不同耕作方式對夏大豆干物質生產及土壤水分的影響

蘇麗麗，唐江華，李亞杰，徐文修，彭姜龍，張永強

(新疆農業大學農學院， 新疆 烏魯木齊 830052)

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不同耕作方式對夏大豆干物質生產及土壤水分的影響

蘇麗麗，唐江華，李亞杰，徐文修，彭姜龍，張永強

(新疆農業大學農學院， 新疆 烏魯木齊 830052)

為探究北疆伊犁河谷滴灌條件下不同耕作方式對復播大豆干物質生產及土壤水分的影響，于2013、2014年連續兩年進行了復播大豆翻耕覆膜(TP)、翻耕(T)、旋耕(RT)和免耕 (NT)4種不同耕作方式的田間試驗。結果表明：不同耕作方式對復播大豆土壤含水量、葉面積指數(LAI)和各組織(莖、葉、葉柄、莢、粒)干物質積累量、產量均有顯著影響，且兩年各處理平均值基本表現為TP>T>RT>NT。其中，TP處理土壤含水量均值達18.64%，比T、RT、NT處理高出5.39%、7.67%、12.31%；LAI及干物質積累量均隨生育進程推進表現出先升后降的變化趨勢，且TP處理兩年的全生育期LAI與單株干物質積累量的均值分別高出NT處理55.68%和58.67%，均達顯著差異水平(P<0.05)。此外，TP處理單株莢數、單株粒數、百粒重兩年平均值也分別高于NT處理的50.28%、48.10%、11.77%，其產量最高達2 082.69 kg·hm-2，比產量最低的NT處理增產20.82%。在滴灌條件下，與T、RT和NT處理相比，TP可增大復播大豆群體葉面積指數，促進植株光合產物的積累，提高各器官干物質積累量，進而增大單株干物質積累量，達到增產。因此，滴灌條件下翻耕覆膜方式是較為適宜北疆伊犁河谷復播大豆的高產耕作方式。

耕作措施；復播大豆；土壤水分；干物質生產；產量

伊犁河谷地處新疆北疆西部，是典型的綠洲灌溉農業區。在全球氣候不斷變暖的大背景下，伊犁河谷氣候呈現出≥0℃和≥10℃積溫增大、無霜凍期延長的變暖趨勢[1]，熱量資源的增加無疑有利于作物生長季節的延長。事實上，自20世紀90年代以來北疆沿天山一帶的部分農區開始利用麥后不斷增加的熱量資源，復播一些熱量要求較少的白菜、綠肥和油葵等作物[2-3]。進入21世紀，熱量的持續增加使北疆麥后復播早熟大豆和青貯玉米的種植模式不斷涌現，其中伊犁河谷復種大豆面積就占北疆的60%，并有不斷擴大的趨勢[4-5]。隨著復播大豆面積的不斷擴大，相應的高產栽培技術就成為亟待解決的問題。目前已有學者開始關注復播大豆高產理論及技術的研究，張永強等對北疆復播大豆的種植密度研究表明[6-7]，適宜的種植密度有利于大豆的生長發育和空間莢、粒結構的合理分布，獲得較高的產量，但是相對其他的栽培技術卻少有報道。土壤耕作是農業生產中的重要環節之一，合理的土壤耕作措施，可以有效調控耕層的水、肥、氣、熱狀態，改善作物的生長環境，能夠促進作物生長發育，達到增產目的[8-14]。目前，許多學者做了大量關于耕作措施對作物干物質積累和產量影響的研究，但研究結果仍然存在較大爭議，有研究認為，免耕、秸稈覆蓋具有保墑、增溫作用，利于作物生長發育，促進干物質量的積累，提高作物的產量[15-18]；但也有研究認為，深松和覆膜翻耕可以打破犁底層，增加土壤的透氣性和貯水能力，提高水肥利用效率，能夠為作物的生長提供一個良好的物理環境，有利于干物質積累和光合產物向籽粒的分配,提高作物產量[19-23]；高煥文等[24]認為保護性耕作能增加干物質積累量，可使作物提高產量10%左右；劉爽[25]等則認為傳統翻耕促進玉米干物質積累，較免耕增產達50%，增產效果顯著。前人的研究多以北方旱作雨養農業為研究對象，研究的作物也多集中在玉米、春大豆、小麥上[11,16-17,21,26]，但對灌溉農業，尤其是對新疆干旱半干旱地區滴灌條件下的復播大豆的研究鮮有報道。因此本文通過兩年設置翻耕覆膜、翻耕、旋耕和免耕4種耕作措施的大田試驗，探討不同耕作措施對夏大豆不同生育時期不同器官干物質積累量、產量及土壤含水量的影響，為新疆伊犁河谷復播大豆高產栽培提出合理的耕作方式提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與設計

1.1.1試驗區概況試驗分別于2013、2014年連續兩年在新疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣農業科技示范園(E81°33′，N43°56′)進行。該區年平均日照可達2 800～3 000 h，年平均氣溫8.9℃，年均降雨量257 mm。全年無霜期169～175 d。試驗地土壤理化性質見表1。

表1　試驗地土壤理化性狀及基本肥力

1.1.2試驗設計試驗采用耕作方式為單因子的大區試驗設計，共設置翻耕(T)、翻耕覆膜(TP)、旋耕(RT)、免耕(NT)4種耕作處理。翻耕處理為犁翻整地后直接播種，翻深均為30 cm；翻耕覆膜處理則在翻耕處理的基礎上鋪膜，膜寬70 cm，一膜兩行，膜下滴管；旋耕處理則使用旋耕機旋深15 cm后播種；免耕則是在麥茬地上直接播種。每個處理總面積均為100 m2(4 m×25 m)，每個處理劃分為同等面積的3個小區為3次重復。每年冬小麥收獲后，進行耕作處理的地塊及時整地，之后與免耕處理同時播種。兩年的播期分別是2013年7月5日和2014年7月15日。供試大豆品種均為黑河43。播種方式為30 cm等行距人工點播，免耕處理兩年的留茬高度均為22 cm。

翻耕(覆膜)及旋耕處理均結合整地施尿素225 kg·hm-2，磷酸二胺150 kg·hm-2，免耕則在滴頭水前溝施等量的肥料。各處理均在開花期結合灌水隨水滴追施尿素150 kg·hm-2，每年復播大豆全生育期共滴水4 500 m3·hm-2。其它田間管理措施同當地。

1.2測定項目與方法

1.2.1土壤含水量的測定自苗期開始，平均每13 d用鋁盒烘干法測定每個小區不同層次的土壤含水量。各小區取土樣時，采用“S”取樣法選擇3個點，每個點用土鉆分層取土樣，深度分別為0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，將取得的每一個土樣分別放入鋁盒封蓋帶回實驗室，稱重后放入105℃烘箱烘干，計算土壤含水量。

1.2.2干物質測定自苗期開始，平均每13 d測定一次。每個小區取樣4株，取樣后立即裝入塑料袋密封后帶回實驗室，將帶回的樣株自子葉節處剪去根系，將地上部分分為葉片、葉柄、主莖、豆莢、豆粒等器官并分裝入袋，然后將分裝的樣品放人105℃烘箱中殺青30 min，降至80℃烘干至恒重，冷卻后取出迅速測定各器官的干物質重量。

1.2.3葉面積指數測定與干物質測定時間相同，葉面積測定采用打孔稱重法，通過折算單位土地面積的葉面積求得葉面積指數。

1.2.4產量的測定在大豆成熟期進行各小區實收。實收前在每小區選取有代表性植株10株進行考種，調查單株有效莢數、單株粒數、單株粒重和百粒重。

1.3數據分析

采用Microsoft Excel 2010作圖，用SPSS19.0軟件統計分析試驗數據。

2　結果與分析

2.1不同耕作方式對土壤含水量的影響

不同耕作措施因對土壤擾動程度不同，影響土壤的緊實程度，進而影響土壤的蓄水保墑能力。由圖1可知，兩年各處理各個生育時期土壤平均含水量均基本表現為TP>T>RT>NT，由此說明在相同滴灌量條件下，TP處理因地膜覆蓋可有效提高土壤蓄水保墑能力。與少(旋耕)、免耕相比，T和TP處理因土壤深翻，能夠疏松土壤、增大土壤的孔隙度，因此在滴灌過程中，更易于水入滲土壤，從而增加土壤中的含水量。另外，TP處理，因地膜覆蓋進一步阻止土壤水分的無效蒸發，同時將地膜上因土壤水分蒸發產生的水重新返還土壤，改變水分在土壤中縱向分配比例的同時大大提高土壤含水量。進一步分析可知，2013、2014年試驗在整個測量期內，TP處理的平均土壤含水量分別達17.06%(2013)和20.23%(2014)，較少(旋耕)、免耕處理的平均值高出12.61%(2013)、7.78%(2014)，且均達顯著差異水平(P≤0.05)；比T處理高出7.06%(2013)、4.03%(2014)，也達顯著差異水平(P≤0.05)。這也進一步證實滴灌條件下土壤實施翻耕后，采用膜下滴灌技術土壤的蓄水保墑效果更加顯著。

2.2不同耕作方式對夏大豆葉面積指數動態變化規律的影響

葉面積指數(LAI)是反映植物群體生長狀況的一個重要指標，其大小與作物產量的高低密切相關。由圖2可以看出，2013、2014年在大豆整個生育時期內，各處理的LAI均呈先上升后下降的單峰曲線變化趨勢，并均于結莢期達到最大值，且在全生育期不同耕作處理的LAI基本均表現為TP>T>RT>NT。其中，TP處理全生育期的平均LAI為2.50(2013年)和2.75(2014年)，分別比同年的T、RT、NT各處理的平均值提高15.36%、35.49%、40.71%和21.37%、47.17%、70.64%，均達顯著差異水平(P<0.05)。說明TP處理有利于植株的生長發育，能夠促進葉片的發育。在夏大豆生長后期，雖然各處理的LAI均呈下降趨勢，但TP處理依然能夠保持較高的LAI，不僅高于RT處理和NT處理，更是明顯高于T處理，進一步說明了TP處理能夠延緩植株的衰老。這可能是因為翻耕覆膜具有良好的保墑、增溫的效果，為夏大豆生長發育提供良好的土壤環境條件。

圖1　耕作方式對土壤含水量的影響

圖2不同耕作方式對夏大豆葉面積指數動態變化的影響

Fig.2Effects of different tillage methods on variations of leaf area index for summer soybean

2.3不同耕作方式對夏大豆單株干物質積累動態的影響

干物質的積累是產量形成的物質基礎,干物質的積累狀況直接影響著大豆的產量。由圖3可以看出，全生育期大豆干物質的積累量于2013、2014年均呈現“慢-快-慢”的變化趨勢，且兩年各處理的干物質積累量的大小與葉面積指數的表現一致，即為TP>T>RT>NT。分別比較兩年各處理間干物質積累量發現，在生育前期各處理間差異均較小，但隨著生育進程的推進，各處理間干物質積累開始表現出明顯的差異。兩年各處理的干物質積累量平均值均以TP的最高，平均達14.86 g，分別比T、RT、NT處理的平均值高出17.52%、37.77%、58.67%。說明土壤實施耕作均能提高大豆的干物質積累量，而且翻耕并且結合地膜覆蓋的保溫、保水能力更明顯，更加有利于植株的生長，從而形成較合理的群體結構，增大葉面積指數，增加光合產物積累和向植株的轉運，提高大豆單株干物質積累量，為獲得較高的產量奠定基礎。

圖3不同耕作方式對夏大豆單株干物質積累動態的影響

Fig.3Effects of different tillage methods on dynamics of dry matter accumulation for summer soybean

2.4不同耕作方式對夏大豆各器官干物質積累動態的影響

2.4.1不同耕作方式對夏大豆莖、葉、葉柄的干物質動態積累的影響莖、葉、葉柄構成了夏大豆地上部分的營養器官，而營養器官的生長發育狀況直接影響生殖器官的形成，進而影響產量。由表2可知，2013、2014年各處理的夏大豆莖、葉、葉柄干物質積累量隨著生育時期的推進，均呈增加趨勢，并于鼓粒期(9月23日—9月27日)達到最大值，而后有所下降。并且不同處理間在各生育時期的莖、葉、葉柄干物質積累量均表現為TP>T>RT>NT。說明，與免耕相比，土壤實施耕作處理均可以增加各器官干物質的積累量，其中以翻耕處理表現較高，其各生育時期的干物質積累量均基本與RT達顯著性差異水平，尤其是TP處理不僅與RT處理在各生育時期達顯著性差異水平，更與T處理基本達顯著差異水平。當各處理均處于鼓粒期時(峰值)，與最低的NT相比，TP莖、葉、葉柄干物質積累量兩年平均值分別高出70.47%、58.79%、29.04%，且均達顯著差異水平。這是因為TP能夠更好地改善植株個體的生育狀況，增加群體葉面積指數，進而提高光合效率，提高莖、葉、葉柄等營養器官干物質的積累，為生殖器官的發育奠定了基礎。而后各器官干物質呈現下降的趨勢，可能是由于光合產物更多地供給生殖器官的發育所致。

表2　不同耕作方式對夏大豆葉、葉柄、莖的干物質動態積累的影響

注：TP、T、RT和NT分別表示翻耕覆膜、翻耕、旋耕和免耕；不同字母表示不同處理間差異達顯著(P<0.05)。下同。

Note: TP, T, RT and NT represent tillage plus film covering, tillage, rotary tillage and no tillage, respectively. Different letters indicate differences among different treatments was at significant (P<0.05) levels, and hereinafter.

2.4.2不同耕作方式對夏大豆莢、粒干物質積累動態的影響由表3可以看出，進入結莢期后，大豆莢干物質積累量呈現先上升后下降的變化趨勢，而籽粒干物質積累量迅速增長。并且不同處理間各生育時期莢、粒干物質積累量均表現為TP>T>RT>NT。說明土壤實施耕作處理通過影響夏大豆營養器官的形成，進而影響生殖器官的生長發育。2013年豆莢干物重在鼓粒期(9月23日)達到最大，此時TP的莢干物質積累量達到7.15 g，比最低的NT高出48.90%，TP與T間差異不顯著，但均顯著高于RT和NT。而后莢干物質向籽粒轉移，趨于下降趨勢，而籽粒干物質積累量迅速增大。2014年莢干物質積累量在鼓粒期(10月2日)已經趨于平穩，并有下降的趨勢。此時TP莢干物質積累量達到6.68 g，比最低的NT高出49.30%，并達到顯著性差異。說明TP有利于構建良好的群體環境，可以延緩葉片衰老，延長葉片功能期，使營養器官具有較高的干物質積累并促進光合產物向籽粒的轉移，有利于籽粒的充實,從而提高作物產量。

表3　不同耕作方式對夏大豆莢、粒干物質積累動態的影響/(g·株-1)

2.5不同耕作方式對夏大豆產量及產量構成因素的影響

由表4可以看出，2013、2014年不同耕作措施的單株莢數、單株粒數、百粒重和產量均表現為TP>T>RT>NT。其中，RT處理不僅單株莢數兩年平均值比其他3個處理分別多5.80、8.52、10.72個，與其他各處理均達顯著差異水平，且兩年單株粒數的平均值也比其他3個處理的分別高出11.85、17.86、23.53粒，也均達到顯著性差異水平。兩年產量均表現為TP最高，分別達到2 795.91 kg·hm-2(2013年)和1 369.47 kg·hm-2(2014年)，分別比同年的T、RT、NT各處理高出7.43%、10.85%、16.05%(2013年)和15.21%、30.82%、31.91%(2014年)，由此可以看出，翻耕增產主要在于各產量構成因素的提高，而翻耕覆膜各產量構成因素的增幅更大，相應的其產量也最高。進一步相關性分析表明，2013年產量與單株莢數、單株粒數及百粒重呈正相關關系，且達到極顯著性水平(R2=0.98**，R2=0.98**，R2=0.97**)，2014年產量與單株莢數和單株粒數達到顯著性水平(R2=0.96*，R2=0.94*)，與百粒重之間達到極顯著水平(R2=0.98**)。由此說明，土壤耕作措施可有效地調節夏大豆產量構成因素，促進光合產物向籽粒的轉移，從而提高作物產量，尤其是翻耕覆膜處理可以有效提高夏大豆的單株莢數和單株粒數從而提高大豆產量。

2.6不同耕作方式對經濟效益的影響

適宜的耕作措施最終反映在作物的經濟效益上。由表5可知，兩年平均效益以翻耕覆膜處理的純收益最高，達1 484.41 元·hm-2，較最低的免耕處理高出154.69%，尤其是在2013年增加翻耕覆膜處理后，純收益更是達到4 640.73 元·hm-2，不僅比同年免耕處理高出28.85%，更是高出翻耕處理的12.15%。2014年純收益為負值，這是因為在夏大豆鼓粒期，遭遇天氣災害，造成大豆未能正常成熟從而導致大幅減產。進一步分析兩年平均收益可知，與免耕處理相比，土壤實施耕作處理雖然增加了機耕(整地、中耕等)費用，提高生產總投入，但因土壤耕作能夠抑制和消滅雜草，從而減少了農藥的使用量和人工費用，并對保護農業生態環境有積極的作用。另外，土壤實施耕作處理的又以翻耕處理的效果較好，尤其是翻耕覆膜處理，雖然地膜使用產生630 元·hm-2費用，但與翻耕處理相比，其人工費減少55.10%，中耕費減少13.79%，同時增產達9.87%，使得經濟效益增加顯著，純收益最高。

表4　不同耕作方式對夏大豆產量及產量構成因素的影響

注：同一列數據后的不同小寫字母表示差異達0.05顯著水平。*和**分別表示P<0.05和P<0.01水平上顯著相關。

Note: Values in each column followed by different letters are significantly different at 0.05 probability level.* and ** indicate significant correlation atP<0.05 andP<0.01.

表5　不同耕作方式經濟效益分析/(元·hm-2)

注：2013年新疆大豆均價4 100 元·t-1；2014年新疆大豆均價4 200 元·t-1。

Note: The average price of Xinjiang soybean is 4 100 per Ton in 2013. The average price of Xinjiang soybean is 4 200 per Ton in 2014.

3　討　論

土壤水分狀況對大豆干物質積累與分配有顯著影響。研究表明隨著土壤含水量的下降, 葉片的凈光合速率和蒸騰速率也明顯下降[27]。而采用適宜的耕作保墑措施，可有效改善土壤水分環境，從而促進植株生長，使光合面積發展合理并延長光合時間,增加光合產物積累和向籽粒的分配,從而獲得較高的產量[8]，這與本研究的結論相同，充分說明土壤含水量的增加有利于植株葉片凈光合速率和蒸騰速率的提高，促進植株干物質的積累，而土壤含水量的變化則與土壤耕作措施有直接的關系。

耕作措施通過影響大豆的土壤含水量、葉面積指數、干物質積累和分配的動態變化，進而影響到大豆的產量構成因子和最終產量的形成。關于不同耕作措施對作物生產影響的問題，前人已經進行了一些研究，但研究結果不盡一致。孫繼穎等[28]認為覆膜能夠提高大豆葉面積指數,使大豆葉片增厚、光合能力增強，顯著提高大豆單株莢數、百粒重及產量。劉爽[25]研究表明，傳統耕作和少耕可延緩葉片衰老,延長葉片功能期,有利于光合產物的形成積累和向庫的輸送,從而有利于籽粒的充實。但也有研究表明，與傳統耕作相比，免耕對作物有增產的效應[15,29]。本研究結果表明，翻耕與翻耕覆膜處理兩年的平均產量比少(旋耕)、免耕處理兩年的平均產量增產8.10%，尤其是翻耕覆膜處理，其增產幅度更大，比旋耕和免耕平均產量增產18.77%，差異顯著。一方面這可能是因翻耕直接將土壤翻轉，有效地打破犁底層并增加耕層厚度,較好地改善土壤的通透性，提高土壤蓄水能力[25]，比旋耕和免耕的平均含水量提高7.13%，這就利于根系生長并增大對土壤養分、水分的吸收面積[15]，從而保證植株生長對水分和養分的需求；另一方面由于各處理均為同期播種，免耕能夠縮短農耗期的作用未能發揮，加之免耕土壤相對緊實，不利于根系的生長，限制植株生長發育，這也可能是導致免耕條件下植株生長矮小，葉面積指數減小，干物質積累下降，從而減產的原因之一。另外，地膜覆蓋技術已廣泛應用于棉花、玉米等各種春播作物，并取得良好的增產效果。主要原因在于農田土壤增加地膜覆蓋并采用膜下滴灌后，由于地膜的阻礙作用，進一步阻止了土壤水分的蒸發，提高土壤含水量，同時將附著于地膜上的水分進行重新分配，大大提高了土壤水分的利用效率，促進作物增產。

4　結　論

兩年試驗結果表明，耕作方式對土壤含水量以及大豆葉面積指數和干物質積累量均有影響，其中翻耕覆膜表現出明顯的優越性，其兩年土壤平均含水量達18.64%，分別比T、RT、NT處理高出5.39%、7.67%、12.31%；干物質積累量的平均值達14.86 g，分別比T、RT、NT處理兩年平均值高出17.52%、37.77%、58.67%；產量最高達2 795.91 kg·hm-2(2013年)、1 369.47 kg·hm-2(2014年)，其平均產量也分別比T、RT、NT處理兩年平均產量高出11.32%、24.84%、23.99%，并均達顯著差異水平。充分說明采用翻耕覆膜耕作方式能更好地為大豆生長創造良好的土壤環境條件，從而增強植株光合的能力，促進產量的提高。

在本研究中由于小麥收獲后未能及時進行免耕提早播種，使得免耕能夠縮短農耗期的作用未能體現出來，而對于熱量緊張的北疆來說，復播作物播期越早越有利于產量的提高，所以，有必要對免耕早播處理與翻耕覆膜等其它耕作方式進行研究，以更好地揭示保護性耕作方式對夏大豆生長發育及產量的影響機理。

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Effects of different tillage methods on soil moisture and dry matter production of summer soybean

SU Li-li, TANG Jiang-hua, LI Ya-jie, XU Wen-xiu, PENG Jiang-long, ZHANG Yong-qiang

(CollegeofAgricultural,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China)

In order to provide a theoretical basis of high-yield cultivation mode for summer soybean and investigate the effects of different tillage methods on dry matter production and soil moisture of summer soybean following wheat harvest in northern Yili valley under drip irrigation, field experiments had been conducted for two years (2013 and 2014) with four different treatments including tilling film (TP), tillage (T), rotary (RT) and no-tillage (NT) by use of the macrozone experimental design. In these two years, the resulting effects on soil water content, leaf area index (LAI), dry matter accumulation in various organs (stems, leaves, petioles, pods, and grains) and yield by four treatments followed the order of TP>T>RT>NT. The average soil water content by TP was 18.64%, 5.39%, 7.67%, and 12.31% higher than that by T, RT, and NT, respectively. Both LAI and dry matter became increased first and then went decreased during the whole growth period of summer soybean under different tillage methods, and the averages by TP were 55.68% and 55.68% higher than those by NT, both reaching the significantly different level (P≤0.05). In addition, the number of pods per plant, grains per plant, and grain weight in two years by TP were also 50.28%, 48.10%, and 11.77%, respectively, than those by NT treatment. The highest yield by TP (2 082.69 kg·hm-2) was 20.82% higher than the lowest yield by NT treatment. Due to the fact that TP could increase the population leaf area index, promote the accumulation of plant photosynthetic production, improve dry matter accumulation in various organs and the whole plant, TP could be the suitable tillage method under drip irrigation for summer soybean in local natural conditions.

tillage methods; multiple cropping soybean; soil water; dry matter production; yield

1000-7601(2016)04-0197-08

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.30

2015-05-21

新疆維吾爾自治區科技特派員項目；新疆研究生科研創新項目(XJGRI2014078)；國家自然科學基金資助項目(31260312)

蘇麗麗(1990—)，女，河南睢縣人，主要研究方向為耕作制度及農業生態。 E-mail：565125471@qq.com。

徐文修(1962—)，女，教授，博士生導師，主要研究方向為耕作制度及農業生態。 E-mail：xjxwx@sina.com。

S565.1

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