不同氨化秸稈還田量對鹽堿地土壤水鹽因子及玉米生長發(fā)育的影響

李 小 牛

(山西省水利水電科學(xué)研究院，太原 030002)

山西省鹽堿地面積約為261 800 hm2，主要分布在大同、忻州、太原等8個市，45個縣區(qū)，占到平川區(qū)域總面積的9.9%，目前，農(nóng)田土壤鹽堿化已成為制約山西農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，如何實現(xiàn)鹽堿地的有效改良已成為山西農(nóng)業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展的突破口。目前，秸稈覆蓋以及秸稈氨化處理對鹽堿地土壤的改良已成為研究的熱點，殷志剛研究指出秸稈覆蓋可有效抑制表層土壤溶液鹽分累積[1]。劉廣明等分析研究了秸稈覆蓋對黃淮海平原輕中度鹽堿障礙土壤的改良增產(chǎn)效應(yīng)，表明秸稈覆蓋有助于促進(jìn)土壤脫鹽[2]。張金珠等研究表明秸稈覆蓋可以抑制鹽分上移[3]。余坤等研究表明氨化秸稈還田可加快秸稈分解提高冬小麥產(chǎn)量[4]。董勤各研究表明氨化比未氨化秸稈還田生物產(chǎn)量顯著提高[5]。對秸稈進(jìn)行氨化處理還田不僅可以延長雨水入滲時間，可溶性鹽分得到充分的溶解，降低耕作層含鹽量；同時隔斷土層抑制低層土壤鹽分上移，改善耕作層玉米生長環(huán)境。同時，氨化處理秸稈可以加速秸稈分解速度，提高土壤有機質(zhì)含量，提高土壤含水率，實現(xiàn)促產(chǎn)增收。

秸稈還田是重要的農(nóng)藝措施[5]。當(dāng)前研究主要集中在未經(jīng)化學(xué)處理的秸稈還田對土壤環(huán)境和農(nóng)作物增產(chǎn)增收等的影響，對鹽堿地氨化處理秸稈還田脫鹽效果研究較少。因此，本文在田間試驗的基礎(chǔ)上，對中度鹽堿地氨化秸稈還田農(nóng)田土壤脫鹽保水規(guī)律和農(nóng)作物生物產(chǎn)量規(guī)律進(jìn)行研究，以期為中度鹽堿地氨化秸稈還田玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018年5-9月份在山西省太原市小店區(qū)張花營村(112°42′E、37°45′N，海拔765 m)進(jìn)行，該區(qū)年均無霜期170 d，年平均氣溫9.6 ℃，年平均光照時長2 675.8 h，屬于溫帶大陸季風(fēng)氣候。年內(nèi)降雨量分布不均，集中在7-10月份。地下水埋深較淺(0.5～2.3 m)且總硬度較大(175～610 mg/L)。供試土壤為壤土[沙粒、粉(沙)粒、黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.36%、48.51%、13.13%]，體積質(zhì)量1.44 g/cm3。0～20 cm土壤層田間持水率為26%，凋萎含水率為8.4%(均為質(zhì)量含水率)，土壤含鹽量為4.8 g/kg，為中度鹽堿土壤(含鹽量4～6 g/kg[6])，有機質(zhì)含量、鉀含量、氮含量、磷含量分別為5.2、20.1、0.2、0.8 g/kg。玉米生長發(fā)育期內(nèi)平均氣溫25 ℃，總降水量為115.6 mm。

1.2 試驗設(shè)計與方法

(1)供試材料。試驗用玉米品種為“農(nóng)大308”，全生育期為150 d，具體生長發(fā)育階段見表1。

表1 玉米生育階段記錄Tab.1 Division of maize growth stages

(2)玉米秸稈氨化處理。試驗選用的秸稈為上年度玉米秸稈。將尿素(風(fēng)干秸稈質(zhì)量比尿素質(zhì)量為100∶5)溶于水中(風(fēng)干秸稈質(zhì)量比溶液質(zhì)量為10∶3)。然后將該溶液噴灑到長度為1～2 cm玉米秸稈上進(jìn)行混合，裝入塑料袋壓實，20～25 ℃在密封條件下靜置7 d后使用。

(3)試驗設(shè)計。試驗設(shè)置4個氨化秸稈還田處理：即1.2、0.9、0.6和0.3 kg/m2，分別標(biāo)記為F1.2、F0.9、F0.6、F0.3，3次重復(fù)，同時設(shè)置一個對照處理(CK)，共計13個小區(qū)，每個小區(qū)面積為50 m2，采取隨機排列，各小區(qū)之間留1 m的作物保護帶。

4月1號按上述不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行還田并用翻耕機深翻 20 cm 左右壓埋。5月3號進(jìn)行玉米播種，行距40 cm，株距29 cm。在7月16號進(jìn)行1次定額95 mm滴水灌溉。田間日常管理與周圍大田管理一致。

1.3 試驗測試指標(biāo)與方法

(1)測試指標(biāo)。

①土壤含鹽量及含水率。在各試驗小區(qū)利用土鉆采集深度為0～5、5～10、10～15、15～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土樣進(jìn)行測量。

②生長發(fā)育性狀指標(biāo)。每個秸稈還田處理試驗小區(qū)選取10株代表性植株用紅繩標(biāo)記；對照組(CK)選取30株代表性植株，分為3組，每組10株，用不同顏色細(xì)繩標(biāo)記。利用常規(guī)方法分別測定株高、莖粗、葉面積并計算葉面積指數(shù)。

③產(chǎn)量指標(biāo)。待玉米成熟后，將各小區(qū)選定的植株穗部取回作為樣品，通風(fēng)晾干后，利用天平進(jìn)行稱重。

(2)測定方法。將所取土樣在烘箱內(nèi)低溫烘干，計算含水率，去除碎石等雜物，然后對土樣進(jìn)行研磨過1 mm土壤篩，將其與純凈水按1∶5質(zhì)量比混合，靜置48 h取上清液，用DDS-307電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率值。

含鹽率的計算[7]：y=(1.687l+0.031 8)/10

式中：y為土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù), g/kg；l為25 ℃時電導(dǎo)率, mS/cm。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)整理及繪圖采用Excel 2003；數(shù)據(jù)統(tǒng)計及回歸分析采用SPSS 16.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氨化秸稈還田量對土壤含鹽量的影響

玉米生長發(fā)育過程中不同時期土壤鹽分剖面分布見圖1。

從圖1可以看到，中度鹽堿地土壤鹽分分布整體呈“廠”字形，土壤表層0～20 cm含鹽量從0.23%至0.83%變化幅度最大，表明土壤鹽分表聚作用強烈。在60～100 cm土層，土壤鹽分分布在0.09%至0.2%，變化范圍縮小且趨于穩(wěn)定。5月2日播種前，0～20 cm對照組CK含鹽量大于各處理，但差異不顯著(P<0.05，下同)，各處理不同土壤深度含鹽量基本一致。按照當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣7月16日進(jìn)行滴水灌溉。7月20日， F1.2、F0.9、F0.6、F0.3幾個處理和CK，0～20 cm土壤層含鹽量比5月2日小12%、13%、9%、7.5%和5.8%，說明在一定程度上秸稈還田量越多，表層土壤的含鹽量淋洗效果越好；相應(yīng)地，幾個處理及CK的20～40 cm土壤含鹽量平均值比5月2日增加了42%、35%、21%、21%和6%，且處理與CK之間的差異顯著，表明通過灌溉淋洗作用，土壤表層鹽分已向土壤下層轉(zhuǎn)移，為農(nóng)作物根系在耕作層的生長發(fā)育創(chuàng)造了少鹽的環(huán)境。8月份氣溫較高，棵間蒸發(fā)較大，表層出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象，以 8月20日的結(jié)果為例，0～20 cm土壤含鹽量平均值F1.2、F0.9、F0.6和F0.3幾個處理分別比CK低37%、32%、21%和11%，表明由于秸稈隔層可以有效抑制水分蒸發(fā)，從而抑制土壤返鹽現(xiàn)象的發(fā)生。9月30日，表層0～20 cm返鹽現(xiàn)象繼續(xù)，但速度已變緩，可能是由于溫差增大，蒸發(fā)能力變?nèi)跛?。F1.2、F0.9、F0.6和F0.3幾個處理20～40 cm土層的脫鹽現(xiàn)象明顯，40～60 cm層次的含鹽量幾乎沒有變化，但對照處理CK 40～60 cm的脫鹽現(xiàn)象卻非常明顯。由此可見，各處理返鹽僅局限于秸稈層以上，而對照組的鹽分則由深層土壤向表層土壤集聚。就控鹽效果而言，中度鹽堿地氨化秸稈還田量0.9～1.2 kg/m2較為適宜。

2.2 不同氨化秸稈還田量對耕作層含水量的影響

圖2為玉米不同生育期0～20 cm土壤層含水率。由圖2分析可知，玉米在開花期以前土壤層含水率差異不顯著。之后，隨著玉米的生長發(fā)育，幾個處理與對照處理的0～20 cm土壤層含水率呈現(xiàn)下降的趨勢，且差異開始逐漸顯著。5月2日CK比F1.2、F0.9、F0.6和F0.3幾個處理含水率分別高7.4%、6.3%、9.6%和5.3%，這主要是因為4月1號幾個處理用翻耕機深翻氨化秸稈還田，對0～20 cm土壤層進(jìn)行擾動,增大表層土壤蒸發(fā)面積所導(dǎo)致。依據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，7月16日進(jìn)行灌溉，7月20日F1.2、F0.9、F0.6和F0.3幾個處理含水率為27.3%、27.7%、26.8%和26.5%高于0～20 cm土壤層田間持水率26%，而CK含水率為25.1%,說明氨化秸稈還田可以提高隔層以上土壤含水率，同時由于秸稈莖部有較多孔隙結(jié)構(gòu)的物理特性，可吸儲大量的水分，也可提高土壤含水率，因此秸稈層可作為一個“儲水層”為玉米生長創(chuàng)造良好生長環(huán)境。8月20日含水率最高的處理F1.2比對照處理CK高21.8%，但F1.2、F0.9、F0.6和F0.3幾個處理之間的差異并不顯著。9月30日含水率最高的處理F0.9、F0.6比對照處理CK含水率高23%，表明氨化秸稈還田的保水作用隨著農(nóng)作物的生長越來越明顯，但F1.2、F0.9、F0.6幾個處理之間的差異并不顯著。保水效果同時結(jié)合經(jīng)濟角度而言本文認(rèn)為氨化秸稈還田量在0.6～0.9 kg/m2最佳。

圖1 不同生育期土壤剖面鹽分分布Fig.1 Soil profile salinity distribution in different growth stages

圖2 玉米不同生育期0～20 cm土壤含水率Fig.2 Moisture content in 0～20 cm soil layer of maize at different growth stages

2.3 不同氨化秸稈還田量對植株生長及產(chǎn)量的影響

(1)不同氨化秸稈還田量對植株性狀的影響?？讝|等認(rèn)為良好的株型，繁盛的枝葉，是植株實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ)，不同程度的鹽分脅迫會抑制生長，影響植株性狀，影響農(nóng)作物產(chǎn)量[8]。表2展示不同時期玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)等指標(biāo)的變化。從數(shù)據(jù)分析，3個指標(biāo)都呈現(xiàn)出生育前期快速增長，到后期逐漸放緩直至穩(wěn)定，其中葉面積指數(shù)到后期有下降的發(fā)展趨勢。劉洋等認(rèn)為隨著玉米的生長發(fā)育，當(dāng)葉面積指數(shù)達(dá)到最大值后開始逐漸下降[9]。從3個指標(biāo)數(shù)據(jù)分析來看，不同氨化秸稈還田量對株高、莖粗、葉面積指數(shù)的影響差異較大，生長指標(biāo)隨著秸稈還田量的增加而得到有效改善。但處理F1.2與F0.9對各個指標(biāo)的影響差異較小。對照處理CK的各個指標(biāo)均低于其他處理。這與劉敏的研究結(jié)果一直，當(dāng)秸稈還田量高于某一臨界值時，植株性狀指標(biāo)有下降趨勢，其臨界值為0.3～0.6 kg/m2[10]。本試驗的臨界值為0.9 kg/m2，這可能是由于試驗地點的含鹽量不同所導(dǎo)致。

表2 玉米不同時期生長指標(biāo)值Tab.2 Growth index values of maize in different periods

注：表中數(shù)值為3個重復(fù)的平均值，同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

(2)不同氨化秸稈還田量對產(chǎn)量的影響。表3為氨化秸稈還田量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系，在一定范圍內(nèi)玉米產(chǎn)量隨氨化秸稈還田量的增加而增加。當(dāng)秸稈還田量達(dá)到0.9 kg/m2時，玉米產(chǎn)量達(dá)到最高，這是因為秸稈還田為玉米創(chuàng)造出了一個相對含鹽量低且含水量較高適宜農(nóng)作物生長發(fā)育的耕作層。當(dāng)秸稈還田量再增加時開始出現(xiàn)降低趨勢，這可能是因為秸稈還田量過多造成種子架空，影響出苗率，從而影響玉米產(chǎn)量。F0.9產(chǎn)量與CK相比高出39.3%，差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。綜合氨化秸稈對玉米植株性狀的影響和對產(chǎn)量的影響，本文認(rèn)為中度鹽堿地氨化秸稈最佳的還田量為0.9 kg/m2。

表3 秸桿還田量與產(chǎn)量關(guān)系 kg/hm2Tab.3 Relationship between amount of farmland returned and yield

3 結(jié) 語

通過不同氨化秸稈還田量對水鹽因子及玉米生長發(fā)育指標(biāo)的研究，可以得出以下結(jié)論。

(1)氨化秸稈還田，可以有效提高表層土壤含鹽量灌溉淋洗效果，且8月20日數(shù)據(jù)表明F1.2、F0.9、F0.6和F0.3幾個處理0～20 cm含鹽量分別比CK小37%、32%、21%和11%，因此可以有效抑制深層土壤返鹽。

(2)秸稈層以上田間持水率隨秸稈還田量的增加而提高，F(xiàn)1.2、F0.9、F0.6和F0.3幾個處理0～20 cm含水率均高于土壤層田間持水率，秸稈層可作為“儲水層”為玉米生長創(chuàng)造良好水土環(huán)境。

(3)不同氨化秸稈還田量對株高、莖粗、葉面積指數(shù)的影響差異較大，生長指標(biāo)隨著秸稈還田量的增加而得到有效改善。

(4)在一定范圍內(nèi)玉米產(chǎn)量隨氨化秸稈還田量的增加而增加，產(chǎn)量最高出現(xiàn)在F0.9處理，與對照處理相比高出39.3%，差異顯著(P<0.05)。根據(jù)本文的研究結(jié)果，可以認(rèn)為中度鹽堿地氨化秸稈最佳的還田量為0.9 kg/m2。