秸稈還田對(duì)不同類型土壤理化性狀及作物產(chǎn)量的影響

周建康 閆 童 高秀英 趙廣中 李西強(qiáng)

（1.臨沂市河?xùn)|區(qū)相公街道辦事處 山東臨沂276025；2.臨沂市河?xùn)|區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 山東臨沂276034；3.臨沂市河?xùn)|區(qū)鄭旺鎮(zhèn)政府 山東臨沂276028；4.臨沂市河?xùn)|區(qū)湯頭街道辦事處 山東臨沂276032；5.山東錦鴻源生態(tài)農(nóng)業(yè)有限責(zé)任公司 臨沂276034）

作物秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素及中微量元素，同時(shí)還含有其他的一些營養(yǎng)元素，比如木質(zhì)素、纖維素等富含碳元素的物質(zhì)[1]。秸稈直接或間接歸還于土壤，是改善土地生產(chǎn)力的有效措施之一。但秸稈還田對(duì)病蟲害的影響在學(xué)術(shù)界一直存在爭議[2-3]，加之近年來自然災(zāi)害頻繁，農(nóng)機(jī)配套措施不完善，部分秸稈還田地塊出現(xiàn)減產(chǎn)的情況，因此農(nóng)民對(duì)秸稈還田的積極性下降。為進(jìn)一步明確秸稈還田對(duì)土壤理化性狀和作物產(chǎn)量的影響，筆者分別在潮土、砂姜黑土、棕壤3種土壤類型小麥—玉米輪作地塊開展定位試驗(yàn)，研究了秸稈還田對(duì)土壤理化性狀和作物產(chǎn)量的影響，為秸稈還田技術(shù)的進(jìn)一步推廣提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年9月至2020年10月在臨沂市河?xùn)|區(qū)進(jìn)行。項(xiàng)目區(qū)位于臨郯蒼平原，暖溫帶季風(fēng)區(qū)半濕潤大陸性氣候，耕地主要有潮土、棕壤、砂姜黑土和水稻土4種類型，耕地面積共有30 986.7 hm2，主要作物有小麥、玉米、水稻、花生等。統(tǒng)計(jì)資料顯示，2019年全區(qū)小麥、玉米秸稈總量約為24萬t。潮土試驗(yàn)點(diǎn)位于相公街道相公一村，2017年基礎(chǔ)養(yǎng)分含量：土壤容重為1.28 g/cm3，土壤pH為6.36，土壤有機(jī)質(zhì)含量為19.8 g/kg，土壤堿解氮含量為136.6 mg/kg，土壤有效磷含量為32.7 mg/kg，土壤速效鉀含量為114.5 mg/kg。砂姜黑土試驗(yàn)點(diǎn)為位于鄭旺鎮(zhèn)張埠子村，2017年基礎(chǔ)養(yǎng)分含量：土壤容重為1.38 g/cm3，土壤pH為6.53，土壤有機(jī)質(zhì)含量為17.8 g/kg，土壤堿解氮含量為128.6 mg/kg，土壤有效磷含量為42.6 mg/kg，土壤速效鉀含量為113.2 mg/kg。棕壤試驗(yàn)點(diǎn)為位于湯頭街道前林子村，2017年基礎(chǔ)養(yǎng)分含量：土壤容重為1.41 g/cm3，土壤pH為6.07，土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.49 g/kg，土壤堿解氮含量為101.2 mg/kg，土壤有效磷含量為24.9 mg/kg，土壤速效鉀含量為92.9 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物：小麥，濟(jì)麥22號(hào)；玉米，鄭丹958。

供試肥料：氮肥為尿素（N 46.2%），磷肥為過磷酸鈣（P2O514.3%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)共2個(gè)處理，即對(duì)照處理和秸稈還田處理。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積40 m2（4 m×10 m），小區(qū)之間設(shè)隔離帶，實(shí)收計(jì)產(chǎn)。2017年玉米收獲后，秸稈還田處理小區(qū)玉米秸稈全量還田，秸稈長度控制在5～10 cm，深耕20～25 cm，耙平鎮(zhèn)壓。各小區(qū)其他耕作及田間管理相同。

本試驗(yàn)化肥用量根據(jù)測土配方施肥推薦施肥設(shè)計(jì)，對(duì)照處理和秸稈還田處理化肥用量相同。小麥?zhǔn)┓史桨福夯┘兊?（N）135 kg/hm2、純磷（P2O5）112.5 kg/hm2、純鉀（K2O）75 kg/hm2，返青期追施純氮69 kg/hm2。 玉米對(duì)照施肥方案：基施純氮（N）195 kg/hm2、純磷（P2O5）37.5 kg/hm2、純鉀（K2O）60 kg/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯著性檢驗(yàn)（LSD），用Microsoft Excel 2010進(jìn)行制表和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對(duì)潮土土壤理化性狀的影響

從表1可以看出，2017－2020年秸稈還田處理土壤容重呈下降趨勢，2020年土壤容重為1.19 g/cm3，較2017年下降了7.03%，處理間差異達(dá)顯著水平。2017－2020年對(duì)照處理土壤pH呈下降趨勢，2020年為6.26，較2017年下降了0.1，而秸稈還田處理土壤pH相對(duì)較為穩(wěn)定。2017－2020年秸稈還田處理土壤有機(jī)質(zhì)呈上升趨勢，2018年、2019年和2020年秸稈還田處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較對(duì)照處理升高了5.39%、5.74%和13.37%，2020年處理間土壤有機(jī)質(zhì)含量差異達(dá)極顯著水平。2017－2020年各處理土壤堿解氮含量變化趨勢不明顯，且處理之間差異不顯著。2017－2019年對(duì)照處理土壤有效磷含量變化不明顯，而秸稈還田處理土壤有效磷含量呈上升趨勢，2020年土壤有效磷含量為35.5 mg/kg，較2017年增加了8.56%，較2020年對(duì)照增加了10.59%。2017-2019年2個(gè)處理土壤速效鉀含量均呈上升趨勢，2020年對(duì)照處理和秸稈還田處理土壤速效鉀含量分別較2017年上升了7.07%和14.9%。2019年、2020年處理間土壤速效鉀含量差異分別達(dá)到顯著和極顯著水平。

表1 秸稈還田對(duì)潮土土壤理化性狀的影響

2.2 秸稈還田對(duì)砂姜黑土土壤理化性狀的影響

從表2可以看出，與2017年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相比較，對(duì)照處理土壤容重略有下降，但是變化幅度不大。2020年秸稈還田土壤容重為1.23 g/cm3，較2017年下降了12.19%，較對(duì)照下降了8.89%，且處理間達(dá)顯著水平。2017－2020年各處理土壤pH變化不大，且處理間差異不顯著。2017－2020年對(duì)照處理土壤有機(jī)質(zhì)變化不大，而秸稈還田處理有機(jī)質(zhì)含量呈上升趨勢，2020年秸稈還田土壤有機(jī)質(zhì)含量為21.1 g/kg，較2017年上升了17.78%，較對(duì)照上升了13.4%，且處理間達(dá)極顯著水平。2017－2020年試驗(yàn)點(diǎn)土壤堿解氮含量變化趨勢不明顯，且處理之間差異不顯著。2020年對(duì)照處理點(diǎn)土壤有效磷較2017年略有上升，但增幅不大。2017－2020年秸稈還田處理土壤有效磷含量呈上升趨勢，2020年其含量為45.6 mg/kg，較2017年上升了7.04%，較對(duì)照上升了4.34%，且處理間差異達(dá)顯著水平。2017－2019年2個(gè)處理土壤速效鉀含量均呈上升趨勢，2020年對(duì)照處理和秸稈還田處理土壤速效鉀含量分別較2017年上升了6.54%和16.87%。2019年、2020秸稈處理間土壤速效鉀含量差異均達(dá)到顯著水平。

表2 秸稈還田對(duì)砂姜黑土土壤理化性狀的影響

2.3 秸稈還田對(duì)棕壤土壤理化性狀的影響

從表3可以看出，2017－2020年2個(gè)處理土壤容重均出現(xiàn)不同程度下降，對(duì)照處理和秸稈還田處理土壤容重分別較2017年下降了7.40%和24.16%。2020年處理間土壤容重差異達(dá)顯著水平。2017－2020年對(duì)照處理土壤pH變化不大，而秸稈還田處理土壤pH略有上升，但兩者之間差異不顯著。2017－2020年2個(gè)處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈上升趨勢。與2017年相比較，對(duì)照處理和秸稈還田處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別上升了4.49%和18.54%，2019年、2020年2個(gè)處理間土壤有機(jī)質(zhì)含量分別達(dá)顯著和極顯著水平。2017－2020年試驗(yàn)點(diǎn)土壤堿解氮含量變化趨勢不明顯，且處理之間差異不顯著。2017－2020年2個(gè)處理土壤有效磷呈上升趨勢，2020年對(duì)照處理和秸稈還田處理土壤有效磷含量分別較2017年上升了7.23%、13.65%，2020年處理之間土壤有效磷含量差異達(dá)顯著水平。2017－2019年試驗(yàn)點(diǎn)土壤速效鉀均呈上升趨勢，其中2020年對(duì)照處理和秸稈還田處理土壤速效鉀含量分別為96.9 mg/kg和106.3 mg/kg，分別較2017年上升了4.2%和14.4%，且處理之間達(dá)顯著水平。

2.4 秸稈還田對(duì)不同土壤類型小麥、玉米產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，與對(duì)照處理相比較，2018年3個(gè)不同土壤類型秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量均有不同程度提高，但處理之間差異不顯著。與對(duì)照處理相比較，2019年砂姜黑土、棕壤秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量明顯提高，處理之間差異達(dá)顯著水平。其中潮土秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量分別較對(duì)照處理提高了4.81%、5.62%，砂姜黑土秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量分別較對(duì)照處理提高了8.45%、5.87%，棕壤秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量分別較對(duì)照處理提高了7.07%、7.97%。2020年3個(gè)不同土壤類型秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量明顯提高，其中潮土秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量分別較對(duì)照處理提高了6.15%、5.72%，砂姜黑土秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量分別較對(duì)照處理提高了8.07%、10.43%，棕壤秸稈還田處理小麥、玉米產(chǎn)量分別較對(duì)照處理提高了9.89%、11.88%。

表3 秸稈還田對(duì)棕壤土壤理化性狀的影響

表4 秸稈還田對(duì)不同土壤類型小麥、玉米產(chǎn)量的影響（單位：kg/hm2）

3 結(jié)論與討論

3.1 秸稈還田對(duì)不同土壤類型土壤理化性狀的影響

叢艷靜[4]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重。筆者研究發(fā)現(xiàn)，2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同土壤類型試驗(yàn)點(diǎn)土壤容重呈下降趨勢，2020年3種土壤類型土壤容重處理間達(dá)顯著水平。2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同土壤類型秸稈還田處理土壤有機(jī)質(zhì)大幅上升，2019年3種土壤類型土壤有機(jī)質(zhì)含量處理間均達(dá)顯著水平，2020年3種土壤類型土壤有機(jī)質(zhì)含量處理間均達(dá)極顯著水平，進(jìn)一步驗(yàn)證了前人的研究結(jié)果。王漢朋等[2]研究表明，隨著秸稈還田量的增加，土壤pH逐漸降低。本研究結(jié)果表明，2017－2020年3種不同類型土壤秸稈還田處理土壤pH與對(duì)照處理差別不大。不少學(xué)者研究[5-7]表明，秸稈還田處理可以顯著提高土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量。本研究結(jié)果表明，2017－2020年潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同類型土壤秸稈還田處理土壤有效磷、速效鉀顯著上升，與前人研究結(jié)果一致。2017－2020年3種不同類型土壤堿解氮含量變化均不明顯，且與對(duì)照處理相比較差異不顯著，究其原因可能是本試驗(yàn)采用的氮肥用量是根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)土壤氮素豐缺指標(biāo)制定的，試驗(yàn)點(diǎn)土壤堿解氮總體收支處于相對(duì)平衡狀態(tài)，但具體原因還需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.2 秸稈還田對(duì)不同土壤類型小麥、玉米產(chǎn)量的影響

前人關(guān)于秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量影響的研究[8-9]很多，但不同土壤類型、氣候區(qū)域的結(jié)果存在一定差異。本研究結(jié)果表明，潮土、砂姜黑土、棕壤3種不同土壤類型秸稈還田處理均能明顯提高小麥和玉米產(chǎn)量，但是不同土壤類型秸稈還田對(duì)產(chǎn)量的影響也存在一定差異。其中砂姜黑土、棕壤試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田處理增產(chǎn)效果較潮土更為顯著，2019年砂姜黑土和棕壤試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田處理小麥和玉米產(chǎn)量顯著高于對(duì)照，差異達(dá)顯著水平，而潮土增產(chǎn)幅度低于砂姜黑土和棕壤，且試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田處理小麥和玉米產(chǎn)量與對(duì)照相比較差異不顯著。2020年砂姜黑土和棕壤試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田處理小麥和玉米產(chǎn)量與對(duì)照相比達(dá)極顯著差異水平，而潮土試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田處理小麥和玉米產(chǎn)量與對(duì)照相比差異達(dá)顯著水平。究其原因可能是潮土試驗(yàn)點(diǎn)地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤容重適宜，養(yǎng)分總體水平較高，增產(chǎn)潛力低。土壤養(yǎng)分化驗(yàn)結(jié)果表明，砂姜黑土和棕壤試驗(yàn)點(diǎn)土壤容重的下降幅度及有機(jī)質(zhì)的增加幅度均明顯高于潮土試驗(yàn)點(diǎn)，應(yīng)用秸稈還田后砂姜黑土和棕壤的土壤理化性狀得到明顯改善，為作物增產(chǎn)提供了地力基礎(chǔ)，這與砂姜黑土和棕壤試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)幅度高于潮土相對(duì)應(yīng)。