秸秆还田对轮作玉米和小麦的产量的影响

叶胜兰[1],2,3,4,5，齐丽1,2,3,4,5，舒晓晓1,2,3,4,5

陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710021；2.陕西省土地工程建设集团有限责任公司,陕西 西安 710075; 3.自然资源部退化及未利用土地整治重点实验室,陕西 西安 710021; 4. 自然资源部土地工程技术创新中心，陕西 西安 710021；5.陕西省土地整治工程技术研究中心,陕西 西安 710021

摘要：通过不同秸秆还田量与肥料配施，对比研究不同秸秆还田模式对玉米-小麦轮作区作物产量及其经济效益的影响。结果表明：相比CK，NP+1/3S在玉米季，行数、穗粒数、穗长、百粒重分别增加10.5%、2.3%、7.6%、4.0%，进而增产64.5%，而在小麦季由于穗数、穗粒数、千粒重显著增加29.4%、35.3%、20.5%，进而增产63.8%。对其经济收益进行分析，可知NP+1/3S在本试验中产投比最高，较CK增加0.66，有利于农民增收，是值得推荐的秸秆还田模式。

关键词：秸秆；玉米；小麦；产量

我国是农业大国，在粮食生产中每年可产出约8×1011 kg秸秆，玉米、小麦秸秆居多，由于其含有丰富的有机碳以及氮、磷、钾等营养元素，成为农业生产中重要的肥料资源[1-2]。但秸秆利用多集中于制作饲料，就地焚烧、丢弃现象日益严重，造成秸秆资源的极大浪费，给环境带来污染[3]。秸秆还田作为一项秸秆综合利用的主要途径之一，合理利用后一方面可以提高土壤养分供应，对培肥地力、维持土壤持久生产力具有重要作用，另一方面减少化学肥料施用量[4]，节约农民成本，已成为目前农田土壤管理的热点问题[5]。秸秆还田的一个长期的过程，其还田量、还田时间、还田方式等均会对土壤结构和作物生长产生影响。相比较秸秆直接还田，将秸秆粉碎后先与土壤混合再还田更有利于增加土壤微生物活性[6]。秸秆浅施和深分别对表层和亚表层土壤作用更明显，浅施还显著增加了表层土壤HA的Δ lgK值[7]。目前对于秸秆还田量的研究，普遍认为以当年秸秆生产量的30％-50％为宜，过多过少施用均不利于土壤有机质的增加[8]，有关其具体用量对肥力影响和作物生长发育的研究较少。因此，本文通过长期定位试验，拟以陕西省渭北旱塬区富平中试基地试验田为材料，研究不同秸秆还田模式作物生长的影响，对秸秆合理利用、土壤肥力培育以及对农田土壤的开发、保护和可持续利用具有重要意义。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验地位于陕西省土地工程研究院富平中试基地，年平均气温13 ℃，年降水量约550 mm，集中在6-9月，属暖温带半湿润偏旱季风气候，农业生产以旱作农业为主。供试土壤为粉壤土，粘粒0.3%、粉粒74.3%、砂粒25.4%。试验区土壤的孔隙度49. 6%、土壤容重1.40g/cm3。

1.2试验设计

试验于2019年玉米季（6月下旬）开始，采用夏玉米-冬小麦一年两熟耕作制。试验共设8个处理，包括不施肥（CK）、氮磷钾（NPK）+全量秸秆（S）、NP+1/3S、NP+2/3S、NP+S、NPK、NP、S，每个处理重复3次。氮（150kg/hm2）、磷（120kg/hm2）和钾肥（90kg/hm2）以基肥的形式于每季作物施用一次，秸秆也于每季作物还田一次。玉米或小麦收获后，秸秆切断后按照其设计比例进行还田。

1.3 测定项目与方法

玉米季收获时每个小区连续取20穗，风干脱离后测定籽粒含水量、籽粒风干重、百粒重，折合计算其产量。小麦季每个小区取1.5平方米，测定其总鲜重，风干脱粒后测定其籽粒重并测定籽粒含水量、千粒重，折合其实际产量。

2.结果分析

2.1不同秸秆还田模式对玉米产量以及影响因素的影响

表1中，无肥无秸秆还田处理CK的玉米行数、粒数以及穗长、百粒重均最低，其他处理均有相应增加，但差异不显著。相比CK，NP+1/3S的行数、穗粒数、穗长、百粒重最大，分别增加10.5%、2.3%、7.6%、4.0%，其次是NP+2/3S，增幅分别为5.3%、21.5%、6.7%、38.4%。施肥和秸秆还田均可增加玉米籽粒的产量，增幅为25.1%—64.5%，NP+1/3S处理的籽粒产量最高，较CK显著增加64.5%1。

2.2不同秸秆还田模式对小麦产量以及影响因素的影响

表1表明，不同秸秆还田显著增加了小麦的产量指标。相比CK，NP+1/3S的穗数、穗粒数、千粒重增幅显著，分别为29.4%、35.3%、20.5%。秸秆还田NPS相比NPK的穗数、穗粒数以及千粒重分别增加0.7%、2.2%、2.0%，相比NPKS处理的穗数、千粒重增幅为0.4%、2.7%，增幅均较小，说明秸秆还田同时增加K肥不利于对小麦产量指标提升，且会造成肥料浪费。平衡施肥和秸秆还田均有利于提升小麦产量。相比CK，NP+1/3S、NP+2/3S以及NPS的产量增幅分别为63.8%、54.8%、49.8%，NP+1/3S增产效果最好。

表1 不同秸秆还田对轮作玉米-小麦产量的影响

	玉米					小麦
处理	行数	穗粒数	穗长 （cm）	百粒重 （g）	产量 （kg/hm2）	穗数	穗粒数	千粒重(g)	产量（kg/hm2）
CK	13.3 a	37.3 b	23.8 ab	28.9 c	6619.0f	384.7 b	35.7 c	40.8 d	6045.7 e
S	13.3 a	44.0 a	23.0 b	35.6 b	8459.0e	419.0 ab	44.3 ab	45.9 c	7444.0 d
NP	13.3 a	43.0 a	23.5 ab	34.4 b	8288.0e	455.3 ab	42.3b	42.6 d	7081.3d
NP+1/3S	14.7 a	45.7 a	25.6 a	40.5 a	10888.3a	497.7 a	48.3 a	49.0 a	9903.5 a
NP+2/3S	14.0 a	45.3 a	25.4 ab	40.0 a	10533.5ab	462.3 ab	47.0 ab	48.4 ab	9361.6 b
NP+S	13.3 a	42.0 ab	23.8 ab	34.5 b	10069.7bc	459.0 ab	46.0 ab	46.4 bc	9058.7 bc
NPK	14.0a	42.0 ab	24.2 ab	36.8 b	9346.7cd	455.7 ab	45.0 ab	45.5 c	8777.8 cd
NPKS	14.0 a	40.7 ab	23.2 ab	36.5 b	8996.1de	457.3 ab	46.0 ab	45.2 c	8377.1 d

2.3 不同秸秆还田模式下玉米-小麦轮作的年际经济效益分析

表2中，年际产量变化显著影响了各处理的总产出，总产出随产量变化上下波动。NP肥料施用配合秸秆还田可显著提升玉米-小麦轮作的年际产量，继而增加总产出，秸秆还田量由1/3增至全量还田，总产出逐渐降低，年际产量和总产出NP+1/3S> NP+2/3S> NP+S，相比CK，NP+1/3S的年际产量和总产出增加64.2%、64.1%。CK处理的总投入和年纯收益均为最低，NPKS处理的总投入最高，相比CK增加4309元，而纯收益较CK仅增长5874.1元。本试验中，各处理的产投比依次为NP+1/3S> NP+2/3S>NP+S>S>NPK>NPKS>NP>CK，NP+1/3S处理产投比最高，相比CK增加0.66，说明这种方式更利于农民收益。

表2  不同秸秆还田模式对年际经济效益的影响

处理	年际产量 （kg/hm2）	总产出 （元/hm2）	总投入 （元/hm2）	年纯收益 （元/hm2）	产投比
CK	12664.7	27284.4	18227.0	9057.4	1.50
S	15903.0	34191.5	18227.0	15964.5	1.88
NP	15369.3	32991.0	20753.0	12238.0	1.59
NP+1/3S	20791.8	44782.8	20766.0	24016.8	2.16
NP+2/3S	19895.1	42797.5	20961.0	21836.5	2.04
NP+S	19128.4	41175.4	21366.0	19809.4	1.93
NPK	18124.5	39105.9	21923.0	17182.9	1.78
NPKS	17373.2	37467.5	22536.0	14931.5	1.66

3 结论

本试验综合分析了玉米-小麦轮作产量以及其经济效益，可知NP+1/3S处理的产量以及纯收益较好，在本试验中产投比最高。因此， 建议适量补充钾肥，不可施用过量。采用NP+1/3秸秆还田模式进行种植效果较好。

参考文献：

[1] 胡宏祥, 程燕, 马友华, 等. 油菜秸秆还田腐解变化特征及其培肥土壤的作用[J]. 中国生态农业学报, 2012, 20(3): 297-302.

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[3] 张聪, 慕平, 尚建明. 长期持续秸秆还田对土壤理化特性、酶活性和产量性状的影响[J]. 水土保持研究, 2018, 25(1): 92-99.

[4] 李秀双, 师江澜, 王淑娟, 等. 长期秸秆还田对农田土壤钾素形态及空间分布的影响[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2016, 44(3):109-117.

[5] 李继福. 秸轩还田供钾效果与调控土壤供钾的机制研究. [D]. 武汉:华中农业大学图书馆, 2015.

[6] Giacomini S J., Recous S., Mary B., et al. Simulating the effects of N avail ability, straw particle size and location in soil on C and N mineralization[J]. Plant and Soil, 2007, 301(1/2): 289-301.

[7] 宋罗娜,窦森,黄莹.秸秆还田不同方式对土壤腐殖质组成的影响[J/OL].吉林农业大学学报:1-7[2021-09-06].

[8] 蒋向, 任洪志, 贺德先. 玉米秸秆还田对土壤理化性状与小麦生长发育和产量的影响研究进展[J].麦类作物学报, 2011,31(3): 569-574.

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基金资助：陕西省土地工程建设集团内部科研项目（项目编号：DJNY2021-23）

作者简介：叶胜兰（1986-），女，工程师，主要从事植物营养与生态环境以及土地工程研究。