杨学振，葛选良，刘 晶，范秀艳，郑 威，张瑞富
（1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽 028043；
2.通辽市农牧科学研究所，内蒙古 通辽 028000）
西辽河平原地处世界玉米生产的黄金带，是内蒙古自治区重要的粮食生产基地，玉米稳产高产对内蒙古自治区经济发展具有举足轻重的影响［1］。由于长期的小农机整地和重用轻养的耕作习惯，耕层土壤 “浅、实、少” 的问题日益突出［2］。作为保护性耕作的核心措施，玉米秸秆还田面积在西辽河平原逐年增大［3-4］。前人研究表明，秸秆还田可以改善土壤物理性状［5］，降低土壤容重，减少土壤水分蒸发［6］，有效提高土壤有机碳含量［7］，为作物生长提供大量营养物质，增加干物质积累和转运效率，进而提高作物产量［8-9］。徐燕等［10］通过长达6 a连续玉米秸秆还田与间隔玉米秸秆还田对比试验发现，连续秸秆还田较间隔秸秆还田对土壤容重与孔隙度的影响更为显著。张聪等［11］通过15 a长期定位试验发现，秸秆还田可有效降低土壤容重、提高土壤孔隙度，随着秸秆还田年限的增加，土壤容重与孔隙度最终趋于某一平衡点。前人研究表明，秸秆连年还田对不同作物耕层土壤物理性状的影响显著且具有明显的正效应［12］。本研究基于浅埋滴灌水肥一体化技术模式，以玉米不同秸秆还田年限地块为研究对象，研究玉米秸秆不同还田年限土壤容重、孔隙度、含水量和紧实度的变化规律及其与产量的相关性，旨在为西辽河平原耕地地力提升提供理论支撑。
1．1 试验区概况
试验地位于内蒙古自治区通辽市开鲁县开鲁镇（43°60′N，121°32′E），气候类型属温带大陆季风气候，年均气温6.8 ℃，平均无霜冻期为150 d，≥10 ℃活动积温3 200 ℃·d，年均降水量399 mm，生长季内（5—9月份）降水量约为340 mm，供试土壤为灰色草甸土。播前试验地耕层（0～20 cm）土壤养分状况如下：土壤有机质17.06 g·kg-1，土壤碱解氮49.44 mg·kg-1，土壤速效磷10.54 mg·kg-1，土壤速效钾105.94 mg·kg-1。
1．2 试验设计
采用大区对比试验设计，以相邻秸秆不还田玉米地块（0a）为对照，选取西辽河平原灌区玉米秸秆全量还田3年（3a）、5年（5a）和7年（7a）的玉米地块，秋季收获后秸秆二次粉碎全量深翻还田，每个处理面积3 024 m2（25.2 m×120 m）以上。种植密度7.5 万株·hm-2，灌溉方式采用浅埋滴灌。各处理施肥水平一致，结合播种底施磷酸二铵（N∶P∶K=18∶46∶0）195 kg·hm-2、硫酸钾（N∶P∶K=0∶0∶50）90 kg·hm-2，追施尿素（N≥46%）525 kg·hm-2，分别在拔节期、大喇叭口期、吐丝期按3∶6∶1比例结合灌溉进行。
1．3 测定项目与方法
产量：成熟期收获测产，各处理测产小区面积24 m2，调查总株数、空秆数，实收测定产量，3次重复；
之后随机取30个果穗，脱粒测定含水量，并折算成标准含水量（14%）的产量。
土壤物理性状测定：于玉米苗期、吐丝期和完熟期，各处理对角线法取5 点，采用环刀法分别测量0～10、10～20和20～30 cm土壤容重，取其均值，并计算土壤孔隙度和含水量。具体公式如下：
土壤容重=土样干重/土样体积；
土壤孔隙度=（1-容重/比重）×100%，比重为2.65；
土壤含水量=（土壤湿重-土壤干重）/土壤干重×100%。
同时采用6210型指针式土壤紧实度仪测量7.6、15.2、22.8、30.4、38.0和45.6 cm处土壤紧实度。
1．4 数据统计分析
采用Microsoft Excel 2019 软件处理数据，采用DPS 软件进行不同处理间差异显著性分析（P<0.05），采用SPSS 26.0软件进行相关性分析，Origin 2022作图。
2．1 浅埋滴灌下秸秆不同还田年限对玉米耕层土壤容重的影响
同一土层，随着秸秆还田年限的增加，土壤容重呈下降趋势；
同一还田年限，随着耕层深度的增加，土壤容重呈增加趋势。苗期秸秆还田5a和7a处理在各土层的差异均不显著，且二者均显著低于秸秆还田0a处理，秸秆还田3a、5a和7a 处理0～30 cm各土层土壤容重较秸秆还田0a处理分别降低了1.18%、2.38%和3.33%；
吐丝期秸秆还田7a处理与秸秆还田0a和3a处理在0～30 cm各土层的差异均达到显著水平，且秸秆还田5a处理亦显著低于秸秆还田0a处理，秸秆还田3a、5a和7a处理0～30 cm土层土壤容重较秸秆还田0a处理分别降低了2.02%、2.69%和4.72%；
完熟期秸秆不同还田年限不同土层土壤容重的差异性变化与吐丝期相近，秸秆还田3a、5a和7a 处理0～30 cm土层土壤容重较秸秆还田0a处理分别降低了1.54%、2.63%和4.16%。见表1。
表1 秸秆不同还田年限对耕层土壤容重的影响Tab.1 Effects of different straw returning years on soil bulk density in topsoil
2．2 浅埋滴灌下秸秆不同还田年限对玉米耕层土壤孔隙度的影响
同一土层，随着秸秆还田年限的增加，土壤孔隙度呈增加趋势；
同一还田年限，随着耕层深度的增加，土壤孔隙度呈减小趋势。苗期秸秆还田5a和7a处理在各土层的差异均不显著，且二者均显著高于秸秆还田0a处理，秸秆还田3a、5a和7a处理0～30 cm土层土壤孔隙度较秸秆还田0a处理分别增加了1.44%、2.85%和3.87%；
吐丝期秸秆还田7a处理与秸秆还田0a和3a处理在各土层的差异均达到显著水平，且秸秆还田5a处理亦显著高于秸秆还田0a处理，秸秆还田3a、5a和7a处理0～30 cm土层土壤孔隙度较秸秆还田0a处理分别增加了2.48%、3.47%和6.12%；
完熟期秸秆不同还田年限不同土层土壤孔隙度的差异性变化与吐丝期相近，秸秆还田3a、5a 和7a 处理0～30 cm 土层土壤孔隙度较秸秆还田0a 处理分别提高了1.92%、3.35%和5.49%。见表2。
表2 秸秆不同还田年限对耕层土壤孔隙度的影响Tab.2 Effects of different straw returning years on soil porosity in topsoil
2．3 浅埋滴灌下秸秆不同还田年限对玉米耕层土壤含水量的影响
同一土层，随着秸秆还田年限的增加，土壤含水量呈增加趋势；
同一还田年限，随着耕层深度的增加，除吐丝期3a和5a处理土壤含水量呈增加趋势外，其他处理土壤含水量呈先增加后减少趋势。苗期秸秆还田5a和7a处理在20～30 cm土层差异显著，且二者各土层均显著高于秸秆还田0a处理，秸秆还田3a、5a和7a 处理0～30 cm 土层土壤含水量较秸秆还田0a 处理分别增加了3.60%、7.67%和11.16%；
吐丝期秸秆还田7a处理与秸秆还田0a和3a处理在各土层的差异均达到显著水平，且秸秆还田5a处理亦显著高于秸秆还田0a 处理，秸秆还田3a、5a 和7a 处理0～30 cm 土层土壤含水量较秸秆还田0a 处理分别增加了3.12%、4.78%和7.92%；
完熟期秸秆不同还田年限不同土层土壤含水量的差异性变化与吐丝期相近，秸秆还田3a、5a和7a处理各土层土壤含水量较秸秆还田0a处理分别增加了3.20%、6.59%和9.94%。见表3。
表3 秸秆不同还田年限对耕层土壤含水量的影响Tab.3 Effects of different straw returning years on soil moisture content in topsoil
2．4 浅埋滴灌下秸秆不同还田年限对玉米耕层土壤紧实度的影响
35 cm 以上各深度测量点（7.6、15.2、22.8、30.4 cm）土壤紧实度随着秸秆还田年限的增加呈减小趋势；
同一还田年限土壤紧实度随着土层深度的增加呈增大趋势，38.0 cm和45.6 cm深度测量点无明显变化规律。苗期，秸秆还田3a、5a、7a处理较秸秆还田0a处理分别降低了8.11%、9.19%、12.31%；
吐丝期，秸秆还田3a、5a、7a处理较秸秆还田0a处理分别降低了9.77%、11.43%、11.95%；
完熟期，秸秆还田3a、5a、7a处理较秸秆还田0a处理分别降低了10.86%、13.36%、21.50%。见图1。
图1 秸秆不同还田年限对耕层土壤紧实度的影响Fig.1 Effects of different straw returning years on soil compaction in topsoil
2．5 浅埋滴灌下秸秆不同还田年限耕层土壤物理性状与产量的相关性分析
基于Pearson相关性分析，分析了玉米不同时期，不同土层的土壤容重、孔隙度、含水量和紧实度与产量的相关性（表4）。0～10 cm土层，除苗期含水量和吐丝期紧实度与产量呈显著相关外，其他指标均与产量呈极显著相关；
10～20 cm土层，除吐丝期和完熟期紧实度与产量无相关关系外，其他指标均与产量呈极显著相关；
20～30 cm土层，苗期含水量和产量呈极显著相关，吐丝期容重、孔隙度、含水量和紧实度与产量呈极显著相关，完熟期容重、孔隙度和紧实度与产量呈极显著相关，含水量与产量呈显著相关。
表4 秸秆不同还田年限耕层土壤物理指标和产量的相关性分析Tab.4 Correlation analysis of soil physical indicator and yield in topsoil with different straw returning years
土壤物理性状是评判土壤质量和土壤结构的重要依据之一。前人研究表明，秸秆还田对土壤物理性状影响较为显著［13-15］。本研究结果表明，不同秸秆还田年限均显著降低土壤容重，且秸秆还田年限越长土壤容重越低，这与慕平等［16］研究结果一致。有研究表明，秸秆直接还田处理的土壤总孔隙度显著高于无秸秆处理和常规栽培方式，其中，秸秆深翻还田处理较无秸秆深翻处理0～30 cm土层土壤孔隙度提高了0.64%～1.43%［17-18］。本研究发现，与秸秆还田0a处理相比，其他不同秸秆还田年限处理玉米各生育时期0～30 cm土层土壤孔隙度均有不同程度的增加，且土壤孔隙度随着秸秆还田年限的增加而增大。这可能是由于秸秆还田使秸秆与耕层土壤混合，为微生物活动提供必要的养分，同时微生物也随秸秆还田量的增加而变得越来越活跃，进而提高土壤孔隙度［19］；
另一方面，微生物分泌物和细小秸秆粘连包裹更多土壤颗粒，这也使得土壤孔隙度进一步增大［20］。秸秆分解提供足够的养分，可促进作物根系的生长发育［21］，根系相互穿插和根系数量以及根系分泌物也增加土壤孔隙度［22］。土壤含水量不仅决定了土壤的宜耕性，同时与作物的正常生长发育密不可分。与秸秆离田相比，秸秆还田处理可显著增加0～60 cm土层土壤含水量［23］。本研究发现，不同秸秆还田年限玉米各生育时期土壤含水量均显著提高，且土壤含水量随秸秆还田年限的增加而增大。前人研究表明，一方面，秸秆还田后土壤秸秆残体本身具有吸收土壤多余水分的能力；
另一方面，秸秆还田可打破坚硬的土壤犁底层，疏松0～30 cm土壤，提高土壤的入渗性能和接纳雨水的能力［24-25］，同时，秸秆的存在可阻挡地表水分向大气扩散，有效减少耕层土壤水分径流量，从而降低水分损失［26］。本研究还发现，土壤紧实度随还田年限的增加呈减小趋势。耕层土壤紧实度的改善除与秸秆还田密不可分外，还与耕作方式有关，间隔深松和翻耕均显著降低耕层土壤紧实度和硬度，提高土壤宜耕性［27-28］。
本研究结果表明，秸秆还田可显著降低0～30 cm土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤含水量，降低土壤紧实度，进而改善土壤结构，增加玉米产量。耕层土壤容重和紧实度随秸秆还田年限的增加而减小，土壤孔隙度和土壤含水量随秸秆还田年限的增加而增大。可见，浅埋滴灌条件下秸秆连年还田可有效改善耕层土壤物理性状，研究结果可为西辽河平原耕地地力提升提供一定的理论支撑。
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