长期秸秆全量还田对砂姜黑土区冬小麦幼苗生长质量的影响

蔡洪梅，吴 宇，于 敏，许 波，代雯慈，王捧娜，任 驿，张梦祥，李金才，2，陈 翔

(1.安徽农业大学农学院，农业部华东地区作物栽培科学观测站,安徽合肥 230036;2.江苏省现代作物生产协同创新中心，江苏南京 210095)

秸秆还田具有改善土壤理化性状、提高土壤微生物活性、促进氮肥利用及增加作物产量等优点，是农业生态系统中提高土壤肥力和维持作物生产力的有效措施。长期秸秆还田对提高耕作层土壤碳、氮含量具有积极效应，其中秸秆还田与化肥配施相较于单施化肥对保障小麦产量和维持土壤肥力效果最佳。在华北平原北部沙质土壤区，秸秆还田可显著提升麦-玉周年产量，平均增产16.5%和13.2%，且低产季的增产效果比高产季更显著，表明秸秆还田不仅能提高作物产量，而且在不利条件下能维持作物生产系统的稳定性。

冬前壮苗是构建小麦丰产优质高效的基础，出苗率、出苗均匀度和整齐度是影响小麦群体生长的重要因素。冬前壮苗群体有利于小麦抗寒越冬、抗旱保苗、壮秆大穗以及预防生育后期叶片早衰，为小麦高产稳产打下坚实的基础。但在实际生产中，秸秆还田给小麦出苗及幼苗质量带来的负面效应不可忽视，如秸秆阻碍影响种子萌发、出苗率及出苗整齐度等。研究表明，在秸秆全量还田第1年，秸秆还田处理的小麦出苗率仅为46.64%～51.30%。此外，秸秆还田还会对地温产生负效应，不利于小麦冬前壮苗群体的形成，最终影响小麦的产量和品质。

淮北平原砂姜黑土区是安徽小麦产量提升的重要潜力区，但砂姜黑土黏粒含量高、易旱易涝、适耕性差等不良属性严重制约了小麦生产的高质量发展。目前，有关秸秆还田模式、还田量以及秸秆还田后对小麦生长发育、产量及品质的研究已有诸多报道。但关于安徽淮北砂姜黑土区长期秸秆全量还田对冬小麦幼苗质量的影响却鲜有报道。本研究基于农业农村部华东地区作物栽培科学观测站12年的秸秆全量还田定位试验，探究不同季秸秆全量还田对小麦幼苗质量的影响，以期为淮北平原砂姜黑土区秸秆肥料化高效利用和小麦高质高效发展提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

长期定位试验位于安徽省亳州市蒙城县农业农村部华东地区作物栽培科学观测站(33°9′44′N，116°32′56′E)，2020年是定位试验开始的第12年。供试土壤类型为砂姜黑土。0～20 cm土层中全氮含量0.99 g·kg，碱解氮含量80.20 mg·kg，速效磷含量15.40 mg·kg，速效钾含量100.30 mg·kg，有机质含量12.46 g·kg。

1.2 试验设计

本研究数据为2020-2021年试验结果。试验实行小麦-玉米周年轮作，秸秆还田方式为小麦秸秆全量粉碎覆盖还田和玉米秸秆全量粉碎翻埋还田，秸秆长度≤10 cm。试验设4个处理：①秸秆全年不还田(CK)；②玉米单季秸秆全量粉碎翻埋还田(T1)；③小麦-玉米秸秆周年全量粉碎还田(T2)；④小麦单季秸秆全量粉碎覆盖还田(T3)。秸秆还田处理中，小麦季小麦收获后秸秆全量粉碎覆盖还田，玉米季玉米收获后秸秆全量粉碎翻埋还田；秸秆不还田处理中作物收获后将秸秆运出试验地。小区面积43.2 m(8.0 m× 5.4 m)，三次重复，播种量187.5 kg·hm，行距20 cm。供试小麦为当地主栽品种烟农19，播种期为2020年10月14日，收获期为2021年5月31日。肥料使用农用硫酸钾复合肥(N∶ PO∶KO=15∶15∶15，总养分>45%)和尿素(N≥46%，颗粒范围2.00～4.75 mm)。化肥用量为纯N 240 kg·hm、PO90 kg·hm和KO 90 kg·hm，其中氮肥基施55%，于小麦拔节期追施45%，磷钾肥全部基施。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 出苗速率和出苗率调查

从小麦播种后第6天开始，每处理选择3个大小为1 m样方，每日14：00定时调查出苗情况。播后20 d，调查1 m行出苗数量，重复3次，根据播种量和千粒重计算出苗率。出苗速率=1/出苗达到稳定天数;出苗率=出苗数/播种粒数×100%。

1.3.2 地上部形态性状调查

于小麦三叶期(2020年11月5日)、六叶期(2020年12月2日)在每小区连续取样统计分蘖数并测定苗高、单株叶面积，计算叶面积指数。将植株按器官分好放入105 ℃恒温鼓风干燥箱(DHG-240L，合肥右科仪器设备有限公司)杀青30 min，65 ℃烘干至恒重后称重。通过叶面积和干物质重计算群体生长率和光合势。

群体生长率=(第2次测定群体干重-第1次测定群体干重)/间隔天数；

光合势=[(第1次测定叶面积指数+第2次测定的叶面积指数)/2]×间隔天数。

1.3.3 根系形态性状及活力测定

于小麦三叶期、六叶期使用根系形态扫描仪(LA2400，EPSON)进行根系扫描，测定根系形态性状。六叶期使用TTC法测定小麦根系活力。

1.3.4 SPAD值测定

使用叶绿素测定仪(SPAD-502Plus，浙江托普云农科技股份有限公司)于小麦三叶期、六叶期测定叶片SPAD值。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel软件处理数据，SPSS 26.0进行方差分析，采用Duncan氏新复极差法进行0.05水平差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 长期秸秆全量还田对冬小麦出苗速率和出苗率的影响

长期秸秆全量还田影响小麦出苗速率，其中单季秸秆还田处理(T1和T3)的出苗速率与CK差异不显著(表1)。T2处理的出苗速率显著低于CK、T1和T3处理。长期秸秆全量还田对小麦出苗率影响较小，不同处理间差异不显著。这说明秸秆还田主要影响小麦出苗的快慢，尤其是周年秸秆全量还田。

2.2 长期秸秆全量还田对冬小麦苗质的影响

长期秸秆全量还田对小麦三叶期苗高、叶面积、LAI影响较小，处理间差异不显著(表2)。长期秸秆还田显著影响三叶期小麦叶片SPAD值，其中单季还田处理的SPAD值与CK差异不显著。T2处理的SPAD值显著低于CK、T1和T3处理。

长期秸秆全量还田对六叶期小麦苗高、叶面积、LAI、SPAD值及光合势均有显著影响。与CK相比，长期秸秆全量还田处理(T1、T2和T3)的苗高分别增加了2.80%、15.06%和15.31%，叶面积分别增加了4.46%、26.89%和37.61%；T2、T3处理的SPAD值分别提高了8.94%、 5.74%，T1处理与CK差异不显著；冬小麦光合势表现为T3>T2>T1>CK，其中T3处理较CK增加了22.11%。这表明长期秸秆全量还田可通过提高幼苗光合能力，促进小麦植株生长， 有助于弥补秸秆还田对小麦出苗带来的不利 影响。

表1 长期秸秆全量还田下冬小麦的出苗速率和出苗率Table 1 Emergence rate and seedling rate of winter wheat under long-term straw returning to the field

表2 长期秸秆全量还田下冬小麦的苗质Table 2 Seedling quality of winter wheat under long-term straw returning to the field

2.3 长期秸秆全量还田对小麦分蘖数量的影响

长期秸秆全量还田显著影响六叶期小麦单株分蘖数(图1)，T3、T2和T1处理的单株分蘖数较CK分别增加了15.27%、42.55%和69.82%，其中T3和T2处理变化显著。可见，长期秸秆全量还田能促进冬前小麦分蘖的发生，其中小麦单季秸秆全量覆盖还田处理效果最好。

图柱上不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。图2同。

2.4 长期秸秆全量还田对冬小麦干物质积累的 影响

长期秸秆全量还田对三叶期小麦地上部和根系的干物质积累量影响不显著，但显著影响六叶期地上部和根系干物质积累量(图2a和图2b)，其中T3处理的六叶期地上部和根系干物质积累量均最高，较CK分别增加了31.58%和 50.00%。长期秸秆全量还田对小麦三叶期根冠比的影响与六叶期不同(图2c)，三叶期的秸秆还田处理均显著低于CK，而六叶期均高于CK，且T3、T2、T1处理根冠比分别增加了28.57%、 25.00%、11.76%。由图2d可见，小麦群体生长率表现为T3>T2>T1>CK， T3、T2、T1处理较CK分别提高了35.29%、15.38%、8.33%，其中T3处理与CK差异显著。这表明长期秸秆全量还田可促进小麦三叶期至六叶期的干物质积累和群体生长率，有利于冬前形成壮苗，有助于麦苗安全越冬。

图2 长期秸秆全量还田对冬小麦干物质积累的影响

2.5 长期秸秆全量还田对冬小麦根系生长发育状况的影响

长期秸秆全量还田显著影响小麦三叶期、六叶期根系生长发育状况(表3)。与CK相比，T3、T2和T1 处理的小麦三叶期根表面积分别提高了50.94%、29.16%和29.06%，其中T3处理与其他处理差异均显著；秸秆还田处理在六叶期与CK差异均不显著，但T1和T2处理显著低于T3处理，T3 处理根表面积仅比CK增加了8.91%。根平均直径在三叶期表现为T3>CK>T2>T1，而六叶期表现为T3> T1> CK > T2，T3 处理较CK分别提高了8.11%和34.72%。T2处理的根系活力显著低于秸秆不还田处理，T1、T3处理的根系活力与CK差异不显著。由此可见，小麦秸秆全量还田对越冬前小麦根系生长发育有一定的促进作用。

表3 长期秸秆全量还田对冬小麦根系性状的影响Table 3 Effects of long-term straw returning to the field on the root system of winter wheat

3 讨 论

3.1 长期秸秆全量还田对冬小麦出苗的影响

一播全苗是小麦形成壮苗群体，构建丰产高效群体的关键所在。在实际生产中，整地质量、秸秆还田质量和播种质量的高低是影响小麦种子萌发出苗的关键因素。秸秆还田质量不高会严重影响小麦出苗，导致出苗速度慢、麦苗整齐度低、幼苗不齐不壮，无法在越冬期前形成壮苗群体和安全越冬，进而影响小麦产量。研究表明，秸秆还田会降低小麦出苗率，但这种变化会随着秸秆还田年数的增加而有所减弱，说明秸秆还田年数的增加可以在一定程度上改善出苗情况。本研究也表明，砂姜黑土区长期秸秆全量还田条件下，当季秸秆全量还田对小麦出苗的负面影响有所缓解，且与定位试验开展的第1年相比，小麦出苗率提高了40.00%左右。在定位试验开始第1年，小麦-玉米周年秸秆还田处理出苗率高于单季秸秆还田处理，影响小麦出苗的主要因素中水分不足的影响力大于播种过深和秸秆阻碍。而秸秆全量还田12年后，单季秸秆还田处理的出苗率与周年秸秆还田相比差异不显著，这可能是因为在长期秸秆全量还田条件下，降低土壤容重，提高了土壤的孔隙度和蓄水保墒的能力，改善了土壤理化性质，这为小麦快速出苗、提高出苗速率及出苗率创造了有利条件。秸秆还田质量、整地质量和播种质量是保证壮苗培育的基础。因此，在实际生产当中应不断改进秸秆还田机器和整地播种机器提高秸秆还田质量、整地质量和播种质量，为秸秆还田条件下提高小麦出苗速率和出苗率创造条件，进而为壮苗培育打下坚实的基础。

3.2 长期秸秆全量还田对冬小麦苗质的影响

小麦苗质是影响小麦越冬前形成壮苗，安全越冬，达到高产丰产的关键因素。秸秆粉碎质量差和土壤耕翻深度不够均会使得秸秆与土壤无法均匀混合，造成麦苗吸水不足，导致缺苗或出现麦苗瘦弱、黄化的现象。本研究表明，长期秸秆全量还田能提高六叶期小麦的苗高、分蘖数、叶面积、群体光合势、SPAD值，地上部、地下部干物重及群体生长速率，促进小麦幼苗个体与群体的协调发展。同时，秸秆全量还田降低了小麦六叶期根冠比，这可能是因为长期秸秆还田改善了土壤的物理性状，使土壤养分有效性增加，促进了小麦苗期分蘖的早发快生及小麦根系生长发育。随着小麦分蘖的发生，光合叶面积增加，光合生产能力增强，最终提高干物质积累量。这为小麦在冬前形成壮苗群体奠定基础，保证小麦能够顺利越冬，对小麦稳产高产具有重要作用。

4 结 论

在安徽淮北砂姜黑土区，长期秸秆全量还田提高了小麦出苗速率，处理间出苗率差异不大。同时，提高小麦幼苗质量，促进分蘖早发快生，增加干物质积累量，提高根冠比和群体生长率。小麦苗期分蘖的发生增加干物质积累量，提高群体生长率，同时促进根系生长发育，有利于在冬前形成壮苗群体，为小麦稳产丰产奠定基础。因此，安徽淮北砂姜黑土区秸秆长期全量还田能够协调地上与地下部生长发育，有利于提高冬小麦幼苗质量，其中小麦单季秸秆覆盖全量还田更有利于壮苗的培育，是适合在当地进行推广的秸秆还田 方式。