秸秆还田配施氮肥对小麦生长及土壤钾素的影响

的研究表明，秸秆覆盖还田可使小麦产量增加4.76%，而秸秆深翻还田则可使产量增加5.36%。郑云珠[25]的研究发现，生物炭的应用可使小麦产量提高9.04%~21.76%。周正萍等[26]人的研究指出，秸秆还田配合麦季免耕比双季免耕更能提高小麦产量，且能改善小麦品质。秸秆还田量对小麦产量也有重要影响。李明嵘等[27]人的研究发现，当秸秆还田量为33%时，土壤-作物系统可能出现氮素缺乏，从而影响小麦产量。赵凌霄等[28]人的研究表明，玉米秸秆过腹还田比直接还田更能显著提高小麦籽粒产量。但近年研究证实，小麦产量或受秸秆还田措施拖累，诸如出苗率下滑、根系发育不良、叶面积缩减等现象，继而抑制干物质累积。王仁杰等[29]人通过田间试验发现，长期秸秆覆盖会降低小麦的分蘖数和春季总茎数，导致穗数减少，影响产量。王新媛等[30]人的研究指出，当氮肥施用量低于168kg/hm²时，秸秆还田不仅不能提高小麦产量，反而可能导致产量下降。1.2.4秸秆还田配施氮肥对土壤钾素的影响大多数人在作物种植过程中不重视钾肥的施用，这会造成了土壤中钾素的匮乏，土壤钾素养分的供应不足成为限制农田中作物增产的一大因子。钾素是作物生长必需的营养元素，但我国钾肥资源匮乏，约50%依赖进口。研究表明，秸秆还田可作为有效的钾素补充途径，通过微生物分解作用释放秸秆中的钾元素，能替代20%-50%的化学钾肥施用量[31]。作物吸收的钾素主要富集在根茎部位，仅少量进入籽粒。杨雅[32]研究发现，秸秆还田可显著改善土壤钾素表观平衡，使土壤从钾素亏缺状态转变为盈余状态。秸秆还田配合有机肥可使土壤速效钾提升35.86%-60.54%。李秀双[33]证实小麦玉米秸秆还田能显著影响土壤各形态钾素（水溶性钾、非特殊吸附钾等）。孙伊辰[34]等报道秸秆粉碎翻压还田较不还田处理提高土壤速效钾13.99%。不同还田方式效果存在差异，窦文爽[35]试验表明秸秆覆盖、翻压和富集深还分别使速效钾提高17.78%、12.59%和10.74%。刘晓霞等[36]发现仅粉碎过腹还田、炭化还田等复合处理对速效钾有显著提升作用。综合研究结果表明，秸秆还田配合适量钾肥施用，既能保障作物产量，又可维持土壤钾素平衡，避免土壤钾库快速耗竭，是实现农业可持续发展的重要措施。1.3研究内容及技术路线1.3.1研究内容为探究氮肥施用与秸秆还田对土壤质量和作物生长的影响，推动氮肥的科学合理施用，同时实现秸秆资源的高效利用，本研究在皖江工学院试验田开展了一年田间试验。试验主要从以下三个方面展开研究：（1）秸秆还田与氮肥施用对小麦产量及养分吸收的影响通过为期1年的田间试验，系统测定小麦的产量、生物量、产量构成要素，深入分析秸秆还田配合氮肥施用对小麦产量的影响规律。（2）秸秆还田与氮肥施用对土壤养分状况的影响基于1年的田间试验数据，重点研究秸秆还田配合氮肥施用对土壤中硝态氮、全氮、有效磷等关键养分指标的影响，全面评估土壤养分状况，明确秸秆还田与氮肥施用对土壤肥力的综合效应。（3）秸秆还田与氮肥施用对土壤钾素形态的影响通过1年的田间试验，测定不同处理条件下土壤中水溶性钾、特殊吸附性钾和非特殊吸附性钾的含量变化，系统分析土壤中不同形态钾素的动态变化特征，阐明秸秆还田与氮肥施用对土壤钾素形态转化的影响机制。1.3.2技术路线图图1-1技术路线图第2章材料与方法2.1试验材料（1）供试土壤试验地点位于安徽省马鞍山市雨山区九华村（东经118°56′，北纬31°67′），属于亚热带季风气候，当地年均气温15.7℃，降水量1060mm。土壤为黄棕壤，其土壤背景值如表2-1。pH容重（g/cm3）硝态氮（mg/kg）速效钾（mg/kg）有效磷（mg/kg）有机质（g/kg）全氮（g/kg）7.281.214.0318843.518.61.13表2-SEQ表2-\*ARABIC1供试土壤理化性质（2）供试秸秆玉米秸秆。将秸秆先去除其中的杂质（如泥土、石块、作物根等），再用剪刀剪成20cm一节，最后进行粉碎，粉碎后过筛，不符合要求继续粉碎。（3）供试品种‘华麦12号’（Huamai12）2.2试验设计采用裂区设计开展田间试验，主处理为秸秆还田（N）和秸秆不还田（S+N），副处理为按84kg/hm²间隔设置5个氮肥梯度。秸秆不还田（N）：N0（0kg•N/hm2）、N84（84kg•N/hm2）、N168（168kg•N/hm2）、N252（252kg•N/hm2）、N336（336kg•N/hm2）秸秆还田（S+N）：S+N0（0kg•N/hm2）、S+N84（84kg•N/hm2）、S+N168（168kg•N/hm2）、S+N252（252kg•N/hm2）、S+N336（336kg•N/hm2）本研究采用10种处理，各处理设3次重复，研究共安排30个试验小区，各处理单元面积设定为22m2，2023年9月实施玉米秸秆粉碎深翻还田措施，按7661kg/hm2标准进行秸秆还田，自2023年10月起实施作物栽培，采用地表施肥方式完成小麦播种施肥，氮肥基肥占比六成，按4:6比例中的40%分两次施肥，基肥于播种阶段同步施入田间，在返青生长阶段追加施肥，播种时磷、钾肥均按基肥标准全量施入，实施旋耕式土壤耕作，小麦种植采用168kg/hm2的播种量,采用与马鞍山农户一致的大田管理规范，2024年5月起开展小麦机械化收割。表2-22023-2024年田间试验设计试验处理基肥氮（尿素）追施氮肥（尿素）磷肥（过磷酸钙）钾肥（氯化钾）（kgN/hm2）（kgN/hm2）（kgP2O5/hm2）（kgK2O/hm2）N00010075秸秆不还田N84（84kg·N/hm2）52.431.6N168（168kg·N/hm2）104.863.2N252（252kg·N/hm2）157.294.8N336（336kg·N/hm2）209.6126.4秸秆还田S+N0（0kg·N/hm2）00S+N84（84kg·N/hm2）52.431.6104.863.2157.294.8209.6126.42.3样品采集2024年5月小麦成熟后，采用五点采样法对每个小区土壤进行采样。深度为0-100cm土层，每20cm采集一份样品。植株样品采样每小区随机选3个1m长的整株样段，自然风干，收集样品用来测定生物量。在每个试验小区随机选3个面积为1m2的样方，进行自然风干处理，随后脱粒，测定风干样品的产量。并取深度为0-100cm土层，每20cm采集一份样品。将0~20cm和20~40cm土壤经风干和磨碎处理后，测定土壤有效磷、全氮含量。将0~20cm和20~40cm土壤风干后磨碎测定土壤水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾、非交换性钾、全钾。2.4试验方法实施自然风干脱粒小麦的产量测量，采用65℃烘干籽粒后称取重量，测量颗粒含水量，由此推算小麦籽粒实际产量。采用流动分析技术测定土壤中的氮、磷元素，利用0-100cm层位的新鲜土壤开展硝态氮测定，按1:10的配比将土壤与水混合，采用1mol/LKCl溶液进行样品浸提，采用流动分析技术测定硝态氮含量，采用烘干方式检测土壤含水量，土壤有效磷经碳酸氢钠浸提处理后，借助流动分析仪测定，通过浓硫酸消解法处理样品后，采用流动分析仪测定土壤全氮。钾的检测采用火焰光度法，土壤速效钾含量经由1mol/L乙酸铵浸提测得，土水按1:10质量比混合。按1:10土水比蒸馏水浸提水溶性钾，非特殊吸附钾采用0.5mol/L中性醋酸镁溶液进行提取，特殊吸附钾经1mol/L中性醋酸溶液浸提分离，通过煮沸1mol/L硝酸溶液浸出非交换性钾，采用氢氧化钠熔融法进行全钾分析，采用火焰光度技术实施测定。2.5计算方法与数据分析(1)计算方法收获指数(%)=籽粒产量/生物量非特殊吸附性钾=醋酸镁浸提钾-水溶性钾特殊吸附钾=醋酸铵浸提钾-醋酸镁浸提钾非交换性钾=硝酸消煮钾-醋酸铵浸提钾(2)数据分析试验数据的计算处理均采用Excel2019完成，采用Origin2021绘图。

第3章结果与分析3.1秸秆还田配施氮肥对小麦产量及生物量的影响不同施肥量对小麦产量的影响如图3-1所示，由图可知，秸秆还田和施氮肥处理显著改变了小麦产量，各处理组合中，S+N168处理的产量水平最高，实现7.44t/hm2，S+N0处理最终产量最低，低至6.22t/hm2，采用秸秆还田措施后，最高产量出现在S+N168处理组；未实施秸秆还田时，N168处理达到产量顶点。无论采用秸秆还田还是秸秆不还田方式，未添加氮肥的处理小麦产量明显最低。氮肥施用水平与小麦产量之间呈抛物线关系，先促进后抑制，无论是否实施秸秆还田还是秸秆不还田，与不施氮肥相比，施用氮肥可显著提高小麦产量。N84、N168、N252、N336处理相比N0处理分别增加了小麦产量7.05%、12.01%、9.08%和8.25%。S+N84、S+N168、S+N252、S+N336处理相比S+N0处理分别增加了小麦产量8.04%、19.64%、13.73%和12.43%。在N0和N84处理下，秸秆还田相比不还田的小麦产量有轻微减产的趋势，分别降低了1.88%和0.91%。然而，在S+N168、S+N252和S+N336处理下，秸秆还田相比不还田能够增加小麦产量，分别增加了4.85%、2.33%和1.94%。据图3-2的数据可知，在不同处理中，S+N252处理表现出最高的年均生物量，而S+N0处理则最低。施氮量对小麦生物量具有显著影响，其变化趋势表现为先升高后降低。在秸秆还田条件下，S+N252处理的小麦生物量达到最大值；在秸秆不还田条件下，N168处理是最优的生物量积累。无论是否实施秸秆还田，当氮肥施用量为0kg/hm²时，小麦生物量均处于最低水平。在秸秆还田条件下，与S+N0处理相比，S+N84、S+N168、S+N252、S+N336处理分别使小麦生物量提高了10.26%、18.36%、21.10%和14.26%。在秸秆不还田条件下，与N0处理相比，N84、N168、N252、N336处理分别使小麦生物量增加了7.28%、11.04%、10.98%和10.74%。根据数据发现，除S+N0处理相比N0处理使小麦生物量降低了1.13%外，其他处理均表现出正向效应。S+N84、S+N168、S+N252、S+N336处理相比相应的不还田处理（N84、N168、N252、N336）分别使小麦生物量增加了1.63%、5.39%、7.90%和2.02%，其中S+N252处理的增加幅度达到显著水平。结果表明，适宜的氮肥施用结合秸秆还田措施能够显著提升小麦生物量，其S+N252处理表现出最优的协同效应。图3-1不同施氮量对小麦产量的影响（kg/hm2）图3-2不同施氮量对小麦生物量的影响（kg/hm2）3.2秸秆还田配施氮肥对小麦产量构成要素的影响基于表3-1数据展开分析，氮肥施用量对小麦千粒重的影响具有统计学显著性，且呈现随施氮量增加千粒重递减的规律。在秸秆还田处理中，相较于不施氮肥的S+N0处理，S+N84、S+N168、S+N252、S+N336处理的小麦千粒重分别下降2.06%、5.46%、5.60%和6.42%；而在秸秆不还田处理中，N84、N168、N252、N336处理的千粒重降幅依次为3.06%、5.71%、6.03%和7.39%，表明无秸秆还田条件下，施氮量增加对千粒重的负向效应更显著。值得关注的是，在秸秆还田体系内，除S+N0处理千粒重微降0.14%外，其余施氮处理均表现出提升作用，增幅介于0.12%~0.91%之间。从表3-1可见，施用氮肥能有效促进小麦穗粒数增长，实施秸秆还田后，各施氮处理（S+N84-S+N336）的穗粒数增长率较S+N0基准值分布在7.26%-9.01%之间；未实施秸秆还田时，相较于N0处理，四个施氮处理（N84/N168/N252/N336）分别实现4.66%、3.26%、5.33%和5.98%的穗粒数增长，可见秸秆还田协同氮肥施用对穗粒数的促进作用更明显，从秸秆还田的单一效应分析，未显著改变穗粒数，若保持相同氮肥用量，除S+N168处理比对照N168处理微涨0.8%外，其余还田处理的穗粒数表现均不及未还田处理，呈现0.19%~4.17%的下降趋势。基于公顷的穗数变化分析，由表3-1可见，增施氮肥能明显提高公顷穗数，且与穗粒数协同波动，若进行秸秆还田操作，与对照S+N0相比，S+N84、S+N168、S+N252和S+N336处理的穗数增幅依次为15.49%、17.04%、20.79%和17.77%；未实施秸秆还田时，各施氮处理（N84-N336）较N0处理的增幅呈梯度分布：22.72%、23.20%、21.81%、22.35%，各施氮量条件下，实施秸秆还田均显著促进穗数形成，增长幅度介于1.04%至7.36%之间，尤以S+N252处理的增加幅度最高。氮肥用量与收获指数的关系呈单峰曲线，拐点前上升拐点后下降，采用秸秆还田方式，采用S+N168处理时，收获指数最高值为42.2%；未实施秸秆还田的处理中，最高收获指数出现在N252处理，未进行氮肥施用阶段，两类处理的收获指数均显示最低水平，随氮肥施用量增长形成先扬后抑的变化模式，收获指数在秸秆还田条件下总体呈下降趋势，仅S+N168处理较N168处理有0.41%的微小增幅，除S+N168外，其他秸秆还田处理的收获指数均较不还田处理低1.35%~5.15%。表3-1不同施氮量对小麦产量构成要素的影响施氮量（kg/hm2）千粒重（g）穗粒数（粒）穗数(╳104/hm2)收获指数(%)NS+NNS+NNS+NNS+NN044.1243.2334.4632.5838942538.5739.37N8441.2542.2537.1136.8946948244.0245.05N16840.1541.3636.8437.1447148541.0241.63N25238.7639.4138.4438.0145849340.2140.33N33637.9638.8839.9439.7946249041.3643.873.3秸秆还田配施氮肥对土壤硝态氮残留量的影响根据表3-2数据，秸秆还田对1米土层内土壤硝态氮残留量的提升作用显著，其具有较强的硝态氮保蓄能力。硝态氮残留量随施氮量增加呈递增趋势，在施氮量达336kg/hm²时达到峰值。从土层分布特征看，硝态氮呈现明显的表聚效应，0~40cm土层残留量最高，随土层深度增加逐渐降低。在N0条件下，秸秆还田对不同深度土层硝态氮的提升幅度存在差异：0~20cm土层增幅最大（61.66%），60~80cm土层次之（52.09%），各土层平均提升39.51%，显示出秸秆还田对表层土壤硝态氮的富集效应更强。当施氮量为84kg/hm²时，秸秆还田对土层硝态氮残留量的影响呈现分层特征：0~20cm土层显著增加35.71%，而20~40cm土层减少33.62%，60~100cm土层变化未达显著水平。施氮量提升至168kg/hm²时，秸秆还田主要促进0~40cm土层硝态氮累积（平均提升12.70%），但导致40~60cm土层残留量降低。施氮量为252kg/hm²时，秸秆还田与不还田处理的硝态氮残留量差异最为显著：0~20cm土层增幅达116%，40~60cm、60~80cm、80~100cm土层分别增加93.32%、73.61%、22.21%，显示高氮条件下秸秆还田对表层及浅层土壤硝态氮的促累积效应突出。当施氮量增至336kg/hm²时，秸秆还田对硝态氮残留量的影响幅度收窄，各土层增幅为1.53%~45.08%，表明过量施氮可能削弱秸秆还田对硝态氮的调控效应。

表3-20-100cm不同施氮量对不同土层硝态氮残留量的影响土层深度（cm）N0N84N168N252N336NS+NNS+NNS+NNS+NNS+N0-205.538.948.6811.7813.7214.8738.2682.6579.4587.6520-403.824.176.173.8412.9315.1318.7436.2375.6482.3940-602.743.924.955.8714.6713.9643.5775.6447.3868.7460-801.672.543.743.5711.748.7648.2358.9443.6542.9880-1002.122.792.582.7312.147.1852.3463.4532.7439.453.4秸秆还田配施氮肥对土壤全氮的影响图3-3（a）数据表明，基于氮肥施用梯度的差异，秸秆还田显著促进了0-20cm土层全氮含量的积累，但增加效果不明显，其中S+N336处理的全氮积累量最大，若施氮量保持恒定，与不还田处理相比秸秆还田显著提升0~20cm土层全氮含量增幅分别为7.03%、3.67%、4.95%、1.42%和5.48%。从施氮梯度看，0~20cm土层全氮含量随氮肥施用量增加呈递增趋势，当施氮量达336kg/hm²时，秸秆还田和不还田处理的全氮含量分别较N0处理显著增加14.06%和12.41%，显示高氮条件下秸秆还田对表层全氮的累积效应更优。图3-3（b）显示，20~40cm土层全氮含量显著低于0~20cm土层，其含量随施氮量增加呈先升后降的单峰曲线，峰值出现在N84处理，其次为S+N84处理。采用秸秆还田方式后，20~40cm土层中，仅S+N0与S+N336的全氮含量优于不还田处理，分别较不还田处理增加3.26%和1.06%，除特定施氮量外，秸秆还田对深层全氮含量无统计学显著影响。图3-3不同处理条件下土壤全氮含量3.5秸秆还田配施氮肥对土壤有效磷的影响如图3-4（a）所示，0~20cm土层中各处理对土壤有效磷含量的影响均未达显著水平，含量范围为55.73~60.34mg/kg，氮肥施用量对其无明显调控效应。采用秸秆还田方式后，S+N336处理组呈现最优的有效磷积累；未采用秸秆还田时，N336处理显现峰值水平，与秸秆未还田组相比，有效磷含量仅在N0水平因秸秆还田降低2.38%，各施氮梯度均促进有效磷积累增幅为1.59%~7.59%。图3-4（b）显示，20~40cm土层的有效磷含量显著低于表层，含量范围为13.52~19.67mg/kg，各处理间差异未达显著水平。氮肥施用量对该土层有效磷无明显影响，仅S+N0、S+N84、S+N252处理的秸秆还田较不还田处理分别提升20.67%、28.90%和5.97%。整体来看，秸秆还田对土壤有效磷含量的影响具有土层特异性和施氮量依赖性，表层土壤受氮肥调控较弱，深层土壤仅在特定施氮水平下表现出一定提升效应。

图3-4不同处理条件下土壤有效磷含量3.6秸秆还田配施氮肥对土壤不同形态钾含量的影响基于表3-3数据，0~20cm土层的土壤非交换性钾含量在S+N84处理中达到最高值，N336处理则最低。秸秆还田可显著提升0~20cm土层的非交换性钾含量，S+N0至S+N336处理较对应不还田处理分别增加2.78%、1.72%、1.48%、3.05%和4.74%，但对20~40cm土层无显著影响。两类土层的非交换性钾含量均随施氮量增加呈先升后降趋势，且深层20~40cm含量显著低于表层。0~20cm土层全钾含量范围为25.24~27.34g/kg，秸秆还田在N84和N168施氮水平下分别提升1.18%和1.96%，但在N252和N336高氮条件下呈下降趋势，整体随施氮量增加呈递减趋势。20~40cm土层全钾含量为23.34~25.74g/kg，秸秆还田较不还田处理显著增加5.87%~9.42%，但N168处理出现5.05%的降幅，表明深层全钾含量受秸秆还田影响的波动性较大。在速效钾方面，0~20cm土层秸秆还田显著提升含量，增幅为12.71%~25.55%，且在N0处理下提升最显著，提升15.04%，随施氮量增加呈先降后升趋势；20~40cm土层仅在N168处理下因秸秆还田降低含量，其余施氮水平下增幅为5.04%~14.07%。水溶性钾在0~20cm土层随秸秆还田显著增加，范围为4.79%~21.69%，但在20~40cm土层呈降低趋势，且深层含量显著低于表层。非特殊性吸附钾在0~20cm土层的秸秆还田处理中显著增加，尤其在N336处理下增幅达63.71%，施氮量对其影响呈先降后升趋势；20~40cm土层的增幅为1.81%~73.17%，受施氮量影响较小。特殊性吸附钾在0~20cm土层的秸秆还田处理中提升5.07%~14.50%，深层土层增幅为0.80%~8.64%，两者均表现为表层含量高于深层。秸秆还田对土壤钾素的提升作用主要集中于0~20cm表层，且对不同形态钾素的影响存在差异：非交换性钾、速效钾、水溶性钾等活性组分在表层显著增加，而深层土壤仅部分形态钾素（如非特殊性吸附钾）表现出一定提升效应，整体呈现“表层富集、深层响应较弱”的分布特征。土层深度(cm)处理速效钾（mg/kg)水溶性钾（mg/kg)非特殊吸附钾（mg/kg)特殊吸附钾（mg/kg)非交换性钾（mg/kg)全钾（g/kg)0-20N0184.2336.9941.63106.611383.4925.94N84167.3430.0138.0197.821408.4625.44N168166.6634.2630.85102.551339.0625.54N252175.4531.2852.81102.551301.3425.54N336190.9933.7550.31105.931281.6627.34S+N0211.9438.7667.16112.021421.9225.74S+N84188.9636.5252.36104.581432.725.74S+N168209.2438.7354.08117.421358.8826.04S+N252197.7535.2546.75116.751341.0425.24S+N336233.5737.4982.36114.721342.4225.5420-40N0120.0324.8115.2980.931191.423.84N84115.322.0815.9978.221295.3523.34N168122.0522.5815.5084.981251.3825.74N252120.726.5511.5283.631277.5423.64N336126.7824.3216.4687.011250.7923.44S+N0129.4924.3219.1687.011281.1525.24S+N84131.5219.8427.6984.981254.3225.54S+N168119.3524.5715.7885.661221.0224.44S+N252126.7824.3215.7887.691292.1224.54S+N336135.5717.6027.2391.741258.5424.54表3-3不同处理土壤各形态钾素含量3.7土壤不同形态钾占全钾的比例如表3-4所示，0~20cm土层中，秸秆还田与秸秆不还田相比，秸秆还田降低了土壤矿物钾在全钾中的占比，同时提高其他形态钾的占比。S+N0、S+N84、S+N168、S+N252、S+N336处理比N0、N84、N168、N252、N336处理降低土壤矿物钾占全钾比例0.33%、0.11%、0.13%、0.34%、0.85%。与此同时，增加土壤速效钾所占全钾比例的0.15%、0.10%、0.21%、0.13%、0.29%，增加土壤水溶性钾所占全钾比例的0.04%、0.14%、0.08%、0.09%、0.13%，增加土壤非特异性吸附钾所占全钾比例的0.48%、0.27%、0.52%、0.09%、0.13%，增加土壤特异性及吸附钾所占全钾比例的0.05%、0.05%、0.11%、0.13%、0.14%，增加土壤非交换性钾所占全钾比例的0.03%、0.05%、0.05%、0.04%、0.12%。氮肥的施用对土壤不同形态钾占全钾比例的影响并不显著。在20~40cm土层中，秸秆还田和施氮量对土壤不同形态钾占全钾比例均无明显影响。20~40cm土层比0~20cm土层中土壤矿物钾占全钾比例更高，而其他形态钾占全钾的比例则不同程度降低。表3-4不同处理土壤各形态钾素占全钾比例（%）土层深度（cm）处理速效钾水溶性钾非特殊吸附钾特殊吸附钾非交换性钾矿物钾0-20N00.7220.1430.1620.4175.43593.842N840.6690.1180.1500.3905.64593.687N1680.6630.1350.1210.4075.31893.992N2520.6990.1230.1870.4075.19494.107N3360.7100.1240.1860.3934.77394.518S+N00.8380.1520.2640.4425.63293.531S+N840.7470.1430.2050.4125.67493.580S+N1680.8170.1500.2100.4585.34593.865S+N2520.7970.1400.2090.4705.41893.785S+N3360.9310.1480.3270.4565.35893.71120-40N00.5120.1040.0630.3455.10294.386N840.5030.0940.0680.3405.66993.829N1680.4820.0870.0590.3354.95594.563N2520.5190.1130.0480.3595.51893.963N3360.5500.1040.0700.3775.45094.000S+N00.5210.0960.0750.3505.17694.303S+N840.5230.0770.1090.3375.00794.470S+N1680.4960.1010.0640.3565.09894.406S+N2520.5250.0990.0640.3635.37294.103S+N3360.5620.0710.1110.3795.23294.206第4章讨论4.1秸秆还田和施氮肥对小麦产量及生物量的影响秸秆还田作为一种经济有效的秸秆资源利用方式，已被广泛研究。许多研究表明，秸秆还田能够显著增加小麦产量。氮肥的合理施用对小麦产量的提升也具有关键作用。尽管秸秆还田和氮肥施用通常被认为是提高小麦产量的有效手段，但并非在所有情况下都能实现。本研究发现，在秸秆还田后，若氮肥施用量过低，小麦产量反而会出现减产趋势；只有当氮肥施用量达到一定量时，产量才会显著增加。秸秆还田配合氮肥施用比单施氮肥更能提高小麦产量，其原因可能在于秸秆还田能够增加土壤肥力，同时提升微生物活性，加速土壤速效养分的释放[37]。在氮肥施用方面，王学敏[38]指出单施氮肥时，施氮量过低会降低小麦的生物量，而施氮量过高则会导致小麦减产，这一结论与本研究结果一致。李亚鑫[39]也指出，秸秆还田后配合施用的氮肥用量需超过115kg/hm²时，小麦产量才会显著增加，这一结论与本研究相似。郭戎博[40]进一步发现，小麦的生物量会随着施氮量的增加先升高后降低，且在施氮量较低时，秸秆还田会导致生物量降低，只有当施氮量高于57.5kg/hm²时，秸秆还田才能提高生物量，这同样与本研究结果一致。本研究还发现，施用氮肥对小麦的收获指数有显著影响，随着施氮量的增加，收获指数先升高后降低。4.2秸秆还田和施氮肥对小麦构成要素的影响本研究通过田间试验探究施肥与秸秆管理对小麦产量构成要素的影响，结果表明：氮肥施用可显著提升小麦公顷穗数与穗粒数，但对千粒重产生负向作用；相比之下，秸秆还田处理不仅能增加千粒重和公顷穗数，且穗数提升是驱动小麦产量增长的核心因素。从作用机制看，赵思达[41]的研究指出，秸秆还田与氮肥配施可协同促进公顷穗数和穗粒数增加，同时降低千粒重。陈翔[42]进一步解释，秸秆还田通过增强小麦对氮素的吸收利用效率，为小花发育提供充足养分，进而提高结实率。此外，有研究显示，秸秆还田可通过扩大小麦光合面积、促进干物质积累，实现公顷穗数与穗粒数的双重提升；同时，该处理能减少不孕穗数量，从另一维度增加单穗粒数[43]。本研究结果不仅印证了秸秆还田在协调产量构成要素中的积极作用，也为氮肥精准施用与秸秆资源高效利用提供了理论依据，优化小麦丰产栽培技术体系。4.3秸秆还田对土壤氮、磷养分的影响施加氮肥及玉米秸秆还田对土壤氮磷养分均有调控作用，微生物作用下秸秆的氮磷物质逐步分解释放，促进土壤养分积累，但施氮量过高可能引起硝态氮增加，引发淋溶潜在威胁，当尿素溶解于土壤时其产物为硝态氮[44]，研究结果表明，0~20cm和20~40cm两个土层的硝态氮残留与施氮量呈正相关关系，秸秆还田同样呈现这一规律，秸秆还田条件下，这两个土层的硝态氮残留量也明显上升。0~20cm土壤层全氮量经秸秆还田处理显著提高，但对深层（20~40cm）的氮素积累影响轻微，20~40cm土层的全氮水平明显不及0~20cm土层，0~20cm含量与施氮量呈正相关，20~40cm土层全氮含量未出现明显变化。观测到高施氮量条件下全氮含量降低，该现象或与试验地及环境的不同特性相关，添加氮肥的秸秆还田处理可优化全氮增量效果，或由于氮肥加速了秸秆分解过程，加速了养分溶出，作物正常生长需要磷这类关键大量元素，其有效性直接关系到作物的吸收效率。已有研究显示秸秆还田对速效磷的作用效果各异，0~20cm土壤有效磷含量受秸秆还田影响显著升高，然而中层20~40cm土壤的有效磷增幅不显著，前人研究表明，氮肥与秸秆还田协同作用可促进耕层有效磷积累，数据显示20~40cm土层速效磷含量明显低于表层土壤。4.4秸秆还田对土壤钾素形态的影响秸秆还田具有诸多益处，例如改善土壤环境和结构、促进土壤微生物代谢活动以及提高土壤养分含量等。这些优点部分源于秸秆本身含有丰富的养分，尤其是钾素。大量研究表明，秸秆还田对土壤钾素含量有显著影响。孙伟红等[45]的研究发现，秸秆还田可使土壤速效钾含量增加11.7mg/kg。此外，邢素丽[46]观察到秸秆还田能够显著提高0~20cm土层的土壤速效钾和缓效钾含量，但对20~40cm土层的相应指标影响不明显。这可能是因为小麦根系主要集中在0~20cm土层，导致钾素固定增强，难以向深层土壤迁移。李秀双[47]也发现，0~20cm土层的土壤水溶性钾、非特异性吸附钾、特异性吸附钾、非交换性钾和全钾含量均高于20~40cm土层，这可能是由于养分富集作用所致。本研究同样发现，秸秆还田能够提升0~20cm土层不同形态钾的含量，而对20~40cm土层的影响不显著，推测是秸秆还田促进了土壤钾素养分的层化现象，使钾素更多地富集在表层土壤。在20~40cm土层中，本研究发现秸秆还田和施氮量对土壤不同形态钾占全钾比例的影响不显著。然而，该土层中矿物钾占全钾的比例相对较高，其他形态钾占全钾的比例则相对较低。这可能是因为秸秆还田后小麦产量增加，生物量增大，吸收的土壤钾素增多，收获时带走的钾素也相应增加。由于土壤中速效钾含量不足以满足需求，导致土壤钾素平衡受到影响，促使矿物钾向非交换性钾和速效钾转化。尽管秸秆还田可以补充一定量的钾素，但仍然不满足需求。因此，长期秸秆还田后，适量增施钾肥可以补充土壤钾素，从而更有利于小麦增产。本研究还发现，秸秆还田不仅提高土壤不同形态钾的含量，还提升了其占全钾含量的比例，这表明秸秆还田能够增强土壤的供钾潜力。

第5章结论通过田间裂区试验，系统分析了秸秆还田与差异化氮肥施用量对小麦产量及土壤钾素的影响规律，为作物高产优质栽培提供科学参考。主要研究结论如下：（1）若氮肥施用水平较高，秸秆还田对小麦增产效果明显，小麦产量随施氮量上升呈现先增后降，施氮量显著调控小麦生物量，产量变化与生物量趋势高度吻合，若不补充氮肥，实施秸秆还田会减少小麦生物量。不施氮时，秸秆还田才降低小麦的千粒重，配合氮肥施用可增加千粒重，秸秆还田处理下穗粒数未见明显变化，同等氮肥施用条件下出现下滑趋势；与不施氮相比，施氮处理显著提高了穗粒数，施氮配合秸秆还田可有效提高公顷穗数，施用氮肥可显著增加穗数，收获指数与施氮量之间表现为先正后负的相关关系，秸秆还田总体上与收获指数的下降相关联，N168处理成为例外出现增长。（2）小麦地上部氮吸收效率与施氮量存在显著正比关系，秸秆还田对植株氮素吸收的改善效果有限，然而高量施氮情况下可见微幅促进，磷吸收过程对氮肥梯度与秸秆还田表现出阶段性响应：处于低氮施肥条件下，实施秸秆还田会抑制植株地上部分的磷素积累；在高氮肥施用水平下，实施秸秆还田后吸磷量明显增加，秸秆未还田的实验组，实施秸秆还田后，植株地上部对钾的吸收明显增强，增长幅度介于1.95%至16.52%之间，说明秸秆还田对钾吸收的促进具有稳定性。（3）1m土层硝态氮在秸秆还田条件下残留量显著增大，硝态氮积累呈现显著的表层集中效应，主要累积在0~40cm的浅层区域，从氮素含量的纵向梯度看，实施秸秆还田后，0~20cm深度土壤全氮含量显著提升，20~40cm土层的氮素积累未达显著水平；氮肥施用量与0~20cm土层全氮含量呈同步增长趋势，与氮素对照，秸秆还田与氮肥联用对土壤有效磷提升效果不明显，在表层0~20cm及亚表层20~40cm均未见显著统计学差异。（4）秸秆还田对提升表层土壤钾素效果明显，可显著增加0~20cm深度土壤中速效钾、水溶钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾、非交换性钾及全钾含量，且全钾中矿物钾的占比降低，活性钾含量占比升高，N0施肥方案下两种钾形态含量相对提升明显，而N252、N336处理组的特殊吸附钾等水平更优，秸秆还田处理下，20~40cm土层钾素形态分布比例未呈现显著变化，该土层矿物钾比例未见明显下降，有效态钾占比不高。第6章展望本研究深入探讨秸秆还田与施氮量对小麦产量、生物量及产量构成要素的影响，同时分析了其对土壤养分及钾素形态的作用。研究结果表明，秸秆还田结合合理施氮能够显著提升小麦产量和土壤肥力。然而，当前研究仍存在一些局限性，未来的研究方向可以从以下几个方面进一步拓展和深化。（1）本研究主要关注秸秆还田与施氮量对小麦生长的直接影响，但未充分考虑降水年型的差异。未来的研究可以结合不同降水年型开展长期定位试验，分析降水条件对秸秆还田和施氮效果的调节作用。（2）本研究虽然分析了土壤养分的变化，但对氮、磷组分的动态变化研究还不够深入。未来的研究可以借助同位素示踪技术，分析秸秆还田与施氮条件下土壤中氮、磷的形态转化和生物有效性。（3）本研究基于短期定位试验，对秸秆还田的长期生态效应尚未完全明确。长期秸秆还田对土壤结构、肥力、生物多样性和温室气体排放等方面的影响需要进一步研究。秸秆还田配施氮肥在提升小麦产量和土壤肥力方面具有广阔的应用前景。未来的研究应从降水年型的影响、土壤氮磷组分变化、长期生态效应以及技术优化与应用推广等方面入手，进一步完善秸秆还田技术体系，为保障国家粮食安全、改善土壤生态环境和推动农业绿色发展提供科学依据。

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