滨海盐碱地秸秆还田对小麦生长及产量的影响

王 拯 张胜全 娄鸿耀 宋 科 许春辉 陈兆波

（1.北京市农林科学院杂交小麦研究所 北京 100097；2.山东滨州国家农业科技园区 山东滨州 256800）

我国盐碱地面积有1 亿hm2，其中滨海盐碱地是重要的组成部分， 改良滨海地区中低度盐碱地进行小麦生产，对增加全国小麦种植面积，提高粮食产量有重要意义。 目前，滨海盐碱地小麦产量水平较低，平均单产在2 250~3 000 kg/hm2之间。盐碱地小麦产量低除了受盐分胁迫外，土壤容重高、结构黏滞、团粒结构少、 透水透气性差等特点也是影响作物生长的主要因素[1-2]。 相对高粱、棉花、水稻等作物，小麦生长对盐分胁迫较为敏感，盐分超过5‰的地块就不适合进行小麦生产。在盐分2‰～5‰的中轻度盐碱地开展小麦生产是盐碱地综合利用进行粮食生产的重点。 在众多盐碱地利用技术措施中，盐碱地秸秆还田被认为是改良土壤结构、增加有机质含量、隔断盐分迁移的有效措施[3]。 秦都林等的研究表明，秸秆还田可以降低土壤容重， 增加土壤孔隙度及土壤渗透系数；赵霞等的研究表明，小麦田秸秆还田能够提高土壤有效磷、 速效钾和有机质含量； 曲学永的研究发现，秸秆还田能够减少土壤水分散失,减轻盐分在表层土壤的富集，促进作物生长[4-6]。

位于山东东营、 滨州的黄河三角洲地区是典型的滨海盐碱地，该地区具有雨热同期的气候特点，7-10 月为集中降雨期，年降水量超过500 mL。 集中的降水对土壤盐分进行淋洗，能够降低土壤含盐量，为秋季玉米生长提供较好的条件， 为开展还田提供较为充足的作物秸秆[8-9]。 通过研究不同秸秆还田方式对降低土壤盐分作用和对小麦生长与产量的影响，为科学的开展秋季作物秸秆还田、 改善滨海盐碱地土壤提供科学依据和理论指导。

1 材料与方法

试验于2021 年10 月至2022 月6 月在滨州市沾化区山东滨州农业科技园区内开展，试验田为沙性盐碱土，土壤盐分为3‰～5‰。 供试小麦品种为山农22，于2011 年通过国家农作物品种审定委员会审定（审定编号：国审麦2011013），适宜在山东全省及黄淮北片种植，该品种根系发达、分蘖成穗能力强、后期灌浆快，是适合在盐碱地种植的丰产型品种。

1.1 试验设计

试验设置5 个处理，分别为T1（CK）：玉米秸秆不还田，收获后把玉米秸秆及杂草清理出试验地，旋耕地块后播种；T2（粉碎+旋耕还田）：玉米收获时用秸秆还田机打碎，旋耕2 遍后播种；T3（粉碎+翻耕还田）：玉米收获时用秸秆还田机打碎，犁地翻耕，秸秆翻耕到25 cm 以下的土壤，旋耕后播种；T4（不粉碎+秸秆腐熟剂+秸秆深埋机）： 玉米收获后在地里撒施秸秆腐熟剂30 kg/hm2（枯草芽孢杆菌、黑曲霉、酵母、腐植酸），用专用秸秆还田机把秸秆集中成条状埋在30 cm 以下土壤，旋耕后播种；T5（2 倍不粉碎秸秆+秸秆腐熟剂+秸秆深埋机）：准备2 倍的玉米秸秆量，其他同T4 处理。 小区面积100 m2，每个处理设置3 次重复，共15 个小区。

1.2 种植管理

1.2.1 整地耕作 玉米收获后撒施底肥， 根据土壤墒情及时耕地，按照不同处理方式完成秸秆还田，整地备播。

1.2.2 播种 10 月15 日采用行距15 cm 的小麦播种机播种， 基本苗密度375 万/hm2， 播种深度3～5 cm。

1.2.3 肥水管理 底肥施600 kg/hm2小麦专用复合肥（18∶30∶4），3 月25 日拔节期大水漫灌1 次，灌水量为1 100～1 500 m3/hm2， 随水施入450 kg/hm2的尿素，开花灌浆期喷施磷酸二氢钾7.5 kg/hm2。

1.2.4 病虫草害防治 3 月20 日一喷三防，施麦丰、2 甲双氟、多效唑、噻虫嗪，主要进行田间除草、病害和蚜虫防治；5 月12 日施入联苯噻虫胺、 醚菌氧环唑、磷酸二氢钾，主要防治白粉病和蚜虫，同时喷施磷酸二氢钾叶面肥。

1.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010 录入， 采用SPSS 20.0 进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤耕层盐分含量变化

分别在小麦播种前、返青后、灌水后、收获前对试验地土壤耕层盐分进行检测。 由图1 可知，小麦播种前土壤耕层盐分在1.81‰～1.85‰之间， 各地块基本一致，平均1.82‰。 春季气温回暖土壤返墒后，耕层土壤盐分平均值为2.93‰，T1、T2、T3、T4、T5 土壤耕层盐分分别为3.22‰、3.02‰、2.80‰、2.86‰、2.77‰。 数据表明，土壤耕层含盐量随春季水分上移而升高，但不同处理间存在差异，T5 处理相对其他处理盐分升高幅度最小， 提高还田秸秆量和集中填埋对降低耕层盐分有效。 春灌后土壤耕层含盐量整体下降，平均为2.01‰，其中不粉碎秸秆深埋处理更有利于盐分淋洗，降低耕层土壤含盐量。 随着小麦的生长到收获前期， 各处理耕层土壤盐分平均值为3.01‰， 又呈现上升趋势，T1、T2、T3、T4、T5 分别为3.35‰、3.12‰、2.96‰、2.87‰、2.75‰。 试验表明，秸秆还田后耕层土壤盐分在小麦生长季变化幅度相对降低， 盐分在耕层土壤富集得到了一定缓解， 其中2 倍不粉碎秸秆+秸秆腐熟剂+秸秆深埋剂的T5 处理含盐量最低。

2.2 出苗时间与出苗率

由表1 可知,在不同处理地块进行条播，种子发芽率为96%，基本苗设计为300 万/hm2，播种深度3～5 cm。 同一天完成播种，在播种完成后9 d 和15 d 分别进行出苗调查。 出苗率平均为80.4%，田间出苗损失为15.6%。 各处理在播种后第9 天和第15 天出苗率存在差异，其中T2、T4 出苗率分别优于对照5%和4%， 表明秸秆还田对盐碱地小麦出苗率提升有一定效果。分析秸秆还田方式的差异，T2 采取粉碎旋耕还田、T4 采取不粉碎+秸秆腐熟剂+秸秆深埋机的还田方式对于播种时土壤湿度大的地块， 能够提升土壤透气性，改善盐碱土壤气、温条件。 而T5 出苗率不高与秸秆还田量和还田质量有一定关系。

表1 不同秸秆还田方式对小麦出苗率的影响

2.3 分蘖动态

由图2 可知， 播种60 d 后各处理冬前分蘖数量有显著差异，T2、T4、T5 处理冬前茎分别是880 万/hm2、921万/hm2和962.2万/hm2， 较T1增加超过200万/hm2，T5 增加最明显。 T3 相对T1 差异不显著，与秸秆还田方式对冬前生长阶段土壤耕层结构影响不大有关。 在次年3 月25 日对最高茎数进行调查，T2、T4、T5 处理最高茎数均超过1 000 万/hm2， 分别为1 077万/hm2、1 074 万/hm2、1 193 万/hm2，T3 较T1 增加63万/hm2。 表明秸秆还田对小麦群体形成有促进作用，能够减少盐分对幼苗阶段的胁迫。 在4 种秸秆还田处理中，T5 秸秆还田量和还田方式效果最好。

图2 不同秸秆还田方式对小麦分蘖的影响

2.4 产量及其构成因素

对各处理最终产量及产量三要素进行对比分析（表2），T5 的产量最高， 较T1 不采取秸秆还田的盐碱地增产17.3%；其次是T4、T3、T2，相比对照增产分别为12.0%、5.0%、6.5%，由此表明，在盐碱地块采取上季玉米秸秆还田较秸秆清除能够提高下季小麦产量， 且在增加秸秆还田量+秸秆腐熟剂+秸秆深埋的方式下小麦增产幅度最高。

表2 不同秸秆还田方式对小麦产量结构的影响

对产量要素分析可知，各处理亩穗数差异较大，秸秆还田的处理较空白对照均有一定幅度的增加，T5 较对照增幅最大， 为16.8%，T3 较对照增幅最小，为7.7%。结合冬前分蘖数和最高茎数的数据分析，对照除前期分蘖较少外， 在拔节期无效分蘖退化也是导致群体降低的原因。 不同的处理穗粒数和千粒重差距较小， 其中T1 处理穗粒数较高是分蘖成穗较少、主穗占比较高的原因。

3 讨论与结论

农田秸秆的还田利用是提高土壤有机质含量、改善结构、提高养分的有效方式。 在滨海盐碱地，有效的利用上季作物秸秆， 特别是生物产量高的玉米秸秆， 能够在土壤耕层和地下盐分之间产生生物质隔层，减少盐分在土壤耕层的富集。 返青期和灌浆成熟期是该区域土壤耕层盐分上移的富集期， 秸秆还田地块土壤盐分较对照均有减轻，2 倍不粉碎秸秆+秸秆腐熟剂+秸秆深埋机的T5 处理效果最好。 土壤中还田的秸秆能够降低土壤容重， 增加盐碱土壤透气性， 提升出苗速度， 进而促进盐碱地冬前幼苗生长。 试验证明，秸秆粉碎+旋耕还田的T2 处理，粉碎的秸秆还田在0～20 cm 的耕层， 出苗率和出苗速度较对空白对照和其他处理更快， 这与秸秆在土壤中的分布深度和分散程度差异有关。 T2 的秸秆还田方式在越冬期会导致土壤不实， 易出现冻害和返青后死苗现象[10]。在后期对产量构成因素的调查中能够发现，T2 处理最终产量结果为4 410.3 kg/hm2，不如T4、T5 处理的4 635.7 kg/hm2、4 858.4 kg/hm2， 也证明了这一点。 分析产量和产量构成因素发现，秸秆还田处理较空白对照均增产， 产量形成主要影响因素为亩穗数的差异。 这也进一步说明，盐碱地小麦产量形成中群体大小对产量的贡献和影响更大一些。 在不同的还田处理方式中， 采取加大秸秆还田量并配合秸秆腐熟剂的使用，能够更好地提升秸秆还田效果，对盐碱地耕层土壤改良和最终产量形成效果更好。 试验中T3、T4 是同样秸秆量深埋，T4 添加了秸秆腐熟剂，最终产量结果优于T3。 T4、T5 处理中秸秆不粉碎是为满足秸秆深埋设备的设计和工作原理需求，较完整的秸秆便于机械对秸秆的捡拾、收集和填埋[11]。

目前也有很多关于秸秆还田造成减产的报道，主要集中在因秸秆还田增加土壤耕种难度， 影响播种质量； 秸秆还田后带入土壤更多病虫害影响作物生长；秸秆还田后腐熟慢，腐烂过程造成氮素消耗影响幼苗生长等方面。 在高产区域或水肥条件好的高产田，秸秆还田存在一些弊端[12-14]。 在实际生产过程当中，采用深埋方式的秸秆还田，能够减少土壤表层秸秆对幼苗前期生长的影响； 播种时添加种肥能够补充种子附近土壤环境中的氮素， 减少秸秆腐烂对氮素的消耗；秸秆还田后通过种子包衣、加强植保也能对病虫起到有效防治。 本研究是关于秸秆还田对滨海盐碱地小麦生长促进方面的讨论， 秸秆还田还能带来的土壤结构改善，使土壤中氮、磷和钾等营养元素增加，降低盐分胁迫，对于环渤海滨海盐碱地类型的农田农业生产利大于弊， 是有利于小麦生产的技术措施。

作物的产量与土壤养分、 结构有非常重要的关系。 随着高投入农业模式的广泛应用，化学肥料过量使用使土壤结构不断变差、有机质含量逐渐降低，微生物种群数量和土壤养分循环情况都在恶化[15-18]。 目前针对土壤修复相关措施主要是施入腐植酸铵、有机肥、微生物肥，但都需要一定的经济投入。 作物秸秆是最经济的农田有机质， 通过秸秆的还田能够在农业生产过程中形成良性循环， 改善和提高原有土壤环境。 秸秆还田过程中添加的腐熟剂也有很多类型，有的通过增加氮肥降低碳氮比，有的加入微生物加速秸秆分解，有的加入有益菌改善土壤环境[19-20]。本试验选择功能综合性的腐熟剂， 对盐碱地小麦生长起到促进作用。