玉米秸秆还田对土壤理化性状及玉米生长发育的影响

毛国军 肖 迪 李龙兵 杨开琼

（1大方县农业科研与技术推广中心，贵州大方 551600；2大方县水务局，贵州大方 551600）

秸秆还田是把不宜直接作饲料的秸秆直接或堆积腐熟后施入土壤中的一种方法。采用秸秆还田技术，能充分发挥玉米生产潜力，是玉米种植高产和高效的措施之一[1]。玉米秸秆还田是一项促进农业增产增收、改善土壤结构、恢复农业良性循环的有效措施[2]。实施秸秆还田还可以培肥地力，有效地利用有机肥资源，增加土壤有机质，改善土壤结构，促进土壤微生物活动，增强土壤保肥供肥性能，起到保墒和调控田间温度和湿度的作用。秸秆还田具有促进作物生长发育、增加产量、提高农产品品质、节约化肥投入、降低生产成本、增加农民收入等作用，还能减少秸秆焚烧和废弃对大气、土壤、水质、环境造成的污染[3]。

目前，在玉米生产上，虽然多投入化肥能增加产量，但这种对土地掠夺式经营，最终导致土壤结构性能恶化。随着土壤被犁翻次数的增多，土壤有机质减少，耕层变薄，犁底层增厚，加剧了表层土壤的流失和风蚀，从而导致农田土壤退化，使玉米增产潜力难以发挥[4]。因此，本试验针对目前对土地掠夺式经营的种植现状，结合已有的研究成果，采用玉米秸秆直接还田方式，分别进行施肥和不施肥2种处理，通过定期取样测定不同处理的土壤田间持水量、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等指标，分析土壤有机质、容重等理化性状，并结合玉米生长动态调查和考种，深入研究与分析秸秆还田对土壤性状和玉米生长发育的影响，以期为保持和提高土壤肥力、促进玉米生长和增加玉米产量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2020年10月至2021年10月在大方县东关乡龙泉村实施，海拔高度为1 542 m，年平均温度为13.2℃，年日照时数为1 125 h，无霜期260 d左右。试验地土壤为黄壤，土质疏松，土层较厚，质地均匀。在秸秆未还田之前，耕作层pH值4.72，有机质含量2.77%，容重1.540 g/cm3，全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为 0.11%、109.61 mg/kg、0.63%、200.22 mg/kg。该试验区玉米连作栽培，一年一熟。

1.2 试验设计

试验设4个处理，分别为秸秆未还田+不施肥（H0）、秸秆未还田+施肥（H1）、秸秆还田+不施肥（H2）、秸秆还田+施肥（H3）。3次重复，共12个小区，完全随机区组排列，小区面积30 m2。秸秆还田处理前茬玉米收获后进行秸秆还田，冬前将全部玉米秸秆切为长10 cm左右后均匀撒入土中，同时施用秸秆腐解剂45 kg/hm2，春季播种前耕翻施入0～25 cm土层。施肥处理基肥施复合肥（15-15-15）750 kg/hm2、苗肥施尿素163 kg/hm2、穗肥施尿素244.5 kg/hm2。供试玉米品种为金玉1号，等行距种植，行距0.75 m，种植密度6万株/hm2。

1.3 测定指标及方法

田间玉米生育动态调查在玉米3个关键生育时期（大喇叭口期、抽雄吐丝期、乳熟期）进行，土壤样品采集以及数据测定在玉米移栽前、大喇叭口期和成熟收获期进行。

1.3.1 土壤理化指标测定。土壤样品的采集方法为“S”形采样，先去除土层表面的枯叶和秸秆，再用内径10 cm的环刀在各小区取0～20 cm的土样，多点采集混合后采用四分法取出足够样品，室内风干后过0.5 mm筛备用。

土壤容重采用环刀法[5]测定，田间持水量采用吸渗法[6]测定，有机质采用重铬酸钾法[7]测定，全氮采用凯氏蒸馏法[8]测定，碱解氮采用氮解扩散法[9]测定，有效磷采用碳酸氢氨钠-钼锑抗比色法[10]测定，速效钾采用火焰光度计法[11]测定，pH值采用电位法[12]测定。

1.3.2 玉米生长动态调查。从大喇叭口期开始每个小区各取5株具有代表性的植株，测定株高和茎粗。茎粗用游标卡尺测定玉米基部第二节间的直径，并分别在玉米大喇叭口期、抽雄吐丝期和乳熟期各测1次。

1.3.3 植株各部位干物重及其含氮量测定。在玉米抽雄吐丝期和乳熟期，各处理取2株具有代表性的玉米植株进行分部（分为叶片、茎秆、果穗），105℃杀青30 min，60～80℃条件下烘干至恒重，称重，磨样，测定含氮量（采用凯氏蒸馏定氮法[13]测定）。

1.3.4 产量及其相关性状测定。玉米成熟收获期各小区田间测产。各小区选取代表性果穗10穗，称重并带回实验室，风干后进行考种，考种指标主要有穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖长、穗粒重、千粒重。

1.4 数据处理

所有数据均采用Excel 2003和DPS 7.5软件进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对土壤物理性质的影响

2.1.1 对土壤容重的影响。土壤容重是单位体积自然状态下土壤干重，是土壤紧实度的一个指标。土壤容重与土壤质地、压实状况、土壤颗粒密度、土壤有机质含量及各项土壤管理措施有关。土壤越疏松多孔，容重越小；土壤越紧实，容重越大。

从图1可以看出，在大喇叭口期，秸秆还田区的土壤容重下降，较秸秆不还田区降低0.089 g/cm3；在成熟收获期，秸秆还田区的土壤容重同样降低，较秸秆不还田区降低0.156 g/cm3，较大喇叭口期下降程度大。由此表明，秸秆还田能有效改善土壤结构，有利于促进农作物生长。同时，在玉米生长发育的中后期，秸秆还田对土壤容重的影响程度越来越大，对改善土壤结构的效果也越来越明显。

2.1.2 对土壤田间持水量的影响。土壤田间持水量是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对作物有效的最高土壤水含量。从图2可以看出，在大喇叭口期，与秸秆未还田区相比，秸秆还田区的土壤田间持水量上升4.46%。在成熟收获期，秸秆还田区的土壤田间持水量同样上升，但上升幅度不大，上升了1.21%。由此说明，秸秆还田对土壤的保水性有促进作用，为玉米生长发育提供了有利的水分保证，增加了农田土壤的抗旱性能和保水性能。

2.2 秸秆还田对土壤化学性质的影响

2.2.1 对有机质的影响。玉米秸秆富含纤维素、木质素等，是形成土壤有机质的主要来源，而通过将秸秆归还于土壤以增加土壤有机质，是秸秆还田技术最主要的作用，这已被众多研究和生产实践证实[14-15]。土壤有机质是土壤的重要组成部分，能够提高土壤的缓冲能力、改善土壤保水与保肥性能[16]。从表1可以看出，玉米秸秆还田区与未还田区在大喇叭口期和成熟收获期的耕层土壤有机质含量差异较大，同一时期的含量差异达到0.12～0.22个百分点，这2个时期的差异原因可能是秸秆还田后达到一定腐烂程度释放了一定养分，使得土壤中的有机质含量有所增加。移栽前秸秆还田区与未还田区的土壤有机质含量差异不明显。

表1 不同时期各处理土壤有机质含量

2.2.2 对土壤全氮的影响。氮素是影响作物生长限制性重要因子，土壤全氮含量在土样养分中是比较重要的指标，就目前来看，我国农田土壤普遍缺氮。秸秆还田在增加土壤有机质的同时，也能增加土壤全氮含量。从表2可以看出，大喇叭口期秸秆还田区的土壤全氮含量最高，与移栽前秸秆还田区的差异不显著，而在成熟收获期秸秆还田区与未还田区的全氮含量反而有所降低。分析产生该结果的原因，主要有3点：一是在大喇叭口时期玉米秸秆腐烂程度相对较高，能释放出较多的氮养分，此时土壤含氮量最高，为0.18%；二是在大喇叭口期以后，玉米植株对土壤全氮的需求量逐渐增大，尤其是在抽雄吐丝期需求量最大，导致土壤全氮含量减少；三是在玉米乳熟期以后，玉米植株对氮素仍有较少量的需求，但玉米秸秆养分已基本释放完，故成熟收获期以后，秸秆还田区与未还田区的土壤全氮含量降至最低。

表2 不同时期秸秆还田区和未还田区土壤全氮含量

2.2.3 对土壤碱解氮、有效磷、速效钾的影响。大量研究表明，秸秆中含有大量的碳、氮、磷、钾等营养元素，还田后能够提高土壤肥力[17]。本试验结果表明，秸秆还田能够增加土壤碱解氮、速效钾含量，对土壤有效磷含量影响较小。从表3可以看出，土壤养分含量在同一时期秸秆还田区始终较秸秆未还田区高，这与徐 萌等[16]研究结果相符合。在大喇叭口时期，秸秆还田区的各项速效养分指标均最高。从玉米移栽前开始，随着玉米秸秆的腐解时间逐渐增加，土壤速效养分的含量都呈逐渐递增趋势，秸秆还田处理土壤速效养分含量都高于秸秆未还田处理。本试验结果表明，秸秆还田降低了土壤容重，改善了土壤的透水透气性，创造了良好的水分条件，促进了土壤速效养分的释放，再加之秸秆的腐解，有利于土壤碱解氮、速效钾含量的增加。

表3 不同时期各处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量

2.2.4 对土壤pH值的影响。土壤酸碱性是土壤重要的化学性质，对土壤微生物活性、矿物质转化、有机质矿化起到重要的作用，从而引起土壤中有效养分的释放、迁移[18]。秸秆还田对土壤pH值的影响不大。从表4可以看出，大喇叭口时期秸秆还田区和秸秆未还田区土壤的pH值均最大，二者之间差异不显著。移栽前和成熟收获后土壤pH值差异也不显著。秸秆还田可以充分保持土壤酸碱性不受较大的影响，使作物生长发育能有一个相对稳定且适宜的土壤环境条件。

2.3 秸秆还田对玉米生长发育的影响

从表5可以看出，在玉米植株生长的3个关键生育时期，各处理玉米株高、茎粗和单株叶面积的差异显著。在同一生育时期，株高的增长趋势表现为施肥处理株高较未施肥处理高，且差异显著；在不施肥的情况下，秸秆还田区株高始终较秸秆未还田区高，且达到了显著差异。由此得出，秸秆还田有利于玉米株高的生长。

表5 不同时期不同处理玉米植株生长动态指标

在茎粗上，大喇叭口期的茎粗最粗，乳熟期最细。大喇叭口期以后，茎基部叶鞘逐渐衰老，茎粗有所减小，至抽雄吐丝期茎粗趋于稳定。在各时期中，处理H1和处理H2的茎粗差异不显著。在大喇叭口期和乳熟期，处理H3与处理H1的茎粗和处理H2与处理H0的茎粗差异显著，说明在相同的施肥条件下，秸秆还田区的玉米茎秆较秸秆未还田区粗。由此说明，秸秆还田有利于茎秆增粗。

与其他2个时期相比，抽雄吐丝期玉米的单株叶面积和叶面积指数最大。在3个时期，处理H0与处理H2的单株叶面积和叶面积指数都有显著差异，即在不施肥的条件下，秸秆还田区的单株叶面积和叶面积指数较秸秆未还田区大，说明秸秆还田能够促进玉米植株光合作用。可见，秸秆还田有利于玉米生长发育及产量增加。

2.4 秸秆还田对玉米干物质积累的影响

从表6可以看出，在抽雄吐丝期和乳熟期，植株茎秆的干物重表现为处理H3>处理H1>处理H2>处理H0，并且各处理间都达到了显著差异。说明秸秆是否还田、是否施肥都是影响玉米植株茎秆生长的重要因素。秸秆还田与秸秆未还田处理间叶片干物重差异不显著，施肥与不施肥处理间叶片干物重差异显著。

表6 不同时期不同处理玉米植株干物重

从玉米全株干物质积累来看，各处理全株干物重表现为处理H3>处理H1>处理H2>处理H0。在抽雄吐丝期和乳熟期出现相同趋势，即在施肥条件相同的情况下，秸秆还田区的玉米干物质积累量都较秸秆未还田区大，且差异达到显著水平。说明秸秆还田对玉米植株干物质的积累有促进作用，从而促进玉米的生长，增加玉米的产量。

2.5 秸秆还田对玉米植株各部位含氮量的影响

从表7可以看出，抽雄吐丝期同一部位含氮量不同处理之间差异不显著。在乳熟期，各处理叶片的含氮量差异不显著；在施肥条件相同的情况下，秸秆还田区玉米茎秆和果穗的含氮量与秸秆未还田区差异也不显著。在相同时期的同一处理，各部位的含氮量表现为叶片>果穗>茎秆，这有利于玉米叶片的光合作用。在玉米植株的同一部位，乳熟期的含氮量较抽雄吐丝期小。由此表明，如果玉米氮素供应过多，营养生长旺盛，植株徒长，出现贪青现象，不利于籽粒的灌浆。

表7 不同时期不同处理植株各部位含氮量及全株氮素积累量

抽雄吐丝期和乳熟期全株氮素积累量各处理间都达到了显著差异，且处理H3>处理H1>处理H2>处理H0。说明施肥和秸秆还田都是影响玉米氮素积累量的主要原因。

2.6 秸秆还田对玉米产量及其构成因素的影响

大量试验结果表明，秸秆还田后能够增加作物产量[19]。本研究亦得到了相似的结果。

从表8可以看出，各处理间的玉米产量表现为处理H3>处理H1>处理H2>处理H0，且各处理间的玉米产量差异显著。在施肥条件下，秸秆还田区的玉米产量较秸秆未还田区增加了373.88 kg/hm2；在不施肥的条件下，秸秆还田区的玉米产量较秸秆未还田区增加了405.65 kg/hm2。可以看出，秸秆还田在玉米后期的产量形成上有很大促进作用。不施肥条件下秸秆还田区玉米增产量大于施肥条件下秸秆还田区增产量，表明秸秆未还田+不施肥处理玉米生长受到营养胁迫。

表8 不同处理玉米产量及其构成因素

在玉米产量构成因素方面，各处理间的穗数差异不显著，这说明秸秆还田对穗数没有明显的影响。在施肥条件相同的情况下，秸秆还田处理较秸秆未还田处理穗粒数有所增加，但未达到显著差异，故秸秆还田对玉米穗粒数的增加有一定促进作用。同时，各处理间千粒重差异也显著，表现为处理H3>处理H1>处理H2>处理H0。可见，秸秆还田有利于增加玉米的千粒重，提高玉米的产量。

3 结论与讨论

多年来，国内外学者就玉米秸秆还田对土壤理化性状的影响及生物学效应开展了较多研究，认为秸秆还田可显著改善土壤理化性状，如土壤容重下降、土壤田间持水量增加等[20]。本试验结果与前人研究结果一致。秸秆还田后可降低土壤容重、增加田间持水量、有效改善土壤结构。同时，秸秆还田还能培肥地力，增加土壤有机质，提高土壤速效养分含量，从而使玉米增产，且增产效果明显。

秸秆还田能有效促进玉米株高和茎粗的生长，同时也能增加单株叶面积和叶面积指数，提高玉米植株的光合速率，对玉米生长有明显的促进作用。秸秆还田配施化肥处理较仅秸秆还田或仅施化肥处理增产效果显著。玉米秸秆还田能够增加作物产量，缓解土壤养分耗竭状况，改善土壤结构，提高土壤肥力。秸秆还田能够减缓农田养分亏损的趋势，甚至能够增加土壤养分的供应能力。从综合效益考虑，实行秸秆还田是一项可行的技术措施。因此，实施并推广秸秆还田是农业可持续发展的重要措施。应注意，秸秆还田后应适当减少化肥施用量，同时应加强田间病虫草害的防治。

秸秆还田在培肥地力上的作用，以增加土壤有机质较为显著，并且随着土壤有机质的提高和土壤容重降低，改善了土壤环境，有利于作物生长。

为了能够充分发挥秸秆还田的效果，冬前应将玉米秸秆切成长10 cm以下的小段，均匀覆盖于地表（冬前将秸秆覆盖于地表可以减少冬雪融化后水分的蒸发，达到土壤保墒保水的目的），同时施用一定量的秸秆腐解剂，春季播种前后翻入0～25 cm土层中，与土壤充分混匀。

从长远来看，玉米秸秆还田可改善土壤性状，有利于作物增产，但如果秸秆腐解度不高，会造成负面影响。玉米秸秆还田时粉碎不彻底、覆盖不均匀，会影响作物出苗，增加整地除草难度和某些病虫害的发生率。由于本试验条件有限，难以确定秸秆最佳还田量和腐解度，只是进行了田间定性试验，以后应进一步试验，多进行定量方面的研究，以确定玉米秸秆的最佳还田量和腐解度。

如何提高秸秆还田水平，减轻还田后耕作难度和病虫害发生率，还需做进一步研究。