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盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

翟明振 胡恒宇 宁堂原 张海依 徐琳 尹晓燕

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盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

    作者简介: 翟明振E-mail:zmzdyxy@163.com;
    通讯作者: 胡恒宇, E-mail:hhyu01@163.com
  • 基金项目: 山东省重点研发计划(2017CXGC0308,2016CYJS05A02);山东高校科技计划(J18KA132);作物生物学国家重点实验室开放基金(2018 kf04);临沂大学博士基金项目(LYDX2016BS063)。

Response of maize yield and soil nitrate to deep plowing and straw return in saline-alkali soil

    Corresponding author: HU Heng-yu, E-mail:hhyu01@163.com ;
  • 摘要: 【目的】盐碱地是我国重要的土地资源,研究合理可行的耕作技术和培肥措施,为提高产量和实现盐碱地农业可持续发展提供理论依据。【方法】2014—2017年,在山东省滨州市无棣县的盐碱土上,以玉米为供试作物,连续进行了4年田间试验。试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,分别设夏季旋耕15 cm (R) 和旋耕后再深松35 cm处理 (S);副区为冬季秸秆还田量,设秸秆半量还田 (3350 kg/hm2,B) 和秸秆全量还田 (6700 kg/hm2,Q) 两个用量,以无秸秆还田为对照。所有处理的养分总量保持一致。开花后每隔10天取样1次,直到收获期,测定植株干物质和穗位叶硝酸还原酶活性。在玉米小口期、开花期及收获期,取0—100 cm土层样品,每10 cm为一层,测定了土壤硝态氮含量及累积量。【结果】各生育期玉米干物质积累量和产量在两个耕作方式间的差异不显著,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期时,已经开始赶超秸秆半量还田的处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,秸秆全量还田处理的籽粒产量显著优于秸秆半量还田处理 (P < 0.05)。4年干物质积累量,SQ处理平均比SB、RQ和RB分别提高2.5%~7.3%、1.6%~4.2%和7.6%~20.3%。深松与秸秆全量还田有明显的正耦合作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高,与其他处理差异显著 (P < 0.05)。相同耕作方式下,4年中秸秆全量还田处理的平均硝态氮含量在小口期低于秸秆半量还田,在开花期显著高于秸秆半量还田,但在收获期又显著低于秸秆半量还田的处理,硝态氮累积量平均降低17.9% (P < 0.05)。在4年中深松耕作处理的0—100 cm平均硝态氮累积量比旋耕处理的显著降低8.9%。【结论】在供试盐碱地土壤条件下,秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松的效果最好,可提高玉米产量,减少土壤中硝态氮的累积。
  • 图 1  2014—2017不同处理玉米穗位叶硝酸还原酶活性

    Figure 1.  Activities of nitrate reductase in leaves leaf of maize under different treatments from 2014 to 2017

    图 2  2014—2017年玉米小口期0—100 cm土层硝态氮含量

    Figure 2.  NO3-N content in 0–100 cm soil layer during the V9 stage of maize from 2014 to 2017

    图 3  2014—2017年0—100 cm土层玉米开花期硝态氮含量

    Figure 3.  NO3-N content in 0–100 cm soil layer during the flowering stage of maize from 2014 to 2017

    图 4  2014—2017年玉米收获期0—100 cm土层硝态氮含量

    Figure 4.  NO3-N content in 0–100 cm soil layer during maize harvest from 2014 to 2017

    表 1  2014—2017不同处理的玉米干物质积累量 (g/plant)

    Table 1.  Dry matter accumulation of maize under different treatments from 2014 to 2017

    耕作方式
    Tillage method
    秸秆还田量 (kg/hm2)
    Straw returning amount
    取样日期Sampling date (month/day)
    7/258/108/209/29/149/28
    旋耕 (R)
    Rotary
    057.6 c110.6 c131.1 c166.3 c230.7 c243.3 c
    3350 (B)80.3 a176.1 a208.2 a276.3 b322.6 b346.1 b
    6700 (Q)76.8 a164.7 b193.8 b315.9 a359.3 a381.4 a
    旋耕 + 深松 (S)
    Rotary + subsoiling
    058.9 c115.8 c139.1 c175.7 c234.0 c251.6 c
    3350 (B)81.3 a181.1 a216.0 a287.7 b339.8 b353.8 b
    6700 (Q)80.9 a166.4 b198.4 b326.6 a368.7 a392.2 a
    耕作方式Tillage method (T)ns
    秸秆还田量Straw returning amount (SR)*
    T × SR*
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column mean significant difference among treatments (P < 0.05);ns–Not significant;*—P < 0.05.
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    表 2  2014—2017年各处理玉米籽粒产量 (kg/hm2)

    Table 2.  Maize grain yield in each treatment from 2014 to 2017

    耕作方式
    Tillage method
    秸秆还田量 (kg/hm2)
    Straw returning amount
    2014201520162017平均
    Average
    旋耕 (R)
    Rotary
    6700 (Q)7972 b 7831 ab 7866 ab8112 a7945 b
    3350 (B)6983 d7318 c6375 d7615 c7073 d
    05138 f5464 e5292 f5876 e5443 f
    旋耕+深松 (S)
    Rotary + subsoiling
    6700 (Q)8323 a8027 a8002 a8241 a8148 a
    3350 (B)7719 c7655 b7665 b8033 a7768 c
    05369 e5653 d5497 e6027 d5637 e
    耕作方式Tillage method (T)ns
    秸秆还田量Straw returning amount(SR)*
    T × SR*
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column mean significant difference among treatments (P < 0.05);ns–Not significant;*—P < 0.05.
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    表 3  2014—2017年不同处理收获期0—100 cm土层的硝态氮累积量 (kg/hm2)

    Table 3.  Accumulation of nitrate nitrogen at harvest of maize in 0–100 cm soil layer under different treatments from 2014 to 2017

    耕作方式
    Tillage method
    秸秆还田量 (kg/hm2)
    Straw returning amount
    2014201520162017
    旋耕 + 深松 (S)
    Rotary + subsoiling
    6700 (Q)67.1 c75.2 bc73.2 c74.6 bc
    3350 (B)96.9 b98.2 ab94.7 b95.1 ab
    022.9 e27.6 d26.3 e26.1 d
    旋耕 (R)
    Rotary
    6700 (Q)83.2 bc82.1 b84.4 bc84.2 b
    3350 (B)107.0 a108.0 a106.0 a106.0 a
    033.7 d38.2 c38.6 d39.9 c
    耕作方式Tillage method (T)*
    秸秆还田量Straw returning amount (SR)*
    T × SR*
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column mean significant difference among treatments (P < 0.05);*—P < 0.05.
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    [16] 彭正萍张家铜袁硕王艳群刘会玲薛世川 . 不同供磷水平对玉米干物质和磷动态积累及分配的影响 . 植物营养与肥料学报, 2009, 15(4): 793-798. doi: 10.11674/zwyf.2009.0409
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-18
  • 网络出版日期:  2020-01-17
  • 刊出日期:  2020-01-01

盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

    作者简介:翟明振E-mail:zmzdyxy@163.com
    通讯作者: 胡恒宇, hhyu01@163.com
  • 1. 临沂大学资源环境学院/山东省水土保持与环境保育重点实验室,山东临沂 276000
  • 2. 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室,山东泰安 271018
  • 基金项目: 山东省重点研发计划(2017CXGC0308,2016CYJS05A02);山东高校科技计划(J18KA132);作物生物学国家重点实验室开放基金(2018 kf04);临沂大学博士基金项目(LYDX2016BS063)。
  • 摘要: 【目的】盐碱地是我国重要的土地资源,研究合理可行的耕作技术和培肥措施,为提高产量和实现盐碱地农业可持续发展提供理论依据。【方法】2014—2017年,在山东省滨州市无棣县的盐碱土上,以玉米为供试作物,连续进行了4年田间试验。试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,分别设夏季旋耕15 cm (R) 和旋耕后再深松35 cm处理 (S);副区为冬季秸秆还田量,设秸秆半量还田 (3350 kg/hm2,B) 和秸秆全量还田 (6700 kg/hm2,Q) 两个用量,以无秸秆还田为对照。所有处理的养分总量保持一致。开花后每隔10天取样1次,直到收获期,测定植株干物质和穗位叶硝酸还原酶活性。在玉米小口期、开花期及收获期,取0—100 cm土层样品,每10 cm为一层,测定了土壤硝态氮含量及累积量。【结果】各生育期玉米干物质积累量和产量在两个耕作方式间的差异不显著,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期时,已经开始赶超秸秆半量还田的处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,秸秆全量还田处理的籽粒产量显著优于秸秆半量还田处理 (P < 0.05)。4年干物质积累量,SQ处理平均比SB、RQ和RB分别提高2.5%~7.3%、1.6%~4.2%和7.6%~20.3%。深松与秸秆全量还田有明显的正耦合作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高,与其他处理差异显著 (P < 0.05)。相同耕作方式下,4年中秸秆全量还田处理的平均硝态氮含量在小口期低于秸秆半量还田,在开花期显著高于秸秆半量还田,但在收获期又显著低于秸秆半量还田的处理,硝态氮累积量平均降低17.9% (P < 0.05)。在4年中深松耕作处理的0—100 cm平均硝态氮累积量比旋耕处理的显著降低8.9%。【结论】在供试盐碱地土壤条件下,秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松的效果最好,可提高玉米产量,减少土壤中硝态氮的累积。

    English Abstract

    • 全球盐碱化土地有近10亿hm2,约占陆地面积的7%[1]。盐碱地多数是在干旱气候、强蒸发环境或地下水位和含盐量均较高等情况下地表溶盐累积量较大而形成的。盐碱地是我国广泛分布的重要土地资源[2],总面积3.67 × 107 hm2,其中1.23 × 107 hm2具有农业应用价值[3],主要分布在华北、西北和东北平原的低地或冲积扇的下部以及沿海地带。而且由于气候变暖和干旱加剧,土壤的次生盐碱化面积也在不断扩大。由于灌溉设施缺乏或管理不当导致的次生盐碱化已经影响了全球20%的灌溉土地[4]。土壤中的盐碱以离子形式存在,当向上运动大于向下运动时,盐碱会在表层土壤中累积从而导致盐碱化[5]。合理开发和改良盐碱地,可以缓解耕地资源紧张的压力,确保国家粮食安全和生态安全。

      盐碱地的物理、化学以及生物学方面的土壤退化,对全球自然资源的可持续循环利用造成了严重的负面影响[6]。长期的浅旋耕作导致犁底层变厚,阻碍降水的渗透和作物根系生长,表层土壤太松散而不能保持水分[7],促进土壤水分的流失,加重盐碱地土壤的退化,而深松耕作减轻了犁底层以下的土壤容重,增加根的穿透能力[8-9]。深松耕作处理可以为干旱区玉米生长创造良好的土壤条件,促进玉米生长发育和产量提高[10]。与免耕相比,深松耕作可显著增加玉米产量和水分利用效率[11],深松50 cm可以显著改善玉米根系形态,提高其对环境的适应能力[12]。当降雨时,深松可以将更多的雨水储存在深层土壤中,当干旱时,深层土壤水被植物所利用,从而提高了植物的水分利用效率[13-14]。深松对那些易于受到干旱胁迫的土壤是一种很好的耕作方式[9]

      目前中国作物秸秆数量及其养分资源量依然巨大,近年来中国主要农作物秸秆资源量为7亿t[15]。秸秆还田在盐碱地治理方面具有重要的作用,孙博等[16]将粉碎的秸秆作为夹层施入土壤后,表层土壤含盐量显著降低。秸秆还田技术不但可以影响盐渍土土壤水盐的运动,还可以改善土壤的理化性状[17]。也有研究表明,深耕措施结合秸秆还田可以促进作物对氮素的吸收及利用,增加籽粒产量[18-19]。但是,秸秆还田在盐碱地上应用的研究,多集中在对水盐特征及其对作物产量的影响上,而有关土壤氮素特征与作物利用的报道较少。

      盐碱地作物的氮素高效利用,对盐碱化土壤保肥、作物增产及增收具有重要意义。为此,进行了4年定位试验 (2014—2017),主要研究了不同耕作方式和秸秆还田处理下,盐碱地玉米干物质量、产量、硝酸还原酶以及土壤硝态氮含量的差异,旨在为盐碱土地区农业可持续发展提供理论依据。

      • 本试验在山东省滨州市无棣县试验地 (108°37′52″E、37°59′19″N) 进行。试验区土壤为棕壤,0—20 cm土层含有机质8.6 g/kg、全氮0.86 g/kg、速效氮70 mg/kg、有效磷46 mg/kg、速效钾42 mg/kg、pH为7.8、0—20 cm土壤含盐量平均3‰,属NaCl型。玉米季平均降水量为450 mm,主要集中在6—8月份,玉米全生育期不灌溉。

        试验于2013年玉米收获后开始。采用裂区设计,主区为耕作方式,分别设旋耕处理 (R) 和旋耕后再深松处理 (S)。副区为秸秆还田量,设无秸秆还田 (0)、秸秆半量还田 (B,3350 kg/hm2) 和秸秆全量还田 (Q,6700 kg/hm2) 3个水平,秸秆氮、磷、钾含量分别为0.34%、0.10%、0.08%,共6个处理,每个小区面积60 m2,每个处理重复3次。

        秸秆还田在每年玉米收获后立即进行,用机械挖宽55 cm、深46 cm的沟,深沟无间隔,秸秆层厚度6 cm,将秸秆放入、压实,填埋覆土层厚度40 cm。每隔20 cm,开一条秸秆还田沟。耕作于玉米播种前进行,以尽量多地利用夏季雨水来冲刷盐碱地。旋耕处理 (R) 作业深度15 cm;旋耕+深松处理 (S),旋耕后,每间隔60 cm,进行一行深松处理,作业深度35 cm,宽度是5 cm,并且与秸秆层也有5 cm的距离。玉米于6月2日播种,播在沟埋秸秆的正上方,行距60 cm,株距约25 cm,种植密度为67500株/hm2,于10月11日收获,其他季节休闲。播种前对种子进行精选,以保证纯度和出苗整齐。肥水管理与当地农田相同,玉米种植前施用纯氮120 kg/hm2、磷60 kg/hm2、钾75 kg/hm2,各处理总氮、磷、钾施用量一致。秸秆全量还田的处理施用纯氮97.2 kg/hm2、磷53.3 kg/hm2、钾70 kg/hm2;秸秆半量还田的处理施纯氮108.6 kg/hm2、磷56.6 kg/hm2、钾72.3 kg/hm2

        秸秆全量还田是根据试验地每年所产生总秸秆量确定的平均值,而半量还田是将每条深沟内的秸秆量减半,而深松处理是在秸秆还田深沟的中间位置。

      • 开花后每隔10天取样1次,直到收获期,每个小区每次取6株生长健壮、整齐一致的代表性玉米植株测定干物质,共取4次。开花期时,在各处理选择同一天开花的单株标记,于开花期及开花后每隔10天取穗位叶,留鲜样于液氮中,用于酶活性的测定[19]

      • 与植株取样同期进行,分别在各个重复行中间取3个土壤样点,取样深度0—100 cm,每10 cm一个层次,用土钻将各层次的土壤取出、混匀,分成两份,一份装在铝盒中烘干测定水分,另一份20℃室温避光风干、保存用于土壤硝态氮含量和其他养分含量的测定。

      • 每个重复中随机选取长2 m的双行玉米,统计穗数。然后选取代表性玉米10株,按秸秆和籽粒分开,风干后进行称重,计算秸秆产量和籽粒产量,并留风干样品进行养分测定。

      • 将植株分为茎、叶、穗位叶、籽粒4部分,将样品105℃杀青30 min,然后在80℃烘至恒重,用1/100天平称重测定干物质,测干物重后保存,用于植株养分含量分析。

      • 采用浓硫酸消煮—半微量凯氏定氮法测定。

      • 采用文献[20]中的活体法测定。

      • 用CaCl2浸提土壤,经振荡、过滤,并用1∶9硫酸溶液酸化[21]。然后用德国BRAN+LUEBBE公司生产的AA3流动分析仪测定土壤硝态氮含量。速效氮测定采用碱解扩散法。土壤硝态氮累积量计算公式为:

        式中:A为土壤硝态氮累积量 (kg/hm2);h为土层厚度 (cm);ρ为土壤容重 (g/cm3);C为硝态氮浓度 (mg/kg)[22]

      • 用DPS7.05软件分析数据,用最小显著极差法 (LSD0.05) 进行平均数显著性检验,所有原始数据均用Shapiro-Wilk检验正态分布,采用多因素方差分析进行显著性检验[23]。用OriginPro 8.0软件作图。

      • 4年定位试验结果表明,耕作方式对玉米干物质累积量的影响不显著,但秸秆还田量显著影响玉米干物质累积量。秸秆还田处理能显著提高玉米花后的干物质量,深松处理条件下增幅更显著 (表1)。在生育后期,深松处理的玉米干物质量已经明显超过了旋耕处理,收获期干物质量4年均表现为SB > RB,SQ > RQ。说明深松处理可以提高玉米干物质的累积量。与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期,开始赶超秸秆半量还田处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,均达到显著水平。可见,秸秆全量还田的处理有利于生育后期干物质的累积。

        表 1  2014—2017不同处理的玉米干物质积累量 (g/plant)

        Table 1.  Dry matter accumulation of maize under different treatments from 2014 to 2017

        耕作方式
        Tillage method
        秸秆还田量 (kg/hm2)
        Straw returning amount
        取样日期Sampling date (month/day)
        7/258/108/209/29/149/28
        旋耕 (R)
        Rotary
        057.6 c110.6 c131.1 c166.3 c230.7 c243.3 c
        3350 (B)80.3 a176.1 a208.2 a276.3 b322.6 b346.1 b
        6700 (Q)76.8 a164.7 b193.8 b315.9 a359.3 a381.4 a
        旋耕 + 深松 (S)
        Rotary + subsoiling
        058.9 c115.8 c139.1 c175.7 c234.0 c251.6 c
        3350 (B)81.3 a181.1 a216.0 a287.7 b339.8 b353.8 b
        6700 (Q)80.9 a166.4 b198.4 b326.6 a368.7 a392.2 a
        耕作方式Tillage method (T)ns
        秸秆还田量Straw returning amount (SR)*
        T × SR*
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column mean significant difference among treatments (P < 0.05);ns–Not significant;*—P < 0.05.

        4年的定位试验表明,6个处理4年平均产量由高到低顺序为SQ > RQ > SB > RB > S0 > R0,且处理间差异均达到显著水平 (P < 0.05)。同一秸秆还田量下,旋耕加深松处理的平均产量显著高于旋耕处理;相同耕作方式下,全量秸秆还田大于半量又大于秸秆不还田产量。方差分析结果表明,耕作方式对产量影响不显著,秸秆还田及其与耕作措施的交互效应对产量的影响达到显著水平 (P < 0.05)。表明在盐碱地上,秸秆还田量的高低对获得玉米高产有着显著的作用 (表2)。

        表 2  2014—2017年各处理玉米籽粒产量 (kg/hm2)

        Table 2.  Maize grain yield in each treatment from 2014 to 2017

        耕作方式
        Tillage method
        秸秆还田量 (kg/hm2)
        Straw returning amount
        2014201520162017平均
        Average
        旋耕 (R)
        Rotary
        6700 (Q)7972 b 7831 ab 7866 ab8112 a7945 b
        3350 (B)6983 d7318 c6375 d7615 c7073 d
        05138 f5464 e5292 f5876 e5443 f
        旋耕+深松 (S)
        Rotary + subsoiling
        6700 (Q)8323 a8027 a8002 a8241 a8148 a
        3350 (B)7719 c7655 b7665 b8033 a7768 c
        05369 e5653 d5497 e6027 d5637 e
        耕作方式Tillage method (T)ns
        秸秆还田量Straw returning amount(SR)*
        T × SR*
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column mean significant difference among treatments (P < 0.05);ns–Not significant;*—P < 0.05.
      • 图1可知,各处理玉米穗位叶NR活性从开花之后迅速上升,在花后10天左右达到最大值,之后又持续下降。在相同耕作方式下,4年均表现为秸秆全量还田 (RQ) 大于秸秆半量还田 (RB),且SQ大于SB,平均升高21.3%~28.9%,且均达到显著水平。可见,秸秆全量还田有利于维持作物生育后期较高的NR活性,而且秸秆还田处理高于不进行秸秆还田的处理。在相同秸秆还田量下,深松处理的玉米穗位叶NR活性高于旋耕处理,平均升高6.7%~8.7%,且均达到显著水平。可见深松处理可以提高玉米花后穗位叶的硝酸还原酶活性。秸秆全量还田与深松耕作处理相结合,可以持续显著提高花后玉米穗位叶NR活性,这种优势的建立为干物质累积和产量提高打下了良好的基础。

        图  1  2014—2017不同处理玉米穗位叶硝酸还原酶活性

        Figure 1.  Activities of nitrate reductase in leaves leaf of maize under different treatments from 2014 to 2017

      • 与秸秆不还田处理相比,秸秆还田处理显著提高了小口期0—100 cm土层中硝态氮的含量 (图2)。同种耕作方式下,秸秆全量还田处理的土壤硝态氮含量显著低于秸秆半量还田处理,4年中秸秆全量还田的平均硝态氮含量比秸秆半量还田的低3.42%;而相同秸秆还田量下,深松耕作处理土壤硝态氮平均含量比旋耕处理的土壤硝态氮含量高1.1%,但两者差异不显著。

        图  2  2014—2017年玉米小口期0—100 cm土层硝态氮含量

        Figure 2.  NO3-N content in 0–100 cm soil layer during the V9 stage of maize from 2014 to 2017

        从小口期到开花期,土壤中的硝态氮会随着雨水向深层土壤淋溶。与小口期相比,开花期各处理 (秸秆不还田处理除外),土壤中硝态氮含量呈现浅层降低而深层提高的现象。由图3可以看出,与秸秆不还田处理相比,秸秆还田显著提高了开花期土壤0—100 cm土层中硝态氮的含量,且0—20 cm土层硝态氮含量显著低于30—40 cm土层,但仅限于这两个土层。相同耕作方式下,秸秆全量还田处理0—80 cm土层硝态氮含量显著高于秸秆半量还田,而80—100 cm土层没有这种规律。在相同秸秆还田量下,0—100 cm土层深松处理的土壤硝态氮含量显著高于旋耕处理。

        图  3  2014—2017年0—100 cm土层玉米开花期硝态氮含量

        Figure 3.  NO3-N content in 0–100 cm soil layer during the flowering stage of maize from 2014 to 2017

        在玉米收获期,土壤硝态氮含量随着土壤层次的增加显著降低,秸秆还田处理0—100 cm各土层硝态氮含量均比不进行秸秆还田处理的高,相同耕作方式下,秸秆全量还田处理的各土层硝态氮含量均显著低于秸秆半量还田处理,且硝态氮累积量平均降低17.9% (图4表3),可见,较高的秸秆还田量有利于减少硝态氮在土壤中的残留。而在相同秸秆还田量下,深松处理的土壤平均硝态氮含量与旋耕处理差异不显著,而深松处理的0—100 cm硝态氮累积量比旋耕处理低8.9%,差异达到显著水平。由表3可知,SQ、SB、RQ、RB处理0—100 cm土层硝态氮累积量分别为72.5、96.2、83.5、106.0 kg/hm2

        表 3  2014—2017年不同处理收获期0—100 cm土层的硝态氮累积量 (kg/hm2)

        Table 3.  Accumulation of nitrate nitrogen at harvest of maize in 0–100 cm soil layer under different treatments from 2014 to 2017

        耕作方式
        Tillage method
        秸秆还田量 (kg/hm2)
        Straw returning amount
        2014201520162017
        旋耕 + 深松 (S)
        Rotary + subsoiling
        6700 (Q)67.1 c75.2 bc73.2 c74.6 bc
        3350 (B)96.9 b98.2 ab94.7 b95.1 ab
        022.9 e27.6 d26.3 e26.1 d
        旋耕 (R)
        Rotary
        6700 (Q)83.2 bc82.1 b84.4 bc84.2 b
        3350 (B)107.0 a108.0 a106.0 a106.0 a
        033.7 d38.2 c38.6 d39.9 c
        耕作方式Tillage method (T)*
        秸秆还田量Straw returning amount (SR)*
        T × SR*
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column mean significant difference among treatments (P < 0.05);*—P < 0.05.

        图  4  2014—2017年玉米收获期0—100 cm土层硝态氮含量

        Figure 4.  NO3-N content in 0–100 cm soil layer during maize harvest from 2014 to 2017

      • 土壤盐碱化是一个世界性的问题,中国的盐碱化面积和影响程度也日益增大。土壤改良剂可以有效地降低土壤盐度[24]。多种改良剂效果比较表明,富含有机物质的改良剂和秸秆的效果最佳[25]。其他学者也证实,秸秆还田可以增加氮营养供给从而减少钠的积累和盐的伤害[26]

        秸秆还田也是一个重要的应对土壤退化的方法[27]。相比较于传统农业措施,采用秸秆还田的保护性耕作措施可以有效改善土壤理化性质、增加土壤肥力、改良土壤性状[28-29],也可以增加农作物生产力和养分利用效率[30]。而本研究表明,在盐碱地上,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理能显著提高玉米花后的干物质量,尽管开花期前干物质量较少,但在开花时已经开始赶超,收获期干物质量显著提高。有研究表明,秸秆还田在显著提高作物产量的同时,还可以提高作物的氮素利用效率[18]。不管在何种耕作方式下,秸秆还田可以提高作物的氮素吸收和产量[31]。在30 cm深度土层进行秸秆还田同时结合深耕措施,可提高作物籽粒产量[30, 32]。这与本研究的结果有相似之处。本研究表明,在盐碱地上,相比较于秸秆半量还田和旋耕措施,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高。一个可能的原因是,秸秆全量还田与深松耕作处理可以显著持续提高花后玉米穗位叶的硝酸还原酶 (NR) 活性。而NR是植物体内硝态氮还原为铵态氮过程的第一个酶,是一个限速酶,它的活性大小直接影响着硝态氮转化速率和强度,也直接影响着农作物对土壤中无机氮的利用[33]。正是由于该酶较高的活性,秸秆全量还田处理提高了作物对氮素的吸收,减少了硝态氮在土壤中的残留。

        与深松相比,旋耕增加了10—30 cm土层土壤容重,导致土壤孔隙度减少,从而不利于作物产量的提高[34]。旋耕也造成了犁底层的出现,使土壤贫瘠化,阻碍了作物对土壤养分的吸收[27, 29]。由于耕作改变了土壤的物理、化学性质及生物环境,进而影响土壤硝态氮的累积[35]。本研究表明,在相同秸秆还田处理下,与旋耕处理相比,深松耕作处理增加了作物籽粒产量以及干物质积累量,并且在收获期显著减少了土壤硝态氮的累积量,这可能是因为深松改变了土壤的物理、化学和生物学性状,促进了作物生长,提高了作物根系对养分和水分的吸收能力[36]。也可能是深松增加了大团聚体中的氮含量,提高了作物对养分的吸收,从而增加产量[37-38]。有研究表明,深松可以促进0—60 cm氮素吸收并且减少深层土壤硝态氮积累量[39]。深松耕作处理也可以提高NR的活性[40],这与本文的研究结果相同。而其他研究表明:深松增加了深层玉米根系体积,深松比旋耕显著增加了籽粒产量和植株干物质量,促进了作物地上部对养分和水分的吸收,并且提高了植株的氮素利用效率[21, 41-42]。但对于干物质和籽粒产量两个指标来说,本文耕作处理间的差异并不显著,可能是因为在连续4年的耕作定位试验中,秸秆还田时对土壤也有扰动,因此,这也可能是深松和旋耕处理之间差异不太显著的原因。

      • 秸秆还田能显著提高玉米花后的干物质量,且在深松处理条件下增幅更显著;而深松耕作与秸秆全量还田有明显的正交互作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合籽粒产量显著高于其他处理。说明在盐碱地上秸秆全量还田和深松耕作相结合更有利于获得玉米高产,秸秆还田量对玉米生长的促进作用大于耕作措施。秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松耕的效果最好,并且减少了氮肥的施用和土壤中硝态氮的累积。

    参考文献 (42)

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