郭 強(qiáng)，于玲玲，徐 陽，楊曉輝，王長里，楊引福，張樹林

(1唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，河北 唐山，063000；2唐山市農(nóng)作物種子管理檢驗(yàn)站)

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保護(hù)性耕作對冀東地區(qū)玉米產(chǎn)量和土壤特性的影響

郭 強(qiáng)1，于玲玲2，徐 陽1，楊曉輝1，王長里1，楊引福1，張樹林1

(1唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，河北 唐山，063000；2唐山市農(nóng)作物種子管理檢驗(yàn)站)

為探索保護(hù)性耕作對玉米田土壤特性以及玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，以免耕秸稈不還田為對照(CK)，研究了翻耕秸稈還田(PTS)、旋耕秸稈還田(RTS)、免耕秸稈還田(NTS)、旋耕秸稈不還田(RTNS)和翻耕桔稈不還田(PTNS)等5種保護(hù)性耕作措施對冀東地區(qū)玉米產(chǎn)量和土壤特性的影響。結(jié)果表明: 與CK相比，PTS，RTS，NTS，RTNS，PTNS等5種保護(hù)性耕作措施均能不同程度的增加玉米的產(chǎn)量，而以PTS處理效果最好；0～30 cm土層中速效氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也以PTS處理效果最好；PTS處理的土壤孔隙度最大，而土壤容重最小。

玉米；耕作方式；秸稈還田方式；產(chǎn)量；土壤理化特性

我國秸稈資源非常豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全國農(nóng)作物秸稈理論總量為8.20億t[1,2]。目前，這些秸稈除少部分用作造紙、發(fā)酵、畜牧飼料外，大部分被就地焚燒,還田率僅占秸稈總產(chǎn)量的大約1/4，這表明我國秸稈資源利用的空間潛力巨大。由于秸稈還田具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益以及培肥改土作用，在一定的土壤肥力水平和氣候條件下，秸稈還田結(jié)合相應(yīng)的土壤耕作方式將對農(nóng)作物的生長、土壤的肥力狀況等產(chǎn)生不同的影響[3～6]。因此，針對一定的土壤肥力水平和氣候條件，應(yīng)采取相應(yīng)的秸稈還田措施。

長期以來，我國普遍采用雙鏵犁耕地或小型拖拉機(jī)帶滅茬機(jī)以及畜力步犁耕地，而這些耕作方式的耕深一般較淺，長此以往，致使耕層土壤變淺，而犁底層變硬加厚，土壤理化特性變劣[7]，不利于作物根系生長發(fā)育以及對養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而限制了糧食產(chǎn)量的進(jìn)一步提高[8]。旋耕和翻耕可有效的打破土壤犁底層，降低表層土壤容重，提高土壤通透性[9]，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有利于作物生長和產(chǎn)量的提高[10]。耕作方式與秸稈還田是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的技術(shù)措施，相關(guān)研究表明[11,12]，合理的耕作措施和秸稈還田方式相結(jié)合既能夠增加作物的產(chǎn)量，消化作物的殘留秸稈，進(jìn)而有效的改善土壤水、肥、氣、熱狀況，同時(shí)還能夠提高環(huán)境質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益都非常顯著，是保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[13～15]。因此，研究不同耕作措施與秸稈還田方式對玉米產(chǎn)量及對土壤理化特性的影響，進(jìn)而確立最佳的耕作模式與秸稈還田方式組合，對秸稈資源的有效利用以及土壤培肥等具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為此，筆者試驗(yàn)研究了耕作措施及秸稈還田方式對玉米產(chǎn)量及土壤理化特性的影響，旨在為冀東地區(qū)及土壤與氣候條件相近區(qū)域的玉米高產(chǎn)及土壤培肥等提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在唐山市海港開發(fā)區(qū)王灘鎮(zhèn)十家子村。該地區(qū)位于河北省的東北部，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫10 ℃ 以上，年積溫在3 300～3 600 ℃，無霜期大約180 d，年降雨量大約600 mm。試驗(yàn)地土壤為壤土，0～10 cm土壤中含有機(jī)質(zhì)11.76 g·kg-1，全氮0.62 g·kg-1，速效磷17.34 mg·kg-1，速效鉀120.64 mg·kg-1，pH 7.35。試驗(yàn)處理前各個(gè)小區(qū)的地力情況基本一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)處理為不同秸稈還田和耕作模式。秸稈的處理設(shè)置秸稈還田(S)和秸稈不還田(NS)兩種方式；耕作模式設(shè)置免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(PT)3種方式，共設(shè)6個(gè)處理，以免耕秸稈不還田為對照(CK)。秸稈還田方法為玉米秸稈全量還田，前茬玉米成熟收獲后，立即將玉米秸稈粉碎至長度大約5 cm的小段，然后結(jié)合土壤耕作混入土壤中進(jìn)行秸稈全量翻埋還田。土壤耕作在玉米播種前進(jìn)行，旋耕采用旋耕機(jī)旋地1遍，作業(yè)深度15 cm，之后耙地2遍。深翻采用鏵式犁翻耕1遍，作業(yè)深度為30 cm，之后耙地2遍。試驗(yàn)采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積15 m×10 m。耕地施肥完成后采用硬茬播種機(jī)播種。供試夏玉米品種為鄭單958，2015年6月1日播種，10月7日收獲。底肥施過磷酸鈣(P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.46)365 kg·hm-2，拔節(jié)期穴施尿素(N素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.46)375 kg·hm-2，整個(gè)生育期不進(jìn)行灌水，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

玉米收獲時(shí)，收取每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)的所有玉米果穗進(jìn)行測產(chǎn)，考種。土壤樣品于10月10日進(jìn)行取樣，土壤容重和土壤孔隙度的測定采用環(huán)刀法，在0～30 cm土層處，用標(biāo)準(zhǔn)體積為100 cm3環(huán)刀采取土壤樣本測定。土壤堿解氮的測定采用堿解擴(kuò)散法; 土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用NH4OAc浸提，火焰光度計(jì)測定;土壤有機(jī)質(zhì)采用元素分析儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)平均值,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2003和DPS 6.55統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行,多重比較采用Duncan氏新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作和秸稈還田方式對夏玉米產(chǎn)量的影響

不同處理間玉米產(chǎn)量差異達(dá)到極顯著水平，其中免耕無秸稈還田處理產(chǎn)量最低，以翻耕配合秸稈還田產(chǎn)量最高(表1)。在各秸稈還田方式下，玉米產(chǎn)量由高到低的順序均為翻耕，旋耕，免耕，且各耕作方式下產(chǎn)量差異達(dá)到極顯著水平;在各耕作方式下，產(chǎn)量總體以秸稈還田方式的產(chǎn)量>秸稈不還田方式的產(chǎn)量。說明在旋耕的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆?，可有效提高玉米產(chǎn)量；在施用化肥的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定量的秸稈還田，也可提高產(chǎn)量；將2種措施結(jié)合起來，即在翻耕的基礎(chǔ)上，每年進(jìn)行適量的秸稈還田，可將2種措施的增產(chǎn)效果擴(kuò)大，從而更加顯著的提高玉米產(chǎn)量。

表1 不同耕作和秸稈還田方式對玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2 玉米主要產(chǎn)量性狀的相關(guān)性分析

穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒質(zhì)量與玉米產(chǎn)量均呈正相關(guān)關(guān)系，而且穗長、穗粗和穗行數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(表2)。這說明適當(dāng)提高穗長、穗粗或穗行數(shù)，能夠在一定程度上提高玉米產(chǎn)量。穗粗與穗長呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明適當(dāng)增加穗粗，能夠在一定程度增加穗長。百粒質(zhì)量與穗行數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，但沒有達(dá)到顯著水平。說明在一定程度上，隨著玉米穗行數(shù)增加，百粒質(zhì)量增加不顯著。由于農(nóng)藝性狀指標(biāo)之間的相互影響，各影響因子與產(chǎn)量之間的簡單相關(guān)系數(shù)并不能真實(shí)反映二者之間的真正關(guān)系。為消除變量之間相互影響，進(jìn)一步進(jìn)行偏相關(guān)分析(表3)，結(jié)果表明，穗長、穗粗和穗行數(shù)與玉米產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，行粒數(shù)和百粒質(zhì)量與產(chǎn)量之間未達(dá)到顯著相關(guān)水平(P>0.05 )。

2.3 不同耕作及秸稈還田方式對土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

在相同的秸稈處理方式下，翻耕處理的土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于免耕和旋耕處理的(表4)；而免耕、旋耕兩者相比，旋耕處理的土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于免耕處理的。在不同的秸稈處理方式下，秸稈還田處理的土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，秸稈還田處理的土壤對堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高作用明顯，可能是由于秸稈還田經(jīng)過腐解，氮素大量釋放。

在相同的秸稈處理方式下，翻耕處理的土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于免耕和旋耕處理的, 旋耕處理的土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于免耕處理的；在不同的秸稈處理方式下，秸稈不還田土壤的速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于秸稈還田土壤的速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這可能是由于秸稈還田以后，促進(jìn)了土壤微生物的繁殖及對土壤和秸稈中磷素的吸收，故使得土壤中的速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。

在相同的秸稈處理方式下，土壤中的速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)有很大差異，由高到低的順序?yàn)榉?，旋耕，免耕；不同秸稈還田方式下，秸稈連年還田條件下土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)較秸稈不還田處理的顯著增加。說明翻耕和旋耕促進(jìn)了土壤速效鉀的釋放，秸稈還田可使土壤速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著提高。

翻耕和旋耕相對免耕處理的土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著增加。不同秸稈還田方式下有機(jī)質(zhì)含量也有所改變，而秸稈還田相對秸稈不還田的有機(jī)質(zhì)含量顯著增加。由此可見，秸稈還田能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表2 玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性分析

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05)，**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)；下同。

表3 玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量性狀的偏相關(guān)性分析

表4 不同耕作和秸稈還田方式對土壤中養(yǎng)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.4 不同耕作及秸稈還田方式對土壤容重和孔隙度的影響

表5 不同耕作和秸稈還田方式對土壤容重和孔隙度的影響

在相同的秸稈處理方式下，0～30 cm土層土壤容重由高到低的順序表現(xiàn)為免耕，旋耕，翻耕(表5)。由此可見，長年免耕處理會使0～30 cm土層變硬，容重增大。不同秸稈還田方式下，0～30 cm土壤容重整體表現(xiàn)為秸稈還田方式下的容重小于秸稈不還田方式下的容重，說明秸稈還田能夠降低土壤容重，翻耕處理結(jié)合秸稈還田能夠顯著改善表層土壤容重。

秸稈還田處理的土壤孔隙度明顯高于秸稈不還田處理的(表5)。說明進(jìn)行秸稈還田有利于提高相應(yīng)深度土層土壤的孔隙度；在同一秸稈還田方式下，土壤孔隙度的大小順序依次為翻耕，旋耕，免耕，由此說明翻耕、旋耕能夠明顯提高0～30 cm土層的土壤孔隙度，結(jié)合秸稈還田后能夠更有效改善表層土壤孔隙度。

3 結(jié)論與討論

土壤保護(hù)性耕作措施有利于玉米產(chǎn)量的提高，其中翻耕配合秸稈效果最好。與其它處理相比，翻耕配合秸稈還田較其它處理顯著地增加了玉米穗長、穗粗、穗行數(shù)和行粒數(shù)(P<0.01)，并且顯著地提高了玉米產(chǎn)量(P<0.01)。衛(wèi)曉軼等[16]在河南新鄉(xiāng)研究表明：連續(xù)深耕(30～35 cm)+秸稈還田可使玉米增產(chǎn)20.5%，增產(chǎn)效果顯著；趙亞麗等[17]在河南省溫縣趙堡試驗(yàn)站研究表明：土壤深松(耕)結(jié)合秸稈還田有利于作物產(chǎn)量、土壤微生物數(shù)量和酶活性的提高。這與本次試驗(yàn)的研究結(jié)果基本一致。

土壤保護(hù)性耕作措施能夠增加速效氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并且可以增加0～30 cm土層的土壤孔隙度，其中以翻耕配合秸稈還田處理效果最好。李鳳博等[18]在南通市研究表明：翻耕結(jié)合秸稈還田使土壤的容重和堅(jiān)實(shí)度降低, 總孔隙度和非毛管孔隙度升高,同時(shí)提高土壤各層的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有利于培肥地力, 增加土壤養(yǎng)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；戰(zhàn)秀梅等[6]在遼寧省海城市研究表明：秸稈還田有利于改善土壤的物理性質(zhì)、提高土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，秸桿還田配合深翻可顯著降低深層土壤容重、提高土壤孔隙度及土壤田間持水量，增加土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，促進(jìn)春玉米產(chǎn)量提高,這與本次研究的結(jié)論基本一致。

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(責(zé)任編輯：朱寶昌，陳于和)

Effects of Conservation Tillage on Yield of Corn and Soil Properties in the East of Hebei Province

GUO Qiang1,YU Ling-ling2,XU Yang1,YANG Xiao-hui1,WANG Chang-li1,YANG Yin-fu1,ZHANG Shu-lin1

(1 Tangshan Academy of Agricultural Science，Tangshan Hebei，063000;2 Tangshan Crop Seed Management Testing Stations;China)

In order to explore the impact of conservation tillage on maize field soil properties and maize yield and its component, with no tillage and no straw returning for control (CK), we researched the effects of ploughing with straw returning (PTS), rotary with straw (RTS), no tillage with straw returning (NTS), rotary with no straw returning(RTNS) and ploughing with no straw returning (PTNS) on maize yield and soil properties in the east of Hebei Province. Results show that compared with CK, PTS, RTS, NTS, RTNS and PTNS can increase maize production in varying degrees, and the best was PTS; The content of available nitrogen, available potassium and organic matter in 0～30 cm soil layer was the most with PTS. PTS also had the maximum soil porosity and the minimum soil bulk density.

Maize; cultivation method; straw returning method; yield; soil physical and chemical properties

唐山市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：15120204B)。

2015-11-18; 修改稿收到日期: 2015-12-01

10．3969 /J．ISSN．1672-7983．2015．04．003

S341.1

A

1672-7983(2015)04-0014-04

郭強(qiáng)(1983-)，男，博士，助理研究員。主要研究方向：玉米遺傳育種和栽培。