不同秸秆还田和施肥方式对砂姜黑土地小麦生产的影响

　　1.1 试验地概况 
　　试验于2014—2015年在漯河市农业科学院试验基地进行，该地地处暖温带南部边缘，属于暖湿性季风气候。供试土壤为砂姜黑土亚类覆盖砂姜黑土属，0～20 cm耕层土壤有机质含量为18.64 g·kg-1，全氮含量为1.01 g·kg-1，有效磷含量为13.71 mg·kg-1，速效钾含量为94.38 mg·kg-1，pH值为7.2。 
　　1.2 试验材料 
　　供试材料为当前黄淮流域大面积推广的强筋小麦品种新麦26，由河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所提供。供试肥料含量分别为神农达高效复合肥（N∶P2O5∶K2O含量为23∶17∶5），尿素46%，氯化钾（K2O）57%，二铵（N15%、P2O542%）和精制有机肥。 
　　1.3 试验设计 
　　按单因素随机区组试验设5个处理，3次重复，小区面积42 m2。试验地前茬作物为玉米，秸秆还田的方式为全量（上茬作物收获的全部秸秆），粉碎（长度为10 cm左右）后翻耕还田。处理1，秸秆不还田，不施任何肥料；处理2，秸秆不还田，每公顷施复合肥（23∶17∶5）1 125 kg，一次性施入底肥；处理3，秸秆还田，施肥方法与处理2相同；处理4，秸秆还田，每公顷施复合肥（23∶17∶5）1 125 kg，再施鸡粪1 500 kg，1次性施入底肥；处理5，秸秆还田，每公顷施入145.335 kg的尿素、285.75 kg的二铵和131.55 kg的氯化钾（N、P2O5 、K2O分别为14、8、5 ）作为底肥。在拔节期每公顷追施217.95 kg的尿素作为追肥。 
　　1.4 测定项目及方法 
　　1.4.1 基本苗和总茎数 播种出苗整齐后各小区定下1 m双行样段，调查基本苗。越冬始期、返青、起身、拔节、抽穗、扬花及成熟期在定点样段内调查总茎数或穗数。 
　　1.4.2 个体生长性状 不同生育时期在各小区随机取样10株作为考察样本，调查主茎叶龄、次生根和分蘖数。 
　　1.4.3 籽粒灌浆速率 在小麦扬花期，在各小区内选取生长一致且花期相同的主茎穗100个，挂牌标记。从花后4 d开始取样，以后每隔4 d取样1次，直至成熟。各小区每次取10穗，在105 ℃下杀青30 min，然后用80 ℃烘干至恒质量，揉出每穗全部籽粒，用万分之一天平称质量，并折算出千粒质量。 
　　1.4.4 收获指数 在各小区收获长2 m双行样段，与地面齐平人工收割后将整捆植株风干、脱粒，分别测定该样段的籽粒干质量和秸秆干质量，计算收获指数。收获指数=成熟期籽粒产量/成熟期地上部生物产量。 
　　1.4.5 产量及产量构成因素 在各小区随机选取麦穗20个，计算穗粒数；在同一小区多点取样20株带回室内，逐株考察单株穗数、穗长、每穗总有效穗数和不孕小穗数。整个小区用小区收割机（奥地利生产）收获计产。用各样点晒干的籽粒准确计数1 000粒测定千粒质量，3次重复。 
　　1.4.6 品质分析 由国家小麦产业技术体系研发中心产后加工研究室对不同处理的籽粒进行品质性状检测。 
　　1.4.7 试验数据处理 用Microsoft Excel 2003进行数据基本统计分析，用DPS 9.5软件进行差异显著性检验。 
　　2 结果与分析 
　　2.1 对小麦群体茎蘖数生长动态的影响 
　　由图1可知，各处理群体茎蘖数变化趋势均呈单峰曲线，且均在起始期达到高峰，以后分蘖两极分化，群体茎蘖数急剧下降，至抽穗扬花期趋于稳定。各处理基本苗差异不大，到越冬期总茎数差异慢慢变大，从越冬期到成熟期总茎数为处理5>处理4>处理3>处理2>处理1。处理2群体显著高于处理1，表明：秸秆不还田时，增施化肥可以提高砂姜黑土地肥力水平；在秸秆还田的基础上，优化施肥和增施鸡粪可提高砂姜黑土地氮肥使用量，从而提高小麦成穗数，这也证明了砂姜黑土地氮素的缺乏。由此可见，秸秆还田与否及不同施肥方式对小麦群体茎蘖变化影响作用较大，试验表明，秸秆还田和增施化肥可以显著提高小麦群体数量。 
　　2.2 不同砂姜黑土小麦的个体发育动态 
　　2.2.1 主茎叶龄 由表1可知，从起始期开始，各个处理的单株主茎叶龄开始表现出差异性。在抽穗期，处理4和处理5的主茎叶龄较大，每茎分别为13.02叶和12.88叶，除处理5外，处理4与其他几个处理相比达显著水平，处理5与处理1、2、3的主茎叶龄差异不显著。说明在秸秆还田的同时增施鸡粪对提高砂姜黑土地小麦的主茎叶龄作用更显著。 
　　2.2.2 单株茎蘖 从越冬期到抽穗期，处理2、3、4、5的单株茎蘖与处理1均存在显著性差异。这表明，在砂姜黑土地，秸秆还田和增施肥料都是改善砂姜黑土理化性质、培肥地力的措施。 
　　2.2.3 单株次生根 越冬期，不同处理的单株次生根数为4.91～5.54条，到抽穗期增至23.5～24.5条，以处理4或处理5的单株次生根较多。差异性显著结果表明，处理2、3、4、5的单株次生根与处理1差异达显著水平。在返青期和抽穗期，处理2与处理1差异显著。除起始期和拔节期外，处理3与处理2存在显著差异。这表明：在秸秆不还田的相同条件下，增施化肥可增加小麦单株次生根数；在相同施肥条件下，秸秆还田可增加小麦单株次生根数。 
　　2.3 不同处理下各处理灌浆速率的变化 
　　从图2可以看出，不同处理下千粒质量遵循慢—快—慢的变化趋势，各个处理的籽粒灌浆进程呈“S”型曲线。处理4花后20 d内和其他处理差异不大或低于其他处理，24 d后千粒质量呈现剧增，36 d后千粒质量一直呈现增加趋势。花后8 d时5个处理的千粒质量差异不大，处理1在32 d后千粒质量增加缓慢，处理5千粒质量比较稳定。 
　　从图3可以看出，灌浆速率峰值均在开花后20 d左右，此时籽粒的灌浆速率增加较快。但是，不同的施肥方式下灌浆速率有一定的差异。处理4灌浆速率峰值出现在开花后24 d，整个灌浆过程快，并且持续时间较长，在36 d时日增重达1.16 g。处理5其次，处理1的灌浆速率相对较小且变化浮动较大，在36 d时日增质量0.005 g，灌浆几乎停止。这说明，有机肥和化肥的配施或拔节期的追施氮肥都能显著提高小麦对氮、磷、钾元素的吸收积累和籽粒的灌浆速度，延长灌浆时间，有利于小麦成穗数、穗粒数、千粒质量的增加，进而提高小麦产量。
     2.4 不同处理下砂姜黑土小麦产量、产量三因素和收获指数的变化 
　　2.4.1 产量 从表2可知：处理5的产量最高，为8 194.05 kg·hm-2，比对照增产20.94%；处理4的经济产量为8 148.75 kg·hm-2，比对照增产20.27%。处理5和处理4差异不显著，但与处理3、处理2、CK差异达显著水平，处理3与处理2、CK差异显著，处理2与CK差异达显著水平。这表明：在秸秆不还田的情况下，增施化肥处理2比不施化肥处理1增产4.54%，差异显著；在施相同化肥的情况下，秸秆还田的处理3比秸秆不还田的处理2增产12.99%，差异显著；在同为秸秆还田的情况下，优化施肥产量>增施有机肥>常规施肥。这些表明在砂姜黑土地，秸秆还田和增施肥料都可以明显提高地力，增加产量。 
　　2.4.2 产量构成因素 各处理穗粒数和成穗数为处理4>处理5>处理3>处理2>处理1（CK）。处理4的穗粒数与其他处理差异显著，处理3和处理5差异不显著，但与处理1差异显著，处理2和处理1差异显著。这表明：在砂姜黑土地，秸秆还田可以提高小麦的穗粒数，同时增施鸡粪效果更好；如果秸秆不还田，增施肥料也可以提高小麦穗粒数。处理4的成穗数与处理3、处理5差异不显著，与处理1、处理2差异显著。试验表明：在砂姜黑土地，秸秆还田相比不还田可以增加小麦成穗数，在都秸秆还田的基础上，肥料的使用方法对成穗数影响不大；处理2与处理1差异显著，表明秸秆不还田的情况下，增施肥料可以显著提高小麦成穗数。处理5的千粒质量与其他几个处理差异显著，处理3与处理4差异显著，处理2和处理1差异不显著。结果表明，在砂姜黑土地，优化施肥可使N、P、K合理分配，提高小麦千粒质量。处理5的穗长、单株成穗数与其他处理差异达显著水平，表明秸秆还田、科学施肥对这些性状均有显著改善。处理4的不孕小穗数最少，为4.8个，与处理5差异不显著，处理1的最多，为6.7个。这表明，在砂姜黑土区小麦生长中，增施有机肥或平衡配方施肥对于降低每穗不孕小穗数，提高每穗结实粒数，进而提高产量具有显著的促进作用。 
　　2.4.3 收获指数 经济系数是经济产量与生物学产量之比，其值越高说明干物质分配到籽粒的比例也高。处理5收获指数最高，与处理3、处理4差异不显著，显著高于处理2和处理1，这表明在秸秆还田的基础上，优化施肥可显著提高小麦的收获指数，秸秆还田对经济系数的影响高于肥料。结合上述对经济产量以及产量三因素的分析，小麦收获指数的提高是小麦增产的物质基础。 
　　2.5 品质分析 
　　从表3可知：各处理的粗蛋白含量、湿面筋含量均达到《优质小麦 强筋小麦》（GB/T17892—1999）规定的一等（粗蛋白质含量≥15.0%）标准，降落数值、面团稳定时间均属于普通小麦；但处理5的容重为793 g·L-1，达一等以上，其他4个处理达到二等标准；处理4在拉伸特性上表现最好，优于其他几个处理。从试验结果来看，在秸秆还田的基础上优化施肥可以提高小麦的容重，而增施鸡粪可提高小麦的拉伸特性，提高品质。 
　　3 讨 论 
　　多数结果表明，长期秸秆还田能显著提高土壤有机质、全N、速效K含量，显著增加作物产量[11-14]。但一季秸秆还田因还田数量有限，增加肥效有限，对小麦生长发育等的影响仍需要做长期定位试验进行研究。 
　　秸秆还田配施化肥是砂姜黑土快速培肥和生产力提高的有效措施之一[15-17]，即可培肥砂姜黑土，也可使作物稳产甚至高产。但秸秆还田对土壤肥力和作物产量的影响是非常复杂的，它与秸秆的种类、数量、还田的方式、土壤类型以及耕作制度等都存在密切关联[18]。秸秆不合理的还田方式会引起土壤缺水、缺氮、耕作难、出苗难、烧苗等问题。因此，为减少秸秆还田时的不利影响，在进行秸秆还田时应注意：秸秆要粉碎，长度以10 cm为宜；还田量要适中，翻埋时尽量用全量还田；边收割边翻埋较利于其腐解；加强水分管理，若秸秆直接还田墒情太差，应及时灌水；调节碳氮比，防止秸秆还田后土壤中氮素不足使得微生物与作物争夺氮素，造成秸秆腐解缓慢，作物黄化、苗弱、生长不良。 
　　4 结 论 
　　试验结果表明，在秸秆都不还田的条件下，处理2相比处理1增施化肥可以提高小麦次生根、分蘖等生长指标，提高小麦的产量三因素，从而提高作物产量。这表明增施化肥对砂姜黑土有一定培肥作用，对提高小麦产量也有一定作用。 
　　在施肥量相同的条件下，秸秆还田的处理3相比处理2，其灌浆速率、群体、次生根以及产量三因素等均高于处理2，并增产12.99%，差异达显著水平。这表明合理的秸秆还田方式可以提高土壤养分含量，改善土壤物理性状，优化作物根系生态环境，改善砂姜黑土的透水性和保水性能，增加肥力，提高作物的产量。 
　　在秸秆都还田的情况下，不同的施肥方式下小麦产量不同，对小麦的品质影响也不同。在施用一定化肥的基础上增施有机肥，对原本低产的砂姜黑土而言，增施有机肥可造成一个无机促有机、以有机保无机的良好土壤生态系统，这是快速培肥、提高生产力的有效措施之一，同时还能促进小麦个体生长发育，小麦穗长、结实小穗数和总小穗数增加，不孕小穗数下降，穗粒数和千粒质量增长显著，经济性状改善， 为提高产量打下了基础。此外，还可提高小麦的拉伸特性，提高品质。优化施肥技术中，采用基肥和追肥相结合的方法，可使氮、磷、钾3元素科学合理配施，拔节期的追施氮素能显著提高小麦对氮、磷、钾元素的吸收积累量和分蘖成穗率与穗粒数，可提高容重，从而提高小麦产量。这两种施肥措施都能从根本上解决砂姜黑土的地产状况，改良土壤，培肥地力，增加产量。 
　　本研究认为：砂姜黑土仅利用秸秆还田难以获得高的小麦产量，但秸秆还田和增施肥料同时使用，可在提高小麦产量的基础上进一步提高土地的生产能力，有明显的正交互作用；得出秸秆还田与优化施肥或增施有机肥可以显著提高小麦产量的结论。这对探索河南砂姜黑土地的改良有一定的积极意义。今后有必要延续和完善本田间试验，对秸秆还田中腐秆剂和化肥配施量的效果及其作用机理作进一步探索，以更好地促进秸秆还田技术的推广应用。
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