不同耕作模式對土壤肥力和小麥產量的影響

衣明圣 李玉杰 李玉倫 鄭欣欣 王法宏 王宗帥

摘要：采用一種小麥田保護性耕作模式（免耕覆蓋）與兩種傳統耕作模式（深松覆蓋、傳統耕作）長期定位試驗，對山東省濟南市小麥玉米連作栽培模式小麥季的土壤水分和產量進行研究。結果表明：小麥全生育期，免耕覆蓋處理的土壤含水量明顯高于深松覆蓋和傳統耕作處理，傳統耕作不覆蓋土壤含水量最低；小麥田土壤養分，免耕覆蓋栽培模式下土壤表層中有機質、全氮、速效氮、有效磷和速效鉀含量均高于深松覆蓋和傳統耕作處理，與傳統耕作差異顯著；免耕覆蓋處理的土壤酶活性，與傳統耕作、深耕覆蓋沒有明顯提高；小麥產量，免耕覆蓋處理增產效果明顯，比傳統耕作和深耕覆蓋分別增產14.63%和5.07%，與傳統耕作相比差異顯著。

關鍵詞：小麥；保護性耕作；土壤水分；土壤肥力；產量

中圖分類號：S345+S512.1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）07-0072-06

Abstract The soil moisture and yield in the wheat season of wheat-maize rotation were studied in Jinan City， Shandong Province， through long-term located experiments of one conservation tillage mode （no-tillage with mulch） and two different traditional tillage modes （subsoiling and mulch tillage and conventional tillage）. The results showed that the soil moisture of no-tillage with mulch was higher than that of subsoiling and mulch tillage and conventional tillage， and the soil moisture of conventional tillage was the lowest. The contents of organic carbon， total nitrogen， available nitrogen， available phosphorus and available potassium in the topsoil of no-tillage with mulch were higher than that of subsoiling and mulch tillage and conventional tillage， and were significantly different with the two traditional tillage modes. The soil enzyme activities of no-tillage with mulch were not significantly improved compared with those of two traditional tillage modes. The yield-increasing effect of no-tillage with mulch was obvious， which increased by 14.63% and 5.07% compared with traditional tillage and subsoiling and mulch tillage， respectively， and was significantly different with traditional tillage.

Keywords Wheat； Conservation tillage； Soil moisture； Soil fertility； Yield

保護性耕作是指通過少耕、免耕、地表微地形改造技術及地表覆蓋、合理種植等綜合配套措施的應用，實現減少農田土壤侵蝕、保護農田生態環境并獲得生態效益、經濟效益及社會效益協調發展的可持續農藝技術[1]。農田生態系統中土壤水分養分的高低對作物生長和產量有重要影響，保護性耕作作為發展可持續農業重要技術，其對土壤肥力提升具有顯著積極作用[2-4]。保護性耕作是以最大限度減少土壤體系破壞為原則，并以較低能耗和物質投入來維持作物相對高產并可獲取較高效益，是一種具有生態保護意義的持續性農業形式[5]。中國農業大學保護性耕作研究中心指出，保護性耕作可使玉米增產4.1%，小麥增產7.3%，小雜糧增產11.2%，大豆增產32%[6]。對比來看，山東保護性耕作研究相對較少，并且山東省降水量呈現減少趨勢[7]。為此，筆者于2003年9月開始在山東省農業科學院作物研究所濟南試驗地開展保護性耕作前期試驗，并于2015—2017年研究測定不同耕作模式下0～60 cm土層土壤水分、養分含量周年變化，以及長期保護性耕作對土壤酶活性和小麥產量的影響，以期為保護性耕作模式（免耕覆蓋）的推廣提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地

2003年9月開始在山東省農業科學院作物研究所濟南試驗地開展前期試驗。試驗地質地為壤土，耕作制度為一年兩熟，前茬為玉米。

1.2 試驗設計與管理

2015—2017年以小麥品種濟麥22為試材，進行不同耕作模式試驗。試驗設置3個處理，分別為免耕覆蓋（玉米收獲后免耕播種）；深松覆蓋（玉米收獲后用固定道深松分層施肥免耕精密播種機播種；型號：2BMZS-8-4，鄆城縣工力有限公司生產；深松鏟間隔60 cm，深松40 cm深，播種帶為20 cm）；傳統耕作（玉米收獲時保留10～15 cm殘茬在地表，翻耕20 cm后播種小麥）。試驗區每處理長150 m，寬3 m，面積450 m2。試驗采取隨機區組設計，重復3次。

10月7日小麥播種，播種量150 kg/hm2。各處理肥料施用量為N 135 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，其中氮肥基追比為5∶5，追肥于次年3月20日。播種后，分別澆底墑水、拔節水和開花水，灌溉模式為漫灌，灌溉量一般為600 m3/hm2，視土壤墑情增減。管理措施同大田高產栽培。

1.3 取樣及測定方法

大區試驗，取樣重復3次。小麥全生育期，定點取樣測定土壤含水量、土壤養分含量以及土壤酶活性。測定方法：土壤有機質含量用重鉻酸鉀外加熱法；全氮含量用凱氏定氮法；速效氮用堿解擴散法；有效磷含量用碳酸氫鈉法；速效鉀含量用NH4OAc浸提，火焰光度計法[8]。土壤蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法（DNS）；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法；脲酶活性采用靛酚藍比色法[9]。

小麥收獲時每大區取0.25 m2植株考種，并按大區單收結果計算單產。

1.4 數據分析

采用SPSS 13.0軟件統計分析數據，用Duncans法進行處理間多重比較。小麥產量、土壤水分為2015—2016、2016—2017年兩季數據，其它指標為2016—2017年數據。作圖采用SigmaPlot 10.0軟件。

2 結果與分析

2.1 耕作模式對土壤水分的影響

由圖1可以看出，小麥返青期，0～40 cm土壤含水量呈增加趨勢，40～60 cm略微降低，70～100 cm又呈增長趨勢。0～70 cm土層水分免耕覆蓋處理明顯高于其它兩種耕作模式，80～100 cm，免耕覆蓋、傳統耕作和深松覆蓋三種耕作模式土壤水分基本無差異。30 cm土層時免耕覆蓋耕作模式下土壤水分與傳統耕作和深松覆蓋呈現最大差異，分別高11.23%和9.95%。拔節期，0～40 cm土壤水分也呈現增加趨勢，40～60 cm開始降低，70～100 cm又開始增加。同樣在30 cm土層時，免耕覆蓋耕作模式下土壤水分與傳統耕作和深松覆蓋呈現最大差異，分別高13.48%和9.05%。小麥開花期，0～100 cm，三種耕作模式下土壤水分基本呈現增長趨勢，只有免耕覆蓋80 cm土層出現降低。由此可見，免耕覆蓋處理的土壤含水量明顯高于深松覆蓋和傳統耕作處理，傳統耕作土壤含水量最低。

2.2 耕作模式對土壤肥力的影響

圖2顯示，三種耕作模式下隨土層加深土壤有機質、全氮、速效氮、有效磷以及速效鉀養分含量均呈現遞減趨勢。

0～20 cm土層土壤有機質含量，免耕覆蓋比深松覆蓋和傳統耕作分別高1.18%和7.91%；20～40、40～60 cm土層，三種耕作模式土壤有機質含量差異不顯著。說明免耕覆蓋能增加土壤表層有機質含量。

0～20 cm土層全氮含量，免耕覆蓋分別比傳統耕作、深松覆蓋高26.24%和2.01%；20～40 cm土層，免耕覆蓋全氮含量分別比傳統耕作、深松覆蓋高19.20%和5.30%；40～60 cm土層，免耕覆蓋全氮含量分別比傳統耕作、深松覆蓋高20.18%和11.38%。說明免耕覆蓋明顯提高0～60 cm土層的全氮含量。0～20 cm土層速效氮含量，免耕覆蓋分別比傳統耕作、深松覆蓋高26.00%和5.17%；20～40、40～60 cm土層，免耕覆蓋、深松覆蓋以及傳統耕作三種耕作模式土壤速效氮含量差異不顯著。說明免耕覆蓋明顯增加土壤表層的速效氮含量。

0～20 cm土層有效磷含量，免耕覆蓋比傳統耕作、深松覆蓋分別高18.31%和10.52%；20～40 cm土層有效磷含量，免耕覆蓋比傳統耕作、深松覆蓋分別高21.24%和19.15%；40～60 cm土層，三種耕作模式土壤有效磷含量差異不顯著。說明免耕覆蓋明顯提高0～40 cm土層的有效磷含量。

0～20 cm土層速效鉀含量，免耕覆蓋比傳統耕作、深松覆蓋分別高17.86%和1.64%；20～40 cm土層速效鉀含量免耕覆蓋比傳統耕作、深松覆蓋分別高4.53%和8.50%；40～60 cm土層，三種耕作模式土壤速效鉀含量差異不明顯。說明免耕覆蓋明顯提高0～40 cm土層的速效鉀含量。

2.3 耕作模式對土壤酶活性的影響

圖3顯示，土壤蔗糖酶活性，免耕覆蓋、深松覆蓋、傳統耕作三種耕作模式0～20、40～60、60～80 cm土層差異都不顯著，20～40 cm土層免耕覆蓋蔗糖酶活性比深松覆蓋高3.33%。

20～40 cm土層磷酸酶活性，免耕覆蓋比深松覆蓋高11.90%；免耕覆蓋、深松覆蓋、傳統耕作三種耕作模式40～60、60～80 cm土層的蔗糖酶活性差異都不顯著。

0～20 cm土層脲酶活性，免耕覆蓋略低于深松覆蓋，而其它土層免耕覆蓋、深松覆蓋、傳統耕作三種耕作模式差異都不顯著。

2.4 耕作模式對小麥生長以及產量的影響

由表1可以看出，小麥出苗率，免耕覆蓋比深松覆蓋、傳統耕作分別高1.56%和5.55%，顯著高于傳統耕作?；久?，免耕覆蓋比傳統耕作、深松覆蓋分別高7.76%和2.45%，差異顯著。免耕覆蓋、深松覆蓋、傳統耕作的小麥冬前分蘗個數和次生根條數差異均不顯著。冬前小麥生物量，三種耕作模式的大小依次為：傳統耕作>深松覆蓋>免耕覆蓋。

小麥產量構成因素，免耕覆蓋、深松覆蓋、傳統耕作三種耕作模式的單位面積穗數、穗粒數差異均不顯著；千粒重，免耕覆蓋最高，與傳統耕作差異顯著，與深松覆蓋差異不顯著。單產，免耕覆蓋比深松覆蓋、傳統耕作分別高5.07%和14.63%，與傳統耕作差異顯著，與深松覆蓋差異不顯著。

3 討論與結論

作物產量的高低主要取決于氣候條件和土壤肥力，氣候條件具有較多不確定性，所以保持和提高土壤肥力是實現我國農業可持續發展和糧食安全的重要措施。保護性耕作減少了人為因素對土壤的干擾，地表秸稈的粉碎覆蓋可增加土壤有機質含量，改善土壤結構和土壤生物的生存環境，減少水土流失，緩解我國北方的沙塵危害，這業已成為一種可持續農業的一個重要方向。我國是世界上水土流失最嚴重的國家之一，水土流失面積達1.48×108 hm2，占國土面積的三分之一。不合理的土地利用模式是造成土壤侵蝕的一個重要原因。傳統的翻耕地作業不僅增加生產成本，而且破壞土壤微環境和結構，加重土壤的侵蝕，降低土壤養分的有效性，限制作物的生長發育，降低作物產量。

本試驗結果表明，免耕覆蓋處理的土壤含水量明顯高于深松覆蓋和傳統耕作處理，傳統耕作不覆蓋土壤含水量最低。其原因：地表覆蓋的秸稈減少了太陽輻射，降低地表溫度，同時秸稈對土壤水分的蒸發又有一定的阻礙作用。黃高寶等（2006）[13]研究發現，保護性耕作能夠顯著改善0～200 cm 土層土壤貯水量及含水量，隨著降水量的增多土壤對降水的保蓄能力增強，在降水較少年份免耕秸稈覆蓋的這種作用表現突出。張海林等（2002）[14]多年研究表明：免耕比傳統耕作增加土壤蓄水量10%，減少土壤蒸發約40%，耗水量減少15%，水分利用效率提高10%。

土壤肥力方面，本試驗免耕覆蓋栽培模式土壤表層中有機質、全氮、速效氮、有效磷和速效鉀的含量均顯著高于深松覆蓋和傳統耕作處理。許多研究結果表明，保護性耕作措施可以增加土壤有機質含量[4，15]，王改玲等（2011）[16]認為，它能夠增加土壤有機質、速效氮、速效鉀含量，特別是表層土壤。高云超等[17]研究認為，多年連續秸稈覆蓋免耕，0～20 cm土層土壤有機質、全氮、全磷、有效氮、有效磷含量均明顯提高。鞏文峰等（2013）[18]研究表明，與傳統耕作相比，免耕秸稈覆蓋處理有機質含量提高12.13%～16.99%，有效磷提高16.29%～20.99%，速效鉀提高31.62%～44.22%。田偉等（2017）[19]研究認為，當免耕技術與綠肥種植配合使用，較單一技術能夠顯著提高玉米產量，促進作物對土壤氮磷的吸收，改善土壤理化性質。這些研究與本試驗結果基本一致。

本研究免耕覆蓋處理的土壤酶活性，與傳統耕作及深耕覆蓋沒有明顯提高，可能是由于土壤酶活性測定時期為小麥揚花期，該時期土壤中的秸稈已經基本分解完畢。產量方面，免耕覆蓋增產效果明顯，比傳統耕作和深耕覆蓋分別增產14.63%和5.07%，與傳統耕作相比差異顯著。李俊紅等（2014）[20]研究表明，免耕覆蓋耕作模式10 年間小麥產量平均增產4.4%。由此可見，保護性耕作即免耕覆蓋耕作模式能提高土壤水分、土壤肥力，增加小麥產量。

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