不同耕作方式對土壤理化性狀及小麥產量的影響

周成河 覃大吉

摘要：為探究不同耕作方式對土壤理化性狀及小麥產量的影響，2016-2017年在恩施市紅廟試驗基地結合傳統免耕、深耕優點，采用耕層優化雙行勻播技術進行試驗，比較不同耕作方式下小麥產量及土壤理化性狀差異。結果表明，耕層優化雙行勻播技術可改善土壤理化性狀。與深耕、旋耕相比，耕層優化雙行勻播技術施作可使小麥產量增產10.64%和15.76%，同時可使小麥地上部生物量分別提高7.82%和9.16%。

關鍵詞：小麥;耕作;耕層優化雙行勻播;土壤理化性狀;產量

中圖分類號：S158.3? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）02-0053-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.02.012? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

在人口不斷增多的社會背景下，人們對于糧食產量及質量要求越來越高[1]。為了提高小麥產量與品質，國內個別地區試圖采用耕作栽培優化及培育新型農作物品種方式進行耕作，由此引發一系列負面效應，如農田表層土壤風蝕流化，蓄水能力和團聚體質量下降等，進而影響整個農田表層土壤結構機理性能，制約小麥產量提升[2]。長期采用旋耕、深耕等傳統耕作方式進行小麥種植，容易降低表層土壤結構穩定性及團聚體質量，從而會使農田表層土壤流失和風蝕，進而不利于表層土壤蓄水功能的充分發揮。在耕作過程中，因連年耕作會使犁底層加厚，所以并不利于根系對水肥的合理利用及下扎。而保護性耕作作為一種效果較好的旱作農業種植技術，由于其能夠提高農作物對土壤肥料和水分的利用率，并改善農作物外部生長條件及內部同化進程，因此其有助于農作物積累有機質，從而提高農作物品質及產量。但保護性耕作是一種免耕、少耕方式，長期少耕或者免耕都會增大土壤容重，且免耕與少耕條件下的保護性耕作方式土壤通透性不佳，結構密實，不僅不利于小麥根系對肥料的充分吸收及縱深延展，更影響農作物根系的生長及發育[3]。與此同時，少耕、免耕的保護性耕作方式易造成土壤養分和有機碳表層富集化，降低土壤酶活性及微生物含量。此外，秸稈還田不僅易導致田間缺苗斷壟，還會使小麥播種品質變差，進而制約小麥的生長性能[4]。基于此，本研究結合傳統免耕與精耕細作播種優勢，成功研發了一種農藝與農機相配套的新型小麥耕層優化雙行勻播技術。其集振動深松、苗帶旋耕、分層施肥、播后鎮壓等多項播種技術為一體，一次性采用新型農機具完成上述農作物種植栽培管理流程，近年來在湖北省多個試驗田中實施應用與推廣，取得良好提質增產成效。

1? 試驗方案

1.1? 試驗設計

1.1.1? 試驗時間與地點? 于2016年10月3日播種，條播;行距20 cm;湖北省恩施市紅廟試驗基地;試驗小區面積300 m2（長50 m、寬6 m）;隨機區組設計，每處理重復3次。

1.1.2? 試驗品種與流程? 小麥品種魯原502，基本苗為225萬/hm2。前茬為玉米。耕作方式為連續多年深耕，耕作制度為一年兩熟，土質為壤土，0～20 cm土壤速效磷12.10 mg/kg，有機質11.12 g/kg，速效鉀98.10 mg/kg，全氮124.41 mg/kg。試驗選用MT（耕層優化雙行勻播）、RT（旋耕）、DT（深耕）3種施作方式，具體如表1所示[5]。

MT（耕層優化雙行勻播）機理[6]。

1.2? 方法

1.2.1? 取樣? ①于小麥苗期、分蘗期、灌漿中期（花后15 d）土鉆取0～100 cm土樣，每層10 cm，每小區3次重復，測定土壤水分含量。②花后15 d于小麥灌漿中期采用環刀法按5點取樣法在每個試驗小區取樣，測定土壤容重[4]，取樣深度0～5、5～15、15～30、30～45、45～60 cm。③同時每點分別取各土層土壤約200 g，混合均勻，清除雜物，置于無菌自封袋，帶回實驗室4 ℃冰箱待測。④每個試驗小區等分，一部分用于測小麥產量，另一部分用于測定土壤理化性狀指標[7]。⑤每個試驗小區隨機取單莖30個（小麥成熟期），殺青30 min（105 ℃），烘干至恒重（70 ℃），測定地上部生物量。⑥于小麥成熟期，在每小區選代表性小麥植株（2 m×2行）對其每公頃穗數進行計算，隨機取30穗穗粒作為平均值用于測定每個試驗小區20 m2的小麥產量。

1.2.2? 土樣測定? 土壤速效磷、堿解氮、速效鉀含量分別采用碳酸氫鈉浸提法[8]、堿解擴散法、乙酸銨浸提火焰光度法進行測量[9];采用常規方法對土壤基本理化性質進行測量[10]。

1.3? 數據處理

試驗數據采用SPSS軟件進行統計分析，并采用Sigma Plot 10.0軟件作圖。

2? 結果與分析

2.1? 不同耕作方式對土壤理化性狀的影響

不同耕作方式對土壤理化性狀產生的影響表現在土壤容重、土壤含水量及土壤微生物量碳氮含量、土壤酶活性、土壤速效養分幾個方面。

2.1.1? 土壤容重? 土壤容重對于土壤養分利用與轉化具有直接影響，是一種重要的土壤物理性狀指標，不同耕作方式對土壤容重的影響結果。3種耕作方式下，土壤容重在0～5、5～15 cm土層中的變化不顯著，但在15～25、25～35 cm土層中，深耕、旋耕土壤容重迅速升高;旋耕處理下，土壤容重在15～25 cm較5～15 cm增加13%，與耕層優化、深耕方式相比，增勢顯著。在25～35 cm處，土壤容重通過深耕處理較15～25 cm土層上升13.03%;旋耕條件下，土壤容重明顯大于耕層優化雙行勻播處理;3種耕作方式下，土壤容重在46 cm土層中差異不明顯。

2.1.2? 土壤含水量? 3種耕作方式在小麥不同生長期于100 cm土層內土壤含水量先降后升，因土壤含水量受季節性降雨影響灌漿后期含水量最高，分蘗期最低。通過深耕及旋耕后，小麥苗期于0～71 cm土層內的含水量要小于耕層優化雙行勻播處理;21～31 cm土層內土壤含水量差異最為明顯，耕層優化雙行勻播處理較深耕及旋耕分別高10.32%和11.68%。深耕較旋耕土壤含水量高，苗期與分蘗期含水量變化規律基本一致。

2.1.3? 土壤微生物量? 不同耕作方式下，土壤微生物量碳、氮含量隨土壤深度增加而降低。0～10 cm土層，3種耕作方式對土壤微生物量碳含量的影響由小到大依次為深耕、耕層優化、旋耕，氮含量差別不明顯。10～20 cm土層，3種耕作方式對土壤微生物量碳、氮含量的影響不明顯。20～30 cm土層，深耕、旋耕處理較耕層優化處理而言，土壤微生物量碳含量分別降低13.98%和21.88%，而微生物量氮含量則分別降低14.58%和23.87%。在30～40 cm土層，3種耕作方式對土壤微生物量碳含量的影響不明顯，對氮含量的影響表現為旋耕=深耕<耕層優化。

2.1.4? 土壤酶活性? 隨著土層深度增加，土壤酶活性逐漸下降，土壤蔗糖酶、脲酶活性在0～10 cm土層表現為耕層優化、深耕<旋耕，而深耕與耕層優化之間無顯著差異。耕層優化處理條件下，土壤脲酶活性在10～20 cm土層與深耕處理差異不顯著，但與旋耕處理相比，差異明顯。土壤磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性在20～30 cm土層受3種耕作處理方式的影響由小到大依次為旋耕、深耕、耕層優化;在30～40 cm土層，旋耕、深耕較耕層優化而言，磷酸酶活性分別降低26.87%和14.36%，而土壤脲酶活性分別降低25.90%和13.27%，差異顯著。表明耕層優化處理可顯著提高20～40 cm土層土壤脲酶、磷酸酶活性。

2.1.5? 土壤速效養分? 土壤堿解氮、速效鉀及速效磷的含量在不同耕作方式下隨土壤深度增加而下降，且不同土層養分含量受不同耕作方式的影響不同。其中，在0～10 cm土層，旋耕處理下堿解氮含量達到最大，在20～30、30～40 cm土層，耕層優化雙行勻播處理下堿解氮含量最高，較深耕和旋耕處理分別提高18.37%、27.75%和35.91%、30.26%。各處理間堿解氮含量在40～60 cm土層差異不明顯。

綜上可知，耕作方式對土壤理化性狀的直接影響表現為土壤容重、含水量、微生物含量、酶活性及土壤速效養分的變化。深松與深翻可打破犁底層，使土壤容重降低，使小麥耕作層厚度增加。本研究提出的耕層優化雙行勻播耕作技術通過振動深松和旋耕，分別打破犁底層與打碎表層耕層土塊，為小麥生長提供了通透的種床，有利于小麥根系下扎，土壤含水量能夠促進小麥根系發育。傳統深耕與旋耕處理在改善土壤理化性狀的同時，也加速了土壤養分、水分流失，不利于土壤酶活性的發揮。而通過耕層優化雙行勻播耕作技術處理后，20～40 cm土層土壤酶活性水平要明顯高于傳統深耕與旋耕處理。耕層優化雙行勻播技術與傳統深耕、旋耕作業方式相比，其可有效消除犁底層，降低土壤容重，增加含水量，提高20～40 cm土層處土壤肥力水平。通過微生物數量的增加，使麥田土壤的酶活性水平明顯提升，從而改善了土壤理化性狀，為小麥生長發育創造了良好環境。

2.2? 不同耕作方式對小麥產量的影響

3種不同耕作方式對小麥產量的影響見表2。由表2可知，小麥產量指標構成存在明顯差異。在耕層優化雙行勻播技術施作條件下，小麥子粒生物量與產量均達到最大;深耕技術條件下，小麥子粒生物量與產量次之;在旋耕處理技術施作條件下，小麥地上部生物量及產量均處于最低水平。與傳統深耕與旋耕方式相比，采用耕層優化雙行勻播技術施作，可使小麥產量分別增產約10.64%和15.76%，同時可使小麥地上部生物量分別提高7.82%和9.16%。從小麥產量構成總體情況來看，小麥穗粒數受深耕、旋耕和耕層優化雙行勻播技術3種耕作方式的影響并不顯著，而小麥子粒產量在耕層優化技術施作條件下的提高主要是小麥子粒千粒重的提高和小麥單位面積穗數的增加。

3? 小結

試驗表明，耕作方式會影響小麥生長發育土壤理化性狀及最終產量。光合產物是小麥產量的主要來源，尤其在生育后期，光合產物對小麥子粒的貢獻高達80%以上，而小麥最終產量又受灌漿期群體的光合速率影響，通常情況下，小麥平均單葉凈光合速率及群體光合面積（葉面積指數）會影響光合速率。以往研究表明，傳統深耕、少耕及免耕等保護性耕作方式可有效提高小麥葉片的光合能力和改善旗葉光合特性[6，7]。本研究中，耕層優化雙行勻播技術相對于傳統深耕與旋耕方式而言，振動深松打破犁地層、分層深施肥料、雙行勻播、播后鎮壓同時完成，不僅有利于小麥根系向縱深處下扎，還有利于肥水向深層擴散，確保了苗齊苗壯。播后鎮壓作業起到了提高麥苗質量及良好的保墑作用。

本研究結論如下。

1）耕層優化處理后，50 cm以上土層土壤含水量最佳，有利于麥田保水保墑。

2）土壤微生物為小麥生長提供了良好生態系統。耕層優化在20～40 cm土層內，土壤微生物量要明顯高于深耕與旋耕處理，由此為小麥生長提供了良好的微生物生長環境。

3）土壤酶活性作為衡量小麥土壤生物化學特性的重要指標，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶對于促進土壤K、P與C等化學元素轉化具有積極作用。

4）對比顯示，深耕、旋耕和耕層優化雙行勻播技術3種耕作方式下，小麥產量指標構成差異明顯。耕層優化雙行勻播技術條件下，小麥子粒生物量與產量最大;深耕處理下，小麥子粒生物量與產量次之;旋耕處理條件下，小麥地上部生物量及子粒產量最低。

5）與深耕、旋耕相比，耕層優化雙行勻播技術耕作可使小麥產量增產10.64%和15.76%，同時可使小麥地上部生物量分別提高7.82%和9.16%。

6）從小麥產量構成來看，小麥穗粒數受深耕、旋耕和耕層優化雙行勻播技術影響不顯著，而小麥子粒千粒重和單位面積穗數增加，會使耕層優化耕作條件下的小麥子粒產量提高。

綜上可知，耕層優化雙行勻播技術在改善小麥生長土壤綜合理化性狀和產量方面具有積極作用，可大面積種植推廣，以提高小麥產量。

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