秸秆还田对不同类型土壤理化性状及作物产量的影响

周建康 闫 童 高秀英 赵广中 李西强

（1.临沂市河东区相公街道办事处 山东临沂276025；2.临沂市河东区农业农村局 山东临沂276034；3.临沂市河东区郑旺镇政府 山东临沂276028；4.临沂市河东区汤头街道办事处 山东临沂276032；5.山东锦鸿源生态农业有限责任公司 临沂276034）

作物秸秆中含有丰富的氮、磷、钾等大量营养元素及中微量元素，同时还含有其他的一些营养元素，比如木质素、纤维素等富含碳元素的物质[1]。秸秆直接或间接归还于土壤，是改善土地生产力的有效措施之一。但秸秆还田对病虫害的影响在学术界一直存在争议[2-3]，加之近年来自然灾害频繁，农机配套措施不完善，部分秸秆还田地块出现减产的情况，因此农民对秸秆还田的积极性下降。为进一步明确秸秆还田对土壤理化性状和作物产量的影响，笔者分别在潮土、砂姜黑土、棕壤3种土壤类型小麦—玉米轮作地块开展定位试验，研究了秸秆还田对土壤理化性状和作物产量的影响，为秸秆还田技术的进一步推广提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年9月至2020年10月在临沂市河东区进行。项目区位于临郯苍平原，暖温带季风区半湿润大陆性气候，耕地主要有潮土、棕壤、砂姜黑土和水稻土4种类型，耕地面积共有30 986.7 hm2，主要作物有小麦、玉米、水稻、花生等。统计资料显示，2019年全区小麦、玉米秸秆总量约为24万t。潮土试验点位于相公街道相公一村，2017年基础养分含量：土壤容重为1.28 g/cm3，土壤pH为6.36，土壤有机质含量为19.8 g/kg，土壤碱解氮含量为136.6 mg/kg，土壤有效磷含量为32.7 mg/kg，土壤速效钾含量为114.5 mg/kg。砂姜黑土试验点为位于郑旺镇张埠子村，2017年基础养分含量：土壤容重为1.38 g/cm3，土壤pH为6.53，土壤有机质含量为17.8 g/kg，土壤碱解氮含量为128.6 mg/kg，土壤有效磷含量为42.6 mg/kg，土壤速效钾含量为113.2 mg/kg。棕壤试验点为位于汤头街道前林子村，2017年基础养分含量：土壤容重为1.41 g/cm3，土壤pH为6.07，土壤有机质含量为1.49 g/kg，土壤碱解氮含量为101.2 mg/kg，土壤有效磷含量为24.9 mg/kg，土壤速效钾含量为92.9 mg/kg。

1.2 供试材料

供试作物：小麦，济麦22号；玉米，郑丹958。

供试肥料：氮肥为尿素（N 46.2%），磷肥为过磷酸钙（P2O514.3%），钾肥为氯化钾（K2O 60%）。

1.3 试验设计

每个试验点共2个处理，即对照处理和秸秆还田处理。每个处理设3次重复，采用随机区组设计，每个小区面积40 m2（4 m×10 m），小区之间设隔离带，实收计产。2017年玉米收获后，秸秆还田处理小区玉米秸秆全量还田，秸秆长度控制在5～10 cm，深耕20～25 cm，耙平镇压。各小区其他耕作及田间管理相同。

本试验化肥用量根据测土配方施肥推荐施肥设计，对照处理和秸秆还田处理化肥用量相同。小麦施肥方案：基施纯氮 （N）135 kg/hm2、纯磷（P2O5）112.5 kg/hm2、纯钾（K2O）75 kg/hm2，返青期追施纯氮69 kg/hm2。 玉米对照施肥方案：基施纯氮（N）195 kg/hm2、纯磷（P2O5）37.5 kg/hm2、纯钾（K2O）60 kg/hm2。

1.4 数据处理与分析

采用DPS 7.05统计分析软件对数据进行分析和显著性检验（LSD），用Microsoft Excel 2010进行制表和作图。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对潮土土壤理化性状的影响

从表1可以看出，2017－2020年秸秆还田处理土壤容重呈下降趋势，2020年土壤容重为1.19 g/cm3，较2017年下降了7.03%，处理间差异达显著水平。2017－2020年对照处理土壤pH呈下降趋势，2020年为6.26，较2017年下降了0.1，而秸秆还田处理土壤pH相对较为稳定。2017－2020年秸秆还田处理土壤有机质呈上升趋势，2018年、2019年和2020年秸秆还田处理土壤有机质含量分别较对照处理升高了5.39%、5.74%和13.37%，2020年处理间土壤有机质含量差异达极显著水平。2017－2020年各处理土壤碱解氮含量变化趋势不明显，且处理之间差异不显著。2017－2019年对照处理土壤有效磷含量变化不明显，而秸秆还田处理土壤有效磷含量呈上升趋势，2020年土壤有效磷含量为35.5 mg/kg，较2017年增加了8.56%，较2020年对照增加了10.59%。2017-2019年2个处理土壤速效钾含量均呈上升趋势，2020年对照处理和秸秆还田处理土壤速效钾含量分别较2017年上升了7.07%和14.9%。2019年、2020年处理间土壤速效钾含量差异分别达到显著和极显著水平。

表1 秸秆还田对潮土土壤理化性状的影响

2.2 秸秆还田对砂姜黑土土壤理化性状的影响

从表2可以看出，与2017年基础数据相比较，对照处理土壤容重略有下降，但是变化幅度不大。2020年秸秆还田土壤容重为1.23 g/cm3，较2017年下降了12.19%，较对照下降了8.89%，且处理间达显著水平。2017－2020年各处理土壤pH变化不大，且处理间差异不显著。2017－2020年对照处理土壤有机质变化不大，而秸秆还田处理有机质含量呈上升趋势，2020年秸秆还田土壤有机质含量为21.1 g/kg，较2017年上升了17.78%，较对照上升了13.4%，且处理间达极显著水平。2017－2020年试验点土壤碱解氮含量变化趋势不明显，且处理之间差异不显著。2020年对照处理点土壤有效磷较2017年略有上升，但增幅不大。2017－2020年秸秆还田处理土壤有效磷含量呈上升趋势，2020年其含量为45.6 mg/kg，较2017年上升了7.04%，较对照上升了4.34%，且处理间差异达显著水平。2017－2019年2个处理土壤速效钾含量均呈上升趋势，2020年对照处理和秸秆还田处理土壤速效钾含量分别较2017年上升了6.54%和16.87%。2019年、2020秸秆处理间土壤速效钾含量差异均达到显著水平。

表2 秸秆还田对砂姜黑土土壤理化性状的影响

2.3 秸秆还田对棕壤土壤理化性状的影响

从表3可以看出，2017－2020年2个处理土壤容重均出现不同程度下降，对照处理和秸秆还田处理土壤容重分别较2017年下降了7.40%和24.16%。2020年处理间土壤容重差异达显著水平。2017－2020年对照处理土壤pH变化不大，而秸秆还田处理土壤pH略有上升，但两者之间差异不显著。2017－2020年2个处理土壤有机质含量均呈上升趋势。与2017年相比较，对照处理和秸秆还田处理土壤有机质含量分别上升了4.49%和18.54%，2019年、2020年2个处理间土壤有机质含量分别达显著和极显著水平。2017－2020年试验点土壤碱解氮含量变化趋势不明显，且处理之间差异不显著。2017－2020年2个处理土壤有效磷呈上升趋势，2020年对照处理和秸秆还田处理土壤有效磷含量分别较2017年上升了7.23%、13.65%，2020年处理之间土壤有效磷含量差异达显著水平。2017－2019年试验点土壤速效钾均呈上升趋势，其中2020年对照处理和秸秆还田处理土壤速效钾含量分别为96.9 mg/kg和106.3 mg/kg，分别较2017年上升了4.2%和14.4%，且处理之间达显著水平。

2.4 秸秆还田对不同土壤类型小麦、玉米产量的影响

从表4可以看出，与对照处理相比较，2018年3个不同土壤类型秸秆还田处理小麦、玉米产量均有不同程度提高，但处理之间差异不显著。与对照处理相比较，2019年砂姜黑土、棕壤秸秆还田处理小麦、玉米产量明显提高，处理之间差异达显著水平。其中潮土秸秆还田处理小麦、玉米产量分别较对照处理提高了4.81%、5.62%，砂姜黑土秸秆还田处理小麦、玉米产量分别较对照处理提高了8.45%、5.87%，棕壤秸秆还田处理小麦、玉米产量分别较对照处理提高了7.07%、7.97%。2020年3个不同土壤类型秸秆还田处理小麦、玉米产量明显提高，其中潮土秸秆还田处理小麦、玉米产量分别较对照处理提高了6.15%、5.72%，砂姜黑土秸秆还田处理小麦、玉米产量分别较对照处理提高了8.07%、10.43%，棕壤秸秆还田处理小麦、玉米产量分别较对照处理提高了9.89%、11.88%。

表3 秸秆还田对棕壤土壤理化性状的影响

表4 秸秆还田对不同土壤类型小麦、玉米产量的影响（单位：kg/hm2）

3 结论与讨论

3.1 秸秆还田对不同土壤类型土壤理化性状的影响

丛艳静[4]研究发现，秸秆还田能增加土壤有机质含量，降低土壤容重。笔者研究发现，2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3种不同土壤类型试验点土壤容重呈下降趋势，2020年3种土壤类型土壤容重处理间达显著水平。2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3种不同土壤类型秸秆还田处理土壤有机质大幅上升，2019年3种土壤类型土壤有机质含量处理间均达显著水平，2020年3种土壤类型土壤有机质含量处理间均达极显著水平，进一步验证了前人的研究结果。王汉朋等[2]研究表明，随着秸秆还田量的增加，土壤pH逐渐降低。本研究结果表明，2017－2020年3种不同类型土壤秸秆还田处理土壤pH与对照处理差别不大。不少学者研究[5-7]表明，秸秆还田处理可以显著提高土壤速效氮、速效磷、速效钾含量。本研究结果表明，2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3种不同类型土壤秸秆还田处理土壤有效磷、速效钾显著上升，与前人研究结果一致。2017－2020年3种不同类型土壤碱解氮含量变化均不明显，且与对照处理相比较差异不显著，究其原因可能是本试验采用的氮肥用量是根据试验点土壤氮素丰缺指标制定的，试验点土壤碱解氮总体收支处于相对平衡状态，但具体原因还需进一步试验验证。

3.2 秸秆还田对不同土壤类型小麦、玉米产量的影响

前人关于秸秆还田对作物产量影响的研究[8-9]很多，但不同土壤类型、气候区域的结果存在一定差异。本研究结果表明，潮土、砂姜黑土、棕壤3种不同土壤类型秸秆还田处理均能明显提高小麦和玉米产量，但是不同土壤类型秸秆还田对产量的影响也存在一定差异。其中砂姜黑土、棕壤试验点秸秆还田处理增产效果较潮土更为显著，2019年砂姜黑土和棕壤试验点秸秆还田处理小麦和玉米产量显著高于对照，差异达显著水平，而潮土增产幅度低于砂姜黑土和棕壤，且试验点秸秆还田处理小麦和玉米产量与对照相比较差异不显著。2020年砂姜黑土和棕壤试验点秸秆还田处理小麦和玉米产量与对照相比达极显著差异水平，而潮土试验点秸秆还田处理小麦和玉米产量与对照相比差异达显著水平。究其原因可能是潮土试验点地块土壤有机质含量、土壤容重适宜，养分总体水平较高，增产潜力低。土壤养分化验结果表明，砂姜黑土和棕壤试验点土壤容重的下降幅度及有机质的增加幅度均明显高于潮土试验点，应用秸秆还田后砂姜黑土和棕壤的土壤理化性状得到明显改善，为作物增产提供了地力基础，这与砂姜黑土和棕壤试验点增产幅度高于潮土相对应。