双层氨化秸秆还田对盐碱地水盐运移及玉米生长的影响

李小牛

（太原理工大学水利科学与工程学院，太原030024）

0 引 言

我国盐碱地面积约为9 913 万hm2，如何改良盐碱地，在盐碱地上实现高产稳产已成为农业经济可持续发展的热点话题。秸秆还田是盐碱地治理重要手段之一，刘广明等通过试验表明秸秆覆盖有助于促进土壤脱盐[1]。余坤等认为，秸秆还田能促进冬小麦生长，提高产量和水分利用效率[2]。王增丽认为秸秆还田能稳定增加作物产量特征值，提高当季作物经济产量[3]。秸秆覆盖还田可以有效阻止太阳光直射地面，抑制棵间无效蒸发，提高土壤含水率，抑制深层土壤盐分表聚。同时，秸秆覆盖还田延长灌溉或雨水入渗时间，提高对耕作层盐分的淋溶效果。将秸秆还田到耕作层以下可以增加土壤孔隙率，抑制毛管水分蒸发，实现保水抑盐[4]。同时还可以作为“储水层”提高土壤含水率。董勤各研究表明氨化比未氨化秸秆还田生物产量显著提高[5]，氨化秸秆还田能为植株生长创造良好条件。

秸秆还田是重要的农艺技术。近些年秸秆还田主要通过以下几种措施：①收农作物时，将秸秆粉碎直接还田；②将秸秆焚烧后还田，现由于环境改善要求已基本淘汰；③将秸秆作为饲料食用后粪便还田。当前研究大多集中在未处理秸秆单层还田，他属于第一种还田措施，而对盐碱地双层氨化秸秆还田机理探究比较少。因此，本试验针对双层氨化秸秆还田对盐碱地土壤水分运移及玉米生长性状规律展开研究，以期为盐碱地实现高产稳产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区基本情况

试验区选址山西太原市小店区辛村，当地海拔765 m，经纬度为东经112°42'、北纬37°45'，属温带气候，年平均气温9.6 ℃，无霜期170 d，地下水埋深在2.5 m 内。试验土壤为壤土（沙粒、粉粒和黏粒质量分数为35.44%、46.23%、18.33%），0～100 cm 土壤剖面平均体积质量为1.46 g/cm3，钾含量21.2 g/kg、氮含量0.3 g/kg、磷含量0.9 g/kg，含盐量4.7 g/kg属于盐碱土壤。玉米生长期内降雨量173 mm。

1.2 试验设计及材料处理

1.2.1 供试材料

试验玉米品种选用“农大308”，生育阶段划分见表1。

表1 生育阶段划分

1.2.2 秸秆氨化处理

试验选用上年度风干玉米秸秆且长度粉碎到3 cm 左右，将水和尿素按质量6∶1 配成溶液，然后把溶液洒到秸秆上（溶液秸秆质量比为35∶100），装入塑料袋密封7 d使用。

1.2.3 试验设计

试验设置1个对照处理组（CK）和4个处理组分别为：F1（土表层覆盖秸秆1.2 kg/m2）、F2（土表层覆盖秸秆0.9 kg/m2，土表30 cm 下秸秆还田0.3 kg/m2）、F3（土表层覆盖秸秆0.6 kg/m2，土表30 cm 下秸秆还田0.6 kg/m2）、F4（土表层覆盖秸秆0.3 kg/m2，土表30 cm 下秸秆还田0.9 kg/m2），3 次重复，试验小区随机排列，小区间留1 m保护带。

4月25 号试验人员按标准对处理组F2、F3、F4 在土壤深度30 cm 处进行氨化秸秆还田然后将表土回填。5月1日按行距40 cm、株距30 cm 进行播种。同时，按标准对各个处理组小区进行土表层秸秆覆盖。依据当地种植习惯，于7月26日进行90 mm滴水灌溉。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 测定项目

（1）土壤含盐量及含水率：对深度0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 m土样数据进行测算。

（2）生长指标：各试验小区选10 株典型玉米做标记、对照组选30株分为3组做标记，测量植株高度、茎粗和叶面积。

（3）产量：成熟后进行称重计算。

1.3.2 测定方法

采用烘干法测算含水率，利用电导率仪测定电导率。含盐量计算公式[6]：

式中：y为土壤含盐量，g/kg；l为电导率，mS/cm。

1.4 数据处理

采用Excel 2007 进行数据处理及绘图；采用SPSS 16.0 进行数据统计分析。

2 结果与讨论

2.1 双层氨化秸秆还田对不同生育期含盐量的影响

从图1 总体分析可知，土壤含盐量由土表向下逐渐减小。土壤表层0～20 cm 含盐量变化最大，幅度在2.3～10 g/kg 之间。当深度达到40 cm 以下时，含盐量趋于稳定，集中在0.7～2 g/kg 之间。含盐量总体分布为“厂”字形，表聚显著。5月1日，播种前各处理组与CK 含盐量基本相同，差异不显著（P＜0.05，下同）。7月18日，土层0～20 cm 处理组F4、CK 含盐量分别比5月1日处理组F4、CK大2.9%、10.1%。分析可知六七月，温度逐渐升高，植株叶面积较小，光线直射土壤，棵间蒸发量变大，耕作层出现返盐“水走盐留”现象。处理组F1、F2、F3、F4 与CK 对比表明：秸秆覆盖使“土壤表层-空气”结构改为“土壤表层-秸秆-空气”避免阳光直射土壤表层，抑制土壤水分蒸发，从而抑制盐分表聚。依据当地种植习惯，于7月26日进行灌溉。8月21日处理组F1、F2、F3 耕作层0～20 cm 含盐量相较于7月18日分别减小10.4%、21.2%、10.6%，灌溉对耕作层含盐量淋洗作用明显；处理组F4、对照组CK 土层0～20 cm 含盐量相较与7月18日分别增加2.8%、11.8%。上述数据分析可知，不同处理组与对照组相比都表现出抑制盐分表聚效果，且差异显著，表明各个处理都可以为植株生长创造一个少盐环境。处理组F4 耕作层含盐量增加可能是因为秸秆上层土壤水分蒸发，所含盐分向耕作层聚集。9月30日，由于9月多次少量降雨且温度较高棵间蒸发量大，9月30日较于8月21日对照组CK 耕作层0～20 cm 含盐量增加，土层40～100 cm 含盐量变小是因为深层土壤盐分在蒸发的作用下向表层转移。处理组F1、F2、F3 耕作层0～20 cm 含盐量脱盐效果明显，40～60 cm 含盐量增加。从上图可见，就抑盐效果来说，处理组F2 在不同生育期耕作层的抑盐效果最明显，可为植株生长提供良好环境。

2.2 双层氨化秸秆还田对不同生育期耕作层含水率的影响

从图2 分析可知，5月1日播种前，各个处理和对照组耕作层含水率无显著差异。7月18日（开花期），处理组F1 比CK 含水率高11.6%，是由于处理组F1 秸秆覆盖阻止太阳光线直射地面抑制土壤水分蒸发，所以含水率较高。处理组F2、F3、F4比对照组CK含水率分别少2.5%、5.0%、11%。主要是由于进行土壤下层秸秆还田需对耕作层土壤开挖和还填，增加土壤蒸发面积所致。7月26日灌溉后，8月21日耕作层含水率较7月21日有明显升高。处理组F1、F2、F3、F4 分别比对照组CK 含水率高10.2%、7.0%、8.6%、8.2%且差异显著，原因在于秸秆层具有孔隙率高的物理特性，进行灌溉时他可作为“储水层”为植株以后生长创造良好条件。9月试验区降雨次数较多，降雨量偏大但温度较高蒸发量也较大，处理组F1、F2、F3、F4分别比CK 含水率高19.0%、14.0%、13.2%、9.1%且差异显著，表明氨化秸秆还田随着植株的生长发育保水效果越来越显著，但处理组F1、F2、F3、F4 之间差异不显著。从上述数据表明耕作层全生育期保水效果F1较好。

2.3 双层氨化秸秆还田对玉米生长发育的影响

2.3.1 双层氨化秸秆还田对玉米生长性状的影响

表2为玉米在不同生育期株高、茎粗、叶面积指数的变化情况。孔东等认为不同程度的盐分胁迫会影响植株性状和农作物产量[7]。从数据整体分析来看，6-8月各植株各生长指标快速增加，8月21日后趋于稳定。其中，叶面积指数甚至出现下降的情况。刘洋等认为当叶面积指数达到最大值后开始逐渐下降[8]。随着玉米的生长，不同处理组与CK 在株高、茎粗、叶面积指数差异变得越来越显著，表明不同处理都会促进植株的生长发育。从数据整体分析来说，处理组F2、F3 与处理组F1、F4 株高指标差异显著。实验表明在玉米全生育期处理组F2、F3更适合植株生长发育。

表2 玉米不同时期生长指标值

2.3.2 双层氨化秸秆还田对玉米产量的影响

表3 为不同处理与产量的关系。不同处理与对照组CK 相比差异显著，表明双层秸秆还田在一定程度上可以提高粮食产量。处理组F2、F3与处理组F4相比差异显著，是因为处理组F4 下层秸秆还田量较多，造成种子架空，发苗较低所以产量偏低。处理组F2、F3与处理组F1相比差异显著，是因为处理组F1 脱盐效果不明显，耕作层土壤含盐量高抑制植株生长发育。处理组F2、F3 与CK 相比分别高出31.8%、25.4%，差异达到显著水平（P＜0.05）。就产量而言，处理组F2、F3最适合玉米生长发育。

表3 不同处理与产量的关系

3 结 论

通过双层氨化秸秆还田对土壤水盐运移及植株生长发育的影响，得出以下结论：

（1）土壤含盐量总体分布为“厂”字形，表聚显著。9月30日处理组F1、F2、F3、F4 耕作层含盐量分别比对照组CK小36%、46%、41%、19%，双层氨化秸秆还田上层秸秆覆盖使“土壤表层-空气”结构改为“土壤表层-秸秆-空气”，避免阳光直射土壤表层，抑制棵间蒸发，从而抑制盐分向表层土壤聚集；下层秸秆还田提高土壤孔隙率，抑制深层毛管水向耕作层转移，抑制深层土壤盐分向表层转移。就抑盐效果来说，处理组F2（上层0.3 kg/m2、下层0.9 kg/m2）抑盐效果最为明显。

（2）双层氨化秸秆还田，上层秸秆覆盖抑制棵间蒸发；下层还田秸秆具有孔隙率高的物理特性，灌溉时作为“储水层”。8月21日处理组F1、F2、F3、F4 分别比对照组CK 含水率高10.2%、7.0%、8.6%、8.2%且差异显著，双层氨化秸秆还田为植株生长创建较好水土环境。

（3）双层氨化秸秆还田，处理组与CK 在生长性状指标方面，随植株生长差异变得越来越显著，表明不同处理都会促进植株的生长发育。

（4）双层秸秆还田可以提高粮食产量，处理组F2、F3 与CK 相比分别高出31.8%、25.4%，差异达到显著水平（P＜0.05）。综合而言，双层氨化秸秆还田处理组F2 最适合玉米生长发育。