耕作方式對秸稈覆蓋玉米田春播期土壤水熱鹽狀況的影響

于慶峰, 苗慶豐, 史海濱, 胡 敏, 張俊友

(1.內蒙古農業大學 職業技術學院, 內蒙古 包頭014109; 2.內蒙古農業大學 水利與土木建筑工程學院, 呼和浩特010018)

內蒙古河套灌區地處干旱半干旱地區，屬于典型的鹽漬化灌區，且春季寒冷干旱，對春播期最佳播種農時的選擇及種子的萌發和作物的生長發育產生了一定負面的影響，從而一定程度上制約了該地區農業的健康發展。而有研究表明，秋收后地表鋪設秸稈，在土壤經歷凍融循環后，顯著改善了土壤水鹽熱條件，為翌年春季作物種子的萌發和生長提供了適宜的土壤環境[1]。也有研究表明，秋收后地表覆蓋秸稈條件下，不同耕作措施造成的秸稈覆度是影響陽光輻射強度和土壤水熱狀況的關鍵因素，從而對春播期土壤環境產生影響[2]。

河套灌區特殊的氣候和土質條件在一定程度上影響了灌區農業的健康發展，而春播期寒冷干旱且土壤鹽分表聚問題嚴重一直以來也是困擾當地農民的主要難題[3]。良好的土壤條件是保證作物出苗和生長的關鍵因素。本研究鑒于前人的研究成果，在延續前期玉米秸稈覆蓋試驗的基礎上，于玉米收獲后通過設置免耕、少耕和旋耕的耕作措施，研究不同耕作措施對春播期土壤水熱鹽狀況和玉米出苗率的影響，從而篩選出適宜灌區玉米生育期秸稈覆蓋條件下的秋收后整地耕作措施，為灌區玉米的合理種植提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于內蒙古河套灌區磴口縣夾道村進行，試驗期間無降水，該地區多年平均降雨量139.8 mm，蒸發量2 374.6 mm；多年平均氣溫為7.6℃，平均日照時數3 183 h，平均無霜期130 d左右。試驗區0—20 cm為粉砂壤土，20—100 cm為粉砂質黏壤土，土壤平均容重為1.47 g/cm3；耕作層凋萎系數9.3%，田間持水量21.2%，該地區農業灌溉水源為黃河水，水質平均礦化度為0.32 g/L，平均pH值為8.1。

1.2 試驗設計

試驗地前茬為玉米平作秸稈覆蓋種植，秸稈覆蓋量為10 t/hm2。玉米收獲后，進行整地，試驗設置免耕、少耕(只進行滅茬)、旋耕(深度25 cm)共3個處理，各處理秸稈覆蓋度分別為40%，25%和10%，11月1日進行秋澆，秋澆水量為1 500 m3/hm2。采用隨機區組試驗設計，小區規格50 m×10 m，3次重復，春玉米播種期為4月24日。

1.3 測定內容及方法

各處理于秋澆后土壤凍結前，在5—25 cm土體埋設HZR8T土壤溫度記錄儀監測整個凍融期土壤溫度變化，每5 cm一層，記錄時間間隔60 min。玉米播前連續三天利用土鉆取樣測定0—5 cm，5—10 cm，10—15 cm，15—20 cm和20—25 cm土壤含水率和電導率值，各處理分別在田塊內畦首、畦中、畦尾設3個采樣點，采用烘干稱重法測定土壤含水率，用DDS-308A電導率儀速測土壤EC值。

本文以土壤質量含鹽量表征土壤鹽分含量，根據研究得出的適宜當地經驗公式，利用實測土壤電導率EC值進行換算[4]，計算公式為：

Q=3.471EC+0.015

(1)

式中：Q為土壤全鹽質量分數(g/kg)；EC為土壤1∶5浸提液在25℃時的電導率值(mS/cm)。

1.4 數據分析

采用Excel 2003 進行數據處理并繪制圖表，SPSS 17.0進行單因素方差分析；如果差異顯著，則采用鄧肯式新復極差檢驗法進行多重比較，檢驗不同處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式對土壤含水率的影響

河套灌區常年春季無降水，因此玉米春播期土壤水分的來源主要為前一年秋澆灌水，但土體經歷凍融循環后，如何更好的保蓄和調節土壤水分是關鍵，土壤含水量過低會使得種子萌發過程遭受水分脅迫，水分過多則會造成農田塌濕，可能延誤最佳農時，從而對玉米的生長及產量的形成造成不利影響[5]。

本研究發現，各處理不同土層含水率整體表現為免耕>少耕>旋耕，且免耕0—5 cm和5—10 cm土壤含水率平均較少耕高10.62%和9.78%，差異性顯著(p<0.05)，而其他土層間含水率差異性不顯著(p<0.05)(表1)。但兩處理各土層含水率均顯著高于旋耕處理，免耕和少耕5—25 cm土壤含水率平均較旋耕高8.35%～24.82%和5.44%～12.84%，研究結論與張少良等[2]的研究結果具有一定的一致性，這主要是由于秸稈覆蓋量越大，形成的隔絕效應一定程度上阻礙了土壤與空氣的交換通道，水分蒸發量大幅減小[3]。而孟憲欣等[6]通過研究表明，適宜于種子萌發和壯苗的土壤含水率為15%～20%，侯玉虹等[7]通過研究不同土質底墑對玉米出苗的影響，得出適宜的土壤水分條件為壤土19%～22%，黏土26%～29%和沙土13%～15%。結合灌區實際條件，玉米種植犁底層為15 cm左右，種植深度為2.5 cm左右，綜合本試驗結果來看各處理土壤水分條件均可滿足玉米種子萌發所需土壤水分條件，且不存在干旱脅迫或農田塌濕現象。

2.2 不同耕作方式對土壤溫度的影響

河套灌區屬于典型的干旱半干旱地區，春播期氣溫較低，而玉米屬于典型的喜溫性作物，適宜的土壤溫度是保證種子萌發和幼苗生長的關鍵性因素[8]。通過對玉米播前連續3 d的地溫日變化情況監測發現，各處理土壤表層5—25 cm土壤溫度日變化趨勢一致，均表現為表層5—15 cm變幅較大，且在14：00達到全天的峰值，而20—25 cm土壤溫度受外界環境影響減弱，變化平緩，且最高值的出現呈現明顯的滯后效應。

表1 不同耕作方式下土壤含水率對比 %

對比各處理發現，土壤溫度整體表現為旋耕>少耕>免耕處理，旋耕表層5 cm處土壤日平均溫度平均較少耕和免耕高17.51%和54.12%，10 cm處高16.73%和58.75%，15 cm處高15.76%和46.58%，20 cm處高12.45%和42.06%，25 cm處高6.54%和20.50%，差異性均達到了顯著性水平(p<0.05)，這一方面是由于秸稈覆蓋量越大，形成一定的隔絕效應，從而減少了陽光對地面的輻射強度，增溫效應較弱，另一方面是受土壤含水率的影響。隨土層深度的增加，受外界環境影響減弱，差異逐漸減小。此階段氣溫較低，相對較高的土壤溫度將有利于玉米種子的萌發及苗期的生長。

已有研究表明，土壤含水量與和熱量變化存在著相互影響和相互作用的關系[9-11]。通過對不同土層含水率和溫度回歸分析發現，兩者可擬合為具有較高精度的二次曲線關系(R2=0.9617)。說明在一定范圍內隨土壤含水率的增加，土壤溫度呈現下降趨勢，這主要是由于土壤含水量越大，增大了土壤的比熱容，降低了土壤溫度的變化幅度[12]，這不利于北方寒冷地區春播期土壤增溫，從而對玉米出苗產生不利影響。

2.3 不同耕作方式對土壤含鹽量的影響

春播期至玉米苗期，土壤含鹽量的大小直接影響種子的萌發和生長發育，從而影響其出苗率和保苗率。大量研究表明[13-15]，土壤水分是鹽分運移的載體，春播期，鹽隨水走，在土壤水分蒸發的影響下，土壤鹽分呈現向表層積聚的態勢。由于免耕和少耕處理地表覆蓋度較大，減少了土壤水分的蒸發量，從而減弱了鹽分表聚現象的發生。研究發現，旋耕處理鹽分表聚量顯著高于免耕和少耕處理(p<0.05)，5—25 cm土壤鹽分含量平均高5.80%～14.57%和5.56%～10.44%。說明不同秸稈覆蓋量條件下，不同程度改變了土壤水熱循環系統，進而影響土壤鹽分的運移，為玉米種子的著床和萌發提供了相對淡化的土壤環境。

圖1 不同耕作方式下土壤溫度變化

童文杰等[16]通過對內蒙古河套灌區玉米種植耐鹽性的研究，確定了當土壤表層0—20 cm土壤含鹽量在低于1.178 、1.178～2.036，2.036～3.465 和高于3.465 g/kg的土壤鹽分條件，為玉米最適宜種植區、適宜種植區、次適宜種植區及不適宜種植區。本研究通過對數據分析發現，處理免耕、少耕和旋耕0—20 cm土壤含鹽量平均值為1.818 g/kg，1.845 g/kg，1.984 g/kg，均為玉米適宜種植區，綜合來看，各處理春播期鹽分含量均適合玉米的播種。

表2 不同耕作方式下土壤含鹽量對比 g/kg

2.4 不同耕作方式對玉米出苗率的影響

由圖2玉米出苗率可知，各處理間玉米出苗率差異性均達到了顯著性水平(p<0.05)，且以旋耕處理出苗率最高，平均較免耕和少耕處理高9.25%和6.21%，這主要是由于各處理均為玉米種子萌發提供了適宜的土壤水鹽條件，但旋耕處理土壤溫度顯著高于其他處理，春播期氣溫較低，為玉米種子的萌發提供了更適宜的土壤溫度條件，顯著提高了出苗率。

圖2 不同耕作方式下玉米出苗率對比

3 結 論

(1) 不同土層溫度整體表現為旋耕>少耕>免耕，且各處理間差異性達到了顯著性水平。春播期氣溫較低，玉米作為典型的喜溫性作物，相對較高的土壤溫度有利于玉米種子的萌發。

(2) 適宜的土壤水分狀況是保證種子萌發的必要條件，受耕作方式影響，各處理秸稈覆蓋量的差異形成了不同的隔絕效應，阻礙了土壤與空氣的交換通道。各處理不同土層含水率整體表現為免耕>少耕>旋耕，但各處理水分條件均適宜玉米種子的萌發。

(3) 通過回歸分析發現，土壤含水率與土壤溫度可擬合為具有較高精度的二次曲線關系(R2=0.9617)，說明在一定的土壤含水率范圍內，二者呈現負相關關系，土壤含水率越高，溫度越低，而這不利于北方寒冷地區春播期土壤的增溫。

(4) 各土層含鹽量整體表現為旋耕>少耕>免耕，但0—20 cm土壤含鹽量平均值為1.818 g/kg，1.845 g/kg，1.984 g/kg，均適宜玉米的種植。

(5) 不同耕作方式條件下的土壤水熱鹽狀況影響玉米種子的萌發，進而影響出苗率，研究發現，旋耕處理出苗率最高，平均較免耕和少耕處理高9.25%和6.21%。