秸秆还田配施氮肥改善土壤理化性状提高春玉米产量

白 伟，安景文※，张立祯，逄焕成，孙占祥，牛世伟，蔡 倩

秸秆还田配施氮肥改善土壤理化性状提高春玉米产量

白 伟1，安景文1※，张立祯2，逄焕成3，孙占祥1，牛世伟1，蔡 倩1

（1. 辽宁省农业科学院 耕作栽培研究所，沈阳 110161；2. 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081）

为了探明秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量及土壤物理性状的影响，2014－2015年在辽宁铁岭设置了秸秆0 kg/hm2+纯N 0 kg/hm2（S0F0），秸秆9 000 kg/hm2+纯N 0 kg/hm2（SN0），秸秆9 000 kg/hm2+纯N 112.5 kg/hm2（SN1），秸秆0 kg/hm2+纯N 225 kg/hm2（S0N2）（当地传统种植方式，CK），秸秆9 000 kg/hm2+纯N 225 kg/hm2（SN2），秸秆9 000 kg/hm2+纯N 337.5 kg/hm2（SN3）6个处理开展了研究。结果表明，秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量、土壤物理性状、根系形态等指标影响显著（P＜0.05）。全量还田9 000 kg/hm2和配施纯氮225 kg/hm2产量最高，比秸秆不还田2 a增产1.10%～11.56%，但产量并未随着施氮量的增加而持续增加；群体生物产量随着施氮量的增加而增加，收获指数在0.46～0.59之间。秸秆还田配施氮肥耕层构造可显著提高土壤含水量，降低土壤容重，调节土壤三相比；秸秆还田配施氮肥耕层构造春玉米根数、根长、根体积、根干质量等根系形态指标均优于秸秆不还田，且随着氮肥施入量的增加，各项指标均表现越好。因此，综合分析认为，秸秆还田量9 000 kg/hm2和配施氮肥225 kg/hm2是辽北棕壤区比较理想的耕层构造模式和秸秆还田技术，在该区域农业发展中具有一定的应用价值。

秸秆；肥料；土壤；施氮量；耕层构造；土壤物理性状；春玉米；根系形态

白 伟，安景文，张立祯，逄焕成，孙占祥，牛世伟，蔡 倩. 秸秆还田配施氮肥改善土壤理化性状提高春玉米产量[J]. 农业工程学报，2017，33(15)：168－176. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.15.022 http://www.tcsae.org

Bai Wei, An Jingwen, Zhang Lizhen, Pang Huancheng, Sun Zhanxiang, Niu Shiwei, Cai Qian. Improving of soil physical and chemical properties and increasing spring maize yield by straw turnover plus nitrogen fertilizer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(15): 168－176. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.15.022 http://www.tcsae.org

0 引 言

玉米是世界第一作物，东北地区地处世界玉米生产黄金带，是中国重要的玉米主产区[1]。辽宁省是中国13个粮食主产区之一，玉米种植面积稳定在200×104hm2以上，辽西北地区占2/3以上，对保障区域粮食安全具有重要意义[2]。中国每年生产各类作物秸秆约7亿t，其中玉米秸秆占50%以上[3]，东北地区玉米秸秆产量最大，约12 253 kg/hm2，居全国之首，玉米秸秆利用中秸秆还田占21.7%、饲料占29.5%、燃料占35.5%、焚烧占10.0%、工业原料占0.1%、其他占3.2%[4]。中国自家庭联产承包责任制以来，深翻、深松等大型农机作业面积越来越少，多为小型农机具作业，直接造成了耕层的“浅”、“实”、“少”问题，导致土壤理化性状日益恶化，根系生长受阻，玉米生产受到严重影响[5]。耕层构造是解决东北旱作农田耕层障碍问题的有效途径之一[6-8]，秸秆还田作为耕层构造的重要内容之一，已经得到越来越多学者的认同，也逐渐成为国内外研究的热点[9-12]。秸秆还田能够促进作物生长，增加干物质积累，提高作物产量，改善作物品质[13-15]；能够改善土壤物理性状，增加土壤有机质、土壤团聚体，提高土壤扩蓄增容能力，降低土壤容重，减少水分蒸发，提高水分利用效率[14,16-18]；能够调节碳氮平衡，减少氮素流失，固定外源钾，调节碳氮平衡[19-20]。但也有研究结果表明，秸秆还田对作物生长发育、产量等有负面影响[21]。

目前制约辽西北地区玉米产量提高主要有2个限制因子，一是耕层结构不合理，土壤理化性状恶化；二是有机质下降，地力持续衰退。因此，如何利用秸秆还田和土壤耕法改善耕层土壤理化性状，充分发挥土壤生产力，提高春玉米产量对于区域玉米生产具有重要意义。由于不同生态环境条件下的秸秆还田方式、周期、还田量、氮肥配施量不同，加上秸秆还田效应周期长，全量还田影响出苗率等因素的限制，关于辽西北地区秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量、土壤物理性状和根系形态的研究还较少。因此，本研究在确定深翻还田是区域最佳还田方式的基础上，设置了秸秆还田和不同施氮数量2个因素，探讨秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量和土壤物理性状的影响，为辽西北地区确定适宜的耕层构造方式和秸秆还田技术，提高土壤持续生产能力，实现作物的高产和稳产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 区域概况

铁岭市位于辽宁省西北部，地处东经123°27′～125°06′，北纬41°59′～43°29′之间，属于松辽平原中段，中温带亚湿润季风大陆性气候，日照充足，四季分明，雨热同季。全年日照为2 700 h，年平均降雨量为500～700 mm，降雨量年际变化较大，年内分配不均，大部分集中在6－9月份，而春秋两季降水偏少。年蒸发量为1 600 mm，年平均气温6.3 ℃，最低气温−31℃，最高气温34.4 ℃，无霜期150 d。当地耕作制度主要以一季春玉米为主实行连年浅旋耕，秸秆主要以燃料和焚烧为主，还田量低。

1.2 试验地点

试验于2014年4－10月和2015年4－10月在辽宁省铁岭市铁岭县蔡牛镇张庄（辽北典型棕壤类型区）进行，2014年生育期内降雨量为498.40 mm，平均温度为19.13 ℃；2015年生育期内降雨量为583.50 mm，平均温度为19.27 ℃，逐日降雨量、平均温度如图1所示。试验土壤为棕壤，耕层土壤含有机质14.91 g/kg、全氮1.32 g/kg、全磷0.61 g/kg、全钾12.4 g/kg、碱解氮85.0 mg/kg、有效磷27.4 mg/kg、速效钾113.2 mg/kg、pH值为6.3，试验区地势平坦，无灌溉条件。

图1 试验地点作物生育期内逐日降雨量、平均温度Fig.1 Daily rainfall and mean temperature duration in crop growth period of experiment station

1.3 供试品种

选用郑单958，是由河南省农业科学院粮食作物研究所利用郑58/昌7-2（选）杂交选育的一代杂交种。

1.4 试验设计

采用随机区组设计，共设6个处理，分别为S0F0、SN0、SN1、S0N2、SN2和SN3，具体秸秆施入量和肥料用量见表1。其中氮使用肥料为尿素（含氮46.3%），磷使用肥料为过磷酸钙（含P2O512%），钾使用肥料为硫酸钾（含K2O50%）。每个处理3次重复，18个小区，每个小区长10 m，宽6 m（10垄，垄距0.6 m），小区面积60 m2，试验区面积1 080 m2。试验于2014年4月28日播种、9月25日收获，2015年4月29日播种、9月30号收获；种植密度为60 000株/hm2，种植行距60 cm，株距27 cm。秸秆还田方式为秋季玉米收割机收获，同时将秸秆粉碎均匀铺于地表，用翻转犁深翻（深度为25～30 cm）还田，肥料均在播种时一次性施入，其他管理正常。

表1 不同处理详细说明Table1 Detailed description of different treatments

1.5 测定指标及方法

1.5.1 土壤理化性质测定

2014年播种前按常规方法测定土壤基本理化性质[22]。

1.5.2 产量及其构成因素

玉米收获后，每个处理随机取3个具有代表性的10 m2样区测产，用水分仪测定水分，按14%含水量折合成公顷产量。每个样区取15株，按常规方法测定穗行数、行粒数、秃尖、百粒重等产量构成因素。

1.5.3 群体生物产量和收获指数

产量收获后，取对应的10 m2样区的生物产量称质量，随机连续植株5株，称质量后在烘箱105 ℃杀青60 min，85 ℃烘至恒质量称干质量，计算植株含水率，然后根据鲜质量和5株含水率的平均值折合成公顷生物产量。

收获指数：HI=GY/BY。

式中HI为作物收获指数；GY为作物籽粒产量，kg/hm2；BY为作物生物产量，kg/hm2。

1.5.4 土壤容重

分别于玉米播种期（2014年4月28日，2015年4月29日）和收获期（2014年9月25日和2015年9月30日）采用环刀法测定不同土层（5～10、＞10～15、＞15～20 cm）的土壤容重。每个小区测3次重复，每个处理共9次重复。

1.5.5 土壤含水量

采用土钻取样烘干法，在苗期（2014年5月25日、2015年5月30日）、拔节期（2014年6月26日、2015年6月28日）、吐丝期（2014年7月30日、2015年7月29日）、灌浆期（2014年9月2日、2015年9月1日）和收获期（2014年9月25日、2015年9月30日）测定0～100 cm土壤含水率，每10 cm一个层次，3次重复。

1.5.6 土壤三相比

土壤三相比=（土壤固体容积：土壤液体容积：土壤气体容积）=（100%−土壤总孔隙度）：（土壤质量含水量×容重）：｛土壤总孔隙度−（土壤质量含水量×容重）｝，土壤总孔隙度=（1−容重/比重）×100，其中土壤比重取值为2.65[22]。

1.5.7 春玉米根系

每个小区选取有代表性玉米植株3株，每个处理共9株，在拔节期、灌浆期、成熟期采用剖面挖掘法测定其根数（地下节根和气生根）、根长和根体积，测定每条节根的长度，相加为总根长。采用WinRHIZO Program（Canada）植物根系分析系统进行分析，最后将每一样品装入纸袋风干，测定根干质量（精确到0.001 g）。

1.6 数据处理与分析方法

用Excel进行整理分析试验数据并作图，土壤含水量空间分布图用Surfer绘制，用SPSS17.0软件作相关的统计分析，采用Duncan法多重比较，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量及构成因素的影响

产量方差分析表明（表2），秸秆还田配施氮肥耕层构造明显影响春玉米产量，2014年S0F0、SN0与S0N2、SN2、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞SN0＞S0F0，SN2比S0F0增加74.58%；2015年表现略有不同，S0F0、SN0与SN1、S0N2、SN2、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN2＞S0N2＞SN3＞SN1＞ SN0＞S0F0，SN2比S0F0增加35.29%。说明秸秆全量还田条件下，随着施氮量的增加春玉米产量也在增加，但增加到一定程度后，产量不再增加；相同施氮条件下，秸秆还田能够增加一定的作物产量，增加的幅度为1.10%～11.56%。

在产量构成因素方面，2014年穗行数差异不显著（P＞0.05），S0F0、SN0与SN1、S0N2、SN2、SN3的行粒数差异显著（P＜0.05），S0F0、SN0与S0N2、SN2、SN3的秃尖长差异显著（P＜0.05），SN2、SN3与S0F0、SN0、SN1的百粒重差异显著（P＜0.05）；2015年表现略有不同，SN0与S0N2的穗行数差异显著（P＜0.05），SN2与的S0F0、SN0的行粒数差异显著（P＜0.05），秃尖长和百粒重差异不显著（P＞0.05）。通过相关分析表明，产量与行粒数和百粒重呈极显著正相关（r=0.874**、0.767**），与穗行数无显著相关性（r=0.540），与秃尖长呈极显著负相关（r=−0.783**）。由此表明，秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米在产量构成方面增产的主要原因是百粒质量和行粒数的显著提高和秃尖的显著降低。

表2 不同处理对玉米产量及构成因素的影响Table 2 Effect of different treatment on maize yield and yield components

2.2 秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米群体生物产量和收获指数的影响

春玉米生物产量和收获指数的方差分析表明（图2），秸秆还田配施氮肥耕层构造明显影响春玉米群体生物产量和收获指数，2014年群体生物产量S0F0、SN0与SN1、S0N2、SN2、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞SN1＞SN0＞S0F0，SN3比SN0和S0F0分别增加26.51%、28.22%；2015年S0F0、SN0、SN1与S0N2、SN2、SN3差异显著（P＜0.05），SN3比SN0和S0F0分别增加44.62%、44.75%，2a之间差异不显著（P＞0.05），说明随着施氮量的增加春玉米群体生物产量也随着增加，相同施氮条件下，秸秆还田比秸秆不还田增加3.08%～3.56%。所有处理的收获指数在0.46～0.59之间，2014年S0F0与SN1、S0N2差异显著（P＜0.05），表现为SN1＞S0N2＞S0F0，SN1比S0F0增加25.75%，2015年SN1与S0F0、SN0、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN1＞SN0＞S0F0＞SN3，SN1比SN3增加29.33%，2a之间差异不显著（P＞0.05），说明秸秆还田条件下，收获指数并未随着施氮量的增加而持续增加；相同施氮条件下，秸秆还田比秸秆不还田降低2.43%～3.12%。

图2 不同处理对玉米生物产量及收获指数的影响Fig.2 Effect of different treatments on maize biomass and harvest index

2.3 秸秆还田配施氮肥耕层构造对土壤容重的影响

土壤容重是反映土壤紧实程度的重要指标之一，秸秆还田配施氮肥对春玉米收获期土壤容重有显著影响（P＜0.05）。

图3 不同处理对土壤容重的影响Fig.3 Effect of different treatment on soil bulk density

从图3中可以看出，2014年播种前各层次的土壤容重差异不显著（P＞0.05），主要是由于各处理均采用了深翻整地方式；收获后，各层的土壤容重均有不同程度的增加，5～10 cm土壤容重S0F0与各处理差异显著（P＜0.05），S0F0比SN0、SN1、S0N2、SN2、SN3高3.2%、5.74%、0.78%、2.38%、0.78%；＞10～15 cm土壤容重S0F0与各处理差异显著（P＜0.05），S0F0比SN0、SN1、S0N2、SN2、SN3高12.59%、9.52%、8.05%、11.04%、8.78%；＞15～20 cm土壤容重S0F0与各处理差异显著（P＜0.05），S0F0比SN0、SN1、S0N2、SN2、SN3f分别高4.49%、5.16%、5.16%、19.85%、5.84%；相同施氮条件下，5～10、＞10～15、＞15～20 cm土壤容重秸秆还田比秸秆不还田分别降低1.61%、2.65%和12.43%。2015年与2014年表现基本一致。由于采用了深翻的秸秆还田方式（深度为25～30 cm），有效打破了犁底层，加上秸秆还田对土壤的扩蓄增容作用，使耕层的土壤容重较低，特别是＞15～20 cm处的土壤容重。因此，秸秆还田配施氮肥耕层构造方式可以有效降低土壤容重。

2.4 秸秆还田配施氮肥耕层构造对土壤含水量的影响

2014－2015年春玉米全生育期土壤含水量动态变化结果表明（图4），秸秆还田配施氮肥耕层构造对土壤含水量影响明显。2014年S0F0、SN0、SN1、S0N2、SN2、SN3平均土壤含水量变化范围分别为15.44%～17.68%、15.94%～18.54%、16.59%～18.93%、15.59%～19.49%、16.64%～18.19%、15.29%～19.08%。2015年S0F0、SN0、SN1、S0N2、SN2、SN3平均土壤含水量变化范围分别为平均土壤含水量变化范围11.91%～22.95%、15.58%～25.83%、11.96%～30.95%、12.35%～25.44%、10.82%～24.69%、12.64%～28.81%，2015年平均土壤含水量大于2014年，主要是由于2015年降雨量较大所致。2 a整体趋势变现一致，相同施氮条件下，秸秆还田土壤含水量高于秸秆不还田。由此表明，秸秆还田疏松了表层土壤，增加了雨水入渗能力，可显著提高土壤含水量，但并未随着施氮量的增加而增加，可能与秸秆腐烂需要消耗水分有关。

2.5 秸秆还田配施氮肥耕层构造对土壤三相比的影响

土壤三相是评价耕层结构的重要指标之一，秸秆还田配施氮肥耕层构造播种和收获期5～10 cm和15～20 cm的土壤三相比分析表明（图5），2014年苗期5～10 cm土壤液相9.06%～13.37%，气相55.09%～59.62%，固相27.79%～32.34%；＞15～20 cm土壤液相14.25%～20.28%、气相41.17%～50.57%、固相31.04%～35.94%；收获期5～10 cm土壤液相13.43%～18.21%，气相51.23%～53.78%，固相30.21%～34.30%；＞15～20 cm土壤液相19.21%～26.29%、气相38.59%～48.63%、固相31.78%～35.06%。2015与2014年表现基本一致。由此表明，从播种期到收获期气相逐渐减少，液相和固相逐渐增大，耕层结构变得紧实。各处理间，以SN2处理三相结构最合理，趋向于作物生长的最优三相结构（液相、气相、固相分别为25%、25%、50%）。

2.6 秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米根系形态的影响

根数、根长、根体积、根干质量是直接反映根系对土壤水分和养分吸收能力的表征参数[23]，2015年拔节期、灌浆期和成熟期根系形态分析表明（表3），秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米根系生长影响显著（P＜0.05）。拔节期，根数S0F0与SN1、S0N2、SN2、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞SN1＞S0F0；根长S0F0与各处理差异均显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞SN1＞SN0＞S0F0；根体积表现与根数一致；根干质量表现与根长一致。相同施氮条件下，秸秆还田的根数、根长、根体积和根干质量比秸秆不还田分别增加14.39%、16.94%、3.87%和14.45%。灌浆期，根数与根长表现一致，S0F0、SN0与SN1、S0N2、SN2、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞SN1＞SN0＞S0F0；根体积S0F0、SN0与SN2、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞SN0＞S0F0；根干质量S0F0、SN0与其他处理差异均显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞SN1＞SN0＞S0F0。相同施氮条件下，秸秆还田的根数、根长、根体积和根干质量比秸秆不还田分别增加4.89%、4.19%、3.62%和2.31%。成熟期，根数与根长表现一致，S0F0与S0N2、SN2、SN3差异显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞S0F0；根体积与根干质量表现一致，S0F0与各处理差异均显著（P＜0.05），表现为SN3＞SN2＞S0N2＞SN1＞SN0＞S0F0。相同施氮条件下，秸秆还田的根数、根长、根体积和根干质量比秸秆不还田分别增加1.90%、10.27%、1.25%和2.77%。由此说明，深翻秸秆还田能够打破犁底层，减少根系在土壤中的穿透阻力，使春玉米形成深而发达的根系，而且随着氮肥施入量的增加，根系各项指标均表现越好。

图4 不同处理0～100 cm土壤含水率的动态变化Fig.4 Dynamic change of soil moisture content in 0-100 cm soil layer of different treatments

图5 不同处理对土壤三相比的影响Fig.5 Effect of different treatment on soil three phase ratio

表3 不同处理对春玉米根系的影响（2015）Table 3 Effect of different treatment on maize root

3 讨 论

3.1 作物产量与根系

多数研究认为秸秆还田配施氮肥耕层构造能够增加作物产量和促进作物根系生长[14,24-25]，但不同生态类型区秸秆还田配施氮肥增产幅度存在着差异。解文艳等[26]基于中国北方干旱地区18年的长期秸秆还田定位试验结果表明，秸秆还田秋施肥具有显著增产效果，18 a累计增加玉米籽粒产量9.71～15.58 t/hm2，增产率为8.33%～16.19%；战秀梅等[24]研究发现，秸秆连年还田比秸秆不还田春玉米产量提高幅度为5.19%～5.89%。但也有研究结果表明，全量秸秆还田并不能增加作物产量，主要是由于在较瘠薄的土壤上施肥量不足造成的[21]。慕平等[27]研究结果表明，全量秸秆还田玉米根重密度、总根长及根系活力水平等指标均表现为随着还田年限增加而增加的趋势。本研究结果表明，秸秆还田配施氮肥耕层构造能够增加春玉米产量，增产幅度在1.10%～11.56%，随着施氮量的增加产量也在增加，但增加到一定程度后，产量不再增加，增产的主要原因是百粒重和行粒数的显著提高和秃尖的显著降低，群体生物产量随着施氮量的增加而增加，收获指数并未随着施氮量的增加而增加。秸秆还田配施氮肥耕层构造的根数、根长、根体积、根干质量等根系指标均优于秸秆未还田处理，且随着氮肥施入量的增加，根系各项指标均表现越好，与前人研究结果一致。

3.2 土壤物理性状

秸秆还田配施氮肥耕层构造能够改善土壤物理性状[25,28-29]，提高土壤有机质含量[30-31]。赵亚丽等[29]研究结果表明，秸秆还田可以显著降土壤容重，秸秆还田20～40 cm土层的土壤容重比秸秆不还田降低2.0%，水分利用效率提高15.1%。赵亚丽等[32]研究结果表明，秸秆还田提高了土壤有机碳含量，增加了土壤微生物数量、土壤酶活性，分别比秸秆不还田提高12.4%、33.9%和25.2%。Roig等[33]研究结果表明，秸秆还田能够优化土壤三相比，为作物根系提供协调的土壤环境。本研究结果表明，由于深翻秸秆还田方式可以有效打破了犁底层，加上秸秆还田对土壤的扩蓄增容作用，可以显著降低土壤容重；秸秆还田疏松了表层土壤，增加了雨水入渗能力，可显著提高土壤含水量，但未随着施氮量的增加而增加，可能与秸秆腐烂需要消耗水分有关。秸秆9 000 kg/hm2+纯N 225 kg/hm2三相结构最合理，趋向于作物生长的最优三相结构，与前人研究结果一致。

3.3 耕层构造方式

随着东北地区耕层“浅”、“实”、“少”问题的日益突出[34]，耕层构造相关研究受到越来越多学者的关注。迟仁立首次提出了虚实并存（间隔）耕层构造的概念，并在土壤物理、土壤微生物等方面初步阐明了增产机理[35]。王立春等[6]从土壤耕作角度对合理耕层构建方法及基本特征进行了详细的分析，提出了苗带紧行间松、松紧兼备的合理耕层构造技术。韩晓增等[9]提出了肥沃耕层构造技术，并利用深松、秸秆还田、有机肥等技术措施对肥沃耕层基本特征进行了研究。Bai等[36]提出了高产耕层构建技术，并明确了土壤耕作和秸秆还田是构建高产耕层的核心。由于区域生态环境的不同，秸秆还田方式、还田量、还田周期、氮肥配施数量研究不同学者有着不同的研究结论[37]。本研究结果表明，辽西北棕壤区最佳的还田方式为深翻还田，还田量为9 000 kg/hm2，配施氮肥数量为225 kg/hm2，与前人研究结果略有不同，主要由于降雨量、土壤条件等因素的不同所致。

4 结 论

耕层构造能够协调土壤水、肥、气、热等土壤环境要素，提高作物产量，在辽西北地区玉米生产中具有重要的作用。笔者综合分析认为在深翻秸秆还田的基础上，还田量为9 000 kg/hm2和配施氮肥225 kg/hm2是辽北棕壤区比较理想的耕层构造模式和秸秆还田技术。但秸秆还田配施氮肥的其他效应，如作物响应机制、土壤微生物变化规律、水肥利用效率等科学问题仍需要进一步深入探讨，后续将作跟踪报道。

[1] 李华，逄焕成，任天志，等. 深旋松耕作法对东北棕壤物理性状及春玉米生长的影响[J]. 中国农业科学，2013，46(3)：647－656.

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Improving of soil physical and chemical properties and increasing spring maize yield by straw turnover plus nitrogen fertilizer

Bai Wei1, An Jingwen1※, Zhang Lizhen2, Pang Huancheng3, Sun Zhanxiang1, Niu Shiwei1, Cai Qian1
(1. Tillage and Cultivation Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161, China; 2. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 3. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

Improving plough layer is necessary for solving the problems of shallow and compacted plough layer and plough layer lack, which are caused by a long-term unreasonable tillage. In order to examine the effects of straw turnover and different nitrogen (N) additions to plough layer on the yield, soil physical properties, root morphology of spring maize in dry land, 6 treatments were conducted in Tieling of Liaoning Province from 2014 to 2015. The 6 treatments included straw turnover of 0 kg/hm2and adding pure N of 0 kg/hm2(S0F0), straw turnover of 9 000 kg/hm2and adding pure N of 0 kg/hm2(SN0), straw turnover of 9 000 kg/hm2and adding pure N of 112.5 kg/hm2(SN1), straw turnover of 0 kg/hm2and adding pure N of 225 kg/hm2(S0N2) (local traditional cropping pattern, CK), straw turnover of 9000 kg/hm2and adding pure N of 225 kg/hm2(SN2), straw turnover of 9 000 kg/hm2and adding pure N of 337.5 kg/hm2(SN3). The result showed that treatments of straw turnover and different N additions significantly influenced spring maize yields, soil physical properties and root morphology. The treatment of straw turnover of 9 000 kg/hm2and N addition of 225 kg/hm2had the highest yield, increasing by 1.10%-11.56% compared with none straw turnover. This increase in yield of spring maize was mainly contributed by the augmented 100-grain weight and grain number, as well as the decreased bald tip. The N addition did not promote the yield while improved the biomass of whole crop. On the same level of N addition, the spring maize yield of straw turnover treatment was 3.08%-3.56% higher than that of none straw turnover treatment, whereas the harvest index of straw turnover treatment was 2.43%-3.12% lower than that of none straw turnover treatment. Plough layer construction of straw turnover and N addition could significantly lower soil bulk density, especially in soil depth of 15-20 cm. Treatment of straw turnover plus N fertilizer to plough layer construction could also loosen top soil, and further enhance rainwater infiltration and soil water content, whereas the similar trend did not be observed for the treatment of N addition. The soil three-phase structure derived from SN2 treatment was the optimum, with 25% liquid phase, 25% gas phase and 50% solid phase, respectively. The root indices, including amount, length, volume and dry weight of root of spring maize, were better than the indices of none straw turnover treatment. On the same level of N addition, the amount, length, volume and dry weight of root of spring maize were 1.90%, 10.27%, 1.25% and 2.77% higher than the corresponding index of treatment of none straw turnover, respectively. Consequently, we suggest that the treatment of straw turnover of 9 000 kg/hm2and N addition of 225 kg/hm2is the optimum approach of plough layer construction and technology of straw turnover in the brown soil area of northern Liaoning Province, which is recommended to be applied in agricultural production.

straw; fertilizers; soils; nitrogen addition; plough layer construction; soil physical properties; spring maize; root morphology

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.15.022

S158

A

1002-6819(2017)-15-0168-09

2017-02-03

2017-05-12

农业部公益性行业科研专项资金项目（201303130）；国家重点研发计划（2016YFD0300204）；辽宁省“百千万人才工程”资助项目

白 伟，副研究员，博士，主要从事旱地耕作制度理论与技术研究。沈阳 辽宁省农业科学院 耕作栽培研究所，110161。

Email：libai200008@126.com

※通信作者：安景文，研究员，主要从事植物营养与耕作制度研究。沈阳 辽宁省农业科学院 耕作栽培研究所，110161。Email：jingwenan@126.com