玉米秸秆全量还田和耕作方式对小麦干物质和养分积累与分配的影响

玉米秸秆全量还田和耕作方式对小麦干物质和养分积累与分配的影响

中国是世界上最大的稻草产量。据统计，2006年，中国玉米产量达到2.91103吨，占中国作物轮作总数的38.2%。安徽省年产玉米秸秆403.91×104t,主要分布在淮北砂姜黑土区,秸秆机械还田率不足10%。大量的麦秸收获后被就地焚烧,不仅严重污染了环境,还造成大量的秸秆资源浪费。研究表明,玉米秸秆长期施入农田可以改善土壤理化性状,增加土壤有机质和N、P、K等养分含量,促进下茬作物生长发育和提高产量。玉米秸秆直接粉碎还田后不同耕作方式显著影响小麦的生长发育、光合生产、水分利用和产量等,秸秆还田后旋耕条件下秸秆阻碍会影响小麦出苗和翻耕,与传统耕作相比,深松覆盖和免耕覆盖处理小麦水分利用效率分别提高10.29%和15.57%,而不同耕作方式间冬小麦的地上部和地下部生长情况和产量产值的多数性状表现为秸秆还田翻耕>秸秆还田旋耕>秸秆还田免耕。小麦群体干物质积累量的多少是其取得高产的基础,且氮、磷、钾素是小麦必需的大量元素,其吸收、积累和分配状况直接影响着小麦植株的生长发育及产量和品质形成。目前,有关其他地区玉米秸秆还田和不同耕作方式对小麦的生长发育、光合生产、水分利用和产量影响的研究较多,而针对淮北砂姜黑土区的研究较少,且对冬小麦养分吸收、分配及转运影响的报道更少。因此,本试验在淮北砂姜黑土区探讨了玉米秸秆还田和不同耕作方式对冬小麦干物质积累和氮、磷、钾的吸收、分配及转运的影响,深入了解该区冬小麦产量和品质形成的规律,旨在为该区小麦优质高产栽培措施的制定提供理论依据。1材料和方法1.1玉米秸秆还田与小麦播种试验于2008~2009年在安徽省蒙城县农业科技示范场进行。供试小麦品种为‘烟农19’,种子来源于蒙城县良种繁育场。供试土壤为砂姜黑土,0~20cm土壤主要养分状况分别为有机质12.46g·kg-1、碱解氮80.20mg·kg-1、速效磷15.40mg·kg-1、速效钾100.30mg·kg-1。试验共设4个处理:即玉米秸秆不还田(CK);玉米秸秆全量粉碎翻埋还田(HM);玉米秸秆全量粉碎旋耕还田(HX);玉米秸秆全量粉碎覆盖还田(HG)。玉米秸秆不还田处理人工收割秸秆后运出试验田。玉米收割使用福田谷神联合收割机,灭茬使用连云港升华旋耕机厂的LGQZ-210型旋耕灭茬机。使用蚌埠淮丰ILG-430型四铧犁翻地,使用西安市旋播机厂生产的SGTNB-200Z4/8A8型小麦带状旋耕施肥播种机播种小麦。翻地深度25cm,旋耕深度12cm。玉米秸秆还田量为7500kg·hm-2(折合干重)。小区面积45.90m2(5.4m×8.5m),每处理4次重复。小麦播种带宽12cm,带距24cm,播种量为135kg·hm-2,播种密度为270万株·hm-2。施纯氮240.0kg·hm-2,磷(P2O5)、钾(K2O)肥施用量均为90kg·hm-2。所用肥源氮肥为尿素,复合肥为文胜公司的小麦BB肥(15-15-15)。施肥以复合肥为主,不足部分以氮肥补充。磷、钾肥和55%的氮肥于小麦播种前基施,45%的氮肥于拔节期追施。其它田间管理措施同当地高产田。1.2样品的制备和分析方法于小麦开花期和成熟期,每小区分别取10株,按叶、茎、鞘、穗轴(含颖壳)、籽粒分开,蒸馏水洗净后,105℃下杀青20min,80℃烘干至恒重,称取干重后粉碎,过40目筛。样品用浓硫酸消化制成待测液,N、P含量用AutoAnalyzer3(AA3)连续流动分析仪测定,K含量用火焰光度计测定。营养元素的转运按如下方法计算:营养器官花前贮藏物质转运量=开花期干重-成熟期干重转运贡献率=花前贮藏物质转运量/成熟期物质积累量×100%1.3统计分析采用MicrosoftExcel2003和DPS统计分析系统进行数据处理和统计分析。2结果与分析2.1在农业还田和小麦收获的影响中，干物质的积累和转移2.1.1秸秆全量还田处理小麦不同时期干物质积累量从表1可以看出,各处理开花期地上部各器官的干物质积累量以茎秆最高,叶片其次,而叶鞘和穗部较低且相差不大;成熟期则表现为籽粒>茎秆>颖壳穗轴>叶鞘>叶片,其中,籽粒约占群体总干物质量的43.31%~46.13%、茎秆约占20.08%~21.47%、颖壳穗轴约占12.51%~12.82%、叶鞘约占10.86%~11.55%、叶片约占10.25%~10.86%。与玉米秸秆不还田处理(CK)相比,玉米秸秆全量还田处理(HM、HX、HG)小麦开花期和成熟期各器官的干物质积累量均高于不还田处理,且以HM和HG相对较高。在成熟期,群体干物质积累量表现为HG>HM>HX>CK,HM、HX、HG处理群体干物质积累量分别比CK提高了24.63%、18.17%和27.70%,籽粒干物质积累量分别比CK提高了28.33%、26.51%和32.21%。可见,玉米秸秆全量还田可显著提高小麦开花期和成熟期各器官的干物质积累量,玉米秸秆还田后不同耕作方式间以翻埋和覆盖较好。2.1.2叶、颖壳穗轴由表2可以看出,各处理小麦植株叶片和茎秆花前贮藏干物质的转运量基本一致,两者约占营养器官总转运量的76.26%~80.38%,其次为叶鞘和颖壳穗轴。而营养器官开花前贮藏干物质的转运量对籽粒中干物质的贡献率约占30.40%~36.54%。与CK相比,玉米秸秆全量还田处理(HM、HX、HG)均可显著提高营养器官花前贮藏干物质向籽粒的转运量和转运干物质对籽粒的贡献率,但玉米秸秆还田后不同耕作方式间差异不显著。2.2在农业还田和小麦连作的影响下，玉米和小麦的氮素积累和运输2.2.1不同hm、hx、hg对小麦籽粒氮素积累的影响从表3可以看出,开花期地上部器官氮素积累量以叶片最高,颖壳穗轴和茎秆其次,叶鞘最低;成熟期各营养器官的氮素积累量均有所降低,而籽粒则成为氮素积累的主要器官,约占群体氮素积累量的75.14%~76.83%。与CK相比,HM、HX和HG处理小麦成熟期籽粒氮素积累量分别显著提高了39.82%、34.60%和37.17%,群体氮素积累量分别显著提高了42.37%、36.42%和40.24%。表明玉米秸秆全量还田后不同耕作方式均可显著提高小麦不同器官的氮素积累量。2.2.2玉米秸秆全量还田对玉米籽粒品质的影响由表4可以看出,营养器官开花前贮藏氮素转运量以叶片最高,叶鞘最低;开花前贮藏氮素转运量对籽粒氮素的贡献率约为81.86%~86.10%;玉米秸秆全量还田可提高各营养器官开花前贮藏氮素向籽粒的转运量,转运贡献率也有提高的趋势。与CK相比,HM、HX和HG处理的群体氮素转运量分别提高了38.49%、38.17%和42.91%,但处理间差异不显著,而HX和HG处理的转运贡献率显著高于CK和HM处理。可见,玉米秸秆全量还田有利于小麦营养器官开花前贮藏氮素向籽粒中转运。2.3全茎玉米的回收和栽培方法对小麦磷素积累、分配和运输的影响2.3.1不同处理对籽粒磷素积累的影响从表5可以看出,开花期地上部器官磷素积累量以叶片和颖壳穗轴较高,叶鞘最低;成熟期各营养器官的磷素积累量均有所下降,其主要积累器官是籽粒,约75.79%~77.99%的磷素分配于籽粒中。与CK相比,HM、HX和HG处理成熟期的籽粒磷素积累量分别提高了49.23%、47.81%和53.09%,群体磷素积累量分别提高了45.01%、43.78%和50.49%。表明玉米秸秆全量还田后不同耕作方式均可显著提高小麦不同器官的磷素积累量。2.3.2玉米秸秆全量还田由表6可以看出,营养器官开花前贮藏磷素的转运量表现为叶片>颖壳穗轴>茎>鞘,各器官转运磷素量对籽粒磷素的贡献率为65.34%~74.83%;玉米秸秆全量还田提高了开花前营养器官贮藏磷素向籽粒中的转运量,但转运磷素的贡献率有降低的趋势。与CK相比,HM、HX和HG处理的群体磷素转运量分别提高了43.15%、29.05%和51.84%,但玉米秸秆还田后不同耕作方式间差异不显著。表明玉米秸秆全量还田有利于营养器官开花前贮藏磷素向籽粒中转运。2.4全茎玉米的回收和栽培方法对小麦钾素积累、分配和运输的影响2.4.1不同处理对籽粒钾素积累量的影响从表7可以看出,开花期地上部器官钾素积累量以茎秆最高,叶鞘其次,颖壳穗轴最低;成熟期各营养器官的钾素积累量均有所降低,茎秆和叶鞘是钾素积累的主要器官,而籽粒钾素积累量占群体钾素积累量的12.37%~12.82%。在成熟期,与CK相比,HM、HX和HG处理籽粒钾素积累量分别提高了41.44%、28.77%和45.75%,群体钾素积累量分别提高了44.88%、29.49%和51.08%。由此可知玉米秸秆全量还田后不同耕作方式均可显著提高小麦各器官的钾素积累量。2.4.2体现了项目的原理由表8可以看出,小麦营养器官开花前贮藏钾素转运量以叶片最高,茎秆次之,叶鞘最低。玉米秸秆全量还田有提高开花前营养器官贮藏钾素向籽粒中转运的趋势。与CK相比,成熟期HM、HX和HG处理的营养器官钾素总转运量分别提高了11.17%、14.35%和20.01%,转运钾素对籽粒钾素贡献率为98.91~125.85%,表明成熟期小麦地上部群体有部分钾素流失。可见,玉米秸秆全量还田有利于营养器官开花前贮藏钾素向籽粒中转运。3玉米秸秆全量粉碎还田方式对小麦群体养分积累的影响张静等研究表明,在黄土高原有灌溉条件的地区,秋施玉米鲜秸秆9000kg·hm-2可以增加土壤有机质和缓解土壤氮流失,能有效提高土壤肥力,使接茬冬小麦显著增产。颜丽等研究发现,玉米秸秆还田时间和还田方式以秋天直接还田为宜。本试验在淮北地区首次引入带状旋耕播种机,在玉米秸秆机收粉碎后直接旋耕播种,减少了对土壤的扰动和土壤水分损失。结果表明,玉米秸秆还田处理较对照的产量、群体及籽粒干物质和氮、磷、钾的积累量均显著提高,表明在淮北砂姜黑土区小麦玉米轮作条件下,进行玉米秸秆还田有利于小麦籽粒干物质的提高和各器官养分的积累与转运。同时,该区玉米收获至小麦播种间隔只有20~30d,为推广农业机械化率、节约劳动力和加快玉米秸秆腐解,宜推广玉米秸秆机械粉碎全量直接还田方式。在小麦开花期至成熟期,随叶片光合性能的下降和叶片的衰老,营养器官中的物质开始向籽粒发生转移。本研究亦表明,成熟期籽粒是干物质和养分的主要积累器官,其次为茎秆和叶片。在成熟期,籽粒积累的干物质、氮、磷、钾素分别占地上部总积累量的43.31%~46.13%、75.14%~76.83%、75.79%~77.99%、12.37%~12.82%。营养器官花前贮藏干物质和养分的转运量以叶片最高,其次为茎秆和颖壳,转运干物质和氮、磷、钾素对籽粒的贡献率分别为30.40%~36.54%、81.86%~86.10%、65.34%~74.83%、98.91%~125.85%,这与前人的研究结果相似[12,13,14,15,16,17]。玉米秸秆全量粉碎直接还田后,不同耕作方式影响下季小麦的出苗、生长及产量,是玉米秸秆直接还田能否大面积推广的主要限制因素。本试验结果表明,玉米秸秆全量粉碎翻埋还田(HM)和玉米秸秆全量粉碎覆盖还田处理(HG)条件下小麦开花期和成熟期各器官的群体干物质积累量和氮、磷、钾三种养分的积累量均高于玉米秸秆全量粉碎旋耕还田处理(HX)。成熟期HG处理小麦籽粒的干物质积累量显著高于HM和HX处理,籽粒中养分积累量也处于较高水平,这与不同耕作方式间冬小麦的地上部和地下部生长情况和产量产值的多数性状表现为秸秆还田翻耕>秸秆还田旋耕>秸秆还