耕作措施與秸稈還田對麥田土壤腐殖質(zhì)、鐵氧化物及小麥產(chǎn)量的影響研究

摘要：探究耕作措施與秸稈還田對土壤腐殖質(zhì)、鐵氧化物及小麥產(chǎn)量的影響。試驗(yàn)在保護(hù)性耕作長期定位試驗(yàn)地進(jìn)行，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)設(shè)免耕、深松兩種耕作措施，副區(qū)設(shè)秸稈全量還田、秸稈不還田兩種水平。共設(shè)計(jì)免耕秸稈還田（NTs）、免耕秸稈不還田（NT0）、深松秸稈還田（STs）和深松秸稈不還田（ST0）4種處理。采用冬小麥（濟(jì)麥22）—夏玉米（鄭單958）一年兩熟種植制度。結(jié)果表明，深松秸稈還田增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量、小麥穗數(shù)及千粒質(zhì)量，提高了腐殖質(zhì)富里酸的含量及小麥產(chǎn)量，減少了游離態(tài)鐵氧化物的含量，增強(qiáng)了對土壤有機(jī)碳的固定。

關(guān)鍵詞：耕作； 秸稈還田； 土壤腐殖質(zhì)； 鐵氧化物； 小麥產(chǎn)量

中圖分類號：S34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0018-03

土壤是生態(tài)系統(tǒng)中的重要部分，傳統(tǒng)耕作方式對土壤的擾動過于頻繁，不利于土壤有機(jī)碳的存儲，而保護(hù)性耕作可以提高土壤的碳儲量，減少碳排放[1]。保護(hù)性耕作是一項(xiàng)可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)，以少免耕和作物殘茬覆蓋地表為主要特點(diǎn)，已為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大規(guī)模、高效率、智能化發(fā)展的背景下，推動保護(hù)性耕作的深化發(fā)展有利于耕地保護(hù)、藏糧于地、藏糧于技等國家戰(zhàn)略的實(shí)施[2]。秸稈還田能夠減少土壤水分蒸發(fā)，提高土壤蓄水保墑能力，減少土壤鹽堿化，增加土壤肥力。秸稈作為植物殘?bào)w，含有大量的氮、磷、鉀等農(nóng)作物生長所需的營養(yǎng)元素[3]。秸稈還田后通過增加土壤的固碳儲量來提高土壤肥力，有利于促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成[4]。鐵氧化物和溶液相亞鐵常在厭氧土壤環(huán)境中共存。鐵氧化物能夠加快亞鐵的氧化速率，且控制亞鐵氧化成礦產(chǎn)物的類型。同時，亞鐵與鐵氧化物組成的系統(tǒng)是一種良好的還原劑，能夠有效還原重金屬并降解有機(jī)污染物[5]。研究在保護(hù)性耕作長期試驗(yàn)地進(jìn)行，通過分析來明確土壤腐殖質(zhì)、土壤團(tuán)聚體及產(chǎn)量之間的關(guān)系，同時為推廣保護(hù)性耕作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站的長期定位試驗(yàn)地進(jìn)行（始于2002年），地理位置為36° 09'30.78″ ～36° 09'27.59″ N、117° 09'13.79″ ～117°09'12.02″ E，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足。主區(qū)設(shè)免耕、深松兩種耕作措施，副區(qū)設(shè)秸稈全量還田、秸稈不還田兩種水平，共設(shè)計(jì)免耕秸稈還田（NTs）、免耕秸稈不還田（NT0）、深松秸稈還田（STs）和深松秸稈不還田（ST0）4 種處理，3 次重復(fù)。小區(qū)面積15 m×4 m。

試驗(yàn)采用冬小麥（濟(jì)麥22）—夏玉米（鄭單958）一年兩熟種植制度，各處理采取統(tǒng)一田間管理，每年10 月播種小麥，播種量為105 kg/hm2，基施純N 為120 kg/hm2，P2O5 為150 kg/hm2，K2O 為105 kg/hm2，各處理在拔節(jié)期統(tǒng)一追施純N為120 kg/hm2；玉米于每年6 月播種，密度為67 500 株/hm2，基施純N 為120 kg/hm2，P2O5 為90 kg/hm2，K2O 為90 kg/hm2，大喇叭口期追施純N為120 kg/hm2。

2021年種植的冬小麥在拔節(jié)期、開花期、灌漿期和成熟期按照“S”形五點(diǎn)取樣法用土鉆取0～100 cm土層土樣，每10 cm為一層，自然風(fēng)干后研磨過60目篩，再進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。隨機(jī)選取5株小麥，分為葉片、莖稈、果穗，在108 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至質(zhì)量恒定，再稱其質(zhì)量。

土壤腐殖質(zhì)組分采用腐殖質(zhì)組成修改法提取[6]。鐵氧化物中游離態(tài)氧化鐵（Fed）采用DCB法提取，無定形氧化鐵（Feo）采用草酸銨法提取，絡(luò)合態(tài)氧化鐵（Fep）用pH 值為8.5的焦磷酸鈉提取[7-8]。小麥成熟期選取1 m2區(qū)域來統(tǒng)計(jì)穗數(shù)；隨機(jī)選取20穗測定穗粒數(shù)；籽粒含水量為13%時測定千粒質(zhì)量。

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2016軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan's法進(jìn)行多重比較。Plt;0.05 表示差異顯著。利用SigmaPlot10.0軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作措施與秸稈還田對腐殖質(zhì)的影響

耕作措施與秸稈還田對小麥季0～40 cm土壤富里酸含量的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，小麥拔節(jié)期、開花期、灌漿期及成熟期4個時期內(nèi)的土壤富里酸含量均表現(xiàn)為隨著土壤層次的增加而降低的趨勢。拔節(jié)期0～10 cm土層，NTs 土壤富里酸含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），10～40 cm土層，STs土壤富里酸含量均顯著高于其他處理（Plt;0.05）；開花期0～40 cm土層，STs土壤富里酸含量均顯著高于其他處理（Plt;0.05）；灌漿期0～40 cm土層，STs土壤富里酸含量均高于其他處理（Plt;0.05）；成熟期0～30 cm土層，NTs土壤富里酸含量均顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm 土層STs，土壤富里酸含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）。

2.2 耕作措施與秸稈還田對鐵氧化物的影響

耕作措施與秸稈還田對小麥季游離態(tài)氧化鐵含量的影響如圖2所示。

由圖2可以看出，小麥拔節(jié)期0～30 cm土層，NT0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm土層，ST0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）；開花期0～10 cm土層，NTs游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），10～20 cm 土層，ST0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm土層，STs、NTs游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）；灌漿期0～20 cm土層，NT0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm土層，STs 游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）；成熟期0～20 cm土層，NTs游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），20～30 cm土層，NT0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05），30～40 cm 土層，NT0、ST0游離態(tài)氧化鐵含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）。

2.3 耕作措施與秸稈還田對小麥產(chǎn)量的影響

耕作措施與秸稈還田對2021年小麥產(chǎn)量的影響見表1。

由表1可知，STs顯著提高了小麥穗數(shù)，比NTs提高了38.42%；STs與NTs均提高了小麥千粒質(zhì)量；各處理的小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為STsgt;ST0gt;NTsgt;NT0，STs顯著提高了小麥產(chǎn)量，比NTs提高了23.52%。

3 討論

深松處理與免耕處理均增加了富里酸含量，秸稈還田對提升土壤有機(jī)碳及腐殖酸類物質(zhì)含量、增加腐殖化程度及加強(qiáng)土壤供肥能力的作用最佳[9]。有研究表明，0～40 cm耕層中SS和NT的土壤有機(jī)碳含量分別增加了25.40% 和66.91%，這與試驗(yàn)結(jié)果一致[10]。

秸稈還田降低了游離態(tài)鐵氧化物的含量，可能因?yàn)榻斩掃€田產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)抑制了游離態(tài)鐵氧化物的產(chǎn)生[11]。30～40 cm土層深松秸稈還田處理的游離態(tài)鐵氧化物含量遠(yuǎn)高于免耕秸稈還田處理，可能因?yàn)橛坞x態(tài)鐵氧化物與土壤微團(tuán)聚體的形成有關(guān)[12]。

秸稈還田一方面增加了土壤有機(jī)質(zhì)和小麥的肥力利用效率，另一方面改善了土壤理化性質(zhì)，有利于養(yǎng)分運(yùn)輸[13]。深松打破了犁底層，有利于養(yǎng)分交換，既增厚了土層，又增加了土壤孔隙度，促進(jìn)了大團(tuán)聚體的產(chǎn)生，從而有利于增加小麥產(chǎn)量[4]。

4 結(jié)論

深松秸稈還田增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量、小麥穗數(shù)及千粒質(zhì)量，提高了腐殖質(zhì)富里酸含量及小麥產(chǎn)量，減少了游離態(tài)鐵氧化物含量，增強(qiáng)了對土壤中有機(jī)碳的固定。

參考文獻(xiàn)

[1] 隋鵬祥，羅洋，李瑞平，等.不同耕作措施土壤結(jié)構(gòu)特征及其影響因素的研究進(jìn)展[J].玉米科學(xué)，2022，30（4）：83-89.

[2] 盧彩云，羅錫文，李洪文，等.我國保護(hù)性耕作的發(fā)展與政策建議[J].中國工程科學(xué)，2024，26（2）：103-112.

[3] 袁玉芳，類延菊，邵立業(yè)，等.農(nóng)作物秸稈飼料開發(fā)利用技術(shù)及在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].飼料研究，2023，46（16）：175-178.

[4] 王寧.耕作與秸稈還田對麥玉兩熟農(nóng)田細(xì)菌多樣性和固碳蓄水的影響[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2023.

[5] 姚遠(yuǎn)，余光輝，滕輝.土壤鐵氧化物-亞鐵的相互作用及其環(huán)境影響研究進(jìn)展[J].土壤，2023，55（4）：718-728.

[6] 楊洋.灌溉方式對設(shè)施土壤腐殖質(zhì)含量及其組分的影響[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[7] 高天平.耕作方式與秸稈還田對夏玉米根系空間分布和水分利用效率的影響[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021.

[8] 何群，陳家坊.土壤中游離鐵和絡(luò)合態(tài)鐵的測定[J].土壤，1983（6）：242-244.

[9] 高盼，王宇先，蔡姍姍，等.玉米秸稈還田下深松年限對土壤有機(jī)碳含量及胡敏酸結(jié)構(gòu)特征的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2024，42（1）：205-213.

[10] 董建麗，潘新麗，邵彥朝，等.秸稈還田和耕作方式對土壤碳排放及冬小麥產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2023（2）：13-15.

[11] 王留芳，陳嬋，朱小葉，等.中亞熱帶不同植被恢復(fù)階段林地土壤磷庫特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2019，33（1）：178-185.

[12] 薛亦康，柳開樓，鄔磊，等.長期不同施肥水田和旱地鐵氧化物對紅壤團(tuán)聚體有機(jī)碳固持特性的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)（中英文），2023，31（9）：1428-1438.

[13] 李夢瑤.秸稈還田對土壤養(yǎng)分的提升和作物產(chǎn)量的影響[J].種子科技，2024，42（1）：137-139.

基金項(xiàng)目：山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021CXGC010804）