4種麥秸還田/玉米播種模式比較

孟慶立，王國興，師亞琴，楊少偉，張宇文，范春燕，雷格麗，高 敏

(1．寶雞市農業科學研究院，陜西寶雞 722499；2．寶雞迪興農業科技有限公司，陜西寶雞 722302)

冬小麥—夏玉米接茬輪作是中國黃淮海地區主要種植模式[1]。針對輪作過程中秸稈無害化處理和綜合利用等問題，前人已有諸多研究，主要涉及秸稈還田對土壤有機質、鉀素、耗水特性、利用效率、干物質積累、產量等方面的影響[2-5]。研究者普遍認為，秸稈還田對于培肥地力、蓄水保墑、改良土壤結構，促進資源利用等方面具有積極意義[6-7]。

然而，由于還田/播種模式選取不當，機械設計缺陷，常造成秸稈拋撒不均勻、滅茬不徹底、播種質量不佳、延誤農時等問題[8-10]。為解決這些問題，南京農機化研究所研制了潔區播種機并開始示范推廣[11]。目前，關于潔區播種的報道較少[12-14]，且主要集中在機具研制上。為驗證玉米潔區播種效果，找出新舊模式間存在差異的主要原因，本試驗選取當前常用的還田播種模式與之比較，研究土壤水分、有機質、播種質量、生長發育、產量之間的差異，并分析了各自的經濟效益和優缺點，以期為生產應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小麥品種選用‘小偃22’，由西北農林科技大學提供。玉米品種選用‘BY801’，由寶雞市農業科學研究院提供。

1.2 供試農機具

小麥聯合收割機(中國收獲新疆-2A，無秸稈粉碎裝置)、小麥聯合收割機(中國收獲新疆-2A，加裝秸稈粉碎裝置)、小麥秸稈打捆機(雷沃MF6030)、玉米播種機(農哈哈2BY-4)、玉米潔區播種機(河南農有王2BMF-4)、高柱犁、旋耕機等。

1.3 試驗設計

試驗于2018年6-10月在寶雞市農業科學研究院試驗基地進行，采取以下4種模式。

模式1：粉碎小麥秸稈，帶肥免耕播種玉米。

模式2：粉碎小麥秸稈，施肥后用高柱犁深耕翻埋，旋耕整地后播種玉米。

模式3：不粉碎小麥秸稈，除殘茬外其他秸稈打捆帶出田外，帶肥免耕播種玉米。

模式4：不粉碎小麥秸稈，使用潔區播種機滅茬帶肥免耕播種玉米，并完成秸稈覆蓋作業。

本試驗采用大區對比排列，每種模式種植 0.67 hm2，不設重復。2018年6月10日收獲小麥，6月11日翻埋秸稈并旋耕整地(模式2)、秸稈打捆(模式3)，6月12日播種玉米，10月8日收獲玉米，10月20日考種測產。玉米播種行距60 cm，株距22 cm，施肥量為尿素600 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2。

2 結果與分析

2.1 不同還田播種模式對土壤水分的影響

水分是玉米種子發芽出苗和生長發育的基本環境條件。在玉米出苗期、苗期(5葉1心，下同)、抽雄期、成熟期對不同還田模式下的耕層 (0～20 cm)土壤水分進行測定，分別在各處理的行間和株間進行取樣，烘干法測定，結果見表1。

表1 不同還田播種模式下玉米耕層土壤含水量Table 1 Soil moisture content of maize plough layer under different sowing patterns %

從保墑效果看，出苗期各處理差異不大，主要是播后噴灌的原因。苗期至成熟期之間，各模式耕層含水量變化規律不完全一致，但從均值來看，模式4(潔區播種)>模式1(秸稈粉碎覆蓋后播種)>模式3(秸稈打捆)>模式2(耕翻還田)，且行間和株間呈相似趨勢。由此可知，秸稈覆蓋和免耕可有效減少土壤水分蒸騰，耕翻土壤最易造成水分散失。模式4和模式1都進行覆蓋和免耕，區別在于模式4無論行間還是株間都進行均勻覆蓋，而模式1不僅株間沒有覆蓋，行間覆蓋也不均勻(拋撒不勻)，導致整體保墑能力不如模式4。值得注意的是，4個模式行間平均土壤含水量都高于株間，可能與株間根系密度較大，吸水相對較多有關。

2.2 不同還田播種模式對土壤有機質的影響

有機質對于提高土壤肥力，改善土壤物理性質，促進植物生長發育有著重要作用。在玉米出苗期、苗期、抽雄期、成熟期，對不同還田模式下的耕層(0～20 cm)有機質質量分數進行測定，測定結果見圖1。

圖1 不同還田播種模式玉米耕層有機質質量分數變化Fig.1 Changes of organic matter mass fraction in corn plough layer under different patterns

從圖1可知，耕層有機質質量分數在出苗期無明顯差異，隨著小麥秸稈的不斷分解，處理間差異逐漸變大。其中，模式2(翻耕還田)有機質增加最多，之后依次是模式4(潔區播種)>模式1(覆蓋播種)>模式3(秸稈打捆留茬播種)。模式1有機質增加較多，是由于將秸稈掩埋在土壤中，為腐熟提供了必要的水分、氮素和微生物條件。模式4較模式1有機質增加稍多，是因為前者將小麥根茬也進行了粉碎，且與土壤有少量混合。而模式3由于大部分秸稈被帶出田外，只有少量未被粉碎的根茬，有機質增加極不明顯。

2.3 不同還田播種模式對玉米播種質量的影響

出苗情況是衡量還田/播種效果的重要指標，也是玉米豐產的基礎。6月27日調查玉米出苗情況(表2)。模式4(潔區播種玉米)由于在“潔區”播種，種子入土均勻，且覆蓋保墑效果好，出苗整齊，生長勢也強。模式1(秸稈粉碎后免耕播種)由于秸稈拋撒不勻，時常導致下種口堵塞，出苗率和整齊度都有所下降。模式2耕翻之后播種，生長勢偏弱，可能與噴灌后土表板結有關，免耕播種尤其是秸稈覆蓋的地表則不易板結。

表2 不同還田播種模式下玉米出苗情況Table 2 Maize emergence under different patterns

2.4 不同還田播種模式對玉米生長發育的影響

確保各階段正常生長發育并保持直立姿態，是玉米取得穩定產量的前提。從表3可知，不同還田模式對玉米生育時期沒有影響，對株高、穗位影響不明顯。所有模式中，玉米生長健壯，只是在抗倒性方面，模式2(翻耕還田)略差于其他模式(免耕播種)，存在部分根部傾斜現象(后期恢復直立)。這主要與土壤對根系的固定作用有關，翻耕后的土壤比較疏松，而免耕土壤較為緊實。

2.5 不同還田播種模式對玉米產量的影響

產量是比較不同模式優劣的重要標準，也是獲取種植效益的先決條件。從表4可以看出，不同還田模式下穗長、穗粗、穗行數、行粒數、百粒質量差異不大，引起產量差異的主要原因是單位面積穗數的不同。模式4(潔區播種)的產量最高，之后依次為模式3(秸稈打捆)>模式2(翻耕還田)>模式1(秸稈粉碎覆蓋免耕播種)，這與出苗率趨勢完全一致。經現場調查，模式1減產明顯的主因是秸稈粉碎質量不佳、拋撒不勻引起下種口堵塞，造成嚴重缺苗斷壟。因此，在玉米的適宜密度范圍內，其他生產條件正常的前提下，播種出苗越好，贏得高產的概率越大。

2.6 不同還田播種模式經濟效益分析

對于不同模式的選擇，最終還取決于經濟效益。表5統計了各生產環節的成本及獲取的產品收入。4種模式的成本差異主要體現在秸稈處理(打捆)、耕作(深耕、旋耕)、播種方式和運輸方面，收入差異主要體現在籽粒和秸稈收入兩個方面。模式4(潔區播種)由于播種質量高、工序簡便，取得了最高的籽粒收入和純收入，經濟效益也最高。模式3(秸稈打捆)的經濟效益與模式4接近，主因是籽粒收入較高，雖然有打捆成本，但增加了更多秸稈收入。模式1的主要問題是秸稈拋撒不勻，播種質量不穩定，導致密度下降、產量受損，籽粒收入低，最終影響經濟效益。模式2的主要問題在于環節過多，加重了生產成本，且存在較高的倒伏風險。

表3 不同還田播種模式玉米生育時期及部分農藝性狀Table 3 Maize growth period and some agronomic traits under different patterns

表4 不同還田播種模式玉米產量性狀Table 4 Maize yeild traits under different patterns

表5 不同還田播種模式經濟效益分析Table 5 Economic benefit analysis of different patterns 元/hm2

3 討論與結論

3.1 免耕、覆蓋利于保墑

耕層保墑對于干旱年份或半干旱地區玉米出苗及生長發育有著積極意義。楊備戰[15]和王幸等[16]認為，秸稈全量還田+帶狀免耕播種保墑效果最好，耕翻播種保墑效果差，與本研究結果一致。因此，玉米耕層保墑應主要從兩個方面入手：一是避免對土層的耕翻，保持較小的土壤孔隙，減少土壤水分從孔隙中蒸騰。二是對土表加以秸稈覆蓋，減少土表水分的散失。從試驗結果來看，潔區播種保墑效果最優，這與免耕播種和全田秸稈均勻覆蓋密不可分。

3.2 影響播種質量的因素

穩定且較高的播種質量是奪取一播全苗的前提。理論上，種子發芽出苗需要充足的水分，適宜的溫度和足夠的氧氣，而土壤是這些條件的載體。只有與土壤緊密接觸才能獲取水分，防止高溫曬種就要避免播種過淺，保證土層不板結是獲得氧氣的必要條件。生產實際中，影響播種質量的因素更多，如土壤墑情、前茬處理、秸稈覆蓋、排種下種、開溝方式、播種深度，甚至機械設計、保養操作等。本研究中，潔區播種機粉碎前茬、輸送秸稈，在拋撒之前完成開溝播種工作，通過時間差和空間差，營造了一個相對“潔凈”的播種區域，為高質量播種提供了充分條件。試驗結果也表明，潔區播種玉米出苗率高、幼苗整齊一致、生長勢強，播種效果優于其他模式。

3.3 培肥增產作用

小麥秸稈還田的培肥作用主要體現在有機質質量分數增加[2,17]，并利于后茬玉米干物質積累和產量的提高[5,17-18]。本試驗中，雖然秸稈覆蓋與掩埋還田方式相比當年有機質增幅較小，但二者還田總量是相同的，部分有機質通過淋溶作用進入土壤，剩余部分也將在適合條件下繼續分解。由于有機質在礦化或腐殖化后才能被玉米吸收，所以和還田播種模式不同導致的出苗數量、質量及最終形成的單位面積穗數相比，當年有機質增加量只是造成產量差異的因素之一，而非主要 原因。

3.4 還田播種模式比較

為確保經濟效益，就必須增加產品收入，降低生產成本。在對不同模式進行比較時，應盡量選擇產量水平較高、生產環節較少、最終收益較好，且符合當地環境條件的模式。模式4(潔區播種)實現了清除秸稈播種和播后秸稈均勻覆蓋[11]，其主要優點是工序簡便、播種質量高、節水保墑、培肥地力、增產增效顯著，值得大力推廣。模式3(秸稈打捆硬茬播種)既充分利用了秸稈資源，又保證了播種質量，產量水平較高。對于沒有潔區播種機，但具備秸稈回收條件的區域值得推廣。由于該模式秸稈還田量較少(僅根茬還田)，還需結合秋作物(玉米等)秸稈還田，或施用有機肥的方式，補充土壤有機質。模式1(秸稈粉碎覆蓋免耕播種)需要從機械設計、改裝入手，解決秸稈拋撒不勻的問題，否則難以持續推廣。模式2(翻耕還田)環節過多，生產成本高，且有倒伏風險，多在科研過程中使用，不宜在生產上推廣。