黑土区不同秸秆还田方式对玉米产量及经济效益的影响

Effects of different straw returning methods on maize yield and economic benefits in black soil region

摘要

为探究东北黑土区不同秸秆还田方式对玉米产量和经济效益的影响，基于2017—2023年7年定位试验，探究常规耕作秸秆移除（CT）、秸秆深翻还田（PTSR）、秸秆碎混还田（RTSR）和秸秆覆盖还田免耕（NTSR）4个处理对土壤理化性质和玉米生长发育的影响，并分析其经济效益。结果表明：1）不同秸秆还田方式主要影响>10—20 cm土层土壤容重，表现为CT>NTSR>RTSR>PTSR；秸秆还田6年后，不同处理之间土壤有机质含量差异均达到显著水平（P<0.05），与CT相比，NTSR处理0—5 cm土层有机质含量显著增加19.9%（P<0.05），PTSR处理>20—30 cm土层有机质含量显著增加19.8%（P<0.05）；PTSR、RTSR和NTSR显著提高了5 cm土层处土壤含水量（P<0.05），在播种至出苗期，PTSR、RTSR和NTSR土壤含水量分别较CT提高6.1%~13.7%、7.5%~40.1%和39.6%~61.1%；土壤温度分别较CT降低-0.12~2.07、1.35~2.50和2.76~4.00 ℃。2）与CT相比，PTSR生育期进程基本一致，RTSR在出苗期和成熟期分别延迟1~4 和1~2 d，NTSR在出苗期和6展叶期分别延迟5~7和3~4 d；NTSR出苗率和整齐度分别降低3.8%~5.8%和17.1%~39.5%。3）结构方程显示，秸秆还田通过改变土壤含水量和温度影响出苗时间，进而影响穗数和百粒重，进一步影响产量。4）土壤含水量和温度是影响玉米产量的关键因子，平水年，PTSR和RTSR可较好地平衡土壤水分和温度矛盾，保障玉米产量；NTSR显著降低土壤温度，延迟生育进程，显著降低玉米产量。5）不同秸秆还田方式经济效益差异较大，有补贴政策支持情况下PTSR经济效益最高，无补贴政策支持情况下RTSR经济效益最高。综上，秸秆还田方式显著改变了土壤理化性质、调控了玉米生长发育以及经济效益，PTSR和RTSR是黑土区适宜的秸秆还田方式。

Abstract

To explore the effects of different straw returning methods on maize yield and economic benefits in the black soil region of Northeast China， a 7-year from 2017 to 2023 fixed-site experiment was conducted. The study investigated physical and chemical properties， maize growth and development， and their economic benefits under four treatments： conventional tillage without straw returning （CT）， plough tillage with straw returning （PTSR）， rotary tillage with straw returning （RTSR）， and no⁃tillage with straw returning （NTSR）. The results indicate that： 1） Different straw returning methods primarily affect the soil bulk density at the >10-20 cm soil depth， with the order of magnitude being CT>NTSR>RTSR>PTSR； after 6 years of straw returning， the differences in soil organic matter content among treatments reached significant levels （P<0.05）. Compared with CT， the soil organic matter content in 0-5 cm soil layer of NTSR treatment increased significantly by 19.9 %， while the PTSR treatment increased by 19.8% in the >20-30 cm soil layer. PTSR， RTSR， and NTSR significantly increased the soil water content in the 5 cm soil layer. During the sowing to emergence （S-VE）， the soil water content under PTSR， RTSR， and NTSR treatments increased by 6.1%-13.7%， 7.5%-40.1%， and 39.6%-61.1%， the soil temperature decreased by -0.12-2.07， 1.35-2.50， and 2.76-4.00 ℃， respectively. 2） Compared to CT， the growth period of PTSR was consistent with CT， RTSR delays the emergence time （VE） and maturity period （R6） by 1-4 days and 1-2 days respectively， and NTSR delays VE and R6 by 5-7 days and 3-4 days respectively. Compared with CT， NTSR reduced emergence rate and emergence uniformity by 3.8%-5.8%， 17.1%-39.5%， respectively. 3） The structural equation model showed that straw returning affected the emergence time by influencing soil water content and temperature， which in turn affects the number of ears and the 100-grain weight， further impacting the yield. 4）Soil water content and temperature are key factors affecting maize yield. In normal years， PTSR and RTSR effectively balanced soil water and temperature conflicting issues， ensuring yield； NTSR significantly reduces soil temperature， delays the growth process， and significantly reduces yield. 5）The economic benefits of different straw returning methods are quite different. PTSR has the highest economic benefit with subsidy policy support， and RTSR has the highest economic benefit without subsidy policy support. In conclusion， straw returning methods significantly altered soil physicochemical properties， influenced maize growth and development， and affected economic benefit. PTSR and RTSR are considered suitable straw returning practices for the black soil region.

Graphical abstract

关键词

黑土 / 玉米 / 秸秆还田 / 产量

Key words

black soil / maize / straw return / yield

黑土是珍贵的土壤资源，被誉为“耕地中的大熊猫”，其土壤肥力高，保水保肥能力强，属于典型高产土壤类型。中国东北享有“中国最大的商品粮生产基地”之称，是国家粮食安全的“压舱石”和“稳压器”，其粮食总产量约占全国粮食总产量的1/4，调出量占全国商品粮总量的1/3^［1］，其中玉米播种面积占粮食作物播种面积的50%以上^［2］。然而，该区域长期“重用轻养”的土地管理方式加速农田土壤退化，严重制约了东北地区农业可持续发展，给国家粮食安全带来不确定性^［3］。秸秆还田被认为是改善土壤结构、提高土壤肥力、改善土壤微生物环境的有效方法^［4-6］。目前，在东北地区玉米秸秆直接还田主要包括秸秆深翻还田、秸秆覆盖还田和秸秆混耙（混拌）还田等方式，但在不同区域秸秆还田方式对产量和经济效益的影响不同。因此，揭示黑土区不同的秸秆还田方式对玉米产量的影响及其关键因素，分析其经济效益，对于秸秆还田技术应用和保障国家粮食安全具有重要意义。

在干旱地区，秸秆覆盖还田在蓄水保墒和提高土壤肥力方面具有优势，对玉米产量增加更加显著^［7-8］。王改玲等^［9］通过长期定位试验表明，秸秆覆盖还田11和15年分别比常规耕作平均增产19.2%和27.6%，丰水年份增产率为5.2%和11.7%，而干旱年份增产率高达85.0%和97.6%；张昊等^［10］研究表明，玉米秸秆整株覆盖还田增加了玉米生育后期单株叶面积和干物质积累，增产幅度达20%以上。此外，有研究表明，秸秆覆盖还田措施虽然增加了土壤水分含量，但会降低玉米早期土壤温度，影响前期生长发育，导致产量降低^［11-12］，特别是在冷凉气候区秸秆覆盖免耕条件下影响更大^［13］。梁尧等^［14］在吉林省半湿润区公主岭市研究表明，与传统耕作相比，秸秆覆盖还田免耕玉米产量降低0.1%~7.1%，秸秆深翻还田玉米产量增加5.6%~14.3%；徐莹莹等^［15］在东北半干旱区齐齐哈尔市研究表明，秸秆覆盖还田、秸秆旋耕还田和秸秆深翻还田分别较常规耕作增产5.06%、9.41%和15.14%；Lv等^［16］在吉林省公主岭市长期定位试验表明，长期秸秆还田可以在降低化肥投入的同时提高玉米产量。此外，一些学者通过Meta分析方法研究了秸秆还田对玉米产量的影响，如张雄智等^［17］通过对1 162组数据研究表明，秸秆还田试验中79.80%的试验表现出增产；Liu等^［18］通过对806组水旱轮作秸秆还田数据研究表明，在旱地秸秆还田可使作物产量提高7%；Zhang等^［19］通过对2 290组试验数据分析表明，不同秸秆还田深度均会增加作物产量，秸秆还田0~20 cm和20~30 cm增产幅度分别达11.2%和10.0%；Cheng等^［20］通过对108组数据进行Meta分析和机器学习研究表明，秸秆还田后玉米平均增产13.9%，增产效应约在还田13年后趋于稳定。可见，秸秆还田对玉米产量影响因秸秆还田方式、还田量、还田年限以及应用区域等有所不同。此外，不同秸秆还田方式经济效益有所差异，在东北地区秸秆覆盖还田等保护性耕作技术每公顷可降低作业成本1 000~1 400元^［21］；秸秆深翻还田在吉林省中部雨养区每公顷增加成本310元，产量增加10.1%，收入增加1 355元；在吉林省西部半干旱区结合膜下滴灌每公顷增加成本2 425元，产量增加47.1%，纯收入增加4 775元^［22］。

虽然前人关于秸秆还田对玉米产量的影响开展了大量研究工作，但在东北黑土区，缺乏通过多年定位试验结合气候条件系统探究秸秆还田方式影响玉米产量的关键因素。本研究拟通过7年定位试验，从耕层土壤理化特性和玉米生长发育视角，系统揭示黑土区秸秆还田方式影响玉米产量的关键因素，分析其经济效益，旨在为国家“藏粮于地，藏粮于技”战略提供理论支撑。

1　材料与方法

1.1　试验地概况

试验于2017年定位于吉林省农业科学院范家屯镇香山村试验站（43°45' N， 125°01' E；海拔高度为120 m），该试验站位于东北平原中部，是典型的黑土区。此区域属于寒温带大陆性气候，雨热同季，年降水量500~600 mm，年均气温4.5 ℃，无霜期140 d左右，≥10 ℃积温3 200~3 300 ℃。试验期间（2017—2023年）降雨量和≥10 ℃积温见表1。0~20 cm耕层土壤基本理化性质为：土壤容重1.39 g/cm³、有机质含量29.88 g/kg、全氮1.50 g/kg、全磷0.54 g/kg、全钾18.96 g/kg、pH 6.11。试验区域为一熟制，玉米连作，常规耕作方式为垄作秸秆不还田。

1.2　试验设计

本研究共设4个处理，即常规耕作秸秆移除（CT）、秸秆深翻还田（PTSR）、秸秆碎混还田（RTSR）和秸秆覆盖还田免耕（NTSR），具体试验处理描述见李瑞平等^［23］研究。各处理行数为20行，行距65 cm，行长70 m，3次重复，随机区组排列。

1.3　测试指标及方法

2018—2023年连续6年进行产量测定，土壤有机质含量于2019和2022年玉米收获后取样测试，其他数据为2018—2020年测试。

1.3.1　玉米生育时期、出苗率、株高整齐度和产量

1.3.1.1 生育时期记录

准确记录各处理玉米关键生育时期，包括播种期（ST）、出苗期（VE）、6展叶期（V6）、吐丝期（R1）和生理成熟期（R6）日期。出苗后，各处理选取有代表性的4行，各行连续标定（用红色记号笔标记叶片）10株，记录各生育时期时间。各生育时期判断方法按照符合某生育时期标准的株数是否达到总株数的50%计算。

1.3.1.2 出苗率统计

出苗后，去掉边行和地头10 m，统计10 m出苗总株数和应出苗株数，5次重复，田间出苗率=（田间出苗数/理论出苗数）×100%。

1.3.1.3 株高整齐度

群体整齐度采用株高变异系数的倒数表示。在玉米6展叶期每个处理随机选5行，每行连续选取10株测量株高，测量精度为1 cm。

1.3.1.4 产量和产量构成

每个处理去掉4个边行和地头10 m，测产面积20 m²，3次重复。统计株数、有效穗数、空秆数和双穗数，称取有效穗数鲜重，计算单穗重。选取20穗接近平均穗鲜重样穗称重装入网袋，待风干后进行考种，考种时记录穗行数、行粒数、百粒重和籽粒含水率，然后计算标准水（14%）籽粒产量。

1.3.2　土壤容重和有机碳含量

1.3.2.1土壤容重

土壤容重测量采用环刀法，收获前1~2 d测定每个处理0—50 cm土层土壤容重，每10 cm为1层，每个处理每个深度重复3次。

1.3.2.2土壤有机质

2019和2022年玉米收获后，每个小区内按照“S”型5点取样法取样，每点按照0—5、>5—10、>10—20和>20—30 cm分4层取样，将每层5点样品分别混合均匀，采用四分法留取1 kg左右土样装入土袋带回实验室，置于阴凉处自然风干，用于测定有机质含量。测试方法参考鲁如坤^［24］主编的《土壤农业化学分析方法》。

1.3.3　土壤温湿度

1.3.3.1土壤含水量

采用杭州泽大仪器有限公司生产的ZDR-20T土壤水分温度记录仪测量土壤体积含水量，每个处理记录5、15和30 cm处土壤含水量，具体测试方法和数据分析见李瑞平等^［23］研究。

1.3.3.2土壤温度

采用美国光谱工业技术有限公司生产的Watch Dog B系列防水纽扣记录仪（B101型）监测，具体测试方法和数据分析见李瑞平等^［23］研究。

1.3.4　经济效益统计

经济效益统计采用试验数据和调研相结合的方法，准确记录各个处理投入（土地成本、人工成本、农资成本和农机作业成本）和产出（产量收益和补贴等）。

1.4　统计分析

采用Excel 2019软件进行数据处理与制图，采用SPSS 22.0软件进行方差分析和Duncan法显著性检验，采用AMOS 软件（IBM SPSS AMOS 22.0）建立结构方程模型（SEM）。

2　结果与分析

2.1　不同秸秆还田方式对玉米产量及其构成的影响

由表2可知，与CT相比，2018—2020年NTSR产量分别显著降低7.5%、15.6%和9.7%（P<0.05）。产量构成数据显示，2018年不同秸秆还田方式玉米有效穗数差异不显著（P>0.05），2019年NTSR显著低于CT和RTSR（P<0.05），2020年NTSR显著低于CT（P<0.05）。在穗粒数方面，2018年NTSR显著低于CT和PTSR（P<0.05），2019年NTSR显著低于其他处理（P<0.05），2020年NTSR显著低于PTSR（P<0.05）。不同秸秆还田方式之间籽粒百粒重2018年表现为PTSR>CT>RTSR>NTSR，2019年表现为RTSR>PTSR>CT>NTSR，2020年表现为PTSR>RTSR>CT>NTSR。由表3可知，年份与处理互作对百粒重和产量具有显著影响（P<0.05）。

对2018—2023年6年产量数据进行分析，结果见图1。与CT相比，PTSR和RTSR除了2022年显著降低产量外（P<0.05），其他5年产量与CT差异不显著（P>0.05）；NTSR产量除了2023年与CT产量差异不显著外（P>0.05），其余5年均显著降低（P<0.05），降低幅度为7.5%~69.9%。因此，降雨量和积温正常年份，PTSR和RTSR处理产量与CT基本持平，但是在特殊年份（如2022年7月份降雨量达270 mm，单日降雨量达50 mm）会减产，NTSR处理几乎每年降低产量，特殊年份会减产幅度更大。

2.2　不同秸秆还田方式对土壤理化性质的影响

2.2.1　不同秸秆还田方式对土壤容重的影响

由图2可知，2018年各处理间土壤容重差异主要发生在>10—20和>20—30 cm土层（P<0.05）。在>10—20 cm土层，与CT相比，NTSR、RTSR和PTSR处理土壤容重分别降低4.6%、5.9%和11.1%；在>20—30 cm土层，RTSR和NTSR分别增加8.5%和2.1%。2019年土壤容重差异发生在>10—20 cm土层（P<0.05），与CT相比，NTSR、RTSR和PTSR分别降低4.6%、4.6%和7.9%。2020年土壤容重从高到低表现为CT>NTSR>RTSR>PTSR，但各处理间差异不显著（P>0.05）。

2.2.2　不同秸秆还田方式对土壤有机质含量的影响

由图3可知，秸秆还田3年后（2019年），不同土壤深度不同处理土壤有机质含量差异达到显著水平（P<0.05）。与CT相比，0—5 cm土层，NTSR显著增加22.6%（P<0.05），PTSR和RTSR分别显著降低8.7%和7.8%（P<0.05）；>5—10 cm土层，NTSR显著增加8.5%（P<0.05）；>10—20 cm土层，NTSR显著增加7.0%（P<0.05），RTSR显著降低7.4%（P<0.05）；>20—30 cm土层，NTSR和RTSR分别显著降低5.7%和15.8%（P<0.05）。试验实施6年后（2022年），与CT相比，0—5 cm土层，NTSR显著提高19.9%（P<0.05），PTSR显著降低8.0%（P<0.05）；>5—10 cm土层，NTSR显著提高4.9%（P<0.05），PTSR和RTSR分别显著降低8.6%和11.1%（P<0.05）；>10—20 cm土层，NTSR和RTSR分别显著降低7.9%和12.6%（P<0.05），PTSR显著提高3.5%（P<0.05）；>20—30 cm土层，NTSR和RTSR分别显著降低3.4%和13.4%（P<0.05），PTSR显著提高19.8%。

综上，不同秸秆还田方式影响0—30 cm土层土壤有机质含量，NTSR显著增加了0—5 cm土壤有机质含量，而PTSR和RTSR降低表层土壤有机质含量；随着试验年限延长PTSR表现出增加>10—30 cm土壤有机质含量的趋势。

2.2.3　不同秸秆还田方式对土壤水分的影响

由图4可知，不同秸秆还田方式对玉米各生育阶段土壤含水量具有显著影响（P<0.05）。与CT相比，NTSR显著提高了5和15 cm土层土壤含水量（P<0.05），其中5 cm土层土壤含水量增加幅度最大。在S—VE阶段，2018、2019和2020年PTSR、RTSR和NTSR处理5 cm土层土壤含水量分别较CT提高6.1%、7.5%和51.7%，13.7%、34.3%和61.1%，9.1%、40.1%和39.6%。

2.2.4　不同秸秆还田方式对土壤温度的影响

2018—2020年玉米S—VE和VE—V6阶段土壤温度差异如图5所示。与CT相比，2018年S—VE阶段，PTSR处理30 cm土层显著降低1.14 ℃（P<0.05），RTSR处理5和30 cm土层分别显著降低2.5和1.52 ℃（P<0.05），NTSR处理5、15和30 cm土层分别显著降低2.76、2.03和2.25 ℃（P<0.05）；VE-V6阶段，NTSR处理5、15和30 cm土层分别显著降低2.82、1.92和2.17 ℃（P<0.05）。与CT相比，2019年S—VE阶段，NTSR处理5、15和30 cm土层分别显著降低3.73、3.36和2.91 ℃（P<0.05）；VE—V6阶段，RTSR处理5、15和30 cm土层分别显著降低1.35、0.81和0.75 ℃（P<0.05），NTSR处理5、15和30 cm土层分别显著降低2.12、1.63和1.63 ℃（P<0.05）。与CT相比，2020年S—VE阶段，PTSR和RTSR处理5 cm土层分别显著降低2.07和1.69 ℃（P<0.05），NTSR处理5、15和30 cm土层分别显著降低4.00、2.58和0.99 ℃（P<0.05）；VE—V6阶段，NTSR处理5和30 cm土层显著降低2.67和2.37 ℃（P<0.05）。

综上，不同秸秆还田方式对土壤温度具有显著影响，与CT相比，PTSR降低不同土层温度的幅度与概率较小，RTSR次之，NTSR显著降低不同土层温度，其中5 cm土壤温度降低幅度最大，随着土壤深度的增加降低幅度减小，VE—V6降低幅度小于S—VE。

2.3　不同秸秆还田方式对玉米出苗的影响

2.3.1　不同秸秆还田方式对玉米出苗时间的影响

由表4可知，不同秸秆还田方式之间生育进程差异主要由于VE延迟所导致，随着生育进程的推进，不同秸秆还田方式之间的差异呈缩小趋势。在同一年度，PTSR与CT生育进程基本一致，RTSR和NTSR延迟了各生育阶段时间，其中NTSR延迟时间最长。综上，与CT相比，RTSR在VE和R6分别延迟1~4和1~2 d，NTSR在VE和R6分别延迟5~7和3~4 d。

2.3.2　不同秸秆还田方式对出苗率的影响

由图6可知，同一年份不同秸秆还田方式之间出苗率差异不显著（P>0.05）。与CT相比，2018年RTSR和NTSR出苗率分别降低1.5%和3.8%；2019年PTSR和RTSR出苗率分别增加5.5%和8.4%，NTSR降低1.3%；2020年NTSR出苗率降低5.9%。

2.3.3　不同秸秆还田方式对玉米株高整齐度的影响

由图7可知，与CT相比，2018年PTSR整齐度提高7.3%，RTSR和NTSR分别降低36.9%和35.4%；2019年PTSR和NTSR整齐度分别降低11.7%和17.1%；2020年PTSR和RTSR整齐度分别提高99.3%和63.8%，而NTSR降低39.5%。

2.4　不同秸秆还田方式对玉米产量影响因素分析

图8结构方程模型（SEM）揭示了4种不同秸秆还田方式影响玉米产量变化的直接和间接因子，秸秆还田方式极显著影响了土壤含水量（SWC）、土壤温度（ST）和土壤有机质含量（SOM）（P<0.001）。SWC和ST与百粒重（100-W）呈现极显著负相关（P<0.01）；ST与生育进程相差天数（PPD）和SOM呈现极显著负相关（P<0.001）；PPD分别与穗数（EN）和百粒重（100-W）呈现极显著负相关（P<0.01）和显著负相关（P<0.05）。EN和100-W是影响玉米产量的直接因子，与产量呈极显著正相关（P<0.001），二者对产量的贡献率达到87.0%。间接因子中，土壤容重（SBD）和SOM对玉米产量无显著影响（P>0.05），而SWC通过影响100-W进而影响产量；ST则通过影响PPD进而影响EN和100-W，最终影响产量。影响玉米产量的间接因子中，SWC和ST是重要因子。

2.5　不同秸秆还田方式对经济效益的影响

不同秸秆还田方式经济效益见表5，与CT相比，PTSR、RTSR和NTSR每公顷投入成本分别降低150、1 090和1 890元；PTSR和RTSR每公顷产出分别增加861和500元，NTSR每公顷降低2 218元；PTSR和RTSR合计收入每公顷分别增加2 360和499元，NTSR每公顷降低1 619元；PTSR、RTSR和NTSR每公顷净收益（未去除相关政策补贴）分别增加2 511、1 590和272元，去除相关政策补贴，PTSR和RTSR每公顷净收益分别增加1 011和1 590元，而NTSR净收益降低328元。

综上，在本研究条件下，有补贴政策支持情况下PTSR经济效益最高，无补贴政策支持的情况下RTSR经济效益最高；有补贴政策支持情况下NTSR经济效益增加不明显，无补贴政策支持下经济效益降低。

3　讨 论

3.1　东北黑土区秸秆还田影响玉米产量的关键因素

秸秆还田对玉米产量影响较为复杂，但不同的秸秆还田方式对土壤产生不同的物理、化学和微生物效应^［25-26］。在冷凉区，秸秆覆盖还田虽然增加了土壤水分含量，但会降低玉米早期土壤温度，影响前期生长发育^［27］，而70%秸秆覆盖免耕较好地平衡了土壤水热矛盾^［28］。相比而言，秸秆深翻还田降低了0—20 cm土壤容重，提高了20—40 cm土壤有机质和速效养分含量^［14］。在旱地，秸秆还田可以缓解土壤酸化^［18］；长期秸秆还田增加土壤养分，降低化肥投入^［16］。Liu等^［29］通过5种秸秆还田方式12年定位试验研究表明，土壤物理性质指数对玉米产量的贡献高于化学性质指数和微生物指数18.6%~156.8%。

此外，不同生态区域秸秆还田方式产生效应有所不同^［30］，在东北半干旱区，由于秸秆覆盖还田、秸秆旋耕还田和秸秆深翻还田均降低土壤容重，增加孔隙度和含水量，进而能够增产^［15］。本研究中，不同秸秆还田方式对土壤理化特性和玉米生长发育产生显著影响，但不同秸秆还田方式影响程度有所不同，归因于本研究区域属于典型半湿润黑土区，传统耕作措施土壤结构差，土壤水肥协调能力低，不同秸秆还田方式对耕层结构影响有所不同，造成水肥协调能力不同。PTSR和RTSR显著降低了>10—20 cm土壤容重，降低了0—10 cm土壤有机质含量，连续6年秸秆还田PTSR显著增加了>20—30 cm土壤有机质含量，这与梁尧等^［14］在吉林省半湿润区的研究结果秸秆深翻还田提高亚耕层土壤有机碳含量一致，可能由于相同区域秸秆深翻还田技术效果基本相同。NTSR虽然显著提高了表层土壤含水量和有机质含量，但显著降低玉米生育前期土壤温度，导致玉米出苗时间延迟、苗期整齐度较低，进而产量显著低于其他秸秆还田方式。PTSR和RTSR较好平衡了土壤理化特性，其玉米产量与常规垄作相比，除了2022年之外，未发生显著减产情况。由于2022年7月份降雨量高达270 mm，单日降雨量达到50 mm，短期降雨量高导致试验田积水，PTSR、RTSR和NTSR属于平作排水不畅，长期积水导致玉米根系受损影响产量，而CT为垄作体现出排水优势，对产量影响较小。结构方程揭示了土壤含水量和温度是影响玉米产量的关键因素，进而影响生育进程、穗数和百粒重，最终影响产量。

本研究中，从土壤理化特性视角探究秸秆还田方式对玉米产量的影响，未从土壤微生物特性视角揭示其机理，在今后研究中进一步加强该领域研究工作。

综上，在本研究条件下，土壤含水量和温度是影响玉米产量的关键因子，秸秆还田通过调节土壤含水量和温度影响玉米生长发育和产量构成因素，最终影响产量。

3.2　因地制宜采用秸秆还田方式，助力单产提升及黑土地保护

虽然秸秆还田具有较多优点，但区域和年际间产量效应差异较大。在2022年单月和短期降雨量偏高，PTSR、RTSR和NTSR产量均显著降低。如何针对气候变化合理应用秸秆还田方式是当前需要解决的难题，特别是近年来试验区域呈现出降雨量偏高，春季土壤温度低、回升慢等现象。PTSR具有改善耕层结构和增产潜力、能够实现全量秸秆还田，但是PTSR需要大型动力和农机设备完成，投入成本高，适宜黑土深厚区域、有政策补贴时新型经营主体会采用，普通农户难以实现。RTSR也具有改善耕层结构和增产潜力，但是缺乏相应的农机设备，常采用旋耕机和深松机代替联合整地机，作业质量大打折扣，且该项技术未纳入黑土地保护、保护性耕作政策补贴，不利于推广应用。NTSR显著提高土壤含水量和表层土壤有机质含量，但是显著降低土壤温度和产量；此外，秸秆覆盖免耕技术受气候条件、地形和土壤类型等因素影响^［31］，需要针对不同生态条件应用，进行区域优化或技术改进，更有利于其推广应用。

此外，建立综合的政策补贴机制对科学引导秸秆还田保护黑土至关重要。本研究显示，在有政策补贴和无政策补贴不同秸秆还田方式净收益差别较大。针对近年来气候变化的复杂性以及区域土壤类型不同，应建立综合的补贴机制，而不是对单个项目、单项技术进行补贴。因地制宜、因区施策，如针对在东北西部半干旱区降雨量少、土壤沙化严重，补贴政策更倾向于以秸秆覆盖为主的保护性耕作技术；针对东北中部半湿润区土壤结构差、秸秆量大等问题，补贴政策更倾向于秸秆深翻还田、碎混还田等。本研究也证明有政策补贴支持时深翻还田经济效益最高。通过政策补贴建立形成秸秆还田与轮作、轮耕合理的耕作制度，助力黑土地保护和单产提升。

4　结 论

本研究以CT为对照，探究了PTSR、RTSR和NTSR不同秸秆还田方式对土壤理化性质、玉米生长发育和产量以及经济效益的影响。主要结论如下：

1）不同秸秆还田方式对土壤理化性质影响不同。PTSR和RTSR显著降低了>10—20 cm土壤容重和0—10 cm土壤有机质含量，但是连续实施6年后PTSR显著增加了>20—30 cm土壤有机质含量；NTSR虽显著提高了0—5 cm土壤含水量和有机质含量，但显著降低S—VE阶段0—5 cm土壤温度。

2）土壤含水量和温度是影响玉米产量关键因子。秸秆还田通过影响土壤含水量和温度，进而影响生育进程、穗数和百粒重，最终影响产量。正常年份，PTSR和RTSR能够平衡CT产生的“高土温”和“低水分”，NTSR产生的“低土温”和“高水分”矛盾，保证产量。

3）建议制定综合的秸秆还田政策补贴机制。不同秸秆还田方式经济效益差异较大，因地制宜、因区施策，建立综合的政策补贴机制，引导形成秸秆还田与轮作和轮耕的科学耕作制度，对黑土地保护和作物单产提升至关重要。

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基金资助

国家重点研发计划(2023YFD1500305)

内蒙古自治区自然科学基金项目(2025MS03067)

吉林省科技发展计划(20250602017RC)

吉林省科技发展计划(20230302005NC)

吉林省科技发展计划(20230202023NC)

吉林省科技发展计划(20210202024NC)