不同种植模式对玉米出苗率和生物量及产量的影响

李 祥 张养利 曾 桥 曹三潮 王永平 柯希恒

（1陕西科技大学化学与化工学院，陕西西安 710021；2陕西农产品加工技术研究院，陕西西安 710021；3渭南市农业科学研究院蒲城实验站，陕西蒲城 715204）

秸秆既是重要的农业废弃物，又是有机碳、氮、磷、钾及矿质元素的载体，具有“用则利、弃则害”的特点[1]。2020年陕西省小麦播种面积为96.419万hm2，产量为413.25万t[2]，按草谷比1.26[3]及小麦秸秆中含碳 46.5%、氮 0.48%、磷 0.18%、钾 1.26%[4]计算，陕西省每年产生小麦秸秆量为520.7万t；如果采用还田技术，秸秆还田量为5.4 t/hm2，等于给土壤提供了有机碳 2.5 t/hm2、氮 25 kg/hm2、磷 9.7 kg/hm2及钾68 kg/hm2，可节约尿素 56.3 kg/hm2、磷酸二氢钙44.3 kg/hm2及硫酸钾147 kg/hm2，降低了化肥的使用量，杜绝秸秆焚烧带来的环境污染，对农业提质增效具有一定的意义。

王 娜等[5]研究了秸秆还田旋耕及秸秆覆盖免耕技术对秸秆腐解率、有机碳矿化率、全氮释放率的影响，发现秸秆还田旋耕技术提高了秸秆腐解率和全氮释放率。刘单卿等[6]研究发现，秸秆翻埋还田腐解率较覆盖还田显著提高61.59%。田 平等[7]研究了秸秆免耕覆盖（NTS）、旋耕还田（RTS）和翻耕还田（PTS）技术对玉米秸秆腐解及土壤养分含量的影响，发现处理RTS和PTS秸秆腐解速率均表现为前期快、后期慢的特点，处理NTS秸秆腐解率及碳氮释放率与还田时间符合逻辑斯蒂曲线方程。何 川等[8]以油菜秸秆为研究对象研究了秸秆免耕覆盖、旋耕还田、秸秆粉碎和整秆还田共4种方式下秸秆腐解率和氮、磷、钾养分释放率，发现秸秆粉碎后混土还田降解速度最快，可以有效地将秸秆养分释放回土壤中。尽管秸秆还田具有改良土壤、增加作物产量的作用，但此技术受到一些人的质疑。因此，有必要完善并细化秸秆还田的操作，使这一技术更好地为粮食增产服务。

本文以耕作模式、施肥方式、微生物菌剂种类及其用量为影响因素，以玉米苗期生长情况及产量为评价指标，采用正交试验法系统研究这些因素对玉米不同时期生长情况及产量的影响，确定小麦秸秆还田最佳条件，为规范秸秆还田操作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

渭南市农业科学研究院孙镇实验站位于蒲城县东部，地处东经 109°20'17″～109°54'48″、北纬 34°44'50″～35°10'30″之间。 属暖温带大陆性气候， 四季分明，日照充足，雨量偏少。终年平均气温13.7℃，年平均日照时数2 228.9 h，年平均降水量519.9 mm，小麦—玉米一年2季连作种植。

1.2 供试材料

供试微生物菌剂：复合菌KM（主要成分为枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌、载体等，有效活菌数≥200亿个/g），广州惠禾生物科技有限公司；有机物料腐熟剂（主要成分为枯草芽孢杆菌、真菌、酵母、放线菌、载体等，有效活菌数≥200亿个/g），江门佰仕路生物科技有限公司；枯草芽孢杆菌（主要成分为枯草芽孢杆菌、载体等，有效活菌数≥1 000亿个/g），江门佰仕路生物科技有限公司。供试肥料有尿素、磷酸二氢铵、硫酸钾，均为市售。

1.3 试验设计

2018—2020年连续3年在渭南市农业科学研究院孙镇实验站进行试验，以耕作模式（深耕、旋耕、直接播种）、施肥方式（还田时不施肥，还田时只施氮肥即尿素187.5 kg/hm2，还田时施氮、磷、钾肥即尿素 187.5 kg/hm2、磷酸二氢铵 165 kg/hm2、硫酸钾105 kg/hm2）、微生物菌剂种类（复合菌KM、有机物料腐熟剂、枯草芽孢杆菌）和用量（0、15、30 kg/hm2）为影响因素，以玉米苗期生长情况及产量为评价指标设计L43（9）的正交试验，共设置9个处理，各处理具体设计见表1。小区面积为333.3 m2。小麦成熟时，采用“洋马”收获机进行收获，要求割茬低于10 cm，秸秆抛撒均匀。

表1 试验各处理因素与水平设计

2 结果与分析

从表2、表3可以看出，对出苗率影响最大的因素为施肥方式，微生物菌剂种类的影响最小。其最佳组合为A1B3C2D3，即将尿素187.5 kg/hm2、磷酸二氢铵165 kg/hm2、硫酸钾105 kg/hm2充分混合，抛撒在秸秆上，将经活化处理的有机物料腐熟剂30 kg/hm2喷施在秸秆表面，采用深耕技术将其翻入土层中。对生物量影响最大的因素为施肥方式，影响最小的因素为耕作模式，其最佳组合为A1B3C3D2。对玉米产量影响最大的因素为耕作模式，影响最小的因素为微生物菌剂种类，其最佳组合为A1B3C3D3。

表2 不同处理玉米的出苗率及产量

表3 不同处理各因子玉米出苗率及产量

深耕、旋耕相对直接播种而言是一种典型的种子与还田秸秆分离模式，这种模式有利于玉米生物量的积累及产量的增加。土壤中秸秆含量较低，秸秆与土壤接触面积大，土壤为微生物生长提供了很好的条件，微生物利用生长过程中产生的酶加速了秸秆腐解。

从表4可以看出，随着时间的推移，秸秆腐解率越来越高，深耕+播种模式秸秆的腐解率最大，经过一季小麦基本腐解完毕，其中纤维素、半纤维素在土壤微生物的作用下都变成CO2及小分子有机物，增加了土壤有机质含量，木质素经过微生物酶的作用变成小分子的苯环类化合物，浓度低且对植物生长有一定促进作用。秸秆的腐解率表现为深耕+播种模式＞旋耕+播种模式＞直接播种模式，故有条件的地方最好采用深耕+播种模式，这与很多学者[10]的研究结果一致，但数据比报道数据大，这与本试验采用直接取样法有关[11]。

表4 秸秆还田时间与秸秆腐解率的关系

由此可见，秸秆还田时，将氮、磷、钾肥料抛撒在秸秆上，采用深耕技术对玉米出苗率、生物量及产量均有益处，说明玉米苗期对氮肥、磷肥、钾肥需求量较小。枯草芽孢杆菌对玉米生物量和产量均有益处，这可能与枯草芽孢杆菌在生长过程中分泌的酶类有关[9]。有机物料腐熟剂对玉米出苗率虽有益处，但影响不大，故秸秆还田时最好采用枯草芽孢杆菌。枯草芽孢杆菌用量对玉米产量的影响较其对生物量的影响大，故建议还田时喷施经活化处理的枯草芽孢杆菌30 kg/hm2。

小麦成熟时采用“洋马”收获机收获后，将磷酸二氢铵 165 kg/hm2、尿素187.5 kg/hm2、硫酸钾105 kg/hm2充分混合，抛撒在秸秆上，将经活化处理的枯草芽孢杆菌30 kg/hm2均匀地喷施在秸秆表面，采用深耕技术将其翻入土层中，整地后，将陕单650玉米按照株距30 cm、行距60 cm的密度播种，玉米成熟后采样进行测产，玉米产量达9 150 kg/hm2，说明正交试验的结果是可信的。

3 结论与讨论

耕作模式对玉米产量影响较大，对出苗率影响较小，对生物量的影响介于两者之间，其原因是随着秸秆的腐解，土壤中有机质、碱解氮、有效磷、有效钾等养分不断增加，为玉米生长提供了必要营养，促进了玉米生长和营养体的形成。

无论采用哪种耕作模式，秸秆还田时施足氮、磷、钾肥处理玉米的出苗率、生物量、产量均优于秸秆还田时只施氮肥处理，秸秆还田时只施氮肥处理优于秸秆还田时不施肥处理。玉米苗期对肥料（氮肥、磷肥、钾肥）的需求量较小，对氮肥需求仅为全季氮肥量的2%[12]。微生物在生长过程中需要磷[13]，故秸秆深耕还田时施足氮、磷、钾肥，从而为微生物生长提供有利条件。

微生物菌剂的种类及其用量对玉米出苗率虽有影响，但影响不大，却对生物量、产量影响较大，其原因是微生物生活在土壤中，但由于化肥、农药的使用及耕作模式的变化，土壤容重增大，透气性差，导致土壤微生物菌群失衡，必须外源添加微生物菌剂，加速秸秆腐解、增加土壤与环境水、热、气的交换能力，为微生物生长提供条件，加速秸秆腐解，增加土壤有机质含量，促进秸秆中氮、磷、钾的释放。

添加微生物菌剂处理玉米的出苗率、生物量、产量均高于不添加微生物菌剂处理，复合菌KM、有机物料腐熟剂、枯草芽孢杆菌对玉米的出苗率影响不大，但枯草芽孢杆菌对玉米生物量、产量的影响较大，这与枯草芽孢杆菌能防治土传病害和加速秸秆分解有关[14-15]。

秸秆还田是世界各国培肥地力的重要方法，是李比希“归还理论”“藏粮于地、仓粮于技”的具体实践[13]。本文以耕作模式、施肥方式、微生物菌剂种类及其用量为因素，以不同时期玉米的出苗率、生物量、产量为评价指标，系统研究了秸秆还田方式对出苗率、生物量、产量的影响。结果表明，秸秆还田时施足氮、磷、钾肥，喷施经活化处理的枯草芽孢杆菌30 kg/hm2，采用深耕+播种技术，玉米出苗率、生物量、产量均最高。