周年耕作方式對砂姜黑土農田土壤養分及作物產量的影響

謝迎新靳海洋李夢達翟羽雪王永華謝耀麗李向東夏來坤王晨陽郭天財賀德先，*

1河南農業大學農學院 / 河南糧食作物協同創新中心， 河南鄭州 450002；2河南省西平縣農業技術推廣中心， 河南駐馬店 463900；3河南省農業科學院， 河南鄭州 450002

研究簡報

周年耕作方式對砂姜黑土農田土壤養分及作物產量的影響

謝迎新1靳海洋1李夢達1翟羽雪1王永華1謝耀麗2李向東3夏來坤3王晨陽1郭天財1賀德先1，*

1河南農業大學農學院 / 河南糧食作物協同創新中心， 河南鄭州 450002；2河南省西平縣農業技術推廣中心， 河南駐馬店 463900；3河南省農業科學院， 河南鄭州 450002

為探明適宜于砂姜黑土農田的周年耕作方式， 提升砂姜黑土農田地力及作物產量， 在冬小麥-夏玉米一年兩熟種植制度下， 設置多年定位夏玉米季-冬小麥季免耕-旋耕（對照）、免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕、免耕-免耕 5種周年耕作方式田間試驗， 在定位處理的第4個周年研究耕作方式對砂姜黑土農田土壤有機碳含量、土壤養分及其對作物產量的影響。結果表明， 在秸稈全量還田條件下， 與試驗開始前相比， 各處理0～20 cm土層土壤有機碳、全氮、速效鉀含量均有所增加。與對照相比， 其他處理均增加周年內0～20 cm土層土壤有機碳和全氮含量。免耕-深耕、深松-旋耕、免耕-免耕處理顯著增加周年內 0～20 cm土層土壤有效磷含量， 而深松-免耕處理顯著增加冬小麥開花期和收獲期0～20 cm土層土壤有效磷含量， 整個周年內對照在20～40 cm土層土壤的有效磷含量均最低。深松-免耕處理增加周年內0～20 cm土層土壤速效鉀含量， 而深松-免耕、免耕-免耕處理20～40 cm土層土壤速效鉀含量在夏玉米苗期、大口期、開花期和灌漿期顯著高于對照處理。深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產量， 增幅分別為7.67%和10.21%。綜上所述， 在秸稈全量還田基礎上， 深松-旋耕和深松-免耕能夠改善土壤有機碳和養分狀況， 顯著提高周年作物產量， 可作為黃淮區砂姜黑土農田相對適宜的周年耕作方式。

耕作方式； 砂姜黑土； 土壤養分； 有機碳； 籽粒產量

冬小麥-夏玉米一年兩熟是黃淮海平原農田的主要種植制度， 生產上玉米季免耕小麥季旋耕的耕作方式極為普遍。砂姜黑土在黃淮海平原南部分布廣泛， 面積370萬公頃左右， 是主要中低產土壤類型之一［1］。砂姜黑土農田土壤質地黏重， 結構性差， 連年的玉米季免耕、小麥季旋耕操作導致農田土壤耕層變淺、犁底層變厚變硬、通氣透水性差、土壤養分不均衡， 限制了作物產量的提高［2］。隨著人們生態環境保護意識的增強， 以少耕免耕為核心的保護性耕作研究和推廣得到充分的重視。前人研究表明，免耕覆蓋能夠提高土壤全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量，提高土壤碳素含量和碳庫管理指數［3-4］， 長期免耕有利于農田生態系統的固碳減排［5］， 而深松處理可打破犁底層，降低深層土壤容重和土壤緊實度， 促進根系下扎， 增加根系縱深分布［6-7］。也有研究表明， 短期的免耕處理對 0～30 cm土層土壤有機碳平均含量并無顯著影響， 反而略有降低［8］。由于免耕和深松不能打破耕層的原狀土， 導致出苗率較低［9-10］， 而且免耕處理的冬小麥株高、葉面積指數、地上部干物質積累和籽粒產量均低于翻耕和旋耕處理［10-11］。王玉玲等［12］研究指出， 免耕和深松耕等技術雖有很多優勢， 卻均存在一定的弊端， 生產中不宜單獨連續使用， 應將其組合成一定的輪耕模式， 交換應用。前人研究表明，周年輪耕模式中耕作強度的增加會降低土壤團聚體的含量和機械穩定性， 增加土壤有機碳的流失［13］； 與小麥季旋耕玉米季免耕相比， 小麥季翻耕玉米季免耕、小麥季翻耕玉米季旋耕可顯著提高夏玉米抗倒伏能力及籽粒產量［14］。多年來， 前人對耕作方式的研究多集中在單一耕作方式對單季作物生長的影響， 對于冬小麥-夏玉米一年兩熟制農田的周年耕作方式研究較少， 且砂姜黑土農田適耕性差，對于不同耕作方式的響應具有自身的特點。另外， 對于不同耕作方式下土壤養分狀況的比較， 存在秸稈還田和秸稈移除的不同， 對比效果有很大差異， 而當前秸稈還田已成為大面積推廣的實用技術， 在秸稈全量還田條件下研究不同耕作方式的效果更具現實意義。鑒于此， 本試驗在秸稈還田條件下研究周年耕作方式對砂姜黑土農田土壤養分狀況和籽粒產量的影響， 探討適宜砂姜黑土農田的周年耕作方式， 為該土壤類型農田地力提升和作物高產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

河南省駐馬店市西平縣二郎鄉張堯村（33°19′48″ N，114°01′01″ E）， 地處黃淮海平原南部， 平均海拔49 m， 年平均日照時數2 157.2 h， 年平均氣溫14.8℃， 無霜期221 d， 年平均降雨量852 mm， 正常年份的自然降水基本能滿足周年作物生長發育需求， 一般不灌溉， 屬典型雨養農業區。該區域常年實行冬小麥-夏玉米一年兩熟的種植制度， 玉米季免耕小麥季旋耕是當地的傳統耕作方式。供試土壤屬于砂姜黑土土類、砂姜黑土亞類、覆泥黑姜土土屬， 土壤質地為黏土。

1.2 試驗設計

以冬小麥-夏玉米一年兩熟的周年輪作種植制度為研究對象， 在兩季秸稈全量粉碎（3～5 cm）還田條件下， 于2011年10月冬小麥季開始通過長期定位試驗研究系列耕作方式。農田為河南省西平縣土肥站多年統一供種、統一供肥以及統一農田管理的“全國新增千億斤糧食生產能力西平縣2010年耕地質量監測區域站土壤地力長期定位監測點（編號hnxpdljc2010-001）”， 耕層土壤基礎養分為有機質14.83 g kg-1、全氮1.07 g kg-1、有效磷（P） 17.7 mg kg-1、速效鉀（K） 94 mg kg-1、pH 6.62。設置5個周年耕作方式處理， 即玉米季免耕-小麥季旋耕（簡稱免耕-旋耕， No tillage-rotary tillage， NRT）、玉米季免耕-小麥季深耕（簡稱免耕-深耕， No tillage-deep tillage， NDT）、玉米季深松-小麥季旋耕（簡稱深松-旋耕， Subsoiling tillage-rotary tillage，SRT）、玉米季深松-小麥季免耕（簡稱深松-免耕， Subsoiling tillage-no tillage， SNT）和玉米季免耕-小麥季免耕（簡稱免耕-免耕， No tillage-no tillage， NNT）， 并以黃淮農田實施面積最大的傳統耕作方式——玉米季免耕-小麥季旋耕， 即免耕-旋耕（NRT）處理為對照。秸稈在前茬作物機械收獲時全部粉碎覆蓋地表， 在作物播種前進行相應耕作， 旋耕深度平均為 15 cm， 深松、深耕深度平均為35 cm。各處理播種量一致（小麥、玉米播量分別為每公頃300 kg和45 kg）， 進行機械播種。為了更接近農田實際情況和方便大型農機具田間農事操作， 采用各處理大區設置， 面積為60 m ×6 m= 360 m2， 待玉米或小麥出苗后將大區均分為3個20 m×6 m=120 m2的小區， 設為3 次重復。夏玉米季和冬小麥季各施氮225 kg hm-2、P2O590 kghm-2、K2O 90 kg hm-2， 夏玉米季種肥異位同播， 冬小麥季氮肥50%于整地時底施， 其余50%于拔節期追施。氮、磷、鉀肥分別選用尿素、磷酸二銨和氯化鉀。

本研究為2014年6月—2015年6月夏玉米-冬小麥一個輪作周期的監測試驗結果， 為長期定位試驗的第4個周年。2014年選用夏玉米品種國審鄭單958， 6月10日播種， 9月26日收獲； 選用冬小麥品種鄭麥7698， 10月10日播種， 2015年6月5日收獲。

1.3 測定項目與方法

在夏玉米和冬小麥的關鍵生育時期（夏玉米苗期2014 年6月27日、大口期2014年7月21日、開花期2014 年8月1日、灌漿期2014年8月22日、收獲期2014年9月26日； 冬小麥苗期2014年11月4日、越冬期2014 年12月30日、起身期2015年3月5日、開花期2015 年4月28日、收獲期2015年6月5日）， 從每個小區隨機選5個樣點， 用土鉆取0～20 cm、20～40 cm土樣， 去除石塊和秸稈等雜物，將每個小區的同一土層混勻成為該小區該土層的土壤樣品， 帶回實驗室風干后過篩。測定土壤有機碳采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法， 測定土壤全氮半微量凱氏定氮法， 測定土壤有效磷碳酸氫鈉浸提——鉬銻抗比色法， 測定土壤速效鉀乙酸銨浸提—火焰光度法［15］。

在夏玉米收獲期從每個試驗處理中間選取 2行（長20.0 m， 平均行距0.6 m），調查成穗數， 收獲全部果穗曬干脫粒計產， 并隨機選取20果穗調查穗粒數、測定百粒重；在冬小麥收獲期從各試驗小區收獲10 m2測產， 并調查1 m雙行產量構成三因素——成穗數、穗粒數、千粒重。

1.4 數據統計分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件處理和分析試驗數據， 采用 LSD法進行多重比較， 顯著性水平取P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式對土壤有機碳的影響

如表1所示， 在夏玉米-冬小麥整個周年內， 0～20 cm土層土壤有機碳含量發生較大變化， 各處理變幅為6.12%～16.20%， 均以對照免耕-旋耕處理最低。與對照免耕-旋耕處理相比， 深松-免耕、免耕-免耕處理土壤有機碳增加量最高， 增幅分別達 5.53%～17.41%和 9.48%～15.75%。其中， 在冬小麥越冬期、起身期、開花期， 免耕-免耕處理土壤有機碳含量相對較高， 而深松-旋耕和深松-免耕處理相對較小， 深松-免耕處理土壤有機碳含量在兩季作物收獲期與對照處理差異均達顯著水平。

在20～40 cm土層， 夏玉米生育期內深松-旋耕處理土壤有機碳含量高于其他處理， 與對照免耕-旋耕處理相比增幅為 8.66%～29.89%， 且在兩季作物收獲期差異均達顯著水平， 而免耕-旋耕、免耕-深耕、深松-免耕和免耕-免耕 4個處理間無明顯差異。在冬小麥生育期內， 免耕-深耕和深松-旋耕處理的土壤有機碳含量均高于免耕-旋耕、深松-免耕和免耕-免耕處理。在夏玉米-冬小麥整個周年內， 免耕-深耕和深松-旋耕處理在冬小麥越冬期土壤有機碳含量相對較高， 而其他處理整個周年內變化較小。

表1 不同耕作方式0～40 cm土壤有機碳含量Table1 Soil organic carbon content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （g kg-1）

2.2 不同耕作方式對土壤全氮的影響

由表2可知， 經過 4年的周年耕作方式定位試驗，0～20 cm土層土壤全氮含量在夏玉米-冬小麥整個周年內均以對照免耕-旋耕處理最低。從夏玉米苗期到開花期， 深松-旋耕、深松-免耕和免耕-免耕處理均顯著高于對照免耕-旋耕處理， 而免耕-深耕處理與對照免耕-旋耕處理無顯著差異。從冬小麥越冬期到開花期， 免耕-免耕處理的土壤全氮含量最高， 其次為深松-免耕處理， 而免耕-深耕和深松-旋耕處理與對照免耕-旋耕處理差異不明顯。

表2 不同耕作方式0～40 cm土壤全氮含量Table2 Soil total nitrogen content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （g kg-1）

在20～40 cm土層， 在夏玉米季， 各時期均以深松-旋耕處理土壤全氮含量相對較高， 在收獲期與對照處理差異達顯著水平， 免耕-深耕和深松-免耕處理的土壤全氮含量僅在開花期顯著高于對照免耕-旋耕處理， 其他時期無顯著差異。在冬小麥季， 免耕-深耕和深松-旋耕處理土壤全氮含量相對較高， 分別較對照增加 7.13%～21.68%和9.90%～14.79%， 而深松-免耕和免耕-免耕處理在整個冬小麥生育期內與對照免耕-旋耕處理差異不顯著。

2.3 不同耕作方式對土壤有效磷的影響

經過4周年定位試驗， 各耕作方式處理之間土壤有效磷含量表現出明顯的差異（表3）。在0～20 cm土層， 在夏玉米-冬小麥整個周年內土壤有效磷含量均表現出免耕-免耕處理>免耕-深耕處理>深松-旋耕處理， 其中， 免耕-深耕、深松-旋耕和免耕-免耕處理與對照免耕-旋耕處理相比增幅分別為 39.04%～116.90%、20.63%～75.44%和85.06%～155.63%。深松-免耕處理在夏玉米季和冬小麥生育前期（苗期、越冬期、起身期）與對照免耕-旋耕處理無顯著差異， 但在冬小麥開花期和收獲期可顯著增加土壤有效磷含量， 增幅為18.19%～38.90%。

在20～40 cm土層， 夏玉米-冬小麥整個周年內， 免耕-免耕、免耕-深耕、深松-旋耕和深松-免耕處理均較對照免耕-旋耕處理提高土壤有效磷含量， 增幅分別為80.67%～318.71%、76.95%～243.42%、57.79%～177.68%和8.91%～130.56%。另外， 從表3還可以看出， 在冬小麥季，各處理均以越冬期土壤有效磷含量最高。

2.4 不同耕作方式對土壤速效鉀的影響

從表4可以看出， 在0～20 cm土層， 夏玉米生育后期（開花期、灌漿期和收獲期）和整個冬小麥季各處理均以免耕-深耕和深松-旋耕處理速效鉀含量最低， 在夏玉米灌漿期和冬小麥越冬期、起身期與對照免耕-旋耕處理差異達顯著水平。深松-免耕處理在整個周年內土壤速效鉀含量均較對照處理高， 增幅為0.95%～10.68%， 而免耕-免耕處理主要增加冬小麥越冬期后的土壤速效鉀含量。在夏玉米-冬小麥整個周年內， 免耕-旋耕、免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕處理均以冬小麥苗期土壤速效鉀含量最高，而免耕-免耕處理在冬小麥起身期達到高峰。

在20～40 cm土層， 深松-免耕和免耕-免耕處理的土壤速效鉀含量在夏玉米苗期、大口期、開花期和灌漿期顯著高于對照免耕-旋耕處理， 在夏玉米收獲期各處理之間差異不顯著， 免耕-深耕處理在整個周年內與對照免耕-旋耕處理無顯著差異。另外， 在夏玉米-冬小麥整個周年內， 各個耕作方式處理土壤速效鉀含量均在冬小麥越冬期最高。

表3 不同耕作方式0～40 cm土壤有效磷含量Table3 Soil available phosphorus content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （mg kg-1）

表4 不同耕作方式0～40 cm土壤速效鉀含量Table4 Soil available potassium content in 0-40 cm soil layer under different tillage practices （mg kg-1）

2.5 不同耕作方式對作物產量的影響

由表5可以看出， 經過4年的耕作方式定位試驗， 與對照免耕-旋耕處理相比， 深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產量， 增幅分別為 7.67% 和10.21%； 免耕-深耕處理夏玉米產量降低而冬小麥籽粒產量增加， 最終周年籽粒產量較對照處理降低 0.44%， 但與對照免耕-旋耕處理差異未達顯著水平； 免耕-免耕處理夏玉米-冬小麥籽粒產量均較對照處理有所降低， 最終導致周年產量降低2.19%。從產量構成要素分析， 耕作方式主要是通過影響夏玉米穗粒數和冬小麥千粒重最終導致作物產量的不同。

3 討論

3.1 耕作方式對土壤有機碳的影響

土壤有機質是土壤中營養元素的重要來源， 也是微生物生命活動的碳源和能源， 其含量是衡量農田土壤肥力高低的重要指標之一［16］。前人通過17年的定位試驗表明， 不同耕作方式顯著影響土壤有機碳的垂直分布和穩定性， 而對0～40 cm土層土壤有機碳總儲量無顯著影響［17］。秸稈還田是土壤有機碳的重要輸入途徑， 大量研究結果表明秸稈還田可增加土壤有機碳含量［18-20］， 且秸稈還田的深度對不同土層土壤有機碳含量的影響顯著［20］。本研究中， 在秸稈還田條件下不同的耕作深度和強度會改變秸稈在不同土層的分布， 從而影響不同土層的土壤有機碳含量， 隨著土層中秸稈的腐解和有機質的礦化， 土壤有機碳處于動態變化中。在秸稈全量還田條件下， 各耕作方式處理 0～20 cm土層土壤有機碳含量均比試驗開始前有所增加。各處理以深松-免耕和免耕-免耕處理土壤有機碳含量相對較高， 而免耕-旋耕處理相對較低， 可能是由于不同耕作方式造成了處理間秸稈腐解和土壤有機質礦化環境的不同， 而使秸稈腐解速率和有機質礦化速率產生差異［19］， 深松、免耕等保護性耕作對土壤的擾動程度較低，避免土壤結構遭到破壞， 降低土壤有機質的礦化， 而旋耕處理土壤有機質礦化速率較高。深松-旋耕處理能夠合理協調20～40 cm土層結構并增加周年內該層土壤有機碳含量， 由于冬小麥季的連年深耕操作， 免耕-深耕處理該季20～40 cm土層土壤有機碳含量增加。

表5 不同耕作方式夏玉米-冬小麥籽粒產量Table5 Grain yield of summer maize and winter wheat under different tillage practices

3.2 耕作方式對土壤氮含量的影響

研究表明， 在秸稈還田條件下， 小麥季深耕可增加深層土壤全氮含量［21］， 本試驗結果表明， 與免耕-旋耕處理相比， 經過連續 4周年的小麥季深耕處理， 免耕-深耕處理可以起到增加冬小麥季20～40 cm土層土壤全氮含量的作用， 這主要與冬小麥季深耕操作帶到深層土壤中的秸稈和肥料有關， 這與前人研究結果相一致［2］。有研究表明，連續免耕增加表層土壤全氮含量而深層土壤全氮含量較低［22］， 本試驗中， 多年定位處理后各處理0～20 cm土層土壤全氮含量均比試驗開始前有所增加， 與對照處理相比，免耕-免耕處理顯著增加冬小麥越冬期到開花期 0～20 cm土層土壤全氮含量， 且20～40 cm土層與對照處理無顯著差異， 可能由于本試驗處理年限仍相對較短（僅 4周年），還未出現文獻報道的深層土壤貧化現象。在本試驗中， 深松-旋耕處理能夠顯著增加夏玉米季苗期到開花期 0～20 cm土層土壤全氮含量和周年內20～40 cm土層的土壤全氮含量， 表明深松-旋耕不僅能夠增加夏玉米季0～20 cm土層土壤全氮含量， 還能通過打破犁底層， 促進上下土層間的物質交換， 增加 20～40 cm土層的土壤全氮含量， 這與張俊麗等［23］玉米季短期耕作方式試驗中免耕處理 0～20 cm土層土壤全氮含量顯著高于深松耕處理的研究結果不一致， 分析認為可能主要與其試驗年限較短有關。

3.3 耕作方式對土壤有效磷含量的影響

耕作方式對土壤有效磷含量影響的研究大都集中在秸稈是否還田條件下傳統耕作與秸稈覆蓋保護性耕作的對比之中， 而秸稈還田能夠提高土壤中磷素的有效性， 主要與有機物質分解的產物增加土壤的酸度有關［24］。有研究表明， 免耕覆蓋較傳統耕作顯著增加0～5 cm土層土壤有效磷含量［24］， 但也有試驗結果表明， 連續11年和15年的免耕覆蓋處理分別較傳統耕作 0～10 cm土層土壤有效磷含量降低56.1%和51.9%［25］。本試驗中， 在秸稈全量還田條件下， 周年兩季均免耕的免耕-免耕處理與對照相比顯著增加0～40 cm土層土壤有效磷含量， 深松-免耕和深松-旋耕處理的土壤有效磷含量均低于兩季免耕處理， 分析認為土壤有效磷含量除受有機質礦化分解的影響外，還與作物的吸收有直接的聯系， 免耕-免耕處理作物產量較低導致作物從土壤中吸收利用的有效磷素總量相對較少，且通過田間徑流等途徑損失的磷素也相對較少， 而深松-免耕和深松-旋耕處理作物產量較高導致吸收利用的土壤有效磷素總量相對較高， 且深松處理對土壤的擾動相對較大有增加土壤磷素損失的風險。因此， 在本試驗相同的秸稈還田量和磷肥投入量條件下最終引起不同耕作方式處理間土壤有效磷含量的差異。

3.4 耕作方式對土壤速效鉀含量的影響

農田土壤鉀素營養的來源主要是鉀肥和秸稈， 在鉀肥施用量和秸稈還田量相同的情況下， 耕作方式對秸稈在不同土層分布的影響直接導致不同土層速效鉀含量的差異。前人研究表明， 在秸稈還田條件下， 旋耕較免耕處理顯著增加0～10 cm土壤速效鉀含量［26］， 免耕-深松處理較連續免耕處理顯著增加0～40 cm土層土壤速效鉀含量［12］，也有結果顯示， 免耕覆蓋較傳統耕作0～30 cm土層的土壤速效鉀含量略有增加， 但差異未達顯著水平［24］， 深松與免耕處理冬小麥開花期和灌漿期的 0～40 cm土層土壤速效鉀含量無顯著差異［27］。在本試驗中， 各處理0～20 cm 土層土壤速效鉀含量與試驗開始前相比均有較大的增加幅度， 與對照免耕-旋耕處理相比， 整個夏玉米-冬小麥周年內深松-免耕處理增加0～20 cm土層土壤速效鉀含量， 分析認為可能主要由于玉米季深松處理增加土壤通氣性更有利于秸稈礦化并釋放鉀素營養； 免耕-免耕處理也能較對照處理顯著增加冬小麥越冬期后 0～20 cm土層土壤速效鉀含量， 可能主要由于該處理秸稈還田后一直覆蓋在土壤表層， 在該時期之后還田的秸稈開始逐漸礦化并釋放鉀素營養。另外， 本研究還發現， 在20～40 cm土層， 各耕作方式處理土壤速效鉀含量在玉米季以收獲期最高，而在小麥季則以越冬期最高， 分析認為可能主要是作物對鉀素營養的吸收能力大幅度降低以及還田的秸稈仍在礦化釋放鉀素營養所致。

3.5 耕作方式對作物產量的影響

有研究表明， 深耕和免耕較旋耕均顯著增加冬小麥籽粒產量［9］， 而深松耕與免耕處理冬小麥產量無顯著差異［9，27］，夏玉米季旋耕和免耕處理間籽粒產量無顯著差異， 但深松較旋耕和免耕分別增產4.3%和5.7%［28］。另有研究表明，與免耕覆蓋相比， 深松還田顯著增加冬小麥成穗數、穗粒數和千粒重， 最終籽粒產量增加［29］。周年耕作方式試驗結果表明， 與旋耕相比， 冬小麥免耕播種降低成穗數導致減產， 而后茬玉米籽粒產量無顯著差異［30］， 而冬小麥深松處理可顯著增加后茬玉米的籽粒產量［31］， 冬小麥夏玉米周年連續免耕處理的夏玉米籽粒產量與旋耕-免耕相比略有增加， 但差異未達顯著水平［32］。本試驗條件下， 砂姜黑土土質黏重， 通氣透水性差， 與免耕-旋耕處理相比， 連續免耕處理冬小麥和夏玉米籽粒產量均有所降低， 玉米季深松能夠增加夏玉米-冬小麥的籽粒產量， 以深松-免耕處理效果最優， 可能是由于玉米季深松打破犁底層， 利于根系的生長， 提高作物對水肥的利用效率， 最終導致產量增加［33-34］。鑒于不同的土壤性質、氣候特點以及耕作方式對作物產量不盡相同的影響［35］， 耕作措施的選擇應因地制宜， 根據當地的實際生產條件選擇最具應用價值的耕作模式［36］。

耕作方式對土壤養分和作物產量的影響規律與實施年限有關， 還需要進一步增加周年耕作方式試驗的實施年限。另外， 各耕作方式的效果在不同年際間可能存在差異， 尚需進一步深入研究。

References

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Effect of Annual Tillage Practices on Soil Nutrient and Crop Yield in Lime Concretion Black Soil Farmland

XIE Ying-Xin1， JIN Hai-Yang1， LI Meng-Da1， ZHAI Yu-Xue1， WANG Yong-Hua1， XIE Yao-Li2， LI Xiang-Dong3， XIA Lai-Kun3， WANG Chen-Yang1， GUO Tian-Cai1， and HE De-Xian1，*

1College of Agronomy， Henan Agricultural University / Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops， Zhengzhou 450002， China；2Center of Xiping Agricultural Technology Extension， Zhumadian 463900， China；3Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002， China

In order to select the appropriate tillage practices， improving soil nutrient and grain yield of crop grown in lime concretion black soil farmland， the effects of five year winter wheat-summer maize annual tillage practices （no tillage-rotary tillage， no tillage-deep tillage， subsoiling tillage-rotary tillage， subsoiling tillage-no tillage， no tillage-no tillage） on soil organic carbon content， soil nutrient and crop yield were studied in the fourth year.Under the condition of returning total straw to field， compared with the beginning of the experiment， the content of soil organic carbon， total nitrogen and available potassium in 0-20 cm soil layer were increased.Compared with no tillage-rotary tillage， other year treatments increased annual soil organic carbon and total nitrogen contents in 0-20 cm soil layer during the whole growth period.No tillage-deep tillage， subsoiling tillage-rotary tillage，and no tillage-no tillage significantly increase soil available phosphorus contents in 0-20 cm soil layer during the whole growth period， and subsoiling tillage-no tillage significantly increased 0-20 cm soil layer available phosphorus in anthesis and harvestperiod of winter wheat.In 20-40 cm soil layer， soil available phosphorus content of no tillage-rotary tillage was the lowest during the whole growth period.Subsoiling tillage-no tillage increased annual soil available potassium content in 0-20 cm soil layer during the whole growth period.In 20-40 cm soil layer， subsoiling tillage-no tillage and no tillage-no tillage significantly increased soil available potassium content in seedling， trumpeting， anthesis and filling stages of summer maize season.Subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage significantly increase annual grain yield by 7.67% and 10.21% respectively.To sum up， subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage could improve contents of soil organic carbon and nutrient， and increase grain yield of summer maize and winter wheat under the condition of returning total straw to field.Therefore， subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage should be selected as two appropriate tillage practices in lime concretion black soil farmland.

Tillage practice； Lime concretion black soil； Soil nutrient； Organic carbon； Grain yield

10.3724/SP.J.1006.2016.01560

本研究由國家“十二五”科技支撐計劃項目（2015BAD26B01）， 國家糧食豐產科技工程項目河南省子課題（2013BAD07B07）和國家公益性行業科研專項（201303102）資助。

This study was supported by the National Science & Technology Pillar Program during the 12th Five-year Plan Period （2015BAD26B01）， the Henan-topic of the National Grain Bumper Science and Technology Project （2013BAD07B07）， and the Special Fund for Scientific Research in the Public Interest of the Ministry of Agriculture.

（Corresponding author）： 賀德先， E-mail： hedexian@126.com

聯系方式： E-mail： xieyingxin@tom.com

Received（）： 2016-04-07； Accepted（接受日期）： 2016-07-11； Published online（網絡出版日期）： 2016-07-28.

URL： http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160728.0817.016.html