蓖麻栽培地不同覆蓋作物和耕作方式對土壤物理性質的影響

昭日格圖　張玉旭

摘要：以蓖麻栽培地為研究對象，探討不同種類覆蓋作物和耕作方式對土壤硬度的影響。結果表明，從不同耕作方式看，0～30 cm土壤深度內免耕地的土壤硬度值相對最高，犁耕地相對最低；從覆蓋作物種類看，裸地土壤硬度值相對最高，其次是毛野豌豆，黑麥地的土壤硬度相對最低。

關鍵詞：覆蓋作物；耕作方式；免耕地；犁地；土壤硬度；含水率；蓖麻；物理性質；黑麥；毛野豌豆

中圖分類號： S345文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）21-0082-04

收稿日期：2016-05-27

基金項目：國家自然科學基金（編號：31560166）；內蒙古自治區自然科學基金（編號：2013MS0301）；內蒙古高校科學技術研究項目（編號：NJZY12120）；教育部留學回國人員科研啟動基金（編號：2013]693）。

作者簡介：昭日格圖（1974—），男，內蒙古赤峰人，博士，副教授，從事土壤環境及微生物生態等相關教學科研工作。Tel：（0475）8313570；E-mail：zrgt1023@126com。

免耕或部分耕作等環境保護型耕作法作為環境保護型農業的代表性作業系統，由于能夠消減農業生產上投入的能源，抑制土壤有機物的急速分解，維持增進地力等而備受關注1-4]，特別在土壤侵蝕嚴重的歐美地區，覆蓋作物可增加土壤肥力，改良土壤理化性質，保護土壤免遭風蝕和水侵蝕5-6]。在小麥收獲到大豆播種的繁忙時期，日本通過免耕或部分耕作以確保其栽培面積擴大實現省力或降低成本7]。另外，有專家指出，免耕會對作物出芽、立苗有不良影響，去除雜草費時費力2]，由于地溫低導致作物生育遲緩8]，會引起土壤硬度上升等9]。但是，隨著免耕播種機的改良、針對免耕播種技術的不斷研發，相關問題正逐步得到解決。

目前，有關土壤硬度和作物生育之間的關系研究較多。Komatsuzaki等認為，由于土壤硬度增加，阻害了作物根基的延伸，從而導致作物產量下降10-12]。土壤硬度在10 MPa以上時，根長密度開始下降，當超過18 MPa時會急劇減少13]，這在免耕地尤為突出，經多年免耕輪作的土壤硬度會顯著增加，作物的根會分布在土壤表層，這與養分集中在土壤表層而引起作物根土壤表層分布存在爭論14]。另外，免耕對土壤中的微生物、線蟲及土壤動物有很大影響，土壤硬度的增加會使生物數量降低15-16]。

免耕雖然是一種不破壞土壤結構并能節省能源的栽培方法，但其會使土壤硬度增加、阻害作物根發育等，如何既能發揮免耕的優點，又能減少其帶來的負面影響，是現代環境保護型農業研究的重點。作物覆蓋在國外研究相對較多，而我國卻相對很少，特別是覆蓋作物與耕作方式相結合對土壤環境影響的研究更少。本研究在蓖麻慣用耕作栽培條件下種植覆蓋作物，以定量地把握覆蓋作物對土壤的蓬軟化影響，為蓖麻免耕條件下利用覆蓋作物綜合改善土壤物理性質提供基礎數據。

1材料與方法

11試驗地概況

試驗土壤采自位于內蒙古自治區通遼市科爾沁區的內蒙古民族大學蓖麻育種研究重點實驗室試驗田。科爾沁區位居溫帶大陸內地（42°5′～43°5′ N、117°30′～123°30′ E），海拔 250～650 m，草原總面積達4 23萬km2，現大部分已變為農耕地及部分沙地。科爾沁區為中溫帶亞濕潤向亞干旱過渡氣候區，冬寒冷、夏炎熱，春風大；年均降水量360 mm，年際變化較大，年內分配不均，多集中在6—8月；冬季以西北風為主，春秋為西南風，年均風速35 ms，最大風速可達217 ms，大風日數長達30 d。通遼市地帶性土壤為栗鈣土，其余土壤主要有風沙土、灰色草甸土等10個種類，以風沙土為主，占總面積的435%。

12試驗設計與田間管理

試驗由不同耕作方式、覆蓋不同種類作物等2個因素有機復合組成。耕作方式分旋耕、犁耕、免耕3種。覆蓋作物為黑麥（Secale cereale L）、毛野豌豆（Vicia villosa Roth）2種，播種量分別為50、100 kghm2，于每年秋季（2011年9月10日、2013年9月15日）播種，次年春季（2012年4月13日、2013年4月18日）用甩刀式割草機進行割草覆蓋，作物割倒3 d進行耕耘作業，犁耕作業采用雙鏵翻轉犁，耕深30 cm，旋耕作業采用下切懸掛式旋耕機，耕深15 cm；以休閑地（裸地）為對照區，并將雜草作為休閑地覆蓋物來考察，雜草種類主要有薺菜Capsella bursa-pastoris（L） Medic]、婆婆納（Veronica persica Poir）、寶蓋草（Lamium amplexicaule L）、一年蓬（Erigeron philadelphicus L）等。2012年5月5日、2013年5月10日進行施肥作業，施N量為100 kghm2。2012年4月28日、2013年5月2日播種蓖麻（Ricinus communis L）作為夏季栽培作物，分別在2012年10月8日、2013年10月15日進行收獲。

13土壤采樣與測定

土壤硬度采用Spectrum科技有限公司產的SC900型土壤硬度儀進行測定，測定時間分別為蓖麻生育初期（6月）、開花期（8月）、收割期（10月），選壟間中央2個點，測量土壤表面到45 cm土壤層的硬度，計算平均值；同時，用100 mL的采土罐采集0～5 cm土壤層的土樣，用干燥法測量土壤含水率，計算土壤干密度及體積含水率。2013年4、9月分別對土壤表層到40 cm土壤層每隔10 cm進行取樣，用干燥法測定其含水量。

14數據統計與分析

采用統計軟件Stat View 50對數據進行處理，采用Fishers法對試驗數據進行顯著性檢驗。

2結果與分析endprint

21土壤干密度的推移

由表1、圖1可見，從耕作方式看，2012年6、8月和2013年6、8月的土壤干密度在01%水平上存在顯著性差異，但土壤干密度在覆蓋作物、耕作方式×覆蓋作物相交上沒有顯著性差異；蓖麻生長期間，免耕區0～5 cm的表層土壤干密度相對最高，犁耕和旋耕區的土壤干密度相當。

22土壤含水率的推移

由表1、圖1可見，從耕作方式看，2012年6、8月和2013年6、8月土壤含水率在01%水平上存在顯著性差異，2012年10月在1%水平上存在顯著性差異；從覆蓋作物種類看，2012年6、8月和2014年的6月在5%水平上存在顯著性差異；從耕作方式×覆蓋作物相交看，2012年6、8、10月和2013年6月在5%水平上存在顯著性差異；2012年土壤含水率在免耕黑麥區有較高值，特別是在8月，其土壤含水率相對最高，為382%；2013年6月，免耕毛野豌豆區含水率相對最高，其次為免耕黑麥區，10月各處理間的土壤含水率差異變小。

23土壤體積含水率的推移

由表1、圖1可見，從耕作方式看，2012年6、8月和2013年6、8月的土壤體積含水率在01%水平上存在顯著性差異；2012年8月，免耕黑麥區的土壤體積含水率相對最高，為280%；2013年6月，免耕黑麥區的土壤體積含水率相對最高，為298%；10月各處理的土壤體積含水率差異不大。

24土壤硬度

由表2可見，耕作方式對土壤硬度的影響較為明顯，2012年，蓖麻3個生長期5～30 cm土壤深度硬度在01%水平上存在顯著性差異，2013年8、10月5～25 cm土壤深度及2013年6月10 cm土壤深度硬度在01%水平上存在顯著性差異；從覆蓋作物的種類看，2012年6月5～10、20 cm土壤深度，2012年10月30 cm土壤深度，2013年6月5 cm土壤深度硬度在1%水平上存在顯著性差異；從耕作方式×覆蓋作物相交看，2012年6月5 cm土壤深度，2012年8月 15 cm 土壤深度，2012年10月5、15 cm土壤深度，2013年6月10 cm土壤深度硬度在1%水平上存在顯著性差異；每年8、10月的土壤硬度多沒有顯著性差異。

由圖2可見，2013年6月0～30 cm土壤深度內免耕地土壤的硬度值相對最高；0～15 cm土壤深度旋耕區的土壤硬度值和犁耕區相似，但土壤深度超過15 cm時，旋耕區的土壤硬度值高于犁耕區的土壤；和其他耕作方式相比，犁耕在全部土壤層的土壤硬度值都相對較低；從時間看，每年10月的土壤硬度較6月有所下降；從覆蓋作物種類看，土壤硬度也存在有意義的差異，2012年6月裸地的土壤硬度值相對最高，其次是毛野豌豆，黑麥地塊的壤土硬度相對最低。

3討論

土壤硬度受土壤含水比和土壤干燥密度的影響較為明顯16]，土壤干密度越高，隨土壤含水率的變化，土壤硬度也發生顯著的變動，而耕作作業會攪亂土壤，從而使土壤干密度減低、變軟17-18]。作物栽培時，由于機械的行走等行為會使土壤干密度增加，土壤硬度會再次增加19-20]。本研究發現，表層的土壤干密度與耕作方式的不同存在顯著性差異，免耕區的土壤干密度相對更高。通常認為，免耕區比耕區的土壤硬度要高，這是由土壤干密度增加所致16]。

在不同耕作方式上，土壤干密度的差異影響土壤水分狀態的變化，土壤水分的差異比土壤含水率、土壤體積含水率的變化相對更大。相比免耕，旋耕和犁耕的耕作作業使土壤干密度有明顯下降。本研究認為，由于耕作作業使土壤干密度發生很大的變化，導致土壤體積含水率也相應的發生變化，這與趙洪利等的研究結論21]一致。覆蓋作物的種類對土壤干密度的影響沒有明顯差異，但在蓖麻生長期，土壤硬度值與不同覆蓋作物間呈現出一定顯著性的差異。覆蓋作物區土壤硬度減少的原因之一是該區內土壤含水率增加，特別是免耕黑麥區及毛野豌豆區，地表殘渣覆蓋率高達90%以上，比裸地有較高的含水率。Olaoye研究發現，免耕地作物殘渣的覆蓋率和保水性有正相關關系22]。張文穎等研究發現，含水量對土壤硬度的影響較大，一般與土壤硬度之間呈負相關23]。覆蓋作物區由于作物的覆蓋使土壤含水率顯著增加，但旋耕和犁耕區由于作物覆蓋使土壤含水率增加的傾向并不明顯，而實施耕作的黑麥或毛野豌豆區，其土壤含水率比裸地有明顯增加，這是因為土壤里的覆蓋作物殘渣影響了土壤的保水性。Adjei等研究有機質供給量和土壤保水性的關系時發現，土壤有機質含量越多，土壤保水性越高24]。本研究對土壤有

機質和土壤硬度之間的相關性沒有明確結論，但筆者認為，耕作區覆蓋作物殘渣的供給一定會對土壤保水性有影響，今后須進一步研究。Raper等在美國棉花栽培地研究不同耕作方式下有無覆蓋作物對土壤硬度的影響發現，黑麥作為覆蓋作物，在免耕地或少量耕作條件下土壤硬度會降低25]。本研究也得到相似結論。

免耕或部分耕作等環境保護型耕作法雖然能夠消減農業生產上投入的能源、抑制土壤有機物的急劇分解、維持增進地力，但存在由于省略了耕作作業而使土壤硬度增加的問題，而免耕區通過覆蓋作物，能夠使土壤硬度明顯降低，這為土壤硬度的管理提供了有益參考。

參考文獻：

1]ZK（#]Lu Y C，Watkins K B，Teasdale J R，et al Cover crops in sustainable food productionJ] Food Reviews International，2002，16（2）：121-157

2]春原亙，坂井直樹，高塚邦男，等 不耕起栽培の評価J] 農作業研究，1985，54（1）：37-50

3]坂井直樹，春原亙，高塚清一，等 不耕起栽培の評価J] 農作業研究，1987，22（2）：113-119

4]Komatsuzaki M，Ohta H Soil management practices for sustainable agro-ecosystemsJ] Sustainability Science，2007，2（1）：103-120endprint

5]Sprague M A，Triplett G B No-tillage and surface-tillage agricultureJ] Soil and Tillage Research，1987，9（4）：395-396

6]Higashi T，Mu Y H，Komatsuzakit M，et al Tillage and cover crop species affect soil organic carbon in Andosol，Kanto，JapanJ] Soil and Tillage Research，2014，138：64-72

7]小松崎將一 不耕起栽培にみる経営メリットJ] デイリぃーマン，2003，53（3）：78-79

8]金沢晉二郎 持続的·環境保全型農業としての不耕起栽培―畑作物の収量と土壌の特性J] 日本土壌肥料科學雑誌，1995，66（3）：286-297

9]Ferreras L A，Costa J L，Garcia F O，et al Effect of no-tillage on some soil physical properties of a structural degraded petrocalcic paleudoll of the southern“pampa”of ArgentinaJ] Soil and Tillage Research，2000，54（12）：31-39

10]ZK（#]Komatsuzaki M Use of cover crops in upland fieldsJ] Farm Work Research，2004，39（3）：157-163

11]鎌田嘉孝 大型機械による踏圧と畑作物の生育J] 土壌の物理性，1960，14：4-9

12]渋澤栄 土壌密度の作物根系発達への影響とその記述法J] 農機北支報，1989，30：14-19

13]飯島盛雄 根の生長と土壌の機械的抵抗J] 農業および園蕓，1992，67（11）：3-8

14]坂井直樹，春原亙，米川智司，等 土壌の変化と作物根系J] 農作業研究，1988，23（1）：25-32

15]本林隆 土の中の動物たちJ] 農作業研究，1998，33（2）：91-97

16]陳學文，王農，劉亞軍，等 不同耕作處理下凍融對農田黑土硬度的影響J] 水土保持通報，2012，32（6）：55-60

17]辜松，小松崎將一，太田寛行，等 オカボ栽培でのカバークロツプ利用と耕うんシステムが耕地の土壌炭素と生物相に及ぼす影響J] 農作業研究，2004，39（2）：83-92

18]唐橋需 機械耕うんによる土壌物理性の改良J] 土壌の物理性，1985，51：40-44

19]辜松，小松崎將一，森泉昭治，等 カバークロップの種類と刈り取りの有無がロータリ耕うん性能に及ぼす影響J] 農作業研究，2002，37（1）：13-23

20]Katsvairo T，Cox W J，van Es H Tillage and rotation effects on soil physical characteristicsJ] Agronomy Journal，2002，94（2）：299-304

21]趙洪利，李軍，賈志寬，等 不同耕作方式對黃土高原旱地麥田土壤物理性狀的影響J] 干旱地區農業研究，2009，27（3）：17-21

22]Olaoye J O Influence of tillage on crop residue cover，soil properties and yield components of NigeriaJ] Soil and Tillage Research，2002，64（64）：179-187

23]張文穎，張恩和 留茬覆蓋免耕對河西走廊灌區春玉米田土壤容重和硬度的影響J] 湖北農業科學，2015，54（7）：1582-1586

24]Adjei M B，Rechcigl E Bahiagrass production and nutritive value as affected by domestic wastewater residualsJ] Agronomy Journal，2002，94（6）：1400-1410

25]Raper R L，Reeves D W，Burmester C H，et al Tillage depth，tillage timing，and cover crop effects on cotton yield，soil strength，and tillage energy requirementsJ] Applied Engineering in Agriculture，2000，16（4）：379-385endprint