謝迎新靳海洋李夢(mèng)達(dá)翟羽雪王永華謝耀麗李向東夏來坤王晨陽郭天財(cái)賀德先，*

1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 河南鄭州 450002；2河南省西平縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心， 河南駐馬店 463900；3河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 河南鄭州 450002

研究簡(jiǎn)報(bào)

周年耕作方式對(duì)砂姜黑土農(nóng)田土壤養(yǎng)分及作物產(chǎn)量的影響

謝迎新1靳海洋1李夢(mèng)達(dá)1翟羽雪1王永華1謝耀麗2李向東3夏來坤3王晨陽1郭天財(cái)1賀德先1，*

1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 河南鄭州 450002；2河南省西平縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心， 河南駐馬店 463900；3河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 河南鄭州 450002

為探明適宜于砂姜黑土農(nóng)田的周年耕作方式， 提升砂姜黑土農(nóng)田地力及作物產(chǎn)量， 在冬小麥-夏玉米一年兩熟種植制度下， 設(shè)置多年定位夏玉米季-冬小麥季免耕-旋耕（對(duì)照）、免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕、免耕-免耕 5種周年耕作方式田間試驗(yàn)， 在定位處理的第4個(gè)周年研究耕作方式對(duì)砂姜黑土農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量、土壤養(yǎng)分及其對(duì)作物產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明， 在秸稈全量還田條件下， 與試驗(yàn)開始前相比， 各處理0～20 cm土層土壤有機(jī)碳、全氮、速效鉀含量均有所增加。與對(duì)照相比， 其他處理均增加周年內(nèi)0～20 cm土層土壤有機(jī)碳和全氮含量。免耕-深耕、深松-旋耕、免耕-免耕處理顯著增加周年內(nèi) 0～20 cm土層土壤有效磷含量， 而深松-免耕處理顯著增加冬小麥開花期和收獲期0～20 cm土層土壤有效磷含量， 整個(gè)周年內(nèi)對(duì)照在20～40 cm土層土壤的有效磷含量均最低。深松-免耕處理增加周年內(nèi)0～20 cm土層土壤速效鉀含量， 而深松-免耕、免耕-免耕處理20～40 cm土層土壤速效鉀含量在夏玉米苗期、大口期、開花期和灌漿期顯著高于對(duì)照處理。深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產(chǎn)量， 增幅分別為7.67%和10.21%。綜上所述， 在秸稈全量還田基礎(chǔ)上， 深松-旋耕和深松-免耕能夠改善土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分狀況， 顯著提高周年作物產(chǎn)量， 可作為黃淮區(qū)砂姜黑土農(nóng)田相對(duì)適宜的周年耕作方式。

耕作方式； 砂姜黑土； 土壤養(yǎng)分； 有機(jī)碳； 籽粒產(chǎn)量

冬小麥-夏玉米一年兩熟是黃淮海平原農(nóng)田的主要種植制度， 生產(chǎn)上玉米季免耕小麥季旋耕的耕作方式極為普遍。砂姜黑土在黃淮海平原南部分布廣泛， 面積370萬公頃左右， 是主要中低產(chǎn)土壤類型之一［1］。砂姜黑土農(nóng)田土壤質(zhì)地黏重， 結(jié)構(gòu)性差， 連年的玉米季免耕、小麥季旋耕操作導(dǎo)致農(nóng)田土壤耕層變淺、犁底層變厚變硬、通氣透水性差、土壤養(yǎng)分不均衡， 限制了作物產(chǎn)量的提高［2］。隨著人們生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)， 以少耕免耕為核心的保護(hù)性耕作研究和推廣得到充分的重視。前人研究表明，免耕覆蓋能夠提高土壤全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量，提高土壤碳素含量和碳庫管理指數(shù)［3-4］， 長(zhǎng)期免耕有利于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳減排［5］， 而深松處理可打破犁底層，降低深層土壤容重和土壤緊實(shí)度， 促進(jìn)根系下扎， 增加根系縱深分布［6-7］。也有研究表明， 短期的免耕處理對(duì) 0～30 cm土層土壤有機(jī)碳平均含量并無顯著影響， 反而略有降低［8］。由于免耕和深松不能打破耕層的原狀土， 導(dǎo)致出苗率較低［9-10］， 而且免耕處理的冬小麥株高、葉面積指數(shù)、地上部干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量均低于翻耕和旋耕處理［10-11］。王玉玲等［12］研究指出， 免耕和深松耕等技術(shù)雖有很多優(yōu)勢(shì)， 卻均存在一定的弊端， 生產(chǎn)中不宜單獨(dú)連續(xù)使用， 應(yīng)將其組合成一定的輪耕模式， 交換應(yīng)用。前人研究表明，周年輪耕模式中耕作強(qiáng)度的增加會(huì)降低土壤團(tuán)聚體的含量和機(jī)械穩(wěn)定性， 增加土壤有機(jī)碳的流失［13］； 與小麥季旋耕玉米季免耕相比， 小麥季翻耕玉米季免耕、小麥季翻耕玉米季旋耕可顯著提高夏玉米抗倒伏能力及籽粒產(chǎn)量［14］。多年來， 前人對(duì)耕作方式的研究多集中在單一耕作方式對(duì)單季作物生長(zhǎng)的影響， 對(duì)于冬小麥-夏玉米一年兩熟制農(nóng)田的周年耕作方式研究較少， 且砂姜黑土農(nóng)田適耕性差，對(duì)于不同耕作方式的響應(yīng)具有自身的特點(diǎn)。另外， 對(duì)于不同耕作方式下土壤養(yǎng)分狀況的比較， 存在秸稈還田和秸稈移除的不同， 對(duì)比效果有很大差異， 而當(dāng)前秸稈還田已成為大面積推廣的實(shí)用技術(shù)， 在秸稈全量還田條件下研究不同耕作方式的效果更具現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此， 本試驗(yàn)在秸稈還田條件下研究周年耕作方式對(duì)砂姜黑土農(nóng)田土壤養(yǎng)分狀況和籽粒產(chǎn)量的影響， 探討適宜砂姜黑土農(nóng)田的周年耕作方式， 為該土壤類型農(nóng)田地力提升和作物高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

河南省駐馬店市西平縣二郎鄉(xiāng)張堯村（33°19′48″ N，114°01′01″ E）， 地處黃淮海平原南部， 平均海拔49 m， 年平均日照時(shí)數(shù)2 157.2 h， 年平均氣溫14.8℃， 無霜期221 d， 年平均降雨量852 mm， 正常年份的自然降水基本能滿足周年作物生長(zhǎng)發(fā)育需求， 一般不灌溉， 屬典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。該區(qū)域常年實(shí)行冬小麥-夏玉米一年兩熟的種植制度， 玉米季免耕小麥季旋耕是當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)耕作方式。供試土壤屬于砂姜黑土土類、砂姜黑土亞類、覆泥黑姜土土屬， 土壤質(zhì)地為黏土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以冬小麥-夏玉米一年兩熟的周年輪作種植制度為研究對(duì)象， 在兩季秸稈全量粉碎（3～5 cm）還田條件下， 于2011年10月冬小麥季開始通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究系列耕作方式。農(nóng)田為河南省西平縣土肥站多年統(tǒng)一供種、統(tǒng)一供肥以及統(tǒng)一農(nóng)田管理的“全國(guó)新增千億斤糧食生產(chǎn)能力西平縣2010年耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)域站土壤地力長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)（編號(hào)hnxpdljc2010-001）”， 耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分為有機(jī)質(zhì)14.83 g kg-1、全氮1.07 g kg-1、有效磷（P） 17.7 mg kg-1、速效鉀（K） 94 mg kg-1、pH 6.62。設(shè)置5個(gè)周年耕作方式處理， 即玉米季免耕-小麥季旋耕（簡(jiǎn)稱免耕-旋耕， No tillage-rotary tillage， NRT）、玉米季免耕-小麥季深耕（簡(jiǎn)稱免耕-深耕， No tillage-deep tillage， NDT）、玉米季深松-小麥季旋耕（簡(jiǎn)稱深松-旋耕， Subsoiling tillage-rotary tillage，SRT）、玉米季深松-小麥季免耕（簡(jiǎn)稱深松-免耕， Subsoiling tillage-no tillage， SNT）和玉米季免耕-小麥季免耕（簡(jiǎn)稱免耕-免耕， No tillage-no tillage， NNT）， 并以黃淮農(nóng)田實(shí)施面積最大的傳統(tǒng)耕作方式——玉米季免耕-小麥季旋耕， 即免耕-旋耕（NRT）處理為對(duì)照。秸稈在前茬作物機(jī)械收獲時(shí)全部粉碎覆蓋地表， 在作物播種前進(jìn)行相應(yīng)耕作， 旋耕深度平均為 15 cm， 深松、深耕深度平均為35 cm。各處理播種量一致（小麥、玉米播量分別為每公頃300 kg和45 kg）， 進(jìn)行機(jī)械播種。為了更接近農(nóng)田實(shí)際情況和方便大型農(nóng)機(jī)具田間農(nóng)事操作， 采用各處理大區(qū)設(shè)置， 面積為60 m ×6 m= 360 m2， 待玉米或小麥出苗后將大區(qū)均分為3個(gè)20 m×6 m=120 m2的小區(qū)， 設(shè)為3 次重復(fù)。夏玉米季和冬小麥季各施氮225 kg hm-2、P2O590 kghm-2、K2O 90 kg hm-2， 夏玉米季種肥異位同播， 冬小麥季氮肥50%于整地時(shí)底施， 其余50%于拔節(jié)期追施。氮、磷、鉀肥分別選用尿素、磷酸二銨和氯化鉀。

本研究為2014年6月—2015年6月夏玉米-冬小麥一個(gè)輪作周期的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果， 為長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的第4個(gè)周年。2014年選用夏玉米品種國(guó)審鄭單958， 6月10日播種， 9月26日收獲； 選用冬小麥品種鄭麥7698， 10月10日播種， 2015年6月5日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在夏玉米和冬小麥的關(guān)鍵生育時(shí)期（夏玉米苗期2014 年6月27日、大口期2014年7月21日、開花期2014 年8月1日、灌漿期2014年8月22日、收獲期2014年9月26日； 冬小麥苗期2014年11月4日、越冬期2014 年12月30日、起身期2015年3月5日、開花期2015 年4月28日、收獲期2015年6月5日）， 從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選5個(gè)樣點(diǎn)， 用土鉆取0～20 cm、20～40 cm土樣， 去除石塊和秸稈等雜物，將每個(gè)小區(qū)的同一土層混勻成為該小區(qū)該土層的土壤樣品， 帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后過篩。測(cè)定土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法， 測(cè)定土壤全氮半微量凱氏定氮法， 測(cè)定土壤有效磷碳酸氫鈉浸提——鉬銻抗比色法， 測(cè)定土壤速效鉀乙酸銨浸提—火焰光度法［15］。

在夏玉米收獲期從每個(gè)試驗(yàn)處理中間選取 2行（長(zhǎng)20.0 m， 平均行距0.6 m），調(diào)查成穗數(shù)， 收獲全部果穗曬干脫粒計(jì)產(chǎn)， 并隨機(jī)選取20果穗調(diào)查穗粒數(shù)、測(cè)定百粒重；在冬小麥?zhǔn)斋@期從各試驗(yàn)小區(qū)收獲10 m2測(cè)產(chǎn)， 并調(diào)查1 m雙行產(chǎn)量構(gòu)成三因素——成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件處理和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 采用 LSD法進(jìn)行多重比較， 顯著性水平取P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

如表1所示， 在夏玉米-冬小麥整個(gè)周年內(nèi)， 0～20 cm土層土壤有機(jī)碳含量發(fā)生較大變化， 各處理變幅為6.12%～16.20%， 均以對(duì)照免耕-旋耕處理最低。與對(duì)照免耕-旋耕處理相比， 深松-免耕、免耕-免耕處理土壤有機(jī)碳增加量最高， 增幅分別達(dá) 5.53%～17.41%和 9.48%～15.75%。其中， 在冬小麥越冬期、起身期、開花期， 免耕-免耕處理土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較高， 而深松-旋耕和深松-免耕處理相對(duì)較小， 深松-免耕處理土壤有機(jī)碳含量在兩季作物收獲期與對(duì)照處理差異均達(dá)顯著水平。

在20～40 cm土層， 夏玉米生育期內(nèi)深松-旋耕處理土壤有機(jī)碳含量高于其他處理， 與對(duì)照免耕-旋耕處理相比增幅為 8.66%～29.89%， 且在兩季作物收獲期差異均達(dá)顯著水平， 而免耕-旋耕、免耕-深耕、深松-免耕和免耕-免耕 4個(gè)處理間無明顯差異。在冬小麥生育期內(nèi)， 免耕-深耕和深松-旋耕處理的土壤有機(jī)碳含量均高于免耕-旋耕、深松-免耕和免耕-免耕處理。在夏玉米-冬小麥整個(gè)周年內(nèi)， 免耕-深耕和深松-旋耕處理在冬小麥越冬期土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較高， 而其他處理整個(gè)周年內(nèi)變化較小。

表1 不同耕作方式0～40 cm土壤有機(jī)碳含量Table1 Soil organic carbon content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （g kg-1）

2.2 不同耕作方式對(duì)土壤全氮的影響

由表2可知， 經(jīng)過 4年的周年耕作方式定位試驗(yàn)，0～20 cm土層土壤全氮含量在夏玉米-冬小麥整個(gè)周年內(nèi)均以對(duì)照免耕-旋耕處理最低。從夏玉米苗期到開花期， 深松-旋耕、深松-免耕和免耕-免耕處理均顯著高于對(duì)照免耕-旋耕處理， 而免耕-深耕處理與對(duì)照免耕-旋耕處理無顯著差異。從冬小麥越冬期到開花期， 免耕-免耕處理的土壤全氮含量最高， 其次為深松-免耕處理， 而免耕-深耕和深松-旋耕處理與對(duì)照免耕-旋耕處理差異不明顯。

表2 不同耕作方式0～40 cm土壤全氮含量Table2 Soil total nitrogen content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （g kg-1）

在20～40 cm土層， 在夏玉米季， 各時(shí)期均以深松-旋耕處理土壤全氮含量相對(duì)較高， 在收獲期與對(duì)照處理差異達(dá)顯著水平， 免耕-深耕和深松-免耕處理的土壤全氮含量?jī)H在開花期顯著高于對(duì)照免耕-旋耕處理， 其他時(shí)期無顯著差異。在冬小麥季， 免耕-深耕和深松-旋耕處理土壤全氮含量相對(duì)較高， 分別較對(duì)照增加 7.13%～21.68%和9.90%～14.79%， 而深松-免耕和免耕-免耕處理在整個(gè)冬小麥生育期內(nèi)與對(duì)照免耕-旋耕處理差異不顯著。

2.3 不同耕作方式對(duì)土壤有效磷的影響

經(jīng)過4周年定位試驗(yàn)， 各耕作方式處理之間土壤有效磷含量表現(xiàn)出明顯的差異（表3）。在0～20 cm土層， 在夏玉米-冬小麥整個(gè)周年內(nèi)土壤有效磷含量均表現(xiàn)出免耕-免耕處理>免耕-深耕處理>深松-旋耕處理， 其中， 免耕-深耕、深松-旋耕和免耕-免耕處理與對(duì)照免耕-旋耕處理相比增幅分別為 39.04%～116.90%、20.63%～75.44%和85.06%～155.63%。深松-免耕處理在夏玉米季和冬小麥生育前期（苗期、越冬期、起身期）與對(duì)照免耕-旋耕處理無顯著差異， 但在冬小麥開花期和收獲期可顯著增加土壤有效磷含量， 增幅為18.19%～38.90%。

在20～40 cm土層， 夏玉米-冬小麥整個(gè)周年內(nèi)， 免耕-免耕、免耕-深耕、深松-旋耕和深松-免耕處理均較對(duì)照免耕-旋耕處理提高土壤有效磷含量， 增幅分別為80.67%～318.71%、76.95%～243.42%、57.79%～177.68%和8.91%～130.56%。另外， 從表3還可以看出， 在冬小麥季，各處理均以越冬期土壤有效磷含量最高。

2.4 不同耕作方式對(duì)土壤速效鉀的影響

從表4可以看出， 在0～20 cm土層， 夏玉米生育后期（開花期、灌漿期和收獲期）和整個(gè)冬小麥季各處理均以免耕-深耕和深松-旋耕處理速效鉀含量最低， 在夏玉米灌漿期和冬小麥越冬期、起身期與對(duì)照免耕-旋耕處理差異達(dá)顯著水平。深松-免耕處理在整個(gè)周年內(nèi)土壤速效鉀含量均較對(duì)照處理高， 增幅為0.95%～10.68%， 而免耕-免耕處理主要增加冬小麥越冬期后的土壤速效鉀含量。在夏玉米-冬小麥整個(gè)周年內(nèi)， 免耕-旋耕、免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕處理均以冬小麥苗期土壤速效鉀含量最高，而免耕-免耕處理在冬小麥起身期達(dá)到高峰。

在20～40 cm土層， 深松-免耕和免耕-免耕處理的土壤速效鉀含量在夏玉米苗期、大口期、開花期和灌漿期顯著高于對(duì)照免耕-旋耕處理， 在夏玉米收獲期各處理之間差異不顯著， 免耕-深耕處理在整個(gè)周年內(nèi)與對(duì)照免耕-旋耕處理無顯著差異。另外， 在夏玉米-冬小麥整個(gè)周年內(nèi)， 各個(gè)耕作方式處理土壤速效鉀含量均在冬小麥越冬期最高。

表3 不同耕作方式0～40 cm土壤有效磷含量Table3 Soil available phosphorus content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （mg kg-1）

表4 不同耕作方式0～40 cm土壤速效鉀含量Table4 Soil available potassium content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （mg kg-1）

2.5 不同耕作方式對(duì)作物產(chǎn)量的影響

由表5可以看出， 經(jīng)過4年的耕作方式定位試驗(yàn)， 與對(duì)照免耕-旋耕處理相比， 深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產(chǎn)量， 增幅分別為 7.67% 和10.21%； 免耕-深耕處理夏玉米產(chǎn)量降低而冬小麥籽粒產(chǎn)量增加， 最終周年籽粒產(chǎn)量較對(duì)照處理降低 0.44%， 但與對(duì)照免耕-旋耕處理差異未達(dá)顯著水平； 免耕-免耕處理夏玉米-冬小麥籽粒產(chǎn)量均較對(duì)照處理有所降低， 最終導(dǎo)致周年產(chǎn)量降低2.19%。從產(chǎn)量構(gòu)成要素分析， 耕作方式主要是通過影響夏玉米穗粒數(shù)和冬小麥千粒重最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量的不同。

3 討論

3.1 耕作方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的重要來源， 也是微生物生命活動(dòng)的碳源和能源， 其含量是衡量農(nóng)田土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一［16］。前人通過17年的定位試驗(yàn)表明， 不同耕作方式顯著影響土壤有機(jī)碳的垂直分布和穩(wěn)定性， 而對(duì)0～40 cm土層土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量無顯著影響［17］。秸稈還田是土壤有機(jī)碳的重要輸入途徑， 大量研究結(jié)果表明秸稈還田可增加土壤有機(jī)碳含量［18-20］， 且秸稈還田的深度對(duì)不同土層土壤有機(jī)碳含量的影響顯著［20］。本研究中， 在秸稈還田條件下不同的耕作深度和強(qiáng)度會(huì)改變秸稈在不同土層的分布， 從而影響不同土層的土壤有機(jī)碳含量， 隨著土層中秸稈的腐解和有機(jī)質(zhì)的礦化， 土壤有機(jī)碳處于動(dòng)態(tài)變化中。在秸稈全量還田條件下， 各耕作方式處理 0～20 cm土層土壤有機(jī)碳含量均比試驗(yàn)開始前有所增加。各處理以深松-免耕和免耕-免耕處理土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較高， 而免耕-旋耕處理相對(duì)較低， 可能是由于不同耕作方式造成了處理間秸稈腐解和土壤有機(jī)質(zhì)礦化環(huán)境的不同， 而使秸稈腐解速率和有機(jī)質(zhì)礦化速率產(chǎn)生差異［19］， 深松、免耕等保護(hù)性耕作對(duì)土壤的擾動(dòng)程度較低，避免土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞， 降低土壤有機(jī)質(zhì)的礦化， 而旋耕處理土壤有機(jī)質(zhì)礦化速率較高。深松-旋耕處理能夠合理協(xié)調(diào)20～40 cm土層結(jié)構(gòu)并增加周年內(nèi)該層土壤有機(jī)碳含量， 由于冬小麥季的連年深耕操作， 免耕-深耕處理該季20～40 cm土層土壤有機(jī)碳含量增加。

表5 不同耕作方式夏玉米-冬小麥籽粒產(chǎn)量Table5 Grain yield of summer maize and winter wheat under different tillage practices

3.2 耕作方式對(duì)土壤氮含量的影響

研究表明， 在秸稈還田條件下， 小麥季深耕可增加深層土壤全氮含量［21］， 本試驗(yàn)結(jié)果表明， 與免耕-旋耕處理相比， 經(jīng)過連續(xù) 4周年的小麥季深耕處理， 免耕-深耕處理可以起到增加冬小麥季20～40 cm土層土壤全氮含量的作用， 這主要與冬小麥季深耕操作帶到深層土壤中的秸稈和肥料有關(guān)， 這與前人研究結(jié)果相一致［2］。有研究表明，連續(xù)免耕增加表層土壤全氮含量而深層土壤全氮含量較低［22］， 本試驗(yàn)中， 多年定位處理后各處理0～20 cm土層土壤全氮含量均比試驗(yàn)開始前有所增加， 與對(duì)照處理相比，免耕-免耕處理顯著增加冬小麥越冬期到開花期 0～20 cm土層土壤全氮含量， 且20～40 cm土層與對(duì)照處理無顯著差異， 可能由于本試驗(yàn)處理年限仍相對(duì)較短（僅 4周年），還未出現(xiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的深層土壤貧化現(xiàn)象。在本試驗(yàn)中， 深松-旋耕處理能夠顯著增加夏玉米季苗期到開花期 0～20 cm土層土壤全氮含量和周年內(nèi)20～40 cm土層的土壤全氮含量， 表明深松-旋耕不僅能夠增加夏玉米季0～20 cm土層土壤全氮含量， 還能通過打破犁底層， 促進(jìn)上下土層間的物質(zhì)交換， 增加 20～40 cm土層的土壤全氮含量， 這與張俊麗等［23］玉米季短期耕作方式試驗(yàn)中免耕處理 0～20 cm土層土壤全氮含量顯著高于深松耕處理的研究結(jié)果不一致， 分析認(rèn)為可能主要與其試驗(yàn)?zāi)晗掭^短有關(guān)。

3.3 耕作方式對(duì)土壤有效磷含量的影響

耕作方式對(duì)土壤有效磷含量影響的研究大都集中在秸稈是否還田條件下傳統(tǒng)耕作與秸稈覆蓋保護(hù)性耕作的對(duì)比之中， 而秸稈還田能夠提高土壤中磷素的有效性， 主要與有機(jī)物質(zhì)分解的產(chǎn)物增加土壤的酸度有關(guān)［24］。有研究表明， 免耕覆蓋較傳統(tǒng)耕作顯著增加0～5 cm土層土壤有效磷含量［24］， 但也有試驗(yàn)結(jié)果表明， 連續(xù)11年和15年的免耕覆蓋處理分別較傳統(tǒng)耕作 0～10 cm土層土壤有效磷含量降低56.1%和51.9%［25］。本試驗(yàn)中， 在秸稈全量還田條件下， 周年兩季均免耕的免耕-免耕處理與對(duì)照相比顯著增加0～40 cm土層土壤有效磷含量， 深松-免耕和深松-旋耕處理的土壤有效磷含量均低于兩季免耕處理， 分析認(rèn)為土壤有效磷含量除受有機(jī)質(zhì)礦化分解的影響外，還與作物的吸收有直接的聯(lián)系， 免耕-免耕處理作物產(chǎn)量較低導(dǎo)致作物從土壤中吸收利用的有效磷素總量相對(duì)較少，且通過田間徑流等途徑損失的磷素也相對(duì)較少， 而深松-免耕和深松-旋耕處理作物產(chǎn)量較高導(dǎo)致吸收利用的土壤有效磷素總量相對(duì)較高， 且深松處理對(duì)土壤的擾動(dòng)相對(duì)較大有增加土壤磷素?fù)p失的風(fēng)險(xiǎn)。因此， 在本試驗(yàn)相同的秸稈還田量和磷肥投入量條件下最終引起不同耕作方式處理間土壤有效磷含量的差異。

3.4 耕作方式對(duì)土壤速效鉀含量的影響

農(nóng)田土壤鉀素營(yíng)養(yǎng)的來源主要是鉀肥和秸稈， 在鉀肥施用量和秸稈還田量相同的情況下， 耕作方式對(duì)秸稈在不同土層分布的影響直接導(dǎo)致不同土層速效鉀含量的差異。前人研究表明， 在秸稈還田條件下， 旋耕較免耕處理顯著增加0～10 cm土壤速效鉀含量［26］， 免耕-深松處理較連續(xù)免耕處理顯著增加0～40 cm土層土壤速效鉀含量［12］，也有結(jié)果顯示， 免耕覆蓋較傳統(tǒng)耕作0～30 cm土層的土壤速效鉀含量略有增加， 但差異未達(dá)顯著水平［24］， 深松與免耕處理冬小麥開花期和灌漿期的 0～40 cm土層土壤速效鉀含量無顯著差異［27］。在本試驗(yàn)中， 各處理0～20 cm 土層土壤速效鉀含量與試驗(yàn)開始前相比均有較大的增加幅度， 與對(duì)照免耕-旋耕處理相比， 整個(gè)夏玉米-冬小麥周年內(nèi)深松-免耕處理增加0～20 cm土層土壤速效鉀含量， 分析認(rèn)為可能主要由于玉米季深松處理增加土壤通氣性更有利于秸稈礦化并釋放鉀素營(yíng)養(yǎng)； 免耕-免耕處理也能較對(duì)照處理顯著增加冬小麥越冬期后 0～20 cm土層土壤速效鉀含量， 可能主要由于該處理秸稈還田后一直覆蓋在土壤表層， 在該時(shí)期之后還田的秸稈開始逐漸礦化并釋放鉀素營(yíng)養(yǎng)。另外， 本研究還發(fā)現(xiàn)， 在20～40 cm土層， 各耕作方式處理土壤速效鉀含量在玉米季以收獲期最高，而在小麥季則以越冬期最高， 分析認(rèn)為可能主要是作物對(duì)鉀素營(yíng)養(yǎng)的吸收能力大幅度降低以及還田的秸稈仍在礦化釋放鉀素營(yíng)養(yǎng)所致。

3.5 耕作方式對(duì)作物產(chǎn)量的影響

有研究表明， 深耕和免耕較旋耕均顯著增加冬小麥籽粒產(chǎn)量［9］， 而深松耕與免耕處理冬小麥產(chǎn)量無顯著差異［9，27］，夏玉米季旋耕和免耕處理間籽粒產(chǎn)量無顯著差異， 但深松較旋耕和免耕分別增產(chǎn)4.3%和5.7%［28］。另有研究表明，與免耕覆蓋相比， 深松還田顯著增加冬小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重， 最終籽粒產(chǎn)量增加［29］。周年耕作方式試驗(yàn)結(jié)果表明， 與旋耕相比， 冬小麥免耕播種降低成穗數(shù)導(dǎo)致減產(chǎn)， 而后茬玉米籽粒產(chǎn)量無顯著差異［30］， 而冬小麥深松處理可顯著增加后茬玉米的籽粒產(chǎn)量［31］， 冬小麥夏玉米周年連續(xù)免耕處理的夏玉米籽粒產(chǎn)量與旋耕-免耕相比略有增加， 但差異未達(dá)顯著水平［32］。本試驗(yàn)條件下， 砂姜黑土土質(zhì)黏重， 通氣透水性差， 與免耕-旋耕處理相比， 連續(xù)免耕處理冬小麥和夏玉米籽粒產(chǎn)量均有所降低， 玉米季深松能夠增加夏玉米-冬小麥的籽粒產(chǎn)量， 以深松-免耕處理效果最優(yōu)， 可能是由于玉米季深松打破犁底層， 利于根系的生長(zhǎng)， 提高作物對(duì)水肥的利用效率， 最終導(dǎo)致產(chǎn)量增加［33-34］。鑒于不同的土壤性質(zhì)、氣候特點(diǎn)以及耕作方式對(duì)作物產(chǎn)量不盡相同的影響［35］， 耕作措施的選擇應(yīng)因地制宜， 根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際生產(chǎn)條件選擇最具應(yīng)用價(jià)值的耕作模式［36］。

耕作方式對(duì)土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的影響規(guī)律與實(shí)施年限有關(guān)， 還需要進(jìn)一步增加周年耕作方式試驗(yàn)的實(shí)施年限。另外， 各耕作方式的效果在不同年際間可能存在差異， 尚需進(jìn)一步深入研究。

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Effect of Annual Tillage Practices on Soil Nutrient and Crop Yield in Lime Concretion Black Soil Farmland

XIE Ying-Xin1， JIN Hai-Yang1， LI Meng-Da1， ZHAI Yu-Xue1， WANG Yong-Hua1， XIE Yao-Li2， LI Xiang-Dong3， XIA Lai-Kun3， WANG Chen-Yang1， GUO Tian-Cai1， and HE De-Xian1，*

1College of Agronomy， Henan Agricultural University / Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops， Zhengzhou 450002， China；2Center of Xiping Agricultural Technology Extension， Zhumadian 463900， China；3Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002， China

In order to select the appropriate tillage practices， improving soil nutrient and grain yield of crop grown in lime concretion black soil farmland， the effects of five year winter wheat-summer maize annual tillage practices （no tillage-rotary tillage， no tillage-deep tillage， subsoiling tillage-rotary tillage， subsoiling tillage-no tillage， no tillage-no tillage） on soil organic carbon content， soil nutrient and crop yield were studied in the fourth year.Under the condition of returning total straw to field， compared with the beginning of the experiment， the content of soil organic carbon， total nitrogen and available potassium in 0-20 cm soil layer were increased.Compared with no tillage-rotary tillage， other year treatments increased annual soil organic carbon and total nitrogen contents in 0-20 cm soil layer during the whole growth period.No tillage-deep tillage， subsoiling tillage-rotary tillage，and no tillage-no tillage significantly increase soil available phosphorus contents in 0-20 cm soil layer during the whole growth period， and subsoiling tillage-no tillage significantly increased 0-20 cm soil layer available phosphorus in anthesis and harvestperiod of winter wheat.In 20-40 cm soil layer， soil available phosphorus content of no tillage-rotary tillage was the lowest during the whole growth period.Subsoiling tillage-no tillage increased annual soil available potassium content in 0-20 cm soil layer during the whole growth period.In 20-40 cm soil layer， subsoiling tillage-no tillage and no tillage-no tillage significantly increased soil available potassium content in seedling， trumpeting， anthesis and filling stages of summer maize season.Subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage significantly increase annual grain yield by 7.67% and 10.21% respectively.To sum up， subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage could improve contents of soil organic carbon and nutrient， and increase grain yield of summer maize and winter wheat under the condition of returning total straw to field.Therefore， subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage should be selected as two appropriate tillage practices in lime concretion black soil farmland.

Tillage practice； Lime concretion black soil； Soil nutrient； Organic carbon； Grain yield

10.3724/SP.J.1006.2016.01560

本研究由國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD26B01）， 國(guó)家糧食豐產(chǎn)科技工程項(xiàng)目河南省子課題（2013BAD07B07）和國(guó)家公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201303102）資助。

This study was supported by the National Science & Technology Pillar Program during the 12th Five-year Plan Period （2015BAD26B01）， the Henan-topic of the National Grain Bumper Science and Technology Project （2013BAD07B07）， and the Special Fund for Scientific Research in the Public Interest of the Ministry of Agriculture.

（Corresponding author）： 賀德先， E-mail： hedexian@126.com

聯(lián)系方式： E-mail： xieyingxin@tom.com

Received（）： 2016-04-07； Accepted（接受日期）： 2016-07-11； Published online（網(wǎng)絡(luò)出版日期）： 2016-07-28.

URL： http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160728.0817.016.html