秸秆还田配施氮肥对土壤性状与水分利用效率的影响

李 荣 侯贤清 吴鹏年 李培富 王西娜

(宁夏大学农学院， 银川 750021)

0 引言

我国秸秆资源丰富，年产量约7.9亿t，约占世界的39.5%。除部分用作燃料、造纸、饲料外，大部分秸秆被焚烧[1-2]。随着化肥用量增长，厩肥、绿肥量大幅降低，秸秆已成为重要的有机肥源之一[3]，作为农业生产中重要的培肥措施，秸秆还田不仅可杜绝秸秆焚烧现象，减少环境污染，还可改善土壤孔隙结构和理化性质，达到提高土壤保水保肥性能、增加作物产量的目的[4]，其综合利用对稳定农业生态平衡、促进农民增产增收、缓解能源与环境压力具有重要作用[5]。因此，充分利用现有秸秆资源是当前亟待解决的重要问题。

近年来，围绕秸秆还田对农田土壤理化特性及作物响应机理相关研究已成为国内外学者普遍关注的热点[6-10]。秸秆与化肥配施具有培肥改土作用，可改善土壤物理结构，增强土壤蓄水保墒的能力，减少水分蒸发，提高作物的水分利用效率[11-14]。白伟等[15]研究表明，秸秆还田配施氮肥可显著提高土壤含水率，降低土壤容重，调节土壤三相比。张亮[16]研究也表明，秸秆还田配施氮肥的作物水分利用效率明显高于不施氮肥处理，秸秆还田配施氮肥量(纯N)225 kg/hm2的水分利用效率最高。在现阶段农业生产中为追求作物高产，氮肥施用量越来越大，不仅增加了生产成本，还造成土壤污染[17]。因而如何将氮肥施用量和秸秆还田措施有机结合，更好地促进农业生产的发展，是目前值得研究的重要课题。

在不同土壤类型及气候条件下，不同秸秆还田方式结合施肥措施对土壤物理性质变化及作物产量和水分利用效率的影响并不相同[18]。宁夏扬黄灌区是宁夏重要的玉米产区，地处中温带干旱区，降雨较少，土壤质地粘重、有机质含量偏低、养分匮乏，严重制约了作物的生长，从而导致该地区水分利用效率低下[19]。该区长期以来一直依赖化学肥料，盲目施肥导致肥料的大量浪费和土壤质量下降[20]。秸秆还田配施氮肥作为一种有效的土壤快速培肥方式已在该区开始应用[21]，然而由于秸秆还田后的氮肥用量及还田周期不同，其对秸秆还田后土壤物理性质、玉米产量及水分利用效率的影响效果亦不相同[8,14-15,18]。目前，秸秆还田配施氮肥对作物产量和土壤肥力等方面的研究已有诸多报道，然而秸秆还田配施氮肥不同用量对宁夏扬黄灌区土壤物理性质、玉米产量及水分利用效率的研究却鲜见报道。为此，本研究针对宁夏扬黄灌区干旱少雨、土壤结构差、水分利用效率低等问题，通过补灌和秸秆还田配施不同用量的氮肥，研究其对土壤容重、含水率及春玉米产量和水分利用效率的影响，以期为该区秸秆还田配施适量氮肥和玉米高产及水分高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

本试验于2016年4月至2017年10月在宁夏旱作节水高效农业科技园进行。该园区位于宁夏回族自治区同心县王团镇(36°51′N, 105°59′ E)，属中温带干旱大陆性气候，海拔约1 200 m，干旱少雨，年降水量150～300 mm，年际变率大，无霜期120～218 d，年平均气温8.6℃，水分蒸发强烈。2016年玉米生育期(4—9月)降水量为146.4 mm，2017年玉米生育期降水量为297.2 mm(表1)。试验地土壤质地为砂壤土，0～40 cm层土壤有机质质量比为8.2 g/kg，碱解氮质量比38.3 mg/kg，有效磷质量比16.1 mg/kg，速效钾质量比198.0 mg/kg，pH值 8.4，属低等肥力水平。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，在玉米秸秆全量还田(9 000 kg/hm2)条件下，设4种纯氮配施水平：SR+N0(0 kg/hm2)、SR+N1(150 kg/hm2)、SR+N2(300 kg/hm2)、SR+N3(450 kg/hm2)，以秸秆不还田施氮量333 kg/hm2为对照(CK)，5个处理，每个处理3个重复，共15个小区，小区面积为49 m2(7 m×7 m)。纯氮配施水平设置依据：参考国内外相关文献并结合宁夏中部干旱区当地春玉米最佳纯氮施用水平多在225 kg/hm2左右，由于在秸秆直接还田时通常配施一定量无机氮肥，以补充土壤速效氮的不足，因此设计纯氮中间施用量为300 kg/hm2，为探讨不同施氮量下土壤物理性质变化及对玉米产量和水分利用效率的影响，设置中间量减半处理(150 kg/hm2)和中间量加半处理(450 kg/hm2)，对照为秸秆不还田施氮量333 kg/hm2，其中225 kg/hm2为最佳施氮量，108 kg/hm2为还田秸秆带入的氮素。

表1 玉米不同生育阶段降水、灌水和追肥情况Tab.1 Precipitation, irrigation and top-dressing status during growing stage of maize

试验所用玉米秸秆有机养分含量(质量比)分别为有机碳705.8 g/kg、全氮12.0 g/kg、全磷2.6 g/kg、全钾12.7 g/kg。试验处理具体操作如下：将前一年收获后的玉米秸秆切碎成3～5 cm小段，在2016年试验处理前将基肥纯牛粪(有机养分含量(质量比)分别为有机碳769.2 g/kg、全氮23.0 g/kg、全磷16.3 g/kg、全钾22.4 g/kg)1.0 t/hm2、磷酸二铵(总养分(N+P2O5)质量分数大于等于64.0%，总氮(N)质量分数大于等于18.0%，有效磷(P2O5)质量分数大于等于46.0%)150 kg/hm2撒在地表，与秸秆一起翻入土壤。各处理均按秸秆全量(9 000 kg/hm2)进行翻压还田(翻压深度20 cm)，同时在施氮肥处理中分别施入4种不同纯氮用量(尿素N质量分数大于等于46%)。2017年玉米收获后，将基肥磷酸二铵 150 kg/hm2撒在地表，与秸秆一起翻入土壤。各处理均按秸秆全量(9 000 kg/hm2)进行人工翻压还田，同时在施氮肥处理中分别施入4种不同纯氮用量。对照处理为秸秆不还田，施氮量为纯氮333 kg/hm2，进行人工翻入土壤。

玉米供试品种为当地常规品种先玉335，分别于2016年5月8日和2017年4月11日播种，2016年9月30日和2017年10月6日收获。玉米采用鸭嘴式点播器人工点播，种子播深5～10 cm，宽窄行种植，宽行距70 cm，窄行距40 cm，株距为20 cm，种植密度为90 955株/hm2。试验期间利用自动降雨监测系统对降水量进行监测。玉米生育时期灌水量、降水量及追施纯氮量如表1所示，2016年玉米生育期灌溉方式为畦灌，每个生育阶段隔20 d以相同灌水量分3次灌入，采用人工追肥；2017年灌溉方式为滴灌，每个生育阶段隔20 d以相同灌水量分3次灌入，水肥一体化进行追肥，生育期间进行人工除草。

1.3 测定指标及方法

1.3.1基本指标

土壤容重：2016年4月中旬试验处理前及2017年10月玉米收获后，按0～20 cm和20～40 cm用环刀取样，采用环刀法测定各土层土壤容重，并计算土壤总孔隙度。

土壤含水率：在玉米播种期、苗期、拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期及收获期，采用土钻取土干燥法测定0～100 cm层土壤质量含水率(%)，每20 cm 层取一土样，并结合降水量和灌水量，计算作物耗水量(mm)。

土壤养分含量：2016年4月中旬试验处理前及2016年和2017年玉米收获期后，每个处理选取3点，每20 cm采1个样，测定0～40 cm土层平均土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量。土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别采用重铬酸钾氧化法、凯氏定氮法、碱解扩散法、钼锑抗比色法和火焰光度法测定。

玉米产量：玉米收获期，每个处理选取3点，每点收获3 m双行果穗，脱粒，干燥，称量。籽粒产量以14%含水率计算。

1.3.2相关指标的计算方法

土壤总孔隙度计算公式为

K=(1-γ/2.65)×100%

(1)

式中γ——土壤容重，g/cm3

土壤蓄水量为

W=10hγa

(2)

式中h——土层深度，cm

a——土壤质量含水率，%

采用水量平衡法计算作物全生育期内总耗水量，公式为

P+I=ET+D-ΔW+R

(3)

式中P——玉米生育期降水量，mm

I——生育期灌水量，mm

ET——玉米全生育期内总耗水量，mm

D——地下水的补给量和渗漏量，mm

ΔW——玉米播种期和收获期土壤蓄水量之差，mm

R——地表径流量，mm

由于本试验地地下水埋深较深(大于25 m)，地下水补给量和渗漏量(D)设为0 mm，并且由于处理间有50 cm的田埂拦截，故不考虑地表径流(R)。故作物耗水量的计算公式可简写为

ET=P+I+ΔW

(4)

作物水分利用效率以作物经济产量与耗水量的比值表示，即

WUE=Y/ET

(5)

式中Y——玉米籽粒产量，kg/hm2

1.4 数据统计分析

采用Excel 2003制图，SAS 8.0进行方差分析，并用LSD法(P<0.05)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对耕层土壤容重与孔隙性状的影响

土壤容重是反映土壤紧实程度的重要指标之一，秸秆还田配施氮肥对玉米收获期土壤容重有显著影响(图1a，图中同一土层下不同小写字母表示不同处理差异达显著水平(P<0.05))。试验处理前，土壤质地比较黏重(0～40 cm土层平均土壤容重为1.56 g/cm3)，经过两年玉米秸秆还田后，各处理耕层(0～40 cm)土壤容重随土壤深度增加而增加，各处理0～20 cm和20～40 cm土层土壤容重由大到小均依次为CK、SR+N0、SR+N1、SR+N2、SR+N3。与试验处理前相比，不同氮肥用量均降低了耕层土壤容重，降幅达1.0%～8.4%，而对照处理略有增加。0～20 cm土层，SR+N2和SR+N3处理的土壤容重比CK分别显著降低9.8%和10.4%；20～40 cm土层，分别显著降低6.1%和7.1%；0～40 cm分别显著降低8.0%和8.8%。而SR+N0处理耕层土壤容重与CK无显著差异。这表明，秸秆还田配施氮肥后土壤容重较不施氮肥处理均降低，其中中量和高量氮肥处理降幅最为显著。

图1 秸秆还田配施氮肥下0～40 cm土层土壤容重和总孔隙度Fig.1 Soil bulk density and soil porosity in 0～40 cm soil depth under straw returning with N application

秸秆还田可降低土壤容重，增加土壤总孔隙度，各处理耕层土壤总孔隙度与土壤容重变化趋势相反，秸秆还田配施中量与高量氮肥处理显著高于秸秆还田不施氮肥和秸秆不还田处理(图1b)。各处理耕层土壤总孔隙度在34.5%～46.1%之间，秸秆还田配施氮肥各处理较试验处理前提高6.8%～12.0%。SR+N2和SR+N3处理均显著高于CK，而SR+N0处理与CK相比差异不显著。随施氮量的增加，不同氮肥用量各处理土壤总孔隙度逐渐增加，其中中量氮肥和高量氮肥处理最为显著，SR+N2和SR+N3处理耕层平均土壤总孔隙度分别较CK显著提高11.4%和12.5%。可见，秸秆还田配施氮肥后能有效改善土壤的通气能力，使土壤的孔隙状况得到显著改善。

2.2 对玉米生育期0～100 cm层土壤含水率的影响

土壤含水率的变化是评价不同处理对土壤物理环境影响的重要指标。玉米主要生育阶段各处理0～100 cm层土壤含水率如图2所示。玉米生育前期(苗期—拔节期)，2016年各处理土壤含水率随土层的加深呈增加趋势，但处理间差异不显著(图2a)，而2017年各处理土壤含水率随土层的加深有所下降，SR+N1、SR+N2、SR+N3处理0～100 cm层平均土壤含水率低于CK处理6.9%～10.7%(图2d)。生育中期(小喇叭口期—吐丝期)，由于玉米生长对土壤水分消耗较大，且该阶段降水量较少，两年研究期间各处理土壤含水率均明显降低(图2b、2e)。在0～100 cm土层，SR+N2和SR+N3处理平均土壤含水率显著高于SR+N0、SR+N1和CK处理，其中较CK分别提高25.6%和20.9%。SR+N1处理0～100 cm土层平均土壤含水率在2016年与CK处理无差异，而2017年显著高出CK处理25.3%。

玉米生育后期(灌浆期—成熟期)，随着作物耗水量的减少，降水量增多，0～100 cm层土壤含水率得到恢复(图2c、2f)。2016年各处理0～60 cm层土壤含水率无明显变化，60～100 cm层土壤含水率有所回升(图2c)。2017年各处理0～40 cm层土壤含水率无明显变化，40～100 cm层土壤含水率逐渐下降(图2f)。两年秸秆还田配施氮肥处理0～100 cm层土壤含水率均高于对照，但处理间无显著差异。可见，在玉米生育前期，秸秆还田配施氮肥处理与对照相比无显著差异，而在中后期SR+N2处理保蓄0～100 cm层土壤水分的效果最佳，SR+N1和SR+N3处理次之。

图2 秸秆还田配施氮肥下0～100 cm土层剖面土壤含水率变化曲线Fig.2 Soil water content in 0～100 cm soil profile under straw returning with N application

2.3 对耕层土壤肥力的影响

秸秆还田增施氮肥可增加耕层(0～40 cm)有机碳和全氮含量，与试验处理前相比，两年玉米收获期各处理土壤有机碳和全氮含量均明显增加，增幅为3.1%～16.7%(表2)。2016年SR+N1、SR+N2和SR+N3处理土壤有机碳含量分别较CK显著增加10.7%、17.8%和12.1%，而施氮处理间、SR+N0与CK无显著差异。2017年土壤有机碳含量随施氮量的增加而增加，SR+N1、SR+N2和SR+N3处理土壤有机碳含量分别较CK显著增加11.7%、17.5%和18.8%，而SR+N2与SR+N3、SR+N0与CK均无显著差异。两年研究期间，秸秆还田条件下耕层土壤全氮含量均随施氮量的增加而增加，以SR+N3处理最高，施氮各处理均显著高于CK处理，但SR+N2与SR+N3、SR+N0与CK处理间差异均不显著。SR+N1、SR+N2和SR+N3处理平均土壤全氮含量分别较CK显著提高25.9%、38.1%和43.0%。秸秆还田配施氮肥可调节土壤碳氮比(表2)。与处理前相比，两年玉米收获期各处理耕层土壤碳氮比均显著降低，降幅为8.1%～26.6%。两年玉米收获期土壤碳氮比随施氮量的增加而降低，不同施氮量处理间、SR+N0与CK处理间差异均不显著，但均显著低于CK处理。SR+N1、SR+N2和SR+N3处理2016年较CK处理分别降低12.7%、16.3%和21.8%，2017年分别降低10.7%、13.5%和16.6%。

秸秆还田配施氮肥可有效增加0～40 cm层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量。两年玉米收获后，秸秆还田配施不同氮肥用量各处理土壤速效养分含量均高于处理前(表2)。玉米收获期土壤碱解氮含量2016年以SR+N2处理最高，2017年以SR+N3处理最高，SR+N1、SR+N2和SR+N3处理两年平均分别较CK显著增加22.3%、33.6和36.1%，而SR+N0处理与CK差异不显著。2016年各处理(除SR+N0外)土壤有效磷含量均显著高于对照，以SR+N1处理增幅最大，其次为SR+N2和SR+N3处理，而2017年各处理土壤有效磷含量随施氮量的增加而增加，以SR+N3处理增幅最大。SR+N1、SR+N2和SR+N3处理两年平均分别较CK显著提高38.9%、47.0%和46.0%，但SR+N0处理与CK差异不显著。2016年各处理对土壤速效钾含量提升效果显著，SR+N0、SR+N1、SR+N2和SR+N3处理分别较CK显著提高38.7%、62.4%、75.0%和62.4%。2017年SR+N0、SR+N1、SR+N2处理分别较CK处理显著提高31.9%、53.5%和30.8%，而SR+N3处理与CK差异不显著。由此可见，秸秆还田配施氮肥可显著增加土壤0～40 cm耕层土壤养分，从而改善土壤的肥力。

表2 秸秆还田配施氮肥对0～40 cm耕层土壤肥力的影响Tab.2 Effects of straw returning with nitrogen fertilization on soil fertility in 0～40 cm tilth

注：同列不同小写字母表示不同处理下差异达显著水平(P<0.05)。下同。

2.4 对玉米籽粒产量和水分利用效率的影响

秸秆还田配施不同氮肥用量对作物产量、耗水量和水分利用效率的影响不同。由表3可知，秸秆还田配施氮肥能显著提高玉米的籽粒产量。2016年各处理玉米籽粒产量由高到低依次为SR+N2、SR+N3、SR+N1、SR+N0、CK，增产效果以SR+N2处理最为显著，其次为SR+N3处理，分别较CK(秸秆不还田处理)增加36.6%、21.8%；2017年各处理玉米籽粒产量由高到低依次为SR+N2、SR+N1、SR+N3、SR+N0、CK，增产效果以SR+N2处理最为显著，其次为SR+N1处理，分别较CK显著增加31.1%、26.8%。研究期间，SR+N2处理两年平均玉米籽粒产量较CK显著增加33.9%。

表3 秸秆还田配施氮肥措施下玉米籽粒产量和水分利用效率Tab.3 Grain yield and water use efficiency of maize under straw returning with nitrogen application

2016年灌水量(畦灌方式，4 500 m3/hm2)略高于2017年(滴灌方式，4 275 m3/hm2)，然而2017年玉米生育期降水量(297.2 mm)是2016年(146.4 mm)两倍多，2017年作物耗水量明显高于2016年，而两年玉米籽粒产量各处理年际间差异不明显，因而2016年玉米水分利用效率明显高于2017年(表3)。2016年秸秆还田配施氮肥各处理下作物耗水量较对照显著增加，其中SR+N1、SR+N2和SR+N3处理作物耗水量分别较CK显著增加7.0%、10.5%和10.0%；2017年各处理间作物耗水量无显著差异。2016年SR+N2处理玉米水分利用效率较CK显著提高23.6%，SR+N3处理较CK显著提高16.2%，而SR+N1、SR+N0处理与CK差异不显著；2017年SR+N1、SR+N2和SR+N3处理水分利用效率分别较CK显著提高26.8%、30.1%和19.0%，而SR+N0处理与CK无显著差异。可见，两年玉米水分利用效率均以SR+N2处理最高，平均较CK显著增加26.2%。

3 讨论

3.1 秸秆还田配施氮肥对土壤容重及孔隙度的影响

众多研究结果表明，秸秆还田与施氮量对土壤容重和孔隙度有显著影响[22-23]。在深翻秸秆还田的基础上，还田量为9 000 kg/hm2和配施氮肥225 kg/hm2可显著降低土壤容重，调节土壤三相比[15]。稻麦轮作区实施全量秸秆还田配施氮磷钾肥能够降低土壤容重，增大土壤总孔隙度和大孔隙度，改善水稻土的物理结构[24]。本研究也表明，秸秆还田施用氮肥后土壤容重均较不施氮肥和秸秆不还田处理显著降低，改善了土壤总孔隙度，以中高量氮肥处理较秸秆不还田处理最为显著。其主要原因是：秸秆深翻还田(深度为20 cm)能有效打破犁底层[23]，同时通过配施不同氮肥用量可影响秸秆腐解效果，在微生物和酶的共同作用下持续向土壤中提供大量有机物质，分解物与土壤颗粒结合形成稳定疏松的团粒结构，从而改善土壤的紧实程度，进而使耕层土壤容重降低，改善了土壤孔隙度的空间分布[25-26]。然而，中氮肥的基础上增加施氮量不利于土壤物理性质的改善，这是由于高氮肥投入导致土壤环境恶化[27]，结果造成土壤容重增加，孔隙度降低。本研究还发现，秸秆还田条件下不施氮肥会增加土壤容重，分析其原因可能是作物秸秆腐熟过程需要消耗土壤中大量养分[28]，从而导致土壤质地黏重，土壤孔隙度变小，最终使土壤容重增大。

3.2 秸秆还田配施氮肥对土壤水肥效应的影响

在秸秆还田基础上施肥可增强土壤的蓄水能力，提高土壤含水率[29]。在玉米秸秆还田后，玉米生育前期会表现出秸秆与作物争夺水分现象，土壤贮水量低于秸秆不还田处理，而后期则增强土壤的贮水能力[30]。同时，秸秆还田结合施氮具有保水缓温作用[31]。本研究发现，在玉米生育前期各处理间差异不显著，秸秆还田配施氮肥处理在玉米生育中后期对保蓄土壤水分效果显著，这是由于秸秆还田后对土壤水分的影响具有双重性：初期秸秆腐解过程消耗大量水分，产生与作物争夺水分的现象；中后期腐解过程结束后，秸秆还田配施氮肥改善土壤的物理性状，增强土壤的保蓄水分能力，因而有利于土壤含水率的增加[32]。本研究还发现，玉米生育中后期低氮肥(SR+N1、SR+N2)比高氮肥处理(SR+N3)土壤含水率高，SR+N0处理保水效果则低于CK，可能由于中期高氮肥处理植株长势较好，植株蒸腾耗水大导致土壤含水率降低[33]，而SR+N0处理下秸秆不腐熟或腐熟不完全使土壤保水能力降低。

秸秆还田配施氮肥措施有利于土壤有机碳的积累，同时还可提高土壤氮素的供应能力[21]。张静[34]研究认为，秸秆全量还田(9 000 kg/hm2)配施600 kg/hm2的氮肥量对土壤碳氮的固持和供给效果较好，且可调控土壤碳氮比，增强土壤微生物固定碳氮的能力。汪军等[35]也发现，秸秆还田和氮肥配施可显著提高土壤有机质和全氮含量。本研究结果表明，秸秆还田配施氮肥能有效提高土壤有机碳、全氮含量，其中以秸秆还田配施300、450 kg/hm2氮肥处理表现最佳。分析其原因是由于秸秆还田后施入无机氮，会改善土壤氮素的供给水平，使土壤碳氮比降低，更有利于促进微生物的增殖及分解更多的有机质，进而增加土壤有机质中碳的分解与释放及土壤全氮的含量[10]。有研究表明，秸秆还田后配施一定量的氮肥，在保证土壤肥力逐年提升的同时，又可提高土壤速效养分含量[36]。本研究认为，秸秆还田配施氮肥能提高耕层土壤速效养分含量。分析其原因：①碳氮比高的秸秆还田后会激发土壤氮的矿化，增加土壤碱解氮的含量[37]。②秸秆还田增施氮肥后由于改善土壤的物理环境，进而促进玉米秸秆的腐解，增加了土壤的有机物质，同时可降低速效养分的淋溶，提高土壤对氮磷钾元素的吸附力，从而弥补秸秆降解过程中土壤微生物对养分的固持[38]。

3.3 秸秆还田配施氮肥对玉米产量及水分利用效率的影响

由于区域生态环境的不同，关于秸秆还田方式、还田量、还田周期、氮肥配施用量方面的研究，不同学者存在不同的研究结论。高金虎等[33]在辽西风沙半干旱区的研究发现，秸秆还田配施氮肥对提高玉米水分利用效率以秸秆还田量6 000～9 000 kg/hm2配施纯氮420 kg/hm2效果最佳。余坤等[39]研究表明，在关中灌区实施粉碎氨化秸秆连续两年还田后能显著提高冬小麦产量和水分利用效率。张亮等[40]研究认为，玉米秸秆还田能提高关中平原冬小麦产量和水分利用率，秸秆全量还田(4 500 kg/hm2)冬小麦氮肥用量应控制在175～262.5 kg/hm2。本研究结果表明，在宁夏扬黄灌区，秸秆粉碎全量还田(9 000 kg/hm2)，配施中量氮肥(300 kg/hm2)能显著提高玉米产量和水分利用效率，同时高于低氮肥处理和高氮肥处理。主要原因为：①秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2后，可改善土壤微环境(土壤孔隙度、土壤水分、养分等)，使微生物及酶活性显著提高，从而加速秸秆的腐解和土壤有机质养分的分解利用，改善土壤的水肥状况，促进作物的生长发育，最终使玉米产量和水分利用效率显著提高[32]。②秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2能够更好地调节土壤中的碳氮比，使作物充分利用土壤氮素，从而提高作物的水分利用效率[13]。本研究还发现，2016年灌水量(4 500 m3/hm2)略高于2017年(4 275 m3/hm2)，但2017年玉米生育期降水量(297.2 mm)是2016年(146.4 mm)两倍多，致使2017年作物耗水量明显高于2016年，而两年玉米籽粒产量各处理年际间差异不明显，因而导致2016年玉米水分利用效率明显高于2017年，这与以往研究[41-42]结果不一致，还可能与年际降水量在玉米生育期的分布、土壤微生物变化规律及作物根系生长发育等有关[15]，这仍需要进一步深入探讨。

4 结论

(1)秸秆还田配施氮肥能有效降低耕层土壤容重、提高土壤总孔隙度，以秸秆还田配施纯氮300、450 kg/hm2处理效果最为显著。秸秆还田配施氮肥处理对提高玉米生育中后期0～100 cm层土壤含水率效果显著，以秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2土壤蓄水保墒效果较优。

(2)秸秆还田配施氮肥能有效提高土壤有机碳、全氮含量，调节土壤碳氮比，随施氮量的增加，土壤碳氮比降低，其中以秸秆还田配施纯氮300、450 kg/hm2处理表现较优。秸秆还田配施氮肥能提高耕层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2处理对土壤培肥效果最优。

(3)秸秆还田配施氮肥可显著提高玉米籽粒产量和水分利用效率。与秸秆不还田CK处理相比，秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2处理的玉米增产和改善作物水分利用效率的效果最优。