玉米秸稈深還劑量對土壤水分的影響

黃 毅，鄒洪濤，閆洪亮，馬迎波

（沈陽農(nóng)業(yè)大學 土地與環(huán)境學院，沈陽110866）

秸稈還田可增加土壤有機質(zhì)和氮［1］、磷、鉀含量，改善土壤理化性質(zhì)［2］，促進團粒結(jié)構(gòu)的形成，增強土壤的蓄水保水能力，提高作物產(chǎn)量［3－6］。一般來說，秸稈還田技術(shù)可增產(chǎn)5%～10%，但是要達到這樣的效果，并非易事。直接還田不適宜時，往往會產(chǎn)生一些負面影響，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：還田部位淺、劑量小且不均勻，易發(fā)生土壤微生物（即秸稈轉(zhuǎn)化的微生物）與作物幼苗爭奪養(yǎng)分的矛盾，甚至出現(xiàn)黃苗、死苗、減產(chǎn)等現(xiàn)象；秸稈翻壓還田后，土壤變得過松，孔隙大小比例不均、大孔隙過多，導致跑風，土壤與種子不能緊密接觸，影響種子發(fā)芽生長，甚至出現(xiàn)吊根死亡。針對這些問題，沈陽農(nóng)業(yè)大學研究設(shè)計了機械化深開溝、秸稈集中深還、肥料深施、大壟雙行種植耐密玉米的土壤改良培肥、玉米高產(chǎn)栽培新技術(shù)，有效地解決了上述問題。

在中國北部的干旱、半干旱地區(qū)［7］，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大限制因素是土壤水分，秸稈深還條件下，土壤水分的狀態(tài)與變化對玉米生長及產(chǎn)量起著非常關(guān)鍵的作用［8］，因此對不同劑量秸稈深還條件下土壤水分的狀態(tài)與變化進行全年監(jiān)測，并分析其規(guī)律和特點，可為秸稈深還技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

選擇具有典型遼西北半濕潤易旱區(qū)特點的阜新蒙古族自治縣縣城北部的西扣莫村為試驗地，其氣候特點是春季干旱多風；夏季炎熱，晝夜溫差大；秋季冷涼早霜；冬季寒冷少雪。多年平均氣溫7.2℃，作物生長季平均氣溫20.2℃，＞10℃日數(shù)為231 d，活動積溫為3 667.8℃；≥10℃積溫日數(shù)為169 d，有效積溫為3 298.3℃。多年平均年降雨量為423 mm，且年內(nèi)分配不均，其中春季占l2.3%，夏季占68.5%，秋季占17.7%，冬季占1.5%左右。年均蒸發(fā)量為1 847.6 mm，平均干燥度為3.7左右。每年6級以上大風日數(shù)平均為74.8 d，其中春季35.1 d，秋季3.8 d。試驗前，存在“旱、薄、瘦”三大問題。① “旱”即雨水資源時空分布不均，春旱頻率，達90%，秋吊和卡脖旱也經(jīng)常發(fā)生，春季受旱面積達旱耕地面積的80%。② “薄”是指30多年來的個體耕種管理和農(nóng)機的小型化，無力進行土壤的深層改良和培肥，致使全區(qū)土壤耕層僅有15～17 c m，土壤的水、肥庫容嚴重萎縮。③ “瘦”是指化肥利用率僅20%～30%，秸稈利用率不足50%。土壤的有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量在國家標準的5級以下。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)0，6 000，12 000，18 000，24 000 kg／h m2共5個處理，每個處理3次重復，共15個小區(qū)，小區(qū)面積為60 m2（4 m×15 m）。

1.3 試驗方法

于2009年秋末在玉米收獲后立即滅茬，再用新型開溝合壟翻轉(zhuǎn)犁開溝，開溝深度35～40 c m，底寬30 c m，頂寬60 c m；開溝后施入尿素300 kg／h m2、磷酸二銨600 kg／h m2、硫酸鉀450 kg／h m2，然后合壟覆膜，待翌年春季播種。

1.4 種植模式與方法

2010年試驗種植模式采用大壟雙行二比空模式，即種兩行空一行，種植耐密玉米，品種為鄭單958，密度為63 000～67 500株／h m2，種植模式的規(guī)格如圖1所示。2011年在上一年的大壟雙行上實施全免耕，即在茬間按原品種、原密度播種，補施300 kg／h m2三元復混肥（N∶P∶K＝10∶10∶10）。

圖1 深耕秸稈深還化肥深施種植模式

1.5 土壤水分觀測方法

本試驗采用TDR土壤水分測定儀分別對2009年和2010年試驗小區(qū)秸稈集中的層次（15—25 c m）進行周年定位觀測。

2 結(jié)果與分析

將2009年秋不同劑量秸稈深還小區(qū)的土壤水分監(jiān)測結(jié)果列入圖2并進行分析，結(jié)果表明，秋收后玉米秸稈機械化深還合壟覆膜這種技術(shù)模式的土壤水分有以下三個特點：其一，秋后風干秸稈含水量低于土壤含水量，秸稈集中層次的土壤水分隨秸稈劑量的增加呈下降趨勢。其二，由于秸稈還田初期比較松散，體積大且未經(jīng)壓實之前不能與土壤充分接觸，增加了土壤的大孔隙，這種大孔隙是不連續(xù)的，所以秸稈與土壤之間的水分運動是非飽和的、不連續(xù)的、彼此孤立的，在整個大壟栽培的斷面上呈現(xiàn)出以秸稈為中心含水量最低，向外逐漸上升的一個凹形曲面。正是由于這種中心干，四周濕的特點，使秸稈的大劑量深還成為可能，同時又不影響大壟兩側(cè)的春季適時播種。其三，從5月中旬開始到8月下旬秸稈逐漸壓實，與土壤的接觸面逐步增大，但始終處于吸水階段，不同劑量的秸稈處理小區(qū)的含水量均低于CK。相互之間差異較大，但各處理本身的水分變化不大，到9月上旬各處理土壤含水量向接近平均數(shù)的水平集聚，10月上旬趨近一致。

圖2 秸稈深還第一年（2009年）玉米生育期土壤含水量變化

將2010年秋不同劑量秸稈深還小區(qū)的土壤水分監(jiān)測結(jié)果列入圖3。圖3的觀測結(jié)果表明，隨著秸稈深層還田時間的延長，秸稈逐漸被自然壓實，最后集中在剖面20 c m處，1～2 c m厚不等，大孔隙逐漸減少，土壤水分的運動仍為非飽和運動，不同秸稈深還劑量之間的含水量仍然相差8%～20%，比第一年的水分差距縮小，但秸稈仍處于吸水狀態(tài)，且隨秸稈劑量的增加，土壤含水量逐漸降低，但降低的幅度比第一年小。從第二年的整個玉米生育期的水分運動的規(guī)律來看，各個處理均符合土壤水的降雨補給和作物需水規(guī)律，5月上旬播種期間各處理的土壤含水量均在10%以上，在試驗區(qū)的粉砂壤土上能夠滿足玉米發(fā)芽出苗的水分要求，6月、7月玉米生長加快，需水量增多，而此時降雨較少，各處理的土壤含水量均在下降。到7月下旬至8月中旬降雨量達到最多，土壤水分得到充分的補給，故所有處理的土壤含水量普遍升高，9—10月下旬水分變化趨于穩(wěn)定。

圖3 秸稈深還第二年（2010年）玉米生育期土壤含水量變化

3 結(jié)論

（1）秸稈集中深還完全可以避免孔隙過大漏風死苗問題；大壟雙行種植模式使玉米的播種部位與秸稈集中的部位相隔適宜的距離從而避免了秸稈腐解時與玉米植株爭肥爭水，第二年秸稈腐熟后又能持續(xù)不斷地向玉米根區(qū)供水供肥。

（2）秸稈深還技術(shù)模式可以使秸稈還田的劑量從6 000 kg／h m2增加到24 000 kg／h m2以上。

（3）第一年深還的秸稈與土壤之間的水分運動是非飽和的、不連續(xù)的、彼此孤立的，在整個大壟栽培的斷面上呈現(xiàn)出以秸稈為中心含水量最低的曲面。

（4）秸稈深還第二年，不同秸稈深還劑量之間的含水量仍然相差8%～20%，比第一年的水分差距縮小，但秸稈仍處于吸水狀態(tài)，且隨秸稈劑量的增加，土壤含水量逐漸降低，但降低的幅度比第一年小。秸稈腐解后的蓄水供水能力還有待于進一步研究。

從整個觀測結(jié)果來看，秸稈深還后土壤水分運動始終處在非飽和狀態(tài)，其行為是否有利于玉米播種和生長，關(guān)鍵在于土壤與秸稈本身含水量的平衡。所以東北地區(qū)的玉米收獲也要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，不要等到秸稈風干后收獲，而是根據(jù)土壤與秸稈的水分狀況不失時機地實施機械化深還，以使秸稈與土壤盡快相融，水分盡快貫通，真正達到跨季節(jié)調(diào)控的目的。

［1］ 賈偉，周懷平，解文艷，等.長期秸稈還田秋施肥對褐土微生物碳、氮量和酶活性的影響［J］.華北農(nóng)學報，2008（2）：138-142.

［2］ 汪炎炳，徐建文.秸稈還田培肥改土試驗研究［J］.土壤通報，1991，22（4）：171-173.

［3］ 吳敬民，許文元，董百舒，等.秸稈還田效果及其在土壤培肥中的地位［J］.土壤通報，1991，22（5）：211-215.

［4］ 官亮，孫文濤，王聰翔，等.玉米秸稈還田對土壤肥力的影響［J］.玉米科學，2008（2）：122-124.

［5］ 武志杰，張海軍，許廣山，等.玉米秸稈還田培肥土壤的效果［J］.應(yīng)用生態(tài)學報，2002（5）：539-542.

［6］ 王小彬，蔡典雄，張鏡清，等.旱地玉米秸稈還田對土壤肥力影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學，2000，（4）：54-61.

［7］ 黃毅，鄒洪濤.遼西易旱區(qū)雨水資源跨時空調(diào)控技術(shù)的研究［J］.水土保持學報，2006，20（5）：126-129.

［8］ 張玉龍，鄒洪濤.遼西半干旱地區(qū)春播前土壤墑情變化的研究［J］.水土保持學報，2005，18（6）：179-182.