保护性耕作对冀东地区玉米产量和土壤特性的影响

郭 强，于玲玲，徐 阳，杨晓辉，王长里，杨引福，张树林

(1唐山市农业科学研究院，河北 唐山，063000；2唐山市农作物种子管理检验站)



保护性耕作对冀东地区玉米产量和土壤特性的影响

郭 强1，于玲玲2，徐 阳1，杨晓辉1，王长里1，杨引福1，张树林1

(1唐山市农业科学研究院，河北 唐山，063000；2唐山市农作物种子管理检验站)

为探索保护性耕作对玉米田土壤特性以及玉米产量及其构成因素的影响，以免耕秸秆不还田为对照(CK)，研究了翻耕秸秆还田(PTS)、旋耕秸秆还田(RTS)、免耕秸秆还田(NTS)、旋耕秸秆不还田(RTNS)和翻耕桔秆不还田(PTNS)等5种保护性耕作措施对冀东地区玉米产量和土壤特性的影响。结果表明: 与CK相比，PTS，RTS，NTS，RTNS，PTNS等5种保护性耕作措施均能不同程度的增加玉米的产量，而以PTS处理效果最好；0～30 cm土层中速效氮、速效钾和有机质的质量分数也以PTS处理效果最好；PTS处理的土壤孔隙度最大，而土壤容重最小。

玉米；耕作方式；秸秆还田方式；产量；土壤理化特性

我国秸秆资源非常丰富。据统计，2009年全国农作物秸秆理论总量为8.20亿t[1,2]。目前，这些秸秆除少部分用作造纸、发酵、畜牧饲料外，大部分被就地焚烧,还田率仅占秸秆总产量的大约1/4，这表明我国秸秆资源利用的空间潜力巨大。由于秸秆还田具有显著的生态环境效益以及培肥改土作用，在一定的土壤肥力水平和气候条件下，秸秆还田结合相应的土壤耕作方式将对农作物的生长、土壤的肥力状况等产生不同的影响[3～6]。因此，针对一定的土壤肥力水平和气候条件，应采取相应的秸秆还田措施。

长期以来，我国普遍采用双铧犁耕地或小型拖拉机带灭茬机以及畜力步犁耕地，而这些耕作方式的耕深一般较浅，长此以往，致使耕层土壤变浅，而犁底层变硬加厚，土壤理化特性变劣[7]，不利于作物根系生长发育以及对养分的吸收利用，进而限制了粮食产量的进一步提高[8]。旋耕和翻耕可有效的打破土壤犁底层，降低表层土壤容重，提高土壤通透性[9]，优化土壤结构，进而有利于作物生长和产量的提高[10]。耕作方式与秸秆还田是现代农业生产过程中非常重要的技术措施，相关研究表明[11,12]，合理的耕作措施和秸秆还田方式相结合既能够增加作物的产量，消化作物的残留秸秆，进而有效的改善土壤水、肥、气、热状况，同时还能够提高环境质量，经济、生态和社会效益都非常显著，是保障农业可持续发展的有效途径[13～15]。因此，研究不同耕作措施与秸秆还田方式对玉米产量及对土壤理化特性的影响，进而确立最佳的耕作模式与秸秆还田方式组合，对秸秆资源的有效利用以及土壤培肥等具有一定的理论和现实意义。为此，笔者试验研究了耕作措施及秸秆还田方式对玉米产量及土壤理化特性的影响，旨在为冀东地区及土壤与气候条件相近区域的玉米高产及土壤培肥等提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点设在唐山市海港开发区王滩镇十家子村。该地区位于河北省的东北部，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温10 ℃ 以上，年积温在3 300～3 600 ℃，无霜期大约180 d，年降雨量大约600 mm。试验地土壤为壤土，0～10 cm土壤中含有机质11.76 g·kg-1，全氮0.62 g·kg-1，速效磷17.34 mg·kg-1，速效钾120.64 mg·kg-1，pH 7.35。试验处理前各个小区的地力情况基本一致。

1.2 试验设计

试验处理为不同秸秆还田和耕作模式。秸秆的处理设置秸秆还田(S)和秸秆不还田(NS)两种方式；耕作模式设置免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(PT)3种方式，共设6个处理，以免耕秸秆不还田为对照(CK)。秸秆还田方法为玉米秸秆全量还田，前茬玉米成熟收获后，立即将玉米秸秆粉碎至长度大约5 cm的小段，然后结合土壤耕作混入土壤中进行秸秆全量翻埋还田。土壤耕作在玉米播种前进行，旋耕采用旋耕机旋地1遍，作业深度15 cm，之后耙地2遍。深翻采用铧式犁翻耕1遍，作业深度为30 cm，之后耙地2遍。试验采用两因素随机区组设计，3次重复，小区面积15 m×10 m。耕地施肥完成后采用硬茬播种机播种。供试夏玉米品种为郑单958，2015年6月1日播种，10月7日收获。底肥施过磷酸钙(P2O5的质量分数为0.46)365 kg·hm-2，拔节期穴施尿素(N素的质量分数为0.46)375 kg·hm-2，整个生育期不进行灌水，其他田间管理措施同当地常规栽培。

1.3 测定项目与方法

玉米收获时，收取每个处理小区内的所有玉米果穗进行测产，考种。土壤样品于10月10日进行取样，土壤容重和土壤孔隙度的测定采用环刀法，在0～30 cm土层处，用标准体积为100 cm3环刀采取土壤样本测定。土壤碱解氮的测定采用碱解扩散法; 土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用NH4OAc浸提，火焰光度计测定;土壤有机质采用元素分析仪测定。

1.4 数据处理

试验数据均为3次重复平均值,数据统计分析采用Excel 2003和DPS 6.55统计软件进行,多重比较采用Duncan氏新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同耕作和秸秆还田方式对夏玉米产量的影响

不同处理间玉米产量差异达到极显著水平，其中免耕无秸秆还田处理产量最低，以翻耕配合秸秆还田产量最高(表1)。在各秸秆还田方式下，玉米产量由高到低的顺序均为翻耕，旋耕，免耕，且各耕作方式下产量差异达到极显著水平;在各耕作方式下，产量总体以秸秆还田方式的产量>秸秆不还田方式的产量。说明在旋耕的基础上进行适当的翻耕，可有效提高玉米产量；在施用化肥的基础上进行一定量的秸秆还田，也可提高产量；将2种措施结合起来，即在翻耕的基础上，每年进行适量的秸秆还田，可将2种措施的增产效果扩大，从而更加显著的提高玉米产量。

表1 不同耕作和秸秆还田方式对玉米产量和产量构成因素的影响

2.2 玉米主要产量性状的相关性分析

穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百粒质量与玉米产量均呈正相关关系，而且穗长、穗粗和穗行数与产量呈显著正相关(表2)。这说明适当提高穗长、穗粗或穗行数，能够在一定程度上提高玉米产量。穗粗与穗长呈显著正相关关系，说明适当增加穗粗，能够在一定程度增加穗长。百粒质量与穗行数呈正相关关系，但没有达到显著水平。说明在一定程度上，随着玉米穗行数增加，百粒质量增加不显著。由于农艺性状指标之间的相互影响，各影响因子与产量之间的简单相关系数并不能真实反映二者之间的真正关系。为消除变量之间相互影响，进一步进行偏相关分析(表3)，结果表明，穗长、穗粗和穗行数与玉米产量呈显著正相关(P<0.05)，行粒数和百粒质量与产量之间未达到显著相关水平(P>0.05 )。

2.3 不同耕作及秸秆还田方式对土壤养分质量分数的影响

在相同的秸秆处理方式下，翻耕处理的土壤碱解氮质量分数显著高于免耕和旋耕处理的(表4)；而免耕、旋耕两者相比，旋耕处理的土壤碱解氮质量分数显著高于免耕处理的。在不同的秸秆处理方式下，秸秆还田处理的土壤碱解氮质量分数较高，秸秆还田处理的土壤对碱解氮质量分数的提高作用明显，可能是由于秸秆还田经过腐解，氮素大量释放。

在相同的秸秆处理方式下，翻耕处理的土壤速效磷质量分数显著高于免耕和旋耕处理的, 旋耕处理的土壤速效磷质量分数显著高于免耕处理的；在不同的秸秆处理方式下，秸秆不还田土壤的速效磷质量分数高于秸秆还田土壤的速效磷质量分数，这可能是由于秸秆还田以后，促进了土壤微生物的繁殖及对土壤和秸秆中磷素的吸收，故使得土壤中的速效磷质量分数降低。

在相同的秸秆处理方式下，土壤中的速效钾质量分数有很大差异，由高到低的顺序为翻耕，旋耕，免耕；不同秸秆还田方式下，秸秆连年还田条件下土壤速效钾质量分数较秸秆不还田处理的显著增加。说明翻耕和旋耕促进了土壤速效钾的释放，秸秆还田可使土壤速效钾的质量分数显著提高。

翻耕和旋耕相对免耕处理的土壤有机质质量分数均显著增加。不同秸秆还田方式下有机质含量也有所改变，而秸秆还田相对秸秆不还田的有机质含量显著增加。由此可见，秸秆还田能够显著提高土壤有机质的质量分数。

表2 玉米产量与产量性状的相关性分析

注：*表示显著相关(P<0.05)，**表示极显著相关(P<0.01)；下同。

表3 玉米产量与产量性状的偏相关性分析

表4 不同耕作和秸秆还田方式对土壤中养分的质量分数的影响

2.4 不同耕作及秸秆还田方式对土壤容重和孔隙度的影响

表5 不同耕作和秸秆还田方式对土壤容重和孔隙度的影响

在相同的秸秆处理方式下，0～30 cm土层土壤容重由高到低的顺序表现为免耕，旋耕，翻耕(表5)。由此可见，长年免耕处理会使0～30 cm土层变硬，容重增大。不同秸秆还田方式下，0～30 cm土壤容重整体表现为秸秆还田方式下的容重小于秸秆不还田方式下的容重，说明秸秆还田能够降低土壤容重，翻耕处理结合秸秆还田能够显著改善表层土壤容重。

秸秆还田处理的土壤孔隙度明显高于秸秆不还田处理的(表5)。说明进行秸秆还田有利于提高相应深度土层土壤的孔隙度；在同一秸秆还田方式下，土壤孔隙度的大小顺序依次为翻耕，旋耕，免耕，由此说明翻耕、旋耕能够明显提高0～30 cm土层的土壤孔隙度，结合秸秆还田后能够更有效改善表层土壤孔隙度。

3 结论与讨论

土壤保护性耕作措施有利于玉米产量的提高，其中翻耕配合秸秆效果最好。与其它处理相比，翻耕配合秸秆还田较其它处理显著地增加了玉米穗长、穗粗、穗行数和行粒数(P<0.01)，并且显著地提高了玉米产量(P<0.01)。卫晓轶等[16]在河南新乡研究表明：连续深耕(30～35 cm)+秸秆还田可使玉米增产20.5%，增产效果显著；赵亚丽等[17]在河南省温县赵堡试验站研究表明：土壤深松(耕)结合秸秆还田有利于作物产量、土壤微生物数量和酶活性的提高。这与本次试验的研究结果基本一致。

土壤保护性耕作措施能够增加速效氮、速效钾和有机质的质量分数，并且可以增加0～30 cm土层的土壤孔隙度，其中以翻耕配合秸秆还田处理效果最好。李凤博等[18]在南通市研究表明：翻耕结合秸秆还田使土壤的容重和坚实度降低, 总孔隙度和非毛管孔隙度升高,同时提高土壤各层的有机质、全氮、速效磷、速效钾的质量分数，有利于培肥地力, 增加土壤养分的质量分数；战秀梅等[6]在辽宁省海城市研究表明：秸秆还田有利于改善土壤的物理性质、提高土壤养分和有机质的质量分数，秸杆还田配合深翻可显著降低深层土壤容重、提高土壤孔隙度及土壤田间持水量，增加土壤有机质、氮磷钾的质量分数，促进春玉米产量提高,这与本次研究的结论基本一致。

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(责任编辑：朱宝昌，陈于和)

Effects of Conservation Tillage on Yield of Corn and Soil Properties in the East of Hebei Province

GUO Qiang1,YU Ling-ling2,XU Yang1,YANG Xiao-hui1,WANG Chang-li1,YANG Yin-fu1,ZHANG Shu-lin1

(1 Tangshan Academy of Agricultural Science，Tangshan Hebei，063000;2 Tangshan Crop Seed Management Testing Stations;China)

In order to explore the impact of conservation tillage on maize field soil properties and maize yield and its component, with no tillage and no straw returning for control (CK), we researched the effects of ploughing with straw returning (PTS), rotary with straw (RTS), no tillage with straw returning (NTS), rotary with no straw returning(RTNS) and ploughing with no straw returning (PTNS) on maize yield and soil properties in the east of Hebei Province. Results show that compared with CK, PTS, RTS, NTS, RTNS and PTNS can increase maize production in varying degrees, and the best was PTS; The content of available nitrogen, available potassium and organic matter in 0～30 cm soil layer was the most with PTS. PTS also had the maximum soil porosity and the minimum soil bulk density.

Maize; cultivation method; straw returning method; yield; soil physical and chemical properties

唐山市科学技术研究与发展计划项目(项目编号：15120204B)。

2015-11-18; 修改稿收到日期: 2015-12-01

10．3969 /J．ISSN．1672-7983．2015．04．003

S341.1

A

1672-7983(2015)04-0014-04

郭强(1983-)，男，博士，助理研究员。主要研究方向：玉米遗传育种和栽培。