理（34 957元/hm2）。相較于無秸稈還田處理，秸稈過腹還田處理玉米經(jīng)濟效益增加了34.11%，秸稈覆蓋還田處理玉米經(jīng)濟效益增加了27.72%，秸稈粉碎直接還田處理玉米經(jīng)濟效益增加了20.48%。由此可以看出，長期秸稈還田處理能夠有效提升玉米的種植經(jīng)濟效益。

2.3 長期秸稈還田處理對土壤土層化學性質(zhì)的影響

長期秸稈還田處理對不同土層化學性質(zhì)的影響見表3。從表3中可以看出，不同處理土壤有機碳、全氮、全磷、全鉀、有效磷、有效氮、有效鉀含量均存在顯著差異。從土壤有機碳含量來看，秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田三者間不存在顯著差異，但是明顯高于無秸稈還田處理；從土壤全氮含量來看，秸稈粉碎直接還田與秸稈過腹還田二者間差異不顯著，但是明顯高于無秸稈還田處理以及秸稈覆蓋還田處理；從土壤全磷含量以及全鉀含量來看，秸稈過腹處理土壤全磷以及全鉀含量明顯高于其余三者，其余三處理間差異不顯著；從土壤有效氮以及有效鉀含量來看，秸稈過腹還田土壤含量最高，接著為秸稈覆蓋還田以及秸稈粉碎直接還田，二者間差異不顯著，不還田處理土壤有效氮及有效鉀含量最低；從土壤有效磷含量來看，以秸稈過腹還田含量最高，其余三個處理間差異不顯著。由此可以看出，長期秸稈還田處理可以有效提升土壤內(nèi)有機碳、全氮、全磷、全鉀、有效氮、有效磷以及有效鉀含量。

2.4 長期秸稈還田處理對土壤酶活性的影響

長期秸稈還田處理對土壤酶活性的影響見表4。從表4中可以看出，不同處理土壤內(nèi)蔗糖酶活性存在顯著差異，其中秸稈過腹還田處理土壤蔗糖酶活性最高，達到了42.17mg（glucose）·24h-1·g-1，秸稈覆蓋還田及秸稈粉碎直接還田處理土壤蔗糖酶活性差異不顯著，但均高于無還田處理，無還田處理土壤蔗糖酶活性為最低；不同處理土壤纖維素酶活性存在顯著性差異，其中以秸稈粉碎直接還田土壤纖維素酶活性為最高，達到了1.53mg（glucose）·72h-1·g-1，秸稈覆蓋還田以及秸稈過腹還田二處理間差異不顯著，但均高于不還田處理，不還田處理土壤內(nèi)纖維素酶活性為最低；不同處理土壤脲酶活性存在顯著性差異，其中以秸稈過腹處理土壤脲酶活性為最高，達到了2.15mg（NH3-N）·24h-1·g-1，其余三個處理間差異不顯著；不同處理土壤堿性磷酸酶活性存在顯著差異，其中以秸稈過腹處理土壤堿性磷酸酶活性為最高，達到了0.35mg（phenol）·24h-1·g-1，其余三者間差異不顯著。由此可以看出，秸稈還田處理可以有效提升土壤酶蔗糖酶活性、纖維素酶活性、脲酶活性以及堿性磷酸酶活性。

3 討論

土壤內(nèi)有機碳是實現(xiàn)作物高產(chǎn)以及穩(wěn)產(chǎn)的一項重要條件，能有效提升和維持土壤內(nèi)有機碳含量，促進農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在農(nóng)田內(nèi)，土壤中有機碳的固定過程尤為復雜，氣候、土壤條件、耕作以及施肥等多個因素均會在一定程度上影響有機碳的固定。植物殘體在進入到土壤中以后，會成為土壤內(nèi)有機碳固定的一個重要影響因素。本研究結(jié)果表明，三種秸稈還田處理方式均可有效提升0-20cm土層內(nèi)土壤有機碳含量，這與陳鮮妮等[1]的研究結(jié)果相一致，其發(fā)現(xiàn)使用秸稈還田以及秸稈過腹后的廄肥還田，土壤內(nèi)有機碳含量明顯提高。武均等[2]同樣發(fā)現(xiàn)，秸稈直接還田能有明顯提高土壤內(nèi)有機碳含量以及儲量。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈直接還田以及過腹還田可將土壤內(nèi)有機碳含量提高13%左右，而秸稈覆蓋還田方式僅可提升6%左右，這主要是因為在不同秸稈還田模式內(nèi)碳源供應方式不同。采取長期過腹還田方式時，因施入新鮮的牛糞以及秸稈殘體的直接還田，其有機質(zhì)外源供應量較大，可顯著提升土壤內(nèi)有機碳含量；而在秸稈覆蓋還田時，由于其會在地表造成“低溫效應”，導致其微生物活動受到影響，有機質(zhì)礦化以及分解放緩，最終導致土壤內(nèi)有機質(zhì)含量受到了一定影響。另外，在秸稈還田后，玉米生產(chǎn)水平明顯提升，這樣可顯著增多玉米根系，玉米收割后，殘存的根系也有利于增加土壤內(nèi)有機碳含量。由此可以看出，在玉米生產(chǎn)中，長期秸稈還田均可以有效提升土壤內(nèi)有機碳含量。

在作物生長發(fā)育過程中，農(nóng)田內(nèi)土壤養(yǎng)分可為作物提供其所必須的各種營養(yǎng)元素，其直接決定著土壤肥力的高低。而將秸稈還田后，可為作物提供養(yǎng)分，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)平衡的維護奠定基礎(chǔ)。本研究表明，長期過腹還田能夠顯著提升土壤內(nèi)全氮含量、全磷含量、全鉀含量、有效氮含量、有效磷含量以及有效鉀含量，秸稈粉碎直接還田可顯著提升土壤內(nèi)全氮含量、有效氮含量以及有效鉀含量。這與以往的研究存在一定差異，例如趙士誠等[3]發(fā)現(xiàn)隨著秸稈直接還田用量的增加，土壤內(nèi)全氮含量以及全磷含量有所提高，但是全鉀含量并無影響，而徐燕等[4]發(fā)現(xiàn)，長期秸稈直接還田可有效提升土壤內(nèi)無機氮含量、有效磷含量、有效鉀含量。農(nóng)作物內(nèi)包含有大量的氮元素、磷元素以及鉀元素，長期的秸稈還田意味著連年向土壤內(nèi)補充包含有氮、磷、鉀的有機物，這將顯著影響土壤內(nèi)氮、磷、鉀含量。土壤內(nèi)植物殘體的輸入能夠轉(zhuǎn)化其中可溶性物質(zhì)，進而提升土壤內(nèi)養(yǎng)分的可利用性。秸稈覆蓋還田主要是利用秸稈的降解以引發(fā)下層土壤的淋溶作用。由此可以看出，長期秸稈直接還田以及過腹還田更易對土壤內(nèi)養(yǎng)分含量以及有效性造成深遠影響。

土壤內(nèi)酶活性可表明土壤內(nèi)生物化學反應的強度以及方向，決定著土壤內(nèi)養(yǎng)分循環(huán)以及能量轉(zhuǎn)化，是土壤生態(tài)環(huán)境的一個重要表征指標，利用其可預測土壤內(nèi)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化以及肥力演變趨勢。本研究表明，秸稈過腹還田能夠顯著提升土壤內(nèi)蔗糖酶活性、纖維素酶活性、脲酶活性以及堿性磷酸酶活性，而覆蓋還田以及粉碎直接還田僅可提升蔗糖酶活性以及纖維素酶活性。需注意，在本研究當中，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性以及堿性磷酸酶活性對過腹還田存在較大響應，而土壤內(nèi)纖維素酶活性對秸稈直接還田存在較大響應。在參與土壤內(nèi)有機質(zhì)、物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及能量交換時，土壤酶活性除共性關(guān)系外，更多的是專一性。在秸稈還田后，土壤內(nèi)酶活性的提高主要是由于土壤內(nèi)酶促反應底物量的增加。

在植物生長發(fā)育過程中，土壤內(nèi)養(yǎng)分、微生物以及酶均是不可缺少的因素，各個因素的協(xié)同作用可推進玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。在本研究當中，10年的秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田對玉米的平均增產(chǎn)率分別為18.17%、14.18%、18.61%。土壤內(nèi)蔗糖酶的存在可促進蔗糖分子內(nèi)果糖基β-葡萄糖苷碳鍵斷裂，使蔗糖分子水解為葡萄糖，提升土壤內(nèi)易溶性物質(zhì)的含量。由此可以看出，在持續(xù)秸稈還田時，土壤酶活性以及作物的產(chǎn)量二者密切相關(guān)。

4 結(jié)論

秸稈覆蓋還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈過腹還田處理均能有效提升玉米的產(chǎn)量，其平均增產(chǎn)率分別為18.17%、14.18%、18.61%，能夠有效提高玉米種植的經(jīng)濟效益，其經(jīng)濟效益的平均增加率分別為27.72%、20.48%、34.11%。另外，長期秸稈過腹還田還能夠提升土壤內(nèi)全氮含量、全磷含量、全鉀含量、有效氮含量、有效磷含量、有效鉀含量，而秸稈直接還田能夠提升土壤內(nèi)全氮含量、有效氮含量、有效鉀含量，長期秸稈覆蓋還田可提升土壤內(nèi)有效氮含量以及有效鉀含量。長期過腹還田可提升土壤內(nèi)蔗糖酶活性、纖維素酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性，而秸稈直接還田以及秸稈覆蓋還田僅可提升土壤內(nèi)蔗糖酶活性以及纖維素酶活性。

參考文獻

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