秸秆不同处理还田方式对春玉米土壤水分及温度动态变化的影响

2019-11-22冀雅珍李晓春耿宝江

陕西水利 2019年10期

冀雅珍，李晓春，耿宝江

（1.山西省水利水电科学研究院，山西太原 030002；2.陕西省江河水库工作中心，陕西西安 710018；3.南水北调中线干线工程建设管理局天津分局，天津 300000）

秸秆作为农作物的主要副产品，含有丰富的有机碳，以及大量的氮、磷、钾、硅等农作物生长所需要的营养元素，是一类重要的能直接利用的可再生生物资源[1～3]。研究结果表明，秸秆混合施入上层土壤可以增加土壤孔隙度，提高表层土壤的含水率，而土壤毛细管部分发生断裂，通过抑制土壤下层水分上升，有效地降低土壤蒸发强度[4～6]。秸秆还田不仅具有减少土壤水分蒸发，保墒蓄水，调节地温的效果，而且具有改善土壤结构，提高土壤肥力，防治水土流失等综合效应[7～9]。刘思春等人探讨了长期秸秆还田对农田土壤水分运动与热力学函数关系，结果表明，土壤非饱和导水率和水势温度效应均表现为高量玉米秸秆还田＞低量玉米秸秆还田＞单施化肥[10]。董勤各等人分析了秸秆氨化还田和秸秆长度对农田水分与夏玉米产量的影响，发现氨化短秸秆翻压还田能有效促进夏玉米生长，保持较好的土壤水分条件，有助于提高夏玉米产量和水分利用效率[11]。高利华等人研究了秸秆不同还田方式对土壤理化性质及玉米产量的影响，结果表明，生物炭和秸秆还田能够改善土壤，培肥土壤，增加作物产量[12]。

目前，国内外已有不少关于秸秆还田措施的研究[13～15]，多数研究成果主要集中于秸秆直接覆盖还田对土壤物理性状和作物生长的影响，而针对秸秆还田不同的处理方式对农田水土环境和作物的生长影响，这方面还缺少较系统的研究。本文基于大田实验，考虑秸秆长度、氨化作用及土壤无极改良剂对土壤物理特性的影响，以期确定科学合理的秸秆还田方式，为改善干旱半干旱地区水土环境和秸秆资源的合理利用提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于山西省文水县刘胡兰村灌溉试验站西南一公里，地理位置东经112°12″，北纬37°17″，海拔高度749.579 m，年平均降雨量450 mm左右，蒸发量年平均为1563.3 mm，年累积日照为2303.1 h，无霜期为180 d左右。灌溉水源为河井双灌，灌溉条件良好。土壤容重为1.56 t/m3，田间持水量26.9%，地下水矿化度787 mg/L，pH值为8.12，全盐量0～80 cm平均0.6174%，0～50 cm有机质含量为0.85%，速效磷含量为0.31%，全年地下水埋深0.5 m～4 m。

1.2 试验设计

试验时间2017年4月～9月，共设置3个处理，分别为加长（3 m～5 cm）玉米秸秆氨化还田（CN）和粉碎玉米秸秆氨化+无机土壤改良剂还田（FNT）两种处理方式，对照组为无秸秆还田（CK）。每个小区面积144 m2，周围布置2 m宽的保护带、中间设置隔离带，3次重复。春玉米供试品种为东单1331，种植密度3300株/亩左右，行距0.5 m，株距0.4 m，玉米秸秆还田量4380 kg/hm2，无机土壤改良剂（石膏）用量200 g/m2，基肥施有机肥22500 kg/hm2，磷肥750 kg/hm2，生育期追拔节肥一次，追尿素450 kg/hm2，中耕一次。

1.3 样品采集与测定

土壤含水率测定，采用常规土钻取土105℃烘干法，测定土壤深度为0 cm～100 cm，按0 cm～20 cm、20 cm～40 cm、40 cm～60 cm、60 cm～80 cm、80 cm～100 cm五层取样测定，取样时间为每月的1号、11号和21号，在春玉米播种前、出苗、拔节、抽雄、灌浆、收获各加测一次，降水后及灌溉前后各加测一次。

采用曲管地温计分别在土层5 cm、10 cm、15 cm、20 cm处测定土壤温度。每日测定时间为早8时、13时及18时，取其平均温度作为日均土壤温度。

2 结果与分析

2.1 不同秸秆还田方式下春玉米生育期土壤水分动态变化

不同秸秆还田方式下，土壤含水量随时间和空间发生变化，在各个生育期表现出相同的增-减-增-减的变化趋势，见图1。从图1可以看出，不同处理方式春玉米各生育期土壤含水率有如下结论：拔节～抽穗＞播种～拔节＞抽穗～灌浆＞灌浆～收获。处理一（CN）、处理二（FNT）、处理三（CK）在0～100 cm土层平均含水率为，拔节～抽穗期分别为21.64%、22.00%、21.59%，处理二（FNT）比处理一（CN）、处理三（CK）分别提高1.66%、1.90%；播种～拔节期分别为21.81%、22.12%、21.12%，处理二（FNT）比处理一（CN）、处理三（CK）分别提高1.42%、4.73%；抽穗～灌浆期分别为20.71%、21.91%、20.41%，处理二（FNT）比处理一（CN）、处理三（CK）分别提高 5.79%、7.35%；灌浆～收获期分别为20.53%、20.90%、20.16%，处理二（FNT）比处理一（CN）、处理三（CK）分别增加 1.80%、3.67%。

由此可知，在抽穗～灌浆期，FNT处理在提高土壤含水率方面较其他两个处理有明显的差异，并且较播种～拔节期、灌浆～收获期、拔节～抽穗三个生育期增加明显，分析其原因，由于秸秆还田后，前期由于秸秆还处于覆盖的状态，减少了降雨的入渗，使得土壤含水率较低；经过时间的延长，秸秆逐渐腐化变质，使得降雨及灌溉用水能很好地下渗，使得土壤含水率得到提高。

试验结果表明，秸秆经过不同处理后施入土壤，都不同程度的提高了土壤的含水能力，但粉碎秸秆氨化处理配合无机土壤改良剂混合施入后，更有效提高土壤的含水率，对土壤水含率提升作用明显。

图1 不同秸秆还田处理方式春玉米不同生育期0～100 cm土壤水分动态变化

2.2 不同秸秆还田方式下春玉米土壤温度的影响

由图3及表1可知，不同秸秆处理还田方式下5 cm～20 cm土层的平均土壤温度变化趋势基本一致，随着春玉米植株生长而呈马鞍型变化。从播种到7月下旬土壤温度不断增长的趋势，到7月下旬土体温度达到最高，最高温度处理一（CN）达22.80℃，处理二（FNT）达 22.50℃，处理一（CK）达 22.23℃，之后随着立秋的到来，8月以后随气温度的递减而土体温度缓慢降低。从表1中数据可以看出，处理一（CN）与处理二（FNT）整个玉米生育期土壤温度均高于处理三（CK），这说明不论是长秸秆还田还是粉碎秸秆还田，对土壤温度都起到了保温作用，促进了作物的生长；处理二（FNT）在7月～8月比处理一（CN）土壤温度呈降低趋势，这是由于经过粉碎氨化秸杆并且加无机改良剂后进行还田，其转化为有机质的速度高于长秸秆氨化还田；处理二（FNT）与处理三（CK）土壤的温差6月最大达0.52；处理一（CN）与处理三（CK）土壤温差7月最大达0.57，之后温差开始变小。