楊封科，何寶林，張立功，高應(yīng)平

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所,甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省莊浪縣農(nóng)技推廣中心,甘肅 莊浪 744600)

膜下秸稈還田雙壟種植對(duì)土壤養(yǎng)分平衡及玉米產(chǎn)量的影響

楊封科1，何寶林2，張立功3，高應(yīng)平3

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所,甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省莊浪縣農(nóng)技推廣中心,甘肅 莊浪 744600)

2011-2013年采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),探討膜下秸稈還田雙覆蓋與雙壟種植對(duì)土壤養(yǎng)分平衡及玉米(Zeamays)產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明,該模式疊加放大了地膜覆蓋增溫增濕、秸稈覆蓋調(diào)溫保濕和雙壟種植集保水效應(yīng)，使0-25 cm土層溫度和0-100 cm土層含水量比露地平均提高3 ℃和3.71百分點(diǎn),有效加速了還田秸稈的腐解與養(yǎng)分釋放,第2年即明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量。3年定位試驗(yàn)土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全N、P、K,以及土壤速效N、P、K平均含量,分別比露地增加了1.19%、3.08%、9.14%、6.78%、6.28%、1.85%和7.10%。水溫環(huán)境與地力的改善優(yōu)化了生境,促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)發(fā)育,顯著改善了株高、穗位、雙穗率、百粒重等產(chǎn)量性狀和用水效率,使全膜雙壟膜下秸稈還田玉米較露地平均增產(chǎn)64.22%。因此,膜下秸稈還田雙壟種植是550 mm降水量半干旱區(qū)培肥地力及玉米高效種植的有效方式。

全膜雙壟;膜下秸稈還田;培肥地力;玉米;高效種植

玉米(Zeamays)既是糧食作物,又是優(yōu)質(zhì)的飼草料作物,是草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中植物生產(chǎn)層的主要初級(jí)生產(chǎn)者,也是承接動(dòng)物生產(chǎn)層的主要承載者[1]。全膜雙壟集雨溝播技術(shù)由于改善了旱地水、熱、肥、氣微生境,顯著提高了作物產(chǎn)量而被旱地玉米及飼用玉米高產(chǎn)高效種植廣泛應(yīng)用[2-5]。其作為一種新的覆蓋栽培技術(shù),隨著應(yīng)用年限的增加也顯現(xiàn)出由于生境優(yōu)化導(dǎo)致作物旺盛生長(zhǎng)而過(guò)多消耗土壤養(yǎng)分,從而導(dǎo)致土壤肥力下降、作物減產(chǎn)的問(wèn)題,如何有效維持和提高土壤肥力已成為此項(xiàng)技術(shù)可持續(xù)發(fā)揮增產(chǎn)作用的關(guān)鍵[6-10]。秸稈還田作為一項(xiàng)生物地力培肥技術(shù)已被廣泛應(yīng)用[10-11]，但其提高地力的作用很大程度上受土壤溫濕度、秸稈埋藏深度和相關(guān)微生物的活性等因素的制約。一般認(rèn)為高溫高濕環(huán)境有利于還田秸稈腐解與養(yǎng)分釋放[11],全膜雙壟溝播集雨種植技術(shù)可改善土壤水熱環(huán)境能為還田秸稈腐解提供更適宜的條件,理論上有利于還田秸稈快速腐解、養(yǎng)分釋放和培肥土壤作用的發(fā)揮。以往的研究表明,秸稈還田對(duì)維持或提高土壤有機(jī)碳庫(kù)和微生物活性有積極作用[10],整株還田比粉碎還田和免耕留茬還田提高土壤養(yǎng)分含量的作用更明顯[12],秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量的影響正效應(yīng)大于負(fù)效應(yīng)[3,5-7,13],但膜下秸稈還田與地膜覆蓋結(jié)合對(duì)土壤養(yǎng)分含量及玉米產(chǎn)量的影響的研究報(bào)道還少見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究依據(jù)設(shè)置的3年定位試驗(yàn)結(jié)果,探討膜下秸稈還田與地膜覆蓋結(jié)合對(duì)全膜雙壟溝播土壤養(yǎng)分含量及玉米產(chǎn)量的影響,以期為該技術(shù)模式下土壤肥力提升提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)研究于2011-2013年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊浪試驗(yàn)站南坪試驗(yàn)地實(shí)施。該區(qū)位于106°05′28″ E、35°10′30″ N,海拔1 765 m,屬黃土丘陵溝壑地貌,多年平均氣溫7.9 ℃,無(wú)霜期145 d，≥ 0 ℃年積溫3 280.6 ℃·d,≥ 10 ℃年積溫2 640.4 ℃·d,年均降水量510.4 mm,平均蒸發(fā)量為1 289.1 mm,平均干燥度1.55,是典型的干旱半干旱氣候類(lèi)型。試驗(yàn)地土質(zhì)為黃綿土,pH值8.50,有機(jī)質(zhì)14.7 g·kg-1,速效氮96.5 mg·kg-1,速效磷11.2 mg·kg-1,速效鉀167.6 mg·kg-1。研究年份的年降水量分別為,2011年455.7 mm,相對(duì)多年平均偏少,為少雨年;2012年654.60 mm相對(duì)偏多,為豐水年;2013年510.4 mm, 接近平均,為降雨適中年。相應(yīng)的生育期平均溫度分別為2011年16.6 ℃、2012年16.9 ℃、2013年16.0 ℃,比多年平均偏高0.25～1.15 ℃。

1.2 試驗(yàn)材料及方法

1.2.1 供試材料 試驗(yàn)供試品種為吉祥1號(hào)玉米,供試氮肥為蘭化尿素,含N量46%;磷肥為云南紅河牌普通過(guò)磷酸鈣,含P2O512%;秸稈為當(dāng)年收獲的半風(fēng)干狀態(tài)玉米秸稈。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法 采用裂區(qū)設(shè)計(jì),以秸稈還田(Straw Returning,簡(jiǎn)稱(chēng)S,下同)為主處理,全膜雙壟種植(Film Mulched Furrow-ridge Cropping, F)為副處理。主處理設(shè)不還田(No Straw Returning,S0)和還田(Straw Returning,S1)兩個(gè)水平;副處理設(shè)露地平作(Bare Land Flat Cropping,F0)、露地雙壟種植(Bare Land Furrow-ridge Cropping,F1)和全膜雙壟種植(Film Mulched Furrow-ridge Cropping,F2)3個(gè)水平,共計(jì)6個(gè)處理(表1)。

表1 田間試驗(yàn)處理及方法

具體方法為:1)雙壟溝種植。于春播前頂凌起大小雙壟,小壟寬40 cm、壟高15 cm,大壟寬70 cm、壟高10 cm,在大小壟相接處形成的播種溝內(nèi)播種。2)全膜雙壟種植。于春播前頂凌起大小雙壟,小壟寬40 cm、壟高15 cm,大壟寬70 cm、壟高10 cm,用寬120 cm的薄膜全地面覆蓋,在大小壟相接處形成的播種溝內(nèi)播種。3)膜下秸稈還田。用鍘草機(jī)將秸稈鍘成長(zhǎng)度2～3 cm 的短秸,春播全膜雙壟種植覆膜前均勻覆蓋于雙壟壟面,覆蓋量為7 950 kg·hm-2(風(fēng)干)。4)施肥。施農(nóng)家肥75 000 kg·hm-2,施純N 240 kg·hm-2、純P2O5120 kg·hm-2。農(nóng)家肥隨播前整地一次性施入,化肥于覆膜前劃行施入1/3氮肥、全部磷肥,其余氮肥于拔節(jié)期、大喇叭口期分別追施余量的1/2。

試驗(yàn)3次重復(fù),小區(qū)面積8 m×5.5 m。試驗(yàn)播種密度為寬行距70 cm,窄行距40 cm,株距33 cm,播深2 cm,密度為54 750株·hm-2。2011年4月15日播種,9月29日收獲;2012年4月18日播種,9月26日收獲;2013年4月18日播種,10月6日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水量、貯水量、農(nóng)田耗水量及作物水分利用效率 用土鉆+烘干法,每年分別于玉米出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、開(kāi)花期、灌漿期和成熟期測(cè)定0-200 cm土壤含水量,每 20 cm為一層。同時(shí),用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重。

土壤含水量=(土壤鮮質(zhì)量-土壤干質(zhì)量)/土壤干質(zhì)量×100%。

Sw=d×r×w/10。

式中，Sw為土壤貯水量(mm),d為土層厚度(cm),r為土壤容重(g·cm-3),w為土壤含水量(%)。

農(nóng)田耗水量按簡(jiǎn)化的水分平衡方程ET=P-△W計(jì)算,式中，ET為作物耗水量,P為降水量,△W為時(shí)段末與時(shí)段初土壤貯水量之差(單位均為mm)。耗水強(qiáng)度(mm·d-1)=各生育階段玉米田耗水量(mm)/生育階段天數(shù)(d)。

作物水分利用效率(WUE)=Y/ET,Y為作物籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2),ET為作物耗水量(mm)。

1.3.2 地溫測(cè)定 用地溫計(jì)測(cè)定0-25 cm土層的地溫,每年每小區(qū)測(cè)定1個(gè)位點(diǎn),于玉米生育出苗、拔節(jié)、大喇叭、抽雄、灌漿、成熟期關(guān)鍵期,每期測(cè)3次取平均。

1.3.3 土壤養(yǎng)分 均按“S”形取樣法取0-40 cm混合土樣測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。 每年分別于播前和收獲后分別取20個(gè)樣點(diǎn)的混合土樣,測(cè)定土壤養(yǎng)分含量,代表基礎(chǔ)肥力值和肥力變化值。

土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測(cè)定,全氮用凱氏蒸餾定氮法、堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,全磷用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定、速效磷用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定(Olsen法),全鉀用堿熔-火焰光度計(jì)或原子吸收光度計(jì)法測(cè)定,速效鉀用中性乙酸銨浸提、原子吸收光度計(jì)法測(cè)定[14]。

1.4 室內(nèi)考種及產(chǎn)量分析

成熟后每小區(qū)按五點(diǎn)取樣法取30株,測(cè)定株高、穗位、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、禿頂、雙穗率、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重等項(xiàng)目,全小區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本計(jì)算處理和繪圖,采用SPSS 19統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同覆蓋方式的主效應(yīng)差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 膜下秸稈還田的土壤水熱效應(yīng)

在研究年限內(nèi),不論降水量多寡,秸稈還田試驗(yàn)結(jié)果一致表明,S0F2和S1F2較S0F0、S0F1、S1F0和S1F1顯著提高了玉米全生育期0-25 cm土層溫度(P<0.05), S0F2和S1F2增溫趨勢(shì)一致,S0F0、S0F1、S1F0和S1F1趨勢(shì)一致,相互間差異均不顯著(P>0.05)(圖1)。3年平均全膜雙壟膜下秸稈還田玉米全生育期土壤溫度平均達(dá)21.09 ℃,比露地高3.0 ℃,增幅16.58%。而單純秸稈還田處理平均溫度為19.49 ℃,比不還田土壤溫度略有降低0.19 ℃,減幅0.94%。全膜雙壟溝播膜下秸稈還田種植的增溫效應(yīng)在不同降水年份表現(xiàn)略有差異,少雨年份(2011年)主要增加了玉米拔節(jié)至大喇叭口期和抽雄至灌漿期的土壤溫度;降雨適中及豐水年份(2012、2013年)則主要增加了玉米出苗至大喇叭口期的土壤溫度。

相應(yīng)的,作物主根系層土壤水環(huán)境也得到了顯著改善。結(jié)果表明,不論降水量多寡,S0F2和S1F2,較其他處理顯著提高了0-100 cm土層含水量(P<0.05,圖1)。不同的是S1F0在少雨和降雨適中年份(2011年降水量455.7 mm和2013年降雨量510.4 mm)表現(xiàn)出較顯著的保水效應(yīng),而在豐水年份(2012年降雨量654.60 mm)則沒(méi)有明顯的保水作用。3年定位試驗(yàn)玉米全生育期0-100 cm土層平均含水量,S1F2處理平均為21.87%,比露地提高3.71個(gè)百分點(diǎn),增幅20.43%;秸稈還田處理平均含水量為20.11%,比秸稈不還田高0.20個(gè)百分點(diǎn),提高了1.00%。

2.2 膜下秸稈還田的土壤肥力效應(yīng)

地膜覆蓋與秸稈覆蓋互作放大了各自的集保水增溫效應(yīng),提供的高溫、高濕有利條件加速了還田秸稈的腐解和養(yǎng)分釋放,使膜下秸稈還田第1年就開(kāi)始表現(xiàn)出增強(qiáng)土壤肥力的作用(表2),第2年顯著地增加了土壤有機(jī)質(zhì)、土壤速效N和速效K含量(P<0.01)。隨著還田年限的增加,研究測(cè)定的土壤肥力因素全面改善,容重下降,有機(jī)質(zhì)、土壤N、P、K含量全面提高,除速效P含量增加較顯著外(P<0.05),其余均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。其中,土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮和土壤鉀素含量增加較多,土壤鉀增加最多。

測(cè)定結(jié)果表明,與露地常規(guī)種植(對(duì)照)比,膜下秸稈還田全膜雙壟種植,3年定位試驗(yàn)各重復(fù)間土壤有機(jī)質(zhì)提高了0.06～0.53 g·kg-1;土壤全N、P、K和速效N、P、K分別提高了0.0008～0.0317、0.004～0.033 g·kg-1、0.012～1.093 mg·kg-1和2.2～16.3、0.8～1.8、6.4～20.4 mg·kg-1。相應(yīng)地分別增加了0.10%～2.28%;2.28%～3.88%、1.97%～7.14%、1.95%～11.61%和0.55%～12.02%、0.13%～3.56%、3.82%～10.38%。容重下降0.01～0.07 g·cm-3,降低了0.78%～3.10%(原始數(shù)據(jù)未列出)。

圖1 不同年份不同處理玉米生育關(guān)鍵期0-25 cm土層溫度和0-100 cm土層含水量動(dòng)態(tài)

注:S0F0,露地常規(guī)種植;S0F1,露地壟溝種植;S0F1,全膜雙壟種植;S0F2,秸稈還田平作;S1F0,秸稈還田壟作;S1F1,膜下秸稈還田全膜雙壟種植。圖中小寫(xiě)字母表示相同測(cè)定時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: S0F0, Conventional bare land cropping; S0F1, Bare land furrow-ridge cropping; S0F2, Film mulched furrow-ridge cropping; S1F0, Straw returning flat cropping; S1F1, Straw returning furrow-ridge cropping;S1F2, Film mulched furrow-ridge cropping with straw returning. The lower case letters indicate significantly different at 0.05 level among different treatments at the same test time.

表2 全膜雙壟種植膜下秸稈還田對(duì)土壤肥力因素的影響

注:Trs,處理;SBD,容重;SOC,有機(jī)質(zhì);TN,全氮;AN,速效氮;TP,全磷;AP,速效磷;TK,全鉀;SRK,緩效鉀, AK,速效鉀S0,無(wú)秸稈還田; S1,秸稈還田; F0,露地平作;F1,露地壟作; F2,Film mulched furrow-ridge cropping。同列同一主處理或者副處理中不同大、小寫(xiě)字母分別表示秸稈或者壟作處理間差異極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)***NS分別表示處理效應(yīng)極顯著(P<0.01)、顯著(P<0.05)和無(wú)顯著(P>0.05),表4同Note：Trs, Treatments; SBD, Soil Bulk Density; SOC, Soil Organic Matter; TN, Total Nitrogen; AN, Available Nitrogen; TP, Total Phosphorus; AP, Available Phosphorus; TK, Total Potassium; SRK, Slow-Release Potassium; AK, Available Potassium. S0, No straw returning; S1, Straw returning; F0, Bare land flat cropping; F1, Bare land furrow-ridge cropping; F2, Film mulched furrow-ridge cropping。Different capital or lower case letters within the same column for the same main treatment or sub-treatment indicate significant difference between staw or furrow treatments at 0.01 and 0.05 level, respectively. **,*,NS meanP<0.01,P<0.05 andP>0.05, respectively. The same in Table 4.

表3 全膜雙壟種植膜下秸稈還田對(duì)玉米生育進(jìn)程的影響

注:S0F0:露地常規(guī)種植;S0F1:秸稈不還田不覆膜壟溝種植;S0F1:秸稈不還田全膜雙壟種植;S1F0:露地平作+秸稈還田;S1F1:起壟不覆蓋+秸稈還田;S1F2:全膜雙壟種植+膜下秸稈還田。

Note: S0F0, No straw returning conventional cropping; S0F1, No Straw returning furrow-ridge cropping; S0F1, Straw returning with film mulched furrow-ridge cropping; S1F0, Straw returning conventional cropping;S1F1, Straw returning furrow-ridge cropping;S1F2, Film mulched ridge-furrow cropping with straw returning.

表4 全膜雙壟種植膜下秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和水分利用率的影響

2.3 膜下秸稈還田對(duì)玉米生育進(jìn)程及產(chǎn)量的影響

2.3.1 膜下秸稈還田對(duì)玉米生育進(jìn)程的影響 田間試驗(yàn)結(jié)果表明,3年平均玉米生育期,露地為158 d,地膜覆蓋為153 d,露地秸稈還田為158 d,膜下秸稈還田為153 d。膜下秸稈還田處理比露地處理提前5 d,秸稈還田處理與秸稈不還田處理的玉米生育期相同(表3)。

2.3.2 膜下秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量的影響 與露地種植比,秸稈覆蓋第1年對(duì)玉米產(chǎn)量性狀的影響不明顯,第2年即對(duì)玉米產(chǎn)量性狀產(chǎn)生了顯著的影響,但全膜雙壟種植膜下秸稈還田由于疊加了地膜覆蓋和秸稈還田改善土壤水熱環(huán)境和肥力條件的雙重有利效應(yīng),第1年就明顯改善了穗位、雙穗率和穗粒數(shù)等產(chǎn)量性狀(P<0.01);第2年全面改善了穗位、雙穗率、穗粒數(shù)和百粒重等產(chǎn)量性狀 (P<0.01)。

3年測(cè)定結(jié)果表明,地膜覆蓋處理的產(chǎn)量性狀明顯優(yōu)于露地處理,各處理間株高、穗位、雙穗率、百粒重比露地栽培處理平均增加了23.73 cm、1.42 cm、30.45個(gè)百分點(diǎn)和8.07 g,穗粒數(shù)減少111.4粒;秸稈還田處理的產(chǎn)量性狀略好于無(wú)秸稈還田處理,各處理間株高、穗位、雙穗率、穗粒數(shù)、百粒重比露地栽培處理增加了3.57 cm、1.55 cm、3.64個(gè)百分點(diǎn)、18.36粒和0.90 g(原始數(shù)據(jù)未列出)。

秸稈還田的土壤培肥作用與全膜雙壟種植的增溫、增濕、活化土壤養(yǎng)分作用互促,提升了以肥調(diào)水、以水促肥的正效應(yīng),使玉米生育耗水量顯著減少(P<0.05),水分利用效率和產(chǎn)量顯著增加(P<0.05)。與露地種植相比,秸稈覆蓋在少雨年份(2011

年降水量455.7 mm)略增加了玉米生育耗水量,降水適中年份(2013年降雨量510.4 mm)耗水量接近平均值,在豐水年份(2012年降雨量654.60 mm)減少了耗水量。秸稈覆蓋在第2年起就分別顯著和極顯著增加了玉米水分利用效率(P<0.05)和產(chǎn)量(P<0.01)。3年平均,地膜覆蓋處理的產(chǎn)量12 313.35 kg·hm-2,較露地7 745.85 kg·hm-2增產(chǎn)58.97%;秸稈還田處理的平均產(chǎn)量10 435.9 kg·hm-2，較無(wú)秸稈還田處理9 633.3 kg·hm-2增產(chǎn)8.33%。全膜雙壟膜下秸稈還田平均產(chǎn)量最高達(dá) 12 720 kg·hm-2,較露地增產(chǎn)64.22%(表4)。

3 討論與結(jié)論

秸稈還田作為合理利用生物質(zhì)資源和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種有效方式,通過(guò)促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累,增加土壤微生物數(shù)量與活性,引發(fā)土壤氮礦化的正激發(fā)效應(yīng),提高耕層速效養(yǎng)分含量;通過(guò)降低容重等改善土壤結(jié)構(gòu)和連作障礙等現(xiàn)象,減緩地力衰竭;通過(guò)促使集約化高氮輸入的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)維持正常的碳氮比例,減少氮素淋洗損失,改善農(nóng)田生產(chǎn)環(huán)境,提高土壤肥力,獲得較高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力,已被許多研究[15-20]和本研究所揭示。

研究表明,秸稈還田與地膜覆蓋有機(jī)結(jié)合是半干旱區(qū)培肥地力的重要方式之一。在550 mm降水量、年均溫7.9 ℃的半干旱區(qū),全膜雙壟膜下秸稈還田種植使玉米地0-25 cm土層溫度和0-100 cm 土層含水量比露地種植平均提高3 ℃和3.71個(gè)百分點(diǎn)。土壤溫濕度的提高顯著促進(jìn)了還田秸稈腐熟、分解與養(yǎng)分釋放,使還田秸稈在第2年即顯現(xiàn)出培肥土壤的作用。且隨著秸稈還田年限的增加土壤容重逐步降低,土壤有機(jī)質(zhì)、速效N和土壤K素的含量顯著增加,維持和提升地力作用更加顯著。研究認(rèn)為,水熱環(huán)境的顯著改善增強(qiáng)了土壤微生物活性,為還田秸稈快速腐解、養(yǎng)分釋放提供了更為有利高溫、高濕的環(huán)境[4-6,15-16,20-25],加速了還田秸稈快速腐熟、分解和養(yǎng)分釋放,是還田秸稈培肥土壤作用發(fā)揮的重要驅(qū)動(dòng)力。

土壤水熱環(huán)境的改善促進(jìn)了還田秸稈培肥土壤功能的高效發(fā)揮,也為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供了良好的生境,是旱地作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。土壤溫度的提高有利于玉米種子提早萌發(fā)、苗齊苗壯,能促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),增加光合作用,在多雨年份還能抵御陰雨天低溫的不利影響,保證玉米旺盛生長(zhǎng);土壤含水量的提高有利于作物抗旱穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)。水溫環(huán)境的改善也利于活化土壤固有養(yǎng)分、加速土壤-作物養(yǎng)分與物質(zhì)循環(huán)、提高養(yǎng)分利用率、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提升。

研究認(rèn)為,全膜雙壟膜下秸稈還田耕作亦是半干旱區(qū)玉米高產(chǎn)高效種植的主要方式。該方式,一方面縮短了玉米生育期,有效地避免了研究區(qū)玉米因水熱條件改善和降雨作物供需錯(cuò)位導(dǎo)致的貪青晚熟、減產(chǎn)現(xiàn)象,有利于提高玉米籽粒飽滿度和成熟度及產(chǎn)品質(zhì)量。另一方面,顯著改善了測(cè)定的株高、穗位、雙穗率、穗粒數(shù)和百粒重等產(chǎn)量性狀,減少了生育耗水量,降低了棵間蒸發(fā),提高了水分利用效率,而使玉米顯著增產(chǎn)。

研究揭示,膜下秸稈還田與地膜覆蓋結(jié)合產(chǎn)生的培肥地力、均衡地溫和平衡利用水資源等疊加效應(yīng)是玉米增產(chǎn)的主要原因。一方面,土壤水熱環(huán)境得到顯著改善、土壤養(yǎng)分含量穩(wěn)定增加、土壤營(yíng)養(yǎng)生育期均衡供應(yīng),有效地促進(jìn)了作物生產(chǎn)發(fā)育。另一方面,這種疊加效應(yīng)形成的低溫時(shí)的“高溫效應(yīng)”和高溫時(shí)的“低溫效應(yīng)”,能平衡全膜覆蓋土壤增溫效應(yīng),在少雨年份降低地溫,豐水年份穩(wěn)定或提高地溫,有效緩解氣溫激變對(duì)作物生長(zhǎng)的傷害,保證了作物良好生長(zhǎng)和產(chǎn)量穩(wěn)定增加。

全膜雙壟膜下秸稈還田與全膜覆蓋集地膜覆蓋增溫保水和秸稈覆蓋的調(diào)溫保水作用形成互促疊加效應(yīng),放大了覆蓋與秸稈還田的保水調(diào)溫效應(yīng),優(yōu)化了作物生長(zhǎng)發(fā)育的水熱環(huán)境;激發(fā)了還田秸稈培肥土壤作用、提高了地力;平衡了玉米水分消耗、養(yǎng)分吸收,提高了水肥利用效率;促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)發(fā)育、優(yōu)化了產(chǎn)量性狀,從而使玉米穩(wěn)定增產(chǎn),因此，膜下秸稈還田雙壟種植是550 mm半干旱區(qū)玉米高產(chǎn)高效種植的有效方式。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

Effects of double mulched furrow-ridge cropping with film and straw on soil nutrients balance and maize yield in semiarid area of China

YANG Feng-ke1, HE Bao-lin2, ZHANG Li-gong3, GAO Ying-ping3

(1.Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China;2.Dryland Farming Institute, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China;3.Agricutural Technology Extension Center of Zhuanglang County, Zhuanglang 744600, China)

Split-plot designed field experiment was carried out to test the effects of film straw double mulched furrow-ridge cropping on soil nutrient balance and maize yield at Zhuanglang station of Gansu Academy of Agricultural Sciences in semiarid area of China during 2011-2013.The results showed that this cropping model had superimposed and amplified the effects of both the soil moisture and temperature increase of film mulch, the soil moisture and temperature adjust and maintain of straw mulch and the water harvesting of furrow-ridge cropping that significantly increased the 0-25 cm soil layer average temperature and 0-100 cm soil layer moisture by 3 ℃ and 3.71 percentage points compare with that of bare land cropping, which in turn effectively accelerated straw decomposition and nutrients release and resulted in an apparent effect of increase soil organic matter and available nutrients content after the second year applying. The three year average contents of soil organic matter, total nitrogen, phosphorus, potassium and available nitrogen, phosphorus, potassium at 0-40 cm soil layer had increased by 1.19%, 3.08%, 9.14%, 6.78%, 6.28%, 1.85%, 7.10% compare with that of bare land cropping, respectively. Soil moisture-temperature environment and fertility improvement had optimized crop growth habitat and effectively boosted maize growth and development, with significantly improving in yield traits of plant height, ear position, double ear rate, grain number per ears and 100-grain weight resulted in 64.22% yield increase than that of bare land cropping. So the crop model about film-mulched furrow-ridge cropping with straw returning underneath is recommended as the effective way of soil fertility improvement and maize efficient growth in 550 mm precipitation semiarid area of China.

film mulched furrow-ridge cropping; straw returning; soil fertility improvement; maize; efficient growth

HE Bao-lin E-mail:Blhe@163.com

10.11829j.issn.1001-0629.2015-0061

楊封科,何寶林,張立功,高應(yīng)平.膜下秸稈還田雙壟種植對(duì)土壤養(yǎng)分平衡及玉米產(chǎn)量的影響[J].草業(yè)科學(xué),2015,32(11):1892-1900.

YANG Feng-ke,HE Bao-lin,ZHANG Li-gong,GAO Ying-ping.Effects of double mulched furrow-ridge cropping with film and straw on soil nutrients balance and maize yield in semiarid area of China[J].Pratacultural Science，2015,32(11)：1892-1900.

2015-01-27 接受日期：2015-06-04

甘肅省科技支撐計(jì)劃課題——覆蓋溝壟耕作土壤有機(jī)質(zhì)提升關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(1204NKCA108)；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程學(xué)科團(tuán)隊(duì)——旱地作物節(jié)水栽培與生理生態(tài)(2014GAAS01)

楊封科(1964-),男,甘肅合水人,研究員,博士,主要從事旱區(qū)水資源高效利用研究。E-mail:yang_fk@163.com

何寶林(1966-),男,甘肅秦安人,研究員,本科,主要從事旱區(qū)旱農(nóng)生態(tài)研究。E-mail:Blhe@163.com

S153.6;S513

A

1001-0629(2015)11-1892-10