秸稈不同處理方式對(duì)春玉米生產(chǎn)力及水分利用效率的影響

冀雅珍，武海霞

（1.山西省水利水電科學(xué)研究院，山西太原 030002；2.河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院，河北邯鄲 056038）

山西省所屬氣候?yàn)闇貛Т箨懓敫珊殿?lèi)型，降雨時(shí)空分布不均，對(duì)作物生長(zhǎng)造成一定影響。春玉米是晉中一帶主要種植作物，全生育過(guò)程耗水量較大，因此，水分是作物主要生長(zhǎng)要素之一，對(duì)玉米的發(fā)育生長(zhǎng)有著極其重要的作用[1-2]。通過(guò)秸稈還田，不僅能補(bǔ)充土壤所需的養(yǎng)分，改善土壤物理化學(xué)性狀，增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力，還能增加土壤的透水性，同時(shí)也是作物生產(chǎn)中保持土壤墑情、節(jié)水、增產(chǎn)和提高水分利用效率的有效措施[3-5]。此項(xiàng)措施的實(shí)施，一般可以使土壤有機(jī)質(zhì)含量提高0.15%～0.20%，作物產(chǎn)量提高5%～10%[6-8]。秸稈還田是干旱、半干旱農(nóng)業(yè)實(shí)用技術(shù)措施之一，適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的雙重需求，對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展具有重要意義。

1 試驗(yàn)方案及方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

此次試驗(yàn)地處山西省文水縣胡蘭鎮(zhèn)崖底村，該地所屬氣候?yàn)闇貛Т箨懓敫珊殿?lèi)型，多年平均氣溫為9.5℃，降水多集中在7～9月份，年平均降雨量450 mm左右，蒸發(fā)量年平均為1 563.3 mm（20cm口徑蒸發(fā)皿），年累積日照為2 303.1 h，無(wú)霜期為180 d左右，試驗(yàn)田肥力均勻，主要種植春玉米，一年一熟。土壤質(zhì)地為壤土，田間持水量26.9%，容重為1.56 t/m3，0～50 cm速效磷含量為0.31%，地下水礦化度787 mg/L，有機(jī)質(zhì)含量為0.85%，土壤全鹽量0～80 cm平均0.617 4%，全年地下水埋深0.5～4.0 m。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)區(qū)春玉米選擇農(nóng)戶常種品種東單1331，行距0.5 m，株距0.4 m。各處理方式中玉米秸稈還田量均為4 380 kg/hm2左右，石膏用量約為200 g/m2?；适┯袡C(jī)肥22 500 kg/hm2，磷肥750 kg/hm2，生育期追拔節(jié)肥一次，追尿素450 kg/hm2，在降雨、灌溉后或者根據(jù)土壤板結(jié)情況進(jìn)行中耕。

1.3 方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理方式：處理一加長(zhǎng)秸桿氨化還田（CN）、處理二粉碎秸桿氨化加土壤改良劑還田（FNT）與處理三傳統(tǒng)無(wú)秸桿還田（CK）。3個(gè)處理完全隨機(jī)排列。每個(gè)處理試驗(yàn)面積為144 m2，周?chē)贾脤? m的保護(hù)帶，中間設(shè)置寬2 m的隔離帶。

1.4 計(jì)算方法

1.4.1 Logistic生長(zhǎng)模型模擬

Logistic模型是經(jīng)典生態(tài)學(xué)回歸分析模型之一[9]，項(xiàng)目研究中把春玉米生長(zhǎng)的時(shí)間作為自變量，來(lái)闡述春玉米群體的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程[10]。試驗(yàn)中用模型來(lái)對(duì)不同秸稈還田處理的春玉米株高進(jìn)行回歸模擬，Logistic回歸分析公式為：

式中，Y為春玉米某一階段的株高，cm；t為某一階段春玉米株高的發(fā)育天數(shù)，d；Km，a，b均為回歸分析模型的待定系數(shù)。

1.4.2 土壤儲(chǔ)水量及作物有關(guān)指標(biāo)

有關(guān)指標(biāo)按以下公式計(jì)算：

式中，Wc為土壤儲(chǔ)水量，mm；R是土壤質(zhì)量含水率，%；V是土壤平均體積質(zhì)量，g/cm3；H是土壤層厚度，cm；WU是春玉米全生育階段的耗水量，mm；P是春玉米生育階段降水量，mm；I是生育階段內(nèi)的灌水量，mm；ΔW是土壤供水量，mm；WUE是玉米產(chǎn)量水分利用效率；Y是玉米產(chǎn)量，kg/hm2；ET是農(nóng)田蒸散量，mm；W1，W2為相鄰兩次取樣時(shí)0～100 cm土壤蓄水量，mm。

1.4.3 玉米測(cè)產(chǎn)方法

畝產(chǎn)量具體計(jì)算公式如下：

式中，Y為每畝鮮果穗重，kg；Y1為平均鮮果穗重，kg；A1為樣點(diǎn)面積，m2。

玉米每畝產(chǎn)量計(jì)算公式為

式中，Y2為樣品干籽粒重，kg。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田處理下春玉米Logistic生長(zhǎng)模型

研究以式（1）對(duì)不同秸稈還田處理的春玉米株高進(jìn)行回歸分析，并估算了方程中的特征值。分析Logistic曲線生長(zhǎng)方程 3 個(gè)階段（0～t1，t1～t2，t2以后），不同秸稈還田處理下對(duì)春玉米生長(zhǎng)的Logistic生長(zhǎng)模型（見(jiàn)表1）。

表1 不同秸稈還田處理春玉米Logistic模型曲線

表2為不同秸稈還田處理春玉米株高指標(biāo)值。

表2 不同秸稈還田處理春玉米株高指標(biāo)值分析

由表2可知，CN、FNT、CK在播種后32 d左右春玉米進(jìn)入生長(zhǎng)茂盛期，但CN、FNT均較CK滯后，滯后天數(shù)分別為1.27 d和1.28 d；各處理在播后73 d左右結(jié)束生長(zhǎng)茂盛期，CN、FNT較CK滯后了0.36 d和1.2 d；CN、FNT的最大生長(zhǎng)速度（Vmax）較CK分別高5.48%和6.26%；CN、FNT的玉米生長(zhǎng)特性值（Gt）較CK分別高3.16%和6.02%；CN、FNT的玉米株高最大值Km較CK分別高7.72%和10.78%。

由此可知，F(xiàn)NT能顯著提高玉米的生長(zhǎng)速率，對(duì)春玉米生物量的累積具有正效應(yīng)。

2.2 不同秸稈還田處理對(duì)春玉米干物質(zhì)的作用

不同生育期不同秸稈還田處理下春玉米干物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化，見(jiàn)圖1。

圖1 不同生育期不同秸稈還田處理下春玉米干物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化

據(jù)圖1可知，在播種后38 d，CN、FNT干物質(zhì)分別較CK高1.55%和14.30%；播種38～59 d，CN、FNT干物質(zhì)分別較CK高1.17%和27.04%；播種59～79 d，CN、FNT干物質(zhì)分別較CK高7.38%和60.23%；播種79～100 d，CN、FNT干物質(zhì)分別較CK高35.16%和38.72%；播種100～160 d，CN、FNT干物質(zhì)分別較CK高9.98%和12.82%。

分析表明：在播種后59 d內(nèi)，3個(gè)處理干物質(zhì)的累積促進(jìn)作用不明顯；在59～160 d內(nèi)，均表現(xiàn)出CN、FNT植株干物質(zhì)的積累均高于CK，尤其FNT對(duì)玉米干物質(zhì)的累積具有顯著的促進(jìn)作用，其變化趨勢(shì)較大的為FNT，其次為CN，最后為CK。

2.3 不同秸稈還田處理對(duì)玉米產(chǎn)量的作用

試驗(yàn)中對(duì)3個(gè)處理方式的玉米產(chǎn)量等進(jìn)行了測(cè)量分析。各處理籽粒產(chǎn)量、生物量見(jiàn)圖2～3。

由圖2可知，在玉米生育期，秸稈還田3種處理方式對(duì)春玉米籽粒產(chǎn)量的影響各有差異。CN、FNT的籽粒產(chǎn)量分別較CK高16.32%和20.42%，但FNT比CN的籽粒產(chǎn)量高3.52%，差異不明顯；總之，F(xiàn)NT在提高玉米產(chǎn)量上令人較為滿意。

圖2 春玉米生育期3種處理方式下籽粒產(chǎn)量

據(jù)圖3可知，對(duì)春玉米生物產(chǎn)量而言，CN、FNT生物產(chǎn)量分別較CK高9.98%和12.82%，但在FNT、CN間，F(xiàn)NT比CN生物產(chǎn)量?jī)H高2.58%。FNT對(duì)提高春玉米籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量有一定的正相關(guān)關(guān)系。表3為不同處理方式下春玉米產(chǎn)量特征值情況。

圖3 春玉米生育期3個(gè)處理方式下生物產(chǎn)量

表3 不同處理方式下春玉米產(chǎn)量特性值情況

由表3分析可知，秸稈還田的不同處理方式對(duì)春玉米的產(chǎn)量影響包括：①CN、FNT株高分別較CK高10.61%、8.93%；②CN、FNT莖粗分別較CK高2.00%、7.40%；③CN、FNT出籽率分別較CK高0.18%、1.04%。3個(gè)處理方式的經(jīng)濟(jì)系數(shù)排序?yàn)镕NT>CN>CK，其中，CN、FNT的經(jīng)濟(jì)系數(shù)值分別較CK高5.66%、6.79%。由此可知，F(xiàn)NT具有提高作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的作用。

2.4 不同處理方式的水分利用效率

對(duì)不同處理生育期玉米的農(nóng)田蒸散量、耗水系數(shù)及水分利用效率等進(jìn)行了分析。秸稈不同處理方式下農(nóng)田蒸散量、作物耗水系數(shù)、水分利用效率情況見(jiàn)表4。

表4的分析表明，CN、FNT對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)潛在能力及土壤水分利用效率具有一定的提升作用。各處理方式下作物耗水系數(shù)大小順序?yàn)镃K>CN>FNT，表明未采取任何處理措施的裸地提高作物的耗水系數(shù)比較明顯，F(xiàn)NT能有效降低秸稈還田對(duì)土壤水分儲(chǔ)存能力的不利影響。CN、FNT耗水系數(shù)較CK降低12.67%、15.82%。各處理方式的WUE大小順序?yàn)镕NT>CN>CK，其中，CN、FNT的WUE分別較CK高14.60%，18.87%。各處理方式下作物耗水系數(shù)、WUE均有一定的差異水平。CN、FNT的籽粒產(chǎn)量分別較CK增加16.32%、20.42%。

表4 各處理耗水系數(shù)和水分利用效率

3 結(jié)論與建議

（1）由Logistic回歸分析可知，CN、FNT的春玉米在播種后32 d左右均進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)期，較CK的滯后天數(shù)分別為1.27 d、1.28 d；在播后73 d左右各處理旺盛生長(zhǎng)期基本結(jié)束，較CK滯后0.36d、1.2d。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，CN、FNT較CK能提前進(jìn)入快速生長(zhǎng)期，且FNT對(duì)玉米的生長(zhǎng)速度具有一定的提高作用，對(duì)春玉米生物產(chǎn)量的積累具有較優(yōu)效應(yīng)。

（2）不同處理下各生育期玉米干物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化表現(xiàn)為：CN、FNT均對(duì)春玉米干物質(zhì)的累積具有提升作用。而在水分利用效率、籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量上，CN、FNT也表現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)，尤其FNT優(yōu)勢(shì)更為明顯。

（3）水分利用效率試驗(yàn)結(jié)果表明：CN、FNT的作物耗水系數(shù)分別較CK降低12.67%、15.82%；WUE分別較CK增加14.60%、18.87%。FNT施入土壤后，在提高作物產(chǎn)量、水分利用效率、挖掘雨水資源生產(chǎn)潛力方面能起到一定的積極作用。

（4）僅僅1 a的研究成果并不能表明具有相應(yīng)的規(guī)律，還需要大量的試驗(yàn)并進(jìn)行深入研究，才可為今后大面積推廣氨化秸稈處理還田、合理利用秸稈資源提供更有力的理論依據(jù)與技術(shù)支撐。