玉米秸稈還田對黑土速效養(yǎng)分和物理性質(zhì)影響

李 辛，孟繁君，向 陽，張曉月，田亨達(dá)，李海波，榮世敏

（長春市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林長春 130000）

0 引言

近年來，隨著秸稈還田意識的增強(qiáng)和機(jī)械化水平的提高，東北地區(qū)玉米秸稈還田工作也逐步推廣，秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剩余的生物資源，現(xiàn)已被廣泛利用還田[1]。研究表明，秸稈的使用可以提高土壤N、P、K等元素的含量，同時(shí)也可以提高其有效性，為作物生長提供更充足的肥力[2]，秸稈還田是一種強(qiáng)化土壤有機(jī)質(zhì)積累、調(diào)節(jié)土壤溫度和水分的農(nóng)藝措施[3]。

本試驗(yàn)以2016年長春市先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣獎(jiǎng)項(xiàng)目《長春市0.67萬hm2秸稈全量深翻還田試驗(yàn)示范》地塊為對象，針對東北高寒黑土地區(qū)的農(nóng)耕特點(diǎn)，以大片示范田為對象，對玉米秸稈還田技術(shù)在還田初期的土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響開展研究，為該地區(qū)的土壤培肥、作物高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然狀況

吉林省榆樹市是吉林省人口最多的縣級市，是全國著名的產(chǎn)糧大市，屬季風(fēng)性中溫帶半濕潤氣候。年均降雨量500～700 mm，年平均溫度為4℃，年均積溫2 860℃，雨熱同期，日照較長，有利于農(nóng)作物生長。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地塊取自位于吉林省榆樹市弓棚子鎮(zhèn)、八號鎮(zhèn)、紅星鄉(xiāng)和育民鄉(xiāng)的長春市0.67萬hm2秸稈全量田試驗(yàn)示范地塊，面積分別為800 hm2、500 hm2、300 hm2和500 hm2。各個(gè)地塊土壤理化性質(zhì)及編號（表1），試驗(yàn)所用秸稈為上一年秋收后存儲的風(fēng)干玉米秸稈，還田前粉碎至1～3 cm長，秸稈還田為全量還田，還田量約為11 000 kg/hm2。

表1 試驗(yàn)地塊理化性質(zhì)

試驗(yàn)共計(jì)7個(gè)地塊，1個(gè)地塊2個(gè)處理，SK（秸稈還全量田）CK（對照，緊鄰SK未翻耕的地塊），示范地塊4周設(shè)有保護(hù)行，地上種植作物為玉米，常規(guī)田間管理。試驗(yàn)時(shí)間在2016年，在玉米吐絲期（8月初，約秸稈還田后280天，播種后90天）和成熟期（9月末，約還田后330天，播種后145天）分別采集土壤樣品，1個(gè)地塊分為5個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域20個(gè)采樣點(diǎn)，采集后混勻，四分法處理至1 kg，采集后土壤樣品分別測定有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀，并在采集土壤樣品同時(shí)測量該區(qū)域5～15 cm土層容重、15～25 cm土層的土壤容重、含水率和土壤溫度，另在9月末秋收時(shí)進(jìn)行測產(chǎn)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

土壤含水率：采用NY/T 52-87所用方法。容重：采用NY/T 1121.4-2006所用方法。有機(jī)質(zhì)：采用NY/T 1121.6-2006所用方法。土壤溫度：使用直角地溫計(jì)測量土壤表面以下20 cm處溫度。速效氮：采用堿解擴(kuò)散法。速效磷：采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法。速效鉀：采用NH4OAc浸提—火焰光度法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和天PS9.5進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對不同深度土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤容重?cái)?shù)據(jù)結(jié)果、容重?cái)?shù)據(jù)顯示：SK地塊耕層5～15 cm的土壤容重平均值普遍大于CK地塊土壤容重的平均值；SK地塊耕層15～25 cm的土壤容重平均值普遍低于CK。由于15～25 cm土層土壤容重相對于5～15 cm土層土壤容重大，將兩層土壤拌勻，造成土壤5～15 cm土層相對緊實(shí)，土壤容重的增加，降低了土壤孔隙度，減少水和養(yǎng)分的流失。秸稈還田和翻耕還降低了15～25 cm土層土壤的容重，增加了土壤孔隙度，使養(yǎng)分在土壤的孔隙中得以保存，這種容重的升高和降低可以增強(qiáng)土壤的保水保肥能力。

2.1.2 土壤含水率結(jié)果：SK地塊耕層5～15 cm的土壤含水率低于CK地塊5～15 cm土壤含水率；耕層15～25 cm的土壤含水率平均值高于CK土壤含水率。這是由于秸稈還田后，部分的緊實(shí)土壤翻到了表面，增加了土壤容重，土壤孔隙度減小，含水率減小；耕層15～25 cm的土壤疏松且含有粉碎的秸稈降低了土壤容重，增加了保水性。

2.1.3 土壤溫度數(shù)據(jù)結(jié)果：在檢測土壤溫度時(shí)恰逢大雨，雨前測取了地塊1、2、3、4的地溫，雨后測取了地塊5、6、7的地溫。數(shù)據(jù)顯示，雨前SK地塊地溫均高于CK地塊1℃～2℃，雨后SK地塊地溫均低于CK地塊1℃～2℃。雨前，處理地塊地溫普遍比對照地塊地溫高1℃～2℃，由于翻耕還田，改良了土壤結(jié)構(gòu)，土壤較比對照地塊疏松，有利于吸收太陽光照熱量，促進(jìn)作物生長；雨后，SK地塊含水率高于對照地塊，CK地塊土壤緊實(shí)度高于SK地塊，通風(fēng)、含水能力均不如SK地塊，太陽照射后升溫較快。所以，雨后SK地塊地溫均低于CK地塊1℃～2℃。這也能夠證明SK地塊秸稈全量還田后的土壤對溫度有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力（表2）。

表2 各地塊土壤物理性質(zhì)

2.2 秸稈還田對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響。

2.2.1 土壤速效氮數(shù)據(jù)結(jié)果：同一地塊九月SK處理速效氮的含量顯著低于8月SK處理速效氮含量。在八月同一地塊SK處理速效氮含量低于CK或與CK持平，由于還田初期秸稈消耗了土壤中一部分氮，進(jìn)入九月后秸稈分解消耗土壤中的氮減少，甚至?xí)诜纸膺^程中向土壤中釋放一定量的氮，使土壤中的氮素含量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，九月SK處理含氮量與CK處理對比持平或者略高，說明秸稈還田不能顯著改善土壤養(yǎng)分氮的含量。

2.2.2 土壤速效磷數(shù)據(jù)結(jié)果：各地塊同一處理九月速效磷含量相對于八月有明顯降低，由于地上作物吸收了土壤中的磷，各地塊SK處理速效磷含量高于CK處理或與CK處理持平。秸稈還田后秸稈的腐熟釋放了秸稈中的磷元素，使土壤中微生物的生物量和微生物的活性增加，促進(jìn)土壤中被固定的磷向有效態(tài)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)了磷的釋放。

2.2.3 土壤速效鉀數(shù)據(jù)結(jié)果：九月份各地塊速效鉀含量相對于八月份顯著降低，這是由于地上玉米吸收大量的鉀元素，降低了土壤中速效鉀的含量。八月份和九月份各地塊SK處理速效鉀含量均要高于對照地塊中速效K的含量，這是由于秸稈還田后秸稈的腐熟，將秸稈中的鉀釋放到了土壤中。

2.2.3 土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)果：各地塊SK處理的有機(jī)質(zhì)含量普遍高于CK地塊，八月份各地塊SK處理有機(jī)質(zhì)含量相對于CK有機(jī)質(zhì)含量高2.5%～19.9%；九月份各地塊SK處理有機(jī)質(zhì)含量在2.6～4.7，CK有機(jī)質(zhì)含量在2.2～4.2，SK處理相對于CK處理高2.5%至18.7%。秸稈還田后，秸稈的腐熟和分解增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，使土壤結(jié)構(gòu)得以改善，提高了土壤保肥保水的能力（表3）。

表3 各地塊土壤化學(xué)性質(zhì)

2.3 秸稈還田對產(chǎn)量的影響

數(shù)據(jù)顯示（表4），各地塊SK處理產(chǎn)量相對于CK處理增產(chǎn)0.8%～2.9%。分析結(jié)果表明，秸稈還田對土壤產(chǎn)量無顯著影響。

表4 各地塊產(chǎn)量

3 討論

本研究結(jié)果表明，秸稈還田能夠升高5～15 cm土層的土壤容重，減少土壤中水分的蒸發(fā)，15～25 cm土層土壤容重降低，土壤孔隙度增加，水分和養(yǎng)分在孔隙中得以保存。由于采用的是機(jī)械翻耕，將5～15 cm土層和15～25 cm土層的土壤打碎混合，改善了土壤滲透性，增加了15～25 cm土壤的蓄水量，提高了土壤的保水保肥性能和水分利用率。

秸稈還田后的土壤對溫度有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。本研究測得的是土壤表面下20 cm處地溫，該層地溫受環(huán)境影響較大，秸稈還田后，能影響土壤表層對光輻射的吸收轉(zhuǎn)化和熱量的傳導(dǎo)，降低土壤表層的熱傳遞效率，既可在晴天時(shí)吸收太陽直接照射的能量，增加根系活性，也增加雨時(shí)土壤對水的吸收量。秸稈全量還田對土壤速效氮含量無顯著影響，這是由于秸稈還田后秸稈的腐熟消耗了土壤中一部分的氮素。秸稈的使用提高了土壤速效磷、鉀和有機(jī)質(zhì)的含量，為作物生長提供了充足的肥力。

4 結(jié)語

秸稈還田對作物產(chǎn)量和土壤速效氮無顯著影響，但能明顯培肥土壤，顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量，同時(shí)在晴天時(shí)提高地溫1℃～2℃，在雨后降低地溫1℃～2℃。此外，秸稈還田還增加了5～15 cm土層的土壤容重，降低了15～25 cm土層的土壤容重。