鹽漬化土壤下不同深度粉壟耕作對水稻性狀及產量的影響

王 娟，馬玲芳，陳 萍，羅園園，康建宏，馬文禮

（1.寧夏農墾農林牧技術推廣服務中心，銀川 750000；2.寧夏大學農學院，銀川 750000）

土壤鹽漬化是全世界面臨的共同問題，中國鹽堿土地總面積約為9.55×108hm2［1］，是重要的后備土地資源，分布在西北、華北、東北等地區。寧夏位于中國西北地區，屬于干旱及半干旱地區，降雨量少，土壤鹽漬化問題嚴重，寧夏銀北地區尤為嚴重。在土壤鹽漬化嚴重的地區，植物很難生存［2］，鹽堿土地存在嚴重抑制作物的生長發育、降低作物產量等多項負面影響。在鹽堿化嚴重的土壤中作物很難正常生長，存活率低。特別是雨季過后，土壤出現返鹽、板結，使得土壤變硬，作物出苗就變得異常艱難，出苗率低從而導致作物減產。因此，提升鹽漬化農田的耕地質量，改良耕地，實現增產增收是當前亟需研究與解決的問題。

耕作方式對提升土壤質量及促進耕地可持續利用效果顯著，與農業生產及作物高產息息相關［3］。深耕可防止土壤壓實，改善土粒結構，提高透水性，改善土壤性質，保護水肥，減少鹽害［4］。中國北方主要的耕作方式為小型農機淺旋，長期淺旋使土壤耕層變淺，犁底層上移等，導致作物根系難下扎，根莖類作物減產等后果。引進新型耕作方式，可通過打破犁底層，降低土壤的緊實度，減少作物根系下扎時所受到的阻力，促使根系更好地吸收土壤中的營養物質及水分，對獲得優質、高產有重要作用。研究表明，深耕對土壤的理化性質有著良好的改良作用［5，6］。范藝寬等［7］研究表明，增加土壤中團聚體穩定性有助于改善土壤板結。前人對于不同耕作方式下土壤理化性質的研究頗多，對于鹽漬化土壤下不同深度粉壟耕作土壤理化性狀及產量變化的研究相對較少。本研究將探索鹽漬化土壤在不同粉壟深度對土壤理化性狀和水稻產量構成要素及產量的影響，旨在通過研究得出最適宜的粉壟深度，從而進行大面積推廣應用，為寧夏銀北地區鹽漬化土地的改良提供參考。

粉壟深耕深松機簡稱“粉壟機”，是由廣西五豐機械有限公司在廣西壯族自治區農業科學院及中國農業科學院等多家科研院所協助下研發的新型農機。較傳統犁耙碎地作業方式，粉壟機改用立式螺旋鉆頭，垂直旋轉切割土壤，深度可達30～60 cm，達到深耕深松、耕作后的土壤粉碎并自然懸浮成壟狀態，表面平整細碎，一次性即可完成整個耕作，此外粉壟機還可以通過調節鉆頭鉆深和更換鉆頭對耕作深度做出相應的調整，以適應不同作物的需求［8］。較傳統犁耕而言，粉壟耕作技術可加深、重構耕作層，降低其密度，增加其疏松土壤數量和堿解氮、有效磷、有效鉀等多種土壤速效養分指標［9］，有效擴展土壤養分、水分和氧氣等“自然資源活庫”。粉壟耕作改變了土壤耕層結構，提升了養分含量，使作物扎根更深，生長環境良好，進而利于增加產量和改善品質［10］。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021 年在寧夏平羅縣寧夏農墾前進農場農二隊一號地下段17 條西（106°E，38.6°N）進行。試驗地常年為鹽堿地，東西最長21 km，南北最寬17 km，土地面積41.2×105hm2。2021 年最新耕地面積13.7×105hm2，水稻種植面積9.9×105hm2。前進農場土壤鹽漬化程度較高，中度鹽漬化耕地面積在5.25×105hm2，pH 8.3；重度鹽漬化土地面積約2.25×105hm2，pH 8.9，土壤全鹽含量土壤取樣測量平均值也在12.3 g∕kg 左右。試驗地為鹽堿灘，全鹽含量較重，有機質含量偏低，地下水位高，水草雜生，連年種植水稻，土壤通透性差，保苗率低。試驗地土壤理化性狀如表1 所示。

表1 供試土壤理化性狀

1.2 供試作物和試驗機械

供試水稻品種為長粒優117（全生育期120 d 左右），試驗機械為粉壟機（型號ISGFX-210-2500）。

1.3 試驗設計

試驗采用大區對比試驗，設置4 個粉壟深度，分別為60 cm（FL 60 cm）、50 cm（FL 50 cm）、40 cm（FL 40 cm）、30 cm（FL 30 cm），以傳統耕作為對照（CK，深度25 cm），共計5個處理。每個處理面積500 m2，試驗區采用一次性控釋肥，推薦施肥量為N 216.00 kg∕hm2、P2O587.75 kg∕hm2、K2O 40.50 kg∕hm2。

3 月25 日對試驗地進行粉壟處理，整地后4 月7日進行機械播肥，4 月15 日澆水稻地上水，4 月27 日進行水稻撒種，7—8 月對水稻實施稻瘟病防治措施，水稻收獲期為10月中旬，其他管理同大田。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 土壤理化性狀的測定 土壤物理性狀測定。在水稻試驗地耕作前及收獲后，按五點取樣法分別采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3 個層次的土壤樣品，土樣混合后按四分法保留1 kg，經風干、除雜、研磨后用于養分測定。土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質分別使用堿解擴散法、0.5 mol∕L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法、乙酸銨浸提-火焰光度法和重鉻酸鉀容量法-硫酸氧化法進行測定。pH 和全鹽含量采用酸度計法、電導法分別測定土壤pH 和水溶性鹽含量。

土壤水分與土壤結構測定。采用環刀法測定土壤的容重與孔隙度，采用鋁盒烘干法測定土壤含水量。

1.4.2 水稻生長發育指標 水稻生長季，株高、莖粗及葉綠素含量分別用卷尺、游標卡尺（艾瑞澤0～150 mm）、葉綠素儀（SPAD-502Plus）測定，其中水稻莖粗測定莖第一基部節中位置，功能葉葉綠素含量測定葉上、中、下3 個部位SPAD 平均值。

1.4.3 水稻產量及產量構成 水稻收獲時先進行理論測產，每個處理取3 個樣方，再晾曬、脫粒、稱重、測水分，進行室內測產和考種，折標準水分產量，再折算為單位產量，田間再按處理全部實收、實打、計產進行復核。測產指標包括株高、莖粗、穗長、枝梗數、穗粒數、空粒數、秕粒數、結實粒數、千粒重。

產量測定方法。水稻小區準確丈量、計算收獲面積（計產面積），折算單位產量。

1.5 數據分析

采用Excel 2007 軟件錄入并整理數據；采用DPS 軟件進行數據統計分析，方差分析選用Duncan新復極差法，并用SigmaPlot 12.5 及Excel 2007 軟件繪制數據圖。

2 結果與分析

2.1 水稻生長性狀指標的變化

不同處理下水稻株高、莖粗及葉綠素含量變化趨勢如圖1 所示。由圖1 可以看出，不同粉壟深度下水稻株高在生長過程中整體長勢呈先快速增長到水稻成熟期（8 月4 日），后增長逐步變緩，到后期趨于平穩。整體來看，FL 50 cm、FL 60 cm 水稻長勢最好，CK 水稻株高相對較弱，其他處理下水稻株高差別不大；其中FL 50 cm、FL 40 cm、FL 30 cm 、CK 4個處理莖粗生長趨勢一致，莖粗在8 月4 日達到最大，FL 60 cm 水稻莖粗最小，生長期莖粗整體變化趨勢呈先快速增加后趨于平緩；整體來看，各處理水稻功能葉葉綠素含量呈先增長再下降，整個變化趨勢符合植物葉綠素含量變化規律，其中CK 葉綠素含量相對較高，這可能與該處理水稻基本苗較其他處理稀疏、分蘗較少、水稻葉面光照更加充分有關，從水稻整個生長期來看，各處理下葉綠素含量相差不明顯。

圖1 不同處理下水稻株高、莖粗及葉綠素含量變化趨勢

2.2 水稻產量構成要素及產量變化

不同深度粉壟處理下水稻各生理指標變化及其農藝性狀均有所不同。從表2 水稻生長性狀及產量構成要素來看，水稻株高由高到低依次為FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，可見各粉壟處理與CK 不粉壟處理之間在0.05 水平上存在顯著差異，粉壟處理下的株高均高于CK，FL 40 cm 與FL 30 cm 株高差異不顯著；水稻穗長各處理長短依次為FL 60 cm、FL 30 cm、FL 50 cm、FL 40 cm、CK，各粉壟處理與CK之間穗長存在顯著差異，FL 60 cm、FL 30 cm、FL 50 cm、FL 40 cm 穗長比CK 穗長分別長14%、8%、7%、3%；收獲穗數變化趨勢與株高、穗長相似，在0.05 水平上各粉壟處理與不粉壟處理CK之間存在顯著差異，且粉壟耕作深度越深單位穗數越大，FL 60 cm 單位穗數與其他粉壟處理之間存在顯著差異。整體來看，各粉壟處理與CK 在株高、穗長、收獲穗數上均存在顯著差異。

表2 不同處理對水稻產量構成要素及產量的影響

從表2 水稻產量來看，各處理水稻產量由高到低排列為FL 60 cm、FL 50 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，總體而言各粉壟處理下的水稻產量與CK 之間在0.05 水平上存在顯著差異，各粉壟處理間水稻產量也存在顯著差異，且隨著粉壟深度的增加水稻產量也相應有所增加，本試驗條件下FL 60 cm 產量達到最高值，為10 245.6 kg∕hm2，較CK（8 999.3 kg∕hm2）增產13.8%，FL 50 cm 增產8.2%，FL 40 cm 增產6.3%，FL 30 cm 增產5.2%。可見，隨粉壟耕作深度增加，水稻增產效果明顯。

2.3 水稻種植前后土壤理化性狀及養分含量變化

2.3.1 水稻種植前后土壤理化性狀變化分析 分析不同粉壟深度處理下土壤全氮、有效磷、速效鉀、堿解氮、有機質、pH 和全鹽及土壤容重變化情況，容重測量采取3層土壤，深度分別為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm。根據基礎土壤數據（表3）可知，在粉壟耕作之前，不同深度土壤容重存在差異，整體來說，土壤容重由低到高依次為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，土層深度越淺容重越低，土壤孔隙度越大，土壤也越松軟，水分越容易滲透，因此含水量也較高。

表3 播種前土壤各土層理化性狀情況

播種后不同土層深度下不同處理土壤理化性狀變化如圖2 所示。由圖2 可知，通過粉壟耕作后，土壤容重較播種前（表3）有所降低，表層土壤（0～20 cm）播種前容重為1.54 g∕m3，經過粉壟處理后土壤容重低于播種前，CK 土壤容重基本與播種前土壤容重保持一致。其中，表層土壤容重由低到高依次為FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，可見各粉壟處理土壤容重有所降低，FL 50 cm 容重為1.49 g∕m3，降低最多；土壤總孔隙度變化趨勢與容重正好相反，FL 50 cm 土壤總孔隙度最大，整體變化趨勢由大到小依次為FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK；表層土壤田間持水量與土壤含水量變化總體趨勢一致，其中FL 50 cm 田間持水量與土壤含水量均最高，CK 最低。亞表層土壤（20～40 cm）各粉壟處理容重均低于對照（CK），其中FL 30 cm 容重最低，總孔隙度對照（CK）最低，說明土壤較堅硬，粉壟處理下土壤較為松軟。深層土壤（40～60 cm）FL 60 cm 土壤容重、總孔隙度、土壤含水量、田間持水量均與CK 差異顯著（P＜0.05），FL 50 cm 田間持水量除與FL 60 cm 差異不顯著外，與其他處理間差異顯著。

圖2 播種后不同土層深度下不同處理土壤理化性狀變化

可見，隨粉壟深度的增加土壤容重變化明顯，FL 60 cm、FL 50 cm 處理容重較低，土壤總孔隙度較大，土壤含水量與田間持水量較高，粉壟耕作處理與對照存在一定差異，說明粉壟耕作能夠較好地改善土壤結構，為作物生長發育提供良好基礎。

2.3.2 水稻種植前后土壤養分含量變化 由表4 可知，無論是播種前還是播種后，隨土壤深度的遞增，各處理除pH 有遞增趨勢外，其他如有機質、堿解氮、有效磷等養分含量均隨著土壤深度的遞增有下降趨勢，表層土壤（0～20 cm）各粉壟處理下有機質含量、堿解氮含量與CK 差異顯著，其中FL 60 cm 的有機質、堿解氮含量最高，與其他處理之間差異顯著，FL 50c m 次之，CK 有機質、堿解氮含量最低；粉壟處理和CK 在有效磷、速效鉀含量上差異顯著。亞表層土壤（20～40 cm）FL 60 cm 有效磷、全鹽、pH與其他處理之間差異顯著，FL 50 cm 在有機質、堿解氮、全氮含量上具有優勢，與其他處理差異顯著。深層土壤（40～60 cm）有機質含量最高出現在FL 50 cm，有效磷、速效鉀、全氮含量最高在FL 60 cm，且與其他處理之間差異顯著，可見粉壟深度增加，能夠使土壤結構發生改善，土壤養分隨土壤耕作深度有下移趨勢。

表4 播種后不同處理下不同土層深度土壤養分含量變化

3 討論

本研究通過對不同耕作方式下水稻理化性狀、養分含量及產量變化等分析得到，傳統耕作方式與粉壟耕作方式相比，粉壟耕作具有使耕作土層土壤深厚，土壤容重降低，土壤含水量提高的特點，對土壤蓄水保墑的能力有較大貢獻。粉壟耕作使得土壤質地更松軟、平整，土粒松梳、細碎，土壤養分更易釋放，有機質含量增加，更利于作物種植。粉壟耕作后的土地不再需要其他處理，可直接進行作物種植，較傳統耕作方式犁地、耙地再種植可有效減少整地工序及機械對土地的擾動。

3.1 粉壟耕作對水稻生長性狀的影響

唐茂艷等［11］研究顯示，粉壟處理下葉綠素相對含量（SPAD）極顯著高于常規耕作，葉片凈光合速率高，且持綠時間長，利于光合同化物的生產積累，與本研究結果相反，從葉綠素含量整體變化來看，各處理隨著水稻生長進程整體變化均為葉綠素含量呈先增長再下降趨勢，變化趨勢符合植物葉綠素含量隨生長時期變化規律，其中CK 葉綠素含量相對較高，究其原因可能與對照水稻基本苗較其他處理稀疏、分蘗較少、水稻葉面光照更加充分有關，后期可做進一步研究。

3.2 粉壟耕作對土壤容重、含水量等理化性狀的影響

李軼冰等［12］研究認為，粉壟耕作后土壤易于調用深層水分，土壤調蓄水分更通暢。劉江漢等［13］研究表示，粉壟耕作可有效降低0～45 cm 土層土壤容重，提高土壤含水量，增加土壤孔隙度。FL 45 cm 在0～45 cm 土層孔隙度增幅效果最為顯著。本研究中粉壟處理后的土壤水分、孔隙度均顯著提升、容重下降明顯，說明粉壟隨深度增加效果越明顯，本試驗中FL 60 cm 土層孔隙度增幅效果最為顯著，與劉江漢等［13］的研究結果趨勢相符。分析原因可能是粉壟耕作深度較深，深層土壤孔隙度提高，水分滲透更通暢，使得土壤環境得到改善，深層土壤含水量顯著提高，土層深處土壤環境較好，使底層土壤養分能夠被較好吸收與利用，從而改善鹽堿化土壤。這也與楊博等［14］的研究粉壟耕作0～40 cm 深度土壤可顯著降低pH 的結論相符。

3.3 粉壟耕作對水稻產量及養分吸收影響

聶勝委等［15］研究發現，粉壟耕作能夠增加小麥、玉米兩季作物產量，促進作物對養分的吸收，適當增加耕作層的厚度更有助于小麥產量的提高。韋本輝等［16］研究表明，粉壟栽培技術可以增加馬鈴薯的產量，并提高商品薯的比例。本研究也發現粉壟耕作處理下土壤養分含量有所增加，特別是有機質含量增加明顯。粉壟耕作處理水稻產量明顯高于CK。特別是水稻收獲穗數、千粒重等指標，FL 60 cm、FL 50 cm 較CK 有顯著提高。粉壟耕作后土壤結構得到明顯改善，提高了土壤養分含量，更好促進水稻養分吸收，進而促進水稻增產，本研究結果與韋本輝等［16］粉壟栽培技術可以增加作物產量的研究結果一致。

4 結論

鹽漬化土壤下不同粉壟耕作深度對水稻理化性狀及產量影響試驗效果顯著，本研究FL 60 cm 產量達到最高，為10 245.6 kg∕hm2，較CK（8 999.3 kg∕hm2）增產13.8%，FL 50 cm 次之，增產效果顯著。隨著機械粉壟深度的增加，土壤總孔隙度增大，土壤容重隨著土壤深度呈降低趨勢，FL 60 cm 土壤容重下降明顯，經過粉壟處理的土壤含水量、總孔隙度、土壤養分含量較對照均有所增加，深層土壤下有機質含量最高出現在FL 50 cm，有效磷、速效鉀、全氮含量最高在FL 60 cm。通過研究結果可知，粉壟耕作對鹽漬化土壤質量具有一定改善作用，能夠達到增產增收效果。