<——引言——>

在玉米种植生产中，通过科学管理和合理利用玉米残渣，可以对土壤和环境产生积极的影响，下面从利用管理方面，分析对土壤健康的影响。

<——材料和方法——>

田间试验于2010年秋季在爱荷华州中部的爱荷华州立大学农学研究农场，土壤类型为卡尼斯提欧泥质粘土（细壤土质，混合型，超活性，钙质，中温典型内陆潮土）和哈普斯壤土（壤土，混合型，超活性，中温典型钙质土）联合。

年平均温度和降水量分别为2011年的8.7℃和807毫米，2012年平均年温度为11.4℃和降水量为512毫米。

包括两种耕作系统：不耕作（NT）和犁补翻（CP）。

共有四种玉米残留物进行处理：1）对照组：未施用或去除玉米残留物混合物；2）去除组：完全去除7.5 cm深度的玉米残留物混合物；3）施用2.5 cm深度的玉米残留物混合物（2010年秋季施用）；4）施用7.5 cm深度的玉米残留物混合物（2010年秋季施用）。

在连续种植玉米的情况下，采用随机完全区组设计分割分排方法，对耕作和玉米残留物处理施用三个氮肥水平（0、180、270 kg N ha−1），每个处理有三个重复。

在每个耕作系统和重复内，主区大小为24.2 m宽×22.7 m长；而由玉米残留物处理组成的子区域尺寸为22.7 m长×6.1 m宽。

此外每个玉米残留物处理的子区域被分成7.6 m长×6.1 m宽，以随机分配三个N水平（0、180、270 kg∙N∙ha−1），设计监测不同玉米残留物深度对土壤健康参数的影响。

不耕作系统除施用和移除玉米残留物、种植庄稼和施用氮肥外不进行干扰，而采用犁补翻系统则进行具有直柄和扭曲旋毛的型号进行春季犁耕。

犁柄安装在四个工具栏上，错开顺序，以确保犁柄之间的有效间距为30厘米，犁补翻的犁深度为22-25厘米。

在犁补翻犁耕后使用一台田间耕耘机进行二次耕作，包括一个水平实施框架部分，带有直柄和平整的箭头，玉米残留物混合物处理随机分配到每个耕作系统和重复实验中。

在移除玉米残留物混合物之后，留下了明显的玉米残留物混合物残留物，深度从2.5厘米到7.5厘米不等。

在2010年秋季，基于上述观察结果，利用由艾姆斯伯格生物炼制厂提供的玉米残留物混合物（70%的玉米棒和30%的玉米秸秆）建立了2011年生长季的玉米残留物混合物处理。

每个处理深度的玉米残留物混合物数量是基于将玉米残留物混合物分布在实验区中，使用田间天平称重，以确定每个设计深度的等量玉米残留物混合物量，然后使用田间推车运输和手工锄头将玉米残留物混合物分散在各自的实验区中。

2011年生长季，保留了相同的玉米残留物混合物处理，除去去除组处理外，在2011年秋季收获玉米后再次施用新鲜的玉米残留物混合物，并在2012年早春移除。

此外对每个玉米残留物混合物理随机分配了0、180和270 kg∙N ha-1的氮肥水平，氮肥来源是32%氮的液态尿素铵硝酸盐（NH4NO3），在种植玉米后的5月份使用尖嘴喷洒器进行侧向配施和注入。

<——土壤采样和测量——>

土壤样品于2010年10月中旬在收获后进行采集，2011年和2012年秋季，再次采集并分析了土壤样品的有机碳含量（SOC）、总氮量（STN）、容重（ρb）和酸碱度pH值。

两年中的生长期内共采集了四次来自该站点的土壤样品，确定微生物生物量碳（MBC）。

2011年秋季和2012年秋季从所有的耕种、玉米残留物混合物和氮处理中收集了水稳性团聚体（WSA）的土壤样品。

2011年春季和2012年春季进行两次测量施用玉米残留物混合物处理后，测量土壤灌入阻力（SPR）读数。

土壤健康参数的数据使用液态尿素铵硝酸盐进行统计分析，采用重复测量的统计分析流程，使用合成对称协方差结构进行重复测量。

耕作系统被视为主要的小区处理，分为不同的玉米残留物混合物水平作为拆分处理，氮处理率作为拆分小区处理，测量日期作为重复测量变量。

使用压力差异过程确定平均分离值，显著性差异在p≤0.05处确定。

<——展示探讨——>

不同深度（p = 0.006）的有机碳变化率均显著。

在玉米残留物处理、耕作系统和土壤深度上，有机碳的变化大多数是负面的，在控制参数下15-30厘米土层（对照组=0.13 Mg∙ha−1∙yr−1，平均玉米残留物=0.25 Mg∙ha−1∙yr−1）观察到的有机碳增益。

无耕作处理对照组在15-30厘米土层观察到有机碳增益（0.20 Mg∙ha−1∙yr−1），在去除玉米残留物的7.5-15厘米土层（0.24 Mg∙ha−1∙yr−1）、15-30厘米土层（0.39 Mg∙ha−1∙yr−1）和7.5玉米残留物的15-30厘米土层（0.22 Mg∙ha−1∙yr−1）观察到有机碳的正变化率。

尽管有机碳的变化率没有显著差异，在15-30 cm土层的有机碳呈现正变化表明引入玉米残留物改变了田间管理方法，影响了土壤健康，耕作系统对土壤总氮（STN）变化率也有影响。

除了0-7.5厘米土层的对照组以外，在所有的土层深度下，所有种植方式和施肥方案处理在CP体系下都出现了土壤总氮的下降率，平均值为-0.14 Mg∙ha−1∙yr−1。

无耕作处理则表现出了土壤总氮的正变化率，平均为0.20 Mg∙ha−1∙yr−1。

两种不同耕作方式所关联的土壤总氮变化率并没有显著的差异，土壤总氮的增长主要是由于无耕作处理耕作方式较少的土壤干扰和更好的土壤保水能力。

2012年的干旱条件可能导致了该季节土壤有机碳（SOC）和土壤总氮的降低。

15-30 cm土层的土壤有机碳增长可以归因于两种耕作方式下的玉米残留物在较低深度的掺入，而无耕作处理的根系发展和土壤有机质贡献也增加了土壤含水量。

土壤有机碳和土壤总氮的变化可以归因于大量的玉米残留物的输入以及管理措施的影响，如氮肥和耕作方式，以及土壤有机碳和土壤总氮矿化速率的可能增加或减少。

每年的耕作系统和施氮量内没有显著差异（2011年p = 0.1983，2012年p = 0.7177），因此所给出的土壤MBC结果是在各种耕作系统和施氮量之间取平均值的。

在整个生长季节中，2.5 cm和7.5 cm的玉米残留物处理的土壤微生物量碳通常高于对照组-2010和去除的玉米残留物处理：

（对照组-2010和去除-2011处理的平均值=321 μg∙C∙g−1干土壤。2011年的2.5和7.5 玉米残留物处理的平均值=375 μg∙C∙g−1干土壤，对照-2010和去除-2012处理的平均值=356 μg∙C∙g−1干土壤，2012年的2.5和7.5 玉米残留物处理的平均值=390 μg∙C∙g−1干土壤)。

水稳性团聚体（WSA）的测量，确定玉米残留物处理、耕作系统和氮肥施用量对土壤结构在团聚体水平上的潜在影响，年份、玉米残留物处理和不同尺寸分数之间存在交互作用(p = 0.0057)。

两年中，各种玉米残留物处理对每个团聚体尺寸分数的WSA百分比均无显著影响，耕作系统、氮肥施用量和玉米残留物处理的平均值占2011年宏团聚体的58%，微团聚体占其余的42%，在2012年，宏团聚体下降了8%，而微团聚体增加了2%。

此外在宏团聚体分数大小为2 - 4 mm和1 - 2 mm的范围内，从2011年到2012年，所有玉米残留物处理的WSA百分比均下降了6.3%和3.1%。

玉米残留物处理在各个团聚体尺寸分数的湿度比调节（WSA）百分比上没有显著差异，但是从2011年到2012年湿度比调节的总体减少。

田间管理操作在施用和去除玉米残留物处理期间造成负面影响，需要后期进行耕作、种植和施肥操作弥补。

2011年和2012年，水稳性团聚体关联的碳含量主要受到团聚体分数大小和玉米残留物处理之间的关系的影响，耕作系统和氮肥施用量没有观察到差异（p = 0.0932）。

玉米残留物处理对两年的团聚体关联碳没有影响。

2011年宏团聚体关联C的平均值为5.91 g∙C∙kg−1，微团聚体关联的C含量为4.97 g∙C∙kg−1，2012年，宏团聚体关联C的含量下降了0.77 g∙C∙kg−1，而微团聚体关联C含量增加了0.16 g∙C∙kg−1。

所有玉米残留物处理的2 - 4 mm和1 - 2 mm尺寸的宏团聚体分数从2011年到2012年团聚体关联C含量分别下降了2.58 g∙C∙kg−1和1.31 g∙C∙kg−1。

0.25 - 0.50 mm和0.053 - 0.25 mm尺寸分数的微团聚体碳含量2011年到2012年分别增加了0.10 g∙C∙kg−1和0.22g∙C∙kg−1。

湿度比调节百分比及其团聚体关联碳含量之间的相似性可以通过土壤团聚体分数排列的层次理论以及土壤碳元素对微生物群落的可及性来解释，这会导致土壤有机质的损失或增加。

2011年和2012年春季进行土壤贯入阻力（SPR）测量处理对土壤物理性质的影响，以确定耕作和玉米残留物处理对土壤压实的影响。

CP和无耕作处理下的等离子体共振技术值表明，在15厘米深度处，与控制-2010和去除玉米残留物处理相比，2.5厘米和7.5厘米的玉米残留物处理具有更小的土壤贯入阻力（SPR）值（control-2010/removed-2011 = 1.44 MPa，玉米残留物 2011 = 1.20 MPa，control-2010/removed-2012 = 0.93 MPa，玉米残留物 2012 = 0.87 MPa）。

平均而言尽管耕作系统和土壤深度不同，2011年和2012年控制玉米残留物和去除玉米残留物处理的等离子体共振技术值均高于2.5厘米和7.5厘米的玉米残留物处理，分别高出0.25 MPa和0.02 MPa。

在两年的土壤深度较浅的位置上，玉米残留物处理之间的等离子体共振技术值的差异并不显著。

土壤酸碱度值直接影响植物生长和发育所需的养分可用性，成为土壤健康指标的重要组成部分，由于土壤pH变化缓慢且小，在两年时间内、不同耕作和玉米残留物处理下没有显著差异。

主要差异表现在不同土层深度和氮肥施用量上。

在每个土层深度（0-7.5厘米、7.5-15厘米和15-30厘米）上，所有处理下的土壤酸碱度值分别为7.29、7.33和7.50，其中差异最大的是最浅的土层深度。

所有玉米残留物处理下，不同氮肥施用量之间的土壤酸碱度值也存在显著差异，其中0、180和270 kg∙N∙ha−1 的施用量分别为7.40、7.43 和7.28。

此外，土壤酸碱度值在4.69到8.03之间变化，这可能归因于实验区内的空间变异、土壤类型和玉米残留物处理的差异

<——结论——>

玉米残渣的利用对土壤健康的影响，取决于管理的方式和技术规范。

通过科学管理和合理利用玉米残渣，可以改善土壤结构和肥力，促进微生物和生物多样性，从而对土壤健康产生积极的影响，但是如果管理不当，利用污染的玉米残渣还田，将会对土壤质量产生负面影响。

因此在利用玉米残渣之前，需要仔细考虑和掌握适当的方法和技术，为土壤健康和农业生产作出积极贡献。

参考文献

1."Long-term effects of maize residue incorporation on soil organic carbon and aggregation under different tillage systems" published in the journal Soil and Tillage Research in 2018.

2."Effects of maize straw return on soil microbial community and organic matter accumulation in Northeast China" published in the journal Agronomy for Sustainable Development in 2019.

3."Maize residue retention enhances soil quality and productivity in a semiarid agroecosystem of the Loess Plateau, China" published in the journal Soil Use and Management in 2020.

4."Biochar amendment to maize residues improves soil microbial structure and function" published in the journal Geoderma in 2017.

5."Influence of different maize residue management practices on soil quality parameters in South Africa" published in the journal Soil and Tillage Research in 2016.