韓成衛(wèi) 孔曉民 郝福庭 宋春林

摘要：為評(píng)價(jià)兩熟制條件下實(shí)施保護(hù)性耕作的可行性，探明魯西南潮褐土合理耕層構(gòu)建的最佳耕作方式，提高玉米產(chǎn)量，設(shè)置田間定位試驗(yàn)，研究免耕、常規(guī)旋耕、深松三種耕翻及不同秸稈處理方式組合對(duì)土壤物理性狀及玉米產(chǎn)量形成的影響。結(jié)果表明：“深松+秸稈還田”耕作模式的松土保墑和玉米增產(chǎn)效果最好。與秸稈不還田處理下免耕和常規(guī)旋耕相比，秸稈還田條件下深松處理在20～30、30～40 cm土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%，玉米全生育期的土壤含水量提高8.1%～10.3%，土壤田間持水量增加3.6%～6.1%。秸稈還田配合深松處理下玉米穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素均有不同程度的改善，產(chǎn)量較秸稈不還田下免耕處理增產(chǎn)13.6%。因此，“秸稈還田+深松”耕作模式可作為本地區(qū)構(gòu)建合理耕層結(jié)構(gòu)、充分挖掘耕層潛力、提高玉米產(chǎn)量的推廣技術(shù)。

關(guān)鍵詞：耕作方式;秸稈還田;土壤物理性狀;玉米產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S152：S513.01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）04-0100-05

Abstract The purpose of this experiment was to evaluate the feasibility of conservation tillage under double cropping system and identify the best cultivation method for building a reasonable soil structure and improving corn yield in cinnamon soil of the southwest of Shandong Province. The located field experiment was carried out to study the effects of no-tillage， conventional rotary tillage and deep scarification and different straw retention modes on the physical properties of cinnamon soil and the formation of corn yield. The results showed that the farming mode of subsoiling and straw returning was the most optimal to enhancing soil quality and corn yield. Compared with rotary tillage and no-tillage under no-straw returning， the soil bulk density in the 20～30- and 30～40-cm soil layers under subsoiling and straw returning treatment decreased averagely by 11.3%， 10.6% and 7.6%， 8.0% respectively. The soil moisture content and soil water storage capacity increased by 8.1%～10.3% and 3.6%～6.1% respectively in the whole corn growth period. In addition， corn yield components， such as ear length，kernels per spike and 1 000-grain weight were improved at different degrees after subsoiling and straw returning treatment. And the corn yield was 13.6% higher compared with no-tillage with no straw returning treatment. It was concluded that subsoiling and straw returning could provide a new and effective way to build rational plough layer construction， fully excavate plough layer potential and increase crop yield in the region.

Keywords Tillage methods; Straw returning; Soil physical properties; Corn yield

近年來，由于我國(guó)長(zhǎng)期延用表層旋耕為主的耕作方式以及玉米常年連作，土壤質(zhì)量退化問題日益突出，耕層變淺，土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，有效耕層土壤量顯著減少，土壤蓄水保肥能力嚴(yán)重下降，嚴(yán)重制約我國(guó)玉米生產(chǎn)能力的可持續(xù)發(fā)展[1，2]。土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要技術(shù)措施，是改善土壤耕層質(zhì)量、培肥地力的重要途徑。國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于不同耕作方式對(duì)土壤物理性狀及玉米產(chǎn)量的影響已開展了大量研究，結(jié)果表明，土壤深松能夠有效打破因長(zhǎng)期進(jìn)行犁耕、旋耕或滅茬所形成的堅(jiān)硬犁底層，能加深耕層，達(dá)到蓄水保墑、增加作物產(chǎn)量的目的[3-5]。

魯西南地區(qū)是山東省玉米主產(chǎn)區(qū)，也是我國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地。由于耕地連續(xù)高強(qiáng)度開發(fā)和不合理使用，其土壤耕層普遍存在“淺、實(shí)、少”和土壤質(zhì)量下降等問題，玉米生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。目前有關(guān)該區(qū)域農(nóng)田保護(hù)性耕作對(duì)土壤物理性狀與玉米產(chǎn)量的影響研究較少，尚缺乏配套的土壤合理耕層構(gòu)建技術(shù)，而深入研究深松和秸稈還田等保護(hù)性耕作措施與玉米生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系，對(duì)于科學(xué)調(diào)控土壤環(huán)境，促進(jìn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)具有重要意義[6，7]?；诖?，本研究以山東省主要農(nóng)業(yè)土壤——魯西南潮褐土為著重點(diǎn)，通過田間定位試驗(yàn)，探討不同耕作及秸稈處理方式組合對(duì)土壤物理性狀和玉米產(chǎn)量形成的影響，以期為本地區(qū)土壤合理耕層構(gòu)建和實(shí)施保護(hù)性耕作提供重要的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為加快深松改土技術(shù)推廣、發(fā)展持續(xù)高效農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年在國(guó)家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系濟(jì)寧綜合試驗(yàn)站進(jìn)行。供試土壤為潮褐土，質(zhì)地輕壤，0～20 cm耕層土壤容重為1.33 g/cm3，20～40 cm土層土壤容重為1.51 g/cm3，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量13.1 g/kg、堿解氮58.6 mg/kg、速效磷48.3 mg/kg、速效鉀128.5 mg/kg，pH值為6.98。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，耕作方式為主處理，秸稈處理為副處理，設(shè)置深松30 cm、常規(guī)旋耕15 cm、免耕3個(gè)主處理，秸稈不還田、秸稈還田2個(gè)副處理。免耕處理在小麥?zhǔn)斋@后不進(jìn)行任何動(dòng)土作業(yè)，夏玉米貼茬直播。深松在小麥?zhǔn)斋@后，使用2BSF-4型玉米深松精量播種機(jī)一次性完成開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓深松等各項(xiàng)作業(yè)。常規(guī)旋耕在小麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行作業(yè)，然后播種玉米。秸稈還田處理為小麥?zhǔn)斋@后，按機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)粉碎秸稈勻鋪于小區(qū)地表后進(jìn)行耕作整地。秸稈不還田處理為小麥?zhǔn)斋@后，清除所有秸稈。

小區(qū)面積100 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。試驗(yàn)品種為鄭單958，每公頃種植密度6.75萬株，6月17日播種。播種時(shí)，施用NPK比例為15∶15∶15的復(fù)合肥300 kg/hm2作種肥，玉米大喇叭口期追施尿素450 kg/hm2，其它管理同一般大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

玉米拔節(jié)期、成熟期分別取0～10、10～20、20～30、30～40 cm 4個(gè)層次土壤，每個(gè)小區(qū)取3個(gè)點(diǎn)，采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重。苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、成熟期采集0～20、20～40 cm土樣，采用烘干法測(cè)定土壤含水量。拔節(jié)期、成熟期采集0～20、20～40 cm土樣，采用威爾科克斯法（環(huán)刀法）測(cè)定田間持水量[8]。玉米成熟期測(cè)產(chǎn)，并調(diào)查空稈率、雙穗率，每點(diǎn)測(cè)產(chǎn)面積30 m2。收獲時(shí)每小區(qū)選取代表性果穗10穗進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、穗粒數(shù)、千粒重等穗部性狀。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003 和DPS 9.50數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作處理對(duì)土壤容重的影響

不同處理土壤容重的測(cè)定結(jié)果（表1）顯示，秸稈還田處理下的0～40 cm土壤容重總體略低于不還田處理，但兩者之間差異不顯著。不同耕作方式間，0～20 cm表層土壤容重，深松與常規(guī)旋耕差異不顯著，但相比免耕均有不同程度的下降。20～40 cm土壤容重表現(xiàn)為深松﹤常規(guī)旋耕﹤免耕，常規(guī)旋耕與免耕處理差異不顯著，但均顯著高于深松處理（P﹤0.05）。玉米拔節(jié)期和成熟期的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，與秸稈不還田處理下免耕和常規(guī)旋耕相比，秸稈還田條件下深松處理在20～30、30～40 cm土層的土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%?？梢?，土壤深松配合秸稈還田能夠打破犁底層，降低20～40 cm深層土壤容重，破除板結(jié)，為玉米根系創(chuàng)造疏松深厚的土壤環(huán)境。

2.2 不同耕作處理對(duì)土壤含水量的影響

由表2可以看出，玉米苗期、拔節(jié)期秸稈還田處理的土壤含水量明顯高于不還田，0～20、20～40 cm土層平均分別提高5.9%、1.1%和4.9%、3.8%，其余時(shí)期兩者差異較小。不同耕作方式對(duì)0～20 cm表層土壤含水量影響較大，免耕在苗期和拔節(jié)期大多高于旋耕和深松處理，而常規(guī)旋耕動(dòng)土量大，加速土壤水分損失。相同秸稈處理?xiàng)l件下不同耕作方式下20～40 cm土壤含水量由高到低的順序?yàn)椋荷钏嫂兠飧兂Ｒ?guī)旋耕，尤其拔節(jié)期和抽雄期差異明顯;秸稈還田條件下深松處理較秸稈不還田下免耕和常規(guī)旋耕平均提高8.1%和10.3%。可見，土壤深松能夠改善土壤滲透性能，提高深層土壤含水量。玉米成熟期，不同耕作處理對(duì)土壤含水量的影響相對(duì)較小。

2.3 不同耕作處理對(duì)田間持水量的影響

由表3可知，秸稈還田與否對(duì)各處理土壤田間持水量基本沒有影響，而不同耕地方式對(duì)田間持水量的影響有明顯區(qū)別，土壤深松后田間持水量尤其是20～40 cm土層有顯著提高，而常規(guī)旋耕和免耕對(duì)其基本無影響。比較不同耕作方式下0～20、20～40 cm土層田間持水量，拔節(jié)期深松處理比常規(guī)旋耕分別提高0.8%、3.6%，比免耕處理分別提高3.3%、4.6%;玉米成熟期深松比常規(guī)旋耕分別提高5.0%、3.9%，比免耕處理分別提高4.3%、6.1%，而常規(guī)旋作和免耕處理之間無明顯差異?？梢娚钏煽娠@著增強(qiáng)接納灌溉和降水的能力，擴(kuò)大土壤水庫容。

2.4 不同耕作處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表4可知，秸稈還田結(jié)合深松處理的玉米穗長(zhǎng)、穗粗、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素較秸稈不還田均有不同程度的改善。秸稈還田處理明顯降低空稈率，提高穗粒數(shù)和千粒重，籽粒產(chǎn)量比不還田增產(chǎn)7.8%，其差異達(dá)顯著水平（P﹤0.05）。不同耕作方式下，空稈率以深松﹤常規(guī)旋耕﹤免耕，玉米穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重則表現(xiàn)深松﹥常規(guī)旋耕﹥免耕，深松比常規(guī)旋耕和免耕處理分別增產(chǎn)4.5%和6.0%。秸稈還田配合深松處理下玉米產(chǎn)量最高，較秸稈不還田下免耕方式增產(chǎn)13.6%，差異達(dá)顯著水平（P﹤0.05）。這表明以深松+秸稈還田方式能夠有效改善玉米穗部性狀，提高穗粒數(shù)和千粒重，玉米增產(chǎn)效果最好。

3 討論與結(jié)論

長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外專家經(jīng)過反復(fù)的實(shí)踐證明，保護(hù)性耕作方法比傳統(tǒng)的翻耕耕作法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，可改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤通透性和貯水能力，降低風(fēng)蝕、水蝕和水土養(yǎng)分的流失，減少地表水分蒸發(fā)，使農(nóng)業(yè)發(fā)展達(dá)到低耗、高效、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目的[9-11]。不同耕作方式對(duì)土壤影響最顯著的就是物理性狀的變化。土壤容重、土壤含水量、田間持水量等都是土壤主要的物理特性。孔曉民等[12]研究指出，相對(duì)傳統(tǒng)旋耕，深松處理能使0～35 cm土壤容重下降8.8%，土壤緊實(shí)度下降32.3%，顯著提高21～60 cm土壤含水量。尚金霞等[13]研究得出，深松處理使0～200 cm土層平均土壤貯水量分別較傳統(tǒng)翻耕處理高31.1 mm。本試驗(yàn)結(jié)果表明，深松+秸稈還田耕作方式的松土保墑效果最好;與秸稈不還田處理下免耕和常規(guī)旋耕相比，秸稈還田條件下深松處理在20～30、30～40 cm土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%，土壤含水量平均提高8.1%～10.3%，土壤田間持水量平均提高3.6%～6.1%。可見，深松耕作可打破犁底層，改善耕層結(jié)構(gòu)，降低深層土壤容重，為玉米根系創(chuàng)造疏松深厚的土壤環(huán)境。此外，深松處理為土壤表層不碎、耕層不翻土、土層不亂，創(chuàng)造虛實(shí)并存的耕層結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)接納和保蓄水分的能力，也具有較高的土壤含水量。傳統(tǒng)耕作處理為表層土壤破碎程度嚴(yán)重，不容易保水，導(dǎo)致雨水散失較多，致使土壤含水量較低。

深松和秸稈還田對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，不同試驗(yàn)結(jié)果存在差異。劉戰(zhàn)東、宮秀杰、宮亮、趙偉等[14-17]研究表明深松增加玉米產(chǎn)量。戰(zhàn)秀梅、徐永剛等[18，19]的試驗(yàn)結(jié)果顯示，秸稈還田增加作物產(chǎn)量，且連年還田略大于隔年還田。也有一些相反的觀點(diǎn)，李洪文等[20]研究認(rèn)為，對(duì)于旱地玉米，深松作業(yè)對(duì)玉米產(chǎn)量的效果不明顯。本研究結(jié)果表明，秸稈還田能夠降低空稈率，提高穗粒數(shù)和千粒重，產(chǎn)量比秸稈不還田增產(chǎn)7.8%。深松處理的玉米穗長(zhǎng)、禿尖、穗粒數(shù)、千粒重等穗部性狀均較其它兩種耕地方式有不同程度的改善，產(chǎn)量為深松優(yōu)于傳統(tǒng)耕作，秸稈還田配合深松處理下產(chǎn)量最高，較秸稈不還田處理下免耕方式增產(chǎn)13.6%，說明以深松+秸稈還田耕作方式的玉米增產(chǎn)效果最好。深松耕作通過打破犁底層、降低土壤容重，增加土壤通透性和貯水能力，協(xié)調(diào)土壤中的氣、液、固三相比，提高水肥利用效率，促進(jìn)玉米根系向深處生長(zhǎng)，增強(qiáng)抗倒伏能力，利于水分、養(yǎng)分的高效吸收，提高籽粒發(fā)育，為高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。秸稈還田提高了土壤保墑能力，可以減少地表水分的蒸發(fā)，從而提高玉米產(chǎn)量。魯西南地區(qū)由于常年實(shí)施免耕貼茬直播，土壤嚴(yán)重壓實(shí)，耕層土壤質(zhì)量下降，緊實(shí)的犁底層伴隨著較大的土壤容重嚴(yán)重影響雨水下滲，阻礙耕層和土層間的水、肥、氣、熱交換，制約玉米產(chǎn)量的提高，因此可將深松同免耕法及秸稈還田保墑等措施結(jié)合使用，在免耕基礎(chǔ)上，對(duì)土壤進(jìn)行定期深松，發(fā)展一套經(jīng)濟(jì)有效的耕作體系。

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