魯東丘陵區玉米—小麥一年兩熟一體化耕作技術體系研究

摘要：本研究將夏玉米、冬小麥輪作作為一個整體，采用免耕、深松、翻耕3種耕作措施，結合秸稈100％粉碎還田和秸桿不還田2種覆蓋水平，設計了10套耕作技術體系，探討了周期內不同的耕作技術體系對土壤含水量、容重、地溫及作物產量的影響，篩選出適宜魯東丘陵區玉米小麥一年兩熟的耕作技術體系，并對全程免耕這一新型耕作技術在魯東丘陵區的適宜性進行了鑒定。兩年試驗結果表明：玉米免耕100％還田+小麥深松100％還田耕作技術體系，有利于提高土壤水分含量，提高水分利用率，增加作物產量，適宜在魯東丘陵區推廣應用；因土壤肥力特別是有機質含量較低，全程免耕對土壤容重及地溫影響不利，最終影響產量，暫不適宜在魯東丘陵區推廣應用。

關鍵詞：小麥—玉米；一年兩熟；耕作技術體系

中圖分類號：S344.13(252) 文獻標識號：A 文章編號：1001—4942(2010)11—0019—05

夏玉米一冬小麥一年兩熟制是華北地區典型的種植方式，在華北地區的農業生產中具有極為重要的地位。以翻耕為主的傳統耕作方式存在著“高耗、污染、資源浪費、成本高”等問題。近年來，隨著機械化程度不斷提高，以免耕或少耕技術為代表的保護性耕作技術成為體系創新的主要內容。保護性耕作技術是采用少耕或免耕方法，結合作物秸稈及殘茬覆蓋地表，在不翻耕土壤的條件下進行播種的技術，與傳統的翻耕技術相比具有培肥地力、蓄水保墑、保護農業生態環境、降低生產成本等優點。美國、加拿大等國保護性耕作發展水平較高，我國在20世紀90年代開展了農機與農藝相結合的保護性耕作試驗，基本解決了一年一熟制保護性耕作的關鍵技術。

在魯東丘陵區開展玉米—小麥一年兩熟一體化耕作技術研究，是將夏玉米、冬小麥兩季作物的耕作技術作為整體，通過實施翻耕、深松、免耕等耕作技術，測定周期內土壤含水量、容重、地溫及籽粒產量等重要參數，分析研究不同耕作組合處理的節水保水效果、對土壤容重影響程度、土壤溫度變化和增產增收效果，探討在該地區實行全程保護性耕作的可行性，并篩選適宜的耕作技術體系。這也是“十一五”國家糧食豐產科技工程子課題“魯東丘陵小麥—玉米兩熟豐產高效技術集成研究與示范”的重要內容。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與試驗設計

地點設在煙臺市農業科學研究院試驗農場。土壤類型為輕壤，有機質含量為0.96％(魯東丘陵區約為0.8％—1.0％)，全氮0.09％，堿解氮89.0mg/kg，速效磷75.5mg/kg，速效鉀80.0mg/kg。年降雨量600—900mm，集中在7、8月份。光熱資源充足，年積溫5000℃左右，為夏玉米—冬小麥一年兩熟典型種植區。

試驗設兩個因素：耕作方式和秸稈處理。耕作方式設免耕、深松、翻耕3個水平，秸稈處理設秸稈100％粉碎還田和秸桿不還田2個水平。耕作方式組合上，由于膠東地區降雨集中在夏季，同時該時期輪作間隔短，夏播玉米翻耕意義不大，在生產中農民不能接受，所以夏播玉米采用免耕及深松兩種方式；秋播小麥采用免耕、深松、翻耕3種方式。通過以上分析結合膠東半島的生產實際情況，組配了玉米(前茬小麥夏播玉米，下同)免耕100％還田+小麥(前茬玉米秋播小麥，下同)深松100％還田等10套耕作技術體系進行試驗(見表1)，以目前魯東丘陵區生產上普遍采用的玉米免耕100％還田+小麥翻耕不還田為第一對照；以全程翻耕不還田為第二對照。

每套處理重復3次，小區面積5.6m×100m。時間為2006年6月至2008年6月兩個周期。

1.2 作物農藝管理

玉米：小麥收獲后于6月中旬平播玉米，品種為鄭單958，播種量為37.5 kg／hm³。小麥：玉米收獲后于10月上旬平播小麥，品種為煙農24，播種量為150kg／hm²。田間管理與當地的生產實際相一致。

1.3 測試內容

在小麥苗期、返青期、灌漿期、收獲后和玉米的苗期、灌漿期、收獲后測定土壤含水量、容重、地溫等重要參數及籽粒產量。

2 結果與分析

2.1 籽粒產量

對玉米、小麥產量總和進行統計分析，結果見表2。處理4：玉米免耕100％還田+小麥深松100％還田技術體系產量最高，平均單產17.57t／hm²，較CK2增產22.42％，較CK₁增產11.13％，居參試體系首位；處理2：玉米免耕100％還田+小麥翻耕100％還田，平均產量為16.64t／hm²，較CK2增產16.33％，較CK₁增產5.60％，為第二位；處理6：玉米深松100％還田+小麥深松100％還田，平均產量為16.39t／hm²，較CK2增產14.86％，較CK₁增產4.26％，為第三位；目前生產上普遍采用的技術體系即CK₁產量為第4位；全程翻耕技術即CK₁產量表現最差。

由此可見，技術體系中的玉米免耕100％還田+小麥深松100％還田、玉米免耕100％還田+小麥翻耕100％還田保護性耕作技術體系對土壤的水、肥、氣、熱起到較好的調節作用，有效促進了植株的生長發育，提高了籽粒產量，適宜在魯東丘陵區示范推廣。

將前茬作物相同的耕作技術措施歸為一類，深入研究單項耕作技術措施對產量影響的差異。就小麥而言，將前茬玉米相同的耕作技術歸為一類，由小麥的產量差異分析不同耕作技術的差異。如處理1、2、3、4、9，前茬玉米均為免耕100％還田，2006—2007周期小麥產量分別為5.52、6.72、6.08、6.84、6.53t／hm²，可以得出，秸稈100％還田>秸稈不還田，深松>翻耕>免耕。將處理1與處理5、處理2與處理8、處理3與處理7分別歸為一類，分析玉米免耕與深松的差異，結果表明，免耕>深松。由此可以看出，不同作物適宜的耕作措施是不同的，玉米以免耕為宜，小麥以深松為宜。

2.2 土壤水分

在魯東丘陵區，水分是糧食作物產量進一步提高的主要限制因子。不同的耕作技術體系能否有效地蓄積土壤水分，降低水分蒸發，提高水分的利用率，也是該項研究的主要內容。

土壤含水量的測定是在小麥、玉米生育的關鍵時期進行的。表3是不同耕作體系兩周期內0—20cm耕作層土壤含水量的測定結果。其中，處理1：玉米—小麥全程免耕100％還田含水量最高，分別比CK₁、CK₂多蓄水2.58、4.25mm；其次為處理4：玉米免耕100％還田+小麥深松100％還田，分別比CK₁、cK₂多蓄水1.69、3.36mm；全程翻耕不還田(CK₂)含水量最低，蓄水保水能力差。由此可見，全程翻耕在一定程度上加劇了土壤水分的蒸發，使水資源的利用率大大降低，產量水平也最低。全程免耕100％還田含水量最高，這說明全程免耕100％還田有效地防止了土壤水分的蒸發，提高了蓄水能力，但產量并不是最高。這是由于全程免耕技術使土體結構惡化，加大了土壤容重，降低了土壤溫度，進而影響了作物的農藝性狀，最終影響了作物產量。全程免耕技術對小麥產量影響較大，如缺苗斷壟現象嚴重，播種較淺凍害重等。玉米免耕100％還田+小麥深松100％還田技術體系具有較強的蓄水保墑能力(僅次于全程免耕覆蓋)，同時又很好地協調了土壤的水、氣、熱等因素，使作物生長有較好的土壤環境，這與高產量是一致的。

在前茬耕作技術相同的條件下，深入研究單項技術措施對土壤蓄水能力的影響。前茬玉米均為免耕100％還田，處理1、2、3、4、9小麥生育期間0—20cm土層含水量分別為17.15、15.70、14.85、16.58、14.47mm。可以得出，秸稈還田>秸稈不還田，即稈秸覆蓋可有效抑制土壤水分的蒸發，增加土壤的含水量；免耕>深松>翻耕。將處理1與處理5、處理3與處理7分別歸為一類，研究玉米生育期間土壤含水量，總體也呈現出免耕>深松的趨勢。

在蓄水能力方面，無論小麥、玉米，總體均表現為免耕>深松>翻耕，秸稈還田>秸稈不還田。

2.3 土壤容重

當季作物收獲后，每處理隨機取5點測0—20cm土壤容重，結果表明，小麥—玉米全程免耕100％還田容重最大，分別比CK₁、CK₂高0.14、0.21g／cm³。其次為玉米深松100％還田+小麥免耕100％還田，分別比CK₁CK₂高0.07、0.14G/cm³。

將不同耕作處理對土壤容重的影響進行年度間比較。結果表明，小麥一玉米全程免耕100％還田耕作技術體系年度間對土壤容重的影響較明顯：2006—2007年容重為1.49g／cm³，2007—2008年容重為1.53g／cm³，呈逐年加重趨勢。其余處理對土壤容重的影響年度間差異不明顯。

在前茬耕作技術相同的條件下，深入研究單項耕作技術對土壤容重的影響，結果表明：小麥玉米均表現為免耕>深松>翻耕。保護性耕作土壤容重顯著高于傳統耕作，這是保護性耕作制約產量增加的一個重要原因。

2.4 地溫

于小麥、玉米的苗期、灌漿期、收獲期測定0—10cm處地溫。11—12月份、6—7月份氣溫明顯變化時期，不同耕作方式對地溫的影響顯著。11—12月份正值冬小麥苗期，小麥玉米全程免耕100％、玉米免耕100％還田+小麥深松100％還田、玉米深松100％還田+小麥免耕100％還田三套技術體系土壤含水量相對較高，因而地溫降低緩慢，0—10cm平均地溫分別比CK2高1.62、1.56、1.43℃，分別比CK₁高1.01、0.96、0.55℃。苗期地溫高，可彌補因玉米晚收小麥晚種而造成的冬前生長量不足，有利于安全越冬。6—7月份正值玉米拔節一吐絲期，是周年地溫最高階段，也是玉米產量形成的關鍵時期。同樣原因，上述三套體系土壤含水量相對較高，因而地溫提升緩慢，0—10cm平均地溫分別比CK₂低2.40、2.18、1.97℃，分別比CK₁低1.52、1.41、1.07℃。地溫相對低易緩解根的老化，保持根的生理功能，有利于玉米產量的提高。

3 結論

3.1 在魯東丘陵區實施全程免耕技術，可顯著增加土壤的蓄水保墑能力，周期內較全程翻耕多蓄水但全程免耕技術因農事操作、耕層沉實等作用，使土壤容重顯著高于傳統耕作，并呈逐年加重態勢。

3.2 在魯東丘陵區實施全程免耕技術，土壤結構惡化嚴重，已影響到播種質量。由于魯東丘陵區土壤有機質含量相對較低，土壤容重相對較高，耕層結構差，加之農機收獲與播種作業，實施全程免耕后使得耕層狀況更加惡化，最終導致麥苗播種淺、出苗率低、凍害重，產量降低。

3.3 玉米免耕100％還田+小麥深松100％還田、玉米免耕100％還田+小麥翻耕100％還田兩套耕作技術體系具有明顯的蓄水保墑作用，增產增收效果顯著，適宜在魯東丘陵一年兩熟種植區推廣應用。與目前生產中應用的耕作體系相比較，只是在小麥耕作上改翻耕不還田為深松100％還田或翻耕100％還田，農民易接受。值得注意的是，實施小麥深松耕作技術周期內土壤結構破壞性小、容重變化少，但長期耕作仍會導致土體惡化現象，可考慮3—5年周期內結合深翻實施。