甘肅引黃灌區玉米茬耕層土壤狀況調查

霍琳 王成寶 楊思存 姜萬禮 溫美娟

摘要：在甘肅引黃灌區選擇60 個典型玉米地，對其土壤耕層狀況進行了調查分析。結果表明，甘肅引黃灌區玉米地平均耕層深度為22.5 cm，比我國土壤平均耕層（16.5 cm）高6.0 cm，犁底層平均厚度為 9.1 cm。0～40 cm土層容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右。0～45 cm土壤緊實度200～2 450 kPa，靖會灌區顯著高于其他灌區，景電、興電、劉川灌區相差不大。土壤有機質含量為12.94～15.64 g/kg，全氮含量為0.84～1.24 g/kg，堿解氮含量為47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量為14.28～33.57 mg/kg，速效鉀含量為156.50～185.84 mg/kg，除速效磷和速效鉀含量較高外，其它指標均屬于中等偏下水平。

關鍵詞：玉米地;土壤耕層;犁底層;養分狀況;甘肅引黃灌區

中圖分類號：S158 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2019）10-0051-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.10.012

Abstract：Based on 60 typical corn fields， the soil plough layers and soil nutrients were investigated in Gansu Yellow River Irrigation District. The results showed that the thickness of the mean plough layer in Gansu Yellow River Irrigation District was 22.5 cm， which was 6.0 cm shallower than that of nationwide plough layer， the average thickness of plough pan was 9.1 cm. the soil bulk density of 0～40 cm layer was about 1.36 g/cm3， and the soil porosity was about 48.5%. The soil compactness of 0～45 cm layer ranged from 200～2 450 kPa， Jinghui irrigated area were significantly higher than others， Jingdian， Xingdian and Liuchuan Irrigated Areas had little difference. The soil organic matter contents ranged from 12.94～15.64 g/kg， total nitrogen ranged from 0.84～1.24 g/kg， alkaline-hydrolyzed nitrogen ranged from 47.14～60.56 mg/kg， available phosphorus ranged from 14.28～33.57 mg/kg， and available potassium ranged from 156.50～185.84 mg/kg. Except for the high content of available phosphorus and potassium， all the other indexes were in the lower middle level.

Key words：Corn field;Soil plough layer;Plough pan;Nutrients status;Gansu Yellow River Irrigation District

引黃灌區是甘肅省繼河西走廊之后的第2個綜合農業商品生產基地，轄19個縣區，區域面積約4.5萬km2，土地面積占全省的10.54%，區域人口占全省的24.7%。由于有黃河及其眾多支流水源，從20世紀60年代開始，該區域相繼建成了景電、興電、劉川、靖會、引大、皋蘭西岔、榆中三角城等多處電力提灌工程，農田實灌面積達38.45萬hm2，極大地改善了這一區域的農業生產條件，產生了良好的經濟和社會效益[1 - 3 ]。但在這一過程中，由于不合理灌溉、小型農機具反復碾壓、長期單一淺耕作業和秸稈還田利用率低等因素，導致一些農田土壤出現了耕層薄化、犁底層壓實、結構變劣等問題，嚴重影響作物根系深層分布和肥水資源高效利用[4 ]。我們通過大范圍采樣調查，對甘肅引黃灌區玉米田耕層狀況進行了分析，旨在建立適宜玉米生長的合理耕層結構、提高土壤綜合生產能力及土壤深松機具的研發提供依據。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 研究區概況

研究區位于甘肅省白銀市的景電、興電、劉川、靖會灌區（E103° 42′ 18″～105° 10′ 25″，N36° 21′ 29″～37° 36′ 32″），分別隸屬于景泰、靖遠、會寧3個縣，海拔高度為1 408～1 792 m，旱地農業向荒地牧地過渡線的北部。由于受青藏高原和騰格里沙漠的影響，形成大陸性干旱荒漠氣候，年降水量只有200～300 mm，而蒸發量卻在2 000 mm以上，蒸發量是降水量的5～10倍。區域內年平均氣溫6.6 ℃，大于0 ℃ 和10 ℃的積溫分別為3 200 ℃和2 600 ℃左右，無霜期160～170 d，年日照時數2 900 h左右。土壤類型主要是灰鈣土。景電、興電、劉川、靖會4個灌區的總控制灌溉面積分別為6.51萬 hm2、2.13萬 hm2、0.79萬 hm2、2.03萬 hm2，區域內耕地均呈梯級分布，耕地以 ? ? 1 300 m2以下的小地塊為主，主要采用大水漫灌和串灌等方式，種植作物有小麥、玉米、向日葵、馬鈴薯、露地蔬菜等，耕作方式有翻耕、旋耕、免耕、深松等，也有不同耕作方式的年際間組合（輪耕），農業機械以66 kW以下的小型為主[5 - 6 ]。

1.2 ? 調查時間和地點

調查采樣時間為2015年秋季玉米收獲時，共篩選60個代表性地塊。其中景電灌區30個，分布在草窩灘、上沙窩、漫水灘、紅水、喜泉、寺灘、蘆陽7個鄉（鎮）和條山農場、白銀公司農場;興電灌區20個，分布在北灘、東升、五合、靖安4個鄉（鎮）;劉川灌區5個;靖會灌區5個，分布在大蘆、烏蘭2個鄉（鎮）。所選樣地種植的玉米品種以先玉335為主，灌溉量和施肥量相近，農田管理方式基本相似，耕作方式兼有翻耕、旋耕、免耕、深松等。

1.3 ? 調查項目和方法

1.3.1 ? ?耕層深度 ? ?每地塊選擇3個代表性區域，與玉米種植行垂直方向挖調查剖面，剖面長120 cm、寬50 cm、深40 cm，橫向包含了種植帶（40 cm）和空白行（80 cm），豎向與地面垂直。用直尺直接測量地面到犁底層的距離，每個剖面在0、30、60、90、120 cm長度處測量5次，其平均值代表該點的耕層深度，3個剖面的平均值代表該地塊的耕層深度。

1.3.2 ? ?犁底層厚度 ? ?用直尺直接測量，每地塊3個剖面，每個剖面5個點，取其平均值。

1.3.3 ? ?土壤容重和孔隙度 ? ?每地塊選擇3個代表性區域，用環刀法測定0～10、10～20、20～40 cm 土壤容重，以相同層次3個點的平均值代表該地塊的土壤容重，同時計算相應土層的土壤孔隙度，土壤密度按2.65 g/cm3計 [7 ]。

1.3.4 ? ?土壤緊實度 ? ?每個地塊選擇10個代表性區域，用美國產SC900土壤緊實度儀測定0～45 cm 土壤緊實度，每隔2.5 cm 1個讀數，以相同層次10個點的平均值代表該地塊的土壤緊實度[7 ]。

1.3.5 ? ?土壤養分 ? ?每地塊選擇3個代表性區域，采集0～20 cm土壤樣品，測定土壤養分含量。土壤有機質用重鉻酸鉀外加熱容量法，全氮用半微量凱氏定氮法測定，堿解氮用堿解擴散法，速效磷用Olsen 法測定，速效鉀用火焰光度法測定。以3個點的平均值代表該地塊土壤的養分含量[8 ]。

1.4 ? 數據統計

采用Excel 2016 軟件進行數據統計分析和繪圖。

2 ? 結果與分析

2.1 ? 土壤耕作層和犁底層狀況

耕層是耕地生產力的核心，良好的耕層能保證農作物生長發育所需水分和養分供 應[9 ]。國家玉米產業技術體系首席專家黃世煌指出，適合玉米生長的最低耕層深度為22 cm。從表1 可以看出，甘肅引黃灌區玉米地平均耕層深度為22.5 cm，雖然都高于22 cm，但也接近玉米最適生長對耕層深度的最低要求。這個深度雖比我國土壤平均耕層（16.5 cm）高了6.0 cm，但遠遠低于美國土壤的平均耕層（35 cm）。從不同灌區來看，景電灌區的平均耕層深度最高，為22.9 cm;其次為劉川灌區、興電灌區，分別是22.8 cm和22.6 cm;靖會灌區最低，為22.2 cm。甘肅引黃灌區玉米地平均犁底層厚度為9.1 cm，興電灌區和劉川灌區較高，平均厚度分別是9.9 cm和9.8 cm;靖會灌區和景電灌區略低，平均厚度分別是8.8 cm和8.6 cm;在景電和興電灌區均發現沒有犁底層和犁底層厚度最高15 cm的地塊。

從表1還可以看出，甘肅引黃灌區耕層深度的變異性相對較弱，變異系數為10.3%～27.0%，源于其耕層深度的最小值為16.0 cm，最大值也只有32.0 cm。犁底層厚度的變異性相對較強，變異系數為16.7%～47.5%，其原因是有些地塊沒有發現犁底層，但有些地塊的犁底層高僅有1 5 cm。

2.2 ? 土壤容重和孔隙度狀況

容重是最重要的土壤物理性質之一，它直接或間接影響著土壤水肥氣熱的協調供應和土壤養分、水分的運移，對維持土壤肥力、保證作物高產穩產有重要意義[10 - 11 ]。土壤容重的變化與土壤孔隙度密切相關，可較好地反映土壤透氣性、入滲性能、持水能力和溶質遷移潛力等[12 - 13 ]。一般作物根系生長適宜的土壤容重范圍為1.1～1.3 g/cm3，當土壤容重大于1.4 g/cm3時，根系穿透阻力大于15 kg/cm2，開始對根系生長產生影響;而當土壤容重大于1.5 g/cm3時，穿透阻力將大于25 kg/cm2，將會嚴重阻礙根系生長[14 ]。從表2可以看出，甘肅引黃灌區玉米地0～40 cm土層平均容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右，偏高的土壤容重和偏低的孔隙度反映了該區農田土壤長期處于較為堅硬的狀態，會影響玉米根系下扎，降低土壤蓄水、保肥能力，還可能導致倒伏、早衰等現象發生，對玉米產量影響較大。具體到不同灌區、不同土層，土壤容重和孔隙度的變化規律也不完全一致。0～10 cm土層土壤容重為1.26～1.35 g/cm3，景電 > 劉川 > 興電 > 靖會;10～20 cm土層土壤容重為1.37～1.44 g/cm3，靖會 > 景電 > 興電 > 劉川;20～40 cm土層土壤容重為1.38～1.46 g/cm3，靖會 > 興電 > 劉川 > 景電。0～10、10～20、20～40 cm土層孔隙度分別是48.91%～52.44%、45.64%～48.41%和44.92%～47.93%，與各層土壤容重的變化趨勢相反。

2.3 ? 土壤緊實度狀況

土壤緊實度是土壤管理的重要指標，它與秸稈還田、化肥利用、土壤養分循環、土壤微生物、作物生長及產量、土壤耕作、水土流失、土壤碳氮管理及農業面源污染等關系密切，是影響農田土壤質量和作物生長的關鍵障礙因子之一，也是當前土壤功能及農田生態健康研究領域的重點，歐盟委員會也把土壤緊實度列為作物產量降低的主要因素之一[15 - 17 ]。從圖1可以看出，甘肅引黃灌區60塊樣地0～45 cm土壤緊實度為200～ ? 2 450 kPa，不同灌區、不同土層間差異較大，這也反映了土壤質地、耕作方式、施肥灌溉水平、農業機械動力等對土體構型的不同影響。從整體來看，靖會灌區0～45 cm土壤緊實度的平均值最大，為1 834 kPa;景電、興電、劉川灌區相差不大，分別為 ? ? ? 1 395、1 271、1 268 kPa。從不同土層來看，0～10 cm的平均值景電灌區最大，為1 005 kPa;其次是劉川、靖會、興電灌區，分別為842、839、821 kPa。10～20 cm土層靖會灌區最大，為1 954 kPa，其次是景電、劉川、興電灌區，分別為1 359、1 318、1 289 kPa。20～40 cm土層也是靖會灌區最大，為2 326 kPa;其次是景電、興電、劉川灌區，分別為1 646、1 467、1 460 kPa。

2.4 ? 土壤養分狀況

土壤養分是影響作物生長發育的重要因素之一，也是評價土壤肥力的重要指標，同時也是合理施肥的重要依據[18 ]，只有深入了解并掌握了土壤養分狀況，才能更好地對農田進行管理和利用。從表3可以看出，甘肅引黃灌區的土壤有機質含量為12.94～15.64 g/kg，全氮含量為0.84～1.24 g/kg，堿解氮含量為47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量為14.28～33.57 mg/kg，速效鉀含量為156.50～185.84 mg/kg，按照第二次全國土壤普查土壤養分含量分級標準評價，分別屬于4級、3～4級、5級、2～3級和2級，除速效磷和速效鉀含量較高外，其它指標都屬于中等偏下水平。從各指標平均值來看，有機質平均為13.85 g/kg，堿解氮平均為53.22 mg/kg，均表現為劉川 > 景電 > 靖會 > 興電;全氮平均為1.08 g/kg，興電 > 景電 > 劉川 > 靖會;速效磷平均為22.14 mg/kg，劉川 > 靖會 > 興電 > 景電;速效鉀平均為170.74 mg/kg，景電 > 興電 > 靖會 > 劉川。從土壤養分變異強度來看，甘肅引黃灌區總體表現為速效磷 > 速效鉀 > 堿解氮 > 有機質 > 全氮，景電灌區為速效磷 > 堿解氮 > 全氮 > 有機質 > 速效鉀，興電灌區為速效磷 > 速效鉀 > 堿解氮 > 有機質 > 全氮，靖會灌區為速效鉀 > 速效磷 > 堿解氮 > 有機質 > 全氮，劉川灌區為速效鉀 > 有機質 > 全氮 > 速效磷 > 堿解氮。

3 ? 結論

甘肅引黃灌區玉米田平均耕層深度為22.5 cm，接近了玉米最適生長對耕層深度的最低要求（22 cm），雖然比我國土壤平均耕層（16.5 cm）高6.0 cm，但遠遠低于美國土壤的平均耕層（35 cm）。景電灌區的平均耕層深度最高，其次為劉川灌區、興電灌區，靖會灌區最低。犁底層平均厚度為9.1 cm，興電灌區和劉川灌區較高，靖會灌區和景電灌區略低。

0～40 cm土層容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右。0～10 cm土層土壤容重為1.26～1.35 g/cm3，景電 > 劉川 > 興電 > 靖會;10～20 cm土層土壤容重為1.37～1.44 g/cm3，靖會 > 景電 > 興電 > 劉川;20～40 cm土層土壤容重為1.38～1.46 g/cm3，靖會 > 興電 > 劉川 > 景電。

0～45 cm土層土壤緊實度為200～2 450 kPa，靖會灌區最大，為1 834 kPa;景電、興電、劉川灌區相差不大，分別為1 395、 1 271、1 268 kPa。0～10 cm土層土壤緊實度景電灌區最大，為1 005 kPa;10～20 cm土層和20～40 cm土層土壤緊實度都是靖會灌區最大，分別為1 954 kPa和2 326 kPa。

甘肅引黃灌區土壤有機質含量為12.94～15.64 g/kg，全氮含量為0.84～1.24 g/kg，堿解氮含量為47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量為14.28～33.57 mg/kg，速效鉀含量為156.50～185.84 mg/kg，除速效磷和速效鉀含量較高外，其它指標均屬于中等偏下水平。

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（本文責編：陳 ? 珩）