莊文鋒，韓 偉，侯金星，王 杰，董秋紅，張永中，楊 猛

(1.山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018;2.山東省農(nóng)業(yè)技術推廣總站，濟南 250100;3.山東省茌平縣農(nóng)業(yè)技術推廣站，山東 聊城 252100; 4.山東省茌平縣樂平鋪鎮(zhèn)農(nóng)林水綜合服務中心，山東 聊城 252100)

0 引 言

近幾年，秸稈還田技術在中國得到良好的推廣應用。許多研究表明秸稈還田能增加有機質(zhì)、優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)、促進微生物活動，但是不同的還田方式秸稈降解程度不同，發(fā)揮的作用也不同。目前大部分采取的是秸稈自然分解的方式，每年有大量的秸稈要一次性完成分解，尤其是少雨地帶，黃淮海地區(qū)玉米為麥茬直播，秸稈很難腐爛，大量的蟲子產(chǎn)卵生蟲，從而引發(fā)出一些病蟲害，單靠土地的自然分解能力是遠遠不夠的，迫切需要尋找加速秸稈分解和替代的辦法[1-3]。有研究指出秸稈腐熟劑能使秸稈快速腐熟，使秸稈更好地發(fā)揮作用[4]。保水劑是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型高分子材料，可反復吸水、蓄水保墑，能夠抑制水分蒸發(fā)、減緩了土壤釋放水的速度、減少了土壤水分的滲透和流失、促進根系生長和發(fā)育、改善土壤的通透性。茌平縣在玉米生長的前期和后期嚴重缺水正好可以利用保水劑反復吸水的特性[5-7]。許多研究者在秸稈還田和保水劑單方面做了大量研究，同時腐熟劑的分解方面也有大量的文獻，但是在干旱少雨地帶腐熟劑對玉米產(chǎn)量以及與保水劑的混合使用還未見報道，本文通過不同的秸稈還田方式與保水劑使用的處理方法來研究這些措施對玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響，為優(yōu)化秸稈還田方式和保水劑的使用提供理論依據(jù)，為干旱區(qū)節(jié)水節(jié)肥栽培技術提供技術支持，找出有效的節(jié)水灌溉發(fā)展對策。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與田間處理

選用黃淮海地區(qū)大面積種植的玉米品種-鄭單958，2017-2018年在茌平縣農(nóng)業(yè)科技示范田實施，2017-2018年6-9月降水量如圖1所示，玉米季降水主要集中在7月下旬到8月中旬，導致玉米生長前期和后期缺水。種植密度為6.5 萬株/hm2。試驗地土壤質(zhì)地為壤土，0～40 cm土層堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為80.81、35.37和119.24 mg/kg，有機質(zhì)含量為14.2 g/kg。基肥施磷酸二銨550 kg/hm2，大喇叭口期追施尿素450 kg/hm2，其他管理同大田，試驗采用裂區(qū)設計，保水劑為主區(qū)，秸稈還田方式為副區(qū)，保水劑由山東省華業(yè)有限公司提供，腐熟劑由珅泰科技有限公司提供，含有芽孢桿菌、霉菌等21種有益菌株和少量氮肥。保水劑分為使用(A1)和不使用(A2)兩個因素，保水劑與細土按1∶20的比例混合開溝施入，每公頃用干粉45 kg。秸稈還田處理為不還田(B1)、粉碎還田(B2)、將小麥秸稈收集與腐熟劑混合后堆放5天后撒入田間(B3)。小區(qū)面積50m2，共設計6個處理，進行3次重復，田間試驗共18個小區(qū)。

圖1 不同年份玉米季的降水量Fig.1 Precipitation in the maize season in different years

1.2 試驗方法

1.2.1 土壤含水量的測定

于播種前、大喇叭口期、開花期、乳熟期、成熟期、收獲后測定土壤不同層次含水量(0～100 cm，分為5層測定，每20 cm一層)。

1.2.2 水分利用效率測定

水分利用效率=籽粒產(chǎn)量÷田間耗水量

(1)

田間耗水量=玉米全生育期總灌水量+

玉米全生育期降水量+玉米全生育期土壤貯水消耗量 (2)

玉米全生育期土壤貯水消耗量=10 r h (θ1-θ2)

(3)

式中：10為換算系數(shù)；r為土壤容重；h為土層深度；θ1為玉米播種期底墑水前土壤質(zhì)量含水量；θ2為玉米收獲后土壤質(zhì)量含水量。

土壤質(zhì)量含水量=

(土壤鮮重-土壤干重) /土壤干重×100%

(4)

播種期和收獲后灌底墑水前土壤質(zhì)量含水量采用鋁盒烘干法測定。在0～200 cm土壤剖面，每20 cm取一個樣，將土樣裝入鋁盒稱鮮土重，并在105 ℃烘箱中烘干至恒重為干重，0～200 cm土壤質(zhì)量含水量等于各土層的平均值。

1.2.3 生物量測定

玉米大喇叭口期、開花期、乳熟期和成熟期取植株5株，單株分樣，大喇叭口期和開花期只分為葉片和莖，乳熟期和成熟期分為葉、莖、穗(包括穗軸和苞葉)，烘干測定干物重，并計算公頃生物量。

1.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

玉米成熟后，去除邊際效應后在小區(qū)中間取20 m2進行測產(chǎn)，將產(chǎn)量折算成13%含水量的公頃籽粒產(chǎn)量。并取有代表性10個果穗進行考種，測定穗長、穗粗、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重，最后取各項指標測定結(jié)果的平均值。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS16.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米干物質(zhì)積累的影響

由圖2可知，2017年和2018年干物質(zhì)積累表現(xiàn)一致，大喇叭口期各個處理莖干重變化不大，葉干重在施用保水劑和秸稈還田的處理下略有增加，開花期施用保水劑處理莖葉干重明顯高于不施用處理，葉干重增加5%～12%，莖干重增加20%～25%，在施用保水劑的處理下，腐熟劑處理B3比B1增加干物質(zhì)19%，未施用保水劑的處理下增加12%。乳熟期和成熟期干物質(zhì)主要在穗部積累，各處理表現(xiàn)為A1B3>A1B2>A1B1>A2B3>A2B2>A2B1，秸稈腐熟劑的施用B3處理干物質(zhì)積累最多，A1B3比A2B1處理穗部干物質(zhì)高出20%，說明保水劑腐熟劑的共同施用對干物質(zhì)的積累影響最大，能夠顯著增加干物質(zhì)的積累。

圖2 不同時期各處理對干物質(zhì)的影響Fig.2 Effects of different treatments on dry matter in different periods

2.2 不同處理對玉米穗部形狀和產(chǎn)量的影響

由表1可知，試驗兩年的數(shù)據(jù)顯示使用保水劑處理的試驗小區(qū)，行粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量方面的統(tǒng)計均顯著高于沒有使用保水劑的處理，由此說明施加保水劑可以通過提高行粒數(shù)和百粒重從而提高玉米的最終產(chǎn)量。保水劑的使用可以讓行粒數(shù)增加0.6～0.9 粒，百粒重增加0.7～1.4 g，產(chǎn)量增加3%～7%。秸稈還田的方式對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響較大，在施入保水劑的處理下，秸稈腐熟劑處理(B3)產(chǎn)量均達到最大值，分別達到10 136.5、7 899.5 kg/hm2，比秸稈不還田(B1)處理增產(chǎn)7%～9%。秸稈還田和保水劑互作對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響較大，A1B3處理比A2B1處理行粒數(shù)分別高7.25%(2017年)、10.26%(2018年)，百粒重高5.91%(2017年)、4.12%(2018年)，產(chǎn)量高14.5%(2017年)、9.24%(2018年)。

2.3 不同處理對土壤含水量的影響

為了試驗的順利進行，進行足墑播種，前期土壤含水量各處理沒有變化，通過圖3可以看出，兩年的總體變化趨勢相似，60～100 cm的土層在各生育期變化不大。大喇叭口期施用保水劑處理在0～60 cm土層含水量高于未施保水劑處理約4%～11%，秸稈還田處理使0～60 cm土層含水量略有增加；開花期2017年各處理變化不大，2018年0～60 cm的土層均呈現(xiàn)出B2>B3>B1的規(guī)律；乳熟期0～20 cm和20～40 cm土層含水量低于大喇叭口期和開花期，在施用保水劑的處理下明顯高于不施用約3%～9%，0～40 cm的土層均呈現(xiàn)出B3>B2>B1的規(guī)律；成熟期0～40 cm土層含水量低于其他生育期，施用保水劑和秸稈腐熟劑都顯著提高了0～40 cm土層含水量，2017年0～20 cm土層含水量A1B3比A2B1處理高5%，2018年高9%，20～40 cm土層含水量A1B3比A2B1處理2017年、2018年分別高13%、2.5%。

表1 不同處理玉米穗部性狀和產(chǎn)量的影響Tab.1 Performance of maize ear characters and yield of different treatments

2.4 不同處理對玉米水分利用效率的影響

由表2可以看出，使用保水劑的處理田間耗水量比未使用的2017、2018年分別少了27.5～31.1、6.1～17.7 mm，水分利用效率分別少了2.5～2.8、0.2～2.1 kg/(hm2·mm)，也就是說保水劑使田間耗水量減少，從而使水分利用效率增加。秸稈還田方式影響水分利用效率，在保水劑使用的處理下，B2、B3比B1水分利用效率2017年增加3、3.7 kg/(hm2·mm)；2018年增加2.1、2.3 kg/(hm2·mm)。不使用保水劑的處理下，B2、B3比B1水分利用效率2017年分別增加2.6、3 kg/(hm2·mm)；2018年增加1.7、1.9 kg/(hm2·mm)。保水劑和秸稈還田方式的綜合措施顯著提高了水分利用效率，A1B3處理的水分利用效率比A2B1增加2017年增加5.8 kg/(hm2·mm)；2018年增加3 kg/(hm2·mm)；比前者提高了32%和19%。

圖3 不同時期各處理對土壤含水量的影響Fig.3 Effects of different treatments on soil moisture content in different periods

表2 不同處理下水分利用效率Tab.2 Water use efficiency in different treatments

3 討 論

農(nóng)作物秸稈實際是重要的肥料資源，近十多年來，秸稈還田是黃淮海地區(qū)土壤有機質(zhì)增加的重要原因。許多研究者研究表明, 秸稈還田增加了土壤有機質(zhì)，降低了田間水分的無效蒸發(fā)，減少田間耗水量，增加土壤保水性能，提高水分利用效率，增加干物質(zhì)積累，提高作物產(chǎn)量[8,9]。在西北旱區(qū), 麥田秸稈粉碎并氨化還田處理比常規(guī)秸稈還田提高小麥籽粒產(chǎn)量9.1%～11.4%，水分利用效率提高與本結(jié)果相似[10]。在施用保水劑的處理下，秸稈還田通過提高行粒數(shù)和百粒重，2017年和2018年分別使產(chǎn)量提高了9.7%和7.1%，水分利用效率分別提高了16.1和13.9%?？锒骺⊙芯恐赋鲇衩捉斩掃€田后秸稈腐解速率較慢，腐解效果較差，秸稈腐熟劑可促進玉米秸稈快速降解，施用秸稈腐熟劑處理的玉米秸稈失質(zhì)量率達到76.1%[11]。于建光研究指出施用腐熟劑加快了小麥秸稈的腐解速度，而且腐熟劑施用90 d后，土壤中全磷、速效磷及速效鉀的含量均有不同程度的增加，從而增加產(chǎn)量[12]。本實驗中秸稈與腐熟劑混合后堆放至要求天數(shù)后撒入田間處理(B3)的干物質(zhì)積累顯著高于其他處理，理論產(chǎn)量和實測產(chǎn)量均達到最大值，2017年產(chǎn)量為10 136.5 kg/hm2，比秸稈不還田(B1)處理增產(chǎn)716.3 kg，2018年產(chǎn)量為7 899.5 kg/hm2，增產(chǎn)542.7 kg。

保水劑是具有保水能力的高分子聚合物，吸水—釋水過程滿足作物對水分的需求，膨脹—收縮改善土壤結(jié)構(gòu)，優(yōu)化作物生長的微環(huán)境，促進植株對水分和養(yǎng)分的吸收，是目前重要的一種節(jié)水技術[13-14]。穆俊祥等研究認為施用保水劑能提高0～80 cm土層的土壤含水量，使小麥增產(chǎn)14.1%[15]，王帥等研究表明，施用保水劑可顯著提高玉米各個生育期0～20 cm土層土壤水分，增加干物質(zhì)積累[16]，這些研究結(jié)果可能因為土壤性質(zhì)不同，改善不同土層土壤水分狀況不同，本實驗指出在黃淮海干旱區(qū)玉米在不同的生育時期對不同的土層有不同的影響，在大喇叭口期、開花期保水劑提高了0～60 cm土層土壤含水量，乳熟期和成熟期保水劑提高了0～40 cm土層土壤含水量，有效抑制了土壤的地表蒸發(fā)，進而增加了干物質(zhì)，提高了最終的產(chǎn)量。開花期由于降水量偏大導致2017年和2018年0～60 cm的土層含水量變化規(guī)律不同。

4 結(jié) 論

秸稈腐熟劑與保水劑的共同施用提高了玉米中后期的干物質(zhì)積累，增加了穗粒數(shù)和百粒重，減少耗水量，增加了大喇叭口期、乳熟期、成熟期0～40 cm的土壤含水量，提高水分利用率。與對照(既不還田也不施用)相比，腐熟劑和保水劑同時施用可以使穗部干物質(zhì)高出24%，水分利用效率提高12.3%～18.8%，行粒數(shù)和百粒重高7%～9%，產(chǎn)量提高10.1%～16.9%，腐熟劑與保水劑的施用值得在黃淮海少雨、麥后貼茬直播地區(qū)推廣。