秸稈還田量對土壤和馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

黃凱 王娟 何萬春 譚偉軍 何小謙 韓儆仁

摘要：為增強土壤保水續(xù)墑，改善土壤質(zhì)地和團粒結(jié)構(gòu)，提高土壤水分利用效率，以定薯3號為材料，設(shè)計玉米秸稈量0、5 000、10 000、15 000、20 000 kg/hm2 5個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積33 m2（6.0 m×5.5 m），研究了玉米秸稈還田量對土壤水分含量、容重、馬鈴薯產(chǎn)量品質(zhì)及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，與對照相比，施用秸稈處理的馬鈴薯塊莖中淀粉含量提高0.04～0.92百分點，干物質(zhì)提高0.18～0.60百分點，商品薯率提高5.2～21.5百分點，產(chǎn)量提高10.68%～54.33%，水分利用效率提高5.93%～30.66%，不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量影響差異顯著，施入量為0～15 000 kg/hm2時，馬鈴薯產(chǎn)量呈上升趨勢，超過15 000 kg/hm2產(chǎn)量呈下降趨勢，建議推廣施用量為15 000 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；馬鈴薯；土壤含水量；容重；水分利用效率；產(chǎn)量

中圖分類號：S532 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-1463（2019）03-0026-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.（2019）03.005

Abstract：In order to improve the soil moisture retention， improve soil texture and aggregate structure， and improve soil water use efficiency， the effects of corn straw returning amount on soil water content， bulk density， potato yield and quality， and water use efficiency were studied， with Dingshu 3 as material， with an experimental design of five treatments of 0 kg/hm2， 5 000 kg/hm2， 10 000 kg/hm2， 15 000 kg/hm2 and 20 000 kg/hm2 of corn straw， three replications and the plot area of 33m2（6.0 m×5.5 m）. The results showed that with straw mulching， the starch content， the dry matter content， the commodity potato rate， the potato productivity and the water utilization efficiency of potato tubers increased 0.04～0.92 percent point， 0.18～0.60 percent point， 5.2～21.5 percent point， 10.68%～54.33% and 5.93%～30.66%， respectively， compared with control groups. The effects of different treatments on potato yield were significant. The potato yield showed an upward trend when the application amount ranged from 0 to 15 000 kg/hm2， and a downward trend when it exceeded 15 000 kg/hm2. The recommended application amount was 15 000 kg/hm2.

Key words：Straw mulching；Potato；Soil moisture content；Bulk density；Water use efficiency； Production

作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品，其主要成分是纖維素，天然纖維素是親水性的多羥基本化合物，具有很強的吸水性[1 ]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為獲取更高經(jīng)濟效益，農(nóng)作物的種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了相應(yīng)變化，馬鈴薯和玉米成為甘肅中部地區(qū)的主要經(jīng)濟作物，且種植面積占耕地面積70%以上，造成農(nóng)作物副產(chǎn)物相對過剩。玉米秸稈除小部分用作青貯飼料之外，大部分被棄之不用或就地焚燒，既造成浪費又污染環(huán)境[2 ]。通過機械或人力有效將玉米秸稈粉碎深翻土壤或者地表覆蓋，不僅可增強土壤肥力，保水保肥，還可以替代地膜，節(jié)約成本，防治‘白色’污染。李曉 瑞[3 ]提出，土壤深耕、整地及秸稈還田，是增加土壤有機質(zhì)含量，改變土壤結(jié)構(gòu)的實用農(nóng)業(yè)技術(shù)；魏永霞等[4 ]提出，對東北黑土坡耕地進行保護性耕作技術(shù)模式，即‘深松+秸稈還田+壟向區(qū)田模式’對水土保持與節(jié)水增產(chǎn)效果最佳；王安等[5 ]提出，覆蓋和秸稈還田在玉米不同生育期均可有效減少土壤侵蝕，覆蓋的效果更為明顯。

秸稈還田對土壤的理化性狀有很好的改善作用。秸稈翻入土中，在分解過程中進行礦化釋放養(yǎng)分，同時也進行腐殖化，增加土壤有機質(zhì)含量，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)，進而提高保水、透氣、保肥等效果，提高了土壤本身調(diào)節(jié)水、肥、氣、熱的能力。也是促進糧食生產(chǎn)良性循環(huán)和建立現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)、保障可持續(xù)發(fā)展的有力措施[6 - 7 ]。我們針對隴中半干旱區(qū)降水量小且季節(jié)性分布不均與蒸發(fā)量大、水資源匱乏、土壤貧瘠、土壤理化性狀較差等一系列嚴(yán)重問題，研究不同量秸稈還田對旱地土壤水肥動態(tài)變化情況和馬鈴薯生長指標(biāo)與產(chǎn)量的影響，建立科學(xué)的蓄水保肥、增產(chǎn)綜合技術(shù)集成體系，為隴中半干旱地區(qū)秸稈還田旱地保水保肥技術(shù)應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

指示馬鈴薯品種為定薯3號，玉米秸稈就地采集。

1.2 試區(qū)概況

試驗于2017年4 — 10月在甘肅定西百泉公司魯家溝基地進行。該地海拔1 654 m，年平均氣溫7.0 ℃，年日照時數(shù)為2 500 h，光照充足，年溫差大，平均無霜期146 d，全年降水量300～400 mm，蒸發(fā)量1 500 mm以上。土壤類型為黃綿土、偏堿性，貯水性能良好，土層深厚，肥力均勻。播前耕作層土壤有機質(zhì)含量為15.30 g/kg，pH 為8.37，含水量17.10 %，水解氮、速效磷、速效鉀含量分別為78.4 mg/kg、35.7 mg/kg 和 102.8 mg/kg。前茬作物為馬鈴薯。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)玉米秸稈量0 kg/hm2（T1）、5 000 kg/hm2（T2）、10 000 kg/hm2（T3）、15 000 kg/hm2（T4）、 20 000 kg/hm2（T5）5個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積33 m2（6.0 m×5.5 m），雙行種植，株距28 cm，行距70 cm，種植密度為60 000株/hm2。播前基施有機肥30 m3/hm2、尿素375 kg/hm2、普通過磷酸鈣（P2O5≥12%）600 kg/hm2、硫酸鉀（K2O≥52%）720 kg/hm2、馬鈴薯專用肥（N-P2O5- K2O=10-15-20）600 kg/hm2。試驗采用人工起壟、覆膜和點播，在馬鈴薯盛花期綜合防控病蟲害2次、除草2次。全生育期補灌水4次，每次灌水量750 m3/hm2。試驗于4月28日種植，10月8日收獲。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤水分觀測 采用TDR土壤水分測定儀分別對試驗小區(qū)每15 d定位觀測 0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土層的土壤含水量。

1.4.2 土壤容重測定 土壤容重測定采用改進環(huán)刀法[8 ]。測定時間分別在播種前（4月25日）收獲 后（10月18日）。

1.4.3 產(chǎn)量統(tǒng)計 按小區(qū)面積測產(chǎn)，并計算其商品薯（≥50 g）率。

1.4.4 塊莖品質(zhì)測定 干物質(zhì)測量采用烘干法。淀粉含量的測定采用水比重法[9 ]。

1.4.5 水分利用效率（WUE） 水分利用效率（WUE）=Y/ETa，Y為馬鈴薯產(chǎn)量，ETa為全生育期實際蒸散量。實際蒸散量（ETa）=播前土壤貯水量+降水量+補灌量-收后土壤貯水量

貯水量=重量含水量× 土壤容重×土壤層厚度

1.5 統(tǒng)計方法

使用Excel 2007繪圖，對不同處理的馬鈴薯田間產(chǎn)量以及塊莖內(nèi)的有機質(zhì)含量進行圖像分析，并使用SPSS.19對數(shù)據(jù)進行方差分析和最小顯著性檢驗（LSR法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯各生育期土壤水分含量

馬鈴薯出苗期、盛花期、塊莖膨大期和收獲期不同秸稈覆蓋量處理0～100 cm土層土壤水分動態(tài)變化情況見圖1。出苗期各處理0～10 cm土壤含水量為13.12%～14.85%，T5、T4、T3和T2分別較對照（T1）高1.73、1.67、1.32和0.74百分點。隨著土層深度的增加，土壤含水量呈先增加后減小趨勢變化，土層深度60 cm處土壤含水量達到最大值，含水量為18.09%～18.71%；各處理80 cm土壤含水量為17.51%～17.86%，水分變化幅度0.35百分點；100 cm處土壤含水量為16.14%～16.34%，水分變化幅度0.20百分點，水分動態(tài)變化趨勢不明顯。盛花期各處理0～10 cm土壤含水量同樣呈先增加后減小趨勢變化，土層深度在60 cm時，土壤含水量達到最大值，0～60 cm各層土壤含水量大小依次為T5 > T4 > T3 > T2 > T1；60～100 cm各層土壤含水量接近，變化幅度在0.30百分點在內(nèi)。塊莖膨大期由于地表覆蓋、植株遮陰、灌水和水分運移等因素，各處理在10～20 cm土層土壤含水量較高，為17.11%～17.51%，較盛花期土壤含水量增加0.70～0.97百分點，其中T4和T5處理該層土壤含水量最高，分別高于對照（T1）0.40 、0.34百分點。各處理0～10 cm、20～40 cm和40～60 cm土層土壤含水量較盛花期相應(yīng)減少0.38～2.06百分點，60～100 cm土層土壤含水量為16.16%～17.49%，變化幅度不明顯。由于全生育期馬鈴薯對土壤水分的利用及表層土壤水分的蒸發(fā)，收獲后各處理0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土壤含水量分別為9.12%～10.23%、12.78%～ 13.47%、13.85%～14.69% 和14.31%～15.22%，較塊莖膨大期土壤含水量明顯減小，分別減少5.90～7.38、3.89～4.73、1.83～2.93、1.04～1.78百分點，其中T4處理各層土壤含水量最低。

2.2 土壤容重

于播前（4月25日）和收獲后（10月10日）分別測定土壤容重，測定結(jié)果和顯著性分析見表1。播前0～ 100 cm土層容重在1.16～1.38 g/cm3變化，隨著土層深度的增加，土壤容重也相應(yīng)增大。收獲后對照（T1）較播前0～60 cm各層土壤容重增大，前后相差0.01 g/cm3，60～100 cm各層土壤容重較播前沒有變化。隨著施用秸稈還田量的增加，0～60 cm各層土壤容重相應(yīng)減小，其中T4和T5處理0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層容重較播前分別減小0.04 g/cm3、0.03 g/cm3、0.03 g/cm3和0.08～ 0.09 g/cm3，各處理60～100 cm各層土壤容重較播前差別不明顯，變化幅度僅為0.01～0.02 g/cm3。

2.3 馬鈴薯產(chǎn)量及商品性狀

各處理馬鈴薯產(chǎn)量品質(zhì)及商品薯率見表2。不同處理馬鈴薯產(chǎn)量高低依次為T4 > T3 >

T5 > T2 > T1，產(chǎn)量為20 842.5～32 139.1 kg/hm2。各處理均較對照（T1）增產(chǎn)顯著，產(chǎn)量增加 2 221.5～11 314.6 kg/hm2，增產(chǎn)率10.68%～ 54.33%，T4處理增產(chǎn)效果最為明顯，與各處理之間差異顯著。不同處理商品薯率增加5.2%～21.5%，較對照差異顯著，T4與各處理間差異顯著，T3和T5之間差異不明顯。各處理淀粉含量增加0.04 ～ 0.92百分點，干物質(zhì)含量增加0.18 ～ 0.60百分點，其中淀粉含量T2、T5與對照（T1）之間差異不顯著，T4與各處理存在顯著性差異；干物質(zhì)含量T4最高，與T3處理相差0.07%，二者差異不顯著，但與其余各處理存在顯著性差異。

2.4 水分利用效率（WUE）

從表3可以看出，不同處理較對照（T1）WUE增加5.93% ～ 30.66%，其中T4處理對土壤水分利用效率最高，為90.07 kg/（hm2·mm），較T1增加30.66%，與各處理之間差異顯著；T3與T5 WUE分別為78.13 kg/（hm2·mm）和73.82 kg/（hm2·mm），較T1分別增加18.72%和14.41%，二者之間差異不顯著；T2處理WUE較T1增加5.93%，對照（T1）WUE最小，值為59.41 kg/（hm2·mm）。

3 結(jié)論與討論

秸稈還田可與形成有良好團聚體結(jié)構(gòu)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機質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)[10 - 11 ]。本研究表明，通過玉米秸稈覆蓋，馬鈴薯全生育期0～60 cm各層土壤含水量都高于對照處理，不同生育期隨著馬鈴薯對土壤水分的吸收利用及降雨補灌等，造成0～60 cm土壤各層水分含量存在動態(tài)變化，變化范圍12.1%～19.5%；深層土壤60～100 cm土壤含水量較對照處理變化不大，全生育期土壤水分含量為17.1%～18.0%，變化幅度不超過1.0百分點，說明馬鈴薯全生育期對0～60 cm土壤水分滲透交換利用較多，對深層土壤60 cm以下水分利用不明顯。而且秸稈覆蓋可減小0～60 cm土層土壤容重，隨著玉米秸稈還田量的增加，當(dāng)施用量大于15 000 kg/hm2時，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層容重較播前分別減小0.04、0.03、0.03、0.08～0.09 g/cm3，說明秸稈還田對改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤孔隙度、降低土壤容重具有較好的作用，活化了土壤有效孔隙度，有利于作物根系吸收礦質(zhì)營養(yǎng)元素及水分。

前人的研究表明，在露地栽培條件下，添加覆蓋物可提高馬鈴薯田間產(chǎn)量，覆蓋栽培具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)，有利于馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及商品薯率的提高[12 - 13 ]。本試驗結(jié)果表明，不同量秸稈還田較對照處理馬鈴薯塊莖中淀粉含量提高0.04～0.92百分點，干物質(zhì)提高0.18～0.60百分點，商品薯率提高5.20～21.5百分點，產(chǎn)量提高10.68%～54.33%。秸稈還田量施用量為15 000 kg/hm2時，土壤保水能力、土壤容重及水分利用效率最高，水分利用效率提高5.93%～30.66%，且馬鈴薯田間產(chǎn)量高，品質(zhì)優(yōu)，商品薯多，建議推廣施用量為15 000 kg/hm2。

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（本文責(zé)編：陳 珩）