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摘 要：玉米高光效栽培通过调整栽培行向、栽培株行距等方式最大程度的利用了光热资源，达到增产增效的目的，将收获后的部分秸秆还田对改善土壤结构，提高土壤养分有极大的促进作用。该研究通过对玉米高光效栽培和秸秆还田研究，结果表明：高光效及秸秆还田能显著提升玉米产量，秸秆还田收获后土壤有机质含量相比种植前提高了198.47%，秸秆还田处理速效钾的含量相比对照提高了59.18%，说明秸秆还田有助于提高有机质含量，有效改善土壤结构，增加肥力，为作物高产优质提供良好的土壤条件。
关键词：高光效；秸秆还田；玉米；土壤理化性质
中图分类号 S513 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）17-0036-04
多年来宁夏的玉米种植一直沿用传统的0.5～0.6m 垄距和无规律垄向的栽培方式，学者们也一直围绕这种栽培方式开展提高玉米产量有关的育种技术、新肥料研制与配施技术以及水分管理技术等方面的研究工作，并取得了许多成果，为玉米产量的不断提高做出了重大贡献[1]。玉米是高光效C4植物，喜温、光，按光温条件计算，宁夏玉米产量可达30000～33000kg/hm2，而目前玉米平均产量只达到光温条件生产产量的1/3左右，平均产量徘徊在8250～9750kg/hm2。研究表明，玉米目前的栽培方式存在着植株相互遮阴，群体内部通风、透光不好，病虫害发生频率高等问题，这些影响作物产量的因素还没有得到解决。根据宁夏的土壤肥力、水资源量、品种性状、肥料以及管理等方面的条件，继续稳定增产的难度较大[2-5]。只有通过新型种植模式，挖掘提高光能利用率的技术，才能实现增产增收。
秸秆还田技术可以大面积以地养地，是低耗持续的农业生产方式，对提高土壤有机质的含量和质量，改善土壤的物理性状，培肥土壤，增加土壤微生物活性，提高农作物增产的潜力，防止农田土壤沙化和改善农业生态环境有重要的作用[6-8]。秸秆还田是秸秆肥料化利用最主要的途径，也是农作物秸秆最经济可行、最易于推广操作的综合利用方式，有利于农业可持续发展。在我国主要农区秸秆还田，虽然在还田的数量、方式和方法不同，但都能取得较好的增产效果，都有改良土壤、培肥地力的作用，覆盖还田还有蓄水保墒、调节地温、抑制杂草生长等作用[9-12]，废弃的秸秆是宝贵的可再生资源，但是这些秸秆一直处于利用率很低的状况。为此，本研究通过玉米高光效栽培和秸秆还田结合的方式，以期为玉米的高产及土壤的可持续利用提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况 试验基地位于宁夏平罗县，该区域属大陆性气候，日照充足，温差大，蒸发强烈，平均日照时数达3008h，年均蒸发量1755mm，年均气温2.8～16.0℃，年均降水量为173mm，无霜期为171d，土壤为次生盐化土。
1.2 试验材料 供试玉米品种为“登海608”，秸秆腐熟剂为自主开发的秸秆复合发酵菌剂，配合尿素施用。
1.3 试验设计 试验共设3个处理，T1：对照，以农户常规种植为对照（非秸秆还田+非高光效）；T2：高光效处理，采用利于通光通气的宽窄行设计，宽行行距70cm，窄行行距40cm，株距20cm；T3：秸秆还田处理，采用高光效+秸秆还田共同处理。每处理3次重复，每个小区长17.3m，宽5.5m，小区面积95.2m2，种10行玉米，试验地四周设计4行保护行。
1.4 测定指标及方法 土壤物理性质的测定：含水量、土壤容重、田间持水量、饱和含水量用环刀法测定。
1.4.1 土壤化学性质的测量 pH值（水土比为5∶1）用PHS-25精密酸度计测量；全盐使用DDS-11电导率仪测定；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁滴定法测定；全氮测量采用凯氏消解-蒸馏滴定法；碱解氮使用碱解扩散法测定；全磷测量用NaOH熔融—钼锑抗锑抗比色，有效磷用0.5mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法；速钾测量用1mol/L醋酸铵溶液浸提—火焰光度法。
1.4.2 生理指標的测量 用CI-340手持光合测量仪测定植株净光合速率（Pn），在晴朗、光照充足一天内9：30—11：00、13：00—14：00两个时间段测量2次，每次测量速度要快，才能保证各小区光强的相似性。测定部位为叶片中部。气孔导度E值、叶片蒸腾速率C值、细胞间二氧化碳浓度IntCO2。
1.4.3 考种 产量测定采用测产计产，每个小区随机抽取15株玉米，测定它们的株高、茎粗、果穗长、果穗粗、穗行数、穗粒数、秃尖、籽粒鲜重、百粒重（鲜）、百粒重（干）。株高用卷尺测量，茎粗用游标卡尺，质量用电子天平，籽粒含水量用水分仪测量。
1.5 统计分析 对所测定的数据用Excel2003计算处理。方差分析由DPS7.05软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 高光效及秸秆还田对成熟期玉米光合指标的影响 从表1可以看出，高光效及秸秆还田显著提高了玉米净光合速率，充足的光照田间以及良好的土壤基础促进了作物气孔张开程度，加快光合作用进程，同时，也增加气孔导度以及细胞间CO2浓度，在一定基础上提高光合产物形成。再者，充足的光源更有利于叶绿素合成所需的N、Mg、Fe、Mn、P等矿质元素的吸收利用，反之少光条件下使叶片淀粉水解加强，糖类堆积，光合产物输出缓慢，导致光合速率下降，营养物质的运输效率也因缺光降低。秸秆还田处理叶片蒸腾速率较大，这是由于土壤质地良好，叶片从土壤中所获的水分也越多，蒸腾量自然越大。水分利用率WUE在秸秆还田处理下表现为最大状态，相比对照增加了157.14%，说明该处理有助于增加土壤保水保墒的能力，主要由于秸秆在腐解过程中，促进土壤团粒机构的改善，将微团聚体逐渐向大团聚体过渡。
2.2 高光效及秸秆还田对干物质积累的影响 由图1可知，根系中干物质所占百分比随着生育进程的加快而总体呈逐步上升的趋势，玉米幼苗期促进根系生长发育显得尤为重要；秸秆还田干物质积累量明显高于对照，平均提高了16.7%左右，而高光效相比常规处理变化不大，主要由于高光效集中表现在叶片光合作用进程中，对叶片养分的积累起到积极作用；茎部养分积累表现在秸秆还田处理上，玉米茎干物质百分比总体上随着生育进程呈先升高后降低的趋势，在大叭口期茎中干物质占到了60%，拔节期植株通过从土壤中获取养分而迅速促进茎秆健壮发育；叶片干物质累积量总体随着生育进程而逐步降低，在灌浆期前期合成的干物质开始转入籽粒中，苗期供足氮、镁、铁、锰、锌等营养元素对于促进叶片发育，进一步为后期干物质转运到籽粒创造前提条件，同样也是重要的生产手段，叶片干物质积累增加主要表现在播种120d后，高光效处理下植株叶片累较多的光合产物，进一步将营养物质输送至籽粒器官中，为后期作物高产创造良好条件；籽粒在播种100d开始形成，秸秆还田处理下籽粒干物质积累较快，明显高于对照，高光效处理与常规处理变化不大。 2.3 高光效及秸秆还田对玉米果穗发育的影响 表2可知：秸秆还田的穗长最长，为20.72cm，相比对照增加了17.85%；就穗粗而言秸秆还田比对照高出18.37%；高光效和秸秆还田穗行数相当，都为16.33；高光效的穗粒数高于其他3个处理，为560.09，比对照高出26.12%；常规处理、高光效和秸秆还田3个处理的秃尖长均小于对照处理，常规处理的秃尖长最短，为2.83cm；秸秆还田的百粒重最大，比对照处理高出了46.88%。
2.4 高光效及秸秆还田对玉米产量与经济效益的影响 由表3可知，高光效及秸秆还田对玉米产量有显著的增产效果，其中秸秆还田处理的产量最高，为18983.4kg/hm2，较对照处理增产了67.09%，但是相应的秸秆还田处理投入值也最高，产投比为3.62，经济效益不佳；高光效的产量与秸秆还田的产量相差不大，都有显著提高产量的效果，但是高光效技术投入值小，产投比最高，为5.30，经济效益最好。
2.5 高光效及秸秆还田对收获后土壤理化性质的影响 表4可得：高光效处理相比常规处理来说，容重变化不大，秸秆还田相比对照来说显著降低了容重，有助于玉米根系灵活伸长与穿插，进而从土壤中获取更多的营养物质；同时，有助于保持土壤水分，田间持水量达到18.75，相比对照增加了21.20%，此外，秸秆还田增加土壤孔隙度，有助于好养微生物活动，改良土壤结构，使土壤疏松，促进玉米作物根系的发育。机械组成方面，土壤质地以粉粒壤土为主，粉粒含量高于砂粒与粘粒，通气透水、保水保温性能都较好，是较理想的农业土壤，秸秆还田增加了粉粒含量，相比对照增加了25.13%，因此，秸秆还田更好的改善土壤环境，为作物生长奠定良好的土壤基础。
表5可得：通过实验室常规方法分析0～40cm土层混合样，结果显示：土壤pH>8，为碱性土壤，并且高光效以及秸秆还田相比对照和常规处理降低土壤pH，同时，秸秆还田降低土壤全盐含量，相比对照降低了26.92%；高光效处理相比常规处理变化不大，秸秆还田收获后土壤有机质含量相比种植前提高了198.47%，说明秸秆还田有助于提高有机质含量，并且增幅较大，可有效改善土壤结构，增加肥力，为作物高产优质提供良好的土壤条件；此外，高光效处理相比常规处理增加了土壤碱解氮以及有效磷、速效钾含量，但增幅不大，秸秆还田处理显著增加了速效钾的含量，达到了二级稍丰水平，相比对照提高59.18%，主要由于秸秆中含有大量的新鲜有机物料，在归还于农田之后，经过一段时间的腐解作用，就可以转化成有机质和速效养分；高光效处理下全氮含量相比常规处理变化不大，秸秆还田相比对照增加了33.33%，全磷表现为相同趋势，秸秆还田全磷含量达到三级中等水平。
3 结论
玉米高光效及秸秆生物还田能显著促进农业节本、增产、增效，高光效种植具有产量高、成本低、效应高等特点，秸秆还田技术可以补充土壤养分、促进微生物活动、减少化肥使用量以及改善生态环境。
参考文献
[1]刘远和.玉米高光效休耕轮作土壤含水量和光分布特征[J].农业工程，2014，4（4）：162-166.
[2]郝宇佳，张含思，张磊，等.高光效休耕玉米轮作技术对土壤的影响[J].湖北农业科学，2015（8）：1829-1831.
[3]郝宇佳，张含思，张磊，等.高光效玉米休耕轮作对比传统农业应用技术研究[J].山西农业科学，2015（4）：419-421.
[4]李哲帅.玉米高光效新型栽培技术示范效果分析[J].农业与技术，2016，36（9）：92-93.
[5]李怀庆，刘英杰，周高飞，等.玉米高光效保护性耕作栽培技术[J].现代化农业，2011（9）：10-11.
[6]孟龙.玉米秸秆还田技术的推广应用[J].农机使用与维修，2014（8）：49-49.
[7]崔新卫，张杨珠，吴金水，等.秸秆还田对土壤质量与作物生长的影响研究进展[J].土壤通报，2014，45（6）：001527-1532.
[8]高飞，崔增团，孙淑梅，等.甘肃中东部旱区秸秆还田量对土壤水分、玉米生物性状及产量的影响[J].干旱地区农业研究，2016，34（5）：74-78.
[9]李世忠，冯海东，解倩，等.宁夏引黄灌区土壤物理性状对玉米秸秆还田的响应[J].农业科学研究，2017（2）.
[10]趙亚丽，薛志伟，郭海斌，等.耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响[J].中国农业科学，2014，47（17）：3359-3371.
[11]慕平，张恩和，王汉宁，等.不同年限全量玉米秸秆还田对玉米生长发育及土壤理化性状的影响[J].中国生态农业学报，2012，20（3）：291-296.
[12]周怀平，解文艳，关春林，等.长期秸秆还田对旱地玉米产量、效益及水分利用的影响[J].植物营养与肥料学报，2013，19（2）：321-330.
（责编：张宏民）
关键词：高光效；秸秆还田；玉米；土壤理化性质
中图分类号 S513 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）17-0036-04
多年来宁夏的玉米种植一直沿用传统的0.5～0.6m 垄距和无规律垄向的栽培方式，学者们也一直围绕这种栽培方式开展提高玉米产量有关的育种技术、新肥料研制与配施技术以及水分管理技术等方面的研究工作，并取得了许多成果，为玉米产量的不断提高做出了重大贡献[1]。玉米是高光效C4植物，喜温、光，按光温条件计算，宁夏玉米产量可达30000～33000kg/hm2，而目前玉米平均产量只达到光温条件生产产量的1/3左右，平均产量徘徊在8250～9750kg/hm2。研究表明，玉米目前的栽培方式存在着植株相互遮阴，群体内部通风、透光不好，病虫害发生频率高等问题，这些影响作物产量的因素还没有得到解决。根据宁夏的土壤肥力、水资源量、品种性状、肥料以及管理等方面的条件，继续稳定增产的难度较大[2-5]。只有通过新型种植模式，挖掘提高光能利用率的技术，才能实现增产增收。
秸秆还田技术可以大面积以地养地，是低耗持续的农业生产方式，对提高土壤有机质的含量和质量，改善土壤的物理性状，培肥土壤，增加土壤微生物活性，提高农作物增产的潜力，防止农田土壤沙化和改善农业生态环境有重要的作用[6-8]。秸秆还田是秸秆肥料化利用最主要的途径，也是农作物秸秆最经济可行、最易于推广操作的综合利用方式，有利于农业可持续发展。在我国主要农区秸秆还田，虽然在还田的数量、方式和方法不同，但都能取得较好的增产效果，都有改良土壤、培肥地力的作用，覆盖还田还有蓄水保墒、调节地温、抑制杂草生长等作用[9-12]，废弃的秸秆是宝贵的可再生资源，但是这些秸秆一直处于利用率很低的状况。为此，本研究通过玉米高光效栽培和秸秆还田结合的方式，以期为玉米的高产及土壤的可持续利用提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况 试验基地位于宁夏平罗县，该区域属大陆性气候，日照充足，温差大，蒸发强烈，平均日照时数达3008h，年均蒸发量1755mm，年均气温2.8～16.0℃，年均降水量为173mm，无霜期为171d，土壤为次生盐化土。
1.2 试验材料 供试玉米品种为“登海608”，秸秆腐熟剂为自主开发的秸秆复合发酵菌剂，配合尿素施用。
1.3 试验设计 试验共设3个处理，T1：对照，以农户常规种植为对照（非秸秆还田+非高光效）；T2：高光效处理，采用利于通光通气的宽窄行设计，宽行行距70cm，窄行行距40cm，株距20cm；T3：秸秆还田处理，采用高光效+秸秆还田共同处理。每处理3次重复，每个小区长17.3m，宽5.5m，小区面积95.2m2，种10行玉米，试验地四周设计4行保护行。
1.4 测定指标及方法 土壤物理性质的测定：含水量、土壤容重、田间持水量、饱和含水量用环刀法测定。
1.4.1 土壤化学性质的测量 pH值（水土比为5∶1）用PHS-25精密酸度计测量；全盐使用DDS-11电导率仪测定；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁滴定法测定；全氮测量采用凯氏消解-蒸馏滴定法；碱解氮使用碱解扩散法测定；全磷测量用NaOH熔融—钼锑抗锑抗比色，有效磷用0.5mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法；速钾测量用1mol/L醋酸铵溶液浸提—火焰光度法。
1.4.2 生理指標的测量 用CI-340手持光合测量仪测定植株净光合速率（Pn），在晴朗、光照充足一天内9：30—11：00、13：00—14：00两个时间段测量2次，每次测量速度要快，才能保证各小区光强的相似性。测定部位为叶片中部。气孔导度E值、叶片蒸腾速率C值、细胞间二氧化碳浓度IntCO2。
1.4.3 考种 产量测定采用测产计产，每个小区随机抽取15株玉米，测定它们的株高、茎粗、果穗长、果穗粗、穗行数、穗粒数、秃尖、籽粒鲜重、百粒重（鲜）、百粒重（干）。株高用卷尺测量，茎粗用游标卡尺，质量用电子天平，籽粒含水量用水分仪测量。
1.5 统计分析 对所测定的数据用Excel2003计算处理。方差分析由DPS7.05软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 高光效及秸秆还田对成熟期玉米光合指标的影响 从表1可以看出，高光效及秸秆还田显著提高了玉米净光合速率，充足的光照田间以及良好的土壤基础促进了作物气孔张开程度，加快光合作用进程，同时，也增加气孔导度以及细胞间CO2浓度，在一定基础上提高光合产物形成。再者，充足的光源更有利于叶绿素合成所需的N、Mg、Fe、Mn、P等矿质元素的吸收利用，反之少光条件下使叶片淀粉水解加强，糖类堆积，光合产物输出缓慢，导致光合速率下降，营养物质的运输效率也因缺光降低。秸秆还田处理叶片蒸腾速率较大，这是由于土壤质地良好，叶片从土壤中所获的水分也越多，蒸腾量自然越大。水分利用率WUE在秸秆还田处理下表现为最大状态，相比对照增加了157.14%，说明该处理有助于增加土壤保水保墒的能力，主要由于秸秆在腐解过程中，促进土壤团粒机构的改善，将微团聚体逐渐向大团聚体过渡。
2.2 高光效及秸秆还田对干物质积累的影响 由图1可知，根系中干物质所占百分比随着生育进程的加快而总体呈逐步上升的趋势，玉米幼苗期促进根系生长发育显得尤为重要；秸秆还田干物质积累量明显高于对照，平均提高了16.7%左右，而高光效相比常规处理变化不大，主要由于高光效集中表现在叶片光合作用进程中，对叶片养分的积累起到积极作用；茎部养分积累表现在秸秆还田处理上，玉米茎干物质百分比总体上随着生育进程呈先升高后降低的趋势，在大叭口期茎中干物质占到了60%，拔节期植株通过从土壤中获取养分而迅速促进茎秆健壮发育；叶片干物质累积量总体随着生育进程而逐步降低，在灌浆期前期合成的干物质开始转入籽粒中，苗期供足氮、镁、铁、锰、锌等营养元素对于促进叶片发育，进一步为后期干物质转运到籽粒创造前提条件，同样也是重要的生产手段，叶片干物质积累增加主要表现在播种120d后，高光效处理下植株叶片累较多的光合产物，进一步将营养物质输送至籽粒器官中，为后期作物高产创造良好条件；籽粒在播种100d开始形成，秸秆还田处理下籽粒干物质积累较快，明显高于对照，高光效处理与常规处理变化不大。 2.3 高光效及秸秆还田对玉米果穗发育的影响 表2可知：秸秆还田的穗长最长，为20.72cm，相比对照增加了17.85%；就穗粗而言秸秆还田比对照高出18.37%；高光效和秸秆还田穗行数相当，都为16.33；高光效的穗粒数高于其他3个处理，为560.09，比对照高出26.12%；常规处理、高光效和秸秆还田3个处理的秃尖长均小于对照处理，常规处理的秃尖长最短，为2.83cm；秸秆还田的百粒重最大，比对照处理高出了46.88%。
2.4 高光效及秸秆还田对玉米产量与经济效益的影响 由表3可知，高光效及秸秆还田对玉米产量有显著的增产效果，其中秸秆还田处理的产量最高，为18983.4kg/hm2，较对照处理增产了67.09%，但是相应的秸秆还田处理投入值也最高，产投比为3.62，经济效益不佳；高光效的产量与秸秆还田的产量相差不大，都有显著提高产量的效果，但是高光效技术投入值小，产投比最高，为5.30，经济效益最好。
2.5 高光效及秸秆还田对收获后土壤理化性质的影响 表4可得：高光效处理相比常规处理来说，容重变化不大，秸秆还田相比对照来说显著降低了容重，有助于玉米根系灵活伸长与穿插，进而从土壤中获取更多的营养物质；同时，有助于保持土壤水分，田间持水量达到18.75，相比对照增加了21.20%，此外，秸秆还田增加土壤孔隙度，有助于好养微生物活动，改良土壤结构，使土壤疏松，促进玉米作物根系的发育。机械组成方面，土壤质地以粉粒壤土为主，粉粒含量高于砂粒与粘粒，通气透水、保水保温性能都较好，是较理想的农业土壤，秸秆还田增加了粉粒含量，相比对照增加了25.13%，因此，秸秆还田更好的改善土壤环境，为作物生长奠定良好的土壤基础。
表5可得：通过实验室常规方法分析0～40cm土层混合样，结果显示：土壤pH>8，为碱性土壤，并且高光效以及秸秆还田相比对照和常规处理降低土壤pH，同时，秸秆还田降低土壤全盐含量，相比对照降低了26.92%；高光效处理相比常规处理变化不大，秸秆还田收获后土壤有机质含量相比种植前提高了198.47%，说明秸秆还田有助于提高有机质含量，并且增幅较大，可有效改善土壤结构，增加肥力，为作物高产优质提供良好的土壤条件；此外，高光效处理相比常规处理增加了土壤碱解氮以及有效磷、速效钾含量，但增幅不大，秸秆还田处理显著增加了速效钾的含量，达到了二级稍丰水平，相比对照提高59.18%，主要由于秸秆中含有大量的新鲜有机物料，在归还于农田之后，经过一段时间的腐解作用，就可以转化成有机质和速效养分；高光效处理下全氮含量相比常规处理变化不大，秸秆还田相比对照增加了33.33%，全磷表现为相同趋势，秸秆还田全磷含量达到三级中等水平。
3 结论
玉米高光效及秸秆生物还田能显著促进农业节本、增产、增效，高光效种植具有产量高、成本低、效应高等特点，秸秆还田技术可以补充土壤养分、促进微生物活动、减少化肥使用量以及改善生态环境。
参考文献
[1]刘远和.玉米高光效休耕轮作土壤含水量和光分布特征[J].农业工程，2014，4（4）：162-166.
[2]郝宇佳，张含思，张磊，等.高光效休耕玉米轮作技术对土壤的影响[J].湖北农业科学，2015（8）：1829-1831.
[3]郝宇佳，张含思，张磊，等.高光效玉米休耕轮作对比传统农业应用技术研究[J].山西农业科学，2015（4）：419-421.
[4]李哲帅.玉米高光效新型栽培技术示范效果分析[J].农业与技术，2016，36（9）：92-93.
[5]李怀庆，刘英杰，周高飞，等.玉米高光效保护性耕作栽培技术[J].现代化农业，2011（9）：10-11.
[6]孟龙.玉米秸秆还田技术的推广应用[J].农机使用与维修，2014（8）：49-49.
[7]崔新卫，张杨珠，吴金水，等.秸秆还田对土壤质量与作物生长的影响研究进展[J].土壤通报，2014，45（6）：001527-1532.
[8]高飞，崔增团，孙淑梅，等.甘肃中东部旱区秸秆还田量对土壤水分、玉米生物性状及产量的影响[J].干旱地区农业研究，2016，34（5）：74-78.
[9]李世忠，冯海东，解倩，等.宁夏引黄灌区土壤物理性状对玉米秸秆还田的响应[J].农业科学研究，2017（2）.
[10]趙亚丽，薛志伟，郭海斌，等.耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响[J].中国农业科学，2014，47（17）：3359-3371.
[11]慕平，张恩和，王汉宁，等.不同年限全量玉米秸秆还田对玉米生长发育及土壤理化性状的影响[J].中国生态农业学报，2012，20（3）：291-296.
[12]周怀平，解文艳，关春林，等.长期秸秆还田对旱地玉米产量、效益及水分利用的影响[J].植物营养与肥料学报，2013，19（2）：321-330.
（责编：张宏民）