不同覆膜模式下秸秆还田及腐熟剂对土壤理化性状和玉米产量的影响

刘文国，赵 强，杨艳美

(1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100；2.甘肃省镇原县农技中心，甘肃镇原 744500)

我国黄土高原地区土壤水分和养分是农业生产的限制因子，直接影响土壤肥力和作物产量，因此，该地区土壤水分的科学合理利用更加重要[1]。农业措施中，覆膜是高效利用自然降水的一项重要途径[2]，覆膜能使膜内土壤温度在较长时间保持稳定，并且增温[3]。覆膜还有集水功能[4]，不同覆膜方式土壤水分分配和保持功能不同，其中垄沟种植是一项重要模式，目前该技术在多种植物上均有研究[5-7]，旱地玉米上也已推广地膜覆盖[8]，但各地使用的覆膜模式各异[9]，不同覆膜模式会影响土壤理化性状，对产量也有一定的影响[10]。秸秆还田技术已被各地所推广[11-13]，在秸秆还田过程中，腐熟剂的应用已受到广泛关注，但腐熟剂的种类很多[14-17]，不同腐熟剂的功能差异较大，各地在使用过程中，选择合适的腐熟剂有一定的难度。因此，笔者依据当地常见几种覆膜方式和市场在售的腐熟剂，研究了秸秆还田后，不同覆膜方式和腐熟剂对土壤理化性质和玉米产量的影响，以期探索不同秸秆腐熟剂在不同覆膜模式下的使用效果，筛选出适宜该地气候条件和耕作制度的秸秆腐熟剂，找到适宜的玉米覆膜栽培方式，并为深入研究覆膜方式对土壤肥力的影响提供理论基础。

1 材料与方法

1.1试验地概况试验安排在镇原县新城乡郭沟圈村3户家庭的承包地中。试验地选择在典型黄土高原平坦的源面上，土层深厚，海拔1 450～1 460 m，是暖温带半干旱内陆型气候，年均气温8 ℃，年降水量540 mm，60%集中于7—9月，年蒸发量 1 384 mm。供试土壤为黑垆土，田间持水量22.5%，耕作层质地中壤，土壤肥力状况：pH 7.5，有机质10.51 g/kg，全氮0.67 g/kg，碱解氮76.8 mg/kg，全磷0.59 g/kg,速效磷14.6 mg/kg,全钾16.2 g/kg,速效钾136 mg/kg。

1.2试验材料覆用地膜规格为宽140 cm，厚0.01 mm(庆阳市合水地膜公司生产)，试验用腐熟剂1为北京京圃园生物工程有限公司生产的京圃园牌产品，腐熟剂2为上海联业生物技术有限公司生产的产品，玉米品种为先玉335。秸秆采用当年收获的玉米秸秆。秸秆还田量为22 500 kg/hm2(湿重或者鲜重)。秸秆用铡刀或机械粉碎为 5 cm左右，然后按照设计的重量均匀铺设在地面，撒施尿素300 kg/hm2、腐熟剂30 kg/hm2。然后深耕翻埋。秸秆翻埋后整理小区的边界，然后起垄覆盖(秋覆膜)。第2年春天进行播种。

1.3试验设计采取裂区设计，主因素为A，即不同覆膜方式，设置2个水平：全膜双垄沟播栽培(A1)、全膜覆盖1年2用(A2)。副因素为B，设置4个水平：秸秆不还田(B1)、秸秆还田(B2)、秸秆还田+腐熟剂1(B3)、秸秆还田+腐熟剂2(B4)。全方案共8个处理。重复3次，主区面积200 m2，裂区面积50 m2。全膜双垄沟播栽培方法：带宽1.2 m，每带起底宽0.4 m、高0.15～0.20 m的小垄和底宽0.8 m、高0.10～0.15 m的大垄，2垄中间为播种沟，每个播种沟对应一大一小2个集雨垄面。选用1.4 m宽的地膜，边起垄边覆膜，膜与膜间不留空隙，相接处用土压住地膜，每隔2 m压土腰带，并在垄沟内按株距打孔集雨蓄水。每小区种玉米5带10行，按株距0.35 m在垄沟“品”字型点种[18]。第2年揭膜翻耕栽培。

全膜覆盖1年2用方法：全地面平铺覆膜栽培，带宽1.2 m，每带选用1.4 m宽的地膜平铺覆膜，膜与膜间不留空隙，在相接处用土压住地膜，每隔2 m压一土腰带。每小区种玉米5带10行，按大行距0.8 m、小行距0.4 m、株距0.35 m在膜面“品”字型点种。第2年不揭膜免耕栽培。

1.4土壤样品采集秋季玉米收获后采集土样，每个小区采15个样点，采用“S”形随机布点采样，采样深度为0～20 cm，所有样点采来的土样混合均匀后，以4分法处理取一个土样，装塑料袋编号备用。

1.5测定项目与方法土壤样品实验室风干后，研磨过20目和60目筛备用。采用pHS-3CT酸度计测定土壤pH[19]；采用开氏法测定土壤全氮；采用碳酸钠熔融法测定全磷；采用氢氧化钠灼烧法测定土壤全钾；采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质[20]；采用环刀法测定土壤容重[21]；采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提、钼锑抗比色法测定土壤速效磷[22]；采用火焰光度计法测定速效钾[23-24]。

玉米成熟后及时进行田间测产，各小区单收单打，计算产量。

1.6数据分析所有计算均用Excel(2003)和DPS(7.05)数据统计分析软件[25]完成，其中方差分析和多重比较均采用DPS操作完成，多重比较选择Duncan法。

2 结果与分析

2.1土壤指标及玉米产量的方差分析把土壤各种指标和玉米产量整理后，用DPS统计分析软件进行裂区设计方差分析，将各指标的方差分析表略去平方和、自由度、方差部分，剩余部分汇总为表1、2，并进行F检验。由表1、2可以看出，对于主因素A，速效钾差异达显著水平，玉米产量差异达极显著水平，其他各指标主因素差异均未达显著水平，这说明主因素A即不同覆膜方式仅对土壤速效钾和玉米产量产生影响，而对土壤中的其他各指标如有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、容重、pH等无影响，因此对于主因素A，仅进行速效钾和玉米产量的多重比较。而对于副因素B，除土壤pH差异不显著外，其他各土壤指标及玉米产量的差异均达极显著水平，说明副因素B会对土壤中各种指标的含量产生极大影响，因此需对副因素B处理下各指标进行多重比较，由于pH差异不显著，因此可以认为，副因素对土壤pH无影响。A和B主副2因素的交互效应，仅速效钾达显著水平，其他指标的主副因素交互效应均未达显著水平。因此需对速效钾的交互效应进行多重比较。

表1 多种土壤指标方差分析(F检验)

注：*表示达0.05显著水平，**表示达0.01显著水平

Note:* stands for significant level at 0.05 level;** stand for significant level at 0.01 level

表2 多种土壤指标及玉米产量方差分析(F检验)

注：*表示达0.05显著水平，**表示达0.01显著水平。

Note:* stands for significant level at 0.05 level;** stand for significant level at 0.01 level

2.2主因素对土壤速效钾含量的影响由表3可知，主处理A1与主处理A22种模式差异显著，说明2种覆膜方式使用1年后，土壤速效钾含量差异显著，以全膜双垄沟播栽培方式速效钾含量较高，如果为了提高土壤速效钾含量，可以提倡在此地区推广这种栽培方式。

2.3主因素对玉米产量的影响由表3可知，主处理A1玉米平均产量为10 578 kg/hm2，主处理A2玉米平均产量为9 207 kg/hm2，差异达极显著水平，说明对于玉米产量，以全膜双垄沟播栽培方式最佳，是值得推广的栽培方式。

2.4副因素对土壤有机质含量的影响由表4可知，对于副因素B，B4和B3之间土壤有机质平均含量差异不显著，但均与B2、B1差异极显著，说明2种腐熟剂在秸秆还田后，对土壤有机质影响相近，但均比不使用腐熟剂含量高，且达极显著水平。B1与B2之间差异极显著，说明秸秆还田比不还田对土壤有机质有极显著提高。由此可知，为了提高土壤有机质含量，有必要推广秸秆还田+腐熟剂模式。

表3不同主处理对于土壤速效钾含量和玉米产量的影响

Table3Effectsofdifferentmaintreatmentsonsoilavailablepotassiumcontentandmaizeyield

主处理AMain treatment A速效钾含量 Available potassium content ∥mg/kg玉米产量 Maize yieldkg/hm2A1221.3 aA10 578 aAA2208.7 bA9 207 bB

注：同列不同小写字母表示不同主处理间差异显著(P<0.05)；不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)

Note：Different lowercases in the same column stand for significant differences between different main treatments at 0.05 level；different capital letters stand for significant differences at 0.01 level

2.5副因素对土壤全氮含量的影响由表4可知，副处理B2、B3、B4之间差异不显著，但均与B1间差异达极显著水平。说明秸秆还田后，使用腐熟剂处理对土壤全氮不产生影响，且2种腐熟剂之间差异不显著，但秸秆还田比不还田对土壤全氮影响较大，达极显著水平，可以极显著提高土壤全氮含量，如B4比B1增加0.14 g/kg，增加率为18.2%。

表4 不同副处理对土壤养分含量的影响

注：同列不同小写字母表示不同副处理间差异显著(P<0.05)；不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)

Note：Different lowercases in the same column stand for significant differences between different main treatments at 0.05 level；different capital letters stand for significant differences at 0.01 level

2.6副因素对土壤全磷和速效磷含量的影响由表4可知，副处理B3、B4间土壤全磷、速效磷含量差异不显著，但均与B2差异显著，全磷达极显著水平，说明秸秆还田后，2种腐熟剂对土壤磷影响相近，但均比不使用腐熟剂能显著提高土壤中磷含量，如B3比B2全磷增加了0.07 g/kg，增加率为7.1%，速效磷增加了2.16 mg/kg，增加率为7.8%。B2与B1之间土壤磷含量差异达极显著水平，其中全磷增加了0.19 g/kg，增加率为24%，速效磷增加了4.04 mg/kg，增加率为17.2%，说明秸秆还田能极显著提高土壤全磷和速效磷含量。

2.7副因素对土壤全钾含量的影响由表4可知，副处理B3、B4之间全钾含量差异不显著，但均与B2之间差异极显著，说明2种腐熟剂对土壤全钾含量影响相近，生产中采用2种腐熟剂均可，但在秸秆还田中使用腐熟剂比不使用腐熟剂能极显著提高土壤全钾含量，如B4比B2增加了2.25 g/kg，增加率为11.4%。B2与B1之间差异极显著，B2比B1增加了2.42 g/kg，增加率为14%。说明秸秆还田比不还田能极显著提高土壤全钾含量。因此，如果为了提高土壤全钾含量，生产中可以采用秸秆还田加腐熟剂模式。

2.8副因素对土壤速效钾含量的影响由表4可知，副处理B4、B3、B2速效钾含量差异不显著，说明腐熟剂对土壤速效钾含量无影响，但均与秸秆不还田的B1之间差异达极显著水平，如B2比B1增加了51.1 mg/kg，增加率为29.4%。说明秸秆还田能极显著提高土壤速效钾含量。

副因素B在所有指标中，仅土壤速效钾与主因素A的交互效应即AxB达显著水平，主因素下各副处理土壤速效钾含量见表5。由表5可知，对于主处理1和主处理2，副处理B4、B3、B2之间差异不显著，但均与B1之间差异显著。说明2种覆膜方式下，腐熟剂对土壤速效钾含量无影响，但秸秆还田比不还田能显著提高土壤速效钾含量。在主处理1全膜双垄沟播栽培下，腐熟剂1优于腐熟剂2，而在主处理2全膜覆盖一年两用下，刚好相反，腐熟剂2优于腐熟剂1。其原因可能是2种腐熟剂所用菌种对覆膜环境的适应程度不同所致。

表5土壤速效钾在主因素下各副处理多重比较

Table5Multiplecomparisonofsoilavailablepotassiumbetweendifferentdeputytreatmentsundermainfactors(Duncanmethod) mg/kg

注：同列不同小写字母表示同一主处理不同副处理间差异显著(P<0.05)

Note：Different lowercases in the same column stand for significant differences between different deputy treatments in the same main treatment 0.05 level

2.9副因素对土壤容重的影响由表6可知，副处理B1与B2、B3、B4之间土壤容重差异达极显著水平，且B1最大，如B2比B1减少了0.05 g/cm3，减少率为4.2%。副处理B2、B3、B4之间差异不显著。说明秸秆还田可以极显著降低土壤容重，秸秆还田中使用腐熟剂对土壤容重无影响。

2.10副因素对玉米产量的影响由表6可知，副处理B4、B3、B2之间玉米产量差异不显著，说明使用腐熟剂对玉米产量无影响，2种腐熟剂对玉米产量影响较小，可以忽略。但均与B1之间差异达极显著水平。说明秸秆还田可极显著提高玉米产量。

表6不同副处理对土壤容重和玉米产量的影响

Table6Effectsofdifferentdeputytreatmentsonsoilbulkdensityandmaizeyield

副处理BDeputy treatments B土壤容重Soil bulk density∥g/cm2玉米产量Maize yield∥kg/hm2B11.24 aA9 547.5 bBB21.19 bB9 934.5 aAB31.19 bB10 012.5 aAB41.18 bB10 077.0 aA

注：同列不同小写字母表示不同副处理间差异显著(P<0.05)

Note：Different lowercases in the same column stand for significant differences between different deputy treatments at 0.05 level

3 结论与讨论

3.1覆膜方式对土壤理化性状和玉米产量的影响冯佰利等[26]阐述了覆膜可以增温保墒、抗旱抑草、协调土壤耕作层的水、热、气、养分和改善土壤理化性状；曹昌明等[27]进行了玉米地膜覆盖与露地直播比较试验，结果表明，增产显著；刘文国等[28]研究了不同覆膜方式对土壤水分的影响，结果表明地膜覆盖能提高作物产量和降低土壤水分损耗，党占平等[29]研究了旱地不同覆盖模式增温效应，指出平覆地膜栽培和垄沟栽培能够有效提高旱地冬小麦全生育期积温和越冬期前的土壤温度，表层土壤增温幅度最大，随着土壤深度增加增温幅度逐渐减少。因此，覆膜方式也会影响土壤性质。该研究结果发现，2种覆膜方式土壤速效钾含量差异显著，玉米产量差异极显著，以全膜双垄沟播栽培模式较佳，但2种覆膜方式之间土壤其他指标如土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、全钾含量差异不显著，土壤容重差异不显著。说明不同覆膜方式也会引起土壤部分性质产生差异，但产量有较大差异，笔者以为，两者都为覆膜条件，栽培技术的微小变化引起土壤微域变化，对土壤养分变化影响较小，但对旱地土壤水分利用影响较大，这是不同覆膜方式影响玉米产量有较大差异的原因。

3.2覆膜条件下秸秆还田对土壤理化性状与玉米产量的影响秸秆还田已被作为一项重要的农业技术措施进行研究和推广[30]。徐莹莹等[31]研究了秸秆不同还田方式对土壤物理性状、玉米产量以及经济效益的影响，结果表明，与对照相比，秸秆还田使土壤容重下降了3.24%～5.76%；孔隙度增加4.08%～5.89%；土壤含水率增加6.43%～10.86%。产量提高，使净收益分别增加12.60%和 15.09%。该研究结果发现，在覆膜条件下，秸秆还田比不还田能够极显著提高土壤有机质、全氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾含量，降低土壤容重、提高玉米产量，但对土壤pH影响不大。

3.3腐熟剂对土壤理化性状和玉米产量的影响为了促进还田后的秸秆转化速率，目前主要采取了向秸秆中加入一定数量的腐熟剂，但腐熟剂对土壤中养分和性质的影响还有待进一步研究，该研究结果发现，秸秆还田后，使用腐熟剂比不使用腐熟剂对土壤有机质、全磷、速效磷、全钾含量显著提高，但对土壤全氮、速效钾、容重、玉米产量、pH无影响。该试验中，2种腐熟剂之间土壤各种指标、玉米产量差异不显著。因此，生产中2种腐熟剂均可使用。

结合该试验结果，在该地区建议推广秸秆还田后使用腐熟剂，并推荐全膜双垄沟播栽培模式。