秸稈還田量對土壤團聚體有機碳和玉米產量的影響

孟慶英，鄒洪濤，韓艷玉，張春峰

·農業水土工程·

秸稈還田量對土壤團聚體有機碳和玉米產量的影響

孟慶英1,2,3,4，鄒洪濤1,2,3※，韓艷玉1,2,3，張春峰4

（1. 沈陽農業大學土地與環境學院，沈陽 110866；2. 農業部東北耕地保育重點實驗室，沈陽 110866；3. 土肥資源高效利用國家工程實驗室，沈陽 110866；4. 黑龍江省農業科學院佳木斯分院，佳木斯 154000）

為明確秸稈深還田對土壤團聚體及有機碳和作物產量的影響，在遼寧省半干旱地區進行了6年秸稈深還田小區定位試驗，秸稈施用量分別為0（CK）、6 000 kg/hm2（T1）、12 000 kg/hm2（T2）、18 000 kg/hm2（T3）、24 000 kg/hm2（T4），將秸稈還入>20～40 cm土壤亞表層，利用干篩、濕篩得到不同粒級土壤團聚體。結果表明：秸稈添加與CK比可降低土壤0～20 cm和>20～40 cm土層土壤容重；土壤機械性團聚體主要集中在>0.25 mm粒級，而水穩性團聚體主要集中在<0.25 mm粒級，與CK處理比秸稈的添加增加了土壤機械穩定性團聚體平均重量直徑（MWD）和土壤水穩性團聚體MWD，隨秸稈還田量增加，MWD值增大；秸稈深還田使各粒級團聚體有機碳均高于CK，對>20～40 cm土層土壤團聚體碳含量的影響大于0～20 cm土層；秸稈深還田可增加玉米產量，隨秸稈還田時間延長，不同秸稈還田量對玉米產量增加存在差異，2016年玉米產量測定結果各處理與CK比，T1增產4.66%、T2增產6.71%，T3增產5.37%、T4增產8.82%。秸稈深還田，能夠提升土壤團聚體的穩定性，有利于增加土壤團聚體碳含量，對土壤質量和玉米產量的提高具有促進作用。

有機碳；團聚體；秸稈還田；玉米

0 引 言

東北三省是中國第一大糧食主產區，2018年，東北三省糧食產量達到1 333億kg，約占全國糧食總產量的20.3%[1]，由此產生的農作物秸稈量巨大。農作物秸稈作為一種重要的生物質資源，其再利用途徑多種多樣[2-4]。國內外眾多研究中，秸稈直接還田成為秸稈主要利用途徑[2-4]。由于農作物秸稈是農業生態循環重要物質基礎，秸稈還田后可改善土壤水、肥、氣、熱狀況，對土壤質量及作物增產具有積極意義，秸稈還田可顯著增加土壤有機碳12.8%[2-4]。隨著中國立法嚴禁秸稈焚燒[5]，秸稈直接還田方式主要有秸稈覆蓋還田、秸稈耕層還田以及秸稈深還田。秸稈覆蓋還田容易造成地表溫度降低，不利于作物出苗并造成出苗延遲[6-7]。秸稈耕層還田是指秋收后利用旋耕機將秸稈破碎后旋到土壤耕層中，由于秸稈破碎程度不好，與土壤接觸不良，易造成漏風跑墑的現象，影響下一年播種[8-9]。上述2種秸稈還田方式還存在秸稈腐解速度滿、礦化養分不能及時被當季作物利用、易發生病蟲害等問題[10-11]。秸稈深還田，是指將農作物秸稈施入土壤亞表層（>20～40 cm），這種秸稈還田方式可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤持水特性，提高土壤水分利用效率，有利于土壤亞表層有機質積累，對作物增產也具有重要促進作用[8-11]。

土壤團聚體作為土壤結構的最小功能單元和物理基礎，是評價土壤結構質量的重要指標，其動態變化是對土壤結構和土壤理化、生物特性及其生態功能的綜合反映[12-13]。土壤團聚體間的孔隙不但影響土壤中水分的存儲和運輸，而且影響著土壤生物活性及作物生長[14]。土壤團聚體穩定性是一項重要的土壤特性，影響土壤的可持續性，土壤的生產力及農作物生長[15-17]。土壤團聚體的形成及穩定性受土地利用方式、耕作方式、種植作物、有機物料和肥料輸入等的影響[18-20]。大量研究表明秸稈還田對土壤團聚體固碳具有促進作用，秸稈還田對土壤團聚體的影響受秸稈還田方式，秸稈質量和數量的影響[21]，易分解的秸稈對土壤微生物區系，土壤酶活性有快速刺激作用，為土壤提供有機質的同時對團聚體的形成及穩定性具有增加作用[22-23]。土壤團聚體是土壤有機碳的重要貯存場所，土壤團聚體的包被作用可使其內部的有機碳得到物理保護免受微生物的分解，進而對穩定土壤結構，保護土壤有機碳有著重要作用；相反，土壤有機碳作為重要的膠結物質能夠增強土粒間的團聚性，促進團聚體的形成[24-25]，因此土壤團聚體和土壤有機碳密不可分。

為明確在遼寧省半干旱地區秸稈深還田條件下，秸稈還田量對土壤理化性質的影響，本研究將整株玉米秸稈還入土壤亞表層（>20～40 cm），設置了不同秸稈還田量，探討該模式下，土壤容重，土壤水分，土壤團聚體分布特征變化，明確對土壤團聚體有機碳含量和玉米產量的影響，以期為該地區秸稈深還田條件下，秸稈合理高效利用，改善土壤質量，提高作物產量提供理論依據。

1 材料方法

1.1 研究區概況

試驗于2011－2016年在遼寧省凌源市農業技術推廣中心試驗田進行，凌源市地處溫帶大陸性季風氣候區，干燥寒冷期長，春秋季風大，雨量集中，日照充足，四季分明。凌源境內年平均氣溫8.7 ℃，年平均降水量為479.4 mm，年平均日照時數為2 748.1 h，無霜期長達130～160 d。

試驗區土壤類型為褐土，土壤基本理化性質為：有機碳9.60 g/kg，全氮1.17 g/kg，pH值7.79，容重1.36 g/cm3。

1.2 試驗設計

試驗于2011年秋開始，田間小區試驗，采用人工開溝，溝為梯形，上底寬為60 cm，下底寬為40 cm，溝深40 cm，將風干玉米秸稈打捆，要求兩端粗細均勻，捆扎繩使用可降解的麻類或草類材料。土地深開溝后，將其整稈（玉米秸稈包括葉片，莖稈2部分）全部埋入，合壟。按照C∶N=25∶1增施氮素肥料。試驗共設5個處理：處理1到處理5的秸稈施用量分別為0、6 000、12 000、18 000、24 000 kg/hm2。分別用CK、T1、T2、T3、T4 表示。試驗采取隨機區組設計，每小區面積24 m2，每個處理設3次重復。2012年春采用大壟雙行的方式在壟臺播種玉米，2013年秋，2015年秋在上一次未埋入秸稈位置再進行秸稈深還田，還田量如上。供試玉米品種為鄭單958，密度6.75萬株/hm2。肥料用量∶純氮（N）225.0 kg/hm2，純磷（P2O5）75.0 kg/hm2，純鉀（K2O）120.0 kg/hm2。

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 土壤樣品采集

于2016年秋，玉米收獲后采集土壤樣品，樣品采集方法：每個處理分0～20 cm（表層）和20～40 cm（亞表層）2個土壤深度進行取樣，每個小區隨機選取3點，采集原狀土放入取樣盒，在采集和運輸過程中減少對土壤樣品的擾動，減少對土壤團聚體的破壞。

1.3.2 測定方法

土壤容重：環刀法，采用容積為100 cm3的環刀分層取原狀土土樣，每小區取樣層次為0～20，>20～40 cm；土壤機械穩定性團聚體有機碳采用元素分析儀（Vario EL Ⅲ，德國）測定。

土壤機械穩定性團聚體分級采用干篩法（采用震蕩篩分儀Retsch AS200，德國）。將風干后土樣混合均勻，采用四分法取100 g分別通過2、1、0.5、0.25、0.053 mm的土壤套篩（振幅1.5 mm，時間3 min），計算出各級干篩團聚體質量分數，并按干篩后所得到的比例配成50 g的風干樣品，放入水桶中的套篩以振幅38 mm，時間30 min在水中篩分。將收集到的團聚體用蒸餾水洗入到鋁盒，65 ℃烘干并稱質量，用于土壤水穩性團聚體測定。

1.3.3 計算方法

不同粒級團聚體的質量百分數，按（1）式計算

式中w為粒級團聚體質量百分比，%；W為粒級團聚體質量；g。

平均重量直徑（mean weight diameter, MWD）按BAVEL[26]推導公式計算。

1.4 數據分析

采用Excel 2010進行數據分析，采用SPSS19.0軟件進行統計分析，其中方差分析為單因素方差（One Way-ANOVA），顯著水平為0.05；采用Origin 9.0軟件對數據進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田量對土壤容重的影響

于2016年秋季測定土壤不同土層容重及含水量，測定結果如表1所示，各處理隨土層深度加深土壤容重增大，在0～20、>20～40 cm土層與對照處理比，各秸稈還田處理土壤容重均低于CK；0～20 cm土層土壤容重各處理分別比CK降低2.11%、4.23%、5.63%和9.15%，T3、T4處理與CK比較差異達到顯著水平（<0.05）；>20～40 cm土層土壤容重各處理比CK分別降低2.76%、6.9%、4.83%和7.59%，除T1處理與CK差異不顯著，其他處理差異均達到顯著水平（<0.05）。結果說明不同量秸稈添加在一定程度上均可降低單位容積的土體質量，從而降低土壤容重，秸稈還田作為保護性耕作可有效改善土壤容重，對耕作順利進行具有積極作用。

表1 不同秸稈還田量對土壤容重的影響

注：CK、T1、T2、T3和T4分別指秸稈還田量0、6000、12 000、18 000和24 000 kg·hm-2；不同小寫字母表示處理間存在顯著差異（<0.05），下同。

Note: CK, T1, T2, T3 and T4 represent straw application rate 0, 6000, 12 000, 18 000 and 24 000 kg·hm-2, respectively; Different lowercase letters mean significant among treatments at 0.05 level, the same as blew.

2.2 秸稈還田量對土壤團聚體的影響

2.2.1 秸稈還田量對土壤機械穩定性團聚體粒級分布的影響

通過干篩法可以獲得原狀土中各級機械穩定性團聚體百分含量分布，由表2所示，秸稈不同還田量對土壤機械穩定性團聚體分布產生影響：不同處理各土壤機械穩定性團聚體粒級分布基本一致，主要集中分布在>2、>1～2和0.25～1 mm 3個粒級，<0.25 mm粒級團聚體含量最少；各處理與CK相比顯著提高了2～1 mm機械性團聚體含量（<0.05），0～20 cm土層與CK相比T3處理增幅最大，提高了59.22%；>20～40 cm土層與CK處理相比T2處理增幅最大，提高了31.43%；各處理與CK相比顯著降低了<0.25 mm機械性團聚體含量；分析0～20 cm土層土壤機械穩定性團聚體MWD值與CK比添加秸稈各處理MWD值均高于CK；分析20～40 cm土層土壤機械穩定性團聚體含量可知，與CK比>2 mm團聚體含量均降低，>1～2 mm和1～0.25 mm 2個粒級團聚體含量增加，<0.25 mm團聚體含量降低，隨秸稈添加量的增加，MWD值增加，與CK處理相比T1、T2、T3、T4分別增加了4.85%、13.33%、17.58%、18.18%。

表2　不同秸稈還田量土壤機械穩定性團聚體的組成

2.2.2 秸稈還田量對土壤水穩性團聚體粒級分布的影響

通過濕篩法獲得土壤中水穩性團聚體的百分含量分布，表3所示，水穩性團聚體分布主要集中<0.25 mm粒級，其次1～0.25 mm，在>2 mm和>1～2 mm粒級含量較少，尤其是> 2 mm粒級含量最少。分析各土層水穩性團聚體百分含量分布可以看出在各處理>2 mm的水穩性大團聚體所占比重較小，且隨秸稈添加量增加，>2 mm水穩性團聚體數量增加。0～20 cm 土層>2 mm團聚體含量，T2、T3、T4處理分別比CK高34.55%、59.12%、93.43%；20～40 cm土層>2 mm團聚體含量，T2、T3、T4處理分別比CK高3.98%、78.32%、69.91%；<0.25 mm團聚體含量與CK處理比隨秸稈添加量增加而減小，0～20 cm土層除T1處理其他處理與CK相比差異達到顯著水平（<0.05）；>20～40 cm土層，T3、T4處理與CK處理差異達到顯著水平（<0.05）；>2 mm、>1～2 mm、1～0.25 mm，水穩性團聚體總量與CK處理比各處理0～20 cm土層分別提高了33.73%、39.92%、36.20%，>20～40 cm土層分別提高了8.37%、24.18%、32.39%；>0.25 mm水穩性團聚體數量直接影響MWD，秸稈添加各處理土壤水穩性團聚體的MWD值高于CK，隨秸稈添加量增加土壤水穩性團聚體的MWD值增加，0～20 cm土層水穩性團聚體MWD與CK相比分別提高了2.68%、30.86%、36.9%、42.94%，除T1處理其他處理與CK比差異達到顯著水平（<0.05）；>20～40 cm土層水穩性團聚體MWD與CK相比分別提高了1.89%、5.66%、33.96%、37.74%，T3和T4處理與CK比差異達到顯著水平（<0.05）；各處理機械穩定性團聚體MWD值高于水穩性團聚體MWD值。產生這樣結果可能是大量非水穩性團聚體在水分作用條件下分解造成的。

2.3 秸稈還田量對土壤團聚體有機碳含量影響

對不同處理土壤機械穩定性團聚體有機碳測定結果如圖1所示，秸稈還田顯著影響了土壤團體碳含量變化。秸稈添加各粒級團聚體有機碳均高于CK，0～20 cm土層>2 mm團聚體各處理比CK分別高出2.95%、2.24%、2.40%、0.66%；2～1 mm團聚體各處理比CK分別高出6.47%、3.23%、5.51%、1.61%；1～0.25 mm團聚體各處理比CK分別高出7.77%、6.29%、6.77%、5.95%；<0.25 mm團聚體各處理比CK分別高出10.02%、7.45%、7.34%、11.33%。

20～40 cm土層>2 mm團聚體各處理比CK分別高出0.41%、1.18%、7.11%、19.32%；>1～2 mm團聚體各處理比CK分別高出1.72%、5.05%、13.46%、41.50%；1～0.25 mm團聚體各處理比CK分別高出3.14%、6.26%、15.59%、46.23%；<0.25 mm團聚體各處理比CK分別高出11.11%、12.75%、18.92%、49.08%。秸稈深層還田，促進土壤團聚體碳含量升高，對20～40 cm土層土壤團聚體碳含量影響高于對0～20 cm土層影響。

2.4 秸稈還田量對玉米產量影響

2012－2016年玉米測產結果表明（表4），各處理產量2012年為T2>T1>T3>T4>CK，2016年為T4>T1>T2>T3>CK，2012－2016年玉米產量結果表明秸稈深還田對玉米增產有促進作用，且2012，2016年與CK相比玉米增產達到顯著水平（<0.05）。試驗初期，與CK相比玉米產量增幅較高處理為秸稈還田量低處理，隨試驗時間延長，產量增幅發生變化，秸稈還田量高處理增產幅度增加，考慮農業生產實際情況，T2處理秸稈還田量與實際農業1 hm2秸稈產量較相符，因此在生產中推薦12 000 kg/hm2秸稈還田量。

表4 2012－2016年不同秸稈還田量對玉米產量的影響

3 討 論

秸稈直接還田是農作物秸稈綜合利用最主要的途徑，對生態環境和農業可持續發展具有積極意義。本研究結果表明，秸稈不同量深還田對土壤容重影響顯著，與CK比各處理均降低了土壤容重，這與鄒洪濤等研究結果較為一致，他研究結果表明秸稈深還田條件下秸稈施入量越大對土壤容重和孔隙度影響越強，秸稈深還田改善了土壤理化性質，為作物生長創造了良好的環境，作物生產力得到提高[10-11]。王勝楠等[8,17]研究也表明秸稈深還田有效降低土壤容重，增加土壤含水量，使土壤具有良好。

土壤團粒結構是土壤肥力的物質基礎，是作物優質高產所必須的土壤條件之一，土壤團聚體組成及其基本特性直接決定土壤侵蝕，壓實、板結等物理過程和土壤有機質的周轉[28-30]。本研究中秸稈深還田條件下，不同秸稈還田量影響了不同土層、不同粒級土壤團聚體分布比例和穩定性。秸稈深還田條件下通過干篩與濕篩得到土壤團聚體分布存在差異，如機械穩定性團聚體以>0.25 mm粒級的大團聚體為主，而水穩性團聚體以<0.25 mm粒級團聚體為主。秸稈的施入促進了土壤團聚體的形成，各處理土壤團聚體的MWD均高于CK，這是由于秸稈在分解過程中提供了膠結物，為團聚體的形成提供了條件。許多研究表明秸稈還田可以提高土壤團聚體團聚度[19,28-29]。土壤團聚體的穩定性關鍵在于土壤顆粒間的膠結物質的生物穩定性，土壤生物通過對有機質的周轉利用來提高自身活性，同時積累難降解有機碳，包括木質素、角質、幾丁質等有機膠結劑是否能被微生物迅速分解利用或徹底分解，是影響團聚體生物穩定性的重要因素，微生物可以形成三維的、多種的生物膜結構[30]，細胞鑲嵌在生物膜的胞外多糖中，能夠保持更高的穩定性和降解能力。有研究表明，秸稈主要通過真菌菌絲體生長和其他微生物產生胞外多糖的分解活動，使土壤顆粒與礦物質結合在一起，許多菌絲體分泌出的膠結物質-多糖類物質，使微團聚體粘結在一起，進而被菌絲體纏繞成穩定的大團聚體[31]。土壤中團聚體有機碳的穩定性與有機碳的數量和質量，土壤團聚結構及土壤黏粒表面性質，土壤生物自身等因素存在復雜的相互作用。本研究表明秸稈添加增加了土壤各粒級團聚體有機碳含量，對0～20 cm土壤團聚體有機碳含量影響較小，對>20～40 cm土壤團聚體有機碳含量影響較大，這與譚岑等研究的秸稈深還田條件下土壤養分變化規律較一致[32]。此外王勝楠等[8]研究表明秸稈深還田后土壤各種形態有機碳含量均高于對照，3 a秸稈深還田表明土壤亞表層（>20～40 cm）土壤有機碳含量增加，同時提高了土壤腐殖化程度[33]。崔婷婷等[34]研究表明秸稈還田一方面為土壤提供了外源有機質，另一方面這種新鮮的有機質作為團聚體形成的膠結物質也促進了土壤團聚體的形成，促進了團聚體的穩定，大量研究表明，穩定的團聚體可將更多有機碳保護起來，促進土壤碳的固定和貯存[35-36]。此外秸稈的添加提供了外源有機碳和其他營養物質，也為作物生長提供了養料[37-38]。本研究結果表明玉米產量與CK比增產幅度明顯。黃毅等[39]認為秸稈深還田為根系的生長提供豐富的養分，從而促進了玉米根系生長，使玉米根系數目增加，分布空間擴大直接影響玉米產量。

4 結 論

通過連續6 a田間定位試驗發現，秸稈深還田有效降低土壤容重，秸稈還田量越大效果越顯著，對土壤亞表層（>20～40 cm）的影響大于土壤表層（0～20 cm）的影響。秸稈深還田影響土壤團聚體結構，促進了土壤團聚體的形成及穩定，提高了土壤團聚體有機碳的含量，秸稈深還田顯著增加了玉米產量，考慮生產實際，5 a產量測定結果表明，秸稈施用量12 000 kg/hm2整體上增幅最大，因此在生產中推薦12 000 kg/hm2秸稈還田量，秸稈深還田作為保護性耕作可有效改善土壤質量，對耕作順利進行及作物增產具有積極作用。

[1]李楠樺. 發改委：2018年東北三省糧食產量達2666億斤[Z/OL].[2019-01-07].http://finance.people.com.cn/n1/2019/0107/c1004-30507939.html?spm=C73544894212.P59511941341.0.0

[2]Blanco-Canqui H, Lal R. Soil structure and organic carbon relationships following 10 years of wheat straw management in no-till[J]. Soil & Tillage Research, 2007, 95: 240－254.

[3]Zhang Peng, Chen Xiaoli, Wei Ting, et al. Effects of straw incorporation on the soil nutrient contents, enzyme activities, and crop yield in a semiarid region of China[J]. Soil & Tillage Research, 2016, 160: 65－72.

[4]Wang Jun, Fu Xin, Zhao Fazhu, et al. Response of soil carbon fractions and dryland maize yield to mulching[J]. Soil Science Society of America Journal, 2018, 82(2): 371－381.

[5]國家認監委. 中華人民共和國大氣污染防治法[Z/OL]..2017-07-11.http://www.cnca.gov.cn/bsdt/ywzl/flyzcyj/zcfg/201707/t20170711_54705.shtml

[6]王秋菊，焦峰，劉峰，等. 秸稈粉碎集條深埋機械還田模式對玉米生長及產量的影響[J]. 農業工程學報，2018，34(9)：153－159.

Wang Qiuju, Jiao Feng, Liu Feng, et al. Effect of straw pulverization and concentrated deep-buried into field on growth and yield of maize[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2018, 34(9): 153－159. (in Chinese with English abstract)

[7]李新華，郭洪海，朱振林，等. 不同秸稈還田模式對土壤有機碳及其活性組分的影響[J]. 農業工程學報，2016，32(9)：130－135.

Li Xinhua, Guo Honghai, Zhu Zhenlin, et al. Effects of different straw return modes on contents of soil organic carbon and fractions of soil active carbon[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2016, 32(9): 130－135. (in Chinese with English abstract)

[8]王勝楠，鄒洪濤，張玉龍，等. 秸稈集中深還田對土壤水分特性及有機碳組分的影響[J]. 水土保持學報，2015，29(1)：154－158.

Wang Shengnan, Zou Hongtao, Zhang Yulong, et al. Effect of straw deep returning on the soil water features and soil organic carbon components[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(1): 154－158. (in Chinese with English abstract)

[9]朱姝，竇森，關松，等. 秸稈深還對土壤團聚體中胡敏素結構特征的影響[J]. 土壤學報，2016，53(1)：126－136.

Zhu Shu, Dou Sen, Guan Song, et al. Effect of corn stover deep incorporation on composition of humin in soil aggregates[J]. Acta Pedologica Sinica, 2016, 53(1): 126－136. (in Chinese with English abstract)

[10]鄒洪濤，馬迎波，徐萌，等. 遼西半干旱區秸稈深還田對土壤含水量、容重及玉米產量的影響[J]. 沈陽農業大學學報，2012，43(4)：494－497.

Zou Hongtao, Ma Yingbo, Xu Meng, et al. Effect of corn stalk returning to soil on soil water content, bulk density and corn yields in semiarid area of western Liaoning Province[J]. Journal of Shenyang Agricultural University, 2012, 43(4): 494－497. (in Chinese with English abstract)

[11]鄒洪濤，王勝楠，閆洪亮，等. 秸稈深還田對東北半干旱區土壤結構及水分特征影響[J]. 干旱地區農業研究，2014，32(2)：52－60.

Zou Hongtao, Wang Shengnan, Yan Honglaing, et al. Effects of straw deep returning on soil structure moisturein semiarid region of Northeast China[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2014, 32(2): 52－60. (in Chinese with English abstract)

[12]Six J, Elliott E T, Paustian K, et al. Aggregation and soil organic matter accumulation in cultivated and native grassland soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1998, 62: 1367－1377.

[13]Six J, Elliott ET, Paustian K. Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: A mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture[J]. Soil Biol Biochem, 2000, 32(14): 2099－2103.

[14]袁晶晶，同延安，盧紹輝，等.生物炭與氮肥配施改善土壤團聚體結構提高紅棗產量[J].農業工程學報，2018，34(3)：159－165.

Yuan Jingjing, Tong Yan’an, Lu Shaohui, et al. Yuan Guojun. Biochar and nitrogen amendments improving soil aggregate structure and jujube yields[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(3): 159－165. (in Chinese with English abstract)

[15]李景，吳會軍，武雪萍，等. 長期保護性耕作提高土壤大團聚體含量及團聚體有機碳的作用[J].植物營養與肥料學報，2015，21(2)：378－386.

Li Jing, Wu Huijun, Wu Xueping, et al. Impact of long-term conservation tillage on soil aggregate formation and aggregate organic carboncontents[J]. Journal of Plant Vutrition and Fertilizer, 2015, 21(2): 378－386.(in Chinese with English abstract)

[16]Tisdall J M, Oades J M. Organic matter and water-stable aggregates in soils[J]. European Journal of Soil Science, 1982, 33(2): 141－163.

[17]Jastrow J D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral associated organic matter[J]. Soil Biological Biochemistry, 1996, 28(4/5): 665－676.

[18]王麗，李軍，李娟，等. 輪耕與施肥對渭北旱作玉米田土壤團聚體和有機碳含量的影響[J]. 應用生態學報，2014，25(3)：759－768.

Wang Li, Li Jun, Li Juan, et al. Effects of tillage rotation and fertilization on soil aggregates and oranic carbon content in corn field in Weibei Highlang[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(3): 759－768. (in Chinese with English abstract)

[19]Eynard A, Schumacher T E, Lindstrom M J, et al. Effects of agricultural management systems on soil organic carbon in aggregates of Ustools and Usterts[J]. Soil and Tillage Research, 2005, 81(2): 253－263.

[20]Besnard E, Chenu C, Balesdent J, et al. Fate of particulate organic matter in soil aggregates during cultivation[J]. European Journal of Soil Science, 2010, 47(4): 495－500.

[21]孫元宏，高雪瑩，趙興敏，等. 添加玉米秸稈對白漿土重組有機碳及團聚體組成的影響[J]. 土壤學報，2017，54(4)：1009－1017.

Sun Yuanhong, Gao Xueying, Zhao Xingmin, et al. Effects of corn stalk incorporation on organic carbon of heavy fraction and composition of soil aggregates in albic soil[J]. Acta Pedologica Sinica, 2017, 54(4): 1009－1017. (in Chinese with English abstract)

[22]Roldan A, Garcia-Orenes F, Lax A. An incubation experiment to determine factors involving aggregation changes in an arid soil receiving urban refuses[J]. Soil Biol. Biochem, 1994, 26: 1699－1707.

[23]García-Orenes F, Guerrero C, Roldán A, et al. Soil microbial biomass and activity under different agricultural management systems in a semiarid Mediterranean agroecosystem[J]. Soil Tillage Res, 2010, 109: 110－115.

[24]Wanedr M M, Boliero G A. Soil qauality assessment of tillage impacts in illionois[J]. Soil Science Society of America Journal, 1999, 63(4): 961－971.

[25]Eynard A, Schumacher T E, Lindstrom M J, et al. Effects of agricultural management systems on soil organic carbon in aggregates of Ustools and Usterts[J]. Soil and Tillage Research, 2005, 81(2): 253－263.

[26]Bavel C H M V. Mean weight-diameter of soil aggregates as a statistical index of aggregation[J]. Soil Science Society of America Journal, 1950, 14(C): 20－23.

[27]張帥，孔德剛，常曉慧，等. 秸稈深施對土壤蓄水能力的影響[J]. 東北農業大學學報，2010，41(6)：127－129.

Zhang Shuai, Kong Degang, Chang Xiaohui, et al. Effect of straw deep application on soil water storage capacity[J]. Journal of northeast Agricultural University, 2010, 41(6): 127－129. (in Chinese with English abstract)

[28]張迪，姜佰文，梁世鵬，等. 草甸黑土團聚體穩定性對耕作與炭基肥施用的響應[J]. 農業工程學報，2019，35(14)：125－132.

Zhang Di, Jiang Baiwen, Liang Shipeng, et al. Responsive of aggregate stability of meadow black soil to different tillage practices and carbon-based fertilizers[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(14): 125－132. (in Chinese with English abstract)

[29]蘇思慧，王美佳，張文可，等. 耕作方式與玉米秸稈條帶還田對土壤水穩性團聚體和有機碳分布的影響[J]. 土壤通報，2018，49(4)：841－847.

Su Sihui, Wang Meijia, Zhang Wenke, et al. Effects of tillage practices and maize straw incorporation on water-stable aggregates and organic carbon[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2018, 49(4): 841－847. (in Chinese with English abstract)

[30]Webb J S, G Ivskov M, K Jelleberg S. Bacterial biofilms prokaryotic adventures in multicellularity[J]. Current Opinion in Microbiology, 2003, 6(6): 578－585.

[31]Jastrow J D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral-associated organic matter[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1996, 28(4/5): 665－676.

[32]譚岑，竇森，靳亞雙，等. 秸稈深還對黑土耕層根區養分空間分布的影響[J]. 吉林農業大學學報，2018，40(5)：603－609.

Tan Cen, Dou Sen, Jin Yashuang, et al. Effects of corn overcast deep incorporation on spatial distribution of nutrients in root zone of black Soil[J]. Journal Jilin Agriculture University, 2018, 40(5): 603－609. (in Chinese with English abstract)

[33]鄒洪濤，關松，凌堯，等. 秸稈還田不同年限對土壤腐殖質組分的影響[J]. 土壤通報，2013，44(6)：1398－1402.

Zou Hongtao, Guan Song, Ling Yao, et al. Effect of different straw return years on humus composition of soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2013, 44(6): 1398－1402. (in Chinese with English abstract

[34]崔婷婷，竇森，楊軟固，等. 秸稈深還對土壤腐殖質組成和胡敏酸結構特征的影響[J]. 土壤學報，2014，51(4)：718－725.

Cui Tingting, Dou Seng, Yang Ruangu, et al. Effect of deep applied corn stalks on composition of soil humus and structure of humic acid[J]. Acta Pedologica Sinica, 2014, 51(4): 718－725. (in Chinese with English abstract)

[35]Sun F, Lu S. Biochars improve aggregate stability, water retention, and pore-space properties of clayey soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2014, 177(1): 26－33.

[36]Noellemeyer E, Frank F, Alvarez C, et al. Carbon contents and aggregation related to soil physical and biological properties under a land-use sequence in the semiarid region of central Argentina[J]. Soil and Tillage Research, 2008, 99: 179－190.

[37]成臣，汪建軍，程慧煌，等. 秸稈還田與耕作方式對雙季稻產量及土壤肥力質量的影響[J]. 土壤學報，2018，55(1)：247－257.

Cheng Chen, Wang Jianjun, Cheng Huihuang, et al. Effects of straw returning and tillage system on crop yield and soil fertility quality in paddy field under double-cropping-mce system[J]. Acta Pedologica Sinica, 2018, 55(1): 247－257. (in Chinese with English abstract)

[38]薩如拉，高聚林，于曉芳，等. 玉米秸稈深翻還田對土壤有益微生物和土壤酶活性的影響[J]. 干旱區資源與環境，2014，28(7)：138－143.

Sa Rula, Gao Julin, Yu Xiaofang, et al. Effect of straw-sleep incorporation on soil beneficial microorganism and soil enzyme activities[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2014, 28(7): 138－143. (in Chinese with English abstract)

[39]黃毅，畢素艷，鄒洪濤，等. 秸稈深層還田對玉米根系及產量的影響[J]. 玉米科學，2013，21(5)：109－112.

Huang Yi, Bi Suyan, Zou Hongtao, et al. Effect of straw deep returning on corn root system and yield[J]. Journal of Maize Sciences，2013，21(5)：109－112.(in Chinese with English abstract)

Effects of straw application rates on soil aggregates, soil organic carbon content and maize yield

Meng Qingying1,2,3,4, Zou Hongtao1,2,3※, Han Yanyu1,2,3, Zhang Chunfeng4

(1.,,110866,;2.,,110866,; 3.,110866,; 4.,154000,)

Northeast China is an important crop production area, so the amount of crop straw in northeast China is large. Among of main utilization approaches for straw, the straw returned to soil is the most widely adopted approach in China. Returning straw to the soil is beneficial for optimizing the soil environment, preventing and controlling soil degradation, and reducing air pollution that results from burning straw. Currently, straw is returned to the soil in the following three ways: mechanical crushing with backward pressure return, direct mulching and returning straw to deep soil layers. There are many problems with the first two approaches, straw decays slowly because it has a relatively high carbon-to-nitrogen (C/N) ratio, which is not beneficial for the next crop and can decrease the rate of crop emergence. Returning straw to deep soil layers, the bottom of the soil plow layer is broken, the soil bulk density is reduced, and the soil structure is improved. Meanwhile, as straw was buried in the furrow. Crops were planted on the ridge in next season. Thus, crop roots do not directly contact the straw, which could reduce the incidence of disease caused by the harmful substances produced during straw degradation. However, the optimal amount of straw return has not been determined yet. To determine the effects of straw application rates on the soil aggregate ,soil organic carbon content and maize yield under the condition of returning straw to deep soil layers, , The experiments were conducted in the experimental field of the agricultural technology popularization center of Lingyuan city, Liaoning province from 2011 to 2016. After corn harvest in October 2011, five treatments were tested: no straw application. The application of maize straw was at a rate of 6 000, 12 000, 18 000, 24 000 kg/hm2. The straw was incorporation into the subsurface of soil (>20-40 cm). Apply additional nitrogen fertilizer according to C:N=25.1 . The experimental plots were arranged using a random design with three replicates, and the area of each plot was 24 m2. The aggregates amount was examined by dry and wet sieving methods. After straw application for six years, compare with CK, all treatments significantly reduced soil bulk density. The size of dry-stable aggregate and water-stable aggregate were mainly >0.25 mm, <0.25 mm, respectively. Compared with CK, the straw application treatments increased mean weight diameter (MWD) and soil organic carbon content. With the increase of straw application rate, MWD increased. The effect on aggregate SOC of surface soil (0-20 cm) was greater than that of the subsurface soil (>20-40 cm). Compared with CK, the straw application treatments increased the maize yield during 2012－2016. In general, the maize yield increased the most was the straw application amount of 12 000 kg/hm2among all treatments, so it is the recommended treatment. In conclusion, returning straw to deep soil layers can significantly improve aggregate SOC, soil structure, stability and maize yield and is a suitable agricultural practice to improve soil quality in Northeast China.

organic carbon; aggregate; straw application; maize

孟慶英，鄒洪濤，韓艷玉，張春峰. 秸稈還田量對土壤團聚體有機碳和玉米產量的影響[J]. 農業工程學報，2019，35(23)：119－125.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.015 http://www.tcsae.org

Meng Qingying, Zou Hongtao, Han Yanyu, Zhang Chunfeng. Effects of straw application rates on soil aggregates, soil organic carbon content and maize yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(23): 119－125. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.015 http://www.tcsae.org

2019-08-07

2019-11-20

遼寧省重點研發計劃項目（2019JH2/10200004）；國家科技支撐項目（No. 2015BAD23B0203）

孟慶英，助理研究員，博士生，主要從事土壤改良與植物營養。Email：mqy269@126.com

鄒洪濤，教授，博士，主要從事土壤改良與農業節水、新型肥料研發與應用。Email：zouhongtao2001@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.015

S3

A

1002-6819(2019)-23-0119-07