王世杰　李志洪　崔婷婷

摘要：通過將3壟2行的種植方式與秸稈還田相結(jié)合，形成種還分離模式，研究其對土壤腐殖化特征和玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，種還分離模式能有效提高土壤有機(jī)碳和腐殖質(zhì)各組分碳含量，且隨著秸稈還田量的增加呈增加趨勢。土壤過氧化氫酶、脲酶以及蔗糖酶活性同未秸稈還田處理相比顯著增加。種還分離模式下R1和R2處理的玉米根系體積、根干質(zhì)量相較未秸稈還田處理分別增加了10.98%、11.95%和27.24%、25.47%，與常規(guī)種植相比，CK、R1、R2處理玉米產(chǎn)量分別增加了6.36%、4.90%、3.07%，說明種還分離模式在一定程度上促進(jìn)了玉米的生長發(fā)育，其產(chǎn)量并未受到不利影響。結(jié)果表明，種還分離模式通過將秸稈還田區(qū)域和玉米種植區(qū)域分離，既可提高土壤肥力，改善土壤環(huán)境，又可減少秸稈還田對玉米生長發(fā)育的不利影響，相對提高玉米產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：玉米；秸稈；種還分離；土壤；腐殖化特征；產(chǎn)量

中圖分類號： S158文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）14-0062-04

中國是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，每年我國秸稈產(chǎn)量高達(dá) 7億t[1-3]，隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高，我國糧食產(chǎn)量不斷增加，秸稈產(chǎn)量也隨之增加[4]。秸稈還田作為秸稈有效利用方式之一，通過在田間將秸稈直接粉碎后還田，不僅充分利用了秸稈資源，減少運輸和處理成本，解決秸稈焚燒屢禁不止的問題，同時可改善土壤環(huán)境，使土壤肥力得到提高，從而極大地促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的循環(huán)利用[5-6]。然而常規(guī)栽培模式下，在表層土壤中進(jìn)行全量秸稈還田會導(dǎo)致秸稈腐解不完全，未完全腐解的玉米秸稈裸露在地表將會影響春季播種，致使作物的出苗率降低，大量秸稈的添加會使部分害蟲和病菌重新返回田間，危害作物的生長，使作物產(chǎn)量下降。因此，本研究通過將3壟2行的栽培方式與秸稈還田相結(jié)合，形成種還分離的新模式，通過人為增加玉米秸稈的腐解時間，減少全量秸稈直接施入農(nóng)田后秸稈不能完全腐解造成的出苗率降低、病蟲害增加、農(nóng)作物減產(chǎn)等不利影響，指導(dǎo)農(nóng)民的生產(chǎn)實踐活動。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗田選自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗站玉米連作耕地（草甸黑土），位于吉林省長春市南關(guān)區(qū)（125°23′16.81″E，43°48′38.20″N），屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干燥多風(fēng)，夏季高溫多雨，秋季氣溫下降快，冬季寒冷，具有四季分明、干濕適中的氣候特征。最熱的月份為7月，平均氣溫為23 ℃。年均氣溫4.8 ℃，最低氣溫-39.8 ℃，最高氣溫 39.5 ℃。日照時間可達(dá)2 688 h，年均降水量617 mm，多集中在7、8月份，夏季降雨量占年降水量的60%以上。秋季溫差較大，風(fēng)速與春季相比較小。

1.2供試材料

試驗為大田試驗，供試土壤采自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗田，土壤類型為草甸黑土，土壤0～20 cm耕層基本理化性質(zhì)見表1。

供試作物殘體為成熟期的玉米秸稈，粉碎后長度3～5 cm，秸稈的有機(jī)碳含量437.6 g/kg，全氮含量5.72 g/kg，C/N 為76.50，還田時將碳氮比調(diào)節(jié)為25 ∶

1.3試驗設(shè)計

試驗區(qū)是吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗站，試驗設(shè)置常規(guī)種植模式和種還分離種植模式。常規(guī)種植模式不進(jìn)行秸稈還田，種植方式為大壟雙行（用ZC表示）。種還分離模式進(jìn)行秸稈還田，還田量分別為未秸稈還田（對照）、0.88%、1.32%的玉米秸稈（分別使用CK、R1、R2來表示），種植方式采用3壟2行模式，即40 cm寬種2行玉米（圖1）；在空壟位置進(jìn)行秸稈還田處理，還田區(qū)寬1 m，各處理重復(fù)3次。小區(qū)長5 m，寬9 m，還田時將秸稈與土均勻混合后翻埋，還田深度為表層25 cm，還田時將C/N控制為25 ∶[KG-*3]1。2種種植模式種植的玉米品種為先玉335，基肥（N 60 kg/hm2，P2O5 75 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2）一致，拔節(jié)期追施氮肥（N 120 kg/hm2），種植密度均為6萬株/hm2。

試驗于2014年4月末在空壟位置進(jìn)行秸稈還田，形成秸稈還田帶，種植玉米區(qū)域不進(jìn)行秸稈還田，形成玉米種植帶；2015年4月末進(jìn)行輪換，在2014年的秸稈還田帶上種植玉米，玉米種植帶上進(jìn)行秸稈還田，各還田處理與2014年相同。這樣將種植區(qū)和還田區(qū)進(jìn)行分離，形成種還分離的年際循環(huán)栽培模式。

2015年9月底秋收前進(jìn)行取樣，秸稈還田的各小區(qū)在玉米種植帶和秸稈還田帶分別取土樣，按“S”形路線隨機(jī)選取5個點，采集0～20 cm的耕層土壤，混合后剔除石塊、動植物殘體等雜物，在實驗室將風(fēng)干后的土壤研磨后過1、0.25 mm篩備用。成熟期時，對2種栽培模式下的各試驗小區(qū)測產(chǎn)。

1.4分析方法

土壤氮、磷、鉀采用常規(guī)方法[7]進(jìn)行分析，全氮采用半微量凱氏法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；全磷采用HClO4-H2SO4法測定；pH值采用pHS-3C型pH計測定；土壤總有機(jī)碳（TOC）采用重鉻酸鉀外加熱法測定；色調(diào)系數(shù)（ΔlgK）參照Kumada等的方法[8]測定；胡敏酸（humic acid，HA）、富里酸（fulvic acid，F(xiàn)A）的提取和分離采用腐殖質(zhì)組成修改法[8-9]測定；土壤腐殖質(zhì)各組分有機(jī)碳均采用重鉻酸鉀容量（外加熱）法測定；酶活性參照關(guān)松蔭的方法[10]測定，采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，活性以20 min后1 g土壤所消耗的0.02 mol/L高錳酸鉀的體積（mL）表示；靛酚藍(lán)比色法測脲酶活性，結(jié)果以24 h后1 g土壤中NH4+-N的質(zhì)量（mg）表示；3，5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，結(jié)果以24 h（37 ℃）后土壤中1 g土壤中葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示。

1.5數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件整理，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用最小顯著性差異法（LSD）檢驗試驗數(shù)據(jù)的差異顯著性水平（α=0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1種還分離對土壤總有機(jī)碳含量的影響

由圖2可知，2015年玉米種植帶（2014年秸稈還田帶）CK、R1、R2處理土壤有機(jī)碳含量為16.03、18.61、21.72 g/kg，R1、R2處理較CK分別增加16.08%、 35.47%，各處理之間具有顯著性差異。2015年秸稈還田帶CK、R1、R2處理土壤有機(jī)碳含量為16.62、21.31、24.29 g/kg，R1、R2處理較CK分別增加了28.24%、 46.19%，各處理之間具有顯著性差異，玉米種植帶土壤有機(jī)碳含量低于秸稈還田帶。結(jié)果表明，種還分離模式下，秸稈還田能顯著提高土壤有機(jī)碳含量，且隨著還田量的增加而增加。

[FK（W11][TPWSJ2.tif]

2.2種還分離對土壤腐殖質(zhì)各組分含量的影響

由表2可知，玉米種植帶R1、R2處理腐殖物質(zhì)（humic substance，HS）碳含量較CK分別增加了11.49%、18.01%，胡敏酸（HA）碳含量較CK分別增加13.60%、2053%，富里酸（FA）碳含量較CK分別增加了 7.56% 、13.33%。秸稈還田帶R1和R2處理HS碳含量較CK分別增加了20.21%、3484%，HA碳含量較CK分別增加了21.86%、41.16%，F(xiàn)A碳含量較CK分別增加了 17.17% 、23.18%。結(jié)果表明，種還分離模式可以有效提高土壤腐殖質(zhì)各組分碳含量，且隨著還田量的增加而增加，玉米種植帶各處理含量均低于秸稈還田帶。

添加秸稈后，玉米種植帶和秸稈還田帶HA-C/FA-C均呈增加趨勢，且隨著秸稈還田量的增加而增加，說明秸稈還田增加了土壤中胡敏酸的比重，使FA等小分子化合物向HA轉(zhuǎn)化。使用ΔlgK來表征土壤中HA和FA的結(jié)構(gòu)特征，由表2可知，隨著秸稈還田量的增加HA和FA的ΔlgK均呈增加趨勢，說明秸稈還田后HA和FA均向著結(jié)構(gòu)簡單化方向發(fā)展。

2.3種還分離對土壤酶活性的影響

2.3.1過氧化氫酶活性

種還分離模式對土壤過氧化氫酶活性的影響見圖3，玉米種植帶CK、R1、R2處理土壤過氧化氫酶活性分別為2.46、2.82、2.92 mL/g，還田處理R1、R2較CK土壤過氧化氫酶活性分別顯著增加14.39%、18.72%。秸稈還田帶CK、R1、R2處理土壤過氧化氫酶活性分別為245、2.89、2.96 mL/g，還田處理R1、R2較CK土壤過氧化氫酶活性分別顯著增加18.11%、 20.93%。結(jié)果表明，種還分離模式能夠增加土壤過氧化氫酶活性，但是不同秸稈添加量的處理間沒有顯著性差異。

2.3.2脲酶活性

由圖4可知，在玉米種植帶，CK、R1、R2處理的土壤脲酶活性分別為0.47、0.61、0.81 mg/g，還田處理R1、R2較CK分別增加了28.82%、71.69%，R2處理增加效果更顯著。在秸稈還田帶，CK、R1、R2處理土壤脲酶活性分別為0.56、0.93、1.00 mg/g，R1、R2處理較CK分別增加了67.94%、79.57%，R1和R2處理均與CK有顯著性差異。說明種還分離模式能夠增加土壤脲酶活性，且土壤脲酶活性表現(xiàn)出隨秸稈還田量的增加而增加的趨勢。

2.3.3蔗糖酶活性

在玉米種植帶，CK、R1、R2處理的土壤蔗糖酶活性分別為47.01、66.92、74.40 mg/g，還田處理R1、R2較CK分別增加42.33%、58.24%，各處理之間具有顯著性差異。在秸稈還田帶，CK、R1、R2處理土壤蔗糖酶活性分別為35.79、75.32、98.32 mg/g，R1、R2處理較CK分別增加11041%、174.69%，各處理之間差異顯著。種還分離模式可以顯著增加土壤蔗糖酶活性，且表現(xiàn)出隨秸稈還田量的增大而增加的趨勢（圖5）。

2.4種還分離對玉米根系生長發(fā)育的影響

在種還分離模式下，CK、R1、R2處理成熟期根系體積分別為205.0、227.5、229.5 cm3，R1、R2處理較CK增加了 10.98% 、11.95%，但均與CK差異不顯著（圖6）。

由圖7可知，CK、R1、R2處理根干質(zhì)量分別為20.34、25.88、25.52 g，R1、R2處理較CK分別顯著增加27.24%、 25.47%。根據(jù)玉米根系體積和根干質(zhì)量的變化可知，種還分離模式下進(jìn)行秸稈還田對玉米根系生長具有一定的促進(jìn)作用，但效果并不顯著。

2.5種還分離對玉米產(chǎn)量的影響

種還分離模式下不同處理對玉米產(chǎn)量的影響如圖8所示，常規(guī)種植（ZC）、CK、R1、R2處理的玉米產(chǎn)量分別為 10 598、11 272、11 117、10 923 kg/hm2，與常規(guī)種植相比，CK、R1、R2處理玉米產(chǎn)量分別增加6.36%、4.90%、3.07%，但各處理之間沒有顯著性差異。說明與常規(guī)種植相比，種還分離模式下進(jìn)行秸稈還田玉米產(chǎn)量有增加的趨勢，秸稈還田后玉米產(chǎn)量有一定的增加，并不會造成產(chǎn)量下降。

3討論

秸稈還田可以有效提高土壤有機(jī)碳和腐殖質(zhì)各組分碳含量，張鵬等的4年秸稈還田試驗結(jié)果表明，秸稈還田使土壤中的有機(jī)碳含量顯著增加[11]。劉軍等的研究結(jié)果表明，長期連作的棉田土壤胡敏酸和胡敏素的含量在秸稈還田后顯著增加，并且增加土壤富里酸的含量使之處于穩(wěn)定水平之上[12]。本研究在種還分離模式下進(jìn)行秸稈還田同樣提高了土壤有機(jī)碳含量，在玉米種植帶，R1、R2處理較對照處理顯著增加1608%、35.47%；在秸稈還田帶，R1、R2處理較對照顯著增加28.24%、46.19%。胡敏酸和富里酸碳含量相較于未秸稈還田處理同樣呈增加趨勢，并且隨著秸稈還田量的增加，其含量均呈增加趨勢。

秸稈還田能夠改善土壤物理性狀，促進(jìn)土壤微生物的生長，進(jìn)而影響土壤酶活性。冀保毅等通過2年定位試驗研究表明，秸稈還田和深耕均能提高耕層土壤水解酶活性，提高效果與土壤質(zhì)地和年份有關(guān)[13]。楊濱娟等的研究顯示，秸稈還田配施化肥各處理對根際土壤過氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶活性均有明顯的提高作用，但處理間存在一定的差異[14]。本研究結(jié)果表明，種還分離模式同樣促進(jìn)土壤過氧化氫酶、脲酶以及蔗糖酶活性的增加，在玉米種植帶和秸稈還田帶上，R1和R2處理土壤過氧化氫酶、脲酶以及蔗糖酶活性較未秸稈還田處理均顯著增加。

很多學(xué)者研究表明，深層秸稈還田可以改善深層土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)玉米生長，提高玉米產(chǎn)量。黃毅等通過秸稈機(jī)械化深層還田與常規(guī)耕作的對比試驗，測定玉米根系生長狀況，結(jié)果表明，深層秸稈還田能夠有效增強(qiáng)玉米扎根性能，擴(kuò)展玉米根系分布空間，扎根深度增加5～10 cm，次生根數(shù)目明顯高于未秸稈還田處理；深層秸稈還田處理玉米產(chǎn)量較未秸稈還田處理增加18.16%，差異顯著[15]。王喜艷等通過田間試驗，研究了深層秸稈還田對0～40 cm土層土壤肥力和玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，玉米秸稈深層還田不僅有利于改善土壤的理化性質(zhì)，培肥土壤，而且還能提高玉米產(chǎn)量[16]。但是部分學(xué)者認(rèn)為秸稈還田會降低作物出苗率，增加病蟲害，影響作物生長發(fā)育。韓賓等研究表明，免耕秸稈覆蓋處理2年，冬小麥出苗率均在60%左右[17]。李少昆等研究表明，玉米秸稈還田后小麥出苗率均有不同程度下降，幼苗的整齊度降低[18]。籍增順等進(jìn)行田間試驗發(fā)現(xiàn)，免耕秸稈覆蓋還田能夠使玉米螟等害蟲安全過冬，安全越冬率達(dá)93.8%；并且增加了地老虎、金針蟲等地下害蟲的數(shù)量，使這些害蟲的危害率升高，并且隨秸稈免耕覆蓋還田年限的延長而升高[19]。本研究結(jié)果顯示，種還分離模式下R1、R2處理的玉米根系體積相較未秸稈還田處理分別增加10.98%、11.95%，但各處理間差異不顯著；還田處理的根干質(zhì)量較未秸稈還田處理增幅明顯，R1、R2分別增加27.24%、25.47%，說明種還分離模式下進(jìn)行秸稈還田對玉米的根系生長有一定的促進(jìn)作用。與常規(guī)種植相比，CK、R1、R2處理玉米產(chǎn)量分別增加6.36%、490%、3.07%，但差異不顯著。說明種還分離模式下進(jìn)行秸稈還田并未造成玉米產(chǎn)量的降低，反而有所增加，但隨著秸稈還田量的增加，玉米產(chǎn)量有所下降，這可能是由于秸稈含量過多無法完全腐解，部分秸稈在耕作過程中覆蓋在了玉米種植區(qū)，從而影響了玉米產(chǎn)量。

4結(jié)論

種還分離模式能增加土壤有機(jī)碳和腐殖質(zhì)各組分碳含量，并且隨著秸稈添加量的增加而增加，土壤過氧化氫酶、脲酶以及蔗糖酶活性也得到提高。R1和R2處理的玉米根系體積和根干質(zhì)量相較未秸稈還田處理分別增加了10.98%、11.95% 和27.24%、25.47%，說明種還分離模式對玉米根系生長有一定的促進(jìn)作用。與常規(guī)種植相比，CK、R1、R2處理玉米產(chǎn)量分別增加了6.36%、4.90%、3.07%，說明種還分離模式下進(jìn)行秸稈還田并未對玉米生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響，相對提高了玉米產(chǎn)量。

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