4种麦秸还田/玉米播种模式比较

孟庆立，王国兴，师亚琴，杨少伟，张宇文，范春燕，雷格丽，高 敏

(1．宝鸡市农业科学研究院，陕西宝鸡 722499；2．宝鸡迪兴农业科技有限公司，陕西宝鸡 722302)

冬小麦—夏玉米接茬轮作是中国黄淮海地区主要种植模式[1]。针对轮作过程中秸秆无害化处理和综合利用等问题，前人已有诸多研究，主要涉及秸秆还田对土壤有机质、钾素、耗水特性、利用效率、干物质积累、产量等方面的影响[2-5]。研究者普遍认为，秸秆还田对于培肥地力、蓄水保墒、改良土壤结构，促进资源利用等方面具有积极意义[6-7]。

然而，由于还田/播种模式选取不当，机械设计缺陷，常造成秸秆抛撒不均匀、灭茬不彻底、播种质量不佳、延误农时等问题[8-10]。为解决这些问题，南京农机化研究所研制了洁区播种机并开始示范推广[11]。目前，关于洁区播种的报道较少[12-14]，且主要集中在机具研制上。为验证玉米洁区播种效果，找出新旧模式间存在差异的主要原因，本试验选取当前常用的还田播种模式与之比较，研究土壤水分、有机质、播种质量、生长发育、产量之间的差异，并分析了各自的经济效益和优缺点，以期为生产应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦品种选用‘小偃22’，由西北农林科技大学提供。玉米品种选用‘BY801’，由宝鸡市农业科学研究院提供。

1.2 供试农机具

小麦联合收割机(中国收获新疆-2A，无秸秆粉碎装置)、小麦联合收割机(中国收获新疆-2A，加装秸秆粉碎装置)、小麦秸秆打捆机(雷沃MF6030)、玉米播种机(农哈哈2BY-4)、玉米洁区播种机(河南农有王2BMF-4)、高柱犁、旋耕机等。

1.3 试验设计

试验于2018年6-10月在宝鸡市农业科学研究院试验基地进行，采取以下4种模式。

模式1：粉碎小麦秸秆，带肥免耕播种玉米。

模式2：粉碎小麦秸秆，施肥后用高柱犁深耕翻埋，旋耕整地后播种玉米。

模式3：不粉碎小麦秸秆，除残茬外其他秸秆打捆带出田外，带肥免耕播种玉米。

模式4：不粉碎小麦秸秆，使用洁区播种机灭茬带肥免耕播种玉米，并完成秸秆覆盖作业。

本试验采用大区对比排列，每种模式种植 0.67 hm2，不设重复。2018年6月10日收获小麦，6月11日翻埋秸秆并旋耕整地(模式2)、秸秆打捆(模式3)，6月12日播种玉米，10月8日收获玉米，10月20日考种测产。玉米播种行距60 cm，株距22 cm，施肥量为尿素600 kg/hm2，磷酸二铵300 kg/hm2。

2 结果与分析

2.1 不同还田播种模式对土壤水分的影响

水分是玉米种子发芽出苗和生长发育的基本环境条件。在玉米出苗期、苗期(5叶1心，下同)、抽雄期、成熟期对不同还田模式下的耕层 (0～20 cm)土壤水分进行测定，分别在各处理的行间和株间进行取样，烘干法测定，结果见表1。

表1 不同还田播种模式下玉米耕层土壤含水量Table 1 Soil moisture content of maize plough layer under different sowing patterns %

从保墒效果看，出苗期各处理差异不大，主要是播后喷灌的原因。苗期至成熟期之间，各模式耕层含水量变化规律不完全一致，但从均值来看，模式4(洁区播种)>模式1(秸秆粉碎覆盖后播种)>模式3(秸秆打捆)>模式2(耕翻还田)，且行间和株间呈相似趋势。由此可知，秸秆覆盖和免耕可有效减少土壤水分蒸腾，耕翻土壤最易造成水分散失。模式4和模式1都进行覆盖和免耕，区别在于模式4无论行间还是株间都进行均匀覆盖，而模式1不仅株间没有覆盖，行间覆盖也不均匀(抛撒不匀)，导致整体保墒能力不如模式4。值得注意的是，4个模式行间平均土壤含水量都高于株间，可能与株间根系密度较大，吸水相对较多有关。

2.2 不同还田播种模式对土壤有机质的影响

有机质对于提高土壤肥力，改善土壤物理性质，促进植物生长发育有着重要作用。在玉米出苗期、苗期、抽雄期、成熟期，对不同还田模式下的耕层(0～20 cm)有机质质量分数进行测定，测定结果见图1。

图1 不同还田播种模式玉米耕层有机质质量分数变化Fig.1 Changes of organic matter mass fraction in corn plough layer under different patterns

从图1可知，耕层有机质质量分数在出苗期无明显差异，随着小麦秸秆的不断分解，处理间差异逐渐变大。其中，模式2(翻耕还田)有机质增加最多，之后依次是模式4(洁区播种)>模式1(覆盖播种)>模式3(秸秆打捆留茬播种)。模式1有机质增加较多，是由于将秸秆掩埋在土壤中，为腐熟提供了必要的水分、氮素和微生物条件。模式4较模式1有机质增加稍多，是因为前者将小麦根茬也进行了粉碎，且与土壤有少量混合。而模式3由于大部分秸秆被带出田外，只有少量未被粉碎的根茬，有机质增加极不明显。

2.3 不同还田播种模式对玉米播种质量的影响

出苗情况是衡量还田/播种效果的重要指标，也是玉米丰产的基础。6月27日调查玉米出苗情况(表2)。模式4(洁区播种玉米)由于在“洁区”播种，种子入土均匀，且覆盖保墒效果好，出苗整齐，生长势也强。模式1(秸秆粉碎后免耕播种)由于秸秆抛撒不匀，时常导致下种口堵塞，出苗率和整齐度都有所下降。模式2耕翻之后播种，生长势偏弱，可能与喷灌后土表板结有关，免耕播种尤其是秸秆覆盖的地表则不易板结。

表2 不同还田播种模式下玉米出苗情况Table 2 Maize emergence under different patterns

2.4 不同还田播种模式对玉米生长发育的影响

确保各阶段正常生长发育并保持直立姿态，是玉米取得稳定产量的前提。从表3可知，不同还田模式对玉米生育时期没有影响，对株高、穗位影响不明显。所有模式中，玉米生长健壮，只是在抗倒性方面，模式2(翻耕还田)略差于其他模式(免耕播种)，存在部分根部倾斜现象(后期恢复直立)。这主要与土壤对根系的固定作用有关，翻耕后的土壤比较疏松，而免耕土壤较为紧实。

2.5 不同还田播种模式对玉米产量的影响

产量是比较不同模式优劣的重要标准，也是获取种植效益的先决条件。从表4可以看出，不同还田模式下穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量差异不大，引起产量差异的主要原因是单位面积穗数的不同。模式4(洁区播种)的产量最高，之后依次为模式3(秸秆打捆)>模式2(翻耕还田)>模式1(秸秆粉碎覆盖免耕播种)，这与出苗率趋势完全一致。经现场调查，模式1减产明显的主因是秸秆粉碎质量不佳、抛撒不匀引起下种口堵塞，造成严重缺苗断垄。因此，在玉米的适宜密度范围内，其他生产条件正常的前提下，播种出苗越好，赢得高产的概率越大。

2.6 不同还田播种模式经济效益分析

对于不同模式的选择，最终还取决于经济效益。表5统计了各生产环节的成本及获取的产品收入。4种模式的成本差异主要体现在秸秆处理(打捆)、耕作(深耕、旋耕)、播种方式和运输方面，收入差异主要体现在籽粒和秸秆收入两个方面。模式4(洁区播种)由于播种质量高、工序简便，取得了最高的籽粒收入和纯收入，经济效益也最高。模式3(秸秆打捆)的经济效益与模式4接近，主因是籽粒收入较高，虽然有打捆成本，但增加了更多秸秆收入。模式1的主要问题是秸秆抛撒不匀，播种质量不稳定，导致密度下降、产量受损，籽粒收入低，最终影响经济效益。模式2的主要问题在于环节过多，加重了生产成本，且存在较高的倒伏风险。

表3 不同还田播种模式玉米生育时期及部分农艺性状Table 3 Maize growth period and some agronomic traits under different patterns

表4 不同还田播种模式玉米产量性状Table 4 Maize yeild traits under different patterns

表5 不同还田播种模式经济效益分析Table 5 Economic benefit analysis of different patterns 元/hm2

3 讨论与结论

3.1 免耕、覆盖利于保墒

耕层保墒对于干旱年份或半干旱地区玉米出苗及生长发育有着积极意义。杨备战[15]和王幸等[16]认为，秸秆全量还田+带状免耕播种保墒效果最好，耕翻播种保墒效果差，与本研究结果一致。因此，玉米耕层保墒应主要从两个方面入手：一是避免对土层的耕翻，保持较小的土壤孔隙，减少土壤水分从孔隙中蒸腾。二是对土表加以秸秆覆盖，减少土表水分的散失。从试验结果来看，洁区播种保墒效果最优，这与免耕播种和全田秸秆均匀覆盖密不可分。

3.2 影响播种质量的因素

稳定且较高的播种质量是夺取一播全苗的前提。理论上，种子发芽出苗需要充足的水分，适宜的温度和足够的氧气，而土壤是这些条件的载体。只有与土壤紧密接触才能获取水分，防止高温晒种就要避免播种过浅，保证土层不板结是获得氧气的必要条件。生产实际中，影响播种质量的因素更多，如土壤墒情、前茬处理、秸秆覆盖、排种下种、开沟方式、播种深度，甚至机械设计、保养操作等。本研究中，洁区播种机粉碎前茬、输送秸秆，在抛撒之前完成开沟播种工作，通过时间差和空间差，营造了一个相对“洁净”的播种区域，为高质量播种提供了充分条件。试验结果也表明，洁区播种玉米出苗率高、幼苗整齐一致、生长势强，播种效果优于其他模式。

3.3 培肥增产作用

小麦秸秆还田的培肥作用主要体现在有机质质量分数增加[2,17]，并利于后茬玉米干物质积累和产量的提高[5,17-18]。本试验中，虽然秸秆覆盖与掩埋还田方式相比当年有机质增幅较小，但二者还田总量是相同的，部分有机质通过淋溶作用进入土壤，剩余部分也将在适合条件下继续分解。由于有机质在矿化或腐殖化后才能被玉米吸收，所以和还田播种模式不同导致的出苗数量、质量及最终形成的单位面积穗数相比，当年有机质增加量只是造成产量差异的因素之一，而非主要 原因。

3.4 还田播种模式比较

为确保经济效益，就必须增加产品收入，降低生产成本。在对不同模式进行比较时，应尽量选择产量水平较高、生产环节较少、最终收益较好，且符合当地环境条件的模式。模式4(洁区播种)实现了清除秸秆播种和播后秸秆均匀覆盖[11]，其主要优点是工序简便、播种质量高、节水保墒、培肥地力、增产增效显著，值得大力推广。模式3(秸秆打捆硬茬播种)既充分利用了秸秆资源，又保证了播种质量，产量水平较高。对于没有洁区播种机，但具备秸秆回收条件的区域值得推广。由于该模式秸秆还田量较少(仅根茬还田)，还需结合秋作物(玉米等)秸秆还田，或施用有机肥的方式，补充土壤有机质。模式1(秸秆粉碎覆盖免耕播种)需要从机械设计、改装入手，解决秸秆抛撒不匀的问题，否则难以持续推广。模式2(翻耕还田)环节过多，生产成本高，且有倒伏风险，多在科研过程中使用，不宜在生产上推广。