深旋耕秸稈還田對內陸鹽堿地土壤肥力和作物產量的效應

李學平　劉萍

摘要：為了解深旋耕結合小麥秸稈還田的措施對內陸鹽堿地改土增產的效果，以夏玉米浚單20為材料，研究旋耕平播條件下不同小麥秸稈還田量對土壤養分以及夏玉米產量的影響。結果發現，不同培肥措施下耕層（0～20 cm）上壤堿解氮含量比20～40 cm土層高33.3%～54.0%。土壤速效鉀的變化規律和土壤堿解氮相似，其中處理NPK+生+J（3層）土壤速效鉀含量最高，為120 mg/kg。深耕秸稈還田后土壤速效磷仍然偏低，低于臨界值20 mg/kg，表明該鹽堿地土壤磷素缺乏。處理NP+J（3層）耕層的有機質含量最高為45.8g/kg，20～40 cm土層有機質含量增加也較明顯；與對照處理NPK相比，其他4個處理有機質含量增加幅度為37%～128%。夏玉米籽粒產量以使用生物有機肥的處理產量最高，為9 337.5 kg/hm²，比最低產量的處理高38.1%，比不使用生物有機肥的處理NPK+J（3層）高9.3%。從各生育期夏玉米干物質累積量來看，處理NPK+生+J（3層）的干物質累積量最高。以上結果表明，深旋耕秸稈還田并施用生物肥最能大幅度提高鹽堿地土壤肥力和夏玉米產量。

關鍵詞：深旋耕；內陸鹽堿地；秸稈還田；土壤肥力

中圖分類號：S158.3 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0133—03

黃河三角洲是我國三大河口三角洲之一，是我國目前重點的經濟開發區，改良鹽堿耕地是區內主要的土地農業利用方式，但土壤鹽漬化威脅依然存在。近年來，山東低平原區已經出現了春季返鹽現象，農業種植結構不盡合理、農業投入水平不高，目前仍有133萬hm²以上的鹽堿障礙土地，農業效益低下。

我國秸稈資源豐富，據統計，2006年中國玉米、水稻、小麥三大作物的秸稈產量達5.89×10⁸t，占秸稈總量的77.2%。關于秸稈還田的研究報道較多，楊云馬等采用裂區試驗設計，研究了不同耕作及秸稈還田條件下小麥氮、磷、鉀養分利用率。結果表明，免耕覆蓋與常規耕作相比顯著降低了小麥秸稈和籽粒產量。陳富強等采用5種不同劑量處理秸稈還田的旱地農田土壤墑情及玉米產量進行了比較分析。在遼寧柳饒地區風沙性碳酸鹽草甸土土壤上，設置常量化肥、半量秸稈還田+常量化肥、全量秸稈還田+常量化肥3個處理，研究了不同量秸稈還田對玉米生長發育及產量的影響，結果發現半量秸稈還田處理產量顯著提高。通過對秸稈還田和土壤耕作方式對直播稻田土壤理化性質和產量影響的研究表明，秸稈還田使土壤的容重和堅實度降低，總孔隙度和非毛管孔隙度升高，同時提高土壤各層的有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量；深耕有利于培肥地力，增加土壤養分含量。但是采用深旋耕結合秸稈分層還田改良土壤的措施研究鮮有報道。本試驗采用深旋耕的農田耕作方式，并結合秸稈還田的方法，旨在闡明深旋耕秸稈還田對土壤理化性質和對作物產量的影響，為改良內陸鹽堿地土壤、提高生產力提供理論方法和科學依據。

1材料與方法

1.1田間試驗概況

試驗自2013年6月開始實施，試驗地點選擇在山東省惠民縣，共5個處理，每個小區面積105 m²。在作物種植前，依據土壤鹽堿狀況（鹽分含量在0.13%～0.26%），合理設計不同的翻耕深度（20、40 cm）進行整地，進行平播翻耕播種方式。在整地措施的基礎上，重點進行覆蓋還田研究，主要結合試驗區鹽堿含量和整地措施，依據試驗區實際情況，設計秸稈還田方式，每個地塊試驗共設5個處理，各重復3次，共15個處理（表1）。

秸稈分層施用：秸稈均勻平鋪，用旋耕機多次深耕40cm；之后平鋪1層秸稈，再用旋耕機旋耕至20cm深。最后表層撒施1層秸稈。秸稈用量7500 kg/hm²，所用玉米品種為浚單20。

化學肥料使用情況：N 75 kg/hm²，P₂O₅ 90 km²，K₂O75 kg/hm²，生物有機肥600 kg/hm²。

2結果與分析

2.1秸稈還田后鹽堿地土壤肥力特征

玉米收獲后土壤有效養分含量變化呈現一定的變化趨勢，土壤有效養分和有機質含量耕層（0～20 cm）普遍高于20-40 cmf層。

2.1.1土壤堿解氮含量特征 各不同培肥措施下耕層（0～20 cm）土壤堿解氮含量比20～40 cm土層高33.3%～54.0%（圖1）。其中使用秸稈和生物有機肥的處理NPK+生+J（3層）無論耕層還是40 cm土層土壤堿解氮含量均最高，分別為168.4、109.6 mg/kg，明顯高于其他處理，說明使用生物肥增加了土壤中氮肥的活性，導致氮的有效養分顯著增加。

秸稈僅在耕層使用的處理NPK+J（20 cm）的土壤堿解氮含量在20～40 cm土層含量比其他處理低，秸稈還田導致土壤中堿解氮含量增加。由于土壤中氮素容易隨水向下遷移淋濕，而且在玉米種植前進行了深度翻耕至40 cm深，因此，導致土壤容重很低，又加上玉米生長季節8月份雨水豐沛，致使氮素很容易隨雨水下移至較深土層，所以，秸稈深度翻耕的土壤深土層的堿解氮含量普遍高于秸稈僅施在耕層的土壤。以上結果表明，該鹽堿地堿解氮的含量普遍較高，可以在不影響作物產量的情況下適當減少氮肥的投入。

2.1.2土壤速效磷含量特征 土壤速效磷在耕層和20～40 cm土層含量均較高，但整體看來含量普遍偏低（圖2）。這可能成為影響作物高產的一個限制因素，因為當土壤速效磷含量大于20 mg/kg時一般作物不需要施磷肥，而本研究的結果表明土壤速效磷含量均低于這個臨界值，不能滿足作物生長的需求，也說明該鹽堿地土壤磷素缺乏，屬于缺磷土壤。因此，應該適當增加磷肥的投入以提高地力。

2.1.3土壤速效鉀含量特征 土壤速效鉀的變化規律和土壤堿解氮相似。不施鉀肥的處理NP+J（3層）土壤速效鉀在耕層含量為110 mg/kg，與處理NPK+J（2層）、NPK+J（3層）含量相當，處理NPK+生+J（3層）土壤速效鉀含量為120 mg/kg。秸稈還田的各處理20～40 cm土層土壤速效鉀含量在80～90 mg/kg之間，對照處理NPK為60 mg/kg，說明秸稈還田明顯增加了土壤速效鉀的含量（圖3）。因此，從土壤肥力來看，在秸稈大量還田的情況下可以少施用甚至不施用鉀肥也能保證土壤肥力的穩定和提高，減少鉀肥的投入，降低生產成本。

2.1.4土壤有機質含量特征 深耕秸稈還田后鹽堿地土壤有機質含量表現出較大差異，其中處理NP+J（3層）耕層的有機質含量最高，為45.8 g/kg，其次分別為NPK+J（3層）、NPK+生+J（3層），與未秸稈還田的處理相比，3層秸稈大量還田急劇增加了土壤有機質的含量。20～40 cm土層有機質含量也增加較明顯，與處理NPK相比，其他4個處理有機質含量增加幅度為37%～128%（圖4）。以上結果表明，深耕結合秸稈還田的培肥措施良好，可以培育地力有助于增產增效。

2.2鹽堿地夏玉米的產量狀況

夏玉米籽粒產量和秸稈產量各處理差異較大，其中以使用生物有機肥的處理產量最高，為9 337.5 kg/hm²，比最低產量的處理NP+J（3層）高38.1%，比不使用生物有機肥的處理NPK+J（3層）（產量為8463 kg/hm²）高9.3%（圖5）。可見在鹽堿地上使用秸稈和生物有機肥能顯著提高作物的產量，這也許是因為生物肥中的微生物加快了秸稈的腐熟過程，使秸稈中的養分釋放較完全。僅在耕層使用秸稈的處理NPK+J（20 cm）產量也較低，說明在鹽堿地上秸稈還田而且分層深施可以大幅度提高作物產量；也同時說明秸稈還田分層深施可以降低土壤鹽分，作物受鹽分脅迫減輕，這也是作物產量提高的另外一個因素。但是不使用鉀肥作物產量會受到嚴重影響（處理NP+J）。因此，不均衡施肥會使得夏玉米減產較嚴重。

從夏玉米的秸稈產量來看（收獲當天稱質量），秸稈分層深施以及使用生物有機肥秸稈的產量也顯著高于其他處理，但是使用生物有機肥的處理和處理NPK+J（3層）的秸稈產量相當。分3層還田的處理秸稈產量在14 205～18 000 kg/hm²之間，NPK、NPK+J（2層）分別為11 670、11 910 kg/hm²，秸稈產量沒有差異。可見，當秸稈還田量達到某一臨界值之后培肥效果非常明顯，但該臨界值大小有待于進一步深入研究。

2.3各生育階段夏玉米干物質積累特征

隨著生育時間的延長，夏玉米各器官的干物質量逐漸增加，但營養器官干物質量所占比例逐漸降低，而生殖器官干物質量所占比例呈現增大趨勢。苗期玉米生長以葉子生長為主，至拔節期玉米生長開始進入旺盛生長時期，此時莖葉干物質累積沒有表現明顯差異；大喇叭口期各處理之間莖葉干物質累積量差異明顯，干物質累積量最低的為處理NPK，僅68.2 g/株，而最高的為處理NPK+生+J（3層），為112.4 g/株。抽雄期玉米進入生殖生長與營養生長并進階段，生殖器官穗軸占總干物質比例為18.3%～26%；灌漿期隨著籽粒的逐漸形成，生殖器官所占干物質比重迅速增加，到成熟期籽粒占總干物質比例為52.4%～58.3%（圖6）。

3結論

（1）各不同培肥措施下耕層（0～20 cm）的土壤堿解氮含量比20～40 cm土層高33.3%～54.0%，其中使用秸稈和生物有機肥的處理NPK+生+J（3層）無論耕層還是40 cm土層土壤堿解氮含量均最高。土壤速效鉀的變化規律和土壤堿解氮相似。

（2）深耕秸稈還田后土壤速效磷仍然偏低，當土壤速效磷含量大于20 mg/kg時一般作物不需要施磷肥，而本研究發現土壤速效磷含量均低于這個臨界值，說明該鹽堿地土壤磷素缺乏。

（3）深耕秸稈還田后鹽堿地土壤有機質含量表現出較大差異，其中處理NP+J（3層）耕層的有機質含量最高，為45.8g/kg，20～40 cm土層有機質含量也增加明顯，與處理NPK相比，其他4個處理有機質含量增加37%～128%。

（4）夏玉米籽粒產量和秸稈產量各處理差異較大。其中以使用生物有機肥的處理產量最高，為9 337.5 kg/hm²，比最低產量的處理NP+J（3層）高38.1%，比不使用生物有機肥的處理NPK+J（3層）高9.3%。從各生育期夏玉米干物質累積量來看，處理NPK+生+J（3層）的干物質累積量最高。