秸秆还田方式对土壤物理性状及春玉米产量的影响

岳 杨，孙盼盼，张艳辉，李 岩，孟令斌，康 恒，董本春，郑永照

（通化市农业科学研究院，吉林 通化 135007）

玉米（Zea maysL.）是中国第一大粮食作物，东北地区是中国的玉米主产区［1］。每年玉米收获后都会产生大量秸秆，多数秸秆被就地焚烧，既造成了资源的浪费，又导致生态环境恶化。有大量研究表明，秸秆还田具有疏松土壤、蓄水保墒、调节土壤温度的作用，可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤含水量，能够培肥地力，提高土壤质量，促进根系生长，延缓根系衰老，优化玉米群体结构，提高玉米产量［2-9］。合理的秸秆还田方式既是解决秸秆的有效途径，又是改良土壤、保障玉米高产稳产的重要技术手段［10］。

目前，玉米秸秆还田的研究多集中于单一耕作方式下秸秆还田对土壤及玉米生长的影响，耕作方式结合秸秆还田对土壤的影响研究相对较少。本研究分析了不同耕作方式下秸秆还田对土壤物理性状及产量的影响，以期为该地区选择适宜的秸秆还田方式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于吉林省梅河口市海龙镇，属于吉林省东部平原区，供试土壤为草甸白浆土，土壤有机质含量为20.67 g∕kg，全氮含量为0.14%，全磷含量为0.29%，全钾含量为0.38%，碱解氮含量为106.79 mg∕kg，有效磷含量为17.23 mg∕kg，速效钾含量为123.97 mg∕kg。

1.2 试验设计

试验采用大区对比，设4个处理：秸秆不还田对照（S1，秸秆全部移除，采用旋耕机作业，旋耕深度为15 cm）、秸秆混拌还田（S2，采用秸秆粉碎机将秸秆粉碎成5～10 cm，采用旋耕机旋入土中，旋耕深度为15 cm）、秸秆深翻还田（S3，采用秸秆粉碎机将秸秆粉碎成5～10 cm，采用铧式犁深翻作业，将秸秆翻入30 cm土层中）、秸秆覆盖还田（S4，采用秸秆粉碎机将秸秆粉碎成5～10 cm，均匀覆盖在地表），大区面积为0.5 hm2，供试玉米品种为先玉335，种植密度为6万株∕hm2，一次性施肥，施N 150 kg∕hm2、P2O575 kg∕hm2、K2O 75 kg∕hm2。2019年4月28日播种。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤容重、孔隙度、含水量及田间持水量 在玉米成熟期于0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土层进行取样，每个处理3次重复，采用环刀法测定各土层土壤容重及孔隙度，采用烘干法测定土壤质量含水率，用室内法测定田间持水量。

1.3.2 土壤温度 在玉米苗期用地温计在各小区玉米株间测定5、10、15、20、25 cm土层地温，每天8：00、10：00、12：00、14：00、16：00各测定1次，每个处理3次重复。

1.3.3 测产 在收获期每个处理取3点进行测产，每个点20 m2，测定收获时穗数。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和Origin 2018进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同秸秆还田方式对土壤容重及孔隙度的影响

由图1可知，不同秸秆还田方式对土壤容重影响不同，秸秆混拌还田降低了收获期0～20 cm土层的土壤容重，0～10 cm、10～20 cm土层土壤容重分别比不还田对照降低3.7%和4.1%；秸秆深翻还田处理在作业过程中使下层容重较大的土壤上移，造成了上层土壤容重的增加，0～10 cm土壤容重比不还田对照增加9.1%，10～20 cm土壤容重变化不大，20～30 cm土层比不还田处理降低5.4%；秸秆覆盖还田处理土壤容重相比不还田对照有所增加。

图1 不同秸秆还田方式下土壤容重及土壤孔隙度

秸秆混拌还田增加了收获期0～20 cm土层的土壤孔隙度，秸秆深翻还田增加了20～30 cm土层的土壤孔隙度，分别增加2.0%和6.5%，说明秸秆的施入提高了土壤的孔隙度。

2.2 不同秸秆还田方式对土壤含水量及田间持水量的影响

由图2可知，秸秆还田增加了收获期土壤含水量，在0～30 cm土层中土壤含水量表现为秸秆还田大于秸秆不还田对照。秸秆覆盖还田处理下0～10 cm、10～20 cm土层含水量比不还田对照分别增加5.6%和8.0%；秸秆深翻还田处理增加了20～30 cm土壤含水量，比秸秆不还田对照增加2.7%；秸秆混拌还田使10～20 cm土壤含水量比对照增加3.3%；30～40 cm土层各处理土壤含水量差异不明显。

图2 不同秸秆还田方式下土壤含水量及田间持水量

秸秆的添加增加了田间持水量，秸秆混拌还田处理下0～10 cm、10～20 cm田间持水量分别比秸秆不还田对照增加13.5%和15.3%；秸秆深翻还田使0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm田间持水量比秸秆不还田对照分别增加7.2%、14.1%和12.8%。

2.3 不同秸秆还田方式对土壤温度的影响

由图3可知，秸秆深翻还田和混拌还田对苗期各土层土壤温度的影响不大，秸秆覆盖还田则降低了土壤温度，相比秸秆不还田对照，5、10、15、20、25 cm土壤平均温度分别降低1.35、0.80、0.86、0.44、1.12℃。

图3 不同秸秆还田方式下土壤温度变化

2.4 不同秸秆还田方式对玉米产量及产量构成因素的影响

由表1可知，秸秆深翻还田处理提高了成穗数，并显著提高了穗粒数和百粒重，产量达11 056.10 kg∕hm2，比秸秆不还田对照增产8.24%；秸秆混拌还田处理虽然也提高了穗粒数和百粒重，但成穗数有所降低，所以产量相比秸秆不还田对照只增加了2.81%；秸秆覆盖还田处理成穗数最低，且降低了百粒重，所以其产量最低，比秸秆不还田对照减少3.87%。

表1 不同秸秆还田方式对玉米产量的影响

3 小结与讨论

目前，大量研究结果表明，秸秆还田能够改良土壤结构，提高土壤孔隙度，优化土壤理化性状，有效调节作物生长期间对水、肥、气、热等因素的需求，促进作物生长，提高作物产量［11，12］。朱敏等［13］研究发现，连续两年秸秆还田能够降低土壤容重，使0～10 cm土层土壤孔隙度提高5.6%，免耕秸秆还田较不还田土壤水分提高8.0%～27.1%。宋涛［14］认为秸秆还田能改善土壤性质，提高土壤的蓄水保墒能力，促进玉米对水分的吸收利用，提高玉米的水分利用效率，尤以深翻还田效果最为明显。秸秆还田还能够调节土壤温度，地表秸秆覆盖能有效拦截和吸收太阳辐射以及地表有效辐射，进而阻碍土壤与大气间的水热交换，从而降低农田土壤温度［15］。郑金玉等［16］认为秸秆粉碎全量还田可促进干物质积累和提高产量，与常规耕作相比，产量提高13.59%。李亭亭［17］的研究表明秸秆深翻还田能够增加成穗数以及穗粒数，有利于产量的提高。解文艳等［18］的研究发现秸秆覆盖还田可以增加玉米的成穗数、百粒重，从而提高玉米产量。

本研究结果表明，与秸秆不还田对照相比，秸秆混拌还田处理增加了0～10 cm、10～20 cm土层的土壤孔隙度，且使土壤容重分别降低3.7%和4.1%，0～10 cm、10～20 cm田间持水量分别增加13.5%和15.3%，10～20 cm土壤含水量增加3.3%，产量增加2.81%；秸秆覆盖还田提高了0～20 cm土层的土壤含水量，但降低了苗期耕层的土壤温度，降低了成穗数、穗粒数及百粒重，使产量减少3.87%；秸秆深翻还田处理使20～30 cm土层土壤孔隙度比秸秆不还田对照增加6.5%，土壤容重降低5.4%，田间持水量增加12.8%，土壤含水量增加2.7%，并提高了成穗数、穗粒数及百粒重，使产量增加8.24%。

综上，秸秆还田提高了土壤含水量，秸秆混拌还田和深翻还田增加了土壤孔隙度，降低了土壤容重。玉米根系主要生长在0～40 cm土层中，秸秆深翻还田相较其他处理对土壤物理性状的改善更为明显，并且提高了成穗数、穗粒数和百粒重，最终提高了产量，所以相较于其他还田方式，秸秆深翻还田更适宜于该地区。