秸秆不同处理方式对春玉米生产力及水分利用效率的影响

冀雅珍，武海霞

（1.山西省水利水电科学研究院，山西太原 030002；2.河北工程大学水利水电学院，河北邯郸 056038）

山西省所属气候为温带大陆半干旱类型，降雨时空分布不均，对作物生长造成一定影响。春玉米是晋中一带主要种植作物，全生育过程耗水量较大，因此，水分是作物主要生长要素之一，对玉米的发育生长有着极其重要的作用[1-2]。通过秸秆还田，不仅能补充土壤所需的养分，改善土壤物理化学性状，增加土壤的有机质含量，提高土壤肥力，还能增加土壤的透水性，同时也是作物生产中保持土壤墒情、节水、增产和提高水分利用效率的有效措施[3-5]。此项措施的实施，一般可以使土壤有机质含量提高0.15%～0.20%，作物产量提高5%～10%[6-8]。秸秆还田是干旱、半干旱农业实用技术措施之一，适应生产发展和环境保护的双重需求，对农业的生产与发展具有重要意义。

1 试验方案及方法

1.1 试验区概况

此次试验地处山西省文水县胡兰镇崖底村，该地所属气候为温带大陆半干旱类型，多年平均气温为9.5℃，降水多集中在7～9月份，年平均降雨量450 mm左右，蒸发量年平均为1 563.3 mm（20cm口径蒸发皿），年累积日照为2 303.1 h，无霜期为180 d左右，试验田肥力均匀，主要种植春玉米，一年一熟。土壤质地为壤土，田间持水量26.9%，容重为1.56 t/m3，0～50 cm速效磷含量为0.31%，地下水矿化度787 mg/L，有机质含量为0.85%，土壤全盐量0～80 cm平均0.617 4%，全年地下水埋深0.5～4.0 m。

1.2 试验材料

试验区春玉米选择农户常种品种东单1331，行距0.5 m，株距0.4 m。各处理方式中玉米秸秆还田量均为4 380 kg/hm2左右，石膏用量约为200 g/m2。基肥施有机肥22 500 kg/hm2，磷肥750 kg/hm2，生育期追拔节肥一次，追尿素450 kg/hm2，在降雨、灌溉后或者根据土壤板结情况进行中耕。

1.3 方案设计

试验设置3个处理方式：处理一加长秸杆氨化还田（CN）、处理二粉碎秸杆氨化加土壤改良剂还田（FNT）与处理三传统无秸杆还田（CK）。3个处理完全随机排列。每个处理试验面积为144 m2，周围布置宽2 m的保护带，中间设置宽2 m的隔离带。

1.4 计算方法

1.4.1 Logistic生长模型模拟

Logistic模型是经典生态学回归分析模型之一[9]，项目研究中把春玉米生长的时间作为自变量，来阐述春玉米群体的生长发育过程[10]。试验中用模型来对不同秸秆还田处理的春玉米株高进行回归模拟，Logistic回归分析公式为：

式中，Y为春玉米某一阶段的株高，cm；t为某一阶段春玉米株高的发育天数，d；Km，a，b均为回归分析模型的待定系数。

1.4.2 土壤储水量及作物有关指标

有关指标按以下公式计算：

式中，Wc为土壤储水量，mm；R是土壤质量含水率，%；V是土壤平均体积质量，g/cm3；H是土壤层厚度，cm；WU是春玉米全生育阶段的耗水量，mm；P是春玉米生育阶段降水量，mm；I是生育阶段内的灌水量，mm；ΔW是土壤供水量，mm；WUE是玉米产量水分利用效率；Y是玉米产量，kg/hm2；ET是农田蒸散量，mm；W1，W2为相邻两次取样时0～100 cm土壤蓄水量，mm。

1.4.3 玉米测产方法

亩产量具体计算公式如下：

式中，Y为每亩鲜果穗重，kg；Y1为平均鲜果穗重，kg；A1为样点面积，m2。

玉米每亩产量计算公式为

式中，Y2为样品干籽粒重，kg。

2 试验结果与分析

2.1 不同秸秆还田处理下春玉米Logistic生长模型

研究以式（1）对不同秸秆还田处理的春玉米株高进行回归分析，并估算了方程中的特征值。分析Logistic曲线生长方程 3 个阶段（0～t1，t1～t2，t2以后），不同秸秆还田处理下对春玉米生长的Logistic生长模型（见表1）。

表1 不同秸秆还田处理春玉米Logistic模型曲线

表2为不同秸秆还田处理春玉米株高指标值。

表2 不同秸秆还田处理春玉米株高指标值分析

由表2可知，CN、FNT、CK在播种后32 d左右春玉米进入生长茂盛期，但CN、FNT均较CK滞后，滞后天数分别为1.27 d和1.28 d；各处理在播后73 d左右结束生长茂盛期，CN、FNT较CK滞后了0.36 d和1.2 d；CN、FNT的最大生长速度（Vmax）较CK分别高5.48%和6.26%；CN、FNT的玉米生长特性值（Gt）较CK分别高3.16%和6.02%；CN、FNT的玉米株高最大值Km较CK分别高7.72%和10.78%。

由此可知，FNT能显著提高玉米的生长速率，对春玉米生物量的累积具有正效应。

2.2 不同秸秆还田处理对春玉米干物质的作用

不同生育期不同秸秆还田处理下春玉米干物质动态变化，见图1。

图1 不同生育期不同秸秆还田处理下春玉米干物质动态变化

据图1可知，在播种后38 d，CN、FNT干物质分别较CK高1.55%和14.30%；播种38～59 d，CN、FNT干物质分别较CK高1.17%和27.04%；播种59～79 d，CN、FNT干物质分别较CK高7.38%和60.23%；播种79～100 d，CN、FNT干物质分别较CK高35.16%和38.72%；播种100～160 d，CN、FNT干物质分别较CK高9.98%和12.82%。

分析表明：在播种后59 d内，3个处理干物质的累积促进作用不明显；在59～160 d内，均表现出CN、FNT植株干物质的积累均高于CK，尤其FNT对玉米干物质的累积具有显著的促进作用，其变化趋势较大的为FNT，其次为CN，最后为CK。

2.3 不同秸秆还田处理对玉米产量的作用

试验中对3个处理方式的玉米产量等进行了测量分析。各处理籽粒产量、生物量见图2～3。

由图2可知，在玉米生育期，秸秆还田3种处理方式对春玉米籽粒产量的影响各有差异。CN、FNT的籽粒产量分别较CK高16.32%和20.42%，但FNT比CN的籽粒产量高3.52%，差异不明显；总之，FNT在提高玉米产量上令人较为满意。

图2 春玉米生育期3种处理方式下籽粒产量

据图3可知，对春玉米生物产量而言，CN、FNT生物产量分别较CK高9.98%和12.82%，但在FNT、CN间，FNT比CN生物产量仅高2.58%。FNT对提高春玉米籽粒产量、生物产量有一定的正相关关系。表3为不同处理方式下春玉米产量特征值情况。

图3 春玉米生育期3个处理方式下生物产量

表3 不同处理方式下春玉米产量特性值情况

由表3分析可知，秸秆还田的不同处理方式对春玉米的产量影响包括：①CN、FNT株高分别较CK高10.61%、8.93%；②CN、FNT茎粗分别较CK高2.00%、7.40%；③CN、FNT出籽率分别较CK高0.18%、1.04%。3个处理方式的经济系数排序为FNT>CN>CK，其中，CN、FNT的经济系数值分别较CK高5.66%、6.79%。由此可知，FNT具有提高作物经济产量的作用。

2.4 不同处理方式的水分利用效率

对不同处理生育期玉米的农田蒸散量、耗水系数及水分利用效率等进行了分析。秸秆不同处理方式下农田蒸散量、作物耗水系数、水分利用效率情况见表4。

表4的分析表明，CN、FNT对农业的生产潜在能力及土壤水分利用效率具有一定的提升作用。各处理方式下作物耗水系数大小顺序为CK>CN>FNT，表明未采取任何处理措施的裸地提高作物的耗水系数比较明显，FNT能有效降低秸秆还田对土壤水分储存能力的不利影响。CN、FNT耗水系数较CK降低12.67%、15.82%。各处理方式的WUE大小顺序为FNT>CN>CK，其中，CN、FNT的WUE分别较CK高14.60%，18.87%。各处理方式下作物耗水系数、WUE均有一定的差异水平。CN、FNT的籽粒产量分别较CK增加16.32%、20.42%。

表4 各处理耗水系数和水分利用效率

3 结论与建议

（1）由Logistic回归分析可知，CN、FNT的春玉米在播种后32 d左右均进入旺盛生长期，较CK的滞后天数分别为1.27 d、1.28 d；在播后73 d左右各处理旺盛生长期基本结束，较CK滞后0.36d、1.2d。从试验数据来看，CN、FNT较CK能提前进入快速生长期，且FNT对玉米的生长速度具有一定的提高作用，对春玉米生物产量的积累具有较优效应。

（2）不同处理下各生育期玉米干物质动态变化表现为：CN、FNT均对春玉米干物质的累积具有提升作用。而在水分利用效率、籽粒产量、生物产量上，CN、FNT也表现出较大优势，尤其FNT优势更为明显。

（3）水分利用效率试验结果表明：CN、FNT的作物耗水系数分别较CK降低12.67%、15.82%；WUE分别较CK增加14.60%、18.87%。FNT施入土壤后，在提高作物产量、水分利用效率、挖掘雨水资源生产潜力方面能起到一定的积极作用。

（4）仅仅1 a的研究成果并不能表明具有相应的规律，还需要大量的试验并进行深入研究，才可为今后大面积推广氨化秸秆处理还田、合理利用秸秆资源提供更有力的理论依据与技术支撑。