秸稈還田對東北地區黑土地質構和玉米產量的影響研究

摘要：為明確秸稈還田對東北地區黑土地的土壤質構和玉米產量的影響，以長期定位試驗為基礎，總結秸稈還田后的土壤容重、緊實度和持水量等指標變化及秸稈還田對玉米產量的影響，旨在為進一步提高玉米產量提供參考。

關鍵詞：秸稈還田； 玉米產量； 土壤質構； 黑土地

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0028-02

我國東北地區黑土地總面積1.09 億hm2，位列全球第二，其中典型黑土地耕地面積為1 853.33 萬hm2，糧食產量和調出量分別占全國的3/4和1/3，為國家的糧食安全提供了重要保障[1]。在黑土地受到過度開發利用和氣候等多種因素的長期影響下，黑土地質量逐漸退化。2021年中央一號文件提出“實施國家黑土地保護工程，推廣保護性耕作技術”。玉米是東北地區的主要糧食作物，種植面積和產量較大。分析和總結玉米秸稈還田后的土壤容重、緊實度和持水量等指標的變化，以及秸稈還田對玉米產量的影響，對于進一步提高黑土地質量具有重要意義。

1 秸稈還田對黑土地質構的影響

1.1 黑土地質構變化趨勢

目前，東北地區黑土地面臨土壤侵蝕嚴重、有機質含量減少、土壤結構變差、蓄水能力下降等問題[1]。水利部水土流失動態監測顯示，部分地區黑土層厚度已下降至20～40 cm，玉米產量也隨黑土層厚度的減少呈明顯下降趨勢。每侵蝕1 cm黑土層，玉米產量減少123.7 kg/hm2。20 cm是維護玉米產量的最小黑土層厚度。表征黑土地物理性質的主要參數和指標包括容重、緊實度、總孔隙度和田間持水量等，分別代表土壤透氣性、養分積累和釋放、根系生長和生物活性調節情況。自然黑土地開墾后的結構與持水量變化見表1。

由表1可知，開墾的80 a間，黑土地的容重逐漸增加，由7.59% 增加到59.49%；總孔隙度呈減小趨勢；田間持水量呈減小趨勢。

1.2 秸稈還田對黑土地質構的影響

為提升黑土地質量及解決秸稈焚燒帶來的資源浪費和環境污染問題，農業農村部堅持以“農用為主、多元利用”為方向，引導各地立足當地的耕作特點和產業現狀，統籌做好秸稈科學還田和離田高效利用工作。生產實踐表明，秸稈還田能夠提高生土熟化速度，改良土壤性質。

土壤緊實度影響作物生長及產量，過松或過緊都會影響土壤的養分、水分、通氣的協調性。黑土地較易形成堅實層，但不合理的耕作方式會加劇土壤的堅實性，使耕作層逐漸變薄。張冬梅等[2]對冷涼區旱地玉米保護性耕作的研究表明，免耕+秸稈半覆蓋的0～15 cm土壤緊實度顯著大于常規旋+露地種植和條耕+秸稈半覆蓋；但隨著免耕年限的延長，土壤緊實度逐漸降低。于博等[3]在內蒙古平原灌區開展了玉米秸稈還田試驗，秋收后將玉米秸稈全量粉碎深翻還田，還田量為20 034.97 kg/hm2，與對照（不深翻秸稈還田）相比，玉米秸稈全量粉碎深翻能顯著降低0～40 cm土層的土壤容重，但還田年限對土壤容重的影響不顯著，土壤緊實度由原來的2 375 kPa逐漸降低至163、93、93、70 kPa。

團聚體平均質量直徑（MWD）是評價土壤團聚體穩定性的重要指標，MWD值越大，表示團聚體穩定性越強。蘇思慧等[4]開展為期3 a的耕作和秸稈條帶還田試驗，發現秸稈還田處理能夠提高0～40 cm土層的團聚體平均MWD、2.00 mm 以上和0.25～2.00 mm 大團聚體含量及有機碳貢獻率，說明秸稈還田有利于微團聚體的團聚，能起到增加擾動阻力和減少團聚體破壞的作用。

2 秸稈還田對玉米產量的影響

光合作用能力、葉綠素含量和葉面積是影響玉米產量的重要因素。光合性能優化、葉綠素含量提高和葉面積增加的共同作用可促進玉米增產。凈光合速率反映植株葉片進行光合作用同化有機物的速率，是表征其光合性能最直接的指標。葉綠素含量是光合速率提高的物質基礎，不同耕作方式的玉米植株中葉綠素含量存在顯著差異。在我國中部地區，免耕秸稈覆蓋還田通過降低非氣孔限制來提高玉米的凈光合速率。

魯悅等[5]研究表明，籽粒產量與凈光合速率呈顯著正相關，與葉綠素含量、葉面積間的相關性均不顯著，說明玉米籽粒產量的提高主要通過提高凈光合速率即光合性能來實現。在我國東北黑土區進行10 a的免耕定位試驗，發現拔節期、抽雄期的氣孔導度和蒸騰速率與凈光合速率的變化趨勢一致，即隨著秸稈還田量的增加而增加。

秸稈還田對于促進玉米增產和農業可持續發展具有重要意義。張冬梅等[2]在冷涼區旱地開展為期5 a的試驗表明，采用免耕和條耕方式實行玉米秸稈覆蓋均比常規耕作增產。王治統等[6]研究表明，與不還田相比，秸稈還田的玉米產量可提高13.40%～21.00%。孫善文[7]在黑龍江省西部半干旱區開展的秸稈覆蓋免耕試驗表明，與常規壟作相比，秸稈歸行覆蓋還田的玉米百粒質量最大，達到38.4 g，且籽粒含水量均高于常規壟作，玉米產量增加2.10%。徐強[8]研究了不同玉米秸稈還田方式對玉米生長和產量的影響，以秸稈不還田為對照，發現秸稈還田對玉米穗數和穗行數沒有顯著影響，但行粒數和百粒質量均顯著提高；秸稈粉碎翻壓還田、秸稈粉碎行間覆蓋還田、秸稈發酵翻壓還田和秸稈炭化還田分別比對照的玉米產量高8.52％ 、3.96％ 、17.77％ 和14.33％，且各處理間差異顯著。其中，秸稈發酵翻壓還田的行粒數、百粒質量和產量最高，增產效果最明顯。徐瑩瑩等[9]為期4 a的定位試驗表明，與常規旋耕相比，秸稈覆蓋還田+深松和秸稈深翻還田處理能夠顯著降低果穗禿尖長度，提高百粒質量，使玉米增產3.20%和6.80%。

3 結語

當前，以秸稈還田和免耕為代表的保護性耕作技術在東北地區黑土區的應用面積不斷增加，同時對秸稈還田方法、深度和數量的研究廣度與深度不斷加強，目前已占當前保護性耕作研究成果的60% 以上。對東北地區實施保護性耕作的研究顯示，秸稈全層還田會阻礙根系下扎，導致作物出苗困難，且寒涼地區的玉米秸稈覆蓋會攔截太陽輻射，妨礙土壤與大氣之間的熱交換，不利于溫度升高，對春季適時播種有一定影響。因此，在玉米秸稈還田技術的應用過程中，要充分考慮區域內的環境條件和種植模式，因地制宜地選擇適宜的秸稈還田方式。

參考文獻

[1] 中國科學報. 中科院發布國內首部東北黑土地白皮書[EB/OL].[2021-07-12].https：//news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/7/363827.shtm.

[2] 張冬梅，黃學芳，姜春霞，等.冷涼區旱地玉米微壟覆膜土壤水熱及產量效應研究[J].作物雜志，2019（2）：115-121.

[3] 于博，于曉芳，高聚林，等.玉米秸稈全量深翻還田對高產田土壤結構的影響[J].中國生態農業學報，2018，26（4）：584-592.

[4] 蘇思慧，王美佳，張文可，等.耕作方式與玉米秸稈條帶還田對土壤水穩性團聚體和有機碳分布的影響[J].土壤通報，2018，49（4）：841-847.

[5] 魯悅，鮑雪蓮，霍海南，等.免耕條件下不同量秸稈覆蓋還田提高東北黑土區玉米光合性能和產量的效應[J].植物營養與肥料學報，2023，29（5）：840-847.

[6] 王治統，凌俊，劉子熙，等.秸稈還田方式對土壤理化性質和玉米產量的影響[J].中國生態農業學報（中英文），2024，32（4）：663?674.

[7] 孫善文.半干旱區秸稈覆蓋免耕對土壤性狀及玉米產量的影響[J].安徽農學通報，2023，29（6）：143-145.

[8] 徐強.玉米秸稈還田對玉米生長發育及產量的影響[J].中國農業文摘：農業工程，2024，36（3）：56-59.

[9] 徐瑩瑩，孫士明，靳曉燕，等.不同耕作措施對土壤質構和玉米產量的影響[J].玉米科學，2022，30（4）：97-106.

基金項目：保護性耕作農機裝備研發（2022JH1/10400017）；遼寧省重點實驗室組建項目——遼寧省農業機械裝備再制造創新重點實驗室（1JH13/10200006）