不同耕作与秸秆处理模式对鲁西南潮褐土物理性状及玉米产量的影响

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　　摘要：为评价两熟制条件下实施保护性耕作的可行性，探明鲁西南潮褐土合理耕层构建的最佳耕作方式，提高玉米产量，设置田间定位试验，研究免耕、常规旋耕、深松三种耕翻及不同秸秆处理方式组合对土壤物理性状及玉米产量形成的影响。结果表明：“深松+秸秆还田”耕作模式的松土保墒和玉米增产效果最好。与秸秆不还田处理下免耕和常规旋耕相比，秸秆还田条件下深松处理在20～30、30～40 cm土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%，玉米全生育期的土壤含水量提高8.1%～10.3%，土壤田间持水量增加3.6%～6.1%。秸秆还田配合深松处理下玉米穗长、穗粒数、千粒重等产量构成因素均有不同程度的改善，产量较秸秆不还田下免耕处理增产13.6%。因此，“秸秆还田+深松”耕作模式可作为本地区构建合理耕层结构、充分挖掘耕层潜力、提高玉米产量的推广技术。
　　关键词：耕作方式;秸秆还田;土壤物理性状;玉米产量
　　中图分类号：S152：S513.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）04-0100-05
　　Abstract The purpose of this experiment was to evaluate the feasibility of conservation tillage under double cropping system and identify the best cultivation method for building a reasonable soil structure and improving corn yield in cinnamon soil of the southwest of Shandong Province. The located field experiment was carried out to study the effects of no-tillage， conventional rotary tillage and deep scarification and different straw retention modes on the physical properties of cinnamon soil and the formation of corn yield. The results showed that the farming mode of subsoiling and straw returning was the most optimal to enhancing soil quality and corn yield. Compared with rotary tillage and no-tillage under no-straw returning， the soil bulk density in the 20～30- and 30～40-cm soil layers under subsoiling and straw returning treatment decreased averagely by 11.3%， 10.6% and 7.6%， 8.0% respectively. The soil moisture content and soil water storage capacity increased by 8.1%～10.3% and 3.6%～6.1% respectively in the whole corn growth period. In addition， corn yield components， such as ear length，kernels per spike and 1 000-grain weight were improved at different degrees after subsoiling and straw returning treatment. And the corn yield was 13.6% higher compared with no-tillage with no straw returning treatment. It was concluded that subsoiling and straw returning could provide a new and effective way to build rational plough layer construction， fully excavate plough layer potential and increase crop yield in the region.
　　Keywords Tillage methods; Straw returning; Soil physical properties; Corn yield
　　近年来，由于我国长期延用表层旋耕为主的耕作方式以及玉米常年连作，土壤质量退化问题日益突出，耕层变浅，土壤结构紧实，有效耕层土壤量显著减少，土壤蓄水保肥能力严重下降，严重制约我国玉米生产能力的可持续发展[1，2]。土壤耕作是农业生产过程中的重要技术措施，是改善土壤耕层质量、培肥地力的重要途径。国内外学者关于不同耕作方式对土壤物理性状及玉米产量的影响已开展了大量研究，结果表明，土壤深松能够有效打破因长期进行犁耕、旋耕或灭茬所形成的坚硬犁底层，能加深耕层，达到蓄水保墒、增加作物产量的目的[3-5]。
　　鲁西南地区是山东省玉米主产区，也是我国重要的商品粮生产基地。由于耕地连续高强度开发和不合理使用，其土壤耕层普遍存在“浅、实、少”和土壤质量下降等问题，玉米生产受到严重影响。目前有关该区域农田保护性耕作对土壤物理性状与玉米产量的影响研究较少，尚缺乏配套的土壤合理耕层构建技术，而深入研究深松和秸秆还田等保护性耕作措施与玉米生长发育的关系，对于科学调控土壤环境，促进作物高产优质具有重要意义[6，7]。基于此，本研究以山东省主要农业土壤——鲁西南潮褐土为着重点，通过田间定位试验，探讨不同耕作及秸秆处理方式组合对土壤物理性状和玉米产量形成的影響，以期为本地区土壤合理耕层构建和实施保护性耕作提供重要的理论基础，同时也为加快深松改土技术推广、发展持续高效农业提供技术支撑。 　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　试验于2017年在国家玉米产业技术体系济宁综合试验站进行。供试土壤为潮褐土，质地轻壤，0～20 cm耕层土壤容重为1.33 g/cm3，20～40 cm土层土壤容重为1.51 g/cm3，耕层土壤有机质含量13.1 g/kg、碱解氮58.6 mg/kg、速效磷48.3 mg/kg、速效钾128.5 mg/kg，pH值为6.98。
　　1.2 试验设计
　　试验采用裂区设计，耕作方式为主处理，秸秆处理为副处理，设置深松30 cm、常规旋耕15 cm、免耕3个主处理，秸秆不还田、秸秆还田2个副处理。免耕处理在小麦收获后不进行任何动土作业，夏玉米贴茬直播。深松在小麦收获后，使用2BSF-4型玉米深松精量播种机一次性完成开沟、施肥、播种、覆土、镇压深松等各项作业。常规旋耕在小麦收获后进行作业，然后播种玉米。秸秆还田处理为小麦收获后，按机收标准粉碎秸秆匀铺于小区地表后进行耕作整地。秸秆不还田处理为小麦收获后，清除所有秸秆。
　　小区面积100 m2，随机区组排列，重复3次。试验品种为郑单958，每公顷种植密度6.75万株，6月17日播种。播种时，施用NPK比例为15∶15∶15的复合肥300 kg/hm2作种肥，玉米大喇叭口期追施尿素450 kg/hm2，其它管理同一般大田。
　　1.3 测定项目及方法
　　玉米拔节期、成熟期分别取0～10、10～20、20～30、30～40 cm 4个层次土壤，每个小区取3个点，采用环刀法测定土壤容重。苗期、拔节期、大喇叭口期、成熟期采集0～20、20～40 cm土样，采用烘干法测定土壤含水量。拔节期、成熟期采集0～20、20～40 cm土样，采用威尔科克斯法（环刀法）测定田间持水量[8]。玉米成熟期测产，并调查空秆率、双穗率，每点测产面积30 m2。收获时每小区选取代表性果穗10穗进行室内考种，测定穗长、穗粗、穗粒数、千粒重等穗部性状。
　　1.4 数据处理
　　采用Microsoft Excel 2003 和DPS 9.50数据处理系统进行数据统计与分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同耕作处理对土壤容重的影响
　　不同处理土壤容重的测定结果（表1）显示，秸秆还田处理下的0～40 cm土壤容重总体略低于不还田处理，但两者之间差异不显著。不同耕作方式间，0～20 cm表层土壤容重，深松与常规旋耕差异不显著，但相比免耕均有不同程度的下降。20～40 cm土壤容重表现为深松﹤常规旋耕﹤免耕，常规旋耕与免耕处理差异不显著，但均显著高于深松处理（P﹤0.05）。玉米拔节期和成熟期的监测结果表明，与秸秆不还田处理下免耕和常规旋耕相比，秸秆还田条件下深松处理在20～30、30～40 cm土层的土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%。可见，土壤深松配合秸秆还田能够打破犁底层，降低20～40 cm深层土壤容重，破除板结，为玉米根系创造疏松深厚的土壤环境。
　　2.2 不同耕作处理对土壤含水量的影响
　　由表2可以看出，玉米苗期、拔节期秸秆还田处理的土壤含水量明显高于不还田，0～20、20～40 cm土层平均分别提高5.9%、1.1%和4.9%、3.8%，其余时期两者差异较小。不同耕作方式对0～20 cm表层土壤含水量影响较大，免耕在苗期和拔节期大多高于旋耕和深松处理，而常规旋耕动土量大，加速土壤水分损失。相同秸秆处理条件下不同耕作方式下20～40 cm土壤含水量由高到低的顺序为：深松﹥免耕﹥常规旋耕，尤其拔节期和抽雄期差异明显;秸秆还田条件下深松处理较秸秆不还田下免耕和常规旋耕平均提高8.1%和10.3%。可见，土壤深松能够改善土壤渗透性能，提高深层土壤含水量。玉米成熟期，不同耕作处理对土壤含水量的影响相对较小。
　　2.3 不同耕作处理对田间持水量的影响
　　由表3可知，秸秆还田与否对各处理土壤田间持水量基本没有影响，而不同耕地方式对田间持水量的影响有明显区别，土壤深松后田间持水量尤其是20～40 cm土层有显著提高，而常规旋耕和免耕对其基本无影响。比较不同耕作方式下0～20、20～40 cm土层田间持水量，拔节期深松处理比常规旋耕分别提高0.8%、3.6%，比免耕处理分别提高3.3%、4.6%;玉米成熟期深松比常规旋耕分别提高5.0%、3.9%，比免耕处理分别提高4.3%、6.1%，而常规旋作和免耕处理之间无明显差异。可见深松可显著增强接纳灌溉和降水的能力，扩大土壤水库容。
　　2.4 不同耕作处理对玉米产量的影响
　　由表4可知，秸秆还田结合深松处理的玉米穗长、穗粗、穗粒数、千粒重等产量构成因素较秸秆不还田均有不同程度的改善。秸秆还田处理明显降低空秆率，提高穗粒数和千粒重，籽粒产量比不还田增产7.8%，其差异达显著水平（P﹤0.05）。不同耕作方式下，空秆率以深松﹤常规旋耕﹤免耕，玉米穗长、穗粒数、千粒重则表现深松﹥常规旋耕﹥免耕，深松比常规旋耕和免耕处理分别增产4.5%和6.0%。秸秆还田配合深松处理下玉米产量最高，较秸秆不还田下免耕方式增产13.6%，差异达显著水平（P﹤0.05）。这表明以深松+秸秆还田方式能够有效改善玉米穗部性状，提高穗粒数和千粒重，玉米增产效果最好。
　　3 讨论与结论
　　长期以来，国内外专家经过反复的实践证明，保护性耕作方法比传统的翻耕耕作法具有明显的优点，可改善土壤结构、增加土壤通透性和貯水能力，降低风蚀、水蚀和水土养分的流失，减少地表水分蒸发，使农业发展达到低耗、高效、可持续发展的战略目的[9-11]。不同耕作方式对土壤影响最显著的就是物理性状的变化。土壤容重、土壤含水量、田间持水量等都是土壤主要的物理特性。孔晓民等[12]研究指出，相对传统旋耕，深松处理能使0～35 cm土壤容重下降8.8%，土壤紧实度下降32.3%，显著提高21～60 cm土壤含水量。尚金霞等[13]研究得出，深松处理使0～200 cm土层平均土壤贮水量分别较传统翻耕处理高31.1 mm。本试验结果表明，深松+秸秆还田耕作方式的松土保墒效果最好;与秸秆不还田处理下免耕和常规旋耕相比，秸秆还田条件下深松处理在20～30、30～40 cm土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%，土壤含水量平均提高8.1%～10.3%，土壤田间持水量平均提高3.6%～6.1%。可见，深松耕作可打破犁底层，改善耕层结构，降低深层土壤容重，为玉米根系创造疏松深厚的土壤环境。此外，深松处理为土壤表层不碎、耕层不翻土、土层不乱，创造虚实并存的耕层结构，具有较强接纳和保蓄水分的能力，也具有较高的土壤含水量。传统耕作处理为表层土壤破碎程度严重，不容易保水，导致雨水散失较多，致使土壤含水量较低。 　　深松和秸秆还田对玉米产量的影响，不同试验结果存在差异。刘战东、宫秀杰、宫亮、赵伟等[14-17]研究表明深松增加玉米产量。战秀梅、徐永刚等[18，19]的试验结果显示，秸秆还田增加作物产量，且连年还田略大于隔年还田。也有一些相反的观点，李洪文等[20]研究认为，对于旱地玉米，深松作业对玉米产量的效果不明显。本研究结果表明，秸秆还田能够降低空秆率，提高穗粒数和千粒重，产量比秸秆不还田增产7.8%。深松处理的玉米穗长、秃尖、穗粒数、千粒重等穗部性状均较其它两种耕地方式有不同程度的改善，产量为深松优于传统耕作，秸秆还田配合深松处理下产量最高，较秸秆不还田处理下免耕方式增产13.6%，说明以深松+秸秆还田耕作方式的玉米增产效果最好。深松耕作通过打破犁底层、降低土壤容重，增加土壤通透性和贮水能力，协调土壤中的气、液、固三相比，提高水肥利用效率，促進玉米根系向深处生长，增强抗倒伏能力，利于水分、养分的高效吸收，提高籽粒发育，为高产奠定物质基础。秸秆还田提高了土壤保墒能力，可以减少地表水分的蒸发，从而提高玉米产量。鲁西南地区由于常年实施免耕贴茬直播，土壤严重压实，耕层土壤质量下降，紧实的犁底层伴随着较大的土壤容重严重影响雨水下渗，阻碍耕层和土层间的水、肥、气、热交换，制约玉米产量的提高，因此可将深松同免耕法及秸秆还田保墒等措施结合使用，在免耕基础上，对土壤进行定期深松，发展一套经济有效的耕作体系。
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