小麥秸稈還田量和還田方式對砂姜黑土地玉米生長發(fā)育的影響

郭 靜，周可金，劉 芳，陳 琳，査道貴

(1.宿州職業(yè)技術學院 農藝系，安徽 宿州 234101； 2.安徽農業(yè)大學 農學院，安徽 合肥 230036)

小麥秸稈還田量和還田方式對砂姜黑土地玉米生長發(fā)育的影響

郭 靜1，周可金2，*，劉 芳1，陳 琳1，査道貴1

(1.宿州職業(yè)技術學院 農藝系，安徽 宿州 234101； 2.安徽農業(yè)大學 農學院，安徽 合肥 230036)

為了探究在砂姜黑土地上適宜的秸稈還田量和秸稈還田方式，試驗設置了2因素不同水平組合9個處理，以鄭單958為試驗材料，研究不同處理對玉米株高、第四莖節(jié)單位莖長干物質量、光合參數(shù)、根系數(shù)量和干質量、穗部性狀、產(chǎn)量等多項指標的影響。結果表明，2/3秸稈量深耕翻還田的處理秸稈還田效應最好、產(chǎn)量最高，所有指標高于或顯著(P<0.05)高于其他處理；其次是2/3秸稈量淺旋耕還田的處理；全量秸稈直接覆蓋還田的處理產(chǎn)量最低。方差分析結果表明，在砂姜黑土地上2/3秸稈還田量極顯著(P<0.01)優(yōu)于1/2秸稈還田量和全量還田量，全量還田量為最差還田量；深耕翻極顯著(P<0.01)優(yōu)于淺旋耕和粉碎后直接覆蓋還田，直接覆蓋還田為最差還田方式。在砂姜黑土地上應推廣2/3秸稈量深耕翻還田。

小麥秸稈；還田量；還田方式；砂姜黑土；玉米

秸稈含有氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質等多種養(yǎng)分，是一種來源豐富且能直接利用的可再生資源。秸稈還田技術是發(fā)展節(jié)本增效型農業(yè)的重要技術支撐，也是促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效手段[1]。許多研究表明，秸稈還田具有良好的土壤效應、生物效應和農田效應[2-5]，能夠改善土壤物理性狀，增強保墑能力，提高土壤養(yǎng)分，激發(fā)土壤微生物和酶活性，提高作物產(chǎn)量和品質等[6-9]。有關秸稈還田對作物播種出苗質量、生長發(fā)育影響的研究較多[10-15]。如秸稈還田可顯著提高夏玉米的株高、葉面積系數(shù)、根系活力、根系量和產(chǎn)量，降低根倒率和莖折率，增強抗倒伏能力，且半量秸稈還田對玉米的生理效應高于全量秸稈還田[10]；小麥玉米兩季秸稈還田玉米的播種質量、幼苗素質均高于不還田或單季秸稈還田的處理[14]；麥秸滅茬覆蓋處理玉米的播種質量、根系活力高于粉碎拋撒處理和秸稈直接覆蓋處理，秸稈直接覆蓋還田的生理效應最差[15]。上述研究均為單一因素試驗。文廷剛等[16]曾報道過砂姜黑土地上秸稈還田與肥料配施生物效應的雙因素試驗，但小麥秸稈還田量和還田方式兩因素對玉米生長發(fā)育的影響在檢索范圍內未見報道。安徽淮北土壤主要為砂姜黑土，小麥-玉米復種模式是淮北兩熟區(qū)最重要的復種方式之一。為此，本試驗就淮北砂姜黑土地上小麥秸稈還田量和秸稈還田方式對玉米生長發(fā)育的影響進行探討，以期為淮北砂姜黑土地上小麥-玉米兩熟復種模式高產(chǎn)栽培提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

試驗在紫蘆湖良種繁殖場進行，土質為砂姜黑土，土質黏重，宜耕性較差。耕層有機質28.34 mg·kg-1，速效氮13.65 mg·kg-1，速效磷32.58 mg·kg-1，速效鉀189.65 mg·kg-1，pH值7.2。供試玉米品種為鄭單958，供試肥料系金正大三元復合肥(氮磷鉀含量為15-15-15)和市售尿素(含氮量46%)。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素裂區(qū)設計。主區(qū)為秸稈還田方式(W)，副區(qū)為秸稈還田量(A)。秸稈還田方式分別為：秸稈粉碎后直接覆蓋，秸稈粉碎后淺旋耕還田和秸稈粉碎后深耕翻還田。秸稈還田量結合當?shù)厣a(chǎn)實際，設3個水平：還田1/2量，即4 500 kg·hm-2；2/3量，即6 000 kg·hm-2；全量還田，即9 000 kg·hm-2。共9個處理(表1)，每小區(qū)面積200 m2，長25 m，寬8 m。試驗地種肥施用三元復合肥375 kg·hm-2，在孕穗期追施525 kg·hm-2三元復合肥，另外按秸稈還田量的8‰補施尿素以促進秸稈的腐解[7]。玉米于2015年6月18日機械精量點播，種植密度為6.75萬株·hm-2，行距50 cm，穴距30 cm。

1.3 測定項目及方法

株高在玉米成熟期測定，每處理隨機選取10株測量。用鐵鏟從株距的1/2處垂直切下，切入50 cm，挖出土柱，仔細整理后，把帶土根系浸泡于水中，沖洗干凈后用吸水紙吸干根表面的水分，分別數(shù)取氣生根和0～50 cm的地下根系數(shù)，并烘干稱量。在玉米抽雄期每處理取4份樣本，每份樣本2～3株，分別測定第四節(jié)間的長度，后截下用烘干箱烘至質量恒定，計算單位長度莖干質量(g·cm-1)=第四節(jié)間干質量/節(jié)間長度。

用LI-6400XT光合測定儀，在吐絲期晴天上午9：00—11：00測定穗位葉，測定凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)等。每個處理選取6株長勢均勻的玉米植株，測定時待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后讀取數(shù)值，取平均值。

成熟后每小區(qū)收獲8株，用常規(guī)考種法考查穗長、穗粗、禿尖長、穗粒數(shù)等穗部性狀和百粒重。每處理小區(qū)隨機選擇10 m玉米行，調查其中穗數(shù)，再折算單位面積穗數(shù)，產(chǎn)量(kg·hm-2)=單位面積穗數(shù)×穗粒數(shù)×百粒質量/100 000。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗結果用Excel 2003和SPSS 13.0分析，對有顯著差異的處理用最小顯著極差法進行多重比較。

表1 試驗處理及編號

Table 1 Experimental treatments and according code numbers

處理編號CodeNo.試驗處理Experimentaltreatments11/2秸稈直接覆蓋還田1/2strawamountwithdirectlycovering21/2秸稈淺旋耕還田1/2strawamountwithshallowrotarytillage31/2秸稈深耕翻還田1/2strawamountwithdeepploughingup42/3秸稈直接覆蓋還田2/3strawamountwithdirectlycovering52/3秸稈淺旋耕還田2/3strawamountwithshallowrotarytillage62/3秸稈深耕翻還田2/3strawamountwithdeepploughingup7全量秸稈直接覆蓋還田Wholequantitystrawwithdirectlycovering8全量秸稈淺旋耕還田Wholequantitystrawwithshallowrotarytillage9全量秸稈深耕翻還田Wholequantitystrawwithdeepploughingup

2 結果與分析

2.1 對玉米株高、第四莖節(jié)單位莖長干物質量的影響

由圖1、圖2可以看出，2/3秸稈深耕翻的處理株高、單位莖長干物質量最大，抗倒能力最強，與其他處理均呈顯著(P<0.05)差異，2/3秸稈淺旋耕的處理次之，全量直接覆蓋還田的處理這2項指標均最小。方差分析結果表明，2試驗因素對前述指標的影響差異達極顯著水平(P<0.01)。深耕翻的株高、單位莖長干物質量分別比直接覆蓋、淺旋耕高1.51%、0.7%和19.35%、6.45%；2/3秸稈量的株高、單位莖長干物質量分別比1/2秸稈量和全量秸稈高1.11%、1.34%和9.37%、21.88%。試驗結果說明，秸稈翻埋還田特別是深耕翻對當季作物的生長效應大于覆蓋還田，可形成較強壯抗倒伏的莖稈。在該試驗地條件下，2/3秸稈量還田效果較好。還田秸稈量過大，腐解過程中可能會產(chǎn)生一些不利于作物生長的物質，或對耕作層造成不良影響。

2.2 對玉米光合特性的影響

較高的光合速率是高產(chǎn)優(yōu)質群體的重要特征，也是獲得較高產(chǎn)量的基礎。各處理的光合參數(shù)呈顯著(P<0.05)差異(表2)。凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均以處理6最高，而胞間CO2濃度則以處理6最低。各處理間氣孔導度差異最大，除處理3和處理9、處理2和處理1間差異不顯著(P>0.05)外，其余各處理差異均達極顯著水平。方差分析結果表明，2/3秸稈量的凈光合速率、氣孔導度最高，分別比1/2秸稈量和全量還田的高0.67、1.89 μmol·m-2·s-1和3.96、8.49 mmol·m-2·s-1；2/3秸稈量和1/2秸稈量蒸騰速率相差較小，但均顯著高于全量還田。深耕翻的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率最高，分別比淺旋耕和直接覆蓋的高1.11、2.89 μmol·m-2·s-1，8.05、16.15 mmol·m-2·s-1和0.2、0.56 mmol·m-2·s-1。總體來看，秸稈直接還田覆蓋的光合效率最低。

柱上無相同大寫或小寫字母的表示各處理間差異極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)。下同Bars marked by no same uppercase or lowercase letters indicated significant difference at P<0.01 or P<0.05 within treatments. The same as below圖1 不同處理的生理株高Fig.1 Maize height under different treatments

圖2 不同處理第四莖節(jié)單位莖長干物質量Fig.2 Ratios of dry weight to length of 4th internode under different treatments

2.3 對玉米根系的影響

如表3所示，處理6的根系數(shù)和根質量均顯著(P<0.05)高于其他處理，處理7的根系數(shù)和根質量最小。相同的秸稈還田量下，均以深耕翻的根系數(shù)最多(處理6、處理3和處理9)，直接覆蓋的處理1、處理4、處理7根系數(shù)和根質量較低，說明秸稈直接覆蓋還田不利于形成發(fā)達的根系。翻埋還田特別是深耕翻還田，由于秸稈當季腐解后增加了土壤養(yǎng)分或改善了土壤耕作層結構和環(huán)境，可促進根系的生長和發(fā)育。2/3的秸稈還田量在翻埋還田時可最大限度地發(fā)揮秸稈還田效應，其對應的處理6和處理5根系數(shù)最多、單株根質量最大。進一步分析顯示，試驗因素互作明顯。深耕翻和淺旋耕條件下，2/3秸稈量的處理6和處理5根系數(shù)多、根質量大，而全量秸稈還田的處理9和處理8最小；直接覆蓋還田的情況下，1/2秸稈量還田的處理1根系數(shù)最多、單株根質量最大。因此，在生產(chǎn)實踐上，有深耕翻和淺旋耕條件時，應選擇2/3的秸稈還田量，無耕翻條件時，應選擇1/2秸稈還田量，但該處理(1/2秸稈直接覆蓋還田)在本試驗條件下根系量、根質量、株高、第四莖節(jié)單位莖長干物質量、光合效率等都較低，在生產(chǎn)上不提倡推廣。

表2 不同處理對玉米吐絲期光合指標的影響

Table 2 Effects of different treatment on photosynthesis indexes of maize at silking stage

處理TreatmentGs/(mmol·m-2·s-1)Tr/(mmol·m-2·s-1)Pn/(μmol·m-2·s-1)Ci/(μmol·mol-1)6448.21Aa8.21Aa24.96Aa244.68Df5440.36Bb8.13Aa24.37Aa246.97Df9437.31Cc8.08Aa23.12Bb247.36Df3436.86Cc8.15Aa23.89ABab246.56Df2431.54Dd8.01Bb22.56BCc249.87CDe1429.37De7.78Cc22.05BCc252.31Cd8426.35Ef7.52Dd21.53BCc255.67Bc4423.04Fg7.54Dd21.02Cd258.25Bb7420.52Gh7.43Ee20.22Cd261.34Aa

Gs，氣孔導度；Tr，蒸騰速率；Pn，凈光合速率；Ci，胞間CO2濃度。表中同列數(shù)據(jù)后無相同大、小寫字母的表示處理間差異極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)。下同。

Gs， Stomatal conductance;Tr， Transpiration rate;Pn， Net photosynthetic rate;Ci， Intracellular CO2concentration. Data in the same column followed by no same uppercase or lowercase letters indicated significant difference at P<0.01 or P<0.05， respectively. The same as below.

表3 不同處理對玉米根系的影響

Table 3 Effects of different treatments on maize root

處理Treat-ment0～50cm根系數(shù)Rootnumberin0-50cm氣生根數(shù)Bracerootnumber總根數(shù)Totalrootnumber單株根質量Rootweightperplant/g624.0Aa21.2Aa45.2Aa18.98Aa522.9ABb19.0BCb41.9BCc17.12Bb322.8ABb20.2ABab43.0Bb16.85Cc922.8ABb19.7Bb42.5Bbc16.55Cc222.2Bb19.2Bb41.4Ccd16.23Cd121.9BCb18.8Cbc40.7Cd15.96De821.9BCb17.6Cc39.5CDe14.32Ff420.6Cc17.8Cc38.4De15.52Ef720.2Cc16.2Dd38.4De13.11Fg

2.4 對玉米穗部性狀、產(chǎn)量的影響

如表4所示，各處理對穗粗、穗長、穗粒數(shù)的影響基本一致，均表現(xiàn)為處理6>處理5>處理3、處理9>處理2>處理1、處理8>處理4>處理7，各處理對禿尖長度的影響與此相反。方差分析結果表明，試驗因素對玉米穗部各性狀的影響均達極顯著水平(P<0.01)，兩因素間交互作用除對穗粒數(shù)的影響未達顯著水平外(P=0.297 5)，對其他穗部性狀的影響均達極顯著水平(P<0.01)。深耕翻的穗粒數(shù)比淺旋耕、直接覆蓋分別高1.92、14.23粒；2/3還田量的穗粒數(shù)比1/2秸稈量、全量秸稈的高2.44、9.79粒。結果表明，深耕翻還田方式、2/3秸稈還田量適合于砂姜黑土環(huán)境，還田效果較好，利于形成粗長大穗。

在各產(chǎn)量構成因素中，各處理下穗數(shù)差異最小。秸稈直接覆蓋(處理1、4、7)和秸稈還田量過大(處理8、7)會降低玉米的出苗率，而深耕還田(處理3、6、9)和2/3秸稈還田量(處理6、5)在砂姜黑土地上出苗率較高。處理1的穗數(shù)比處理2的穗數(shù)高1.54%，說明1/2秸稈量下淺旋耕還田比直接覆蓋更不利于土壤表層的播種出苗質量，但處理2的產(chǎn)量比處理1高5%，結合其他指標，秸稈翻埋更利于作物的生長和產(chǎn)量形成。從各處理的產(chǎn)量差異可以看出，2/3的秸稈還田量下(處理6、5)產(chǎn)量較高，是砂姜黑土地上較適宜的還田量。處理6比處理5增收515 kg·hm-2，產(chǎn)量差異達極顯著水平(P<0.01)，說明深耕翻還田在砂姜黑土上更利于提高秸稈還田的效果。全量還田下(處理7、8)產(chǎn)量最低，說明全量還田不能充分發(fā)揮秸稈還田的效益，在生產(chǎn)上不宜大面積推行。直接覆蓋還田下(處理1、4、7)產(chǎn)量都較低，說明在該試驗條件下不宜采用。

表4 不同處理對玉米穗部性狀、產(chǎn)量的影響

Table 4 Effects of different treatments on actual ear characters and yield

處理Treatment穗長Earlength/cm穗粗Eardiameter/cm禿尖Baredlength/cm穗粒數(shù)Grainnumberperear穗數(shù)Earnumber/(104·hm-2)百粒重100-seedweight/g產(chǎn)量Yield/(kg·hm-2)619.8Aa5.22Aa0.95Ee528.12Aa6.7Aa32.84Aa11620.12Aa519.4Bb5.09Bb1.28Dd522.06ABab6.6Aa32.23Aa11105.16Bb319.2Bb5.00Cc1.44Dd521.19ABb6.7Aa31.58ABab11027.65Bb919.0Bb5.02Cc1.46Dd520.38ABb6.5ABab31.56ABab10678.08Cc218.4Cc4.88Dd1.48CDcd515.88Bbc6.4ABab31.14Bb10281.28Cc117.6Dd4.84DEde1.74Cc510.00Bc6.5ABab29.46Bc9765.99Dd817.6Dd4.84DEde1.83Cc510.50Bc6.3Bb29.12Cd9365.43Ee416.6Ee4.78Ee2.09Bb506.69Bc6.3Bb28.87Cd9215.73Ee715.6Ff4.7Ff2.58Aa500.63Cd6.2Bb28.26Cd8771.64Ee

3 討論

不同試驗條件下，秸稈還田方式和秸稈還田量對后茬作物的影響結果不盡相同。季陸鷹等[17]認為，全量小麥秸稈還田較半量秸稈還田更能提高水稻的葉面積系數(shù)、穗數(shù)和千粒重等，產(chǎn)量更高；洪德峰等[18]研究表明，深耕的還田效果高于常規(guī)耕作；劉義國等[19]研究表明，在華北旱地條件下，秸稈深松還田、免耕還田的還田方式優(yōu)于深耕和旋耕還田，花后深松還田光合效率、產(chǎn)量最高，但免耕、深松還田的出苗率較低。本研究表明，試驗處理對各指標的影響基本一致。2/3秸稈還田量、深耕翻的處理表現(xiàn)最優(yōu)，除了穗粒數(shù)、蒸騰速率、凈光合速率和胞間CO2濃度與處理5(2/3秸稈淺旋耕還田)差異不顯著外，其余指標均與其他處理呈顯著(P<0.05)差異，秸稈還田效應最好。方差分析表明，試驗因素對各指標的影響均達極顯著水平(P<0.01)。在試驗地條件下：2/3秸稈還田量為最佳還田量，全量秸稈為最差還田量，這可能是由于過多的秸稈腐解超出了土壤本身的調節(jié)能力，從而對玉米生長產(chǎn)生一些不良影響；深耕翻為最佳還田方式，秸稈粉碎后直接覆蓋還田為最差還田方式，這可能與秸稈不能很好地轉化為養(yǎng)分或者秸稈覆蓋會降低地表溫度從而不利于玉米根系和莖稈的發(fā)育有關。

本研究發(fā)現(xiàn)，試驗條件下還田方式和還田量交互作用明顯，兩因素互作除了對穗粒數(shù)的影響未達顯著水平(P>0.05)外，對其他各指標的影響均達到極顯著水平(P<0.01)。在深耕翻、淺旋耕時，宜采用2/3秸稈還田量；在無耕翻條件時，宜采用較少的秸稈還田量(1/2的秸稈還田量)。在皖北小麥產(chǎn)區(qū)，生產(chǎn)上大播量的種植習慣尚未改觀，產(chǎn)生的秸稈量太大，因此，2/3秸稈量是較適宜的還田量。秸稈的處理清運往往需要大量的人力、物力，農民常會選擇全量還田，但由于深耕翻機械不足，導致還田效果較差。針對當前秸稈還田中存在的問題，應切實著力推進土地流轉，促進大面積精量播種標準種植，產(chǎn)生適量健康的秸稈。同時，應加大對農田基礎設施建設的投入，進一步增加深耕翻機械的補貼力度，以實現(xiàn)秸稈還田后的有效灌溉和秸稈的深耕掩埋，促進秸稈腐解，減少秸稈淺層還田或覆蓋還田帶來的土壤過于疏松、保墑能力下降、出苗質量差等問題。

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(責任編輯 高 峻)

Effects of returning amount and manner of wheat straw on maize growth in lime concretion black soil field

GUO Jing1， ZHOU Kejin2，*， LIU Fang1， CHEN Lin1， ZHA Daogui1

(1.AgronomyDepartment，SuzhouVocationalTechniqueCollege，Suzhou234101，China; 2.CollegeofAgriculture，AnhuiAgriculturalUniversity，Hefei230036，China)

To explore the suitable straw returning amount and manner in lime concretion black soil field， the experiment including 9 treatments with different level combinations of 2 test factors was performed on growth of maize cultivar Zhengdan 958. The indexes determined included plant height， ratio of dry weight to length of 4th internode， photosynthesis indexes， root number and weight， ear characters and yield. It was shown that the treatment of 2/3 straw amount returning with deep ploughing up led to the best straw returning effect and the highest yield， of which all indexes were higher or significantly (P<0.05) higher than those of other treatments. The treatment of 2/3 straw amount returning with shallow rotary tillage was next in rank. While the treatment of whole quantity returning with directly covering revealed the worst performance and the lowest yield. The variance analysis of each index indicated that 2/3 straw amount returning was significantly (P<0.01) better than 1/2 straw amount and the whole quantity， and the whole quantity was the worst straw returning amount. Deep ploughing showed significantly (P<0.01) better effect on maize growth than that of the shallow rotary tillage and directly covering after crushing， and directly covering performed the worst. So， 2/3 straw amount returning with deep ploughing up should be extensively promoted in lime concretion black soil field.

wheat straw; straw returning amount; straw returning manner; lime concretion black soil field; maize

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.04.01

2016-12-12

安徽省自然科學基金重點項目(2014A254)

郭靜(1972—)，女，安徽宿州人，碩士，副教授，研究方向為作物高產(chǎn)優(yōu)質栽培。E-mail:guojing580@sohu.com

*通信作者，周可金，E-mail:zhoukejin@163.com

S318

A

1004-1524(2017)04-0521-07

浙江農業(yè)學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(4): 521-527

郭靜，周可金，劉芳，等. 小麥秸稈還田量和還田方式對砂姜黑土地玉米生長發(fā)育的影響[J]. 浙江農業(yè)學報，2017，29(4)： 521-527.