玉米秸秆还田对玉米生长发育及产量的影响

2024-07-04徐强

中国农业文摘·农业工程 2024年3期

徐强

摘要：【目的】研究不同玉米秸秆还田方式对玉米生长和产量的影响。【方法】以秸秆不还田为对照（CK），设置4种秸秆还田方式，分别为秸秆粉碎翻压还田（T1）、秸秆粉碎行间覆盖还田（T2）、秸秆发酵翻压还田（T3）、秸秆炭化还田（T4）。研究了玉米叶面积指数、光合参数、干物质积累和转运、产量及产量构成因素的变化特征。【结果】秸秆还田对玉米生长和产量形成影响显著，不同秸秆还田方式间存在显著差异。各处理叶面积指数、干物质积累量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率表现为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，玉米穗粒数、百粒重和产量均是T3处理最高。【结论】秸秆发酵翻压还田有利于提高玉米叶面积，增加光合速率和干物质积累和转运，从而提高玉米产量，是较好的秸秆还田模式。

关键词：玉米；秸秆还田；生长；产量

玉米是我国重要的粮食作物和饲料作物之一，对保障我国粮食安全具有重要的意义[1]。吉林省是我国重要的玉米产区，为我国玉米产业发展做出了重要的贡献。长期以来，大量的化肥投入成为维持玉米产量的主要方法，但其导致土壤有机质含量低、土壤板结、通透性能差、贮水能力弱、养分比例失衡，作物产量低下[2]。因此，发展并完善玉米栽培技术，改善土壤性质，提高玉米产量、品质成为目前的研究重点[3]。研究表明，秸秆还田能够改善土壤理化结构，增强土壤保墒能力，减少地面蒸发，协调水、肥、气、热关系，提高土壤水分利用率，进而促进作物生长，加快作物的生育进程，显著提高作物产量和种植效益[4]。吉林地区玉米秸秆资源丰富，而玉米秸秆综合利用水平相对较低。将玉米秸秆通过还田的方式进行利用不仅能有效减少环境污染，而且能提高资源的利用效率[5]。

北方春玉米区土壤含水量少、春秋温度低，秸秆腐解速率较慢，所需时间长，导致秸秆养分不能在玉米关键生育期充分释放，秸秆碳氮资源不能有效利用[6]。研究认为，通过秸秆处理能够加快秸秆分解，显著提高利用效率[7]。赵懿等[8]认为，秸秆发酵还田提高了秸秆腐解效率，有效改善土壤微生物特性，提升秸秆还田的肥力效应。邵云等[9]的研究表明，不同秸秆还田方式显著提高了土壤保水能力，增加了干物质积累量和单茎干重。目前，有关秸秆还田利用的研究较多，而针对区域范围内不同秸秆还田方式对玉米生长和产量的研究较少，因此，本试验设计不同秸秆还田方式，研究玉米叶面积、干物质积累和产量的变化特征，为玉米秸秆高效利用和玉米高产栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点和材料

实验地位于吉林省舒兰市朝阳镇，该地区属于温带大陆性季风气候，年均降雨683mm，年均气温4.3℃，年均有效积温2708.6℃，年平均日照2426.5h，年无霜期140d。土壤类型为黑钙土。土壤基础肥力为：有机质27.42g·kg-1，全氮1.75g·kg-1，碱解氮98.72mg·kg-1，速效磷45.38mg·kg-1，速效钾153.47mg·kg-1，pH值为6.82。试验玉米品种为京科968。试验用氮、磷、钾肥分别为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）和氯化钾（K2O 60%），均购自当地农资市场。

1.2 试验设计

试验于2020年进行，试验采用完全随机设计，以秸秆不还田为对照（CK），设置4种秸秆还田方式，分别为秸秆粉碎翻压还田（T1）、秸秆粉碎行间覆盖还田（T2）、秸秆发酵翻压还田（T3）、秸秆炭化还田（T4）。T1处理在上茬玉米收获后将秸秆全量粉碎后旋耕翻埋；T2处理将秸秆移出试验地后粉碎，玉米播种后在行间进行覆盖，秸秆全量还田；T3处理将秸秆移出试验地粉碎，加入尿素调节碳氮比至25‥1，然后加入发酵剂，浇透水，含水量控制在60%左右，堆成草堆覆盖草帘进行发酵，发酵好后旋耕还田；T4处理将秸秆全部收集，在450℃条件下限氧热解 6h制成生物炭，然后旋耕翻入土壤。玉米种植密度为82 500株·hm-2，每个小区宽8 m，长20 m，播种前施入氮肥（N）180kg·hm-2，磷肥（P2O5）120kg·hm-2，钾肥（K2O）120kg·hm-2，氮肥40％在拔节期追施，其他肥料均作为基肥一次施入。试验期间按照常规管理进行灌水、除草等农事操作。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 玉米叶面积指数的测定

玉米叶面积采用长宽系数法测定，每个处理分别在9展叶期（V9）、抽雄期（VT）、水泡期（R2）、乳熟期（R3）随机选取5株玉米将全部叶片取下测定，根据玉米密度计算叶面积指数。

1.3.2 玉米叶片光合参数的测定

玉米叶面积在抽雄期使用Li-6400光合仪，选择晴天上午分别测定净光合速率（Pn），气孔导度（Cr）、蒸腾速率（Tr）和胞间二氧化碳浓度（Ci），每个处理测定3次。

1.3.3 玉米干物质的测定

分别在9展叶期（V9）、抽雄期（VT）、水泡期（R2）、乳熟期（R3）、成熟期（R6）进行取样，每个处理随机选择连续5株玉米植株，将植株按茎、叶、穗分开，于105℃下杀青30min，80℃下烘干至恒重，进行称重，测定干物质积累量，计算花前营养体干物质转运量（g）、花前干物质转运效率（％）、花后同化物输入籽粒量（g）、花后干物质转运效率（％）。

1.3.4 玉米产量及产量构成因素的测定

玉米成熟后进行实收测产，每个处理选择5穗玉米进行考种，分别测定穗行数、穗粒数和百粒重。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2010进行计算处理，采用SPSS 24.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对玉米叶面积指数的影响

叶面积指数反映作物光合器官的大小，叶面积直接影响作物的光合作用、物质积累和产量形成。从表1可知，不同秸秆还田方式对玉米叶面积指数具有显著的影响。在V9期，各处理间没有显著差异。在VT期，秸秆还田处理均显著高于CK，各处理从大到小依次为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出6.70％、4.25％、11.76％和9.64％，各处理间差异均显著。在R2期，变化特征和VT期相似，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出3.89％、9.73％、16.15％和11.28％，T2和T4处理间没有显著差异。在R3期，变化特征也和VT期相似，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出5.79％、8.56％、17.59％和12.73％，T1和T2处理间没有显著差异。这表明在各生育时期的T3处理叶面积指数最大。

2.2 秸秆还田对玉米叶片光合参数的影响

光合作用是作物物质生产和积累的重要化学反应过程，从表2可知，秸秆还田对玉米叶片光合参数具有显著的影响，净光合速率从大到小依次为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出4.14％、1.87％、13.80％和9.96％，各处理间差异均显著。各处理对气孔导度的影响和CK没有显著差异。胞间二氧化碳浓度表现为T3＜T4＜T1＜T2＜CK，处理间差异均显著。蒸腾速率从大到小依次为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出3.91％、2.20％、4.56％和3.67％，各处理间差异均显著。这表明T3处理的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率最大。

2.3 秸秆还田对玉米干物质积累量的影响

干物质积累量和产量的形成有密切的关系。从表3可知，秸秆还田对玉米干物质积累量有显著的影响。在V9期，各处理间没有显著差异。在VT期，秸秆还田处理均显著高于CK，各处理从大到小依次为T3＞T1＞T4＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出8.53％、4.77％、10.34％和8.43％，T1和T2、T3和T4处理间没有显著差异。在R2期，变化特征和VT期相似，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出6.98％、3.48％、14.64％和10.29％，各处理间差异均显著。在R3期，变化特征和VT期相似，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出8.75％、3.64％、13.49％和11.47％，T3和T4处理间没有显著差异。在R6期，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出8.96％、5.19％、14.44％和12.37％，各处理间差异均显著。这说明在T3处理下的干物质积累量在各生育时期最高。

2.4 秸秆还田对玉米干物质转运的影响

干物质的转运能够体现源库关系是否协调，直接影响玉米产量。本研究结果表明，除T2处理外，各处理花前干物质转运量均显著高于CK，T1、T3和T4分别比CK高出5.11％、10.71％和3.41％，T1和T4处理间没有显著差异。花前干物质转运效率T1和CK没有显著差异，其他处理均显著低于CK。花后干物质积累量从大到小依次为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出9.54％、5.74％、19.89％和17.59％，T1和T2处理间没有显著差异。花后干物质转运效率T4处理最高，其次是T3处理，各处理均高于CK，T4处理显著高于CK。

2.5 秸秆还田对玉米产量及产量构成因素的影响

由表5可知，不同处理间的玉米产量存在明显差异。秸秆还田对玉米穗数和穗行数没有显著的影响。除了T2处理外，其他处理的行粒数均显著高于CK，表现为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，T1、T3和T4分别比CK高出6.14％、2.10％和13.98％。百粒重变化特征和行粒数相似，各处理均显著高于CK，从大到小依次为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，各处理均在0.05水平上显著高于CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出3.74％、3.53％、10.23％和7.73％。产量从大到小表现为T3＞T4＞T1＞T2＞CK，各处理间差异均显著，T1、T2、T3和T4分别比CK高出8.52％、3.96％、17.77％和14.33％。这说明在T3处理下的行粒数、百粒重和产量最高，增产效果最明显。

3 讨论

作物秸秆是宝贵的生物资源，秸秆中含有大量的有机质、氮、磷、钾元素。秸秆还田可以充分利用宝贵的作物秸秆资源，改良土壤、培肥地力[10]；同时可以保持水土、抗旱保墒，改善农产品品质，提高农作物产量。实践证明，实施秸秆还田是增加土壤有机质含量、改良土壤、培肥地力的一项有效措施[11]，既是实现农业增效、农民增收的一项重要举措，也是农业可持续发展的重要内容。玉米产量主要取决于光合作用的物质生产力，而叶面积是决定光合生产力的重要因素[12]。研究表明，秸秆还田有效改善了作物生长的环境，从而促进作物的生长发育[13]。本研究结果表明，秸秆还田显著提高了各生育期玉米叶面积指数，主要是由于秸秆还田补充了土壤有机质含量，改善土壤理化性质，从而对玉米地下和地上生长起到协调作用，增加了叶面积指数[14]。在本研究中，秸秆发酵翻压还田处理叶面积指数最高，主要是由于秸秆发酵后，秸秆中的纤维素、半纤维素等不容易分解的物质被微生物分解成小分子物质，缩短了秸秆在土壤中的反应时间，有利于土壤微生物繁殖，进而促进玉米根系下扎，协调土壤、根系和地上部的关系[15]。

光合作用是植物生长发育和物质转化的重要反应，玉米生长需要的化学能主要源于叶片对截获光能进行光合作用，秸秆还田对玉米光合作用的影响主要是改善根系生长空间，促进养分的吸收和转化，从而有利于保证光合作用的物质基础[16]。本研究结果表明，秸秆还田处理下的光和参数优于对照，主要是由于秸秆还田改善了土壤理化性质，进而改善了农田小气候环境，协调了个体和群体关系，改善了玉米对光温水等资源的利用率[17]。在本研究中，秸秆发酵翻压还田处理的玉米叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率最高，主要是由于该秸秆还田模式下光能的截获利用率较高，显著提高了光合作用。

干物质积累是籽粒产量形成的物质基础，秸秆还田能够增加玉米干物质积累量[18]。研究表明，干物质积累量在一定范围内是与产量呈正相关的，花后光合产物对产量的贡献率达到70％以上[19]。本研究结果表明，秸秆还田显著提高玉米干物质积累量、玉米穗粒数、百粒重和产量，秸秆发酵翻压还田处理效果最好，主要是由于在秸秆发酵翻压还田处理下玉米叶面积指数较大、光合速率较高，有利于光合产物的积累，从而提高玉米产量。

4 结论

综上所述，不同秸秆还田处理对玉米影响不同，其中，秸秆发酵翻压还田处理叶面积指数、干物质积累量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、玉米穗粒数、百粒重和产量均是T3处理最高，是较好的秸秆还田模式。

参考文献

[1] 李强，窦森，焦云飞，等.不同秸秆还田模式对黑土物理性质及玉米产量的影响[J].东北农业科学，2022，47（4）：52-56+69.

[2] 王博博，徐新朋，侯云鹏，等.东北中部黑土连续秸秆还田下玉米适宜氮肥用量研究[J].华中农业大学学报（自然科学版），2022，41（2）：71-79.

[3] 宋佳杰，徐郗阳，白金泽，等.秸秆还田配施化肥对土壤养分及冬小麦产量的影响[J].环境科学，2022，43（9）：4839-4847.

[4] 徐莉莉，李丹，李璇，等.不同秸秆还田量对土壤理化性质、微生物以及鲜食玉米产量的影响[J].上海农业学报，2023，39（5）：115-118.

[5] 刘子刚，卢海博，赵海超，等.旱作区春玉米秸秆还田方式对土壤微生物量碳氮磷及酶活性的影响[J].西北农业学报，2022，31（2）：183-192.

[6] 宋佳丽，王鸿雁，张淑香，等.施肥和秸秆还田对黑土农田土壤剖面养分分布的影响[J].生态学杂志，2022，41（1）：108-115.

[7] 王新媛，赵思达，郑险峰，等.秸秆还田和氮肥用量对冬小麦产量和氮素利用的影响[J].中国农业科学，2021，54（23）：5043-5053.

[8] 赵懿，杜建军，张振华，等.秸秆还田方式对土壤有机质积累与转化影响的研究进展[J].江苏农业学报，2021，37（6）：1614-1622.

[9] 邵云，马守田，李学梅，等.秸秆还田方式对麦田土壤碳、氮、水动态及小麦产量的影响[J].麦类作物学报，2014，34（11）：1545-1551.