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摘要：采用田间试验研究秋翻结合秸秆还田对土壤物理性状、玉米生长、养分吸收和产量的影响，试验设置空肥区（CK）、常规栽培（T1）、秋翻+秸秆还田（T2）3个处理。结果表明：在0～30 cm土层，随着深度增加以及生育期的推进，T2处理较T1处理降低土壤容重和提高土壤含水量的效果更显著;T2处理的玉米茎粗较T1处理显著提高了802%，对株高的影响差异不明显;收获期T2处理的干物质积累量较T1提高了4 586.77 kg/hm2，氮素、磷素、钾素积累量较T1处理分别提高了21.12%、35.24%、27.96%;T2处理能够提高玉米对氮肥、磷肥、钾肥的利用率，以及对氮素、磷素的生产效率，但T1、T2处理对钾素生产效率的影响处于同一水平;T2处理的玉米产量较T1处理增加1178%，差异达显著水平。综上所述，秋翻与秸秆还田结合可改善土壤物理性状，提高玉米的干物质积累量、养分积累量、养分利用效率、养分生产效率以及玉米产量。
关键词：秋翻;秸秆还田;玉米;土壤性状;养分;产量
中图分类号： S513.04 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2021）20-0113-07
收稿日期：2021-03-17
基金项目：国家重点研发计划重点专项（编号：2018YFD0300101-2）;黑龙江八一农垦大学研究生创新基金（编号：YJSCX2019-Y101）。
作者简介：张德伟（1994—），男，内蒙古通辽人，硕士研究生，主要从事作物养分与施肥技术研究。E-mail：654358133@qq.com。
通信作者：王 鹏，博士教授，博士生导师，研究方向为作物养分与施肥技术。E-mail：wangp.ycs@163.com。
玉米是我国主要的粮食作物，其种植面积约占粮食种植总面积的35.56%，产量约占粮食总产量的39.28%[1]。随之产生了大量的玉米秸秆。据统计，我国每年秸秆产量可达9亿t[2]，且焚烧秸秆现象十分严重，破坏生态环境的同时，又造成了秸秆资源的浪费[3-4]。因此，秸秆还田这一措施被广泛研究且认可[5]。Murphy等研究表明，秸秆还田可减少肥料中氮的流失，有利于减肥增效[6]。秸秆是作物的副产物，含有大量养分，秸秆还田不仅能提高土壤酶活性、养分含量，而且可改善土壤结构，进而提高作物对养分的吸收能力[7-10]。
深松可将土壤犁底层打破，使土壤疏松，从而改善土壤结构，且可以改变土壤容重[11]，增加土壤孔隙度，提高土壤温度[12]，蓄水保墒，提高土壤抗旱防涝能力[13]，促进土壤养分利用和分配[14]。黄健等认为，深松可将0～50 cm土层容重平均降低014 g/cm3[15]。齐华等试验结果表明，深松可降低10～30 cm土层容重，从而影响土壤通透性，使含水量降低，但40～100 cm土层含水量升高，因此提高了土壤蓄水能力[16]。土壤紧实程度对玉米根系分布、吸收能力和产量有明显的影响[17]。
深松结合秸秆还田可降低土壤容重，提高土壤含水量[18-19]，刘淑梅等试验结果表明，深松耕作模式与秸秆还田相结合，对作物茎粗有显著提高，同时对玉米产量，干物质积累量，以及氮磷钾吸收量都有显著提升[20-23]。
在前人相关研究中，关于在黑土条件下秋翻结合秸秆还田对土壤性状、玉米生长及养分吸收影响的相关研究较少。本试验以此为契机，研究秋翻耕作模式与秸秆还田技术相结合对土壤容重、含水量，玉米株高、茎粗、干物质积累量、养分吸收量以及肥料利用效率的影响，从而分析玉米在生长发育阶段的需肥规律，以期为玉米高产种植模式提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2019年在黑龙江省齐齐哈尔市依安县红星乡红旗村进行（47°92′N、125°27′E），供试土壤类型为黑土，前茬作物为玉米，已有1年还田经历。土壤养分状况：有机质含量为40.3 g/kg，碱解氮含量为140.8 mg/kg，有效磷含量为 15.6 mg/kg，速效钾含量为195.0 mg/kg，pH值为7.52。2019年气候条件见表1。
1.2 供试材料
供试玉米品种为金庆253，供试肥料为玉米专用肥料（N ∶P2O5 ∶K2O=16 ∶16 ∶16，湖北新洋丰肥业股份有限公司生产），普通尿素（46%）。
1.3 试验设计
试验于2018年10月收获时进行秋翻，且根据当地施肥规律，试验于2019年5月8日在将玉米专用肥作为种肥一次性施入的基础上，在拔节期将普通尿素作追肥施入。试验设3个处理：空肥区（CK，不施任何肥料）;当地常规栽培模式（T1，旋耕起垄，旋耕深度为15 cm）;秋翻+秸秆还田（T2，秋翻 30 cm，玉米秸秆100%还田）。每个处理面积 50 m2（5 m×10 m），3个重复，种植密度61 500株/hm2，T1和 T2处理施用玉米专用肥料375 kg/hm2，追施尿素 225 kg/hm2。
1.4 采样方法与测定项目
土壤样品于4月26日农田整地（播种前）、7月4日大喇叭口期和9月22日收获期，采用环刀法取玉米根际0～15、15～30 cm深度的土壤样品，测定土壤含水量和容重。
分别在玉米生长的大喇叭口期、成熟期，先觀察各区玉米整体长势情况，每个处理随机选取3株代表该区长势的植株，将根系冲洗干净并擦干，测定玉米株高（去根部，从茎底端至生长点）和茎粗（第2节中部）。然后，将所取的植株按照不同器官（茎、叶、苞叶、穗轴、籽粒）分别进行烘干，105 ℃杀青05 h，再进行70 ℃烘干至恒质量。烘干结束后，称出干物质量，然后进行样品粉碎，进行植株全氮、全磷、全钾养分含量的化验分析，并计算各处理产量。 [22]温美娟，王成宝，霍 琳，等. 秋翻和秸秆还田对甘肃引黄灌区土壤物理性状和玉米生产的影响[J]. 应用生态学报，2019，30（1）：224-232.
[23]赵晓宇，于晓芳，高聚林，等. 河套灌区耕作方式与秸秆还田对玉米光合物质生产及产量的影响[J]. 北方农业学报，2018，46（3）：26-31.
[24]朱万泽，盛哲良，舒树淼. 川西亚高山次生林恢复过程中土壤物理性质及水源涵养效应[J]. 水土保持学报，2019，33（6）：205-212.
[25]鲍士旦，秦怀英. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业科技出版社，1999.
[26]张连娅，王瑞雪，郑 毅，等. 不同形态磷肥对红壤玉米磷素吸收利用效率的影响[J]. 玉米科学，2019，27（5）：158-163.
[27]Ehlers W，Hamblin A P，Tennant D，et al. Root system parameters determining water uptake of field crops[J]. Irrigation Science，1991，12（3）：115-124.
[28]Logsdon S D，Reneau R B，姚會亭. 土壤物理性状对玉米幼苗根系生长的影响[J]. 土壤学进展，1988（5）：32-35.
[29]何 进，李洪文，高焕文. 中国北方保护性耕作条件下秋翻效应与经济效益研究[J]. 农业工程学报，2006（10）：62-67.
[30]Heuer H，Tomanová O，Koch H J，et al. Subsoil properties and cereal growth as affected by a single pass of heavy machinery and two tillage systems on a Luvisol[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2008，171（4）：580-590.
[31]徐国伟，李 帅，赵永芳，等. 秸秆还田与施氮对水稻根系分泌物及氮素利用的影响研究[J]. 草业学报，2014，23（2）：140-146.
[32]赵聚宝，梅旭荣，薛军红，等. 秸秆覆盖对旱地作物水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学，1996，29（2）：59-66.
[33]郭家萌，刘振朝，高 强，等. 秋翻对玉米产量和养分吸收的影响[J]. 水土保持学报，2016，30（2）：249-254.
[34]季诗域，王旭东，石思博，等. 稻秆还田与化肥配施对稻茬麦田土壤肥力和小麦产量的影响[J]. 江苏农业学报，2020，36（5）：1181-1188.
[35]刘玮斌，田文博，陈 龙，等. 不同秸秆还田方式对土壤酶活性和玉米产量的影响[J]. 中国土壤与肥料，2019（5）：25-29.
[36]黄婷苗，郑险峰，侯仰毅，等. 秸秆还田对冬小麦产量和氮、磷、钾吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2015，21（4）：853-863.
关键词：秋翻;秸秆还田;玉米;土壤性状;养分;产量
中图分类号： S513.04 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2021）20-0113-07
收稿日期：2021-03-17
基金项目：国家重点研发计划重点专项（编号：2018YFD0300101-2）;黑龙江八一农垦大学研究生创新基金（编号：YJSCX2019-Y101）。
作者简介：张德伟（1994—），男，内蒙古通辽人，硕士研究生，主要从事作物养分与施肥技术研究。E-mail：654358133@qq.com。
通信作者：王 鹏，博士教授，博士生导师，研究方向为作物养分与施肥技术。E-mail：wangp.ycs@163.com。
玉米是我国主要的粮食作物，其种植面积约占粮食种植总面积的35.56%，产量约占粮食总产量的39.28%[1]。随之产生了大量的玉米秸秆。据统计，我国每年秸秆产量可达9亿t[2]，且焚烧秸秆现象十分严重，破坏生态环境的同时，又造成了秸秆资源的浪费[3-4]。因此，秸秆还田这一措施被广泛研究且认可[5]。Murphy等研究表明，秸秆还田可减少肥料中氮的流失，有利于减肥增效[6]。秸秆是作物的副产物，含有大量养分，秸秆还田不仅能提高土壤酶活性、养分含量，而且可改善土壤结构，进而提高作物对养分的吸收能力[7-10]。
深松可将土壤犁底层打破，使土壤疏松，从而改善土壤结构，且可以改变土壤容重[11]，增加土壤孔隙度，提高土壤温度[12]，蓄水保墒，提高土壤抗旱防涝能力[13]，促进土壤养分利用和分配[14]。黄健等认为，深松可将0～50 cm土层容重平均降低014 g/cm3[15]。齐华等试验结果表明，深松可降低10～30 cm土层容重，从而影响土壤通透性，使含水量降低，但40～100 cm土层含水量升高，因此提高了土壤蓄水能力[16]。土壤紧实程度对玉米根系分布、吸收能力和产量有明显的影响[17]。
深松结合秸秆还田可降低土壤容重，提高土壤含水量[18-19]，刘淑梅等试验结果表明，深松耕作模式与秸秆还田相结合，对作物茎粗有显著提高，同时对玉米产量，干物质积累量，以及氮磷钾吸收量都有显著提升[20-23]。
在前人相关研究中，关于在黑土条件下秋翻结合秸秆还田对土壤性状、玉米生长及养分吸收影响的相关研究较少。本试验以此为契机，研究秋翻耕作模式与秸秆还田技术相结合对土壤容重、含水量，玉米株高、茎粗、干物质积累量、养分吸收量以及肥料利用效率的影响，从而分析玉米在生长发育阶段的需肥规律，以期为玉米高产种植模式提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2019年在黑龙江省齐齐哈尔市依安县红星乡红旗村进行（47°92′N、125°27′E），供试土壤类型为黑土，前茬作物为玉米，已有1年还田经历。土壤养分状况：有机质含量为40.3 g/kg，碱解氮含量为140.8 mg/kg，有效磷含量为 15.6 mg/kg，速效钾含量为195.0 mg/kg，pH值为7.52。2019年气候条件见表1。
1.2 供试材料
供试玉米品种为金庆253，供试肥料为玉米专用肥料（N ∶P2O5 ∶K2O=16 ∶16 ∶16，湖北新洋丰肥业股份有限公司生产），普通尿素（46%）。
1.3 试验设计
试验于2018年10月收获时进行秋翻，且根据当地施肥规律，试验于2019年5月8日在将玉米专用肥作为种肥一次性施入的基础上，在拔节期将普通尿素作追肥施入。试验设3个处理：空肥区（CK，不施任何肥料）;当地常规栽培模式（T1，旋耕起垄，旋耕深度为15 cm）;秋翻+秸秆还田（T2，秋翻 30 cm，玉米秸秆100%还田）。每个处理面积 50 m2（5 m×10 m），3个重复，种植密度61 500株/hm2，T1和 T2处理施用玉米专用肥料375 kg/hm2，追施尿素 225 kg/hm2。
1.4 采样方法与测定项目
土壤样品于4月26日农田整地（播种前）、7月4日大喇叭口期和9月22日收获期，采用环刀法取玉米根际0～15、15～30 cm深度的土壤样品，测定土壤含水量和容重。
分别在玉米生长的大喇叭口期、成熟期，先觀察各区玉米整体长势情况，每个处理随机选取3株代表该区长势的植株，将根系冲洗干净并擦干，测定玉米株高（去根部，从茎底端至生长点）和茎粗（第2节中部）。然后，将所取的植株按照不同器官（茎、叶、苞叶、穗轴、籽粒）分别进行烘干，105 ℃杀青05 h，再进行70 ℃烘干至恒质量。烘干结束后，称出干物质量，然后进行样品粉碎，进行植株全氮、全磷、全钾养分含量的化验分析，并计算各处理产量。 [22]温美娟，王成宝，霍 琳，等. 秋翻和秸秆还田对甘肃引黄灌区土壤物理性状和玉米生产的影响[J]. 应用生态学报，2019，30（1）：224-232.
[23]赵晓宇，于晓芳，高聚林，等. 河套灌区耕作方式与秸秆还田对玉米光合物质生产及产量的影响[J]. 北方农业学报，2018，46（3）：26-31.
[24]朱万泽，盛哲良，舒树淼. 川西亚高山次生林恢复过程中土壤物理性质及水源涵养效应[J]. 水土保持学报，2019，33（6）：205-212.
[25]鲍士旦，秦怀英. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业科技出版社，1999.
[26]张连娅，王瑞雪，郑 毅，等. 不同形态磷肥对红壤玉米磷素吸收利用效率的影响[J]. 玉米科学，2019，27（5）：158-163.
[27]Ehlers W，Hamblin A P，Tennant D，et al. Root system parameters determining water uptake of field crops[J]. Irrigation Science，1991，12（3）：115-124.
[28]Logsdon S D，Reneau R B，姚會亭. 土壤物理性状对玉米幼苗根系生长的影响[J]. 土壤学进展，1988（5）：32-35.
[29]何 进，李洪文，高焕文. 中国北方保护性耕作条件下秋翻效应与经济效益研究[J]. 农业工程学报，2006（10）：62-67.
[30]Heuer H，Tomanová O，Koch H J，et al. Subsoil properties and cereal growth as affected by a single pass of heavy machinery and two tillage systems on a Luvisol[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2008，171（4）：580-590.
[31]徐国伟，李 帅，赵永芳，等. 秸秆还田与施氮对水稻根系分泌物及氮素利用的影响研究[J]. 草业学报，2014，23（2）：140-146.
[32]赵聚宝，梅旭荣，薛军红，等. 秸秆覆盖对旱地作物水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学，1996，29（2）：59-66.
[33]郭家萌，刘振朝，高 强，等. 秋翻对玉米产量和养分吸收的影响[J]. 水土保持学报，2016，30（2）：249-254.
[34]季诗域，王旭东，石思博，等. 稻秆还田与化肥配施对稻茬麦田土壤肥力和小麦产量的影响[J]. 江苏农业学报，2020，36（5）：1181-1188.
[35]刘玮斌，田文博，陈 龙，等. 不同秸秆还田方式对土壤酶活性和玉米产量的影响[J]. 中国土壤与肥料，2019（5）：25-29.
[36]黄婷苗，郑险峰，侯仰毅，等. 秸秆还田对冬小麦产量和氮、磷、钾吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2015，21（4）：853-863.