辽西半干旱区秸秆全量翻耕还田技术模式研究

刘 洋滕云鹏董 智蔡广兴董 俊张晓鹏杨志会邓林军侯志研

(1.辽宁省农业科学院耕作栽培研究所/辽宁省旱地保护性耕作重点实验室， 辽宁 沈阳 110161； 2. 沈阳农业大学农学院，辽宁 沈阳 110866； 3. 辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所， 辽宁 沈阳110161； 3.阜蒙县现代农业发展服务中心，辽宁 阜新 123100； 4. 阜蒙县大固本镇农机农科服务中心，辽宁 阜新 123121 )

辽西是辽宁春玉米区的主产区，玉米播种面积及比例、商品率均居辽宁省前列。 辽西地区近年来玉米单产低水平徘徊，耕层土壤肥力及保水性能持续低下，春旱发生的频率高，受灾面积大。 传统种植秸秆处理方式造成秸秆资源浪费，耕层土壤也越来越浅[1～3]。 国内外学者对玉米秸秆还田技术进行了大量的研究[4～8]，秸秆还田可显著提升土壤有机质含量，对土壤理化性状具有显著的改善作用，促进土壤颗粒团聚，明显增强土壤的蓄墒保肥能力，保障玉米丰产高产的可持续性。

辽宁地区秸秆还田一般采用根茬旋耕还田、全量或部分秸秆翻耕及覆盖还田等方式。 本研究基于规模机械化定位试验，采用全机械化作业方式，评价玉米连作下秸秆全量还田对玉米产量、水肥利用的影响，为辽西地区秸秆还田生产提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

本试验于2018 ～2019 年，在辽宁省阜蒙县大固本镇即辽宁省农业科学院大固本玉米综合试验示范田(42°15′58″N，122°13′24″E)进行。 试验田为玉米连作区，该区域无霜期135 ～165 d，有效积温 2 900 ～3 400 ℃ ，5 ～9 月份日照时数1250 h 左右。 供试土壤为褐土，试验前0 ～20 cm 土壤有机质12.1 g/kg、碱解氮67.3 mg/kg、速效磷25.1 mg/kg、速效钾108.9 mg/kg。 试验地2018 年和2019年玉米生育期内降雨量分别为201.9、507.2 mm (表1)。

表 1 试验地玉米生育期降雨量 (mm)

1. 2 材料与设计

试验设3 个处理，传统种植(RT)，该处理秋收后秸秆全部离田，春季旋耕(旋耕深度为15 cm)，旋耕后镇压不起垄，播种方式为沟播，沟深约8 cm，玉米种植在沟内，玉米拔节期中耕培垄，玉米种植条带中耕为垄台。 秸秆翻耕还田(PTS)，该处理秋收时秸秆全部粉碎还田，11 月中旬采用秸秆打秆机对已粉碎秸秆进行再次粉碎，然后采用翻转犁进行翻耕作业，翻耕深度为30 cm，耕后3 ～5 d进行旋耕作业，旋耕的同时进行轻镇压，来年春季进行顶凌镇压，采用免耕播种机平播种植，拔节期中耕追肥。 秸秆翻耕还田+氮素配施(PTSN)，该处理秋收时秸秆全部粉碎还田，秸秆二次粉碎前在秸秆上均匀撒施尿素，施用量为75 kg/hm2，其它操作同与PTS 处理。

试验采用大区设计，不设重复，每个处理40 垄，垄长700 m。 种植垄距50 cm。 玉米种植密度 6 万株/hm2，总施肥水平，N-P2O5-K2O=252-114-114 kg/hm2；磷肥、钾肥全部做底肥，氮肥总量45%做底肥，其它为拔节期追施。试验各处理田间管理一致，5 月中旬播种，10 月上旬收获。

1. 3 调查项目

出苗率、株高、叶面积指数、产量、水分利用效率、氮肥偏生产力及肥料生产效率。 试验区2018 年遭遇严峻干旱，玉米基本绝产，本研究只分析2019 年正常年份试验结果。

2 结果与分析

2. 1 秸秆翻耕还田对叶面积指数的影响

不同栽培方式对玉米叶面积指数的影响见表2。 结果表明，不同栽培方式玉米LAI 均随生育进程而增加，到开花期达到最大，然后开始下降，到成熟期各处理均有所降低。 秸秆还田处理在苗期对玉米LAI 影响较小，拔节期秸秆还田处理和秸秆还田配施氮肥处理均显著提高了LAI，较传统种植分别增加16. 8%和32. 2%，自拔节至玉米成熟，秸秆还田处理较传统种植均显著提高玉米的LAI。 秸秆还田处理和秸秆还田配施氮肥处理在拔节期玉米的LAI 较苗期分别增加2.09 倍和2.37 倍，传统种植处理增加1.80 倍；在灌浆期，秸秆还田处理和秸秆还田配施氮肥处理玉米的LAI 较开花期分别降低55. 4%和44.9%，传统种植处理降低57.4%。 从玉米LAI 角度可以得出，秸秆还田处理前期可以快速促进玉米生长，而后期可以保证玉米的持绿性，进而提高光合作用的效率[9，10]，其中秸秆还田配施氮肥处理效果更好。

2. 2 秸秆翻耕还田对玉米株高、穗位、茎粗的影响

玉米生长数据分析表明，秸秆还田对株高有一定的影响，秸秆还田和秸秆还田配施氮肥处理分别比传统种植株高提高10. 0%和11. 7%，玉米的穗位高分别较传统种植提高4. 6%和10. 2%，茎粗分别较传统种植增加4.7%和9.6%(表3)。

2. 3 秸秆翻耕还田对玉米产量及水分利用效率的影响

试验结果表明，秸秆还田处理和秸秆还田配施氮肥处理的玉米产量分别较传统种植增产11. 0%和21. 0%；秸秆还田配施氮肥的水分利用效率最高，较传统种植的水分利用效率提高20.5%(表4)。 秸秆翻耕还田在辽西地区有利于增加玉米产量，提高土壤水分利用效率[11～13]，配施氮肥后玉米增产提效作用更加显著。

2. 4 秸秆翻耕还田对氮肥偏生产力及肥料生产效率的影响

结果表明，秸秆还田处理提高了氮肥的偏生产力及化肥生产效率，秸秆还田和秸秆还田配施氮肥处理的氮肥偏生产力分别较传统种植提高11.0%和6.4%，化肥生产效率分别提高11.0%和12.9%(表5)。 秸秆还田配施氮肥处理虽然氮素利用效率较低，但显著提高了化肥的生产效率[10]。

表 2 不同处理对玉米叶面积指数的影响

表 3 不同处理对玉米株高、穗位、茎粗的影响

表 4 不同处理对产量及水分利用效率的影响

表 5 不同处理对氮肥偏生产力及化肥生产效率的影响

2. 5 不同耕种方式经济效益比较分析

秸秆还田处理增加了秸秆粉碎及土壤翻耕作业成本，秸秆还田处理和秸秆还田配施氮肥处理分别较传统种植增加种植成本1200 元/hm2和1 350 元/hm2。 2019年玉米收购价为1.70 元/kg，秸秆还田处理和秸秆还田配施氮肥处理较传统种植每hm2分别增收1 825 元和3 491元，扣除增加的种植成本，两种秸秆还田处理分别较传统种植增收625 元/hm2和2 141 元/hm2。 综合认为，在辽西半干旱地区秸秆还田在正常年份可达到增产、增收、增效的目的，并实现了育土丰产机械化栽培。

3 结论与讨论

研究表明，玉米秸秆还田模式玉米叶面积指数、产量、土壤水分利用效率及综合收益等指标均高于传统种植方式，配施氮肥处理的丰产、增收效果更加显著，全程机械化秸秆翻耕还田实现了玉米规模机械化丰产、增效及保育土壤的多重目标，可以在辽西半干旱地区(风蚀沙化区除外)大面积推广应用。

玉米秸秆翻耕还田具有育土培肥、深化耕层的效应，同时提高了土壤保墒能力，与传统种植相比丰产、增收效用显著[10～13]。 对于辽西半干旱地区，以春旱为首的季节性干旱是玉米生产的重要限制因子，全生育期积温完全满足当前主推玉米品种生长发育的要求。 采用秋季整地的方式，不影响春季正常播种还能保蓄秋冬降雨，玉米出苗整齐，操作简便，达到了水肥高效利用的目的。 玉米秸秆翻耕还田虽然增加了秸秆二次粉碎和深翻作业环节，但经济效益更高，农民更容易接受，利于规模化推广。