雙層氨化秸稈還田對鹽堿地水鹽運移及玉米生長的影響

李小牛

（太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024）

0 引 言

我國鹽堿地面積約為9 913 萬hm2，如何改良鹽堿地，在鹽堿地上實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)已成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的熱點話題。秸稈還田是鹽堿地治理重要手段之一，劉廣明等通過試驗表明秸稈覆蓋有助于促進土壤脫鹽[1]。余坤等認(rèn)為，秸稈還田能促進冬小麥生長，提高產(chǎn)量和水分利用效率[2]。王增麗認(rèn)為秸稈還田能穩(wěn)定增加作物產(chǎn)量特征值，提高當(dāng)季作物經(jīng)濟產(chǎn)量[3]。秸稈覆蓋還田可以有效阻止太陽光直射地面，抑制棵間無效蒸發(fā)，提高土壤含水率，抑制深層土壤鹽分表聚。同時，秸稈覆蓋還田延長灌溉或雨水入滲時間，提高對耕作層鹽分的淋溶效果。將秸稈還田到耕作層以下可以增加土壤孔隙率，抑制毛管水分蒸發(fā)，實現(xiàn)保水抑鹽[4]。同時還可以作為“儲水層”提高土壤含水率。董勤各研究表明氨化比未氨化秸稈還田生物產(chǎn)量顯著提高[5]，氨化秸稈還田能為植株生長創(chuàng)造良好條件。

秸稈還田是重要的農(nóng)藝技術(shù)。近些年秸稈還田主要通過以下幾種措施：①收農(nóng)作物時，將秸稈粉碎直接還田；②將秸稈焚燒后還田，現(xiàn)由于環(huán)境改善要求已基本淘汰；③將秸稈作為飼料食用后糞便還田。當(dāng)前研究大多集中在未處理秸稈單層還田，他屬于第一種還田措施，而對鹽堿地雙層氨化秸稈還田機理探究比較少。因此，本試驗針對雙層氨化秸稈還田對鹽堿地土壤水分運移及玉米生長性狀規(guī)律展開研究，以期為鹽堿地實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)基本情況

試驗區(qū)選址山西太原市小店區(qū)辛村，當(dāng)?shù)睾０?65 m，經(jīng)緯度為東經(jīng)112°42'、北緯37°45'，屬溫帶氣候，年平均氣溫9.6 ℃，無霜期170 d，地下水埋深在2.5 m 內(nèi)。試驗土壤為壤土（沙粒、粉粒和黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.44%、46.23%、18.33%），0～100 cm 土壤剖面平均體積質(zhì)量為1.46 g/cm3，鉀含量21.2 g/kg、氮含量0.3 g/kg、磷含量0.9 g/kg，含鹽量4.7 g/kg屬于鹽堿土壤。玉米生長期內(nèi)降雨量173 mm。

1.2 試驗設(shè)計及材料處理

1.2.1 供試材料

試驗玉米品種選用“農(nóng)大308”，生育階段劃分見表1。

表1 生育階段劃分

1.2.2 秸稈氨化處理

試驗選用上年度風(fēng)干玉米秸稈且長度粉碎到3 cm 左右，將水和尿素按質(zhì)量6∶1 配成溶液，然后把溶液灑到秸稈上（溶液秸稈質(zhì)量比為35∶100），裝入塑料袋密封7 d使用。

1.2.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置1個對照處理組（CK）和4個處理組分別為：F1（土表層覆蓋秸稈1.2 kg/m2）、F2（土表層覆蓋秸稈0.9 kg/m2，土表30 cm 下秸稈還田0.3 kg/m2）、F3（土表層覆蓋秸稈0.6 kg/m2，土表30 cm 下秸稈還田0.6 kg/m2）、F4（土表層覆蓋秸稈0.3 kg/m2，土表30 cm 下秸稈還田0.9 kg/m2），3 次重復(fù)，試驗小區(qū)隨機排列，小區(qū)間留1 m保護帶。

4月25 號試驗人員按標(biāo)準(zhǔn)對處理組F2、F3、F4 在土壤深度30 cm 處進行氨化秸稈還田然后將表土回填。5月1日按行距40 cm、株距30 cm 進行播種。同時，按標(biāo)準(zhǔn)對各個處理組小區(qū)進行土表層秸稈覆蓋。依據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，于7月26日進行90 mm滴水灌溉。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 測定項目

（1）土壤含鹽量及含水率：對深度0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 m土樣數(shù)據(jù)進行測算。

（2）生長指標(biāo)：各試驗小區(qū)選10 株典型玉米做標(biāo)記、對照組選30株分為3組做標(biāo)記，測量植株高度、莖粗和葉面積。

（3）產(chǎn)量：成熟后進行稱重計算。

1.3.2 測定方法

采用烘干法測算含水率，利用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率。含鹽量計算公式[6]：

式中：y為土壤含鹽量，g/kg；l為電導(dǎo)率，mS/cm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 進行數(shù)據(jù)處理及繪圖；采用SPSS 16.0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙層氨化秸稈還田對不同生育期含鹽量的影響

從圖1 總體分析可知，土壤含鹽量由土表向下逐漸減小。土壤表層0～20 cm 含鹽量變化最大，幅度在2.3～10 g/kg 之間。當(dāng)深度達到40 cm 以下時，含鹽量趨于穩(wěn)定，集中在0.7～2 g/kg 之間。含鹽量總體分布為“廠”字形，表聚顯著。5月1日，播種前各處理組與CK 含鹽量基本相同，差異不顯著（P＜0.05，下同）。7月18日，土層0～20 cm 處理組F4、CK 含鹽量分別比5月1日處理組F4、CK大2.9%、10.1%。分析可知六七月，溫度逐漸升高，植株葉面積較小，光線直射土壤，棵間蒸發(fā)量變大，耕作層出現(xiàn)返鹽“水走鹽留”現(xiàn)象。處理組F1、F2、F3、F4 與CK 對比表明：秸稈覆蓋使“土壤表層-空氣”結(jié)構(gòu)改為“土壤表層-秸稈-空氣”避免陽光直射土壤表層，抑制土壤水分蒸發(fā)，從而抑制鹽分表聚。依據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，于7月26日進行灌溉。8月21日處理組F1、F2、F3 耕作層0～20 cm 含鹽量相較于7月18日分別減小10.4%、21.2%、10.6%，灌溉對耕作層含鹽量淋洗作用明顯；處理組F4、對照組CK 土層0～20 cm 含鹽量相較與7月18日分別增加2.8%、11.8%。上述數(shù)據(jù)分析可知，不同處理組與對照組相比都表現(xiàn)出抑制鹽分表聚效果，且差異顯著，表明各個處理都可以為植株生長創(chuàng)造一個少鹽環(huán)境。處理組F4 耕作層含鹽量增加可能是因為秸稈上層土壤水分蒸發(fā)，所含鹽分向耕作層聚集。9月30日，由于9月多次少量降雨且溫度較高棵間蒸發(fā)量大，9月30日較于8月21日對照組CK 耕作層0～20 cm 含鹽量增加，土層40～100 cm 含鹽量變小是因為深層土壤鹽分在蒸發(fā)的作用下向表層轉(zhuǎn)移。處理組F1、F2、F3 耕作層0～20 cm 含鹽量脫鹽效果明顯，40～60 cm 含鹽量增加。從上圖可見，就抑鹽效果來說，處理組F2 在不同生育期耕作層的抑鹽效果最明顯，可為植株生長提供良好環(huán)境。

2.2 雙層氨化秸稈還田對不同生育期耕作層含水率的影響

從圖2 分析可知，5月1日播種前，各個處理和對照組耕作層含水率無顯著差異。7月18日（開花期），處理組F1 比CK 含水率高11.6%，是由于處理組F1 秸稈覆蓋阻止太陽光線直射地面抑制土壤水分蒸發(fā)，所以含水率較高。處理組F2、F3、F4比對照組CK含水率分別少2.5%、5.0%、11%。主要是由于進行土壤下層秸稈還田需對耕作層土壤開挖和還填，增加土壤蒸發(fā)面積所致。7月26日灌溉后，8月21日耕作層含水率較7月21日有明顯升高。處理組F1、F2、F3、F4 分別比對照組CK 含水率高10.2%、7.0%、8.6%、8.2%且差異顯著，原因在于秸稈層具有孔隙率高的物理特性，進行灌溉時他可作為“儲水層”為植株以后生長創(chuàng)造良好條件。9月試驗區(qū)降雨次數(shù)較多，降雨量偏大但溫度較高蒸發(fā)量也較大，處理組F1、F2、F3、F4分別比CK 含水率高19.0%、14.0%、13.2%、9.1%且差異顯著，表明氨化秸稈還田隨著植株的生長發(fā)育保水效果越來越顯著，但處理組F1、F2、F3、F4 之間差異不顯著。從上述數(shù)據(jù)表明耕作層全生育期保水效果F1較好。

2.3 雙層氨化秸稈還田對玉米生長發(fā)育的影響

2.3.1 雙層氨化秸稈還田對玉米生長性狀的影響

表2為玉米在不同生育期株高、莖粗、葉面積指數(shù)的變化情況。孔東等認(rèn)為不同程度的鹽分脅迫會影響植株性狀和農(nóng)作物產(chǎn)量[7]。從數(shù)據(jù)整體分析來看，6-8月各植株各生長指標(biāo)快速增加，8月21日后趨于穩(wěn)定。其中，葉面積指數(shù)甚至出現(xiàn)下降的情況。劉洋等認(rèn)為當(dāng)葉面積指數(shù)達到最大值后開始逐漸下降[8]。隨著玉米的生長，不同處理組與CK 在株高、莖粗、葉面積指數(shù)差異變得越來越顯著，表明不同處理都會促進植株的生長發(fā)育。從數(shù)據(jù)整體分析來說，處理組F2、F3 與處理組F1、F4 株高指標(biāo)差異顯著。實驗表明在玉米全生育期處理組F2、F3更適合植株生長發(fā)育。

表2 玉米不同時期生長指標(biāo)值

2.3.2 雙層氨化秸稈還田對玉米產(chǎn)量的影響

表3 為不同處理與產(chǎn)量的關(guān)系。不同處理與對照組CK 相比差異顯著，表明雙層秸稈還田在一定程度上可以提高糧食產(chǎn)量。處理組F2、F3與處理組F4相比差異顯著，是因為處理組F4 下層秸稈還田量較多，造成種子架空，發(fā)苗較低所以產(chǎn)量偏低。處理組F2、F3與處理組F1相比差異顯著，是因為處理組F1 脫鹽效果不明顯，耕作層土壤含鹽量高抑制植株生長發(fā)育。處理組F2、F3 與CK 相比分別高出31.8%、25.4%，差異達到顯著水平（P＜0.05）。就產(chǎn)量而言，處理組F2、F3最適合玉米生長發(fā)育。

表3 不同處理與產(chǎn)量的關(guān)系

3 結(jié) 論

通過雙層氨化秸稈還田對土壤水鹽運移及植株生長發(fā)育的影響，得出以下結(jié)論：

（1）土壤含鹽量總體分布為“廠”字形，表聚顯著。9月30日處理組F1、F2、F3、F4 耕作層含鹽量分別比對照組CK小36%、46%、41%、19%，雙層氨化秸稈還田上層秸稈覆蓋使“土壤表層-空氣”結(jié)構(gòu)改為“土壤表層-秸稈-空氣”，避免陽光直射土壤表層，抑制棵間蒸發(fā)，從而抑制鹽分向表層土壤聚集；下層秸稈還田提高土壤孔隙率，抑制深層毛管水向耕作層轉(zhuǎn)移，抑制深層土壤鹽分向表層轉(zhuǎn)移。就抑鹽效果來說，處理組F2（上層0.3 kg/m2、下層0.9 kg/m2）抑鹽效果最為明顯。

（2）雙層氨化秸稈還田，上層秸稈覆蓋抑制棵間蒸發(fā)；下層還田秸稈具有孔隙率高的物理特性，灌溉時作為“儲水層”。8月21日處理組F1、F2、F3、F4 分別比對照組CK 含水率高10.2%、7.0%、8.6%、8.2%且差異顯著，雙層氨化秸稈還田為植株生長創(chuàng)建較好水土環(huán)境。

（3）雙層氨化秸稈還田，處理組與CK 在生長性狀指標(biāo)方面，隨植株生長差異變得越來越顯著，表明不同處理都會促進植株的生長發(fā)育。

（4）雙層秸稈還田可以提高糧食產(chǎn)量，處理組F2、F3 與CK 相比分別高出31.8%、25.4%，差異達到顯著水平（P＜0.05）。綜合而言，雙層氨化秸稈還田處理組F2 最適合玉米生長發(fā)育。