李娜娜，梁改梅，池寶亮

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)研究院，山西太原 030031）

山西省屬于半濕潤(rùn)易旱區(qū)，十年九旱。春玉米一年一熟，多實(shí)行冬季休閑，主要依賴于自然降水，但是降水年際間波動(dòng)劇烈，并且季節(jié)性分布不均勻，導(dǎo)致了產(chǎn)量低而不穩(wěn)，因此，有限水資源的高效利用是山西省旱地玉米生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題[1]。玉米冬春休閑期長(zhǎng)達(dá)210 d 左右，占全年的57.5%，是保墑的關(guān)鍵期。所以，在冬春休閑期實(shí)施秸稈覆蓋免耕技術(shù)，可有效地抵制土壤風(fēng)蝕和水蝕、減輕焚燒秸稈對(duì)空氣的污染[2-3]。尤其對(duì)于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，能切實(shí)提高土壤蓄水率、保證糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[4]。

有研究表明，秸稈覆蓋可以改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)[5]、調(diào)節(jié)水分狀況[6-7]、增加農(nóng)田土壤固碳能力[8]、增強(qiáng)作物光合特性[9]、提高作物產(chǎn)量[10]、增加經(jīng)濟(jì)效益[11-12]等，同時(shí)秸稈腐解后增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量[13]，并且隨著秸稈覆蓋年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)呈增加趨勢(shì)[14]。王慧等[15-16]研究結(jié)果表明，秸稈連續(xù)還田條件下，可顯著提高土壤全氮、速效磷和速效鉀含量。

近年來(lái)，山西省已開(kāi)展了許多關(guān)于秸稈覆蓋的研究，然而，針對(duì)旱地玉米休閑期秸稈覆蓋對(duì)農(nóng)田土壤水肥的調(diào)控效應(yīng)，目前尚缺乏系統(tǒng)研究。研究山西省旱地玉米冬春休閑期秸稈覆蓋模式，探索免耕秸稈覆蓋措施的蓄水保墑及培肥土壤機(jī)理，為提高旱地玉米的水分生產(chǎn)效率和土地生產(chǎn)力提供了理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2013—2015 年在山西省壽陽(yáng)縣景尚鄉(xiāng)張韓村實(shí)施，試驗(yàn)地屬于晉中盆地的黃土丘陵山地，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，海拔1 210 m，年平均降雨量為534.80 mm。土壤以褐土為主。2012 年收獲后0～20 cm 土層的pH 值8.25，有機(jī)質(zhì)12.5 g/kg，全氮0.97 g/kg，堿解氮69.88 mg/kg，速效磷7.0 mg/kg，速效鉀91.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為大豐30。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012 年10 月玉米收獲后開(kāi)始試驗(yàn)，把地里的玉米秸稈粉碎后進(jìn)行覆蓋，共3 a。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，冬春休閑期（10 月至5 月）設(shè)免耕秸稈覆蓋（秸稈粉碎覆蓋不進(jìn)行耕作）和傳統(tǒng)耕作（11 月份進(jìn)行翻耕）2 個(gè)處理。小區(qū)面積為150 m2，每個(gè)處理3 次重復(fù)。晨雨調(diào)控肥（N-P2O5-K2O：23-12-5）作為基肥一次性施入，用量為1 305 kg/hm2（氮肥300 kg/hm2）。種植時(shí)間為4 月26 日，密度為6 萬(wàn)株/hm2，3 a 試驗(yàn)均在同一地塊進(jìn)行。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤水分及水分利用效率的測(cè)定 每小區(qū)中部各埋設(shè)一根中子管，深度200 cm。在玉米休閑期及全生育期定期用CPN-503 中子儀（0～200 cm）和6050X1Trase 系統(tǒng)（0～20 cm）測(cè)定土壤含水量，中子儀每隔20 cm 為一層測(cè)定土壤水分。

其中，V 為土壤含水量（%），h 為土層厚度（mm）。

其中，GY 為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm2），ET 為生育期耗水量（mm）。

1.4.2 土壤養(yǎng)分的測(cè)定 土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、有效鉀的測(cè)定均采用常規(guī)方法。

1.4.3 產(chǎn)量的測(cè)定 收獲時(shí)，每小區(qū)進(jìn)行單打單收實(shí)際測(cè)產(chǎn)，計(jì)算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 休閑期秸稈覆蓋對(duì)旱地玉米農(nóng)田水分的影響

2.1.1 休閑期秸稈覆蓋的土壤含水量變化 由表1可知，休閑期秸稈覆蓋處理的平均土壤水分含量在土體上部0～60 cm 處保水較大，較處理前平均提高18.7%，而傳統(tǒng)耕作較處理前平均下降3.5%。這說(shuō)明冬春休閑期秸稈覆蓋能夠集蓄降水，明顯地提高表層土壤含水量，使表層土壤保持濕潤(rùn)狀態(tài)，從而提高下季玉米的播前土壤底墑，尤其在干旱年份，可有效地提高出苗率、促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。在60～120 cm 土層，雖然秸稈覆蓋后與處理前的土壤含水量一致，傳統(tǒng)耕作土壤含水量低于處理前的土壤含水量，這可能是由于傳統(tǒng)耕作造成土壤的攪動(dòng)失墑。在120～200 cm 土層，受降水影響變異較小，土壤含水量均以秸稈覆蓋最好，這說(shuō)明秸稈覆蓋增溫保墑促進(jìn)了深層土壤的水分運(yùn)動(dòng)。從土壤水分垂直變化的變異系數(shù)來(lái)看：免耕秸稈覆蓋模式>傳統(tǒng)耕作模式，表明免耕秸稈覆蓋后，土壤水分隨垂直深度的變化波動(dòng)較為劇烈，而傳統(tǒng)耕作處理的土壤水分隨土壤深度變化相對(duì)較弱。

表1 休閑期秸稈覆蓋的土壤水分含量變化

2.1.2 休閑期秸稈覆蓋的土壤貯水量和蒸發(fā)量變化 冬春休閑期秸稈覆蓋處理有效利用了有限的降水資源，提高了0～200 cm 土壤貯水量，與傳統(tǒng)耕作相比，3 a 平均土壤貯水量提高了29 mm（表2）。因此，冬春休閑期秸稈覆蓋對(duì)土壤水分有一定的保蓄作用。休閑期的前期為雨季末期，有一定的蓄墑作用；休閑期的后期為土壤水分大量蒸發(fā)階段，又會(huì)造成失墑。由表2 可知，休閑期內(nèi)秸稈覆蓋處理3 a平均2 m 土體貯水量失墑15.2 mm，而傳統(tǒng)耕作則失墑44.2 mm。休閑期秸稈覆蓋土壤總蒸發(fā)量占同期降水的比例為104.4%～135.1%，而傳統(tǒng)耕作土壤總蒸發(fā)量占同期降水的比例為130.6%～175.4%。冬春休閑期秸稈覆蓋措施可有效地抑制土壤蒸發(fā)，與傳統(tǒng)耕作相比，3 a 平均可減少土壤蒸發(fā)33.6%。因此，休閑期秸稈覆蓋具有明顯的抑蒸保墑效應(yīng),促進(jìn)了農(nóng)田水分的良性循環(huán)。

表2 休閑期秸稈覆蓋0～200 cm 土壤貯水量及蒸發(fā)量變化

2.1.3 休閑期秸稈覆蓋對(duì)旱地玉米水分利用效率的影響 休閑期秸稈覆蓋的水分利用效率如圖1所示。

由圖1 可知，不同年份間休閑期秸稈覆蓋與傳統(tǒng)耕作的玉米水分利用效率差異顯著，3 a 平均休閑期秸稈覆蓋的玉米WUE 顯著高于傳統(tǒng)耕作。2013 年處理間WUE 差異不顯著，2014、2015 年WUE 分別較對(duì)照提高7.2%和2.8%。休閑期秸稈覆蓋較傳統(tǒng)耕作3 a 平均WUE 提高11.3%。表明冬春休閑期農(nóng)田粉碎覆蓋可以提高水分利用效率。

2.2 休閑期秸稈覆蓋對(duì)旱地玉米農(nóng)田養(yǎng)分的影響

由表3 可知，冬春休閑期秸稈覆蓋提高了表層土壤肥力。3 a 平均的0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量較傳統(tǒng)耕作增加2.53 g/kg，提高19.8%。與傳統(tǒng)耕作相比，休閑期秸稈覆蓋的全氮提高8.4%，堿解氮提高27.6%，有效磷和速效鉀也分別提高15.7%和29.4%。

表3 休閑期秸稈覆蓋后0～20 cm 土壤肥力的變化

2.3 休閑期秸稈覆蓋對(duì)旱地玉米產(chǎn)量的影響

由圖2 可知，不同年際間冬春休閑期不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量影響的表現(xiàn)一致，均為秸稈覆蓋的產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)耕作。2013、2014、2015 年秸稈覆蓋分別較傳統(tǒng)耕作增產(chǎn)4.8%、4.3%和12.14%，3 a 平均增產(chǎn)7.0%。

3 結(jié)論與討論

冬春休閑期秸稈粉碎覆蓋措施可減少無(wú)效耗水，提高蓄水保墑效率，從而提高作物產(chǎn)量[17-18]。還有研究表明，免耕秸稈覆蓋能夠增加土壤含水量，提高作物產(chǎn)量，其效果優(yōu)于傳統(tǒng)耕作和少耕[19-21]。本研究與前人研究結(jié)果一致，冬春休閑期秸稈覆蓋能夠提高0～200 cm 土層含水量，并且發(fā)現(xiàn)在土體上部0～60 cm 處保水較大，土壤含水量較處理前平均提高18.7%，而傳統(tǒng)耕作較處理前平均下降3.5%。同時(shí)，冬春休閑期秸稈覆蓋與傳統(tǒng)耕作相比，3 a 平均土壤貯水量提高29 mm，秸稈覆蓋減少土壤蒸發(fā)33.6%。因此，休閑期秸稈覆蓋還具有明顯的抑蒸保墑效應(yīng),促進(jìn)了農(nóng)田水分的良性循環(huán)。

玉米秸稈的主要成分是木質(zhì)素和纖維素，在土壤微生物的作用下可部分轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)，因此，冬春休閑期免耕秸稈覆蓋可提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量。蔡太義等[13]研究表明，秸稈還田后土壤全氮含量提高11.0%，全磷含量提高10.0%，水解氮含量提高41.0%。秸稈還田還能夠補(bǔ)充和提高土壤磷素和鉀素含量[22]。本研究表明，休閑期秸稈覆蓋較傳統(tǒng)耕作0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量提高19.8%，全氮提高8.4%，堿解氮提高27.6%，有效磷和速效鉀也分別提高15.7%和29.4%。

冬春休閑期玉米秸稈粉碎覆蓋后，增強(qiáng)了土壤抑蒸保墑能力，提高了土壤肥力，進(jìn)而提高了玉米產(chǎn)量和水分利用效率。本研究表明，休閑期秸稈覆蓋較傳統(tǒng)耕作增產(chǎn)7.0%，WUE 提高11.3%。

研究中發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈粉碎不合要求，影響播種質(zhì)量。應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝配套研究，改進(jìn)并選擇粉碎率高的玉米收割粉碎機(jī)械，從而提高下季作物的播種質(zhì)量。

合理的耕作管理技術(shù)可影響土壤墑情，進(jìn)而影響玉米春播出苗。通過(guò)秸稈覆蓋創(chuàng)造作物節(jié)水增產(chǎn)的小氣候條件，從而實(shí)現(xiàn)有限水資源的合理利用。秸稈粉碎覆蓋可有效地抑制土壤蒸發(fā)，減少無(wú)效耗水，提高上年秋雨和休閑期降水的保蓄率，可增加耕層土壤貯水量，是減緩春旱的重要措施。