王 平，陳 娟，謝成俊，王國宇，溫 健，張麗娟

(1.蘭州市農(nóng)業(yè)科技研究推廣中心，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省永登縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 永登 730300；4.慶陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 慶陽745000)

蘭州市屬于干旱與半干旱地區(qū)，旱作區(qū)溝壑縱橫以山旱地為主，旱地面積占耕地面積63%以上，該區(qū)干旱少雨，且季節(jié)性降水明顯，近些年干旱事件頻發(fā)，干旱與土壤瘠薄制約著當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展。旱作農(nóng)業(yè)的抗旱主要措施為“納秋水，抗春旱”，目前，甘肅省推廣的旱作農(nóng)業(yè)抗旱栽培技術(shù)主要為地膜覆蓋栽培。地膜覆蓋措施有效地做到了雨水?dāng)r蓄入滲，抑蒸保墑，促進(jìn)作物出苗與生長(zhǎng)，提高水分利用效率與產(chǎn)量等作用，實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)抗旱向主動(dòng)抗旱的轉(zhuǎn)變，一膜多年免耕方式得到廣泛使用，面積也逐年擴(kuò)大，在一些偏遠(yuǎn)山旱區(qū)隨著勞動(dòng)力的減少耕作措施減少或缺失，而長(zhǎng)期的少免耕下土壤變得緊實(shí)、耕層變淺、土壤表層養(yǎng)分出現(xiàn)富集和田間病蟲害多發(fā)等，土壤出現(xiàn)的這些問題已經(jīng)越來越不適應(yīng)旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。而傳統(tǒng)耕作主要為牲畜或者手扶拖拉機(jī)翻耕，而長(zhǎng)期的翻耕易形成犁底層，表層土壤結(jié)構(gòu)疏松，水土流失嚴(yán)重。當(dāng)前這種不合理的耕作方式影響了土壤結(jié)構(gòu)與作物的生長(zhǎng)。眾多研究發(fā)現(xiàn)將免耕、深松和翻耕等耕作方法通過合理的組配形成的土壤輪耕體系，能夠改善土壤水、肥、氣、熱的供給，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)提高產(chǎn)量，減輕單一耕作措施帶來的諸多弊端。因此，合理的輪耕方式可以作為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施與發(fā)展可持續(xù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要舉措。

目前，旱作農(nóng)業(yè)輪耕耕作方式研究的內(nèi)容主要是保護(hù)性耕作下的土壤理化性質(zhì)、蓄水保墑、增產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析。而針對(duì)甘肅地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)地膜覆蓋下的輪耕模式報(bào)道較少。本研究于2014-2016年通過定位試驗(yàn)，通過免耕、深耕、翻耕進(jìn)行隔年輪耕組配形成8種耕作方式，研究了在玉米連作下的土壤孔隙度、土壤養(yǎng)分、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益，通過綜合評(píng)價(jià)以期為評(píng)價(jià)不同輪耕模式及完善保護(hù)性耕作技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于蘭州市榆中縣清水驛鄉(xiāng)孟家山村旱作農(nóng)業(yè)綜合示范基地(35°51′N，104°17′E，海拔1 998 m)，屬于半干旱黃土丘陵區(qū)，無霜期100～140 d，年日照時(shí)數(shù)2 500 h，年平均太陽總輻射量4 800～6 400 MJ·m-2，年均氣溫7℃，年平均降水量350 mm，56%的降水量集中在7-9月。2014-2016年的降水及氣溫如圖1所示，2014年、2015年、2016年玉米生育期降雨量分別為385.2 mm、241.6 mm、291.5 mm。試驗(yàn)區(qū)溝壑縱橫，試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，土壤為黃綿土。耕層0～20 cm土壤容重為1.37 g·cm-3，有機(jī)質(zhì)為13.18 g·kg-1，全氮、全磷分別為1.017 g·kg-1、0.67 g·kg-1；堿解氮、速效磷和速效鉀分別為52.8 mg·kg-1、14.44 mg·kg-1和165.93 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究于2014—2016年在春玉米連作田進(jìn)行，2014年起開展輪耕模式試驗(yàn)，設(shè)計(jì)8個(gè)處理，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每種耕作處理設(shè)3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為120 m2(15 m8 m)，玉米均采用全膜雙壟種植。耕作處理模式分別為：(1)連續(xù)免耕 (NT)；(2)連續(xù)深松 (ST)；(3)連續(xù)翻耕 (PT)；(4)深松、免耕及深松輪耕(ST/NT/ST)；(5)免耕、免耕和深松輪耕(NT/NT/ST)；(6)翻耕、免耕及翻耕輪耕(PT/NT/PT)；(7)翻耕、免耕及深松輪耕(PT/NT/ST)；(8)深松、翻耕及深松輪耕(ST/PT/ST)。具體土壤耕作措施為：(1)免耕處理 (NT)：收獲后不采取任何土壤耕作措施，采用一膜多年玉米種植使用；(2)深松處理 (ST)：深松深度30 cm，寬度間隔40 cm，每年玉米收獲后，為了最大限度地吸納有效降水防止土壤跑墑，翌年土壤解凍后解膜并進(jìn)行土壤深松、施肥覆膜播種，2014年深松耕作在當(dāng)年土壤解凍后開展；(3)翻耕處理 (PT)：?jiǎn)卫珑f全面深翻20 cm，土壤翻耕時(shí)間與深松相同，深松、翻耕機(jī)械采用手扶拖拉機(jī)。8個(gè)耕作處理的施肥、作物品種及其它管理措施均相同，玉米品種為金穗4號(hào)，667 m2保苗3 500株，播種時(shí)施用基肥：N(尿素，含氮量約為46.4%)150 kg·hm-2，P2O5(磷酸二銨，總氮16%，有效磷44%(以P2O5計(jì)))120 kg·hm-2，K2O(氯化鉀，含K2O 60%)90 kg·hm-2，有機(jī)肥為1 500 kg·hm-2(巧農(nóng)活性有機(jī)肥有機(jī)質(zhì) ≥45% 、N+P2O5+K2O≥5%)；免耕(一膜多年用)施肥，把氮、磷、鉀按照配比混勻裝進(jìn)多功能點(diǎn)播機(jī)，采用點(diǎn)播方式施入播種行，玉米點(diǎn)播在靠近施肥點(diǎn)；深松、翻耕有機(jī)肥在耕作期間作為基肥施入，試驗(yàn)期間其它田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及計(jì)算方法

1.3.1 土壤孔隙度測(cè)定 土壤容重測(cè)定:分別于2014年3月20日和2016年9月20日，采用環(huán)刀法分別測(cè)定0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層不同耕作處理下的土壤容重，每小區(qū)采集3個(gè)點(diǎn)。其中，2014年3月20日測(cè)定的土壤孔隙度為處理前孔隙度。土壤孔隙度(%)=[(1-土壤容重)/土壤比重]×100%，土壤比重≈2.65 g·cm。

1.3.2 土壤養(yǎng)分測(cè)定[12]2014年3月20日與2016年9月10日，不同耕作處理小區(qū)，通過土鉆取0～20 cm、20～40 cm土層土樣，每小區(qū)取三個(gè)點(diǎn)土樣進(jìn)行混合，帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干、研磨后待測(cè)土壤養(yǎng)分。

1)土壤有機(jī)質(zhì) (OM)：重鉻酸鉀容量法；

2)土壤全N (NT)：重鉻酸鉀消化法;

3)土壤全P (TP)：硫酸—高氯酸消煮法;

4)土壤全K (TK)：NaOH熔融—火焰光度計(jì)法;

5)土壤堿解性N (AN)：堿解擴(kuò)散法;

6)土壤速效P (AP)：碳酸氫鈉法;

7)土壤速效K (AK)：醋酸銨—火焰光度計(jì)法。

1.3.3 玉米干物質(zhì)與產(chǎn)量測(cè)定 干物質(zhì)重及產(chǎn)量測(cè)定：于玉米苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、乳熟期及成熟期每小區(qū)連續(xù)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株4株，整株置于105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒重，用百分之一電子天平稱重；并于玉米成熟期進(jìn)行實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)效益 產(chǎn)量收益=作物產(chǎn)量×當(dāng)年市場(chǎng)價(jià)格

支出=肥料價(jià)格×施用量+種子價(jià)格×施用量+地膜價(jià)格×施用量+人工勞力+機(jī)械

凈收益=產(chǎn)量收益-支出

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用SPASS 21數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析，采用Excel 2013作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)土壤孔隙度的影響(2016年)

圖2可見，不同耕作方式下0～20 cm土層土壤孔隙度均大于20～40 cm土層，0～20 cm、20～40 cm及40～60 cm土層土壤孔隙度平均值分別為49.00%、46.95%及48.25%，0～20 cm較20～40 cm土壤孔隙度提高4.36%。0～20 cm土層，土壤孔隙度ST、PT、ST/PT/ST土壤孔隙度最高， NT、NT/NT/ST土壤孔隙度最??；20～40 cm土層，NT孔隙度最小，與其它耕作方式之間差異顯著；40～60 cm土層，不同耕作模式之間差異不顯著； 0～60 cm土層，8種耕作方式的土壤孔隙度平均值依次為ST>ST/PT/ST>ST/NT/ST>PT>PT/NT/ST>PT/NT/PT>NT/NT/ST>NT。較處理前，0～60 cm土層，ST/PT/ST、ST/NT/ST、NT/NT/ST、PT/NT/PT及ST/NT/PT處理土壤孔隙度平均值分別提高了3.42%、2.10%、-1.32%、0.79%及1.31%?？梢姡喐绞街杏猩钏苫蚍母飨碌耐寥揽紫抖染^高。總之，0～40 cm土層深松與翻耕與免耕相比能夠顯著增加土壤孔隙度，深松與翻耕進(jìn)行輪耕也能促進(jìn)土壤孔隙度的增大，耕作對(duì)40～60 cm土層的孔隙度影響較小。本試驗(yàn)0～60 cm土層，5種輪耕模式以ST/PT/ST的孔隙度最大，輪耕有利于土壤孔隙度的提高。

圖2 不同輪耕方式下0～20 cm、20～40 cm及40～60 cm土層土壤孔隙度Fig.2 Soil porosity at 0～20 cm, 20～40 cm, 40～60 cm depth under different tillage systems

2.2 不同耕作方式對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

從表1可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量在0～20 cm、20～40 cm土層，除連續(xù)免耕與翻耕處理之外，各輪耕處理較處理前均顯著增加。0～20 cm土層土壤養(yǎng)分(有機(jī)質(zhì)、速效氮、磷、鉀、全氮、全磷)含量均大于20～40 cm土層養(yǎng)分指標(biāo)。0～20 cm土層，連續(xù)單一耕作(NT、ST及PT)下土壤有機(jī)質(zhì)含量之間顯著差異(ST>NT>PT)，較NT和PT，ST處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了10.68%和9.12%，較處理前，ST處理土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了3.79%；5種輪耕處理，各土層的有機(jī)質(zhì)含量以ST/NT/ST最高(ST/NT/ST>ST/PT/ST> PT/NT/ST>PT/NT/PT> NT/NT/ST)。20～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均低于0～20 cm土層，連續(xù)單一耕作下土壤有機(jī)質(zhì)含量大小為ST>PT>NT，這與20～40 cm有所不同，NT處理下20～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，可能是免耕下土壤有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)了表面富集，而深松和翻耕處理會(huì)使表層有機(jī)質(zhì)進(jìn)入下層。5種輪耕模式20～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均比處理前顯著增加，以ST/NT/ST、ST/PT/ST最高。

0～20 cm土層，連續(xù)單一耕作(NT、ST及PT)對(duì)土壤速效K含量影響大小為：ST>PT>NT。總體來看，NT、NT/NT/ST的速效K含量均顯著低于其它耕作模式(P<0.05)，ST較PT能顯著提高速效K含量。20～40 cm土層NT、ST及PT耕作對(duì)土壤速效K含量影響大小為：ST>PT>NT；輪耕模式ST/NT/ST顯著提高土壤速效K含量(ST/NT/ST>NT/NT/ST>PT/NT/PT>PT/NT/ST)。0～40 cm土層，ST/NT/ST和ST/PT/ST處理下土壤速效鉀含量顯著高于耕作前14.40%～16.67%，以ST/NT/ST的速效鉀最高。

0～20cm土層，單一耕作方式對(duì)土壤有效磷含量影響大小為：PT>ST>NT，5種輪耕模式中ST/NT/ST、PT/NT/PT處理土壤速效磷含量均顯著高于其它處理，較耕作前提高了5.47%、7.07%，NT及NT/NT/ST處理土壤速效磷含量最低均低于耕作前。在20～40 cm土層，PT/NT/ST及ST/PT/ST處理土壤速效磷含量最高，分別比NT提高41.29%和39.30%。翻耕配合深松、免耕能夠提高0～40 cm土層有效磷的含量。

0～20 cm土層，單一耕作方式對(duì)土壤堿解氮含量大小為：PT>ST>NT。5種輪作模式中，ST/NT/ST處理土壤堿解氮含量最高，比處理前和NT、ST及PT分別提高了10.28%、1.59%、15.51%及19.05%；NT/NT/ST、ST/NT/ST及NT處理之間差異不顯著。在20～40 cm土層，連續(xù)耕作方式對(duì)土壤堿解氮含量影響大小為：ST>PT>NT，ST/PT/ST處理下堿解氮含量最高。翻耕與深松輪作能有效提高堿解氮含量。

0～20 cm土層，單一耕作方式對(duì)全P含量影響大小為：NT>ST>PT，除PT處理，各輪耕處理下全P含量，PT使得土壤全P含量降低。20～40 cm土層，各輪耕方式之間均沒有顯著差異。0～20 cm土層全P含量均大于20～40 cm土層。

經(jīng)3年輪耕，0～40 cm土層土壤全N含量變化較小，僅PT處理下全N含量與其它耕作方式存在差異。0～20 cm土層，NT、ST、ST/NT/ST、NT/NT/ST與PT/NT/ST處理土壤全N含量分別比試驗(yàn)開始前增加了0.89%、0.59%、2.26%、4.82%和1.08%，PT和PT/NT/ST耕作土壤全N含量較處理前低。20～40 cm 土層，各處理土壤全N含量差異均不顯著，以ST/NT/ST的全氮含量值最高，其次為ST，比試驗(yàn)處理前分別提高了4.77%、4.64%。各處理0～20 cm土層土壤全N含量均高于20～40 cm土層。深松、翻耕均能夠增加土壤通透性，促進(jìn)上層土壤養(yǎng)分進(jìn)入下層，促進(jìn)好氣性微生物活動(dòng)和有機(jī)質(zhì)礦化，利于降水入滲，增加耕層土壤持水性能，提高吸納水分的能力，促進(jìn)下層養(yǎng)分的提高。本試驗(yàn)中，通過深松與翻耕活性有機(jī)質(zhì)翻入土層，同時(shí)也促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的攝入，間接提高了土壤養(yǎng)分的含量，而免耕處理由于肥料施入僅限于玉米播種區(qū)域，肥效對(duì)土壤表層養(yǎng)分影響有限。

總體而言，ST/NT/ST和ST/PT/ST兩種輪耕模式在0～40 cm土層對(duì)有機(jī)質(zhì)的增效性較其它耕作模式明顯，0～20 cm土層免耕與深松耕作模式對(duì)全N和全P的影響較大；不同的耕作方式對(duì)20～40 cm土層全N和全P無顯著影響，而PT和PT/NT/PT有助于提高土壤的速效P和速效K。

表1 不同耕作方式下0～20 cm、20～40 cm土層土壤養(yǎng)分含量

2.3 不同耕作方式對(duì)玉米在不同生育期單株干物質(zhì)的影響(2016)

不同耕作處理下玉米長(zhǎng)勢(shì)不同，處理間單株生物量存在差異(圖3)。隨著生育期的推進(jìn)，玉米單株干物質(zhì)呈增加趨勢(shì)，在玉米乳熟期干物質(zhì)增加幅度降低，干物質(zhì)量累積量以玉米成熟期最大。其中，單一耕作方式玉米干物質(zhì)影響的大小為ST>NT>PT，不同輪耕模式下，以ST/NT/ST單株干物質(zhì)積累量最高為287.36 g，較NT、ST和PT提高了22.55%、11.45%和33.27%。8種耕作模式中ST/NT/ST、ST/PT/ST、NT/NT/ST和PT/NT/ST的單株玉米干物質(zhì)較NT、ST和PT處理高，說明輪耕模式較單一的耕作更能促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)。其中，ST較PT和PT/NT/PT的玉米干物質(zhì)高，均說明頻繁的翻耕不利于玉米的生長(zhǎng)。

2.4 不同輪耕方式對(duì)3年春玉米產(chǎn)量的影響

2014—2016年受降雨量及季節(jié)性降雨差異的影響，玉米的年均產(chǎn)量有較大差別。其中，2014年風(fēng)調(diào)雨順，生育期玉米長(zhǎng)勢(shì)較好，產(chǎn)量最高；2015年生育期降雨量只有241.6 mm，在6月與8月玉米大喇叭口期與開花期均出現(xiàn)了連續(xù)15天以上無降水記錄，2016年玉米生育期降雨量為291.5 mm較歷史337.4 mm少，玉米播前土壤墑情較差，發(fā)生了春旱，在6月與9月份降雨量均偏少發(fā)生了伏旱，因此，2015年、2016年玉米產(chǎn)量均較低。2014年，單一耕作方式玉米產(chǎn)量大小為ST>NT>PT，ST和NT耕作下玉米產(chǎn)量較PT提高了18.91%和14.70%。ST、NT、ST/NT/ST和NT/NT/ST處理顯著高于PT、PT/NT/PT和PT/NT/ST耕作，說明翻耕不利于玉米產(chǎn)量的提高。2015年，8種耕作模式中，以ST/NT/ST處理下玉米產(chǎn)量最高(6 373.20 kg·hm-2)，NT、ST和NT/NT/ST處理間差異不顯著，PT、PT/NT/PT、PT/NT/ST玉米產(chǎn)量較低且差異不顯著，ST/NT/ST處理玉米產(chǎn)量較ST與NT提高了4.42%、3.63%，說明深松和免耕輪耕較單一耕作與翻耕均能增加玉米產(chǎn)量。2016年，以ST/NT/ST處理下玉米產(chǎn)量最高(ST/NT/ST>NT/NT/ST>ST/PT/ST>PT/NT/ST)，其中，ST/NT/ST、NT/NT/ST、ST/PT/ST和PT/NT/ST較NT提高了18.32%、12.49%、11.32%和9.21%。隨著耕作年限的增加輪耕較單一耕作玉米產(chǎn)量增幅大。ST耕作下玉米產(chǎn)量大于NT，長(zhǎng)期免耕也不利于玉米產(chǎn)量的形成。ST/NT/ST處理下3年的玉米平均產(chǎn)量顯著高于其它耕作(ST/NT/ST>NT/NT/ST>ST/PT/ST>ST>NT>PT/NT/ST>PT/NT/PT>PT)。ST/NT/ST處理下玉米產(chǎn)量較NT、ST和PT產(chǎn)量提高了5.97%、3.56%和15.75%。ST/NT/ST耕作更加有利于玉米產(chǎn)量的提高。

圖3 不同輪耕模式下玉米在不同生育時(shí)期的干物質(zhì)變化Fig.3 Dry matter changes of maize at different growth stages under different rotation tillage modes

年份 YearsNTSTPTST/NT/STNT/NT/STPT/NT/PTPT/NT/STST/PT/ST20147964.13b8256.16a6943.42c8213.45a7908.60b6723.38c6785.22c8200.54a20156149.75b6103.65b5582.55d6373.20a6148.20b5663.20d5841.40c5871.16c20165433.20d5643.20c5370.90d6428.30a6111.60b5634.10c5933.70b6048.22b平均 Average6515.69bc6667.67bc5965.62d7004.98a6722.80b6006.89d6183.77d6706.64b排序 Sort54812763

2.5 不同輪耕方式下春玉米經(jīng)濟(jì)效益分析

2014—2016年，不同年份玉米投入與產(chǎn)出各不相同，不同輪耕模式下的經(jīng)濟(jì)效益存在顯著差異(表3和圖4)，隨著生產(chǎn)成本的提高與耕作年限的增加產(chǎn)投比呈逐年下降，以PT耕作的產(chǎn)投比最低，NT耕作的產(chǎn)投比最高，經(jīng)濟(jì)凈收益與產(chǎn)投比變化規(guī)律具有一致性。2014年NT耕作方式的產(chǎn)量收入、純收入、產(chǎn)投比均比PT高，輪耕模式NT/NT/ST、ST/NT/ST和PT/NT/PT中的純收入、產(chǎn)投比與單一耕作方式NT、ST、PT規(guī)律相似為逐漸下降，凈收益NT較ST、PT提高了3.06%、34.15%。2015年，耕作方式中玉米產(chǎn)量收益NT與ST之間差異不顯著，較PT分別提高了10.88%、9.33%，8種耕作方式中ST/NT/ST的產(chǎn)量收益最高，凈收益大小為ST/NT/ST>NT>NT/NT/ST>PT/NT/ST>ST>PT/NT/PT>ST/PT/ST>PT。2016年，產(chǎn)量收益、凈收益ST/PT/ST 處理均最高，其次為ST/NT/ST。ST產(chǎn)量較NT提高了4.64%，ST/NT/ST、NT/NT/ST、PT/NT/ST輪耕下的產(chǎn)量效益較ST處理提高了8.60%、7.77%、3.38%。3年玉米平均凈收益ST/NT/ST最高，其次NT/NT/ST，PT處理的玉米凈收益最低。ST/NT/ST、NT/NT/ST的產(chǎn)投比與ST相比提高了3.65%、7.88%，ST/NT/ST、NT/NT/ST的凈效益與ST相比提高了13.12%、12.15%，與NT相比提高了2.86%、1.98%。合理的輪耕方式既可以降低產(chǎn)投比，同時(shí)還能夠提高作物的凈收益，以輪耕ST/NT/ST、NT/NT/ST的經(jīng)濟(jì)效益與產(chǎn)投比均較高。

表3 2014—2016年不同輪耕模式下的玉米經(jīng)濟(jì)效益分析/(元·hm-2)

注：農(nóng)家肥0.3元·kg-1；氮肥3.5元·kg-1，150 kg·hm-2，其它肥料(農(nóng)家肥)800元·hm-2，肥料價(jià)格2014-2016年按照5%漲價(jià)，2014年化肥投入2 800元·hm-2。其它支出(種子成本+耕作費(fèi)用+地膜費(fèi)用+田間管理費(fèi)用)；玉米種子成本600元·hm-2；翻耕費(fèi)550元·hm-2，深松費(fèi)450元·hm-2，勞力每天100元，免耕人工穴施肥料費(fèi)用800元·hm-2；地膜13元·kg-1，75公斤·hm-2，地膜975元·hm-2；免耕噴藥除草等費(fèi)用第三年增加500 元·hm-2(地膜破損，雜草較多)。收益價(jià)格：2014年玉米價(jià)格2.2元·kg-1；2015年玉米價(jià)格2.2元·kg-1；2016年玉米價(jià)格1.7元·kg-1。

Note: Farm manure is 300 yuan·ton-1; nitrogen fertilizer is 3 500 yuan·hm-2, 150 kg·hm-2, other fertilizer (farmyard manure) is 800 yuan·hm-2, fertilizer price is 2014-2016, according to 5% price increase, in 2014, 2800 yuan·hm-2of chemical fertilizer was invested. Other expenses (seed cost + farming field management fee costs + cost + plastic film); corn seed costs 600 yuan·hm-2; tillage costs 550 yuan·hm-2, subsoiling labor costs 450 yuan·hm-2, 100 yuan a day, no tillage fertilizing fertilizer artificial cost 800 yuan·hm-2; film 13 yuan·kg-1, 75 kg·hm-2the film, 975 yuan·hm-2; no tillage weeding spraying cost of third years increased by 500 yuan·hm-2(film damage than many weeds). Yield price: 2014 corn price 2.2 yuan·kg-1; 2015 corn price 2.2 yuan·kg-1; 2016 corn price 1.7 yuan·kg-1.

圖4 2014—2016年不同耕作模式下的玉米產(chǎn)投比Fig.4 Output /input under different tillage treatments in 2014—2016

3 討 論

3.1 不同耕作方式對(duì)土壤孔隙度的影響

耕作中受機(jī)械外力作用，土壤的固有結(jié)構(gòu)會(huì)被打破，不同耕作下的土壤結(jié)構(gòu)所受影響不盡相同。研究表明，與翻耕相比，免耕顯著減小了耕層5～20 cm的次生孔隙，從而降低了土壤總孔隙度，這是由于免耕受機(jī)械壓實(shí)和土壤的自然沉實(shí)作用，使土壤容重變大，孔隙度減小變得緊實(shí)板硬。陳寧寧通過7年輪耕研究，免耕較深松和翻耕顯著降低了0～40 cm土層土壤孔隙度。

本研究表明，0～60 cm土層，隨土層的增加土壤孔隙度表現(xiàn)為先降后增，以20～40 cm土層的土壤孔隙度最低，長(zhǎng)期機(jī)械或外力作用在耕作層形成了較為堅(jiān)硬的耕作層，這與程科的研究結(jié)果一致，而王玉玲研究認(rèn)為輪耕體系中凡加入深松和翻耕，土壤孔隙度均增加，且隨土層的增加不斷降低，與本試驗(yàn)不一。土壤孔隙度以ST/PT/ST模式對(duì)土壤改善效果最佳，其次為ST/NT/ST，深松耕作土層深度能達(dá)到30 cm，可以打破犁底層，翻耕則把下層的土層帶入上層改變耕層結(jié)構(gòu)，深耕與翻耕輪耕可顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，與王玉玲結(jié)果一致，免耕/深松輪耕則能提高耕層團(tuán)聚體含量與穩(wěn)定性。

3.2 不同耕作方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

0～40 cm土層，不同耕作下的土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、全氮、全磷含量隨土層的加深均呈降低趨勢(shì)。其中，免耕、深松與翻耕相比土壤擾動(dòng)較少，植物殘枝與肥料常留在土壤表層，使得土壤養(yǎng)分表層富集化。本研究中，免耕與深松輪耕下土壤全氮、全磷含量較高，與侯賢清和李娟、王玉玲的結(jié)論相似。而翻耕與深松輪耕有利于速效氮磷鉀的提高，增加了肥力，本研究以ST/PT/ST模式下的土壤速效氮磷鉀含量最高。免耕下的土壤有機(jī)質(zhì)含量低，可能是由于連續(xù)三年地膜免耕，土壤中沒有有效補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)。

3.3 不同耕作方式對(duì)產(chǎn)量的影響

研究表明長(zhǎng)期免耕后再進(jìn)行翻耕有利于產(chǎn)量的提高，長(zhǎng)期翻耕較長(zhǎng)期免耕更有利于作物產(chǎn)量的增加，而小麥/玉米輪作下深耕比免耕處理能提高玉米季產(chǎn)量的增加。深松可延緩花后玉米葉片的衰老，提高灌漿階段對(duì)水分的吸收，有利于玉米籽粒灌漿，增加產(chǎn)量，輪耕使土壤孔隙度與團(tuán)聚體含量增加，提高了土壤的蓄水保墑能力與土壤有效養(yǎng)分，影響了作物的根系發(fā)育，進(jìn)而影響作物籽粒品質(zhì)各指標(biāo)最高。李娟研究輪耕模式對(duì)產(chǎn)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，免耕/深松輪耕能提高土壤蓄水保墑能力，較連續(xù)翻耕與免耕玉米產(chǎn)量提高7.6%、7.39%，陳寧寧通過6種輪耕模式比較發(fā)現(xiàn)免耕/深松更有利于土壤蓄水保墑和作物增產(chǎn)。通過3年定位試驗(yàn)證明以ST/NT/ST輪耕下的玉米產(chǎn)量最高，其次是NT/NT/ST與ST/PT/ST。

3.4 不同耕作方式下的經(jīng)濟(jì)效益

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在考慮產(chǎn)出的同時(shí)需要考慮投入與環(huán)境等因素，在生產(chǎn)與勞動(dòng)成本逐年上升的今天，較高的產(chǎn)量并不代表較高的收入，過高的投入不僅會(huì)提高生產(chǎn)成本也會(huì)降低經(jīng)濟(jì)效益。不同輪耕模式因所采取耕作方法不同，其經(jīng)濟(jì)投入、作物產(chǎn)出和經(jīng)濟(jì)效益均會(huì)不同。而評(píng)價(jià)一種輪耕模式的優(yōu)劣，要從該輪耕體系在一個(gè)或多個(gè)輪耕周期的綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)來分析比較。王玉玲通過6年定位試驗(yàn)，得出以“深松/翻耕”輪作下作物籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益最高。李娟通過5年對(duì)6種輪耕模式研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益以免耕—深松輪耕模式最高(7 600.5元·hm-2)，其次是深松—翻耕，且5種輪耕模式下作物籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均高于單一翻耕模式，與本試驗(yàn)結(jié)論一致。本試驗(yàn)通過3年對(duì)8種耕作方式的研究表明，以ST/NT/ST模式的經(jīng)濟(jì)效益最高，PT模式的經(jīng)濟(jì)效益最低，輪耕模式的產(chǎn)投比介于免耕與翻耕之間，免耕與深松輪耕打破了土壤犁底層，增加土壤孔隙度，改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤蓄水保墑能力，提高了土壤養(yǎng)分的利用，有利于作物的生長(zhǎng)與產(chǎn)量的提高。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)結(jié)合旱作區(qū)耕作實(shí)踐，通過不同的耕作模式，篩選合理的耕作模式為改善土壤結(jié)構(gòu)、提高作物產(chǎn)量提供理論參考與技術(shù)支持。本研究的結(jié)論如下：

1)經(jīng)過3年定位試驗(yàn)，0～60 cm土層，輪耕措施能顯著增加土壤孔隙度，以ST/PT/ST輪耕模式最優(yōu)，其次為ST/NT/ST與ST/NT/ST，以NT土壤孔隙度最大。

2)0～20 cm土層，免耕與深耕進(jìn)行輪耕，全氮、全磷含量較高，以ST/NT/ST全氮、磷含量最高，20～40 cm土層，耕作方式對(duì)土壤全氮、全磷含量無顯著影響，翻耕促進(jìn)了速效養(yǎng)分的提高，以ST/PT/ST速效氮、磷、鉀含量高，免耕下的有機(jī)質(zhì)含量最低。

3)三年不同的耕作模式，玉米的平均產(chǎn)量以ST/NT/ST最高，其次為NT/NT/ST與ST/PT/ST，較連續(xù)單一耕作均能增加玉米產(chǎn)量，以PT耕作下的產(chǎn)量最低。

4)輪耕模式的產(chǎn)投比介于NT與PT之間，經(jīng)濟(jì)效益以ST/NT/ST最高，其次為NT/NT/ST與NT，PT耕作下經(jīng)濟(jì)效益最低。

因此，通過三年的耕作模式比較，以ST/NT/ST輪作有利于提高土壤孔隙度，增產(chǎn)增效效果好，適合在蘭州市山旱地區(qū)推廣應(yīng)用。