陳夢楠，高志強，孫 敏，楊珍平

(山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山西太谷 030801)

休閑期不同耕作模式對旱地麥田土壤水分、養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響

陳夢楠，高志強，孫 敏，楊珍平

(山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山西太谷 030801)

為探索適宜晉南旱地小麥高效生產(chǎn)的耕作模式，以晉麥92為試驗材料，設(shè)置休閑期深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松、常規(guī)耕作(對照)4個耕作模式，研究其對土壤水分及養(yǎng)分、作物生長和水分利用效率的影響。結(jié)果表明，深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松模式較對照休閑末期3 m 內(nèi)土壤蓄水量和土壤蓄水效率顯著提高，土壤蓄水效率提高達52.5%～91.3%，以深松/深松模式較好；越冬-孕穗期3 m內(nèi)土壤蓄水量提高，且深松/深松模式與對照差異顯著；各生育時期單株干物質(zhì)積累量提高，且越冬-拔節(jié)期深松/深松、深松/深翻模式與對照差異顯著，孕穗-成熟期各耕作模式與對照差異均顯著；穗數(shù)、千粒重、產(chǎn)量和水分利用效率顯著提高，其中穗數(shù)提高22.7%～29.9%，水分利用效率提高15.1%～21.6%，產(chǎn)量提高39.4%～60.3%，以深松/深松模式較好；收獲后0～40 cm土層土壤有機質(zhì)平均含量提高2.5%～8.7%，速效磷含量提高11.1%～34.4%，堿解氮含量提高5.1%～20.2%，以深松/深松模式較好?？傊?，深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松模式均能提高土壤蓄水保墑能力，改善養(yǎng)分供應(yīng)狀況，有利于促進小麥干物質(zhì)積累，最終提高產(chǎn)量和水分利用效率，以深松/深松模式最佳。

旱地小麥；耕作模式；土壤水分；產(chǎn)量；土壤養(yǎng)分

黃土高原旱作麥區(qū)是北方糧食生產(chǎn)的主要地區(qū)，降水不足及其時空分布不均嚴重制約著作物的生長發(fā)育，也是造成該區(qū)作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)的關(guān)鍵因素。不同耕作方式通過相應(yīng)的農(nóng)機直接改變土壤耕層結(jié)構(gòu)和土?？臻g形態(tài)分布[1]，進而改變土壤理化性狀[2-3]，造成土壤滲透性能和蓄水性能的差異[4]，最終影響作物生長發(fā)育。旱作區(qū)普遍采用常規(guī)耕作方式，由于過多地翻動土壤，導致土壤水分無效損失加劇和耕地土壤退化加重[4]。因此，建立合理的耕作制度對旱作區(qū)維持土壤肥力，提高土壤蓄保能力，持續(xù)增產(chǎn)增效有著重要的作用。免耕覆蓋能促進土壤形成水穩(wěn)性團聚體，改善土壤孔隙狀況，減少表土水分蒸發(fā)，增加土壤的保水保肥能力，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[5]。深松能打破犁底層，降低土壤亞表層緊實度，增強土壤接納和蓄保降水能力，同時有利于作物根系生長，從而提高產(chǎn)量[6-7]。李友軍等[3]研究表明，深松覆蓋和免耕覆蓋較傳統(tǒng)耕作麥田全年土壤蓄水量均提高，水分利用效率提高16.37%和10.62%，產(chǎn)量提高23.22%和15.38%。王育紅等[8]研究表明，深松/深松處理較傳統(tǒng)耕作小麥增產(chǎn)約18.8%，水分利用效率提高約16.8%。黨友建等[9]研究表明，深翻能增強土壤滲水和保水能力，提高小麥冬前總莖數(shù)和成穗數(shù)，為實現(xiàn)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。但不同耕作方式均有其弊端，因此適時的對深松、深翻等措施進行合理的組合與輪換，形成一套與當?shù)睾底鞣N植制度相適應(yīng)的耕作技術(shù)體系，是解決連續(xù)單一耕作諸多弊端的有效措施。針對以上問題，前人已做了不少研究[10-13]，但由于小麥品種特性、土壤理化性質(zhì)和生態(tài)環(huán)境條件等方面的不同，研究結(jié)果具有明顯的地域特點。為此，本研究在休閑期實施不同的耕作模式，設(shè)置深翻/深翻、深翻/深松、深松/深松和常規(guī)耕作4種處理，研究休閑期不同耕作模式對旱地冬小麥土壤水分蓄積、產(chǎn)量及水分利用效率和收獲后土壤養(yǎng)分的影響，以期為晉南旱作麥區(qū)尋求合理的耕作技術(shù)體系提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區(qū)位于黃土丘陵溝壑區(qū)的聞喜邱家?guī)X村旱作試驗站，該區(qū)海拔630 m，年平均降水量 471.1 mm，年平均氣溫12.9 ℃，年平均日照2 242.0 h，無霜期190 d，屬于典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。試驗田為旱地，無灌溉條件，試驗地耕層0～20 cm基礎(chǔ)養(yǎng)分：土壤有機質(zhì)8.7 g·kg-1，全氮0.97 g·kg-1，堿解氮48.3 mg·kg-1，速效磷16.4 mg·kg-1，速效鉀108.7 mg·kg-1。試驗區(qū)年均降水量約60%集中在7-9月，且期間氣溫較高(圖1)。

1.2 試驗設(shè)計

本團隊于2013年6月至2014年6月進行了第一年冬小麥耕作試驗， 本試驗在第一年的基礎(chǔ)上，于2014年6月至2015年6月進行第二年的耕作試驗，供試品種為晉麥92，試驗設(shè)置4種耕作模式：(1)深翻/深翻(DT/DT)：連續(xù)兩年前茬小麥收獲后進行深翻處理；(2)深松/深翻(ST/DT)；第1年前茬小麥收獲后進行深松處理，第2年前茬小麥收獲后進行深翻處理；(3)深松/深松(ST/ST)：連續(xù)兩年前茬小麥收獲后進行深松處理；(4)對照(CK)：連續(xù)兩年前茬小麥收獲后進行傳統(tǒng)翻耕處理。采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積40 m×4 m=160 m2，3次重復(fù)。

試驗地前茬小麥收獲后留茬20～30 cm，7月上旬撒施或深施有機肥1 500 kg·hm-2，同時進行耕作處理，具體操作如下：(1)傳統(tǒng)耕作：前茬小麥收獲后和當季小麥播種前均旋耕1次，耕作深度13～15 cm；(2)深翻：采用大型拖拉機牽引的深翻犁進行深翻，深度25～30 cm，使小麥秸稈和有機肥同時翻入耕層土壤，8月底進行耙耱收墑；(3)深松：采用深松施肥一體機進行深松并深施有機肥，深度30～40 cm，使秸稈均勻地覆蓋在土壤表層，8月底進行耙耱收墑。播前基施氮磷鉀肥，施肥量分別為純N 150 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2，于10月4日播種，膜際條播，行距30 cm，基本苗為225萬株·hm-2。

圖1 聞喜試驗點降水及氣溫情況

1.3 測定指標與方法

土壤養(yǎng)分的測定：于小麥收獲后(6月11日)在每個小區(qū)按5點取樣法取土，測定0～20 cm和20～40 cm土層土壤養(yǎng)分含量。土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，堿解氮采用堿解擴散法，速效磷采用碳酸氫鈉浸提法[14]。

土壤水分的測定：于休閑前后和越冬、拔節(jié)、孕穗、開花、成熟期用土鉆取3 m土樣，各小區(qū)分層(每20 cm為一土層)取樣，采用烘干法測定土壤含水量。相關(guān)指標計算如下：

土壤含水量(%)=(濕土重-干土重)/干土重

土壤蓄水量(mm)=土壤含水量×土層厚度×土壤容重

休閑期土壤蓄水效率(%)=(休閑末期土壤蓄水量-休閑前期土壤蓄水量)/休閑期降水量

植株干物質(zhì)量的測定：于越冬、拔節(jié)、孕穗、開花和成熟期等關(guān)鍵生育時期，每個小區(qū)選取長勢均勻且具代表性的20株樣本，采用烘干法測定干物質(zhì)量。

產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測定：于成熟期，每個小區(qū)選取具有代表性的3行，每行取2 m長調(diào)查穗數(shù)，并收獲至室內(nèi)調(diào)查穗粒數(shù)和千粒重；每小區(qū)收獲16 m2計經(jīng)濟產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003和SAS 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析，并用LSD法進行顯著性檢驗(P≤0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作模式休閑期土壤蓄水保墑效果

深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松處理和對照休閑末期較初期0～3 m土壤蓄水量分別提高150.34、171.09、188.69和98.61 mm(表1)。與對照相比，深翻/深翻、深松/深翻和深松/深松處理休閑末期0～3 m土壤蓄水量和休閑期土壤蓄水效率均顯著提高，土壤蓄水量分別提高53.28、65.44和78.11 mm，土壤蓄水效率分別提高52.5%、73.5%和91.3%。可見，深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松模式能更好地蓄積休閑期降水，提高播前底墑，以深松/深松模式蓄水保墑效果較好。

2.2 不同耕作模式對各生育時期土壤水分的影響

越冬-孕穗期0～3 m土壤蓄水量以深松/深松處理最高，深松/深翻和深翻/深翻其次，對照最低，且深松/深松處理與對照的差異達顯著水平；開花期以深松/深松處理最高，深翻/深翻和深松/深翻其次，對照最低，各處理間無顯著差異；成熟期以對照最高，深翻/深翻和深松/深翻處理其次，深松/深松最低，且深松/深松、深松/深翻和深翻/深翻處理與對照的差異均達顯著水平(圖2)。整個生育期內(nèi)，深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松處理和對照0～3 m平均土壤蓄水量分別為430.73、434.01、445.15和423.44 mm，不同耕作處理較對照分別提高7.29、10.57和21.71 mm。可見，深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松模式能有效蓄雨保墑，其蓄水效果至孕穗期仍顯著，以深松/深松模式較好。

表1 不同耕作模式對休閑期0～3 m土壤蓄水效率的影響

同一列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同。

Different small letters in the same column mean significant difference at 5% level.The same below.

圖2 不同耕作模式對各生育時期0～3 m土壤蓄水量的影響

2.3 不同耕作模式對各生育時期干物質(zhì)積累量的影響

整個生育期內(nèi)，小麥單株干物質(zhì)量積累速率以拔節(jié)-孕穗期最大，孕穗-成熟期其次，越冬-拔節(jié)期最小(圖3)。各生育時期單株干物質(zhì)積累量均以深松/深松處理最高，深松/深翻和深翻/深翻其次，對照最低，且越冬-拔節(jié)期深松/深松、深松/深翻處理與深翻/深翻和對照的差異達顯著水平，孕穗-成熟期各處理間差異均達顯著水平?？梢?，深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松模式能提高植株物質(zhì)生產(chǎn)能力，有利于干物質(zhì)量的積累，為獲得高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，以深松/深松模式較好。

2.4 不同耕作模式對產(chǎn)量及水分利用效率的影響

與對照相比，深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松處理穗數(shù)分別提高22.7%、27.5%、29.9%，千粒重分別提高5.1%、7.1%、6.8%，水分利用效率分別提高15.1%、17.0%、21.6%，且不同耕作處理與對照的差異均達顯著水平，深松/深松處理與深翻/深翻的穗數(shù)和水分利用效率差異達顯著水平；穗粒數(shù)分別提高3.3%、5.8%、7.0%，深松/深松、深松/深翻處理與對照的差異達顯著水平；產(chǎn)量分別提高39.4%、47.4%、60.3%，各處理間差異均達顯著水平(表2)?？梢姡罘?深翻、深松/深翻、深松/深松模式主要通過提高穗數(shù)達到較好的增產(chǎn)效果和較高的水分利用效率，以深松/深松模式增產(chǎn)增效最為顯著。

圖3 不同耕作模式對各生育時期單株干物質(zhì)積累量的影響

2.5 不同耕作模式對收獲后土壤養(yǎng)分的影響

與對照相比，不同耕作處理0～40 cm土層土壤有機質(zhì)、速效磷和堿解氮含量均有所增加，且0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量高于20～40 cm。在0～20 cm土層，與對照相比，深翻/深翻處理的速效磷含量顯著提高，深松/深翻處理的速效磷和堿解氮含量顯著提高，深松/深松處理的3個指標均顯著提高；在20～40 cm土層，深松/深翻、深松/深松處理的有機質(zhì)、堿解氮含量較對照顯著提高(表3)。深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松處理較對照0～40 cm土層土壤有機質(zhì)平均含量分別提高2.5%、7.3%、8.7%，速效磷提高11.1%、14.3%、34.4%，堿解氮提高5.1%、11.6%、20.2%?？梢姡罘?深翻、深松/深翻、深松/深松模式能維持較高的有機質(zhì)含量，并且提高氮素磷素的有效性，以滿足小麥生長發(fā)育的養(yǎng)分需求。

表2 不同耕作模式對產(chǎn)量與水分利用效率的影響

表3 不同耕作模式對收獲后0～40 cm土壤養(yǎng)分含量的影響

3 討 論

保護性耕作能提高土壤的蓄水保水能力，創(chuàng)造出適宜作物生長的土壤水分環(huán)境，有利于增產(chǎn)增收，在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中起重要作用[15]。秦紅靈等[16]研究表明，休閑期采用保護性耕作技術(shù)可以蓄積夏季降水于土壤深層，起到伏雨春夏用的作用，有利于作物后期生長。侯賢清等[17]研究表明，休閑期深松和翻耕處理能有效蓄雨保墑，提高旱地麥田播前土壤蓄水量，以深松處理較好，其2 m內(nèi)播前土壤蓄水量達310.8 mm，蓄水效率達34.57%。本研究表明，休閑期深翻/深翻、深松/深翻和深松/深松模式較傳統(tǒng)耕作顯著提高休閑末期0～3 m土壤蓄水量和休閑期土壤蓄水效率，土壤蓄水量分別提高53.28、65.44和78.11 mm，土壤蓄水效率分別提高52.5%、73.5%和91.3%，以深松/深松模式較好。這可能是因為休閑期連年深松降低了對土壤結(jié)構(gòu)的破壞程度，同時結(jié)合麥茬秸稈覆蓋，能有效減少水分蒸發(fā)，更有利于土壤蓄水保水。

休閑期不同耕作模式對小麥生育期間土壤水分的有效性有較大影響[18-19]。尚金霞等[20]研究表明，冬閑期免耕/免耕、深松/深松處理玉米田0～2 m平均土壤貯水量較翻耕分別提高33.4、31.1 mm。張玉嬌等[11]研究表明，在30 年定量模擬研究期間，夏閑期免耕/深松、翻耕/深松處理較連續(xù)翻耕麥田全年3 m內(nèi)土壤平均有效含水量提高28.7%、27.2%，休閑期平均有效貯水量提高7.1%、5.6%。本試驗研究表明，夏閑期深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松模式較傳統(tǒng)耕作提高全生育期內(nèi)0～3 m平均土壤蓄水量，分別達7.29、10.57和21.71 mm，其中越冬-孕穗期土壤蓄水量與對照差異顯著?？梢?，休閑期采用合理的耕作模式能提高各生育時期土壤蓄水量，其蓄水效果至孕穗期仍較明顯，且以深松/深松模式較好，這與陳寧寧等[1]的研究結(jié)果較為一致。

合理的耕作制度能改善土壤物理性狀，提高土壤蓄水保墑能力，為小麥出苗提供良好的土壤環(huán)境，促使有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加，從而顯著增加旱地冬小麥的產(chǎn)量[10]。侯賢清等[17]研究表明，休閑期深松和翻耕能提高旱地冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率。王 靖等[21]研究表明，深松能有效延長小麥葉片的光合功能期，加強籽粒灌漿速率和強度，最終通過提高穗粒數(shù)和千粒重達到增產(chǎn)。李 濤等[22]研究表明，深耕深翻處理更能促進小麥根系和植株生長，葉面積系數(shù)較大，有利于干物質(zhì)量的形成與積累?？追怖诘萚13]研究表明，免耕/深松處理能為小麥生長創(chuàng)造適宜的土壤環(huán)境，有利于種子萌發(fā)和植株生長發(fā)育，形成高產(chǎn)的小麥群體。本試驗研究表明，休閑期深翻/深翻、深松/深翻和深松/深松模式較傳統(tǒng)耕作能提高各生育時期單株干物質(zhì)量，最終產(chǎn)量顯著提高39.4%、47.4%、60.3%，水分利用效率顯著提高15.1%、17.0%、21.6%，以深松/深松模式較好。一方面可能是因為深松可以充分蓄積利用休閑期降水和生育期降水，提高土壤水分的有效性，促進作物生長；另一方面可能是因為深松能打破犁底層并加深耕層，改善土壤的通透性，促進作物根系生長[23-24]，更好地吸收深層土壤水分用于小麥物質(zhì)生產(chǎn)，進而提高水分利用效率。

研究表明，連續(xù)保護性耕作后土壤養(yǎng)分與土壤攪動程度有關(guān)，擾動程度越低，土壤養(yǎng)分越高[25]，且隨著土層的加深呈降低趨勢[26]。馬 林等[27]研究表明，免耕秸稈覆蓋能有效提高土壤有機質(zhì)、速效磷和堿解氮含量；黃 明等[28]研究表明，深松覆蓋處理較傳統(tǒng)耕作能提高土壤有機質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量。本研究表明，休閑期深翻/深翻、深松/深翻、深松/深松模式較傳統(tǒng)耕作收獲后0～40 cm土層土壤有機質(zhì)平均含量分別提高2.5%、7.3%、8.7%，速效磷提高11.1%、14.3%、34.4%，堿解氮提高5.1%、11.6%、20.2%，以深松/深松模式較好。本研究還表明，休閑期不同耕作模式0～20 cm土層有機質(zhì)、堿解氮、速效磷平均含量均高于20～40 cm，與前人研究結(jié)果一致[26]。

4 結(jié) 論

深翻/深翻、深松/深翻和深松/深松模式較傳統(tǒng)耕作顯著提高休閑末期3 m 內(nèi)土壤蓄水量，顯著提高休閑期土壤蓄水效率，達52.5%～91.3%，且蓄水效果至孕穗期仍顯著；提高各生育時期干物質(zhì)量和產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，其中穗數(shù)提高22.7%～29.9%，產(chǎn)量提高39.4%～60.3%，最終水分利用效率提高15.1%～21.6%；提高收獲后土壤0～40 cm土層有機質(zhì)、速效磷和堿解氮平均含量，以深松/深松模式蓄水增產(chǎn)保肥的效果較好?？傊?，深松/深松模式在晉南旱作麥區(qū)可多蓄存78.11 mm水分，增產(chǎn)60.3%，是相對較適宜該區(qū)高效生產(chǎn)的耕作模式。

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Effect of Different Tillage Systems during Fallow Period on Soil Water，Nutrient Content and Wheat Yield in Dryland

CHEN Mengnan,GAO Zhiqiang,SUN Min,YANG Zhenping

(College of Agriculture,Shanxi Agriculture University,Taigu,Shanxi 030801,China)

In order to explore the suitable tillage systems in dryland for high efficiency wheat production in Jinnan,four systems,including DT/DT (2-year continuous deep plowing during fallow period),ST/DT (2-year rotational subsoiling and deep plowing during fallow period),ST/ST (2-year continuous subsoiling during fallow period) and CK (2-year continuous conventional tillage system during fallow period) were applied.The study was conducted with Jinmai 92 to determine the effect of different tillage systems on soil water storage and nutrient content,crop growth and water use efficiency.The results showed that compared with CK,DT/DT,ST/DT and ST/ST significantly increased soil water storage in the 0-3 m depth after fallow period and soil water storage efficiency.And soil water storage efficiency was increased by 52.5% to 91.3%.The effect of ST/ST on water storage was better.Compared with CK,DT/DT,ST/DT and ST/ST increased soil water storage in the 0-3 m depth from over-wintering stage to booting stage,on which the effect of ST/ST was significant.Compared with CK,DT/DT,ST/DT and ST/ST increased dry weight per plant at different growth stages.Compared ST/ST and ST/DT with CK from over-wintering stage to elongation stage,the effect was significant.And the effect of different tillage systems was significant at booting and maturing stages.Compared with CK,DT/DT,ST/DT and ST/ST significantly increased spike number,1 000-grain weight,yield and water use efficiency.Spike number,water use efficiency and yield were increased by 22.7% to 29.9%,15.1% to 21.6%,and 39.4% to 60.3%,respectively,on which the effects of ST/ST were better.Compared with CK,DT/DT,ST/DT and ST/ST improved soil average nutrient content in 0-40 cm depth after harvest.Organic matter content,available phosphorus content and alkali-hydrolyzable nitrogen content were improved by 2.5% to 8.7%,11.1% to 34.4%,and 5.1% to 20.2%,respectively,on which the effect of ST/ST was better.In conclusion,DT/DT,ST/DT and ST/ST could improve soil water storage capacity and soil nutrient supply status,and promote the accumulation of wheat matter,which was favorable for improving grain yield and water use efficiency.The ST/ST system was optimal.

Dryland wheat; Tillage systems; Soil water; Yield; Soil nutrient content

時間：2017-05-12

2017-01-12

2017-02-19

國家科技支撐計劃項目(2015BAD23B04)；國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303104)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-03-01-24)；國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503120)；山西省研究生教育創(chuàng)新項目(2016SY025)

E-mail：chenmengnan2010@163.com

高志強(E-mail: gaozhiqiang1964@126.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)05-0680-07

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