王秋菊，姜 宇，周 鑫，米 剛，劉 鑫，李婧陽，劉 峰，中本和夫，黃丹萍

豆麥輪作區(qū)麥秸長期還田對作物產(chǎn)量及土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

王秋菊1,2，姜 宇3,4※，周 鑫3，米 剛3，劉 鑫1,2，李婧陽1,2，劉 峰1，中本和夫5，黃丹萍6

（1. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所，哈爾濱 150086；2. 黑龍江省土壤環(huán)境與植物營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150086；3. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黑河分院，黑河 164300；4. 國家農(nóng)業(yè)科學(xué)土壤質(zhì)量愛輝觀測實(shí)驗(yàn)站，黑河 164300；5. 國際農(nóng)林水產(chǎn)研究中心，日本筑波 3058686；6. 黑龍江省哈爾濱市政府，哈爾濱 150086）

麥稈還田對作物產(chǎn)量影響以及秸稈還田如何施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者極為關(guān)注的問題，為了明確豆麥輪作麥稈長期還田對作物產(chǎn)量及對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，該文依托黑河市長期定位實(shí)驗(yàn)站，采用裂區(qū)試驗(yàn)方法，主處理為秸稈還田與不還田處理，副處理為低、中、高不同施肥水平，試驗(yàn)于1980年開始，輪作模式先后為麥-豆-麥和麥-豆輪作模式，通過連續(xù)38 a（1980—2018年）調(diào)查，探明麥豆輪作條件下麥秸還田及不同施肥水平對作物產(chǎn)量影響。結(jié)果得出：麥秸還田后種植大豆、小麥，多年產(chǎn)量與不還田比差異不顯著（>0.05）；連續(xù)施肥效果，大豆中肥區(qū)比低肥區(qū)增產(chǎn)7.42%～10.81%，達(dá)到差異顯著水平，小麥高肥區(qū)比低肥區(qū)增產(chǎn)14.52%～19.33%，差異極顯著（<0.01）；麥秸還田大豆增產(chǎn)效果，還田前期（1～6 季）大豆平均產(chǎn)量比不還田增產(chǎn)5.91%，后期（7～16季）平均增產(chǎn)7.52%，麥秸還田小麥增產(chǎn)效果，還田前期（1～5季）和后期（6～16季）平均增產(chǎn)0.31%、0.22%，后期增產(chǎn)頻率高；麥稈隔年還田顯著增加速效鉀含量，施肥可以有效增加土壤碳、氮、磷含量，但長期高肥易導(dǎo)致土壤酸化。

土壤；秸稈；輪作；秸稈還田；大豆；小麥；施肥；產(chǎn)量；化學(xué)性質(zhì)

0 引 言

秸稈還田是土壤培肥地力的主要途徑[1-3]。多年來，有關(guān)秸稈還田培肥地力的研究較多，麥稈還田也是培肥地力的主要物料之一，關(guān)于麥稈還田研究較多集中在玉-麥輪作區(qū)和水旱輪作區(qū)，郭靜等[4]研究認(rèn)為在砂姜黑土上，玉-輪作過程中，麥秸深耕還田效果好，提高出苗率和玉米產(chǎn)量；朱敏[5]認(rèn)為麥稈還田與不還田比作物出苗率降低，對土壤碳庫有提高作用。熊瑞恒等[6]、董明輝等[7-8]分別研究了稻-麥輪作區(qū)麥稈還田對后作水稻生長發(fā)育影響，認(rèn)為麥秸還田導(dǎo)致水稻生育前期SPAD、分蘗降低、干物質(zhì)累積量減少，但后期則表現(xiàn)SPAD、干物質(zhì)累積速率和穎花分化數(shù)增加，并據(jù)此提出氮素調(diào)控技術(shù)。從對土壤養(yǎng)分影響來看，徐蔣來[9]通過3年6季田間定位試驗(yàn)得出，在稻麥輪作區(qū)，麥稈還田可提高土壤全氮、全磷、全鉀；顧克軍等[10]通過2 a試驗(yàn)也得出同樣結(jié)論。王春虎等[11]在玉米-小麥輪作過程中得出麥稈還田可以使土壤養(yǎng)分提高。不同地區(qū)氣候條件有差異，在稻-麥輪作區(qū)和玉-麥輪作區(qū)，種植結(jié)構(gòu)一年兩季或兩年三季，秸稈還田對土壤養(yǎng)分的影響較為一致。在其他地區(qū)，麥秸還田對作物產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分影響與之是否一致仍需探查。

黑龍江省地處中國高緯度地區(qū)，氣候條件極為特殊，冬季寒冷干燥，冰凍期5個月，最低氣溫一般-20 ℃左右，有些地區(qū)達(dá)到-40 ℃，夏季時間短，雨熱同季。種植作物一年一季，作物生長期5月至10月，適合水稻、玉米、大豆及小麥等作物生長。黑龍江省曾經(jīng)是中國著名的春小麥產(chǎn)區(qū)，近20年來，受種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，小麥種植區(qū)域和面積不斷萎縮，由1997年的107.3萬hm2下降到2017年的11.3萬hm2 [12]，并集中分布在黑河、大興安嶺等冷涼區(qū)域，種植模式以麥-麥-豆、麥-豆輪作為主。有關(guān)麥稈還田對作物生長、及對土壤養(yǎng)分變化方面的研究較少。張振江[13]認(rèn)為麥稈還田第1年有減產(chǎn)現(xiàn)象，之后逐漸增產(chǎn)；早期，崔喜安[14-15]等研究認(rèn)為，與不施肥、秸稈不還田相比較，長期麥秸還田與化肥配合施用對于提高土壤有機(jī)質(zhì)、氮素肥力水平、增加大豆產(chǎn)量有一定作用。但麥秸長期還田對后茬不同作物產(chǎn)量的影響以及對土壤地力變化仍缺乏系統(tǒng)調(diào)查與研究。在中國目前的生產(chǎn)條件下，秸稈還田已不是單純的技術(shù)問題，還田的效果不僅與溫度、降水等氣象要素相關(guān)[16-17]，還與秸稈的綜合利用能力、人工投入增加能力、生產(chǎn)力水平以及直接的增產(chǎn)效果密切相關(guān)。因此必須要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、輪作制度、施肥管理水平等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，明確秸稈還田效果，提出與之相適應(yīng)的技術(shù)對策，才能達(dá)到趨利避害[18]。本文通過匯總分析黑河市長期定位試驗(yàn)站麥-豆輪作條件下麥秸長期還田作物產(chǎn)量、土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，研究麥秸還田下不同施肥水平對后茬小麥、大豆產(chǎn)量以及對土壤肥力因素的影響，明確麥秸還田的長期效果，以期為麥-豆輪作生產(chǎn)區(qū)提出相應(yīng)的施肥管理對策，為生產(chǎn)實(shí)際提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省北部黑河市西郊黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黑河分院長期定位實(shí)驗(yàn)站（50°15'N，127°27''E），氣候類型為寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候[19]，年均氣溫為-2.0～1.0 ℃，有效積溫2 100～2 300 ℃，無霜期100～110 d，年平均降雨510 mm，5－9月為作物生育期，日照充足，降水集中。試驗(yàn)期間氣象數(shù)據(jù)來源于黑河市氣象局，5－9月平均氣溫和降水如圖 1所示，降水量年際間波動大，干旱年不足300 mm，豐水年最多超過700 mm。

圖1 多年氣溫和降水量記錄

供試土壤：試驗(yàn)地為高階臺地，土壤類型為草甸暗棕壤，土質(zhì)粘重，排水不良。試驗(yàn)地基礎(chǔ)地力較高：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)40.20 g/kg、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.23 g/kg、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.66 g/kg、堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)55.90 mg/kg、速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.10 mg/kg、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)56.00 mg/kg、pH值6.12（1980年）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計，共設(shè)6個處理：主區(qū)設(shè)麥秸還田（S）區(qū)和不還田（CK）區(qū)2個處理，副區(qū)設(shè)計低肥區(qū)、中肥區(qū)和高肥區(qū)3個處理。其中麥秸還田區(qū)將收獲的麥稈搬出試驗(yàn)區(qū)外，粉碎成<10 cm片段后，按3 000 kg/hm2均勻散布到試驗(yàn)區(qū)地表；不還田區(qū)將麥秸稈全部搬出試驗(yàn)區(qū)，之后用鏵式犁翻18～22 cm，耙地2次，達(dá)到地表平整。輪作區(qū)大豆秸稈不還田。主區(qū)面積為每區(qū)650 m2（含臨時步道），副區(qū)面積210 m2（10根壟，壟寬0.7 m，長30 m）。

小麥、大豆施肥量一致，每季低肥區(qū)施肥量為：N 37.5 kg/hm2、P2O537.5 kg/hm2，中肥區(qū)施肥量為低肥區(qū)2倍（N75.0 kg/hm2、P2O575.0 kg/hm2），高肥區(qū)施肥量為低肥區(qū)4倍（N 150.0 kg/hm2、P2O5150.0 kg/hm2）。肥料種類：氮肥品種為大慶產(chǎn)尿素（含N46%），磷肥品種為美國產(chǎn)磷酸二銨（含N18%，含P2O546%），上述肥料作為種肥一次性施入。

1.3 輪作方式及種植概要

種植制度：試驗(yàn)于1979年秋處理，前茬小麥。1980年種植小麥，1980—2002年按麥-麥-豆三區(qū)輪作，2003—2018年為麥-豆兩區(qū)輪作。小麥品種：1980—1983年為克豐2號，1985開始改種為新克旱9，2000—2018年為克豐10號；大豆品種：1981—1996為黑河9號；1999年開始改為黑河38號，2002年開始改為黑河38號，2008—2018年為黑河43號。其中麥茬種植大豆為16 a，收獲測產(chǎn)15 a（1996年未測產(chǎn)）；豆茬種植小麥（豆-麥）為15 a。每年小麥播種時間為4月5日至4月10日之間，大豆播種時間為5月1日至5月10日之間。

1.4 作物產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分調(diào)查

產(chǎn)量測產(chǎn)方法：作物成熟后，人工割去邊行后機(jī)械實(shí)收測產(chǎn)，每區(qū)實(shí)收面積170 m2，自然干燥后稱質(zhì)量并折成單位面積產(chǎn)量。

土壤養(yǎng)分調(diào)查項(xiàng)目與方法：于每年秋季作物收獲前取土樣品，按照隨機(jī)多點(diǎn)取樣，混合后按照四分法留取500 g土壤混合樣品，風(fēng)干后粉碎過1和2 mm篩，備用。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮用凱氏定氮法測定；堿解氮用擴(kuò)散吸收法測定；全磷用HF-硝酸混合消煮，鉬銻藍(lán)比色法測定；速效磷測定采用碳酸氫鈉提取、鉬銻藍(lán)比色法測定；全鉀用HF-硝酸混合消煮，原子吸收分光光度法測定；速效鉀用鹽酸浸提火焰光度法測定，土壤pH值采用PHS-3G型號測定儀測定[20]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel軟件、DPS 6.85軟件、Graphpad prism7軟件整理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并作圖。按照裂區(qū)分析方法將主區(qū)處理和副區(qū)處理和兩個處理交互作用進(jìn)行方差分析及LSD方差分析，值小于0.05水平表示處理間差異顯著，值小于0.01水平表示處理間差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥秸還田對后作產(chǎn)量影響

大豆、小麥多年產(chǎn)量統(tǒng)計結(jié)果如表1所示，主處理麥秸還田后種植大豆比不還田對照平均增產(chǎn)5.27%；翌年種植小麥，產(chǎn)量基本與對照持平，處理間差異均不顯著。副處理不同施肥水平比較，大豆中肥區(qū)比低肥區(qū)平均增產(chǎn)9.07%，高肥區(qū)比低肥區(qū)增產(chǎn)7.28%，差異顯著；小麥中肥區(qū)比低肥區(qū)平均增產(chǎn)8.31%，高肥區(qū)比低肥區(qū)增產(chǎn)16.92%，差異極顯著。

表1 麥秸還田、施肥量對作物產(chǎn)量的影響

注：不同大小寫字母分別表示處理間在0.01、0.05水平上差異顯著，下同。

Note:Different upper andlower case letters means significant difference at 0.01, 0.05 level, the same as below.

麥稈還田和不還田條件下施肥對作物產(chǎn)量統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。首先，小麥茬種植大豆，中肥區(qū)比低肥區(qū)大豆增產(chǎn)7.42%～10.81%，差異顯著；但高肥區(qū)與中肥區(qū)產(chǎn)量差異不顯著。其次，豆茬種植小麥，施肥量越高則增產(chǎn)幅度越大，高肥區(qū)比低肥區(qū)小麥增產(chǎn)14.52%～19.33%，達(dá)到極顯著水平。分析結(jié)果表明，麥秸還田與施肥交互作用不顯著，見表3。

表2 施肥對作物產(chǎn)量影響

表3 方差分析表

2.2 麥秸還田對后作大豆產(chǎn)量影響

圖2展示了不同施肥條件下麥秸還田區(qū)與不還田區(qū)大豆產(chǎn)量變化。由于試驗(yàn)期間施肥量始終保持不變，栽培的作物品種也保持相對穩(wěn)定，因此可以認(rèn)為不同年份之間大豆產(chǎn)量變化是氣候條件變化所引起的。結(jié)合圖1看出，大豆單產(chǎn)低的1981、1984、1993、1999、2008、2012年均屬于典型的低溫或豐水年，由此看出大豆生育期間低溫和澇災(zāi)是造成當(dāng)?shù)卮蠖箚萎a(chǎn)不穩(wěn)定的重要因素。

注：相對產(chǎn)量指秸稈還田與不還田作物產(chǎn)量比，下同。

按照前田乾一等提出的麥秸連續(xù)還田1～6季為氮素負(fù)效應(yīng)，第6季以后為正效應(yīng)的研究結(jié)論[21-22]，進(jìn)一步將試驗(yàn)劃分為前期（1～6季）和后期（7～16）兩個階段進(jìn)行分別統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果表明，麥秸還田與不還田對照比麥秸還田前期大豆平均增產(chǎn)5.91%，其中低肥區(qū)增產(chǎn)4.40%，中肥區(qū)增產(chǎn)1.29%，高肥區(qū)增產(chǎn)12.21%；后期平均增產(chǎn)7.52%，低、中、高肥區(qū)分別增產(chǎn)7.33%、5.39%和9.93%。從增產(chǎn)年頻率看，前期增產(chǎn)年頻率為40%～80%，后期為70%～80%，后期高于前期?？傊?，麥秸還田后種大豆，大豆增產(chǎn)年頻率、增產(chǎn)率、均表現(xiàn)為后期高于前期。

2.3 麥秸還田對隔年小麥產(chǎn)量影響

麥秸還田與不還田對照比，麥秸還田前期（1～5季）平均增產(chǎn)0.31%，其中低肥區(qū)增產(chǎn)6.63%，中肥區(qū)減產(chǎn)16.56%，高肥區(qū)增產(chǎn)10.89%；后期（6～15季）平均增產(chǎn)0.22%，低、中、高肥區(qū)分別減產(chǎn)2.73%、增產(chǎn)0.49%和增產(chǎn)7.18%（圖3），由此看出，麥秸還田下適當(dāng)增施化肥是保證小麥高產(chǎn)的必要條件。從增產(chǎn)年頻率看，前期增產(chǎn)年頻率平均43.33%，后期為53.33%，后期略高于前期。總之，增產(chǎn)年頻率、增產(chǎn)率、均表現(xiàn)為后期高于前期。試驗(yàn)后期高肥區(qū)常出現(xiàn)倒伏，也是導(dǎo)致產(chǎn)量波動的重要因素。此外，結(jié)合圖1還可以看出，小麥單產(chǎn)低的1985、1988、1994、2000、2003、2005、2013年中，既有干旱年、也有豐水年，也有高溫年，由此看干旱、澇災(zāi)和高溫都是影響該區(qū)域小麥生育產(chǎn)量的重要因素。

圖3 麥秸還田對小麥產(chǎn)量影響

2.4 麥秸還田對土壤化學(xué)性質(zhì)影響

從表4看出，豆麥輪作條件下麥秸還田對土壤有機(jī)碳、氮、磷、pH影響不明顯，但是提高土壤速效鉀效果極顯著。施肥對土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、土壤pH值有均一定影響，土壤有機(jī)碳和全氮，高肥區(qū)>中肥區(qū)>低肥區(qū)，中、高肥區(qū)與低肥區(qū)比差異極顯著；土壤全磷、有效磷，高肥區(qū)>中肥區(qū)>低肥區(qū)，處理間差異極顯著；土壤pH值，高肥區(qū)<中肥區(qū)<低肥區(qū)，處理間差異極顯著，長期施肥導(dǎo)致土壤pH值降低。

圖4反映了不同處理對土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀和pH值等化學(xué)性質(zhì)影響。從圖看出，長期施氮磷肥對土壤有機(jī)碳、全量氮、磷，堿解氮、速效磷均有明顯影響，其含量并隨施肥量增加呈顯著增加（圖4），說明長期施化肥導(dǎo)致土壤養(yǎng)分積累；土壤pH值則隨施肥量增加而降低，而麥秸還田對上述土壤化學(xué)性質(zhì)的影響不明顯，但對于提高土壤速效鉀含量有顯著影響。

表4 麥秸還田與施肥量對土壤化學(xué)性質(zhì)影響

注：NP、2NP、4NP分別表示秸稈不還田條件下低肥、中肥和高肥處理，S+NP、S+2NP、S+4NP分別表示秸稈還田條件下低肥、中肥和高肥處理。

3 討 論

關(guān)于麥稈還田對后茬作物產(chǎn)量影響，不同研究者分歧很大，有研究認(rèn)為麥秸還田可以增加土壤肥力[23-24]，提高后茬作物產(chǎn)量[25-27]，也有研究認(rèn)為麥稈還田降低后作產(chǎn)量[28-29]。該文通過匯總近40年大豆和小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)，總體看長期麥秸還田對大豆、小麥產(chǎn)量影響不顯著。按照前田乾一[21-22]等提出的麥秸連續(xù)還田1～6季為氮素負(fù)效應(yīng)，第6季以后為正效應(yīng)的研究結(jié)論，進(jìn)一步將試驗(yàn)劃分為前期（1～6季）和后期（7～16）兩個階段進(jìn)行分別統(tǒng)計，麥秸還田大豆的增產(chǎn)效果后期大于前期，且后期增產(chǎn)年頻率也有增加趨勢；小麥前期、后期產(chǎn)量均與對照持平，但增產(chǎn)年頻率增加。由此看出，長期堅持麥秸還田不僅有一定增產(chǎn)效果，對于增加穩(wěn)產(chǎn)機(jī)制也具有重要意義。

不同作物增產(chǎn)結(jié)果，大豆優(yōu)于小麥。高C/N麥秸施入土壤后導(dǎo)致土壤無機(jī)氮含量下降，造成作物苗期缺氮[30]，這也是增是小麥?zhǔn)┑试霎a(chǎn)的重要因素。大豆和小麥的生理特點(diǎn)不同，大豆的根瘤可直接利用空氣中的氮素，土壤速效氮被脅迫下反而能刺激大豆根瘤的生長，提高根瘤固氮效率[31-34]，此外，麥秸還田改善了土壤通氣性，也為大豆根瘤生長提供了良好的土壤環(huán)境[35]。反觀小麥，則屬于氮素敏感的作物，一旦氮素供應(yīng)不足就會明顯減產(chǎn)。高肥區(qū)小麥之所以能獲得明顯的增產(chǎn)，主要是由于施肥提高了土壤供氮水平，緩解了麥秸還田導(dǎo)致的土壤無機(jī)氮缺乏。

本試驗(yàn)自1980—2018年，歷經(jīng)39 a，1979—2001年為麥-麥-豆3區(qū)輪作，3 a還田2次，年平均還田量為正常量的2/3；2002—2017年麥-豆輪作，2a還田1次，平均年還田量僅為正常量的1/2。由于秸稈還田量少，可能是造成本研究結(jié)果與以往研究認(rèn)為的秸稈還田可以明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的研究結(jié)果不一致的主要原因[9-11]。此外，前蘇聯(lián)學(xué)者科諾諾娃認(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)是指那些除去新鮮、分解不充分的動植物殘體部分的腐殖物質(zhì)[36]，而有機(jī)物含量在某種意義上決定土壤氮磷鉀水平；筒木潔認(rèn)為土壤中有機(jī)物質(zhì)95%以上屬于非活體有機(jī)物，其中50%為腐殖質(zhì)，30%為非腐殖質(zhì)，還有20%為粗大有機(jī)物[37]。在化學(xué)分析實(shí)踐中，剔除土壤樣品中的粗大有機(jī)物、非腐殖質(zhì)只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷，這可能是不同研究者之間主要的數(shù)據(jù)差異來源。

據(jù)研究，麥秸中含氮為4～5.5 g/kg、含磷0.6～0.8 g/kg，含鉀量約為10～14 g/kg，麥秸還田后可以迅速釋放出30～42 kg/hm2有效鉀，這可能是麥秸還田區(qū)土壤有效鉀含量增加的重要原因[38-39]。此外，研究結(jié)果中增施化肥區(qū)土壤有機(jī)碳、氮、磷含量均有一定增加，可能與增加施肥促進(jìn)了作物根系生長旺盛有關(guān)[40-41]。

4 結(jié) 論

在長期豆麥輪作條件下進(jìn)行試驗(yàn)，通過38 a連續(xù)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：

1）麥秸還田區(qū)大豆平均增產(chǎn)5.27%，小麥與對照持平，處理間差異均不顯著。麥秸還田前期大豆平均增產(chǎn)5.91%，后期增產(chǎn)7.52%，增產(chǎn)年頻率后期高于前期；小麥前期平均增產(chǎn)0.31%，后期平均增產(chǎn)0.22%，增產(chǎn)年頻率后期高于前期。

2）連續(xù)施用氮磷化肥，大豆中肥區(qū)比低肥區(qū)增產(chǎn)7.42%～10.81%，差異顯著，高肥區(qū)增產(chǎn)不顯著；小麥?zhǔn)┓柿吭礁邉t增產(chǎn)幅度越大，高肥區(qū)比低肥區(qū)小麥增產(chǎn)14.52%～19.33%，差異極顯著。

3）豆麥輪作條件下麥秸隔年還田對土壤有機(jī)碳、氮、磷影響不明顯，但提高土壤速效鉀效果顯著；長期高量施肥有利于土壤有機(jī)碳、氮、磷積累同時，降低土壤pH值。

[1] Wang Xiaojuan, Jia Zhikuan, Liang Lianyou, et al. Changes in soil characteristics and maize yield under straw returning system in dryland farming[J]. Field Crops Research, 2018, 218: 11－17.

[2] Zhao Shicheng, He Ping, Qiu Shaojun, et al. Long-term effects of potassium fertilization and straw return on soil potassium levels and crop yields in north-central China[J]. Field Crops Research, 2014, 169: 116－122.

[3] Liu Enke, Yan Changrong, Mei Xurong, et al. Long-term effect of chemical fertilizer, straw, and manure on soil chemical and biological properties in northwest China[J]. Geoderma, 2010, 158: 173－180.

[4] 郭靜，周可金. 麥秸還田量和還田方式對砂姜黑土地玉米播種出苗質(zhì)量及光合的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，29(5)：717－721. Guo Jing, Zhou Kejin. Effects of returning amount and way of wheat straw on maize planting and seedling quality and photosynthetic parameters in lime concretion black soil field[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2017, 29(5): 717－721. (in Chinese with English abstract)

[5] 朱敏. 麥秸還田方式對川中丘陵紫土物理性狀、碳庫及玉米生長的影響[D]. 雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017. Zhu Min. Effect of Straw Returning Manner on Physical Characteristics of Purple Soil, Carbon Pool and Corn Growth in the Middle Hill of Sichuan[D]. Ya’an: Sichuan Agriculture University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[6] 熊瑞恒，杭玉浩，王強(qiáng)盛，等. 麥秸還田配施基蘗氮肥提高機(jī)插超級粳稻分蘗成穗及產(chǎn)量[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(18)：136－146. Xiong Ruiheng, Hang Yuhao, Wang Qiangsheng, et al. Wheat straw returned combined with nitrogen as base fertilizers and topdressing at tiller stage improving the tiller emergency, earbearing traits and yield for machine-transplanted superrice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(18): 136－146. (in Chinese with English abstract)

[7] 董明輝，顧俊榮，陳培峰，等. 麥秸還田與氮肥互作對大穗型雜交粳稻不同部位枝梗和穎花形成的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48(22)：4437－4449. Dong Minghui, Gu Junrong, Chen Peifeng, et al. Effects of interaction of wheat straw residue with field and nitrogen applications on branches and spikelets formation at different positions in large panicle hybrid Rice[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(22): 4437－4449. (in Chinese with English abstract)

[8] 董明輝，陳培峰，顧俊榮，等. 麥秸還田和氮肥運(yùn)籌對超級雜交稻莖鞘物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)與籽粒灌漿特性的影響[J]. 作物學(xué)報，2013，39(4)：673－681. Dong Minghui, Chen Peifeng, Gu Junrong, et al. Effects of wheat straw-residue applied to field and nitrogen management on photosynthate transportation of stem and sheath and grain-filling characteristics in super hybrid rice[J]. Acta Agronmica Sinica, 2013, 39(4): 673－681. (in Chinese with English abstract)

[9] 徐蔣來. 連續(xù)秸稈還田對稻麥輪作農(nóng)田土壤養(yǎng)分、微生物活性及碳庫的影響[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016. Xu Jianglai. Effect of Continuous Straw Return on Soil Nutrients, Soil Microbial Activity and Carbon Pool in A Rice-wheat[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[10] 顧克軍，張傳輝，顧東祥，等. 短期不同秸稈還田與耕作方式對土壤養(yǎng)分與稻麥周年產(chǎn)量的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，30(6)：1408－1413. Gu Kejun, Zhang Chuanhui, Gu Dongxiang, et al. Effects of different straw returning and tillage methods on annual yield and soil nutrients under rice-wheat rotation system in short-term[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2017, 30(6): 1408－1413. (in Chinese with English abstract)

[11] 王春虎，楊文平. 麥秸還田對夏玉米土壤養(yǎng)分變化的影響研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(7)：85－87. Wang Chunhu, Yang Wenping. Impact studies of wheat straw return to summer corn farmland on the soil nutrient mutative effect[J]. Guangdong Agricultural Scinces, 2011(7): 85－87. (in Chinese with English abstract)

[12] 黑龍江統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局黑龍江調(diào)查總隊(duì)編. 黑龍江省統(tǒng)計年鑒[M]. 北京：中國統(tǒng)計出版社，2017.

[13] 張振江. 長期麥稈直接還田對作物產(chǎn)量與土壤肥力的影響[J]. 土壤通報，1998，29(4)：154－155.

[14] 崔喜安，仇建飛，竇森. 長期定位施肥對暗棕壤肥力和作物產(chǎn)量的影響[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，33(5)：545－550. Cui Xi;an, Qiu Jianfei, Dou Sen. Effects of long-time fertilization on crop yield and soil nutrients of dark brown earth[J]. Journal of Jilin Agricultural University, 2011, 33(5): 545－550. (in Chinese with English abstract)

[15] 崔喜安，姜宇，米剛，等. 長期麥秸還田對暗棕壤土壤肥力和大豆產(chǎn)量的影響[J]. 大豆科學(xué)，2011，30(6)：976－978. Cui Xian, Jiang Yu, Mi Gang, et al. Effect of long-term application of wheat straw on fertility of dark brown soil and yield of soybean[J]. Soybean Science, 2011, 30(6): 976－978. (in Chinese with English abstract)

[16] 沈?qū)W善. 砂姜黑土區(qū)小麥玉米一年兩熟秸稈全量還田對夏玉米生育及產(chǎn)量影響研究[D]. 合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010. Shen Xueshan. Effects of Straw Returned to the Field on Growth and Yield of Summer Maize in Lime Concretion Black Soil Region with Wheat-maize Rotation Pattern[D]. Hefei: Anhui Agricultural University, 2010. (in Chinese with English abstract)

[17] 王幸，邢興華，徐澤俊，等. 耕作方式和秸稈還田對黃淮海夏大豆產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響[J]. 中國油料作物學(xué)報，2017，39(6)：834－841. Wang Xing, Xing Xinghua, Xu Zejun, et al. Effects of tillage and straw returning on soybean yield and soil physicochemical properties in Yellow-Huai-Hai Rivers Valley[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2017, 39(6): 834－841. (in Chinese with English abstract)

[18] Xu Xu, Pang Dangwei, Chen Jin, et al. Straw return accompany with low nitrogen moderately promoted deep root[J]. Field Crops Research, 2018, 221: 71－80.

[19] 黑龍江省土地管理局，黑龍江省土壤普查辦公室編. 黑龍江土壤[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1992.

[20] 葉喜文，馬德全. 測土配方施肥技術(shù)手冊[M]. 哈爾濱：哈爾濱地圖出版社，2008.

[21] 前田乾一. 鬼鞍豊：圃場における有機(jī)物の分解率の測定法[J]. 日本土壌肥料學(xué)會雑誌，1977，48：117－134.

[22] 西尾道徳. 堆肥·有機(jī)質(zhì)肥料の基礎(chǔ)知識[M]. 東京：農(nóng)山漁村文化協(xié)會，2007.

[23] 徐國偉，段驊，王志琴，等. 麥秸還田對土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42(3)：934－942. Xu Guowei, Duan Hua, Wang Zhiqin, et al. Effect of wheat-residue application on physical and chemical characters and enzymatic activities in soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(3): 934－942. (in Chinese with English abstract)

[24] 王保君，王偉，胡乃娟，等. 麥秸還田下水氮管理對稻田土壤養(yǎng)分、酶活性及碳庫的短期影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報，2016，30(5)：957－964. Wang Baojun, Wang Wei, Hu Naijuan, et al. Short-term effect of different water and nitrogen managements on paddy soil nutrient, enzyme activity and carbon pool under wheat straw-returning fields[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2016, 30(5): 957－964. (in Chinese with English abstract)

[25] 劉單卿. 麥秸還田對土壤氮素轉(zhuǎn)化及玉米產(chǎn)量的影響[D]. 鄭州：鄭州大學(xué)，2018. Liu Danqing. Decomposition Process of Wheat Straw and Effect of the Process on Soil Nitrogen Cycle and Summer Maize Yield with Different Ways of Returning Field[D]. Zhengzhou: Zhengzhou University, 2018. (in Chinese with English abstract)

[26] Zhao Xinlin, Wang Huoyuan, Lu Dianjun, et al. The effects of straw return on potassium fertilization rate and time in the rice–wheat rotation[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 2019, 176－182.

[27] 常勇，黃忠勤，周興根，等. 不同麥秸還田量對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46(20)：47－51. Huang Yong, Huang Zhongqin, Zhou Xinggen, et al. Effects of different amount of wheat straw on growth, yield and quality of rice[J]. Jiangsu Agricultural Science, 2018, 46(20): 47－51. (in Chinese with English abstract)

[28] Huang Xianlei, Cheng Leilei, Hsiaoping Chien, et al. Sustainability of returning wheat straw to field in Hebei, Shandong and Jiangsu provinces: A contingent valuation method[J]. Journal of Cleaner Production, 2019, 213: 1290－1298.

[29] 孟慶立，王國興，師亞琴，等. ４種麥秸還田/玉米播種模式比較[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2019，28(5)：1－5. Meng Qingli, Wang Guoxing, Shi Yaqin, et al. Comparative study on four wheat straw returning/maize seeding patterns[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2019, 28(5): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[30] Li Rongfu, Ruan Xiaohong, Bai Ying, et al. Effect of wheat-maize straw return on the fate of nitrate in groundwater in the Huaihe River Basin, China[J]. Science of the Total Environment, 2017, 592: 78－85.

[31] 張學(xué)林，周亞男，李曉立，等. 氮肥對室內(nèi)和大田條件下作物秸稈分解和養(yǎng)分釋放的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52(10)：85－99. Zhang Xuelin, Zhou Yanan, Li Xiaoli, et al. Effects of nitrogen fertilizer on crop residue decomposition and nutrient release under lab incubation and field conditions[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(10): 85－99. (in Chinese with English abstract)

[32] Gabriel Santachiara, Fernando Salvagiotti, José L Rotundo. Nutritional and environmental effects on biological nitrogen fixation in soybean: A meta-analysis[J]. Field Crops Research, 2019, 240: 106－115.

[33] Yamashita Natsumi, Tanabata Sayuri, Ohtake Norikuni, et al. Effects of different chemical forms of nitrogen on the quick and reversible inhibition of soybean nodule growth and nitrogen fixation activity[J]. Frontiers in plant science, 2019, 131: doi: 10. 3389/fpls. 2019. 00131.

[34] 董守坤，劉麗君，孫聰姝，等. 利用15N標(biāo)記研究氮素水平對大豆根瘤生長的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2011，17(4)：985－988. Dong Shoukun, Liu Lijun, Sun Congshu, et al. Effects of nitrogen levels on nodule growth of soybean using15N tracing method[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(4): 985－988. (in Chinese with English abstract)

[35] 有原丈二. ダイズ安定多収の革新技術(shù)[M]. 東京：農(nóng)山漁村文化協(xié)會，2000.

[36] コノノワM. M（菅野一郎訳）. 土壌有機(jī)物質(zhì)[M]. 東京：農(nóng)山漁村文化協(xié)會，1964.

[37] 筒木潔. 土壌生化學(xué)[M]. 土壌有機(jī)物質(zhì)の特性と生成過程[M]. 東京：朝倉書店，1994.

[38] 張磊，張維樂，魯劍巍，等. 秸稈還田條件下不同供鉀能力土壤水稻、油菜、小麥鉀肥減量研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50(19)：3745－3756. Zhang Lei, Zhang Weile, Lu Jianwei, et al. Study of optimum potassium reducing rate of rice, wheat and oil seed rape under different soil K supply levels with straw incorporation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(19): 3745－3756. (in Chinese with English abstract)

[39] 劉冬碧，夏賢格，范先鵬，等. 長期秸稈還田對水稻－小麥輪作制作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，56(24)：4731－4736. Liu Dongbi, Xia Xiange, Fan Xianpeng, et al. Effect of long-term application of straw to soil on crop yield and nutrients absorption in rice-wheat rotation system[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2017, 56(24): 4731－4736. (in Chinese with English abstract)

[40] 彭顯龍，王偉，周娜，等. 基于農(nóng)戶施肥和土壤肥力的黑龍江水稻減肥潛力分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52(12)：2092－2100. Peng Xianlong, Wang Wei, Zhou Na, et al. Analysis of fertilizer application and its reduction potential in paddy fields of Heilongjiang province[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(12): 2092－2100. (in Chinese with English abstract)

[41] 付海美. 東北黑土區(qū)氮肥利用率與土壤肥力水平的定量關(guān)系及機(jī)制[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2019. Fu Haimei. Quantitative Relationship and Its Mechanism of Nitrogen Use Efficiency and Soil Fertility in Black Soil Region of Northeast China[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2019. (in Chinese with English abstract)

Effects of long-term wheat straw returned to field on crop yield and soil chemical properties in soybean-wheat rotation areas

Wang Qiuju1,2, Jiang Yu3,4※, Zhou Xin3, Mi Gang3, Liu Xin1,2, Li Jingyang1,2, Liu Feng1, Zhongben Hefu5, Huang Danping6

(1.1500862.1500863.1643004.164300; 5.3058686,; 6.150086,)

Wheat straw returning is one of the main ways to improve soil fertility. Long-term straw returned to field combined with chemical fertilizer can maintain soil fertility. It should be combined with crop rotation system and fertilization management to maximize advantages and avoid disadvantages. The impact of straw returned to field on crop yield and how to fertilize when straw returning are the issues of great concern to agricultural producers. In order to clarify the effect of long-term straw returned to field in wheat-bean rotation on crop yield and soil nutrient, this paper conducted the experiments in the long-term positioning experimental station in Heihe district of Heilongjiang province, and adopted split-plot test method. The main treatment was straw returning to field and non-returning to field, secondary treatment was different fertilization for low, medium and high level. The experiment started in 1980 with wheat-soybean-wheat and wheat-soybean rotation models. The effects of wheat straw returning to field and different fertilization levels on crop yield under wheat-soybean rotation conditions were investigated for 38 consecutive years (1980-2018). The results showed that there was no significant difference in years of yield of wheat, soybean or wheat planted every other year after wheat straw returning. The medium-fertilizer was 7.42%-10.81% higher than that of low-fertilizer area on soybean with continuous fertilization, achieved significant difference level. The yield of wheat increased by 14.52%-19.33% in high-fertilizer area compared with low-fertilizer area. The effect of wheat straw returning on soybean yield was 5.91% higher than that of non-returning in the early stage (1-6 season) and 7.52% higher in the late stage (7-16 season). The yield of wheat increased by 0.31% and 0.22% in early stage (1-5 seasons) and late stage (6-16 seasons) compared with non-returning to field. Generally speaking, after wheat straw returning to the field, the frequency of crop yield reduction in the early stage is high, while the frequency of yield increase in the later stage is high. In Heihe area, the long-term application of wheat straw to field had no significant effect on soil organic matter, total nitrogen, alkali nitrogen, total phosphorus, available phosphorus and total potassium, while the content of available potassium increased significantly. Long-term fertilization had a significant impact on soil nutrients. High fertilizer level could significantly increase the contents of soil organic matter, total nitrogen, alkali nitrogen and total phosphorus. Long-term fertilization also reduces soil pH value, leading to acidification of soil.

soils; straw; rotation; wheat straw returning to the field; soybean; wheat; fertilization; yield; chemical properties

王秋菊，姜 宇，周 鑫，米 剛，劉 鑫，李婧陽，劉 峰，中本和夫，黃丹萍. 豆麥輪作區(qū)麥秸長期還田對作物產(chǎn)量及土壤化學(xué)性質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(24)：113－120.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.014 http://www.tcsae.org

Wang Qiuju, Jiang Yu, Zhou Xin, Mi Gang, Liu Xin, Li Jingyang, Liu Feng, Zhongben Hefu, Huang Danping. Effects of long-term wheat straw returned to field on crop yield and soil chemical properties in soybean-wheat rotation areas[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 113－120. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.014 http://www.tcsae.org

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.014

S-3

A

1002-6819(2019)-24-0113-08

2019-06-11

2019-11-28

黑龍江省重大項(xiàng)目（GA19B101）

王秋菊，博士，副研究員，從事土壤改良研究。Email：bqjwang@126.com

姜 宇，研究員，從事土壤改良與研究。Email：hhnks2008@163.com

中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會會員：王秋菊（E041200848S）