摘要：設(shè)置不同的玉米（Zea mays L.）秸稈還田量分別為3 680、4 907、6 133、7 360、8 567 kg/hm2和對照共6個處理。土體內(nèi)含水量在90 g/kg時，秸稈覆蓋對抑制土體內(nèi)水分蒸發(fā)不顯著，水分子之間在毛管力的作用下比較穩(wěn)定。當(dāng)土體內(nèi)含水量較高，為180 g/kg時，此時土體內(nèi)毛管水連續(xù)運(yùn)動，下層水分向上層土體彌補(bǔ)得較快。而秸稈翻土覆蓋對土體起到阻礙作用，隨著還田量增大，阻礙越明顯，擬合方程為S=ptq。秸稈翻埋覆蓋阻礙雨后雨水的入滲，使水分入滲延遲。

關(guān)鍵詞：秸稈還田量；玉米（Zea mays L.）；土壤水分蒸發(fā)；土壤水分入滲

中圖分類號：S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）02-0314-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.02.011

秸稈還田具有改變農(nóng)田下墊面性質(zhì)和能量平衡，減少土壤水分蒸發(fā)、蓄水保墑、調(diào)節(jié)地溫、提高肥力等綜合作用[1]，同時還可提高作物產(chǎn)量，具有較好的生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益[2]。

影響秸稈還田效益重要因素之一為秸稈還田量[3]，還田量的大小直接影響其對土壤的保濕效果和玉米（Zea mays L.）的生長發(fā)育及產(chǎn)量。有研究認(rèn)為小麥秸稈還田量以4 500～6 000 kg/hm2為宜[4]；玉米秸稈還田量以6 000～7 500 kg/hm2為宜[5]。玉米免耕整秸稈還田在半干旱區(qū)以12 000～15 000 kg/hm2的產(chǎn)量最高[6]。免耕還田玉米秸稈4 500 kg/hm2處理的土壤水分利用效率最高[7]。小麥田秸稈還田量與0～20 cm土層保水效應(yīng)密切相關(guān)[8]。旱地玉米免耕秸稈還田適宜的還田量在7 500～15 000 kg/hm2，平均每增加100 kg/hm2還田量，土壤含水量增加0.08%～0.24%[9]。但是在沈陽地區(qū)草甸土玉米秸稈最適宜的還田量仍然是一片空白。

1 試驗方法

本試驗于2013～2014年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院的綜合試驗基地進(jìn)行，該基地位于遼寧省沈陽市沈河區(qū)（41°44′N，123°27′E），平均海拔44.7 m。屬丘陵地帶，地面不平，土壤主要為草甸土，土層深厚，保水、保土和保肥效果較好。該基地屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，一年四季分明。

如表1所示，本試驗共有6個處理，每個處理3次重復(fù)，每個試驗小區(qū)的規(guī)格長6 m，寬3 m，供試作物為玉米，品種為沈農(nóng)15號，種植密度為0.55 m×0.45 m，秸稈傳統(tǒng)還田量分別為3 680、4 907、6 133、7 360和8 567 kg/hm2。這是按照2013年秋天每棵玉米秸稈質(zhì)量230 g，每個3 m×6 m的測區(qū)種植96棵玉米結(jié)算，還田量按照全部覆蓋的30%、40%、50%、60%和70%求得。

2 不同秸稈翻土還田量對土壤水分蒸發(fā)的影響

2.1 不同翻土還田量對生長期內(nèi)玉米棵間蒸發(fā)的影響

土壤中的水分一部分提供給了作物，一部分蒸發(fā)到空氣中，而蒸發(fā)的這一部分是無效的，為了給作物的生長提供充足的水分，減小無效損失是惟一的途徑。根據(jù)所測得的棵間蒸發(fā)量，繪制生育期內(nèi)各措施的變化趨勢圖，如圖1所示。

2.1.1 各生育期棵間蒸發(fā)的變化情況 由圖1可見，在玉米整個生育期內(nèi)，抽穗期棵間蒸發(fā)最大，苗期略小，拔節(jié)期和灌漿期依次下降，到了成熟期，蒸發(fā)量降至最低，這主要是受到作物生長時期和作物生長情況的影響。抽穗期蒸發(fā)量最大是因為在這一時期盡管玉米的生長會阻礙陽光對地表的直射，但是此時氣溫偏高，土壤蒸發(fā)量大；而苗期蒸發(fā)量略小，是因為苗期氣溫較低，但是這一時期經(jīng)常出現(xiàn)南風(fēng)天氣，地表幾乎沒有玉米葉子的遮擋；隨著玉米的生長和氣溫的降低，到了灌漿期土壤的蒸發(fā)量降低了；等到成熟期，玉米的葉面積達(dá)到了最大，這時已經(jīng)過了9月，每天早晚的溫差大幅度下降，所以蒸發(fā)量最小。

2.1.2 不同秸稈還田量棵間蒸發(fā)的大小分析 在整個生育期蒸發(fā)量的大小均為CT>JF30>JF40>JF50>JF60>JF70。在玉米苗期JF70與CT的蒸發(fā)量差距最大，JF70比CT高出43.0%。而到了玉米的成熟期，JF70比CT高12.3%，此時各處理的差異較小。出現(xiàn)此種情況的原因是苗期陽光和風(fēng)直接作用于地表，秸稈還田抑制蒸發(fā)明顯，隨著玉米長高，玉米葉面積增大，玉米葉子能夠阻礙外界因素影響玉米棵間蒸發(fā)。

2.2 不同秸稈還田量對不同含水量土體累計蒸發(fā)的影響

將土樣風(fēng)干過2 mm篩，取2份試驗基地土樣，加入不同量水，使土壤含水量分別為90和180 g/kg。用內(nèi)徑32 cm、高32 cm封底自制鋁桶作為容器，分別裝入干重3 000 g的兩種含水量的土壤，控制土壤容重為1.24 g/cm3，將秸稈切成3～5 cm的碎段，拌入土壤中，放入溫度為27～30 ℃的3 m×5 m電控恒溫室內(nèi)，室內(nèi)空氣相對濕度維持在30%～40%。每種含水量土壤設(shè)6種處理：①對照（不拌入秸稈）；②拌入秸稈25 g；③拌入秸稈33 g；④拌入秸稈42 g；⑤拌入秸稈50 g；⑥拌入秸稈58 g。試驗結(jié)束后的3、16、25、35、50、60、75、85、100、150、155、200和300 h，對鋁桶進(jìn)行稱量，測定土壤水分損失量。不同秸稈還田量下土壤水分累計蒸發(fā)量與時間的關(guān)系曲線如圖2所示。

由圖2可知，所有處理土壤的水分蒸發(fā)曲線均呈拋物線，且隨時間的變化，土壤蒸發(fā)速率降低。對于同一土壤含水量處理，在同一時間，所有秸稈處理的土壤水分蒸發(fā)量均小于傳統(tǒng)耕作，說明秸稈還田對保持土壤水分有較好的效果。這是因為秸稈翻埋覆蓋給土壤表面設(shè)置了一層物理阻隔，切斷了下層土壤與蒸發(fā)面的毛管聯(lián)系，減弱了土壤空氣與大氣之間的亂流交換強(qiáng)度，土壤水分蒸發(fā)被有效的抑制，從而達(dá)到保水的目的。當(dāng)土壤初始含水量較小（90 g/kg）時，秸稈不同還田量對土壤水分蒸發(fā)量的抑制作用相差不明顯。這是由于當(dāng)土壤含水量較小時，土壤水分呈毛管斷裂狀態(tài)，水分移動為毛管-薄膜機(jī)制和薄膜-擴(kuò)散機(jī)制，土壤水分由下層向上層移動較慢，不能迅速彌補(bǔ)上層土壤水分的蒸發(fā)損失，土壤水分蒸發(fā)速率被限制了。因此，為了保水，首先需抑制上層土壤水分的蒸發(fā)。秸稈翻埋還田后，土壤水分蒸發(fā)的阻力增大了，使得土壤水分由表面直接蒸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散蒸發(fā)，從而減少了土壤水分散失。隨時間變化，對照處理上層土壤變干，水分散失速率降低，因此還田處理與傳統(tǒng)的蒸發(fā)速率差異減小。隨著土壤初始含水量的增加，秸稈翻埋還田量對土壤水分蒸發(fā)量的降低作用變的明顯，秸稈翻埋還田量越大，土壤水分蒸發(fā)量越小。當(dāng)土壤含水量達(dá)180 g/kg（接近于土壤田間持水量）時，不同秸稈翻埋還田量處理間的土壤水分累積蒸發(fā)量的差異明顯。當(dāng)土壤含水量較大時，土壤中毛管水處于連續(xù)運(yùn)動狀態(tài)，土壤水分由下層向上層運(yùn)移速度快，可以及時彌補(bǔ)上層土壤水分損失。秸稈翻埋覆蓋后，給土壤表面增加了水分蒸發(fā)阻滯層，該阻滯層越厚，對土壤水分蒸發(fā)的阻滯作用越明顯，控制土壤水分損失的效果也越明顯。因此，秸稈翻埋還田量越大，土壤水分損失量越小。

2.3 不同秸稈還田量下土壤水分蒸發(fā)動力學(xué)曲線擬合

利用3種常用動力學(xué)模型（線性方程、對數(shù)方程和指數(shù)方程）對不同秸稈還田量處理的土壤水分蒸發(fā)積累量S（g）與時間t（h）進(jìn)行回歸擬合，所得擬合方程S=ptq，W=p+qlnt和S=p+qt，擬合所得相關(guān)系數(shù)r值均達(dá)顯著水平。但是比較3個擬合方程可知，S=ptq的擬合性最好。用S=ptq方程來描述土壤水分蒸發(fā)過程更貼近實(shí)際。土壤水分蒸發(fā)速率dS/dt=pqt（q-1），說明q是影響水分蒸發(fā)速率的參數(shù)。經(jīng)擬合q值均小于1而大于0，當(dāng)t>1時，q值增大，t（q-1）也增大，說明dS/dt與q值呈正相關(guān)；當(dāng)t=1時，dS/dt=pq，說明pq表示t=1即第1小時的土壤水分蒸發(fā)速率。

由dS/dt=pqt（q-1）可知，土壤水分蒸發(fā)速率與pq和t（q-1）有關(guān)，當(dāng)pq和t（q-1）增大時，土壤水分蒸發(fā)速率也增加，而當(dāng)t>1時，t（q-1）與q-1呈正相關(guān)。因此，在同一時間（t>1時），不同處理的土壤水分蒸發(fā)速率pq和q-1的大小有關(guān)，pq和q-1越大，土壤水分蒸發(fā)速率也越大。同一處理中，pq和q-1為常數(shù)。各處理pq和q-1值如表2所示，由表2可知，在同一土壤含水量處理中，所有還田處理的pq值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對照，說明覆蓋可明顯降低土壤水分前期（1 h）的蒸發(fā)速率。

3 雨水入滲過程

本次入滲試驗選在2014年6月9日進(jìn)行，本次降雨時間為7：00～10：40，降雨量為8 mm。雨前6：00用TDR測一次土壤含水率，雨后1、2和5 h分別測一次各處理的土壤含水率。

由圖3可知，未降雨時（圖3a），土壤0～40 cm的土壤含水率差異明顯。在地表以下0～40 cm，秸稈還田處理要比對照處理土壤含水率平均高2.4%，可以看出秸稈覆蓋有助于提高0～40 cm的土壤含水率，50～60 cm不顯著。隨著秸稈還田量的增加，土壤含水率也隨著增加。

雨后1 h（圖3b）， CT的土壤10 cm含水率上升10.5%，而20 cm的含水率上升5.7%，上升的速度較10 cm緩慢。秸稈還田地表以下30～60 cm含水率變化并不明顯。這說明秸稈還田明顯的減緩了雨水的入滲，隨著還田量的增大，抑制越明顯。

雨后2 h（圖3c），雨水繼續(xù)入滲，CT地表下10 cm含水率略微下降，從20～40 cm含水率均上升。本次降雨后2 h，對照處理雨水已經(jīng)下滲到地表以下40 cm，還田處理剛剛下滲到30 cm。

雨后5 h（圖3d），土壤含水率變化明顯，地表以下10 cm土壤含水率均下降，20 cm處的含水率排序為JF70>JF60>JF50>JF40>JF30>CT，30 cm處的含水率變化趨勢和20 cm的一樣，JF的含水率上升較明顯，上升了2.6%，高于對照4.8%。40 cm處的含水率，JF均有下降，CT有所上升。50～60 cm的土壤含水率CT最高。這說明降雨5 h后，無還田傳統(tǒng)處理的雨水已經(jīng)下滲到地表以下50～60 cm，而有覆蓋處理土壤含水率能夠影響到地表以下50 cm。

綜上所述，在整個雨水入滲過程中，CT入滲最快，隨著秸稈覆蓋量的增大，入滲速度變慢。秸稈覆蓋能夠有效的減小雨水的入滲。

4 小結(jié)

秸稈翻埋還田有利于抑制土體的水分蒸發(fā)，其中在玉米苗期最為明顯，隨著時間的推移，不同的秸稈還田量的差異性變得不明顯。秸稈還田量越高，抑制水分蒸發(fā)能力越強(qiáng)。

土體內(nèi)含水量較低，在90 g/kg時，秸稈覆蓋對抑制土體內(nèi)水分蒸發(fā)不顯著，水分子之間在毛管力的作用下比較穩(wěn)定。當(dāng)土體內(nèi)含水量較高，在180 g/kg時，此時土體內(nèi)毛管水連續(xù)運(yùn)動，下層水分向上層土體彌補(bǔ)得較快。而秸稈翻土覆蓋對土體起到阻礙作用，隨著覆蓋量增大，阻礙越明顯。擬合方程為S=ptq，其中影響因子p和q值隨著秸稈量不同和土壤含水量的變化而變化。

秸稈覆蓋像在土體上層蓋上了一層厚“棉被”，阻礙了雨后雨水的入滲，使水分入滲延遲。從而充分的被玉米有效的吸收，促進(jìn)玉米生長和發(fā)育。

秸稈翻埋覆蓋能夠有效的抑制土體內(nèi)水分的蒸發(fā)，延遲雨水入滲。隨著秸稈還田量的增加，效果越明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高亞軍，李生秀.旱地秸稈覆蓋條件下作物減產(chǎn)的原因及作用機(jī)制分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21（7）：14-19.

[2] 劉 婷，賈志寬，張 睿，等.秸稈覆蓋對旱地冬小麥灌漿動態(tài)及產(chǎn)量的影響[J].干旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（2）：33-37.

[3] 崔運(yùn)峰，董 潔，鄒皆明.秸稈覆蓋節(jié)水保墑效應(yīng)的研究進(jìn)展[J].農(nóng)技服務(wù)，2011，28（8）：1228，1230.

[4] 逢煥成.秸稈覆蓋對土壤環(huán)境及冬小麥產(chǎn)量狀況的影晌[J].土壤通報，1999，30（4）：174-175.

[5] 杜守宇，田恩平，溫 敏，等.秸稈覆蓋還田的整體功能效應(yīng)與系列化技術(shù)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1994，2（2）：87-94.

[6] 丁玉川，王 茄，王樹樓.玉米免耕整秸稈覆蓋增產(chǎn)效果[J].作物雜志，1995（5）： 24-27.

[7] 晉凡生，張寶林.免耕覆蓋玉米秸稈對旱塬地土壤環(huán)境的影響[J].生態(tài)農(nóng)業(yè)研究，2000，8（3）：47-50.

[8] 蕭復(fù)興，李海金，劉國定，等.旱地麥田二次秸稈覆蓋增產(chǎn)模式及機(jī)理研究[J].水土保持研究，1996，3（3）：14-19.

[9] 王盛霞，薛宗讓，劉虎林，等.旱地玉米耕作覆蓋與播種方式研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994，22（3）：29-30.