秸秆覆盖对土壤水分动态变化及玉米产量的影响

白雪峰 赵雨森 戚颖

摘要

[目的]研究黑龙江省松嫩平原地区秸秆覆盖的节水增产问题。[方法]以野外实测数据为基础，分析了不同秸秆覆盖条件下，土壤的含水率、玉米的生长状况及土壤水分利用效率。[结果]秸秆覆盖条件下土壤含水率整体高于无覆盖处理，其中10 t/hm2秸秆覆盖量下，土壤0～40 cm土层中土壤含水率最高，土壤的保水能力最强；秸秆覆盖条件下，玉米的生长性状明显优于无覆盖处理，体现出较强的优势；10 t/hm2处理条件下，作物的产量及土壤水利用效率最高。[结论]该研究为松嫩平原地区秸秆覆盖技术的科学实施提供理论基础。

关键词松嫩平原；秸秆覆盖；含水率；产量

中图分类号S152.7文献标识码A文章编号0517-6611（2014）36-12843-03

Abstract[Objective] In order to study the straw mulching for watersaving production problems in Heilongjiang Province of the Songnen Plain area. [Method] Based on the field measured data， the soil moisture content， maize growth and soil water use efficiency under different conditions of straw mulching were analyzed. [Result] The soil moisture content under the conditions of straw mulching was higher than no cover processing as a whole. Among them，under the straw mulching quantity of 10 t/hm2，the soil moisture content was highest in 0～40 cm soil layer，the soil water retention ability was the strongest. Under the straw mulching conditions，the growth of corn shape was better than no cover processing，reflected a strong advantage. At the same time，under the straw mulching quantity of 10 t/hm2，the crop yield and soil water use efficiency was the highest. [Conclusion] The study provided theoretical basis for science for straw mulching technology in Songnen Plain region.

Key words Songnen Plain； Straw mulching； The moisture content； Production

土壤含水量对作物的发育和产量有很大影响[1]。由于受到水资源总量和时空分布不均的限制，在北方黑土地区，玉米的生长发育会频繁受到干旱的胁迫，导致作物产量大幅降低[2]。因此，采取有效的旱作农业生产技术，防止水土流失，减少植株的棵间蒸發，提高水资源的利用效率，可为黑龙江省粮食稳定增产提供重要保障[3-4]。

秸秆覆盖是通过人工的方法在土壤的表面设置一个物理隔层，阻碍土壤与大气之间的能量交换，可以有效地防止土壤中水分和热量的散失[5]。一些研究表明，秸秆覆盖可以减少无效水损失，蓄水保墒，提高作物产量[6]。也有一些研究发现，免耕秸秆覆盖可以改善土壤的水、气、热、肥等效应，具有较高的经济效益、生态效益和社会效益[7]。笔者通过设置3种不同的秸秆覆盖条件，研究秸秆还田对于玉米生育期土壤含水率、玉米性状及土壤水利用效率的影响，为揭示秸秆的蓄水保墒机理，合理高效地利用松嫩平原水土资源提供理论参考。

1材料与方法

1.1 试验区域概况

试验区域设置在黑龙江省哈尔滨市香坊区香坊农场，该地区位于黑龙江省南部，地处松嫩平原腹地。土壤类型属于黑色壤土，土壤有机质含量在1.3%左右。试验区平均海拔147 m，属于温带大陆性季风气候，多年平均气温5.3 ℃，无霜期为140～145 d，平均年降水为565 mm，蒸发量为2 600 mm，蒸发作用强烈，并且降雨时空分布不均匀，多集中在7、8月份，体现出春季干旱少雨的地域特点。

1.2试验设计

试验于2011～2012年进行，试验设计D0、D0.5、D1.0和D1.5共4种处理，分别为无秸秆覆盖、秸秆覆盖量为5 t/hm2、秸秆覆盖量为10 t/hm2和秸秆覆盖量为15 t/hm2。试验中所需的秸秆在2011年秋季收割时，人工铺设于试验区内。试验区设置为8 m×8 m规格，每个处理设置3次重复试验。为防止试验区之间水分流通，影响区域之间的土壤含水率，在试验区之间分别埋设1 m宽的塑料薄膜。播种期选为2012年4月25日，试验选用吉单602品种玉米，播种前对玉米种子进行严格的筛选，植株的行距设置为60 cm，株距为25 cm。玉米生育期内无灌水处理，整个试验区施行统一管理。

1.3试验方法

试验中，采用烘干法测定土壤含水率，取样时期分别为播种前、苗期、拔节期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期，在0～80 cm范围内每隔10 cm进行1次测定。玉米在全生育各个时期内，各小区选定5棵植株，测定叶片的长度和最大宽度，再乘以系数0.7，根据密度计算出叶面积，同时测定株高和茎粗等生物性状。在收获前，各处理样地取10株玉米籽粒，干燥后称重，计算玉米产量。

2结果与分析

2.1 秸秆覆盖对土壤含水量的影响

夏玉米在全生育内不同秸秆覆盖处理下0～80 cm土层内的含水率变化过程如图1所示。在试验过程中，定义0～40 cm土层为土壤的犁底层，该区域的土壤与作物根系紧密接触，其含水率影响作物的生长性状，定义40 cm以下土层为深层土壤。

由图1可知，从播种期到成熟期，0～40 cm犁底层范围内，秸秆覆盖条件下的土壤含水率要整体大于无覆盖处理。其中，在0～20 cm土层之间，播种前D0.5、D1.0、D1.5处理下土壤含水率分别为25.22%、25.12%、24.87%，相对于D0处理分别提高了4.56%、4.46%和4.21%。随着夏玉米的出苗、拔节、灌浆，土壤含水率相应降低，但是秸秆覆盖条件下的区域含水率同样呈现出较高的保水性。在20～40 cm之间的土层中，D0.5、D1.0和D1.5处理下的土壤平均含水率分别为15.08%、15.87%、14.98%，相对于D0处理条件的平均含水率（11.94%）有了显著提高，对比可知，D1.0处理条件下土壤保水效果更佳明显。

在40～60 cm的土层中，土壤含水率相对于犁底层有所降低，并且變化幅度也相对变小。在拔节期，D0、D0.5、D10、D1.5这4种处理条件下，土壤平均含水率分别为938%、11.25%、12.11%和13.82%。随着秸秆覆盖量的增加，土壤含水率依次升高，在之后大喇叭口期、灌浆期和成熟期，覆盖处理区域含水率同样高于无覆盖处理。

在60～80 cm土层之间，土壤含水率趋于稳定，秸秆覆盖对于土壤含水率的影响较小。D0、D0.5、D1.0和D1.5这4种处理条件下，土壤平均含水率分别为14.23%、15.17%、15.1%和15.7%，秸秆覆盖下的土壤含水率相对于无覆盖处理增加幅度较低，但同样体现出保水效果。

2.2秸秆覆盖对玉米生长性状的影响

2.2.1

秸秆覆盖对株高的影响。玉米全生育期株高的变化过程如图2所示。分析株高变化趋势可知，玉米在拔节期株高快速增长，到大喇叭口期逐渐趋于稳定，株高在灌浆期达到最大值。成熟期时，由于植株干枯，株高会发生小幅度的下降。秸秆覆盖条件下土壤含水率较高，保墒效果明显，株高相对占有优势。D1.0处理条件下，玉米长势最好。

在玉米苗期，各处理条件下，植株的长势差异不大。拔节期，由于土壤水分的变化以及温度的不同，玉米的长势体现出差异，D0.5、D1.0、D1.5处理下的株高分别为148、151、141 cm，分别相对于D0处理增高14、17和7 cm。同样，在灌浆期和成熟期，秸秆覆盖条件下玉米植株的株高要优于无覆盖处理情况。

2.2.2

秸秆覆盖对茎粗的影响。在玉米生长过程中，植株茎粗也会因为覆盖条件的差异发生一定的变化。由图3可知，植株的茎粗变化与株高有着相似的变化趋势，在拔节期快速增长，大喇叭口期趋于稳定，直到成熟期，茎粗达到最大值。

分析拔节期和大喇叭口期玉米的茎粗可知，D0、D0.5、D1.0、D1.5处理条件下，植株平均茎粗分别为5.4、5.9、6.4和6.1 cm。在灌浆期和成熟期，D1.0处理条件下，植株生长性状优于D1.5处理，可能是较厚的秸秆覆盖，阻碍了大气与土壤之间的热能量交换，导致玉米植株的长势要弱于D1.0处理。

2.2.3

秸秆覆盖对叶面积的影响。

叶面积的大小不仅直接影响作物蒸腾量，而且影响阳光照射面积的大小与光合作用的能力，从而影响作物产量。图4显示了玉米生育期叶面积的变化过程，将其分为4个阶段，分别为缓慢增长期（苗期—拔节期）、快速增长期（拔节期—大喇叭口期）、稳定期（大喇叭口期—灌浆期）、衰减期（灌浆期—成熟期）。其中，灌浆期植株叶面积达到最大值，此时的光合作用能力最强，该时期植株的生长状态对产量具有较大的影响。

在幼苗期，覆盖处理条件的叶面积与无覆盖处理无明显差异，自拔节期开始，各处理条件下玉米植株的叶面积状况发生变化，D1.0处理的叶面积增长幅度明显高于D0无覆盖处理和D0.5、D1.5处理。灌浆期，D1.0处理条件下的叶面积到达9 606 cm2，分别相对于D0、D0.5和D1.5高出1 150、480和300 cm2，由此可知，秸秆覆盖可以在一定程度上影响植株的叶面积。

2.3秸秆覆盖对玉米产量及水分利用效率的影响

由表1可知，D0.5、D1.0和D1.5处理条件下玉米的产量分别为5 265，5 789和5 437 kg，相对于D0处理的产量有较大的增长。在作物生育期内，大气降雨为268 mm，由于秸秆的覆盖，影响着降雨的入渗和土壤水的蒸发，不同小区的土壤贮水量变化不同，经统计，D0、D0.5、D1.0、D1.5处理的总耗水量分别为328.7、319.6、312.3和339.8 mm。因此，各小区的水分利用效率为15.35、16.47、18.53和16.00 kg/（hm2·mm）。

由上述分析可知，在D1.0处理条件下，玉米产量大于D1.5和D0.5处理，原因是随着秸秆覆盖量的增加，影响了根系对于土壤水分和养料的吸收，植株长势下降，因此降低了作物的产量。而D1.5处理下的总耗水量大于另外3种处理，源于随着秸秆覆盖量的增加，阻碍了降雨的入渗，导致大量的无效水蒸发，因此耗水量变大。由于耗水量和玉米产量的影响，导致D1.0处理条件下，土壤水的利用效率最高，说明适当的秸秆覆盖会减小耗水量，同时提高产量和水分利用效率。另外，D1.0处理下单位玉米产量的耗水系数最小，也提升了经济效益。

3 结论

（1）在松嫩平原黑土地区，秸秆覆盖对于土壤的含水率产生一定的影响。与D0和D0.5处理情况相对比，D1.0处理下土壤含水率较高，保水效果较为明显。随着秸秆覆盖量的增加，对土壤含水率调控效果与D1.0相比并没有明显差异，甚至导致在生育期某一阶段含水率降低。

（2）在不同秸秆覆盖处理情况下，玉米的生长性状存在差异。D1.0处理相对于D0、D0.5和D1.5处理体现出明显的生长优势，植株株高、茎粗和叶面积在生育期内均处于较快的增长水平，为植株的光合作用、玉米产量的提升提供保障。

（3）综合分析秸秆覆盖对土壤水分变化、蒸散量、玉米产量和WUE的影响。4种不同处理条件下，D1.0处理的玉米产量最高，同时土壤总耗水量最低，水分利用效率最高。而在覆盖量较大的D1.5处理中，含水量最高，但产量小于D10处理。试验表明，在土壤含水率满足作物生长需要时，过剩的秸秆覆盖会降低水分利用效率。

（4）不同秸秆覆盖对于松嫩平原黑土地区的土壤含水率、植株生长性状及水分利用效率对比可知，D1.0处理能够

更好地起到农田土壤的蓄水保墒作用，促进土壤水分循环，对于提高该地区的玉米作物产量和水分利用效率具有显著效果。

参考文献

[1]

解文艳，樊盛贵，周怀平，等.秸秆还田方式对旱地玉米产量和水分利用效率的影响[J].农业机械学报，2011，42（11）：60-67.

[2] 李月兴，张宝丽，魏永霞.秸秆覆盖的土壤温度效应及其对玉米生长的影响[J].灌溉排水学报，2011，30（2）：82-85.

[3] 鲁向晖，高鹏，王飞，等.宁夏南部山区秸秆覆盖对春玉米水分利用及产量的影响[J].土壤通报，2008，39（6）：1248-1251.

[4] 黄明斌，党廷辉，李玉山.黄土区旱塬农田生产力提高对土壤水分循环的影响[J].农业工程学报，2002，18（6）：50-54.

[5] 鲁向辉，隋艳艳，王飞，等.秸秆覆盖对旱地玉米休闲田土壤水分状况影响研究[J].干旱区资源与环境，2008，22（3）：156-159.

[6] 李玲玲，黄高宝，张仁陟，等.免耕秸秆覆盖对旱作农田土壤水分的影响[J].水土保持学报，2005，19（5）： 94-96.

[7] 沈裕琥，黄相国.秸秆覆盖的农田效应[J].干旱地区农业研究，1998，16（1）：45-50.