作物杂志, 2019, 35(6): 83-89 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.013

生理生化·植物营养·栽培耕作

内蒙古黄土高原秸秆还田对玉米农田土壤水热状况及产量的影响

刁生鹏1,2,3,4, 高日平1,2,3,4, 高宇2,3,4, 任永峰2,3,4, 赵沛义1,2,3,4, 袁伟5, 高学峰6

1内蒙古农业大学农学院,010019,内蒙古呼和浩特

2内蒙古自治区农牧业科学院资源环境与检测技术研究所,010031,内蒙古呼和浩特

3内蒙古旱作农业重点实验室,010031,内蒙古呼和浩特

4农业农村部内蒙古耕地保育科学观测实验站,011705,内蒙古呼和浩特

5武川县农畜产品质量安全中心,011705,内蒙古呼和浩特

6丰镇市农牧业局,012199,内蒙古乌兰察布

Effects of Straw Returning on Soil Hydrothermal and Yield of Maize in Loess Plateau of Inner Mongolia

Diao Shengpeng1,2,3,4, Gao Riping1,2,3,4, Gao Yu2,3,4, Ren Yongfeng2,3,4, Zhao Peiyi1,2,3,4, Yuan Wei5, Gao Xuefeng6

1College of Agriculture, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, Inner Mongolia, China

2Institute of Resources, Environment and Testing Technology Sciences, Academy of Agriculture and Animal Husbandry, Inner Mongolia Autonomous Region, Hohhot 010031, Inner Mongolia, China

3Inner Mongolia Key Laboratory of Dryland Farming, Hohhot 010031, Inner Mongolia, China

4Inner Mongolia Agricultural Conservation Scientific Observation Laboratory Station of Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Hohhot 011705, Inner Mongolia, China

5Wuchuan County Agricultural and Livestock Product Quality Safety Center, Hohhot 011705, Inner Mongolia, China

6Fengzhen Agriculture and Animal Husbandry Bureau, Ulanqab 012199, Inner Mongolia, China

通讯作者: 赵沛义,研究员,主要从事旱作农业和水土保持研究

收稿日期: 2019-04-20   修回日期: 2019-06-10   网络出版日期: 2019-12-15

基金资助: 国家重点研发计划项目(2018YFD0800803)
国家重点研发计划项目(2018YFD0800806)
内蒙古农牧业科技创新基金项目(CXJJ2017N12)
内蒙古科技计划项目(20170218)
国家“十二五”科技支撑项目(2015BAD22B01)

Received: 2019-04-20   Revised: 2019-06-10   Online: 2019-12-15

作者简介 About authors

刁生鹏,硕士研究生,主要从事旱地作物丰产栽培理论与技术研究 。

摘要

内蒙古清水河县地处黄土高原的边缘地带,沟壑纵横,是典型的北方干旱缺水地区。为明确秸秆翻耕还田对该区域玉米农田土壤蓄水保墒效果及产量形成特性的影响,通过连续2年的田间小区试验,探究0kg/hm 2(CK)、3 000kg/hm 2(SF1)、6 000kg/hm 2(SF2)和12 000kg/hm 2(SF3)4种秸秆还田量下玉米农田全生育期地温、土壤水分、植株生长发育、水分利用效率和产量的变化规律。结果表明:秸秆还田促进了玉米叶面积指数提高和地上部生物量的积累,2018年,SF2处理叶面积指数和地上部干物质积累量较CK分别提高13.17%和10.70%;玉米全生育期0~30cm土层土壤温度、0~80cm土层土壤含水率、生育期贮水量和农田耗水量、水分利用效率和产量均表现为SF2>SF3>SF1>CK;2018年,SF1、SF2和SF3产量分别较CK提高了8.5%、11.4%和9.3%。秸秆翻耕还田措施能够显著改善玉米农田土壤水热状况、促进植株生长、提升子粒产量和水分利用效率,其中6 000kg/hm 2还田处理效果最好,可作为节水保墒栽培模式在内蒙古黄土高原推广应用。

关键词: 秸秆还田 ; 玉米 ; 土壤温度 ; 土壤含水率 ; 水分利用效率 ; 产量

Abstract

Qingshuihe county, Inner Mongolia is located at the edge of the Loess Plateau, which is a typical arid and water-deficient area in the northern part of China. To clarify the effects of straw returning tilling on soil water storage of maize farmland and the influence of yield characteristics, a two-year field plot experiment was set up. Soil moisture changes in the whole maize growth stages, plant growth and water use efficiency and yield were monitored at rates of 0kg/hm 2(CK), 3 000kg/hm 2(SF1), 6 000kg/hm 2(SF2) and 12 000kg/hm 2(SF3) straw returning treatments. The results showed that straw returning promoted the increase of leaf area index (LAI) and biomass accumulation in the aboveground part of maize. In 2018, LAI and aboveground dry matter of SF2 increased by 13.17% and 10.70%, respectively, compared with CK. In the whole growth period of maize, soil temperature in 0-30cm soil layer, soil moisture content in 0-80cm depth, water storage and farmland water consumption in growth stage, water use efficiency and yield showed as SF2 > SF3 > SF1 > CK. In 2018, the yields of SF1, SF2 and SF3 increased by 8.5%, 11.4% and 9.3%, respectively, compared with CK. Straw returning to the field could significantly improve the soil hydrothermal condition, promote plant growth, improve grain yield and water use efficiency of maize. SF2 treatmeat has the best effect, which can be applied as the cultivation model of water-saving and moisture conservation in the Loess Plateau area of Inner Mongolia.

Keywords: Straw returning ; Maize ; Soil temperature ; Soil moisture content ; Water use efficiency ; Yield

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本文引用格式

刁生鹏, 高日平, 高宇, 任永峰, 赵沛义, 袁伟, 高学峰. 内蒙古黄土高原秸秆还田对玉米农田土壤水热状况及产量的影响[J]. 作物杂志, 2019, 35(6): 83-89 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.013

Diao Shengpeng, Gao Riping, Gao Yu, Ren Yongfeng, Zhao Peiyi, Yuan Wei, Gao Xuefeng. Effects of Straw Returning on Soil Hydrothermal and Yield of Maize in Loess Plateau of Inner Mongolia[J]. Crops, 2019, 35(6): 83-89 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.013

内蒙古黄土高原是典型的旱作农区,年降水量小、蒸发量大,土壤蓄水保水性差[1,2],水资源匮乏和季节性干旱是制约该区域农业发展的重要因素。玉米为该区域主栽作物,占当地作物总种植面积60%以上,每年产生大量秸秆。秸秆还田是解决我国旱作农业区“旱”与“薄”的有效途径之一[3],秸秆还田作为农田废弃物资源化利用的有效方式,具有改善土壤性状[4]、增加土壤养分[5]及调节土壤团聚体和保持土壤水分[6]等作用,是土壤蓄水保墒和作物增产的有效途径。同时,秸秆还田可降低秸秆焚烧所带来的诸多环境问题,是农业绿色发展和农田减肥增效的有效措施。目前关于秸秆还田的报道较多[7,8,9],前人在土壤水热效应方面的研究多集中于某一生育时期土壤含水量的提高以及土壤保墒贮水能力的改善和产量提高等[10,11,12]方面,秸秆还田对作物生长和产量的影响以及土壤环境改善的研究虽已基本明确,但关于不同秸秆还田量对内蒙古黄土高原地带玉米全生育期土壤水分变化的影响研究还鲜有报道。鉴于此,在该区域设置直接秸秆还田试验,比较不同秸秆还田量条件下玉米生长动态、土壤温度和水分变化状况以及产量形成差异,探究作物需水规律,为内蒙古黄土高原秸秆合理还田和提高秸秆资源利用率提供技术支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年4月20日-2018年10月5日在内蒙古呼和浩特市清水河县农牧业局良种场试验田(111°39′E,39°57′N)进行,该区域属于中温带半干旱大陆性季风气候,是典型的黄土高原沟壑区,年均降水量365mm,且主要集中在7、8、9月[13],年蒸发量2 577mm,干燥度为3.94g/m3,无霜期140d,年平均气温7.1℃。气候特征为春季干旱,冬季寒冷,降水量小,蒸发量大,为典型旱作区。土壤类型为黄绵土,试验前土壤全氮含量0.58g/kg,有机质含量9.3g/kg,速效磷含量5.39mg/kg,速效钾含量102.6mg/kg,pH为8.29。2017年7、8、9月总降雨量分别为48.3、31.2、20.7mm,2018年分别为55.3、36.2、22.4 mm。

1.2 试验设计

试验为单因素随机区组设计,根据小区收获秸秆鲜生物量折算秸秆重(含水量20.8%),试验设置0kg/hm2(CK)、3 000kg/hm2(SF1)、6 000kg/hm2(SF2)、12 000kg/hm2(SF3)4个不同秸秆还田量,小区面积33m2(5.5m×6m)。玉米进入成熟期后,用大型玉米收获机进行收获,同时将玉米秸秆粉碎(长度为5~7cm),并均匀抛散于田间;采用液压旋耕机进行旋耕作业,旋耕深度20~25cm,可将秸秆翻埋至10~20cm土层,并进行耙平,达到土壤深、松、平、碎、墒的状态;翌年春季当土壤10cm地温稳定为8℃左右、土壤耕层含水量在20%左右时进行播种。除秸秆还田量不同外,各处理其余田间管理方式与当地生产习惯一致。供试材料为玉米品种丰田14号,采用机械条播,传统覆膜种植,株距30cm,大行距70cm,小行距50cm。

1.3 取样测定方法

1.3.1 玉米叶面积和地上部干物质量 玉米苗期至成熟期,各生育时期随机选取5株进行定点定株标记,测定全株叶面积,用直尺法测定叶长和叶宽,根据公式(叶面积=叶长×叶宽×0.75)计算叶面积。并计算叶面积指数(LAI),叶面积指数=单位土地面积上的总绿叶面积/单位土地面积;各小区取3株玉米植株,取样测定鲜重后装袋带回实验室于105℃杀青30min,再将温度调至80℃烘干至恒重,测定干物质量。

1.3.2 土壤温度 在玉米苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期用地温计在各小区玉米株间测定0~10、10~20和20~30cm土层地温,每天8:00、14:00、20:00各测定1次,取平均值为当天土壤温度。

1.3.3 土壤含水率 在玉米苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期分别以0~10、10~20、20~30、30~40、40~50、50~60、60~70、70~80cm土层取土样,采用土钻取土烘干法测定土壤含水率。

1.3.4 农田耗水量(ETa)[14] ETa=I+P+U-R-F±△W,式中,I为时段内灌水量(mm),P为≥5mm有效降雨量(mm)[15],U为地下水通过毛管作用上移补给作物水量(mm),R为地表径流量(mm),F为补给地下水量(mm),△W为时段内土壤贮水消耗量。因本试验地地势平坦,故可视地表径流量为0;地下水埋深4m以下,可视为地下水补给量为0;降水入渗深度不超过2m,可视为补给地下水量为0;试验地无灌溉条件,故I、R、U、F值可以忽略不计。

1.3.5 土壤贮水量 土壤贮水量(W)=10hpb,式中:h为土层深度(cm),p为土壤容重(g/cm3),b为土壤水分质量百分数(%)。

1.3.6 子粒产量水分利用效率 水分利用效率[WUE,kg/(mm·hm2)]=Y/ETa,式中:Y为作物子粒产量(kg/hm2)。

1.3.7 产量 玉米成熟后,每小区选5m双行进行测产。

1.4 数据分析

应用Microsoft Excel 2010、SPSS 25.0软件进行数据处理、绘图和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对玉米叶面积指数(LAI)及地上部干物质积累量的影响

表1可知,SF1、SF2、SF3和CK处理的LAI和地上部干物质积累量在不同年际间变化趋势一致,随着玉米生育期的推进,各还田处理LAI总体呈先增加后降低的变化,灌浆期达到最大值。2017年SF2处理LAI最高,显著高于CK。SF1、SF2、SF3与CK的LAI在抽雄期至成熟期差异显著,2017年灌浆期SF2处理分别较CK、SF1、SF3处理的LAI提高12.40%、5.43%、3.82%,2018年分别提高13.17%、7.67%、4.47%。成熟期不同秸秆还田水平下植株单株地上部干物质积累量大小顺序为SF2>SF3>SF1>CK,拔节期至抽雄期地上部干物质积累量增加速率最快,且在玉米成熟期达到最大值,SF1、SF2、SF3处理均较CK增加显著,其中SF2显著高于其他处理。以2018年为例,成熟期时SF1、SF2、SF3处理地上部干物质积累量分别较CK增加2.27%、10.70%和6.87%。

表1   秸秆还田对玉米叶面积指数和地上部干物质积累的影响

Table 1  Effects of straw returning on leaf area index and dry matter accumulation of maize

年份
Year
处理
Treatment
叶面积指数Leaf area index地上部干物质(g/株) Above ground dry matter (g/plant)
苗期
Seedling stage
拔节期
Jointing stage
抽雄期
Tasseling stage
灌浆期
Filling
stage
成熟期
Mature
stage
苗期
Seedling stage
拔节期
Jointing stage
抽雄期
Tasseling stage
灌浆期
Filling
stage
成熟期
Mature stage
2017CK0.41a1.69c2.86d3.63d2.60c3.51a54.59d302.81c592.57d622.20d
SF10.34c1.77bc3.46c3.87c3.21b3.52a61.25c334.89b606.01c636.31c
SF20.37b2.02a3.71a4.08a3.45a3.55a83.69a346.22a655.95a688.75a
SF30.36b1.93b3.55b3.93b3.30ab3.54a75.66b330.28b633.30b664.96b
2018CK0.51a1.88c2.86d3.72d2.90d3.28c55.70d308.99c604.66d634.89d
SF10.44c1.95b3.46c3.91c3.21c3.45b62.50c331.32b618.38c649.29c
SF20.47b2.22a3.71a4.21a3.80a3.56a85.40a353.29a669.34a702.80a
SF30.46b1.93b3.55b4.03b3.50b3.28c77.20b337.02b646.22b678.53b

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level. The same below

注:同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同

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2.2 秸秆还田对土壤温度的影响

表2可以看出,连续两年秸秆还田后,各处理均表现为土壤温度随土层加深而逐渐降低,CK1、SF1、SF2和SF3各处理随玉米生育期推进,各土层土壤温度整体表现为先增加后降低的趋势,秸秆还田对0~10和10~20cm土层土壤温度影响显著,对20~30cm土层土壤温度影响不显著,2018年成熟期0~10cm土层SF1、SF2和SF3处理土壤温度分别较CK提高了4.16%、5.12%和3.86%,2018年成熟期10~20cm土层SF1、SF2和SF3处理土壤温度分别较CK提高了3.90%、4.38%和4.01%,2018年成熟期20~30cm土层SF1、SF2和SF3处理土壤温度分别较CK提高了1.95%、2.16%和1.35%,秸秆还田各处理在玉米苗期和成熟期的增温效果最为明显,而在温度较高的拔节期至灌浆期,可适当降低土壤温度,减少田间水分蒸腾散失。

表2   2018年秸秆还田对0~30cm土层土壤温度的影响

Table 2  Effects of straw returning on soil temperature in 0-30cm soil layer in 2018 ℃

土层深度(cm)
Soil depth
处理
Treatment
苗期
Seedling stage
拔节期
Jointing stage
抽雄期
Tasseling stage
灌浆期
Filling stage
成熟期
Mature stage
0~10CK21.19c24.45a27.08a22.95a19.70b
SF123.16b24.19a25.50b22.50b20.52a
SF223.82a22.61c25.05b20.83d20.71a
SF323.15b23.31b25.25b21.85c20.46a
10~20CK19.58c22.72a24.59a22.12a18.72b
SF120.89b22.65a24.83a21.86ab19.45a
SF222.09a21.95b23.88b20.54c19.54a
SF320.57b22.12b23.98b21.47b19.47a
20~30CK18.67c22.05a23.21a21.81a18.48a
SF119.45b21.57b23.01ab21.77a18.84a
SF220.89a20.24c22.45c21.45a18.88a
SF319.24b21.28b22.74bc21.58a18.73a

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2.3 秸秆还田对土壤含水率的影响

图1可知,SF1、SF2和SF3和CK处理土壤含水率在不同年际间变化趋势一致,苗期至抽雄期,0~80cm土层土壤含水率均随土层深度增加呈先降低后上升再降低变化趋势。0~20cm土层土壤含水率逐渐降低,SF1、SF2和SF3与CK差异明显,2017年全生育期SF1、SF2、SF3处理土壤含水率分别较CK平均提高2.36%、3.44%、2.70%,2018年平均提高2.84%、3.52%、2.94%,可能受蒸腾作用影响较大,秸秆还田可以减少表层土壤水分的无效蒸发,增加土壤水分的有效供应;20~50cm土层SF2处理土壤含水率与SF1、SF3和CK处理差异明显,SF1和SF2与CK处理差异不明显,全生育期均以SF2处理的土壤含水率最高,SF1和SF3处理次之,CK最低。以2018年为例,SF1、SF2和SF3处理土壤含水率分别较CK平均提高6.35%、7.12%和6.42%;50~80cm土层土壤含水率在各生育时期内,以SF2处理最高,与CK差异明显,较CK提高6.39%。从全生育期来看,各处理不同土层土壤含水率的变化规律基本一致,SF2处理土壤含水率最高,CK最低。综合两年土壤含水率变化,土壤含水率大小大体为SF2>SF3>SF1>CK。

图1

图1   2017-2018年秸秆还田处理不同生育时期不同深度土壤含水率

Fig.1   Soil moisture content at different depths in different growth stages under straw returning in 2017-2018


2.4 秸秆还田对土壤贮水量的影响

土壤贮水量反映农田土壤水分动态及其运动规律,了解作物各生育时期的需水特性,为作物需水状况提供定量依据。由图2可知,不同秸秆还田措施土壤贮水量与土壤含水率的变化规律相似,玉米各生育时期土壤贮水量均以SF2处理最高,SF1与SF3处理次之,CK最低。以2018年为例,土壤贮水量SF1、SF2和SF3处理与CK相比,分别提高7.69%、12.82%和11.54%;SF1、SF2、SF3和CK处理苗期至成熟期土壤贮水量变化规律基本一致,呈先降低后升高的变化。玉米生长初期土壤贮水量偏低,主要由于该地区春季降水量少;拔节期至抽雄期,土壤贮水量再次降低,此时玉米需水到了关键期,对水分亏缺比较敏感,根系大量吸收地表水分;玉米生育后期,由于降雨增多和秸秆腐熟度增加,土壤贮水量升高。不同年际间,除2017年拔节期外,土壤贮水量大小均表现为SF2>SF3>SF1>CK,秸秆还田可增加土壤贮水量,提高田间持水量,为作物生长发育提供水分。

图2

图2   秸秆还田处理玉米农田0~80cm土层土壤贮水量

不同小写字母表示在0.05水平上差异显著

Fig.2   Water storage of 0-80cm soil layer in maize field under straw returning

Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level


2.5 秸秆还田对玉米产量、耗水量和水分利用效率的影响

表3可以看出,随着秸秆还田量的增加,各处理玉米子粒产量呈先增加后减少的变化,其中SF2处理产量最高,其次为SF3和SF1处理,SF1、SF2、SF3处理相较于CK均达到显著差异水平,2017年分别提高7.9%、11.7%、8.7%,2018年分别提高8.5%、11.4%、9.3%,SF2与SF1和SF3之间也均达到显著差异水平。玉米生育期耗水量表现为SF2>SF3>SF1>CK,以SF2生育期耗水量最高,2018年达到最大值,CK生育期耗水量最低,各处理耗水量总体与玉米子粒产量呈正相关。秸秆还田可提高作物生育期耗水量,减少蒸腾消耗;以2018年为例,SF1、SF2、SF3处理水分利用效率分别较CK提高7.31%、9.92%和8.08%,差异均达到显著水平,玉米生育期水分利用效率表现为SF2>SF3>SF1>CK。两年结果表明,玉米子粒产量、耗水量及水分利用效率随秸秆还田量的增加先增加后减小,秸秆还田可减少植物蒸腾和田间蒸发失水量,提高水分利用效率,增加产量。

表3   秸秆还田对玉米子粒产量、耗水量和水分利用效率的影响

Table 3  Effects of straw returning on grain yield, water consumption and water use efficiency of maize

年份
Year
处理
Treatment
产量
(kg/hm2)
Yield
耗水量(mm)
Water consumption
水分利用效率
[kg/(hm2·mm)]
Water use efficienty
与CK相比较Compared with CK
产量(%)
Yield
耗水量(mm)
Water consumption
水分利用效率(%)
Water use efficienty
2017CK7 841d399.56a19.62c
SF18 464c405.76a20.85b7.96.206.27
SF28 756a406.18a21.56a11.76.629.89
SF38 521b405.91a20.99b8.76.356.98
2018CK7 872c402.29a19.56c
SF18 541b406.75a20.99b8.54.467.31
SF28 769a407.81a21.50a11.45.529.92
SF38 602b406.87a21.14b9.34.588.08

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3 讨论

3.1 秸秆还田对玉米生长的影响

作物形态特征和干物质积累量反映了作物生长状况,直接影响产量形成,秸秆深翻还田改良了土壤性状[16],为作物营造了一个相对良好的生长环境。高飞等[17]研究认为,秸秆还田可促进作物生长发育,玉米叶面积明显增加。本试验结果与前人研究较为一致,秸秆还田后玉米LAI和地上部干物质积累量相较于不还田处理均有不同程度的增加,其中以6 000kg/hm2还田处理提升最显著。

3.2 秸秆还田对土壤水热状况的影响

作物从幼苗到生长发育成熟,需水量时刻在发生变化,不仅与作物自身各生育期的生理特性和气象因素有关,还应考虑农田土壤温度和水分变化对作物生长的影响。杨滨娟等[18]研究认为秸秆还田能合理调节土壤温度。本研究表明,秸秆还田后,玉米苗期和成熟期的增温效果明显,而在温度较高的拔节期至灌浆期,与不还田处理相比,可适当降低土壤温度,降低田间水分蒸腾散失,减少了水分的无效蒸发,这与徐忠山[19]在黑土地的研究结果较为一致。赵亚丽等[20]研究表明,秸秆还田较传统耕作方式利于提高土壤水库的保墒能力;马晓丽等[21]通过探讨秸秆还田对土壤水分状况、冬小麦产量及水分利用效率的影响,认为秸秆还田量对作物产量、水分利用效率和耗水量影响显著,秸秆还田量越高,影响越大。本研究结果表明,秸秆还田后,土壤含水率随着秸秆还田量先增加后降低,以6 000kg/hm2还田处理最高,12 000kg/hm2还田处理次之,原因可能是适量秸秆还田可提高土壤蓄水保水能力,减少干旱胁迫,促进根系向土壤深层伸长生长,有利于对深层水分的利用,从而提高了土壤含水量,过量反而加剧蒸发,影响土壤含水量。土壤贮水量在玉米生育期先降低后升高,主要由于玉米生长初期受当地气候变化影响,春季降雨量偏少;生育前中期,土壤贮水量再次下降,此时为作物需水关键期,生殖生长旺盛,对水分亏缺比较敏感,对土壤水分吸收较大;玉米生育后期土壤贮水量增加,一方面由于夏季降雨增多,另一方面可能是由于秸秆的分解作用,提高了土壤贮水量。秸秆还田后,玉米生育期耗水量增加和水分利用效率提高,可能是由于秸秆的培肥效果,增加了土壤中矿质营养浓度,作物所需营养元素得到补充后促进植株气孔开放,增强了作物的有效蒸腾,从而改善了对土壤水分的有效利用,提高了作物水分利用效率,增强了土壤蓄水保水能力。

3.3 秸秆还田对玉米产量的影响

产量高低不仅与作物本身生理特性和田间管理等因素有关,还与地域特征和气候特点有关,黄土高原干旱半干旱地区作物生长发育水分需求主要依赖生育期内的有效降水和土壤含水量,土壤水分变化直接影响着作物生长发育。研究[22,23,24,25]表明,秸秆还田措施对作物生育期土壤水分影响较大,影响作物产量。本试验研究表明,3 000、6 000和12 000kg/hm2还田处理均可提高玉米产量,其中以6 000kg/hm2还田处理提升效果最为显著,原因可能是3 000和12 000kg/hm2还田处理水分利用效率低,影响秸秆腐解和玉米生长,从而影响产量。

4 结论

秸秆还田促进了玉米生长,明显提高了玉米LAI和地上部干物质积累量。2018年,从整个生育期来看,3 000、6 000和12 000kg/hm2还田量对0~30cm土层土壤温度和0~80cm土层土壤含水率影响显著;显著影响了生育期土壤贮水量,较CK分别提高7.69%、12.82%和11.54%;与不还田处理相比,玉米子粒产量和水分利用效率分别提高8.5%、11.4%、9.3%和7.31%、9.92%、8.08%。秸秆还田量6 000kg/hm2处理提高玉米产量和改善土壤水热状况效果最好,可作为内蒙古黄土高原节水保墒栽培模式。

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黄土高原是我国水土流失严重和生态环境极为脆弱的地区,也是我国“两屏三带”生态安全战略格局的重要组成部分。研发及集成相关技术,建立试验示范样板,为该区生态修复与产业发展提供技术支撑成为亟待解决的重要问题。“黄土高原水土流失综合治理技术及示范”项目(2016YFC0501700)属于国家重点研发计划“典型脆弱生态修复与保护研究”专项。该项目通过6个类型区水土流失治理相关技术的研究及区域尺度上的集成研发,阐明黄土高原脆弱区域生态持续恢复与生态安全中的主要学科发展及相关技术问题。

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土壤耕作可影响土壤硝态氮的淋失、土壤的贮水量和作物的水分利用效率.为了研究少免耕在冬小麦套作夏玉米一年两熟灌溉农田对作物产量、水分利用效率和土壤硝态氮含量的影响,采用了5种土壤耕作体系(常规耕作无秸秆还田、常规耕作秸秆还田、旋耕秸秆还田、缺口圆盘耙耕秸秆还田、免耕秸秆覆盖)在山东龙口进行了田间试验.利用烘干法测定了土壤含水率,利用连续流动分析仪测定了土壤硝态氮的含量.结果表明:相对于常规耕作,少耕特别是旋耕还田方式能够增加土壤贮水量、提高作物水分利用效率和全年作物产量,提高土壤0~60 cm层次硝态氮含量、减少硝态氮的淋失.以旋耕还田为主的耕作体系可以在该地区应用,而免耕覆盖则不适宜.

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【目的】黄淮海地区是中国粮食主产区之一,但农业生产中旱涝频繁发生,同时还存在土壤紧实、耕层变浅和土壤蓄水保墒能力低等问题,严重影响了该区的粮食生产。耕作方式和秸秆还田作为农业生产中两项重要的技术措施,对改善土壤结构、提高土壤蓄水能力和水分利用效率有显著作用。本文旨在探索耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响,为优化黄淮海地区的土壤耕作方式提供依据。【方法】采用土壤耕作方式与秸秆还田相结合的方法,设置常规耕作+秸秆还田、常规耕作+无秸秆还田、深耕+秸秆还田、深耕+无秸秆还田、深松+秸秆还田、深松+无秸秆还田6个处理,研究耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米一年两熟农田耗水量、耗水模系数、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率的影响,分析不同耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响。【结果】耕作方式、秸秆还田对土壤容重、农田耗水量、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率均存在显著或极显著影响。与常规耕作相比,深耕和深松主要降低了20—40 cm土层的土壤容重,增加了冬小麦、夏玉米和周年总农田耗水量,提高了0—100 cm土层的土壤贮水消耗量,同时降低了休闲期无效农田耗水量。此外,深耕和深松还降低了夏玉米的株间蒸发量,但深耕显著增加了冬小麦的株间蒸发量,深松则相反。秸秆还田也可以降低土壤容重,提高土壤贮水消耗量,增加冬小麦农田耗水量,降低夏玉米和休闲期农田耗水量,增加冬小麦的株间蒸发量,降低夏玉米的株间蒸发量。与常规耕作相比,深耕和深松处理的周年作物产量分别提高了10.7%和9.8%,周年水分利用效率分别提高了8.8%和6.3%。秸秆还田处理的周年作物产量和水分利用效率分别比秸秆不还田处理提高了6.3%和7.6%。耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米的耗水特性、籽粒产量和水分利用效率存在显著交互作用。与常规耕作+无秸秆还田处理相比,深耕+秸秆还田和深松+秸秆还田处理的周年农田耗水量分别提高3.3%和2.4%,冬小麦-夏玉米的农田耗水量分别提高了4.2%和3.3%,休闲期的农田耗水量分别降低了7.0%和9.9%,周年作物产量分别提高了18.0%和19.3%,水分利用效率分别提高了15.9%和15.1%。【结论】在几种耕作模式中,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田的周年作物产量和水分利用效率最高,且二者无显著性差异,表明深耕或深松结合秸秆还田有利于作物产量和水分利用效率的提高。因此,在本试验条件下,在秸秆还田的基础上深松或深耕是黄淮海地区适宜的耕作方式。

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