不同量秸秆还田对玉米产量及水分利用效率的影响

不同量秸秆还田对玉米产量及水分利用效率的影响1张鑫，隋世江，于涛，刘慧颖（辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所，辽宁沈阳110161）摘要：研究同一施肥水平下，不同秸秆还田量对0-100cm土壤贮水量、水分利用效率、玉米生长发育及产量的影响。结果表明，随着秸秆还田量的增加，玉米生育期0-100cm土层土壤贮水量较CK提高4.25%、7.25%和4.49%；株高较CK增加6.88、14.12和8.21cm；百粒重较CK增加4.74%、11.05%和5.72%；玉米产量较CK显著提高4.21%、7.50%和4.73%(p0.05)；水分利用效率较CK提高4.46%、9.27%和5.84%。秸秆还田量为9000kg/hm2，能够显著提高该地区的玉米产量和水分利用率。关键词：玉米；秸秆还田；水分利用效率；产量EffectofdifferentamountsofstrawreturningoncornyieldandwateruseefficiencyZHANGXin,SUIShi-jiang,YUTao,LIUHui-ying（Instituteofplantnutritionandenvironmentalresources,LiaoningAcademyofAgriculturalSciences,Liaoning,Shenyang,110161）Abstract：Researchoneffectsofdifferentamountsofstrawreturningof0-100cmsoil,wateruseefficiency,growthandyieldofmaizeinthesameleveloffertilization.Theresultsshowedthatfollowtheamountofstrawreturningfromlowtohigh,comparedwithCK,waterstorageof0-100cmsoilinthegrowingperiodofcornincreased4.25%,7.25%and4.49%;plantheightofstrawreturningtreatmentswas6.88、14.12and8.21cmhigherthanthatofCK;100-seedweightandyieldincreasedby4.74%,11.05%,5.72%and4.21%,7.50%,4.73%;thewateruseefficiencyincreasedby4.46%,9.27%and5.84%.Intheregion,theuseofstrawreturningamountof9000kg/ha,couldincreasetheyieldandwateruseefficiencysignificantly.Keyword：maize;strawreturning;wateruseefficiency;yield我国年产生秸秆约7亿t，其中玉米秸秆约占50％以上[1]。玉米作为东北地区的主要粮食作物,尽管年产大量秸秆,但秸秆还田没有得到有效地推广应用。近年来随农村生活水平不断提高，大量的农作物秸秆被就地焚烧，既浪费了资源，又污染了环境[2]。秸秆还田作为秸秆资源的一种利用方式，可以提高土壤养分水平，改善土壤物理性质，优化农田生态环境[3-5]。秸秆还田是秸秆资源利用的主要方式，是促进农业可持续发展的有效措施，特别是秸秆与化肥配施，既有培肥改土的作用，又有增强土壤蓄水保墒的能力[6]。刘世平等[7]研究证明，秸秆还田后在腐解过程中，能够促进土壤微粒的团聚，有效改善土壤结构增强通气与保水能力。研究表明，秸秆还田与氮肥配施能够提高作物产量[8-11]。本研究通过探讨同一施肥水平下不同秸秆还田量对玉米产量和水分利用效率的影响，既保证玉米产量，又合理利用资源、改善土壤环境，为促进该地区农业的可持续发展提供依据。1材料和方法1.1试验地概况试验于2010年在辽宁省清原县北三家乡押虎沟进行，该地区地下水埋藏浅，浅水层约2-5m，属中温带大陆性季风气候。供试土壤类型为草甸土，试验土壤基础地力ph值5.2，有机质26.4g/kg，全氮1.23g/kg，速效磷(P2O5)20.3mg/kg，速效钾(K2O)51mg/kg,碱解氮71mg/kg。供试玉米品种辽单28，试验区田间管理同大田。1.2试验设计1基金项目：公益性行业科研专项（201103039）；“十二五”农村领域国家科技计划课题（2012BAD14B04）作者简介：张鑫（1981－），男，山东桓台人，助理研究员，硕士，从事施肥与农业生态环境研究。Email：[e-mail]试验设4个处理，秸秆还田量分别为：0kg/hm2(CK)、4500kg/hm2(LS)、9000kg/hm2(MS)和13500kg/hm2(HS)，秸秆粉碎还田，还田深度20cm，3次重复，小区面积66.55m2，小区随机排列。各处理施肥量相同，磷、钾P2O560kg/hm2，K2O60kg/hm2肥全部做底肥施入，氮肥施入量240kg/hm2，其中1/3氮肥基施，拔节期追施2/3。1.3测定项目与方法玉米生育期采集0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm的土壤样品，每个小区随机取5个点，混合制样，样品混合均匀后烘干法测定土壤水分含量。收获期田间小区取样，每个小区取样株10株，测定株高以及与产量相关的性状。土壤贮水量的计算：W=h×a×b×10/100式中：W为土壤贮水量(mm)；h为土层深度(cm)；a土壤为容重(g/cm3)；b为土壤含水量(质量%)。土壤耗水量的计算：ETa=W1-W2+P式中：ETa为土壤耗水量(mm)；W1为播前土壤贮水量(mm)；W2为收获后土壤贮水量(mm)；P为生育期有效降水量(mm)，式中土壤贮水量及耗水量均以1m土层含水量计算.水分利用效率：WUE=Y/ETa式中：WUE为水分利用效率(kg/mm·hm2)；Y为作物籽粒产量(kg/hm2)2结果与分析2.1不同量秸秆还田对土壤贮水量的影响玉米生育期不同量秸秆还田处理对100cm土壤贮水量变化的影响见图1。从图中可以看出，玉米生育期100cm土壤贮水量呈现降低—升高—降低的变化趋势。播前到苗期，受少量降雨入渗补充的影响，各处理土壤贮水量略有升高，秸秆还田处理0-100cm土壤贮水量较CK分别增加21.75（p0.05）、20.51（p0.05）和8.54（p0.05）mm。拔节期到大喇叭口期是作物需水的临界期，该时期降雨较少，植物生长又消耗大量的土壤水分，土壤贮水量呈下降趋势，各处理0-100cm土壤贮水量无明显差异。吐丝期到收获期，受雨季降雨的影响，各处理土壤贮水量显著增加，秸秆还田处理与CK相比土壤贮水量差异明显。玉米生育期内，随着秸秆还田量的由低到高，0-100cm土壤贮水量秸秆还田处理较CK分别提高4.25%、7.25%和4.49%，MS处理显著高于其他秸秆还田处理。图1不同量秸秆还田处理0-100cm土层土壤贮水量的变化Fig1Waterstorageof0-100cmsoilunderdifferentamountsofstrawreturning2.3不同量秸秆还田对玉米产量及产量性状的影响不同量秸秆还田对玉米产量及产量性状的影响见表1。从表中可以看出，秸秆还田处理的产量均显著高于CK，分别增加4.21%、7.50%和4.73%，其中MS处理产量最高，达到8704.66kg/hm2。从产量构成因素看，秸秆还田处理的株高高于CK，分别增高6.88、14.12和8.21cm；秸秆还田处理穗长值相近，均略高于CK；穗行数、行粒数各处理间无明显差异，主要是由玉米品种遗传特性所决定；秸秆还田处理的百粒重均高于CK，分别增加4.74%、11.05%和5.72%。可见秸秆还田处理主要是通过提高籽粒饱满度，增加粒重，达到增产的效果。表1不同量秸秆还田对玉米产量及产量性状的影响Table1Effectsofdifferentamountsofstrawreturningonyieldtraitsofmaize处理Treatment株高/cmplantheight穗长/cmEarlength穗行数（行）Rowsperear行粒数（粒）Grainsperrow百粒重/g100-grainweight产量/kg·hm-2YieldCK221.35c18.19b15.50a34.04a32.67c8097.21cLS228.23b19.07a15.67a34.13a34.22b8438.59bMS235.47a19.27a15.83a34.17a36.28a8704.66aHS229.56b19.10a15.80a34.12a34.54b8479.93b注：小写字母表示5%水平差异显著。Note：Thesmalllettersindicatesignificantlyof5%levels.2.3不同量秸秆还田对水分利用效率的影响不同量秸秆还田处理对水分利用效率的影响见表2。从表中可以看出，秸秆还田处理水分利用效率与CK相比差异显著（p0.05），随着秸秆还田量的增加，秸秆还田处理水分利用效率分别比CK提高4.46%、9.27%和5.84%，MS处理水分利用效率最高，LS和HS秸秆还田处理水分利用效率差异不显著。表2不同量秸秆还田下水分利用效率Tab2WUEindifferentamountsofstrawreturning处理Treatment产量/kg·hm-2Yield土壤贮水量/mmWaterstroageETa/mmWaterconsumption生育期降水量/mmRainfallWUEkg·mm-1·hm-2播前Beforesowing收获HarvestCK8097.21c153.15b156.57b469.28a472.7017.25cLS8438.59b166.43a170.94a468.18a472.7018.02bMS8704.66a168.08a179.11a461.67a472.7018.85aHS8479.93b163.89a172.25a464.33a472.7018.26b注：小写字母表示5%水平差异显著。Note：Thesmalllettersindicatesignificantlyof5%levels.3结论与讨论秸秆还田可以形成有良好团聚体结构的土壤，具有高度的孔隙性、持水性和通透性，可以更新和增加土壤有机质，改良土壤结构［12-14］。本研究结果表明，玉米生育期秸秆还田处理能够提高0-100cm土层土壤贮水量。随着秸秆还田量的增加，较CK分别提高了4.25%、7.25%和4.49%，差异显著(p0.05)，当秸秆还田量达到9000kg/hm2时，玉米生育期0-100cm土层土壤贮水量提高显著。这可能是由于秸秆还田提高土壤孔隙度，降低土壤容重[15]，改善土壤水分状况和保水能力[16.17]，生育后期雨季降水较多，通过秸秆还田的保墒、增墒和扩蓄增容作用[18.19]，提高了0-100cm土层土壤贮水量。前人研究结果表明，秸秆还田配施氮肥可以提高作物产量[20-24]。本研究进一步证实了前人的研究成果，秸秆还田配施氮肥增加了作物产量。试验表明，与CK相比，秸秆还田处理能够显著提高水分利用效率和增加玉米产量。随着秸秆还田量的增加，玉米产量较CK分别增加4.21%、7.50%和4.73%，水分利用效率较CK分别提高4.46%、9.27%和5.84%，可能是由于秸秆还田处理提高土壤贮水量的同时改善了土壤微生物环境，使得土壤微生物数量增加，土壤酶活性增强，土壤矿质养分和土壤有机质养分的分解利用加快，这样就保证了玉米生长发育所需养分的供应，使得作物产量增加。本试验区秸秆还田处理有效的提高了土壤贮水量，改善了土壤水分状况，显著提高水分利用效率和玉米产量。最适秸秆还田量为9000kg/hm2左右，可见，