休閑期耕作方式對旱地麥田土壤性狀及產(chǎn)量的影響

金永貴，原亞琦，林 文，衛(wèi)愛波，高培芳，孫 敏，高志強(qiáng)

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

黃土高原氣候干旱且雨季與小麥生育期錯(cuò)位，因而造成旱作小麥產(chǎn)量低且不穩(wěn)。為促進(jìn)旱作小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，解決的關(guān)鍵在于提高休閑期的降雨利用程度[1-2]。休閑期耕作措施可以改變土壤物理性狀，使土壤的蓄水能力出現(xiàn)差異，還能影響團(tuán)粒比例，進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)和生物性狀的不同[3-5]。李曉龍等[6]研究表明，以淺旋休閑期耕作為對照，深翻和深松可以改善耕層土壤物理結(jié)構(gòu)，其中，深翻能夠顯著改善20～60 cm 耕層的土壤物理結(jié)構(gòu)，深松對40～60 cm土層土壤結(jié)構(gòu)的改良效果較為明顯，并使0～60 cm土層土壤蓄水量升高。秦紅靈等[7]研究表明，深松較免耕能夠降低表層土層容重，增加接納雨水的能力，進(jìn)而減少0～50 cm 土層的作物耗水量，促進(jìn)根系對50～100 cm 土層土壤水分的消耗，最終增產(chǎn)約18.29%，水分利用效率增加約9.68%。

本研究在休閑期實(shí)施不同的休閑期耕作方式（深翻、深松和免耕），研究休閑期不同耕作方式對旱地冬小麥土壤理化性質(zhì)、作物耗水規(guī)律及產(chǎn)量的影響，以期為晉南旱作麥區(qū)尋求合理的休閑期耕作技術(shù)體系提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2013—2014 年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)運(yùn)城市聞喜縣試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地位于黃土高原南部，為丘陵旱地，屬于典型的半干旱氣候，無灌溉條件，夏季休閑。小麥播種前試驗(yàn)田0～20 cm 土層土壤含有機(jī)質(zhì)10.55 g/kg，速效磷17.64 mg/kg，堿解氮37.65 mg/kg。種植制度為夏季休閑制，即從前茬小麥?zhǔn)斋@至下茬小麥播種期間，農(nóng)田為裸地。圖1 為試驗(yàn)地降水量。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為晉麥92，由山西省聞喜縣農(nóng)業(yè)委員會提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)免耕（CK）、深翻（深度為15～20 cm）、深松（深度為18～23 cm）3 個(gè)休閑期耕作處理，前茬小麥?zhǔn)斋@后留高茬（20～30 cm），2013 年7 月20 日進(jìn)行休閑期耕作，9 月25 日耙耱收墑，播前基施有機(jī)肥1 500 kg/hm2、純氮150 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，每種休閑期耕作方式均設(shè)置不施肥對照。10 月4 日播種，播量97.5 kg/hm2，常規(guī)管理。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤容重、孔隙度測定 采用環(huán)刀法分別測定休閑期耕作處理前和麥?zhǔn)蘸?～40 cm 土壤容重，并計(jì)算孔隙度[8]。

1.4.2 團(tuán)聚體各粒級含量測定 采用濕篩法分別測定休閑期耕作處理前和麥?zhǔn)蘸?～40 cm 土壤團(tuán)聚體粒徑[9]。

1.4.3 土壤微生物C、N 含量測定 采用氯仿-K2SO4測定分別測定休閑期耕作處理前和麥?zhǔn)蘸?～40 cm土壤微生物C、N 含量[10]。

1.4.4 土壤水分測定 分別于小麥播種期、越冬期、拔節(jié)期、開花期和成熟期，采用土鉆法取0～300 cm（每20 cm 一個(gè)土層）土壤，烘干法測定土壤含水量[11]。

1.4.5 成熟期考種 在未擾動(dòng)樣區(qū)內(nèi)取樣，每小區(qū)測定2 m2小麥產(chǎn)量，折算公頃產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Execl 2003 整理數(shù)據(jù)，SPSS 22.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 休閑期耕作對麥田土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 對容重、孔隙度的影響 由表1 可知，休閑期耕作處理較免耕（CK）顯著降低了麥田土壤容重、顯著提高了土壤孔隙度。其中，深翻、深松處理容重較CK 分別降低1.61%和1.61%，孔隙度分別較CK提高1.41%和1.41%；CK 的容重低于處理前，孔隙度則高于處理前，但二者間差異均不顯著。可見，休閑期耕作處理能夠顯著降低麥田土壤容重、顯著提高土壤孔隙度。

表1 休閑期耕作對麥田土壤容重和孔隙度的影響

2.1.2 對團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響 由表2 可知，處理前和免耕（CK）、休閑期耕作處理的麥田土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)粒徑占比最大的是分別是0.25～0.5、0.5～1.0 mm。與CK 相比，深翻、深松處理土壤中＞2 mm 團(tuán)粒粒徑所占比例下降，但差異不顯著；1～2 mm 團(tuán)粒粒徑所占比例分別增加34.32%、93.30%，其中，深松處理與CK 差異顯著；0.5～1.0 mm 團(tuán)粒粒徑所占比例顯著增加，增幅分別是38.85%、32.12%，其中，深翻處理高于深松處理，二者間差異不顯著；0.25～0.50 mm 團(tuán)粒粒徑所占比例顯著降低，降幅分別是44.27%、41.96%；＜0.25 mm 團(tuán)粒粒徑所占比例顯著降低，降幅分別是32.74%、27.43%。CK 較處理前，0.5～1.0 mm 團(tuán)粒粒徑所占比例顯著增加，增幅達(dá)29.44%；0.25～0.50 mm 團(tuán)粒粒徑所占比例顯著降低，降幅達(dá)19.84%。可見，休閑期耕作處理麥田土壤≥0.25 mm團(tuán)粒粒徑比例顯著增加。

表2 休閑期耕作對麥田不同粒徑團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響 %

2.2 休閑期耕作對麥田生物性狀的影響

由表3 可知，休閑期耕作處理較免耕（CK）顯著增加麥田微生物碳和氮含量。深翻、深松處理較CK 微生物碳含量分別增加35.88%、67.60%，微生物氮含量分別增加117.02%、155.44%；深翻處理微生物碳、氮含量低于深松處理，但二者間差異不顯著；CK 微生物碳、氮含量高于處理前，但與處理前差異不顯著。可見，休閑期耕作可以顯著提高麥田土壤微生物碳、氮含量。

表3 休閑期耕作對麥田微生物碳、氮含量的影響 mg/kg

2.3 休閑期耕作對小麥階段耗水及總耗水的影響

2.3.1 對小麥階段耗水的影響 從表4 可以看出，小麥全生育期耗水量呈先增加后降低的趨勢，休閑期耕作處理較CK 顯著增加越冬期—拔節(jié)期、開花期—成熟期耗水量。其中，深翻和深松處理播種期—越冬期的耗水量及其所占比例與CK 間差異不顯著；越冬期—拔節(jié)期的耗水量較CK 顯著增加，但其所占比例間差異不顯著；拔節(jié)期—開花期的耗水量與CK 間差異不顯著，但其所占比例顯著降低；開花期—成熟期的耗水量及其所占比例均較CK 顯著增加，增幅分別為34.77%和35.13%、23.27%和22.77%。可見，休閑期耕作處理可以顯著提高花后小麥耗水量及其占總耗水的比例。

表4 休閑期耕作對小麥生育階段耗水量的影響

2.3.2 對小麥總耗水、土壤水分的影響 由表5 可知，土壤蓄水占總耗水的比例大于降水占總耗水的比例，休閑期耕作較CK 播種期土壤蓄水量、總耗水量和土壤耗水量顯著增加。深翻、深松較CK，土壤總耗水顯著增加，增幅分別是9.33%、10.07%；播種期土壤蓄水量顯著增加，增幅分別是15.26%、20.14%；土壤播種期蓄水消耗量顯著增加，增幅分別是16.18%、21.30%，其比例顯著增加；降水量比例顯著降低。可見，休閑期耕作顯著增加播種期土壤蓄水量，進(jìn)而使土壤耗水量和總耗水量顯著增加。

表5 休閑期耕作對旱地小麥總耗水量的影響

2.4 休閑期耕作對小麥產(chǎn)量及水分利用率的影響

表6 休閑期耕作對小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

從表6 可以看出，休閑期耕作處理小麥產(chǎn)量、降水利用效率較CK 處理顯著增加，土壤水分利用效率顯著降低。其中，深翻、深松處理產(chǎn)量較CK 分別顯著增加5.06%、7.68%；土壤水分利用效率顯著降低；降水利用效率顯著增加，增幅分別是5.07%、7.70%。可見，休閑期耕作能夠顯著增加降水利用效率，顯著降低土壤水分利用效率，同時(shí)顯著增產(chǎn)。

2.5 土壤性狀與產(chǎn)量、耗水的關(guān)系

以產(chǎn)量為母序列，以土壤的物理、生物性狀及小麥階段耗水量為子序列進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，得到表7。關(guān)聯(lián)系數(shù)能反映出子序列和母序列之間的緊密程度[13]。從表7 可以看出，關(guān)聯(lián)系數(shù)大小依次為X8＞X3＞X9＞X7＞X2＞X5＞X10＞X1＞X4＞X6。選取關(guān)聯(lián)系數(shù)＞0.5 的因子作為與產(chǎn)量關(guān)系較為緊密的變量，符合要求的因子有X8（越冬期—拔節(jié)期階段耗水量）、X3（≥0.25 mm 的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)）、X9（拔節(jié)期—開花期階段耗水量）、X7（播種期—越冬期階段耗水量）。可見，土壤≥0.25 mm 的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和播種期—開花期階段耗水量與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)系數(shù)較大。

表7 土壤性狀、小麥階段耗水量與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)分析

3 結(jié)論與討論

休閑期耕作可以減少風(fēng)蝕，增加土壤有效蓄水；降低水蝕，有利于降雨過程中水分入滲。休閑期耕作還可以改良土壤[14]，例如，在北京和內(nèi)蒙古武川縣，長期休閑期耕作分別使農(nóng)田土壤表層（0～10 cm）有機(jī)質(zhì)含量提高21.70%和10.50%；提高土壤固碳能力，土壤碳儲量上升，農(nóng)田化肥使用量減少10%～20%，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量和收益，旱地作物產(chǎn)量提高5%以上，農(nóng)民收益增加20%～30%[15]。本研究表明，與免耕相比，休閑期耕作可以改善土壤物理性狀，深翻、深松處理土壤容重分別降低1.61%和1.61%、土壤孔隙度分別提高1.41%和1.41%；＜0.25 mm 團(tuán)粒粒徑顯著降低，降幅分別是32.74%、27.43%，增加了土壤≥0.25 mm 團(tuán)粒粒徑比例。這與張仁陟等[16]、馮躍華等[17]研究結(jié)果相同，不同休閑期耕作方式下耕層土壤容重、孔隙度差異顯著，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)差異極顯著。與CK 相比，休閑期耕作可以改善土壤生物性狀，深翻和深松處理的微生物碳含量、氮含量分別顯著提高了35.88%和67.60%、117.02%和155.44%，這與前人研究結(jié)果一致，休閑期耕作可以提高微生物碳含量[18]和氮含量[19]。

本研究表明，休閑期耕作處理較免耕處理顯著提高花后小麥耗水量及其占總耗水的比例，深翻、深松處理開花期—成熟期階段的耗水量及其比例顯著增加，幅度分別是34.77%和35.13%、23.27%和22.77%，這與劉慶建等[20]和褚鵬飛等[21]的研究結(jié)果一致，深松和深翻可以提高小麥花后耗水量。同時(shí)，休閑期耕作可以顯著提高播種期土壤蓄水量，深翻和深松處理較免耕處理分別增加15.26%、20.14%；顯著增加土壤耗水量16.18%、21.30%，且使總耗水量顯著增加9.33%、10.07%[20]；休閑期耕作顯著提高降水利用效率，深翻和深松處理分別較CK 增加5.07%和7.70%。這與前人休閑期耕作能夠增加播前底墑[20]和土壤耗水量[22]、提高自然降水利用效率[23]的研究結(jié)果一致。

劉左軍等[24]研究表明，增加粒徑＞0.25 mm 團(tuán)聚體總數(shù)，能提高小麥千粒質(zhì)量和淀粉含量。原亞琦等[11]和劉慶建[20]等研究表明，增加旱地小麥花前耗水，能夠提高小麥產(chǎn)量。本試驗(yàn)以產(chǎn)量為母序列、以土壤的物理、生物性狀以及小麥階段耗水量為子序列進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果顯示，土壤≥0.25 mm 的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及播種期—越冬期、越冬期—拔節(jié)期、拔節(jié)期—開花期階段耗水量關(guān)聯(lián)系數(shù)較大。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，與免耕相比，休閑期耕作可以改善土壤物理性狀，降低土壤容重、提高土壤孔隙度，增加土壤≥0.25 mm 團(tuán)粒粒徑比例；休閑期耕作可以改善土壤生物性狀，提高麥田土壤微生物碳、氮含量。休閑期耕作可以增加播前底墑，顯著增加小麥花后的耗水，進(jìn)而顯著增加土壤耗水量，使總耗水量顯著增加，顯著增加降水利用效率，同時(shí)小麥產(chǎn)量顯著增加5.06%～7.08%。