半濕潤(rùn)區(qū)秸稈覆蓋還田對(duì)玉米田土壤溫度、水分的影響

壽春光，王景發(fā)，趙藝源

(吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，以鏵式犁翻耕為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式，作物秸稈幾乎就地焚燒或全部移走，導(dǎo)致土壤暴露，進(jìn)而地表溫度和水分損失嚴(yán)重，加劇了土壤貧瘠化和生態(tài)環(huán)境惡化[1]；而實(shí)施秸稈覆蓋免耕技術(shù)，可有效減緩農(nóng)田土壤風(fēng)蝕和水蝕、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、減輕秸稈焚燒對(duì)空氣的污染[2-3]，尤其針對(duì)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，可切實(shí)提高土壤持水率、保證糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[4]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就秸稈覆蓋免耕降低土壤表層溫度[5]、保持土壤水分含量[6]、提高作物水分利用率[7-8]等問(wèn)題已開(kāi)展了大量研究，但尚缺少不同秸稈覆蓋量下土壤表層溫度、水分及有機(jī)質(zhì)空間差異的研究。

為證實(shí)半濕潤(rùn)區(qū)秸稈覆蓋還田條件下，春季苗期土壤表層溫度與水分的差異特征，試驗(yàn)以吉林省梨樹(shù)縣高家村黑土免耕試驗(yàn)田為研究對(duì)象，利用土壤溫度水分測(cè)量?jī)x測(cè)定不同秸稈覆蓋量土壤表層溫度和水分參數(shù)，分析不同秸稈覆蓋量對(duì)土壤表層溫度、水分的影響，為合理推廣秸稈覆蓋免耕技術(shù)、保護(hù)與開(kāi)發(fā)中國(guó)東北黑土資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)始于2007年，在吉林省梨樹(shù)縣高家村進(jìn)行，系中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所保護(hù)性耕作研發(fā)基地，地理坐標(biāo)43°18′51″～43°19′12″N，124°14′26″～124°14′31″E。屬溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫5.8 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 698.5 h，年均降水量577.2 mm，無(wú)霜期152 d，降水主要集中在6—8月。土壤母質(zhì)為壤質(zhì)黏土，土壤類型為中層黑土。試驗(yàn)開(kāi)始前該樣地經(jīng)歷了以玉米連作為主的多年傳統(tǒng)耕作。

種植的玉米品種為先玉335。播種所用機(jī)械為吉林康達(dá)2BMZF-4型免耕播種機(jī)，可在秸稈覆蓋地表的情況下一次性完成精確播種、施肥和鎮(zhèn)壓作業(yè)。使用的儀器為德國(guó)IMKO公司的TRIME便攜式土壤溫度水分測(cè)量?jī)x。

1.2 處理設(shè)計(jì)

4個(gè)處理，免耕無(wú)秸稈覆蓋(NT-0)、免耕+33%秸稈量覆蓋(NT-33)、免耕+67%秸稈量覆蓋(NT-67)和免耕+100%秸稈量覆蓋(NT-100)，小區(qū)面積8.7 m×30 m，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)4次。試驗(yàn)區(qū)北側(cè)設(shè)有30 m保護(hù)行，西側(cè)設(shè)有15.5 m保護(hù)行。試驗(yàn)選取樣地周邊常規(guī)傳統(tǒng)壟作為對(duì)照(CK)。

免耕秸稈不同覆蓋處理為每年秋收后留茬約30 cm，秸稈按不同覆蓋量(秸稈覆蓋量100%約為7 500 kg·hm-2，NT-67、NT-33、NT-0分別為秸稈總量的67%、33%、0)均勻覆蓋地表，剩余秸稈移走，春季直接播種，不再整地。常規(guī)耕作處理秋季收獲后留茬約30 cm，秸稈全部移出，滅茬旋耕，起壟作業(yè)，除播種、追肥外，不再擾動(dòng)土壤，壟高約15 cm，壟距約60 cm。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

測(cè)定日期為2016年5月22日，玉米苗期。采用“三角形”三點(diǎn)測(cè)量法，測(cè)量時(shí)避開(kāi)樣區(qū)邊緣，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)重復(fù)3次，測(cè)量時(shí)間為13:00—14:00，風(fēng)速2.5 m·s-1，風(fēng)向NEE，空氣溫度29 ℃。

采用時(shí)域反射(Time Domein Reflectometry)法測(cè)定土壤含水量[9]，測(cè)量深度為地下0～16 m，水分用體積含水量表示。溫度測(cè)量為地表溫度。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層土壤溫度特征

處理(NT-0、NT-33、NT-67、NT-100)土壤表層溫度均低于對(duì)照(表1)。隨著秸稈覆蓋量的增加，土壤表層溫度呈下降趨勢(shì)，總體趨勢(shì)為NT-100

表1 不同秸稈覆蓋量條件下土壤表層溫度與水分特征

2.2 表層土壤水分特征

處理(NT-0、NT-33、NT-67、NT-100)土壤表層含水量均高于對(duì)照(表1)，秸稈覆蓋對(duì)土壤表層含水量影響明顯。其變化趨勢(shì)為NT-100>NT-67>NT-33>NT-0>CK，即隨著秸稈覆蓋率的增加，土壤含水量也隨之增加。NT-0處理土壤表層水分含量比對(duì)照提高了28%；NT-33、NT-67處理比NT-0處理增加了31%、34%；NT-100處理與對(duì)照差異明顯，水分含量提高了40%。

3 小結(jié)與討論

土壤溫度狀況決定著土壤中物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程和肥力特征，對(duì)區(qū)域水分循環(huán)過(guò)程具有重要影響[10]。春季土壤表層溫度隨著玉米秸稈覆蓋量的增加而降低，秸稈覆蓋量影響土壤表層溫度變化率。秸稈覆蓋阻止太陽(yáng)直接輻射，減小了土壤熱量散失[11]。王兆偉等研究表明，秸稈覆蓋量越大對(duì)溫度影響越明顯[11-13]，本試驗(yàn)結(jié)果與其結(jié)論一致。但也應(yīng)指出，高秸稈覆蓋量，土壤表層所接受到的太陽(yáng)輻射量減少，溫度也隨之降低，會(huì)減緩春季播種期地溫的回升[14]。因此，在秸稈覆蓋免耕基礎(chǔ)上，可嘗試發(fā)展寬窄行播種、秸稈還田年限控制以及秸稈非均勻還田的模式。

土壤水分含量的多少及存在形式，決定著土壤形成發(fā)育過(guò)程及肥力水平與自凈能力[15]。耕層土壤含水量受耕作方式影響較大，隨秸稈覆蓋量增加土壤表層含水量增加明顯。秸稈覆蓋可在不同程度上提升表層土壤的持水能力[6]、蓄水抑蒸、促進(jìn)作物生長(zhǎng)，從而有利于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。