连年耕作与秸秆还田对土壤养分和玉米产量的影响.pdf

吕金玲，刘振，王宁，等.连年耕作与秸秆还田对土壤养分和玉米产量的影响 J.北方农业学报，2 0 2 4,52（1）：16-2 5.北方农业学报2 0 2 4,52(1：16-2 5JOURNALOFNORTHERNAGRICULTURED0I:10.12190/j.issn.2096-1197.2024.01.03连年耕作与秸秆还田对土壤养分和玉米产量的影响吕金玲,刘振,王宁,沈莹,杨乾,李耕,宁堂原（山东农业大学农业农村部作物水分生理与抗旱种质改良重点实验室，山东泰安2 7 10 18）摘要：【目的】明确连年耕作和秸秆还田对土壤养分含量和玉米产量的影响，为玉米产量的提升提供参考。【方法】设置深松+秸秆还田（ST，）、深松（ST。）免耕+秸秆还田（NTs）和免耕（NT.)4个处理，在玉米成熟期采集0 10 0 cm土层土壤样品，测定土壤含氮量、氮储量、多糖含量、富里酸含量、胡敏酸含量、团聚体相对含量和平均重量直径、团聚体含氮量，同时测定玉米产量，分析连年耕作和秸秆还田对土壤养分含量和玉米产量的影响。【结果】STs显著提高了0 2 0 cm土层土壤含氮量和氮储量，与NT。相比分别提高了9 6.19%、8 9.3 5%；在2 0 10 0 cm土层中,ST的土壤含氮量相对较高，与NT。相比提高了13.13%;STs显著提高了2 0 10 0 cm土层土壤氮储量，与NT。相比提高了2 9.2 0%。ST，提高了0 40 cm土层土壤多糖含量、富里酸含量和胡敏酸含量，与NT。相比分别提高了17.45%、6 2.6 6%和10.6 3%。在0 40 cm土层中,STs显著提高了2 1mm和 1mm和 0.0 53 mm粒级团聚体含氮量最高，与NT。相比分别提高了14.46%6.8 6%。ST提高了玉米产量，与NT。相比提高了8.2 9%。【结论】深松+秸秆还田更有利于提高连年耕作与秸秆还田0 2 0 cm土层土壤含氮量，0 40 cm土壤多糖、富里酸和胡敏酸含量，并且促进了较大团聚体形成，从而提高了玉米产量。关键词：连年耕作；秸秆还田；土壤养分；团聚体；玉米；产量中图分类号：S158.3;S513文献标识码：A文章编号：2 0 9 6-119 7(2 0 2 4)0 1-0 0 16-10Effects of continuous tillage and straw returning on soil nutrients and maize yieldLYU Jinling,LIU Zhen,WANG Ning,SHEN Ying,YANG Qian,LI Geng,NING Tangyuan(Key Laboratory of Crop Water Physiology and Drought-tolerance Germplasm Improvement,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China)Abstract:ObjectiveClarify the effects of continuous tillage and straw returning on soil nutrients and maize yield,to providereferences for the improvement of maize yield.Methods Four treatments including subsoiling with straw returning(STs),subsoiling(STo),no-tillage with straw returning(NTs)and no-tllage(NTo)were set up.Soil samples were collected from0-100 cm soil layer at maize maturity stage,and tested for soil nitrogen content,nitrogen storage,polysaccharide content,fulvic acid content,humic acid content,aggregate relative content and mean weight diameter,as well as aggregate nitrogencontent.Maize yield was tested as well to analyze the effects of continuous tillage and straw returning on soil nutrient contentand maize yield.ResultsSTs significantly increased the soil nitrogen content and nitrogen storage in O-20 cm soil layer by96.19%and 89.35%compared with NTo.In the 20-100 cm soil layer,STs soil nitrogen content were higher,with a 13.13%increase compared with NTo.STs significantly increased 20-100 cm soil layer nitrogen storage by 29.20%compared with NTo.ST,increased 0-40 cm soil layer polysaccharide,fulvic acid and humic acid content by 17.45%,62.66%,and 10.63%收稿日期：2 0 2 3-10-0 7基金项目：山东省重大科技创新工程项目（2 0 2 1CXGC010804-05-01）；山东省自然科学基金项目（ZR2021QC189）作者简介：吕金玲（19 9 8 一），女，硕士，主要从事土壤耕作方面的研究工作。通信作者：宁堂原（19 7 6 一），男，教授，博士，主要从事高产高效农作制度方面的研究工作。1期吕金玲等：连年耕作与秸秆还田对土壤养分和玉米产量的影响17compared with NTo.In 0-40 cm soil layer,STs significantly increased 2-1 mm and 1 mm and SToNTsNTo，STs显著提高了0 2 0 cm土层土壤含氮量,与NT。相Table 1 Effects of continuous tillage and straw returning on 0-100 cm soil nitrogen content土层/cmSTsSoil layer0202040401000100注：同行小写字母不同表示差异显著（P0.05）。表2 同。Note:Different lowercase letters in the same row represent significant differences(P0.05).The same as Table 2.2.2连年耕作与秸秆还田对土壤氮储量的影响由表2 可知，在玉米成熟期0 2 0 cm土层中，STs土壤氮储量显著高于其他处理（PNTsSToNTo,且多糖含量随土层增加而降低。0 10 cm土层中,STs土壤多糖含量（11.45g/kg)显著高于其他处理(P0.05),与NT(9.30g/kg)相比提高了2 3.12%;1020cm土层中,STs、ST。多糖含量高于NTs、NT o;2030cm土层中，NTs土壤多糖含量（6.55g/kg）显著高于其他处理(PSTsSToNTo,NTs与 NT。相比提高了3 4.2 3%；40 10 0 cm土层各处理下土壤含氮量表现为 NTsSTsNToSTo,NT，与 NT。相比提高了23.03%;在2 0 10 0 cm土层中，STs的土壤含氮量相对较高，与NT。相比提高了13.13%。表1连年耕作与秸秆还田对0 10 0 cm土层土壤含氮量的影响SToNTs1.53770.001 7 a1.373 40.001 7 b0.597 80.005 4 b0.570 50.004 6 c0.400 10.002 2 b0.366 00.001 3 d0.845 20.002 3 a0.769 90.001 7 b表2 连年耕作与秸秆还田对0 10 0 cm土层土壤氮储量的影响STsNTs45.500.51 a41.870.36 b18.200.47 b18.300.29 b37.620.38 b34.970.35 c单位：g/kgNTo1.151 10.001 8 c0.783 80.003 7 d0.666 50.006 1 a0.498 80.001 3 d0.417 60.003 1 a0.383 30.001 1 c0.745 10.004 7 c0.555 40.006 9 d89.35%2040cm与40 10 0 cm土层，NTs土壤氮储量均显著高于其他处理(P0.05）;0 40 c m 土层中，STs提高了土壤多糖含量平均值,与 NT。土壤多糖含量平均值相比提高了17.45%。2.4连年耕作与秸秆还田对土壤腐殖质组分含量的影响2.4.1连年耕作与秸秆还田对土壤富里酸含量的影响由图2 可知,在玉米成熟期0 40 cm土层中,各20北方农业学报52卷141210(S/)/鲁昱多86420小写字母不同表示各处理间差异显著（P0.05)。下同。Different lowercase letters represent significant differencesbetween different treatments(PSTNTsNTo,且富里酸含量随土层增加而降低。0 10 cm土层中,STs土壤富里酸含量为3.11g/kg，显著高于其他处理（P0.05），与NT。（2.43 g/k g）相比提高了27.98%;1020cm与2 0 3 0 cm土层中,ST。土壤富里酸含量分别为2.11、1.3 7 g/kg，均高于其他处理；3040cm土层中，NTs土壤富里酸含量（1.13 g/kg）3.53.0(8/)/鲁昱湿雷翼2.52.01.51.00.50图2 连年耕作与秸秆还田对0 40 cm土层土富里酸含量的影响Figure 2 Effects of continuous tillage and straw returningon 0-40 cm soil fulvic acid content显著高于其他处理（PNTs20303040STsSTNTsNT。aab2030SToNTo。0 10 c m 土层中,STS 土壤胡敏酸含量为4.50g/kg,高于其他处理,与NT（3.6 7 g/k g)相比提高了2 2.6 2%；10 2 0 cm土层中，STs土壤胡敏酸含量为4.0 3 g/kg，显著高于其他处理（P0.05），与NTo(2.69g/kg)相比提高了 49.8 1%;2 0 3 0 cm 层中,NTs土壤胡敏酸含量为3.7 6 g/kg，显著高于其他处理(P0.05),与NT(3.67g/kg)相比提高了2.45%;3040cm土层中,NT。土壤胡敏酸含量为3.8 5g/kg，显著高于其他处理（P 2 mm团聚体相对含量表现为 NTsNToacbd10202030土层/cmSoil layersabCcb30401期吕金玲等：连年耕作与秸秆还田对土壤养分和玉米产量的影响21STsSTo;STs21mm团聚体相对含量为3.6 9%显著高于其他处理（P0.05），与NT。相比提高了41.92%;ST。1 0.2 5mm和0.2 5 0.0 53 mm团聚体相对含量分别为5.3 4%、13.7 6%，均显著高于其他处理（P 0.0 5），与NT。相比分别提高了3 4.17%、2 3.7 4%；STs0.053mm团聚体相对含量为7.0 7%，显著高于表3 连年耕作与秸秆还田对0 40 cm土层土壤团聚体相对含量及平均重量直径的影响Table 3 Effects of continuous tillage and straw returning on 0-40 cm soil aggregates relative content处理TreatmentSTsST。NT,NT。注：同列小写字母不同表示差异显著(P0.05)。表4同。Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences(P2mm团聚体含氮量（1.0 7 g/kg）显著高于NTs和 NT（P 0.0 5）,与 NTo（0.9 9 g/k g)相比提高了8.0 8%;ST。2 1mm团聚体含氮量1.0 0 g/kg显著高于其他处理(PNToNTsSTs,ST。团聚体含氮量(1.16 g/kg)与 NT(1.12 g/kg)相比提高了3.57%;NT。0.2 5 0.0 53 m m 团聚体含氮量显著高于其他处理(P0.05);ST0.053mm团聚体含氮量(1.0 9 g/kg)显著高于其他处理（P1 mm及 0.0 53 mm粒级团聚体含氮量最高，与NT。相比分别提高了14.46%,6.86%。2.7连年耕作与秸秆还田对玉米产量的影响由表4可知，NTs干物质量显著高于其他处理(P0.05);NTs千粒重为19 8.9 5g，高于其他处理；其他处理（P0.05），与NT。相比提高了3 3 6.42%。NT，平均重量直径为1.7 7 mm，显著高于其他处理（P 0.0 5）,与NT。相比提高了2.2 6%。在0 40 cm土层中,STs显著提高了2 1mm和2 mm21 mm77.810.94 c3.690.48 a74.150.59 d2.630.36 c84.260.89 a3.100.18 b82.090.56 b2.600.17 c平均重量直径/mmAverageweight10.25 mm0.250.053 mm3.610.16 c9.750.15 c5.340.13 a13.760.91 a3.910.24 b6.040.88 d3.980.14 b11.120.22 b1.81.61.41.21.00.80.60.40.20图4连年耕作与秸秆还田对0 40 cm土层土壤不同粒级团聚体含氮量的影响Figure4Effects of continuous tillage and straw returning on0-40 cm soil nitrogen in aggregates of different grains sizesSTs玉米产量显著高于其他处理（P0.05）,ST 提高了玉米产量，与NT。相比提高了8.2 9%。22北方农业学报52卷表4连年耕作与秸秆还田对玉米产量的影响Table 4Effects of continuous tillage and straw returning on maize yield处理TreatmentSTsST。NTsNT。3讨论3.1连年耕作与秸秆还田对土壤氮含量和产量的影响本试验中,STs020cm土层土壤含氮量和土壤氮储量高于NTs,NTs20100cm土层土壤含氮量和土壤氮储量高于STs。李景等 3 0 I研究表明,深松覆盖还田与免耕覆盖还田相比，深松覆盖还田明显提高了表层土壤含氮量及土壤氮储量，该结果与本试验结果相同,这是因为深松降低了土壤容重、增加了土壤孔隙度、提高了微生物活性和氮周转能力。张黛静等 3 1研究表明，免耕有机肥处理下深层土壤含氮量显著高于其他处理，这是因为免耕对土壤扰动较小，小麦主根生长受到抑制，而侧根生长得到加强，根系水平生长优于垂直生长，深层土壤的养分未被根系吸收利用。深松处理的产量高于免耕处理，这与孔晓民等 3 2 的研究结果一致，这是因为深松打破犁底层，增加了耕层厚度,降低了中下层土壤容重，改善了土壤孔隙状况，有利于玉米根系向下生长，最终提高产量 3 。各处理下，土壤含氮量表层富集现象明显且随土层增加土壤含氮量降低，这主要是因为秸秆还田后秸秆主要存在于表层土壤，且植物根系将大部分土壤中的氮素固定在了表层土壤 3 4。赵红香 3 5 研究表明，秸秆还田较不还田显著提高了土壤含氮量，该结果与本试验结果一致。秸秆含有丰富的氮、磷、钾等养分元素，还田后可以增加土壤养分，不仅能为土壤中一些自生固氮菌提供丰富碳源，提高其活性，还可以增加土壤孔隙度,降低土壤容重 3 6-3 7 。秸秆还田提高了玉米产量,田磊 3 8 研究表明，连续秸秆还田两年后，春玉米产量提高了干物质量Dry weight105.510.54 c105.191.85 c119.921.45 a109.400.98 b穗粒数Grain number per ear595.8417.07 a613.1843.42 a602.7717.34 a599.4423.56 a千粒重/g1000-kernel weight177.0721.13 ab171.386.19 b198.958.78 a182.501.78 ab4.87%7.25%，这主要是因为秸秆还田降低了土壤容重，增加了土壤养分含量，蓄水保，使土壤质量提高,有利于根系的生长进而提高玉米产量 3 9-4。土壤微生物腐解秸秆需要氮素，在秸秆还田的前期微生物会夺取土壤中的矿质化氮以满足自身需要，所以在作物生长的前期需要施用氮肥以满足作物生长所需的氮素，作物生长后期被微生物固持的氮也会释放出来以满足作物生长需要 4。土壤中的含氮量可以影响作物产量,其原因有两个：一是土壤中的氮进人植物体内后在酶的作用下形成氨基酸进而合成蛋白质，蛋白质含量会影响植物体内酶的合成(42 ;二是充足的土壤氮供应可以提高植物叶片中的氮素含量，有利于增加叶片中叶绿素含量及提高光合作用相关酶的活性,最终提高光合速率 43 。3.2连年耕作与秸秆还田对土壤多糖含量和腐殖质组分含量的影响本试验中，在相同耕作条件下，秸秆还田提高了土壤多糖含量,该结果与赵洪利等 4 的研究结果一致,这是因为秸秆还田后增加了微生物活性，而微生物可以分泌多糖 45,所以秸秆还田可以提高土壤多糖含量。秸秆还田也提高了土壤富里酸和胡敏酸含量,这与高洪军等 46 的研究结果一致，秸秆还田一方面提高了微生物活性，另一方面增加了土壤中木质素的含量，木质素经过微生物的分解作用所产生的多酚或酚类衍生物与蛋白质发生反应后所生成的产物中,有一部分聚合形成了富里酸,而富里酸进一步缩合形成了胡敏酸，所以秸秆还田可以提高富里酸和胡敏酸含量(47 。在0 40 cm土层中，深松+秸秆还田处理和深松处理的土壤多糖、富里酸和胡敏酸含量的平均值产量/(kg/hm)Yield7 699.6785.21 a7 260.1837.84 b7353.7475.23 b7 110.0368.33 c1期吕金玲等：连年耕作与秸秆还田对土壤养分和玉米产量的影响23高于免耕+秸秆还田处理和免耕处理的平均值,这可能是因为深松处理增加了土壤孔隙度，微生物活性高于免耕处理，微生物所产生的多糖含量增加,并且加速了富里酸和胡敏酸的形成过程，从而也提高了富里酸和胡敏酸含量。3.3连年耕作与秸秆还田对土壤团聚体和团聚体含氮量的影响免耕+秸秆还田处理和免耕处理 0.2 5mm大团聚体相对含量的平均值高于深松+秸秆还田处理和深松处理的平均值，免耕+秸秆还田处理的团聚体平均重量直径高于深松处理,这与刘威等 48 的研究结果一致。与免耕相比,深松对土壤的扰动作用更强，微团聚体形成大团聚体的团聚作用小于免耕处理(49 。在相同的耕作条件下,STs、NT s 提高了 0.2 5mm大团聚体相对含量,STo、NT。提高了 2 mm和2 1mm粒级团聚体含氮量随粒级减小而降低,1 0.2 5mm、0.2 5 0.0 53 m m 和 0.0 53 mm团聚体含氮量随粒级减小而增加。WANG等 54研究表明，团聚体含氮量随粒级降低而增加，这与深松+秸秆还田处理和免耕+秸秆还田处理 1 mm粒级团聚体含氮量变化相同，这主要是因为粒径小的团聚体比表面积大，吸附能力强。4结论STs提高了0 2 0 cm土层土壤含氮量和土壤氮储量，与NT。相比分别提高了9 6.19%、8 9.3 5%；在20100cm土层中,STs的土壤含氮量相对较高,与NT。相比提高了13.13%;STs显著提高了2 0 10 0 cm土层土壤氮储量，与NT。相比提高了2 9.2 0%;STs与NT。相比,其多糖、富里酸和胡敏酸含量分别提高了17.45%6 2.6 6%和10.6 3%;在0 40 cm层中，STs显著提高了2 1 mm和1mm及 0.0 53 mm粒级团聚体含氮量最高，与NT。相比提高了14.46%、6.8 6%。STs提高了玉米产量，与NT。相比提高了8.2 9%。综上所述，深松+秸秆还田处理可以提高表层土壤含氮量和氮储量，提高土壤多糖、富里酸和胡敏酸含量，并且促进了较大团聚体形成，有利于提高玉米产量。参考文献：1朱兆良.土壤氮素 J.土壤，19 8 2(3)：116-119.2彭琳,彭祥林.黄土地区土壤氮素含量与提高途径 J.水土保持通报,19 8 2,2(4)：3 0-3 5.3任建新，唐亮，何明珠，等.陇西县土壤氮储量的空间分布特征及其影响因素研究 J.水土保持学报，2 0 2 0,3 4(6):318-324.4张宇飞.耕作方式与秸秆还田对玉米产量及养分吸收的影响 D.哈尔滨：东北农业大学,2 0 19.5丁昆仑,HANNMJ.耕作措施对土壤特性及作物产量的影响 J.农业工程学报,2 0 0 0,16(3)：2 8-3 1.6 LIU E K,ZHAO B Q,MEI X R,et al.Effects of no-tillagemanagement on soil biochemical characteristics inNorthern China J.The Journal of Agricultural Science,2010,148(2):217-223.7 CHEN J,ZHENG M J,PANG D W,et al.Straw return andappropriate tllage method improve grain yield andnitrogen efficiency of winter wheat J.Journal ofIntegrative Agriculture,2017,16(8):1708-1719.8 章董建新.耕作方式和秸秆颗粒化还田对植烟土壤质量提升机制研究 D.北京：中国农业科学院，2 0 2 0.9武均，蔡立群,齐鹏，等.不同耕作措施下旱作农田土壤团聚体中有机碳和全氮分布特征 J.中国生态农业学报,2 0 15,2 3(3):2 7 6-2 8 4.24北方农业学报52卷10刘中良，宇万太.土壤团聚体中有机碳研究进展 J.中国生态农业学报，2 0 11,19(2）：447-455.11 ALGAYER B,LE 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