不同秸稈翻土還田量對土壤養分及玉米產量的影響

王麗學+王曉禹

摘要：為了研究不同秸稈翻土還田量對土壤養分、玉米產量的影響，分別設置玉米秸稈還田量（即覆蓋量）為3 680、4 907、6 133、7 360、8 567 kg/hm2，加上對照共6個處理。結果表明，土體內有機質含量在15～30 cm土層比 0～15 cm 土層略低;秸稈翻埋還田處理的氮、磷、鉀含量要明顯高于對照;在玉米生長的中后期，隨著還田量的增加，土體內氮、磷、鉀含量均有提高。由結果可知，玉米秸稈最優覆蓋量為6 133 kg/hm2，此時玉米產量達到8 831 kg/hm2。

關鍵詞：玉米;秸稈翻土還田量;土壤氮、磷、鉀;產量

中圖分類號： S365;S513.04 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0312-03

收稿日期：2014-09-10

基金項目：教育部留學回國人員科研啟動基金（編號：教外司留[2010]1174號）。

作者簡介：王麗學（1964—），女，遼寧沈陽人，博士，教授，博士生導師，研究方向為水資源開發利用與管理。E-mail：wlx1964@163.com。

中國是世界秸稈產量大國[1]，并且隨著農業綜合生產能力提高，年產秸稈數量不斷提高。中國玉米秸稈資源豐富，年產量達29 100萬t，是各種作物秸稈數量中最大的，占中國作物秸稈總量的38.2%[2]，具有十分可觀的利用前景。大量研究表明，秸稈長期施入農田，可以改善土壤理化性狀，增加土壤有機質和氮、磷、鉀等養分[3]，從而影響下茬作物生長發育和產量[4]。由于影響秸稈還田效益的重要因素之一就是秸稈還田量（即覆蓋量），還田量的大小直接影響土壤的保濕效果和作物的生長發育及產量，本試驗旨在通過比較不同的秸稈還田量研究沈陽地區草甸土玉米的最優秸稈覆蓋量。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗區概況

試驗材料為本試驗區內種植的玉米（沈農15號）及其所產秸稈，玉米5月初播種，9月末收獲。 本試驗于2013—2014年在沈陽農業大學水利學院綜合試驗基地進行，該基地位于遼寧省沈陽市沈河區（44°26′24″N，123°16′12″E），平均海拔44.7 m，屬丘陵地帶，地面不平;土壤主要為草甸土，土層深厚，保水、保土、保肥效果較好，平均土壤容重為1.37 g/cm;農業用水以天然降水為主要來源，水分利用率較低。試驗區屬旱作農業區，玉米、水稻為主要種植作物。

試驗地屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，一年四季分明，溫差大，冬長夏短，冬季寒冷干燥，春秋兩季氣溫變化較快，多風少雨，夏季炎熱多雨，年平均氣溫8 ℃，年平均最高氣溫13 ℃，年平均最低氣溫3 ℃。全年無霜期155～180 d;年降水量400～500 mm，受到季風的影響，降水主要集中在8—9月，約占全年降水總量的75%。

1.2 試驗方法

本試驗共設6個處理，3次重復，具體試驗處理方法見表1。

表1 試驗處理方法

處理 操作方法

傳統耕作（CT） 秋收后去玉米茬并移走秸稈，翻耕耙地，次年起壟播種玉米

秸稈覆蓋1（JF30）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內，拌入量為3 680 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋2（JF40）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內，拌入量為4 907 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋3（JF50）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內，拌入量為6 133 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋4（JF60）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內，拌入量為7 360 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

秸稈覆蓋5（JF70）

秋收后去玉米茬，秸稈粉碎成3～5 cm碎段拌入10～20 cm淺松土壤耕作層內，拌入量為8 567 kg/hm2，次年春季起壟播種玉米

本試驗共有6個處理，每個處理設3次重復，每個試驗小區長6 m、寬3 m，供試玉米種植行株距為0.55 m×0.45 m，秸稈傳統覆蓋量分別為3 680、4 907、6 133、7 360、8 567 kg/hm2。這是按照2013年秋季每株玉米秸稈質量230 g、每個3 m×6 m 的測區96株玉米計算的，還田量按照全部覆蓋量的30%、40%、50%、60%、70%計算。

2 結果與分析

2.1 不同秸稈翻土還田量對土壤養分的影響

玉米播種時土壤、秸稈養分的情況見表2，可以看出兩者

表2 土壤、玉米秸稈的養分情況

類型 碳

（g/kg） 氮

（g/kg） 磷

（g/kg） 有效磷

（mg/kg） pH值 碳氮比

土壤 6.8 0.96 0.28 8.4 7.7 9.3

秸稈 76.4 3.20 0.41 — 8.2 21.4

的養分構成存在較大差別。

2.2 土壤有機質的動態變化

土壤有機質含量與土壤肥力水平是密切相關的，土壤有機質經礦質化過程釋放大量的營養元素，為植物生長提供養分，有機質的礦質化過程分解產生的CO2是植物碳素營養的重要來源。

由圖1可以看出，在玉米的整個生育過程中，每個處理有機質含量的變化過程基本呈”下降—上升—輕微下降“的趨勢。在玉米生長過程中，越冬時期的有機質含量出現下降趨勢，各處理下降的幅度差不多;在秋收—越冬—苗期，各處理的土壤有機質含量差不多;土壤有機質含量在冬季達到最低值，在苗期隨著氣溫的回升，秸稈腐解速率加快，此時玉米生長緩慢，出現了有機質含量的上升，在玉米的拔節期有機質含量上升明顯，在抽穗期有機質含量達到最高值;隨著玉米加速生長以及結果的需要，土壤中有機質含量出現了不同程度的下降。0～15 cm土層，在玉米生長期隨著秸稈量的提高，有機質含量也隨著上升，有機質含量排序為JF70>JF60>JF50>JF40>JF30>CT;15～30 cm土層的土壤有機質變化趨勢與0～15 cm處相同，每個處理的有機質含量比0～15 cm土層低1 g/kg左右。endprint

這些結果表明，土壤有機質含量在玉米休閑期內變化并不大;隨著氣溫和地溫的升高，土壤內秸稈開始被微生物分解，土壤有機質含量升高。隨著作物的生長，在玉米生長的中后期，土壤有機質含量略有降低的趨勢。整體而言，在玉米整個生育期，隨著秸稈覆蓋量的提高，有機質含量增加;隨著土壤深度的加大，有機質含量降低。

2.3 玉米生育期不同階段土壤氮、磷、鉀的變化

植物體內的氮、磷、鉀均從土壤中吸收，而土壤中氮、磷、鉀的含量受耕作模式和時期的影響，變化較大。秸稈拌土內覆蓋，能夠直接有效地影響土體內氮、磷、鉀含量，從而影響玉米的生長和產量;玉米在不同的生育期，土壤內的氮、磷、鉀含量也是不同的。

從表3可以看出，玉米苗期CT處理的土壤氮、磷、鉀含量均低于秸稈覆蓋處理。從JF30到JF50處理，隨著秸稈覆蓋量的提高，氮、磷、鉀含量也隨著增加，但是JF60、JF70處理比JF50處理的土壤全氮、全磷、全鉀含量略有降低。JF30處理的土壤全氮含量是CT處理的1.4倍，而堿解氮含量是CT處理的3.6倍，JF60處理堿解氮含量是CT處理的8.8倍，差異明顯。從土壤全磷含量看出，有秸稈拌入土體處理要明顯高于CT處理，各秸稈覆蓋處理中除了JF30處理略低以外，其他處理的差異并不明顯;有效磷含量的變化趨勢跟土壤全磷相似。土壤全鉀、速效鉀的含量與全磷、有效磷含量類似。整體上看出，土壤鉀含量要高于氮、磷含量，氮、磷含量相差不大。

表3 玉米苗期土壤氮、磷、鉀含量

g/kg

處理 土壤

全氮 堿解氮 土壤

全磷 有效磷 土壤

全鉀 速效鉀

CT 2.772 0.116 3.544 0.031 9.385 0.063

JF30 3.934 0.423 4.225 0.048 10.824 0.075

JF40 4.219 0.624 4.526 0.053 11.136 0.078

JF50 4.826 0.964 4.823 0.057 11.484 0.081

JF60 4.730 1.021 4.737 0.062 11.253 0.084

JF70 4.657 0.832 4.663 0.059 11.165 0.082

由表4可以看出，在玉米拔節抽穗期，CT處理土壤氮、鉀含量與苗期相比略有下降，但是下降幅度并不大，下降的原因是作物的生長需要這些元素，而CT處理在消耗，未能得到補充。在這一時期，整體上看，土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀含量整體的變化趨勢是JF70處理>JF60處理>JF50處理>JF40處理>JF30處理>CT處理。這能反映在這一時期隨著氣溫和地溫的升高，土體內微生物活力明顯增強，隨著碎秸稈拌入土體內的量增加，土體內的氮、磷、鉀各項指標都有所增加。其中各秸稈處理拔節抽穗期比苗期的土壤全氮含量平均增加 0.6 g/kg 左右，堿解氮含量平均增加 0.1 g/kg 左右;土壤全磷含量上升得較明顯，其中JF70處理上升最多，上升了 2.56 g/kg，其他處理也略有上升，但是上升得并不明顯，CT處理上升得最小，僅上升了0.1 g/kg，有效磷的變化趨勢與全磷相同;除了CT處理全鉀含量比苗期降低0.355 g/kg以外，JF30處理比苗期增加0.71 g/kg，JF40處理增加了0.823 g/kg，JF50處理增加了1.20 g/kg，JF60處理增加了 1.771 g/kg，JF70處理增加了2.292 g/kg。還可明顯看出，隨著土壤秸稈拌入土體量的增加，土壤全鉀增加明顯。速效鉀的趨勢與全鉀相同。

由表5可以看出，在玉米灌漿期和成熟期土體內氮、磷、鉀的含量有所降低，這是由于玉米在這一時期生長得較快，玉米的生長消耗了土體內的氮磷鉀，土體內的營養元素沒有得到多余的補充，玉米秸稈在玉米拔節和抽穗期就已經分解得差不多了，尤其是CT處理下降最嚴重，恰恰能夠說明這一點。

表4 玉米拔節抽穗期土壤氮、磷、鉀含量

g/kg

處理 土壤

全氮 堿解氮 土壤

全磷 有效磷 土壤

全鉀 速效鉀

CT 2.491 0.104 3.645 0.034 9.030 0.057

JF30 4.530 0.531 5.636 0.059 11.531 0.084

JF40 4.817 0.712 5.961 0.064 11.959 0.089

JF50 5.104 0.859 6.489 0.069 12.680 0.095

JF60 5.325 1.050 6.967 0.073 13.024 0.105

JF70 5.653 1.232 7.227 0.077 13.457 0.112

表5 玉米灌漿成熟期土壤氮、磷、鉀含量

g/kg

處理 土壤

全氮 堿解氮 土壤

全磷 有效磷 土壤

全鉀 速效鉀

CT 2.031 0.084 2.916 0.027 7.575 0.049

JF30 4.239 0.462 5.315 0.053 10.320 0.078

JF40 4.576 0.603 5.426 0.060 10.860 0.083

JF50 4.933 0.740 5.920 0.064 11.586 0.090

JF60 5.151 0.944 6.439 0.069 12.113 0.097endprint

JF70 5.358 1.232 6.857 0.073 12.594 0.103

含量整體變化的趨勢仍然是JF70處理>JF60處理>JF50處理>JF40處理>JF30處理>CT處理，隨著秸稈拌入土體內量有規律地增加，土壤養分元素增加也比較均勻，這能夠充分說明秸稈拌土覆蓋的優越性;土壤氮、磷、鉀在玉米整個生育期呈現增—降的趨勢，在玉米拔節抽穗期達到峰值。

2.4 不同秸稈翻土還田量對玉米產量的影響

由表6可以看出，穗長最大值出現在JF50處理中，最小值出現在CT處理中，這與長勢特征一致;而行粒數與穗長成正比，也是JF50處理最多;穗行數、行粒數能夠反映玉米單穗籽粒數量的多少，其中穗行數為JF40處理>JF50處理>JF60處理>JF30處理>JF70處理>CT處理，行粒數為JF50處理>JF70處理>JF30處理>CT處理>JF40處理>JF60處理。玉米的禿尖可以致使玉米減產、單穗玉米的粒數減少，由表6可見，玉米的禿尖長在各處理之間沒有明顯的規律。在玉米的穗長方面，秸稈還田處理要明顯比對照長，其中JF50處理比CT處理穗長長21.5%，秸稈還田處理中最長的JF50處理要比最短的JF30處理長1.57 cm。百粒質量是能夠體現玉米種子充實程度的一項指標，最能體現玉米的品質，玉米的百粒質量排序為JF50處理>JF60處理>JF40處理>JF70處理>JF30處理>CT處理，這與穗長的變化趨勢相同，其中JF50處理要比CT處理高11.1%，比JF30處理高5.46%。玉米的空稈有2種情況，一種是先天性不育空稈，另一種是穩定性空稈。造成空稈的原因很多，如種植過密、通風透光不良以及營養物質跟不上等，而玉米的空稈率直接影響玉米的產量。由本試驗結果看出，玉米的空稈率隨著秸稈還田量的增加而提高，秸稈處理要高于對照。

表6 不同秸稈翻土還田量對玉米產量影響

處理 穗長

（cm） 禿尖長

（cm） 穗粗

（cm） 穗行數

（行） 行粒數

（粒） 百粒質量

（g） 空稈率

（%） 籽粒產量

（kg/hm2）

CT 18.95 1.68 5.20 16.04 34.25 29.38 13.2 6 539

JF30 21.46 2.16 5.41 16.35 34.27 30.96 14.8 7 426

JF40 22.54 3.24 5.53 16.85 33.14 31.25 15.2 8 150

JF50 23.03 2.29 5.57 16.70 35.21 32.65 16.0 8 831

JF60 22.72 2.81 5.60 16.52 31.26 31.49 16.3 8 442

JF70 21.48 2.36 5.64 16.12 34.87 31.06 16.5 7 848

對不同處理下玉米的產量進行分析，從整體上來看，不同處理方式對玉米產量的影響不同，CT處理的產量最低，為 6 539 kg/hm2，JF50處理的產量最高，為8 831 kg/hm2，后者比前者高35.1%。產量從高到低排序為JF50處理>JF60處理>JF40處理>JF70處理>JF30處理>CT處理。JF50處理比JF60處理高4.6%，JF60處理比JF40處理高3.6%，JF40處理比JF70處理高3.8%，JF70處理比JF30處理高57%，JF30處理比CT處理高13.6%?？梢钥闯?，秸稈切碎翻埋還田有助于提高玉米產量，但是秸稈還田量并不是越多越好，應該適量。試驗結果表明，秸稈切碎翻埋處理秸稈量在6 133 kg/hm2時，也就是JF50處理對玉米產量的提高效果最為明顯。

3 結論

在玉米整個生育期，土壤有機質含量處于“下降—上升—輕微下降”的趨勢，土體內15～30 cm土層土壤有機質含量略低于0～15 cm土層。從秋收到冬季下降，從冬季到抽穗期，有機質有明顯上升趨勢，上升的幅度減緩，其中抽穗期為土壤有機質的最高峰。

土體內氮、磷、鉀隨著玉米生育期的變化而變化，總體上土體內全氮要高于全磷和全鉀。在玉米苗期土壤全氮、全磷、全鉀以JF50處理最高，CT處理最低，這說明在玉米苗期，玉米秸稈沒有完全分解。在玉米的生育中期、后期，秸稈拌入土體內的氮、磷、鉀含量隨著秸稈還田量的提高而增加，且秸稈還田處理要明顯高于對照處理。這說明秸稈翻土還田，能夠明顯提高土體內的全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量，從而為玉米生長提供充足的養料，也是保證玉米產量的重要前提。

JF50處理玉米產量最高，為8 831 kg/hm2，比對照高351%。產量排序為JF50處理>JF60處理>JF40處理>JF70處理>JF30處理>CT處理。有研究認為小麥秸稈還田量以4 500～6 000 kg/hm2為宜[5]，玉米秸稈還田量以6 000～7 500 kg/hm2為宜[6]。玉米免耕整秸稈還田在半干旱區以 12～15 t/hm2 的產量最高[7]，但是在沈陽地區，草甸土溫帶半濕潤區玉米秸稈翻埋還田量為6 133 kg/hm2時，玉米產量達到 8 831 kg/hm2。

參考文獻：

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[7]丁玉川，王 笳，王樹樓. 玉米免耕整秸稈覆蓋增產效界[J]. 作物雜志，1995（5）：25-27.endprint