薛志偉，楊春玲

（安陽市農(nóng)業(yè)科學院，河南安陽 455000）

秸稈是重要的農(nóng)作物資源，具有改善土壤理化性狀、提高土壤肥力等功能［1］。中國的秸稈資源豐富，且呈逐漸遞增的趨勢［2］。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械化程度的提高，秸稈還田作為提高土壤肥力和改善土壤生態(tài)環(huán)境的重要措施得到廣泛應(yīng)用。秸稈還田措施作為保護性耕作的重要組成部分，不僅可以有效增加土壤的有機質(zhì)含量，提高土壤的通透性，改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，增加作物產(chǎn)量，同時能促進農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展［3-5］。近年來，隨著國家各種政策支持，秸稈還田率逐步提高。但大量作物秸稈被隨意丟棄或焚燒的現(xiàn)象仍時有發(fā)生，不僅對環(huán)境造成非常惡劣的影響，而且極大地浪費秸稈資源［6，7］。

在現(xiàn)代農(nóng)藝管理中，秸稈還田配施一定量的氮肥作為農(nóng)田耕作的一種有效措施逐漸被農(nóng)民廣泛使用。氮肥是作物生長的重要因子，合理的氮素供應(yīng)是提高小麥群體質(zhì)量和增產(chǎn)的關(guān)鍵。它影響小麥葉綠素含量和光合速率，調(diào)節(jié)體內(nèi)酶活性，協(xié)調(diào)碳氮代謝水平，促進干物質(zhì)積累，在小麥產(chǎn)量形成過程中發(fā)揮重要的作用［8，9］。建國以來，農(nóng)民為追求高產(chǎn)，對氮肥的依賴性加強，氮肥施用量越來越大。研究表明，在一定的施氮水平內(nèi)，籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，但較高的施氮量會導致小麥的抗逆性降低，不利于營養(yǎng)器官貯存物向籽粒的再分配，導致籽粒充實度降低［10，11］。以華北地區(qū)為例，農(nóng)民在冬小麥生長季節(jié)氮肥施用量約為300 kg/hm2，而氮肥的利用率僅為20%［12，13］。研究表明，過量施用氮肥不僅提高了生產(chǎn)成本，影響小麥產(chǎn)量，還導致生態(tài)環(huán)境不斷惡化，地表水富營養(yǎng)化、地下水污染、耕地質(zhì)量退化等嚴重問題［14-16］。適宜的施氮量可滿足秸稈腐熟過程中微生物對氮素的需求，促進秸稈分解礦化，協(xié)調(diào)碳、氮供應(yīng)，改善土壤—作物體內(nèi)的氮素轉(zhuǎn)化，增加作物的干物質(zhì)積累［17，18］。在玉米/小麥一年兩熟耕作區(qū)，秸稈還田與氮肥配施可以提高土壤的蓄水保肥能力，促進小麥生育期內(nèi)干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量［19］。

安陽市位于河南省最北部，素有“豫北糧倉”之稱，小麥常年種植面積和產(chǎn)量均占糧食作物的55%以上，是安陽市主要食糧和經(jīng)濟來源。目前，大力推進化肥減量提效，減少不合理投入，切實保護農(nóng)業(yè)資源，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)與生態(tài)共贏發(fā)展已成為一種導向趨勢。本研究于2019—2020年在安陽市農(nóng)業(yè)科學院柏莊試驗基地進行，主要分析秸稈還田條件下不同氮肥用量對冬小麥農(nóng)藝性狀和籽粒產(chǎn)量的影響，以期為秸稈還田和施肥技術(shù)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗于2019年10月—2020年6月在柏莊基地（114°21′E、36°12′N）進行。試驗田地勢平坦，地力均勻，土壤質(zhì)地為黏壤（潮褐土），耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機質(zhì)19.1 g/kg、全氮1.0 g/kg、硝態(tài)氮8.7 mg/kg、銨態(tài)氮2.9 mg/kg、有效磷18.2 mg/kg、速效鉀112.8 mg/kg。前茬作物為夏玉米，2019年9月30日收獲。試驗施磷肥（P2O5）150 kg/hm2、鉀肥（K2O）90 kg/hm2同氮肥于耕前一起底施（不施氮處理除外），各處理氮肥基追比例均為1∶1，拔節(jié)期追施氮肥。土壤耕作深度30 cm，圓盤耙耙1次，同時撒施辛硫磷（防治地下害蟲）。地面平整，隨后統(tǒng)一播種。

供試小麥品種為安麥1350。2019年10月10日播種，種植密度為240×104株/hm2，行距20 cm。播前墑情好，3葉期人工間苗、定苗，保證苗齊、苗勻、苗壯，12月27日澆越冬水，2020年3月26日澆返青水，5月16日澆水促進灌漿。2020年3月2日使用麥歡和雙氧·氯氟吡防治雜草。2020年5月5日噴灑聯(lián)苯菊酯3%和啶蟲脒3%微乳劑，每公頃使用450 g對水300 L均勻噴霧防治蚜蟲。2020年6月8日收獲。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置秸稈不還田不施氮（CK）、秸稈不還田常規(guī)施氮（N1）、秸稈還田減量施氮（N2）、秸稈還田常規(guī)施氮（N3）4個處理。3次重復(fù)，小區(qū)面積2.4 m×10 m。秸稈還田處理：夏玉米秸稈在耕作前用秸稈粉碎機切碎，并結(jié)合耕作全部混入耕層土壤中；秸稈不還田處理：夏玉米秸稈全部移出試驗田。施氮肥水平分為不施氮、常規(guī)施氮300 kg/hm2和減量施氮225 kg/hm2。

1.3 試驗測定項目與方法

（1）葉面積系數(shù)（LAI）［20］。于冬小麥開花期每小區(qū)隨機選取有代表性的小麥植株10株，摘取全部綠葉，選取長勢標準正常的10片綠葉，測量葉片中部的總寬度（a），然后從葉片中間截取5 cm長（b）的樣段，烘干稱重（A），截取后的剩余部分和其他樣株的全部綠葉片再一起烘干稱重（B），計算單位質(zhì)量葉面積（S1）、小區(qū)總樣株葉面積（S2）、平均單株葉面積（S3）和LAI。

S1（cm2/g）=（a×b）/A

S2（cm2）=S1（A+B）

S3（cm2/株）=S2/10

LAI=S3×基本苗數(shù)×10-8

（2）植株干質(zhì)量。于冬小麥開花期每小區(qū)選取有代表性的植株10株，剪掉地下部，按照葉片、莖鞘、穗等器官分樣，置于105℃烘箱中殺青30 min后，將溫度調(diào)至80℃烘干至恒重，冷卻后稱質(zhì)量，換算成單株干質(zhì)量。

（3）土壤含水量。冬小麥收獲后選擇有代表性的地點，用土鉆分層次（0～10、10～20、20～30、30～40、40～50和50～60 cm）采取土樣，每層取土100 g左右。盛裝土樣的鋁盒稱重記為w1，放入烘箱中在105℃溫度下烘至恒重，然后將烘干的土樣稱重，獲得干土加盒重記為w2，計算土樣的質(zhì)量含水量：

（4）產(chǎn)量。收獲前調(diào)查各小區(qū)1 m雙行固定樣點的穗數(shù)，計算單位穗數(shù)。將各樣點小麥整株連根收獲進行室內(nèi)考種，調(diào)查測定小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等指標。各小區(qū)脫粒自然風干，測定籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 19.0和Excel 2017進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田和添加氮肥對冬小麥農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，秸稈還田條件下不同氮肥用量對冬小麥基本苗影響不顯著，對LAI和株高有一定的影響。CK處理株高最低；N1、N2、N3處理株高差異不顯著，分別比CK高0.8%、1.5%、2.0%。N1、N2、N3處理間葉面積系數(shù)差異不顯著，分別比CK增加21.4%、34.5%、32.1%。秸稈還田條件下，常規(guī)施氮和減量施氮處理小麥農(nóng)藝性狀差異不顯著。

表1 各處理的冬小麥農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic characters of winter wheat under different treatments

2.2 秸稈還田和添加氮肥對植株干質(zhì)量的影響

由表2可知，增施氮肥可提高冬小麥植株干質(zhì)量，且秸稈和氮肥配施處理的平均值高于化肥單施處理。N1、N2、N3處理冬小麥單株干質(zhì)量較CK分別增加4.0%、17.3%、21.3%，以N3處理最高，但是N2與N3處理間差異不顯著。與CK相比，N1、N2、N3處理穗部干質(zhì)量增加幅度最大，葉片干質(zhì)量次之，莖鞘干質(zhì)量最小。N2、N3處理的各器官干質(zhì)量大于N1，N2和N3處理間穗、莖鞘和葉片干質(zhì)量差異不顯著。

表2 各處理的冬小麥植株干質(zhì)量Table 2 Plant dry weight of winter wheat under different treatments g

2.3 秸稈還田和添加氮肥對土壤含水量的影響

由圖1可以看出，隨著土壤深度的增加，冬小麥收獲后N2和N3處理的土壤含水量逐漸增加。N1與CK處理相比10～30 cm土壤含水量增加6.2%，30～60 cm土壤含水量減少7.8%。N2、N3處理0～60 cm土壤含水量無明顯差異，與CK相比，分別增加11.9%～35.0%和10.3%～33.4%；與N1相比，分別增加12.6%～40.1%和11.6%～37.2%。不論施氮量多少，秸稈還田處理土壤含水量均高于秸稈不還田處理。秸稈還田條件下，常規(guī)施氮和減量施氮的0～60 cm土壤含水量無明顯差異。

圖1 各處理0～60 cm土層土壤含水量變化Fig.1 Soil moisture content of 0～60 cm soil under different treatments

2.4 秸稈還田和添加氮肥對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，秸稈還田條件下施加氮肥可顯著提高冬小麥穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量。N1、N2、N3處理與CK相比產(chǎn)量增幅為3.7%～10.1%，N3處理增產(chǎn)幅度最大，但是N2與N3處理間差異不顯著。N1、N2、N3處理與CK相比，提高了有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。從有效穗數(shù)看，N1、N2、N3處理分別比CK增加3.6%、8.2%、9.7%，平均增加7.2%。N2、N3處理的穗粒數(shù)和千粒重均顯著高于N1處理。

表3 各處理冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素比較Table 3 Comparison of winter wheat yield and its components in different treatments

3 討論

大量研究表明，秸稈還田配施氮肥可避免微生物在分解秸稈過程中與作物競爭土壤中的氮素，增加冬小麥中后期干物質(zhì)積累［19］，從而提高作物產(chǎn)量［17，20］。秸稈還田條件下施用氮肥可增加小麥綠葉面積，有利于小麥生育后期光合作用產(chǎn)物的積累和運轉(zhuǎn)。與對照相比，穗、葉片和莖鞘干質(zhì)量變化幅度均為秸稈還田常規(guī)施氮＞秸稈還田減量施氮＞秸稈不還田常規(guī)施氮，即秸稈還田配施化肥對冬小麥增產(chǎn)效果高于單施化肥處理。本試驗中秸稈還田條件下，施氮量225 kg/hm2的單株干質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量及單位面積產(chǎn)量與施氮量300 kg/hm2處理無顯著差異，即氮肥用量減少25%的冬小麥產(chǎn)量并未明顯減少，這與前人［21，22］結(jié)論相似，表明氮肥用量超過一定范圍后，會降低干物質(zhì)的運轉(zhuǎn)效率，其對小麥籽粒產(chǎn)量的增長效果逐漸變小。

秸稈還田條件下，施氮量225和300 kg/hm2在小麥成熟后0～60 cm土層土壤含水量隨土壤深度的增加而增加，土壤含水量高于其他處理，這與前人研究結(jié)果一致，即秸稈還田和施用氮肥會改善土壤的體積質(zhì)量，增加土壤的保墑能力［23，24］。任愛霞等［25］研究表明，在水分充足條件下可增加施氮量以促進作物生長，增強耗水。本研究結(jié)果表明，在秸稈不還田條件下，單施化肥處理葉面積系數(shù)顯著高于不施肥處理，收獲后深層土壤含水量低于不施肥處理。這說明增施化肥可促進作物生長，加強深層土壤水分消耗，導致作物收獲后土壤含水量偏低，這與劉曉宏等［26］的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本研究中秸稈還田+施用氮肥，可提高冬小麥葉面積系數(shù)，增加生育后期干物質(zhì)積累，促進干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移，增加產(chǎn)量。玉米秸稈全量粉碎還田，減量施氮（225 kg/hm2）和常規(guī)施氮（300 kg/hm2）處理冬小麥產(chǎn)量無顯著差異，二者均顯著高于秸稈不還田不施氮和秸稈不還田常規(guī)施氮（300 kg/hm2）處理。綜合考慮經(jīng)濟和環(huán)境生態(tài)效益，安陽地區(qū)小麥栽培中采用秸稈還田配施氮肥225 kg/hm2最為適宜。