半干旱区秸秆覆盖免耕对土壤性状及玉米产量的影响

孙善文

（黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院，黑龙江齐齐哈尔 161006）

黑龙江省西部半干旱区为玉米主产区，每年都会产生大量的玉米秸秆。传统垄作在玉米收获后秸秆多被直接焚烧或清除[1-2]，不仅对环境造成严重污染，也造成大量秸秆资源的浪费。秸秆覆盖还田对降低土壤风蚀、水蚀风险，改善土壤环境、保持土壤水分、保护大气环境具有重要意义。播种前对土壤进行翻、旋耕起垄作业，过度扰动土壤会导致土壤含水量降低，且冬春季节多大风，土壤风蚀严重[3-5]。本研究以秸秆还田利用为切入点，分析不同秸秆覆盖还田方式对土壤容重、水分和温度等的影响以及对玉米产量和经济效益的影响，旨在解决土壤退化和秸秆焚烧带来的资源浪费、环境污染等问题，实现农业可持续生产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院试验场进行。该地区属中温带大陆性季风气候，年降水量415 mm，年平均气温3.2 ℃，活动积温2 900 ℃。土壤为碳酸盐黑钙土，0～20 cm 耕层土壤有机质7.82 g/kg，碱解氮0.50 mg/kg，有效磷100 mg/kg，速效钾16.90 mg/kg。

1.2 试验材料

供试玉米品种为嫩单19，肥料为玉米专用复合肥，含量为氮-磷-钾（28-12-14）。

1.3 试验设计

试验采用大区对比设计，设置3个处理，每个处理面积0.4 hm2，种植密度6.0 万株/hm2，一次性深施复合肥750 kg/hm2。试验设置详见表1。

表1 试验设置

1.4 测定项目

产量及产量构成因素：出苗率、穗长、穗粗、百粒重、水分、单位面积产量（以含水量14%计）。土壤指标：土壤温度（全生育期）、土壤容重（成熟期）、土壤水分（全生育期）、有机质等。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤温度的影响

由图1可知，秸秆覆盖还田和秸秆归行覆盖还田的0～40 cm耕层日平均温度皆低于常规垄作，分别平均低1.3、0.4 ℃，耕层深度10 cm处温差最大，分别低2.3、1.2 ℃，随着耕层深度的增加，差异逐渐缩小；秸秆归行还田的0～40 cm耕层日平均温度皆高于秸秆覆盖还田，平均高0.9 ℃，耕层深度10 cm处温差最大，高1.1 ℃，随着耕层深度的增加，差异逐渐缩小。由此可见，秸秆覆盖遮挡阳光照射，造成土壤温度下降，浅层土壤温度差异较大，随着耕层深度的增加，土壤温度受阳光照射的影响逐渐降低，耕层温差逐渐缩小。

图1 不同处理对土壤温度影响

2.2 不同处理对土壤含水量的影响

由图2 可知，耕层土壤含水量表现为秸秆覆盖还田>秸秆归行覆盖还田>常规垄作，秸秆覆盖还田和秸秆归行还田在整个生育期均保持较高的土壤含水量，各生育期平均土壤含水量秸秆覆盖还田较常规垄作平均高出20.1%，秸秆归行覆盖还田较常规垄作平均高出16.5%，秸秆覆盖还田较秸秆归行覆盖还田高出3.6%。播种期的土壤含水量各处理差异最大，秸秆覆盖还田较常规垄作高出61.1%，秸秆归行覆盖还田较常规垄作高出54.2%，秸秆覆盖还田较秸秆归行覆盖还田高出6.9%。随着生育期的推进，土壤含水量差异逐渐缩小。以上分析表明，秸秆覆盖还田具有土壤保墒的作用。

图2 不同处理对土壤含水量的影响

2.3 不同处理对土壤容重的影响

由表1 可知，相同处理土壤容重随耕层深度的增加而增加。秸秆覆盖还田和秸秆归行覆盖还田的土壤容重均低于常规垄作，随着耕层深度的增加，土壤容重差异逐渐缩小。在耕层深度0～10 cm处，秸秆覆盖还田和秸秆归行覆盖还田处理的土壤容重显著高于常规垄作，分别高出7.7%、6.9%；在耕层深度11～20 cm处，秸秆覆盖还田和秸秆归行覆盖还田处理的土壤容重显著高于常规垄作，分别高出5.3%、6.8%；不同处理其他深度耕层的土壤容重差异不显著。以上分析可知，秸秆还田具有降低土壤容重的趋势。

表1 不同秸秆覆盖还田方式对土壤容重的影响

2.4 不同处理对有机质含量的影响

由图3 可知，秸秆覆盖还田和秸秆归行覆盖还田处理的土壤有机质含量均显著高于常规垄作，分别平均高出15.7%、14.1%，秸秆覆盖还田和秸秆归行覆盖还田处理的土壤有机质含量差异不显著。同一耕层秸秆覆盖还田和秸秆归行覆盖还田处理的土壤有机质含量均显著高于常规垄作，覆盖还田和秸秆归行覆盖还田处理的土壤有机质含量差异不显著；相同处理在11～20 cm耕层土壤有机质含量最高。

图3 不同处理对土壤有机质含量的影响

2.5 不同处理玉米产量及经济效益分析

由表2可知，出苗率秸秆归行覆盖还田>常规垄作>秸秆覆盖还田；百粒重秸秆归行覆盖还田最大，达到38.4 g，秸秆覆盖还田最小，为37.3 g；籽粒含水量秸秆归行覆盖还田和秸秆覆盖还田处理方式均高于常规垄作，分别高出1.8%、2.8%；秸秆归行覆盖还田处理的产量高于常规垄作，增产2.1%，秸秆覆盖还田的产量较常规垄作减产，减产0.8%；2种覆盖还田处理方式的穗长和穗粗均高于常规垄作，但差异不显著。

表2 不同处理的产量及产量性状

由表3 可知，不同处理的种子、化肥、农药等农资投入成本无差别，但秸秆归行覆盖还田和秸秆覆盖还田有效降低了机耕费，较常规垄作分别降低8.9%、13.3%，因此，纯收益归行覆盖还田较常规垄作增收9.6%，覆盖还田较常规垄作增收7.8 %。

表3 不同处理的经济效益

3 结论与讨论

土壤含水量和土壤温度是影响玉米生产的重要因素，秸秆覆盖免耕有效隐蔽阳光辐射，降低土壤水分的蒸腾，具有保墒作用，可最大限度地保持耕层土壤含水量，对于干旱地区的玉米保出苗尤为重要[6-7]。本研究结果表明，与常规垄作相比，2种秸秆覆盖方式可有效增加耕层土壤含水量，与以往研究结果相同[6-8]。与此同时，玉米秸秆覆盖在土壤表层，拦截太阳辐射，阻碍了土壤与大气之间的热交换，造成秸秆覆盖处理的田块土壤温度上升缓慢，对春季适时播种有一定的影响[8-10]。相比较而言，秸秆归行覆盖还田方式对土壤温度的影响较小，且与常规垄作差异不显著，在保证较好的土壤墒情条件和熟期的前提下可适当晚播。

秸秆覆盖还田，经过秸秆腐解增加了表层土壤有机质，改善了土壤的理化性质，使容重有所下降，有效增加了土壤肥力[9-10]。秸秆还田结合免耕覆盖耕作方式减少了农机作业次数，在保水提墒的同时减少了对土壤的扰动，有效遏制了犁底层的形成。

秸秆归行覆盖耕作方式经济效益提高的主要因素是秸秆还田改善土壤肥力，秸秆覆盖减少土壤水分的散失，归行覆盖降低了因秸秆覆盖对土壤温度的影响，进而增加产量；同时，免耕播种有效降低了机械作业成本。