留茬覆蓋免耕對河西走廊灌區春玉米田土壤容重和硬度的影響

（1.湖北生態工程職業技術學院，武漢 430200；2.甘肅農業大學農業生態工程研究所，蘭州 730070）

摘要：在20 cm留茬壓倒（NPS20）、40 cm留茬壓倒（NPS40）、40 cm立稈留茬（NS40）、20 cm立稈留茬（NS20）和傳統耕作（CT）5個處理的基礎上增加5 400 m3/hm2灌溉量（I1）、3 600 m3/hm2灌溉量（I2）兩種灌溉量，共設計了10個處理，研究了小麥不同留茬高度、不同留茬方式以及不同灌水量對春玉米田土壤容重和土壤硬度的影響。結果表明，留茬覆蓋免耕處理有助于休閑期土壤表層疏松，留茬覆蓋免耕處理0-5 cm層的平均土壤容重較CT 降低2.04%；苗區適當的留茬覆蓋量能減小土壤容重，增加土壤穩定性；增大灌水量提高了土壤容重，降低了土壤的通透性能；土壤耕作可以顯著減小耕層土壤的抗楔入性，而免耕則使耕層土壤的抗楔入性增大。

關鍵詞：河西走廊；灌區；留茬覆蓋免耕；土壤容重；土壤硬度

中圖分類號：S513；S152；S344 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）07-1582-04

河西走廊是西北地區重要的商品糧基地，玉米是該區僅次于小麥的主要糧食作物。由于地表水和地下水數量減少、草地退化、人為無節制開墾、大片林木消失等原因，為沙塵暴提供了豐富的沙塵源，而由沙塵暴引起的土壤風蝕、水蝕等則嚴重影響了該地區的土壤環境，導致綠洲農田土壤肥力下降、土質惡化。容重對土壤的透氣性、入滲性能、持水能力、溶質遷移特征以及土壤的抗侵蝕能力都有非常大的影響。自然條件下土壤容重由于成土母質、成土過程、氣候、生物作用及耕作的影響，是一個高度變異的土壤性質，其高低可以作為土壤肥力的指標之一，且在一定程度上可以反映土壤水分的多少和土壤結構的穩定狀況[1]。土壤容重大表明土壤緊實，孔隙少；反之表明土壤疏松，孔隙多，結構性好[2]。

1 試驗設計與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于河西走廊凹陷帶張掖盆地的黑河灌區，該區屬大陸性干旱氣候，多年平均氣溫7.0 ℃，最低氣溫-28.0 ℃，最高氣溫38.5 ℃，≥10.0 ℃的活動積溫3 234.3 ℃；平均降水量125 mm，蒸發量2 291 mm；平均凍土深度120 cm，無霜期148 d。具有日照時間長、太陽輻射強、晝夜溫差大、降水稀少、蒸發強烈、光熱資源豐富等特點，適宜多種農作物生長。試驗地土壤為灌漠土，耕層（0-20 cm）土壤的理化性狀為：有機質17.98 g/kg，全氮0.77 g/kg，堿解氮49.2 mg/kg，全磷1.413 g/kg，速效磷9.11 mg/kg，速效鉀93.95 mg/kg，陽離子代換量為8.02 mmol/100 g（土），pH 8.83。

1.2 試驗設計

試驗于2004年春小麥收獲后按要求布置留茬，采用保護性耕作處理隨機區組設計，灌水處理采用裂區設計。試驗在20 cm留茬壓倒（NPS20）、40 cm留茬壓倒（NPS40）、40 cm立稈留茬（NS40）、20 cm立稈留茬（NS20）和傳統耕作（CT）5個處理的基礎上增加5 400 m3/hm2灌溉量（I1）、3 600 m3/hm2灌溉量（I2）兩種灌溉量，共設計了10個處理（表1）。每個處理3次重復，小區面積92 m2（11.5 m×8 m），在各小區之間留0.5 m和1.0 m的走道，以防水分側滲。冬灌各處理均為1 200 m3/hm2，玉米生育期灌水3次，灌水定額分別為拔節水900 m3/hm2（低灌）、1 500 m3/hm2（高灌）；抽穗水900 m3/hm2（低灌）、1 500 m3/hm2（高灌）；灌漿水600 m3/hm2（低灌）、1 200 m3/hm2（高灌）。

1.3 取樣及測定方法

土壤容重測定：環刀法。

土壤硬度測定：在玉米拔節期用Agridry Rimik Pty有限公司生產的土壤錐形緊實度儀（CP20）進行測定。0-40 cm土層每2 cm測定土壤緊實度，重復9次（每個小區沿對角線選擇3個取樣區，每個取樣區集中選3個點測定），共21層。同時在測試點上每4 cm一層分10層用烘干法測定土壤水分含量，重復3次。

2 結果與分析

2.1 留茬覆蓋免耕對土壤容重的影響

2.1.1 留茬覆蓋免耕對休閑期土壤容重的影響 在土壤水分相對豐富、土壤溫度相對較低的休閑期（2004年10月），對0-20 cm層的土壤容重測定結果（表2）表明，0-5 cm層的土壤容重除 NPS40外，其他留茬覆蓋免耕處理均低于CT，且NPS20的土壤容重（1.346 g/cm3）與CT（1.421 g/cm3）的差異極顯著，免耕處理的平均土壤容重較傳統耕作降低2.04%，說明采用留茬覆蓋在休閑期有助于降低表層0-5 cm層的土壤容重，使留茬覆蓋免耕下的土壤保持較好的土壤結構，進而接納較多的自然降水，為下季作物提供較為優越的生長環境。縱觀整個耕層，除0-5 cm層以及15-20 cm層NPS20處理外，其他各層均是免耕處理土壤容重高于CT。結果表明經過一個春小麥生長季后，留茬覆蓋免耕的耕層土壤已變得較為沉實，只是在表層由于留茬的存在，土壤容重較CT有所減小。由表2可知，留茬覆蓋免耕各處理的耕層土壤容重的最小值均出現在0-5 cm層，但不同留茬高度對耕層土壤容重的影響不同：20 cm留茬覆蓋的兩個處理耕層土壤容重有相同的變化趨勢，均以15-20 cm層的土壤容重最高。40 cm留茬覆蓋的兩個處理耕層土壤容重則以10-15 cm層的土壤容重為最高。同一留茬高度不同留茬方式間，兩種留茬高度具有相同的變化趨勢：當采用立稈留茬時，0-5 cm層的土壤容重顯著低于耕層其他層次，而當留茬經過壓倒后，耕層內各層次間的土壤容重則無明顯差異。結果說明在同一留茬高度下，采用立稈留茬有助于休閑期土壤0-5 cm層的容重發育。耕層（0-20 cm）平均土壤容重以NPS20的最小（1.418 g/cm3），NS40的最大（1.460 g/cm3）。

2.1.2 留茬覆蓋免耕對春玉米苗期土壤容重的影響 苗期土壤容重自表層往下均有增加的趨勢。由表3可知，耕作方式對土壤容重的影響較大，不同耕作方式間，苗期各層次土壤容重均以CT為最小。免耕處理間，各層的土壤容重均差異不顯著。0-5 cm層的土壤容重以處理NPS20最大（1.468 g/cm3），這與休閑期有所不同，可能與此期處理NPS20的耕層土壤含水量相對較低有關（表4）。由表4可知，苗期處理NPS20的土壤含水量表層和耕層基本上均低于其他免耕處理，說明留茬20 cm壓倒處理對苗期表層土壤容重的發育有負面影響。

2.1.3 不同灌水量條件下留茬覆蓋免耕對春玉米收獲期土壤容重的影響 由表5可知，在高灌水量（I1）處理下，除NPS20外，其他免耕處理表層（0-5 cm）土壤容重均高于CT，且40 cm留茬0-5 cm層的平均土壤容重（1.525 g/cm3）顯著高于CT（1.481 g/cm3）。10-15 cm和15-20 cm層的土壤容重，處理NPS20均處于免耕處理的最低水平，其中10-15 cm層顯著低于其他處理。耕層平均土壤容重仍以NPS20的最低（1.426 g/cm3），這與休閑期變化趨勢相同。在相同留茬高度下，不同留茬方式的0-5 cm層土壤容重無明顯規律，而不同留茬方式間的平均土壤容重則規律明顯，均是立稈留茬高于留茬壓倒。這與此期的土壤剖面含水量有很大的關系，測定表明，免耕處理NS20、NPS20、NS40、NPS40收獲期0-5 cm層的土壤含水量分別為15.37%、13.96%、16.02%、16.68%，與土壤容重存在著相同的變化趨勢，由此可知，生育期采用高灌水量將對土壤結構產生較大的影響，而采用低留茬量（20 cm）將會減緩這種不利影響。

由表6可知，在低灌水量（I2）下，不同耕作方式間土壤容重差異較小，除NS40外，其他免耕處理表層（0-5 cm）土壤容重均低于CT，但不同留茬高度及留茬方式間差異不顯著。耕層平均土壤容重各處理間無顯著差異。由于春玉米收獲期降水較為充沛，而不同灌水量處理對此期的土壤容重產生了很大的影響，說明適當地減小灌水量有利于減弱免耕對土壤表層以及整個耕層土壤容重的增大作用，同時做到節水。

2.2 不同灌水量條件下留茬覆蓋免耕對春玉米苗期土壤硬度的影響

土壤硬度是指土壤對機械應力所表現出來的狀況，可通過測定土壤容重、孔隙度和機械阻力來進行評價，土壤的抗壓性、抗楔入性等是構成土壤耕作阻力的主要因素。土壤硬度是反映土壤抗楔入性的指標[3]。犁耕過程在疏松土壤的同時，由于機械的行走對土壤有壓實作用。土壤含水量對土壤硬度的影響較大，一般與土壤硬度之間呈負相關。提高土壤硬度通常導致土壤容重增加、孔隙度變小和土壤機械阻力提高，進而改變土壤的水肥氣熱狀況。圖1a和圖1b為灌水后進行第一次測定土壤硬度時的土壤含水量，由圖1可知，在0-40 cm土層中，各處理10-25 cm各土層的含水量比25-40 cm各土層的含水量略高，但差別不大。5-25 cm 土層CT的土壤含水量高于免耕處理，而各免耕處理之間則差異較小，這是由于此期傳統耕作的土壤結構較為疏松，土壤容重較小所致。25-40 cm各土層的含水量比較均一，同時，除了15-20 cm土層以外，免耕處理各土層的土壤含水量與CT處理的差異也較小。表明在測定土壤硬度時，基本可以排除土壤水分對各土層測定結果的影響。

由圖2a和圖2b可知，在0-20 cm土層，免耕處理的土壤硬度均顯著高于CT，且以NS40 I1處理的平均土壤硬度最高（902 kPa），CTI1處理的最低（504 kPa），表明土壤耕作可以顯著地減小耕層土壤的抗楔入性，而免耕則使耕層土壤的抗楔入性增大，這與苗期土壤容重的結果一致。同時在30 cm以下的土層，CT的土壤硬度有高于免耕處理的趨勢，這表明在耕層以下，由于常年耕作而形成的犁底層顯著增大了CT處理的抗楔入性，反映了當地的傳統耕深為25 cm。同時，免耕處理的抗楔入性在這一層次也呈現出增大的現象，但出現的層次較CT低。由圖2a和圖2b還可以看出，CT處理的犁底層主要分布在25-40 cm；而免耕處理的犁底層則主要分布在35-40 cm土層，說明免耕處理的犁底層出現的層次較深，厚度較小。結果表明，采用免耕留茬覆蓋處理可以降低原有犁底層的硬度，同時也使其厚度減小。

由以上分析可知，在一定的含水量范圍內，除個別土層外，各處理的土壤硬度在0-30 cm土層內隨土壤含水量的減小有增大的趨勢，30-40 cm土層各處理的土壤硬度增大但含水量幾乎沒有變化，說明土壤水分對土壤硬度的影響主要發生在30 cm以內的土層。不同處理間30-40 cm土層的土壤硬度相比，NPS40相對最小。相同留茬高度和留茬方式下，高灌水量處理的土壤硬度低于低灌水量處理。隨著土壤含水量的逐步下降，不同灌水量間的土壤硬度差異逐漸縮小，但土壤含水量對土壤硬度的影響只在一定范圍內（0-30 cm土層）較明顯。

3 小結與討論

1）休閑期0-5 cm土層的土壤容重除NPS40外，其他留茬覆蓋免耕處理均低于CT，免耕處理的平均容重較CT降低2.04%，說明采用留茬覆蓋在休閑期有助于降低0-5 cm土層的土壤容重。在同一留茬高度下，采用立稈留茬方式有助于休閑期土壤0-5 cm土層的容重發育。

2）免耕處理的苗期土壤容重自表層往下均有增加的趨勢。不同耕作方式間，各層次土壤容重均以CT為最小，其0-5 cm、5-10 cm、10-15 cm和15～20 cm層分別為1.356、1.333、1.426和1.464 g/cm3。免耕處理間各土層土壤容重差異均不顯著，且適當的秸稈覆蓋量有減小土壤容重，增加土壤穩定性的作用。

3）收獲期土壤容重，高灌水量（I1）下，除NPS20外，其他免耕處理表層土壤容重均高于CT，且40 cm留茬0-5 cm土層的平均土壤容重（1.525 g/cm3）顯著高于CT（1.481 g/cm3）。低灌水量（I2）下，不同耕作方式間土壤容重差異較小，除NS40外，其他免耕處理表層（0-5 cm）土壤容重均低于CT，表明適當減少灌水量有利于減弱免耕對土壤表層以及整個耕層土壤容重的影響作用，同時做到節水。

4）土壤含水量對土壤硬度的影響較大，一般與土壤硬度之間呈負相關。在0-20 cm土層，免耕處理的土壤硬度均顯著高于CT，以NS40I1處理0-20 cm土層的平均土壤硬度最高（902 kPa），CTI1處理的最低（504 kPa），表明土壤耕作可以顯著減小耕層土壤的抗楔入性，而免耕則使耕層土壤的抗楔入性增大。

參考文獻：

[1] 李潮海，周順利.土壤容重對玉米苗期生長的影響[J].華北農學報，1994，9（2）：49-54.

[2] 黃細喜.土壤緊實度及層次對小麥生長的影響[J].土壤學報，1988， 25（1）：59-65.

[3] 牟正國.免耕對土壤松緊狀況的影響[A]. 中國耕作制度研究會.中國少耕免耕與覆蓋技術研究[M].北京：北京科學技術出版社，1991.34-40.