秸稈不同處理還田方式對春玉米土壤水分及溫度動態變化的影響

冀雅珍，李曉春，耿寶江

（1.山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002；2.陜西省江河水庫工作中心，陜西 西安 710018；3.南水北調中線干線工程建設管理局天津分局，天津 300000）

秸稈作為農作物的主要副產品，含有豐富的有機碳，以及大量的氮、磷、鉀、硅等農作物生長所需要的營養元素，是一類重要的能直接利用的可再生生物資源[1～3]。研究結果表明，秸稈混合施入上層土壤可以增加土壤孔隙度，提高表層土壤的含水率，而土壤毛細管部分發生斷裂，通過抑制土壤下層水分上升，有效地降低土壤蒸發強度[4～6]。秸稈還田不僅具有減少土壤水分蒸發，保墑蓄水，調節地溫的效果，而且具有改善土壤結構，提高土壤肥力，防治水土流失等綜合效應[7～9]。劉思春等人探討了長期秸稈還田對農田土壤水分運動與熱力學函數關系，結果表明，土壤非飽和導水率和水勢溫度效應均表現為高量玉米秸稈還田＞低量玉米秸稈還田＞單施化肥[10]。董勤各等人分析了秸稈氨化還田和秸稈長度對農田水分與夏玉米產量的影響，發現氨化短秸稈翻壓還田能有效促進夏玉米生長，保持較好的土壤水分條件，有助于提高夏玉米產量和水分利用效率[11]。高利華等人研究了秸稈不同還田方式對土壤理化性質及玉米產量的影響，結果表明，生物炭和秸稈還田能夠改善土壤，培肥土壤，增加作物產量[12]。

目前，國內外已有不少關于秸稈還田措施的研究[13～15]，多數研究成果主要集中于秸稈直接覆蓋還田對土壤物理性狀和作物生長的影響，而針對秸稈還田不同的處理方式對農田水土環境和作物的生長影響，這方面還缺少較系統的研究。本文基于大田實驗，考慮秸稈長度、氨化作用及土壤無極改良劑對土壤物理特性的影響，以期確定科學合理的秸稈還田方式，為改善干旱半干旱地區水土環境和秸稈資源的合理利用提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于山西省文水縣劉胡蘭村灌溉試驗站西南一公里，地理位置東經112°12″，北緯37°17″，海拔高度749.579 m，年平均降雨量450 mm左右，蒸發量年平均為1563.3 mm，年累積日照為2303.1 h，無霜期為180 d左右。灌溉水源為河井雙灌，灌溉條件良好。土壤容重為1.56 t/m3，田間持水量26.9%，地下水礦化度787 mg/L，pH值為8.12，全鹽量0～80 cm平均0.6174%，0～50 cm有機質含量為0.85%，速效磷含量為0.31%，全年地下水埋深0.5 m～4 m。

1.2 試驗設計

試驗時間2017年4月～9月，共設置3個處理，分別為加長（3 m～5 cm）玉米秸稈氨化還田（CN）和粉碎玉米秸稈氨化+無機土壤改良劑還田（FNT）兩種處理方式，對照組為無秸稈還田（CK）。每個小區面積144 m2，周圍布置2 m寬的保護帶、中間設置隔離帶，3次重復。春玉米供試品種為東單1331，種植密度3300株/畝左右，行距0.5 m，株距0.4 m，玉米秸稈還田量4380 kg/hm2，無機土壤改良劑（石膏）用量200 g/m2，基肥施有機肥22500 kg/hm2，磷肥750 kg/hm2，生育期追拔節肥一次，追尿素450 kg/hm2，中耕一次。

1.3 樣品采集與測定

土壤含水率測定，采用常規土鉆取土105℃烘干法，測定土壤深度為0 cm～100 cm，按0 cm～20 cm、20 cm～40 cm、40 cm～60 cm、60 cm～80 cm、80 cm～100 cm五層取樣測定，取樣時間為每月的1號、11號和21號，在春玉米播種前、出苗、拔節、抽雄、灌漿、收獲各加測一次，降水后及灌溉前后各加測一次。

采用曲管地溫計分別在土層5 cm、10 cm、15 cm、20 cm處測定土壤溫度。每日測定時間為早8時、13時及18時，取其平均溫度作為日均土壤溫度。

2 結果與分析

2.1 不同秸稈還田方式下春玉米生育期土壤水分動態變化

不同秸稈還田方式下，土壤含水量隨時間和空間發生變化，在各個生育期表現出相同的增-減-增-減的變化趨勢，見圖1。從圖1可以看出，不同處理方式春玉米各生育期土壤含水率有如下結論：拔節～抽穗＞播種～拔節＞抽穗～灌漿＞灌漿 ～收獲。處理一（CN）、處理二（FNT）、處理三（CK）在0～100 cm土層平均含水率為，拔節～抽穗期分別為21.64%、22.00%、21.59%，處理二（FNT）比處理一（CN）、處理三（CK）分別提高1.66%、1.90%；播種～拔節期分別為21.81%、22.12%、21.12%，處理二（FNT）比處理一（CN）、處理三（CK）分別提高1.42%、4.73%；抽穗～灌漿期分別為20.71%、21.91%、20.41%，處理二（FNT）比處理一（CN）、處理三（CK）分別提高 5.79%、7.35%；灌漿～收獲期分別為20.53%、20.90%、20.16%，處理二（FNT）比處理一（CN）、處理三（CK）分別增加 1.80%、3.67%。

由此可知，在抽穗～灌漿期，FNT處理在提高土壤含水率方面較其他兩個處理有明顯的差異，并且較播種～拔節期、灌漿～收獲期、拔節～抽穗三個生育期增加明顯，分析其原因，由于秸稈還田后，前期由于秸稈還處于覆蓋的狀態，減少了降雨的入滲，使得土壤含水率較低；經過時間的延長，秸稈逐漸腐化變質，使得降雨及灌溉用水能很好地下滲，使得土壤含水率得到提高。

試驗結果表明，秸稈經過不同處理后施入土壤，都不同程度的提高了土壤的含水能力，但粉碎秸稈氨化處理配合無機土壤改良劑混合施入后，更有效提高土壤的含水率，對土壤水含率提升作用明顯。

圖1 不同秸稈還田處理方式春玉米不同生育期0～100 cm土壤水分動態變化

2.2 不同秸稈還田方式下春玉米土壤溫度的影響

由圖3及表1可知，不同秸稈處理還田方式下5 cm～20 cm土層的平均土壤溫度變化趨勢基本一致，隨著春玉米植株生長而呈馬鞍型變化。從播種到7月下旬土壤溫度不斷增長的趨勢，到7月下旬土體溫度達到最高，最高溫度處理一（CN）達22.80℃，處理二（FNT）達 22.50℃，處理一（CK）達 22.23℃，之后隨著立秋的到來，8月以后隨氣溫度的遞減而土體溫度緩慢降低。從表1中數據可以看出，處理一（CN）與處理二（FNT）整個玉米生育期土壤溫度均高于處理三（CK），這說明不論是長秸稈還田還是粉碎秸稈還田，對土壤溫度都起到了保溫作用，促進了作物的生長；處理二（FNT）在7月～8月比處理一（CN）土壤溫度呈降低趨勢，這是由于經過粉碎氨化秸桿并且加無機改良劑后進行還田，其轉化為有機質的速度高于長秸稈氨化還田；處理二（FNT）與處理三（CK）土壤的溫差6月最大達0.52；處理一（CN）與處理三（CK）土壤溫差7月最大達0.57，之后溫差開始變小。

圖3 春玉米生育期三個處理0～20 cm土壤平均溫度變化曲線

表1 春玉米生育期三個處理0～20 cm平均土壤溫度

3 結論

本文通過選取的典型區域開展對比試驗，探尋秸稈不同處理還田方式對春玉米土壤水分及溫度的影響，得到如下結論：

（1）秸稈不同處理還田方式影響土壤的含水能力。FNT處理與CN處理，秸稈施入土壤后均能提高土壤含水率，粉碎秸稈氨化加無機土壤改良劑（處理二FNT）提高土壤的含水率較顯著，長秸稈氨化（處理一CN）次之，對照處理提升土壤含水率較弱。

（2）秸稈不同處理還田方式還影響土壤的溫度。FNT處理與CN處理提高土壤溫度效果優于對照CK，對春玉米的生長發育起到了保溫保墑作用，促進作物的生長。