小麦秸秆还田量和还田方式对砂姜黑土地玉米生长发育的影响

郭 静，周可金，刘 芳，陈 琳，査道贵

(1.宿州职业技术学院 农艺系，安徽 宿州 234101； 2.安徽农业大学 农学院，安徽 合肥 230036)

小麦秸秆还田量和还田方式对砂姜黑土地玉米生长发育的影响

郭 静1，周可金2，*，刘 芳1，陈 琳1，査道贵1

(1.宿州职业技术学院 农艺系，安徽 宿州 234101； 2.安徽农业大学 农学院，安徽 合肥 230036)

为了探究在砂姜黑土地上适宜的秸秆还田量和秸秆还田方式，试验设置了2因素不同水平组合9个处理，以郑单958为试验材料，研究不同处理对玉米株高、第四茎节单位茎长干物质量、光合参数、根系数量和干质量、穗部性状、产量等多项指标的影响。结果表明，2/3秸秆量深耕翻还田的处理秸秆还田效应最好、产量最高，所有指标高于或显著(P<0.05)高于其他处理；其次是2/3秸秆量浅旋耕还田的处理；全量秸秆直接覆盖还田的处理产量最低。方差分析结果表明，在砂姜黑土地上2/3秸秆还田量极显著(P<0.01)优于1/2秸秆还田量和全量还田量，全量还田量为最差还田量；深耕翻极显著(P<0.01)优于浅旋耕和粉碎后直接覆盖还田，直接覆盖还田为最差还田方式。在砂姜黑土地上应推广2/3秸秆量深耕翻还田。

小麦秸秆；还田量；还田方式；砂姜黑土；玉米

秸秆含有氮、磷、钾、钙、镁和有机质等多种养分，是一种来源丰富且能直接利用的可再生资源。秸秆还田技术是发展节本增效型农业的重要技术支撑，也是促进农业可持续发展的有效手段[1]。许多研究表明，秸秆还田具有良好的土壤效应、生物效应和农田效应[2-5]，能够改善土壤物理性状，增强保墒能力，提高土壤养分，激发土壤微生物和酶活性，提高作物产量和品质等[6-9]。有关秸秆还田对作物播种出苗质量、生长发育影响的研究较多[10-15]。如秸秆还田可显著提高夏玉米的株高、叶面积系数、根系活力、根系量和产量，降低根倒率和茎折率，增强抗倒伏能力，且半量秸秆还田对玉米的生理效应高于全量秸秆还田[10]；小麦玉米两季秸秆还田玉米的播种质量、幼苗素质均高于不还田或单季秸秆还田的处理[14]；麦秸灭茬覆盖处理玉米的播种质量、根系活力高于粉碎抛撒处理和秸秆直接覆盖处理，秸秆直接覆盖还田的生理效应最差[15]。上述研究均为单一因素试验。文廷刚等[16]曾报道过砂姜黑土地上秸秆还田与肥料配施生物效应的双因素试验，但小麦秸秆还田量和还田方式两因素对玉米生长发育的影响在检索范围内未见报道。安徽淮北土壤主要为砂姜黑土，小麦-玉米复种模式是淮北两熟区最重要的复种方式之一。为此，本试验就淮北砂姜黑土地上小麦秸秆还田量和秸秆还田方式对玉米生长发育的影响进行探讨，以期为淮北砂姜黑土地上小麦-玉米两熟复种模式高产栽培提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验在紫芦湖良种繁殖场进行，土质为砂姜黑土，土质黏重，宜耕性较差。耕层有机质28.34 mg·kg-1，速效氮13.65 mg·kg-1，速效磷32.58 mg·kg-1，速效钾189.65 mg·kg-1，pH值7.2。供试玉米品种为郑单958，供试肥料系金正大三元复合肥(氮磷钾含量为15-15-15)和市售尿素(含氮量46%)。

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计。主区为秸秆还田方式(W)，副区为秸秆还田量(A)。秸秆还田方式分别为：秸秆粉碎后直接覆盖，秸秆粉碎后浅旋耕还田和秸秆粉碎后深耕翻还田。秸秆还田量结合当地生产实际，设3个水平：还田1/2量，即4 500 kg·hm-2；2/3量，即6 000 kg·hm-2；全量还田，即9 000 kg·hm-2。共9个处理(表1)，每小区面积200 m2，长25 m，宽8 m。试验地种肥施用三元复合肥375 kg·hm-2，在孕穗期追施525 kg·hm-2三元复合肥，另外按秸秆还田量的8‰补施尿素以促进秸秆的腐解[7]。玉米于2015年6月18日机械精量点播，种植密度为6.75万株·hm-2，行距50 cm，穴距30 cm。

1.3 测定项目及方法

株高在玉米成熟期测定，每处理随机选取10株测量。用铁铲从株距的1/2处垂直切下，切入50 cm，挖出土柱，仔细整理后，把带土根系浸泡于水中，冲洗干净后用吸水纸吸干根表面的水分，分别数取气生根和0～50 cm的地下根系数，并烘干称量。在玉米抽雄期每处理取4份样本，每份样本2～3株，分别测定第四节间的长度，后截下用烘干箱烘至质量恒定，计算单位长度茎干质量(g·cm-1)=第四节间干质量/节间长度。

用LI-6400XT光合测定仪，在吐丝期晴天上午9：00—11：00测定穗位叶，测定净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)等。每个处理选取6株长势均匀的玉米植株，测定时待数据稳定后读取数值，取平均值。

成熟后每小区收获8株，用常规考种法考查穗长、穗粗、秃尖长、穗粒数等穗部性状和百粒重。每处理小区随机选择10 m玉米行，调查其中穗数，再折算单位面积穗数，产量(kg·hm-2)=单位面积穗数×穗粒数×百粒质量/100 000。

1.4 数据处理

试验结果用Excel 2003和SPSS 13.0分析，对有显著差异的处理用最小显著极差法进行多重比较。

表1 试验处理及编号

Table 1 Experimental treatments and according code numbers

处理编号CodeNo.试验处理Experimentaltreatments11/2秸秆直接覆盖还田1/2strawamountwithdirectlycovering21/2秸秆浅旋耕还田1/2strawamountwithshallowrotarytillage31/2秸秆深耕翻还田1/2strawamountwithdeepploughingup42/3秸秆直接覆盖还田2/3strawamountwithdirectlycovering52/3秸秆浅旋耕还田2/3strawamountwithshallowrotarytillage62/3秸秆深耕翻还田2/3strawamountwithdeepploughingup7全量秸秆直接覆盖还田Wholequantitystrawwithdirectlycovering8全量秸秆浅旋耕还田Wholequantitystrawwithshallowrotarytillage9全量秸秆深耕翻还田Wholequantitystrawwithdeepploughingup

2 结果与分析

2.1 对玉米株高、第四茎节单位茎长干物质量的影响

由图1、图2可以看出，2/3秸秆深耕翻的处理株高、单位茎长干物质量最大，抗倒能力最强，与其他处理均呈显著(P<0.05)差异，2/3秸秆浅旋耕的处理次之，全量直接覆盖还田的处理这2项指标均最小。方差分析结果表明，2试验因素对前述指标的影响差异达极显著水平(P<0.01)。深耕翻的株高、单位茎长干物质量分别比直接覆盖、浅旋耕高1.51%、0.7%和19.35%、6.45%；2/3秸秆量的株高、单位茎长干物质量分别比1/2秸秆量和全量秸秆高1.11%、1.34%和9.37%、21.88%。试验结果说明，秸秆翻埋还田特别是深耕翻对当季作物的生长效应大于覆盖还田，可形成较强壮抗倒伏的茎秆。在该试验地条件下，2/3秸秆量还田效果较好。还田秸秆量过大，腐解过程中可能会产生一些不利于作物生长的物质，或对耕作层造成不良影响。

2.2 对玉米光合特性的影响

较高的光合速率是高产优质群体的重要特征，也是获得较高产量的基础。各处理的光合参数呈显著(P<0.05)差异(表2)。净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均以处理6最高，而胞间CO2浓度则以处理6最低。各处理间气孔导度差异最大，除处理3和处理9、处理2和处理1间差异不显著(P>0.05)外，其余各处理差异均达极显著水平。方差分析结果表明，2/3秸秆量的净光合速率、气孔导度最高，分别比1/2秸秆量和全量还田的高0.67、1.89 μmol·m-2·s-1和3.96、8.49 mmol·m-2·s-1；2/3秸秆量和1/2秸秆量蒸腾速率相差较小，但均显著高于全量还田。深耕翻的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率最高，分别比浅旋耕和直接覆盖的高1.11、2.89 μmol·m-2·s-1，8.05、16.15 mmol·m-2·s-1和0.2、0.56 mmol·m-2·s-1。总体来看，秸秆直接还田覆盖的光合效率最低。

柱上无相同大写或小写字母的表示各处理间差异极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)。下同Bars marked by no same uppercase or lowercase letters indicated significant difference at P<0.01 or P<0.05 within treatments. The same as below图1 不同处理的生理株高Fig.1 Maize height under different treatments

图2 不同处理第四茎节单位茎长干物质量Fig.2 Ratios of dry weight to length of 4th internode under different treatments

2.3 对玉米根系的影响

如表3所示，处理6的根系数和根质量均显著(P<0.05)高于其他处理，处理7的根系数和根质量最小。相同的秸秆还田量下，均以深耕翻的根系数最多(处理6、处理3和处理9)，直接覆盖的处理1、处理4、处理7根系数和根质量较低，说明秸秆直接覆盖还田不利于形成发达的根系。翻埋还田特别是深耕翻还田，由于秸秆当季腐解后增加了土壤养分或改善了土壤耕作层结构和环境，可促进根系的生长和发育。2/3的秸秆还田量在翻埋还田时可最大限度地发挥秸秆还田效应，其对应的处理6和处理5根系数最多、单株根质量最大。进一步分析显示，试验因素互作明显。深耕翻和浅旋耕条件下，2/3秸秆量的处理6和处理5根系数多、根质量大，而全量秸秆还田的处理9和处理8最小；直接覆盖还田的情况下，1/2秸秆量还田的处理1根系数最多、单株根质量最大。因此，在生产实践上，有深耕翻和浅旋耕条件时，应选择2/3的秸秆还田量，无耕翻条件时，应选择1/2秸秆还田量，但该处理(1/2秸秆直接覆盖还田)在本试验条件下根系量、根质量、株高、第四茎节单位茎长干物质量、光合效率等都较低，在生产上不提倡推广。

表2 不同处理对玉米吐丝期光合指标的影响

Table 2 Effects of different treatment on photosynthesis indexes of maize at silking stage

处理TreatmentGs/(mmol·m-2·s-1)Tr/(mmol·m-2·s-1)Pn/(μmol·m-2·s-1)Ci/(μmol·mol-1)6448.21Aa8.21Aa24.96Aa244.68Df5440.36Bb8.13Aa24.37Aa246.97Df9437.31Cc8.08Aa23.12Bb247.36Df3436.86Cc8.15Aa23.89ABab246.56Df2431.54Dd8.01Bb22.56BCc249.87CDe1429.37De7.78Cc22.05BCc252.31Cd8426.35Ef7.52Dd21.53BCc255.67Bc4423.04Fg7.54Dd21.02Cd258.25Bb7420.52Gh7.43Ee20.22Cd261.34Aa

Gs，气孔导度；Tr，蒸腾速率；Pn，净光合速率；Ci，胞间CO2浓度。表中同列数据后无相同大、小写字母的表示处理间差异极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)。下同。

Gs， Stomatal conductance;Tr， Transpiration rate;Pn， Net photosynthetic rate;Ci， Intracellular CO2concentration. Data in the same column followed by no same uppercase or lowercase letters indicated significant difference at P<0.01 or P<0.05， respectively. The same as below.

表3 不同处理对玉米根系的影响

Table 3 Effects of different treatments on maize root

处理Treat-ment0～50cm根系数Rootnumberin0-50cm气生根数Bracerootnumber总根数Totalrootnumber单株根质量Rootweightperplant/g624.0Aa21.2Aa45.2Aa18.98Aa522.9ABb19.0BCb41.9BCc17.12Bb322.8ABb20.2ABab43.0Bb16.85Cc922.8ABb19.7Bb42.5Bbc16.55Cc222.2Bb19.2Bb41.4Ccd16.23Cd121.9BCb18.8Cbc40.7Cd15.96De821.9BCb17.6Cc39.5CDe14.32Ff420.6Cc17.8Cc38.4De15.52Ef720.2Cc16.2Dd38.4De13.11Fg

2.4 对玉米穗部性状、产量的影响

如表4所示，各处理对穗粗、穗长、穗粒数的影响基本一致，均表现为处理6>处理5>处理3、处理9>处理2>处理1、处理8>处理4>处理7，各处理对秃尖长度的影响与此相反。方差分析结果表明，试验因素对玉米穗部各性状的影响均达极显著水平(P<0.01)，两因素间交互作用除对穗粒数的影响未达显著水平外(P=0.297 5)，对其他穗部性状的影响均达极显著水平(P<0.01)。深耕翻的穗粒数比浅旋耕、直接覆盖分别高1.92、14.23粒；2/3还田量的穗粒数比1/2秸秆量、全量秸秆的高2.44、9.79粒。结果表明，深耕翻还田方式、2/3秸秆还田量适合于砂姜黑土环境，还田效果较好，利于形成粗长大穗。

在各产量构成因素中，各处理下穗数差异最小。秸秆直接覆盖(处理1、4、7)和秸秆还田量过大(处理8、7)会降低玉米的出苗率，而深耕还田(处理3、6、9)和2/3秸秆还田量(处理6、5)在砂姜黑土地上出苗率较高。处理1的穗数比处理2的穗数高1.54%，说明1/2秸秆量下浅旋耕还田比直接覆盖更不利于土壤表层的播种出苗质量，但处理2的产量比处理1高5%，结合其他指标，秸秆翻埋更利于作物的生长和产量形成。从各处理的产量差异可以看出，2/3的秸秆还田量下(处理6、5)产量较高，是砂姜黑土地上较适宜的还田量。处理6比处理5增收515 kg·hm-2，产量差异达极显著水平(P<0.01)，说明深耕翻还田在砂姜黑土上更利于提高秸秆还田的效果。全量还田下(处理7、8)产量最低，说明全量还田不能充分发挥秸秆还田的效益，在生产上不宜大面积推行。直接覆盖还田下(处理1、4、7)产量都较低，说明在该试验条件下不宜采用。

表4 不同处理对玉米穗部性状、产量的影响

Table 4 Effects of different treatments on actual ear characters and yield

处理Treatment穗长Earlength/cm穗粗Eardiameter/cm秃尖Baredlength/cm穗粒数Grainnumberperear穗数Earnumber/(104·hm-2)百粒重100-seedweight/g产量Yield/(kg·hm-2)619.8Aa5.22Aa0.95Ee528.12Aa6.7Aa32.84Aa11620.12Aa519.4Bb5.09Bb1.28Dd522.06ABab6.6Aa32.23Aa11105.16Bb319.2Bb5.00Cc1.44Dd521.19ABb6.7Aa31.58ABab11027.65Bb919.0Bb5.02Cc1.46Dd520.38ABb6.5ABab31.56ABab10678.08Cc218.4Cc4.88Dd1.48CDcd515.88Bbc6.4ABab31.14Bb10281.28Cc117.6Dd4.84DEde1.74Cc510.00Bc6.5ABab29.46Bc9765.99Dd817.6Dd4.84DEde1.83Cc510.50Bc6.3Bb29.12Cd9365.43Ee416.6Ee4.78Ee2.09Bb506.69Bc6.3Bb28.87Cd9215.73Ee715.6Ff4.7Ff2.58Aa500.63Cd6.2Bb28.26Cd8771.64Ee

3 讨论

不同试验条件下，秸秆还田方式和秸秆还田量对后茬作物的影响结果不尽相同。季陆鹰等[17]认为，全量小麦秸秆还田较半量秸秆还田更能提高水稻的叶面积系数、穗数和千粒重等，产量更高；洪德峰等[18]研究表明，深耕的还田效果高于常规耕作；刘义国等[19]研究表明，在华北旱地条件下，秸秆深松还田、免耕还田的还田方式优于深耕和旋耕还田，花后深松还田光合效率、产量最高，但免耕、深松还田的出苗率较低。本研究表明，试验处理对各指标的影响基本一致。2/3秸秆还田量、深耕翻的处理表现最优，除了穗粒数、蒸腾速率、净光合速率和胞间CO2浓度与处理5(2/3秸秆浅旋耕还田)差异不显著外，其余指标均与其他处理呈显著(P<0.05)差异，秸秆还田效应最好。方差分析表明，试验因素对各指标的影响均达极显著水平(P<0.01)。在试验地条件下：2/3秸秆还田量为最佳还田量，全量秸秆为最差还田量，这可能是由于过多的秸秆腐解超出了土壤本身的调节能力，从而对玉米生长产生一些不良影响；深耕翻为最佳还田方式，秸秆粉碎后直接覆盖还田为最差还田方式，这可能与秸秆不能很好地转化为养分或者秸秆覆盖会降低地表温度从而不利于玉米根系和茎秆的发育有关。

本研究发现，试验条件下还田方式和还田量交互作用明显，两因素互作除了对穗粒数的影响未达显著水平(P>0.05)外，对其他各指标的影响均达到极显著水平(P<0.01)。在深耕翻、浅旋耕时，宜采用2/3秸秆还田量；在无耕翻条件时，宜采用较少的秸秆还田量(1/2的秸秆还田量)。在皖北小麦产区，生产上大播量的种植习惯尚未改观，产生的秸秆量太大，因此，2/3秸秆量是较适宜的还田量。秸秆的处理清运往往需要大量的人力、物力，农民常会选择全量还田，但由于深耕翻机械不足，导致还田效果较差。针对当前秸秆还田中存在的问题，应切实着力推进土地流转，促进大面积精量播种标准种植，产生适量健康的秸秆。同时，应加大对农田基础设施建设的投入，进一步增加深耕翻机械的补贴力度，以实现秸秆还田后的有效灌溉和秸秆的深耕掩埋，促进秸秆腐解，减少秸秆浅层还田或覆盖还田带来的土壤过于疏松、保墒能力下降、出苗质量差等问题。

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(责任编辑 高 峻)

Effects of returning amount and manner of wheat straw on maize growth in lime concretion black soil field

GUO Jing1， ZHOU Kejin2，*， LIU Fang1， CHEN Lin1， ZHA Daogui1

(1.AgronomyDepartment，SuzhouVocationalTechniqueCollege，Suzhou234101，China; 2.CollegeofAgriculture，AnhuiAgriculturalUniversity，Hefei230036，China)

To explore the suitable straw returning amount and manner in lime concretion black soil field， the experiment including 9 treatments with different level combinations of 2 test factors was performed on growth of maize cultivar Zhengdan 958. The indexes determined included plant height， ratio of dry weight to length of 4th internode， photosynthesis indexes， root number and weight， ear characters and yield. It was shown that the treatment of 2/3 straw amount returning with deep ploughing up led to the best straw returning effect and the highest yield， of which all indexes were higher or significantly (P<0.05) higher than those of other treatments. The treatment of 2/3 straw amount returning with shallow rotary tillage was next in rank. While the treatment of whole quantity returning with directly covering revealed the worst performance and the lowest yield. The variance analysis of each index indicated that 2/3 straw amount returning was significantly (P<0.01) better than 1/2 straw amount and the whole quantity， and the whole quantity was the worst straw returning amount. Deep ploughing showed significantly (P<0.01) better effect on maize growth than that of the shallow rotary tillage and directly covering after crushing， and directly covering performed the worst. So， 2/3 straw amount returning with deep ploughing up should be extensively promoted in lime concretion black soil field.

wheat straw; straw returning amount; straw returning manner; lime concretion black soil field; maize

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.04.01

2016-12-12

安徽省自然科学基金重点项目(2014A254)

郭静(1972—)，女，安徽宿州人，硕士，副教授，研究方向为作物高产优质栽培。E-mail:guojing580@sohu.com

*通信作者，周可金，E-mail:zhoukejin@163.com

S318

A

1004-1524(2017)04-0521-07

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(4): 521-527

郭静，周可金，刘芳，等. 小麦秸秆还田量和还田方式对砂姜黑土地玉米生长发育的影响[J]. 浙江农业学报，2017，29(4)： 521-527.