玉米秸秆还田对黑土速效养分和物理性质影响

2022-10-29孟繁君张晓月田亨达李海波荣世敏

农业开发与装备 2022年9期

李辛，孟繁君，向阳，张晓月，田亨达，李海波，荣世敏

（长春市农业科学院，吉林长春 130000）

0 引言

近年来，随着秸秆还田意识的增强和机械化水平的提高，东北地区玉米秸秆还田工作也逐步推广，秸秆作为农业生产剩余的生物资源，现已被广泛利用还田[1]。研究表明，秸秆的使用可以提高土壤N、P、K等元素的含量，同时也可以提高其有效性，为作物生长提供更充足的肥力[2]，秸秆还田是一种强化土壤有机质积累、调节土壤温度和水分的农艺措施[3]。

本试验以2016年长春市先进农业技术推广奖项目《长春市0.67万hm2秸秆全量深翻还田试验示范》地块为对象，针对东北高寒黑土地区的农耕特点，以大片示范田为对象，对玉米秸秆还田技术在还田初期的土壤理化性质和作物产量的影响开展研究，为该地区的土壤培肥、作物高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区自然状况

吉林省榆树市是吉林省人口最多的县级市，是全国著名的产粮大市，属季风性中温带半湿润气候。年均降雨量500～700 mm，年平均温度为4℃，年均积温2 860℃，雨热同期，日照较长，有利于农作物生长。

1.2 试验设计

试验地块取自位于吉林省榆树市弓棚子镇、八号镇、红星乡和育民乡的长春市0.67万hm2秸秆全量田试验示范地块，面积分别为800 hm2、500 hm2、300 hm2和500 hm2。各个地块土壤理化性质及编号（表1），试验所用秸秆为上一年秋收后存储的风干玉米秸秆，还田前粉碎至1～3 cm长，秸秆还田为全量还田，还田量约为11 000 kg/hm2。

表1 试验地块理化性质

试验共计7个地块，1个地块2个处理，SK（秸秆还全量田）CK（对照，紧邻SK未翻耕的地块），示范地块4周设有保护行，地上种植作物为玉米，常规田间管理。试验时间在2016年，在玉米吐丝期（8月初，约秸秆还田后280天，播种后90天）和成熟期（9月末，约还田后330天，播种后145天）分别采集土壤样品，1个地块分为5个区域，每个区域20个采样点，采集后混匀，四分法处理至1 kg，采集后土壤样品分别测定有机质、速效氮、速效磷和速效钾，并在采集土壤样品同时测量该区域5～15 cm土层容重、15～25 cm土层的土壤容重、含水率和土壤温度，另在9月末秋收时进行测产。

1.3 测定项目与方法

土壤含水率：采用NY/T 52-87所用方法。容重：采用NY/T 1121.4-2006所用方法。有机质：采用NY/T 1121.6-2006所用方法。土壤温度：使用直角地温计测量土壤表面以下20 cm处温度。速效氮：采用碱解扩散法。速效磷：采用NaHCO3浸提—钼锑抗比色法。速效钾：采用NH4OAc浸提—火焰光度法。

1.4 数据处理与分析

实验数据采用Microsoft Excel 2013和天PS9.5进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对不同深度土壤物理性质的影响

2.1.1 土壤容重数据结果、容重数据显示：SK地块耕层5～15 cm的土壤容重平均值普遍大于CK地块土壤容重的平均值；SK地块耕层15～25 cm的土壤容重平均值普遍低于CK。由于15～25 cm土层土壤容重相对于5～15 cm土层土壤容重大，将两层土壤拌匀，造成土壤5～15 cm土层相对紧实，土壤容重的增加，降低了土壤孔隙度，减少水和养分的流失。秸秆还田和翻耕还降低了15～25 cm土层土壤的容重，增加了土壤孔隙度，使养分在土壤的孔隙中得以保存，这种容重的升高和降低可以增强土壤的保水保肥能力。

2.1.2 土壤含水率结果：SK地块耕层5～15 cm的土壤含水率低于CK地块5～15 cm土壤含水率；耕层15～25 cm的土壤含水率平均值高于CK土壤含水率。这是由于秸秆还田后，部分的紧实土壤翻到了表面，增加了土壤容重，土壤孔隙度减小，含水率减小；耕层15～25 cm的土壤疏松且含有粉碎的秸秆降低了土壤容重，增加了保水性。

2.1.3 土壤温度数据结果：在检测土壤温度时恰逢大雨，雨前测取了地块1、2、3、4的地温，雨后测取了地块5、6、7的地温。数据显示，雨前SK地块地温均高于CK地块1℃～2℃，雨后SK地块地温均低于CK地块1℃～2℃。雨前，处理地块地温普遍比对照地块地温高1℃～2℃，由于翻耕还田，改良了土壤结构，土壤较比对照地块疏松，有利于吸收太阳光照热量，促进作物生长；雨后，SK地块含水率高于对照地块，CK地块土壤紧实度高于SK地块，通风、含水能力均不如SK地块，太阳照射后升温较快。所以，雨后SK地块地温均低于CK地块1℃～2℃。这也能够证明SK地块秸秆全量还田后的土壤对温度有较强的调节能力（表2）。

表2 各地块土壤物理性质

2.2 秸秆还田对土壤化学性质的影响。

2.2.1 土壤速效氮数据结果：同一地块九月SK处理速效氮的含量显著低于8月SK处理速效氮含量。在八月同一地块SK处理速效氮含量低于CK或与CK持平，由于还田初期秸秆消耗了土壤中一部分氮，进入九月后秸秆分解消耗土壤中的氮减少，甚至会在分解过程中向土壤中释放一定量的氮，使土壤中的氮素含量达到动态平衡，九月SK处理含氮量与CK处理对比持平或者略高，说明秸秆还田不能显著改善土壤养分氮的含量。

2.2.2 土壤速效磷数据结果：各地块同一处理九月速效磷含量相对于八月有明显降低，由于地上作物吸收了土壤中的磷，各地块SK处理速效磷含量高于CK处理或与CK处理持平。秸秆还田后秸秆的腐熟释放了秸秆中的磷元素，使土壤中微生物的生物量和微生物的活性增加，促进土壤中被固定的磷向有效态的转化，促进了磷的释放。

2.2.3 土壤速效钾数据结果：九月份各地块速效钾含量相对于八月份显著降低，这是由于地上玉米吸收大量的钾元素，降低了土壤中速效钾的含量。八月份和九月份各地块SK处理速效钾含量均要高于对照地块中速效K的含量，这是由于秸秆还田后秸秆的腐熟，将秸秆中的钾释放到了土壤中。

2.2.3 土壤有机质数据结果：各地块SK处理的有机质含量普遍高于CK地块，八月份各地块SK处理有机质含量相对于CK有机质含量高2.5%～19.9%；九月份各地块SK处理有机质含量在2.6～4.7，CK有机质含量在2.2～4.2，SK处理相对于CK处理高2.5%至18.7%。秸秆还田后，秸秆的腐熟和分解增加了土壤有机质的含量，使土壤结构得以改善，提高了土壤保肥保水的能力（表3）。

表3 各地块土壤化学性质

2.3 秸秆还田对产量的影响

数据显示（表4），各地块SK处理产量相对于CK处理增产0.8%～2.9%。分析结果表明，秸秆还田对土壤产量无显著影响。

表4 各地块产量

3 讨论

本研究结果表明，秸秆还田能够升高5～15 cm土层的土壤容重，减少土壤中水分的蒸发，15～25 cm土层土壤容重降低，土壤孔隙度增加，水分和养分在孔隙中得以保存。由于采用的是机械翻耕，将5～15 cm土层和15～25 cm土层的土壤打碎混合，改善了土壤渗透性，增加了15～25 cm土壤的蓄水量，提高了土壤的保水保肥性能和水分利用率。

秸秆还田后的土壤对温度有较强的调节能力。本研究测得的是土壤表面下20 cm处地温，该层地温受环境影响较大，秸秆还田后，能影响土壤表层对光辐射的吸收转化和热量的传导，降低土壤表层的热传递效率，既可在晴天时吸收太阳直接照射的能量，增加根系活性，也增加雨时土壤对水的吸收量。秸秆全量还田对土壤速效氮含量无显著影响，这是由于秸秆还田后秸秆的腐熟消耗了土壤中一部分的氮素。秸秆的使用提高了土壤速效磷、钾和有机质的含量，为作物生长提供了充足的肥力。