不同耕作方式對(duì)遼西半干旱區(qū)耕地質(zhì)量和玉米生長(zhǎng)的影響

摘要：為緩解遼西半干旱區(qū)耕地質(zhì)量退化問(wèn)題，以秸稈還田+免耕為研究對(duì)象，總結(jié)不同耕作和秸稈還田方式對(duì)耕地土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的影響，以及兩者交互作用對(duì)玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為有效提升遼西半干旱區(qū)耕地質(zhì)量和玉米產(chǎn)量提供參考。

關(guān)鍵詞：耕作方式；秸稈還田；深翻；免耕；耕地質(zhì)量；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S344;S153.01" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1674-1161（2023）05-0015-02

種子萌發(fā)與作物生長(zhǎng)發(fā)育需要一定的光、熱、水、氣資源條件，然而遼西半干旱區(qū)長(zhǎng)期采用旋耕整地作業(yè)方式來(lái)種植玉米，導(dǎo)致土壤耕層變淺、容重增大，阻礙了根系對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收，加之缺乏有機(jī)物料的歸還和投入，使土壤有效耕層逐漸變淺，耕地質(zhì)量嚴(yán)重退化，玉米產(chǎn)量不高不穩(wěn)。為緩解遼西半干旱區(qū)耕地質(zhì)量退化問(wèn)題，研究不同耕作和秸稈還田方式對(duì)黑土地理化性質(zhì)和玉米產(chǎn)量的影響，揭示其影響黑土地質(zhì)量和玉米生長(zhǎng)的機(jī)理，對(duì)探尋有效提升遼西半干旱區(qū)耕地質(zhì)量和玉米產(chǎn)量的耕作模式具有重要意義。

1 對(duì)遼西干旱半干旱區(qū)耕作方式的調(diào)查

耕作能調(diào)整耕作層和地面狀況，協(xié)調(diào)土壤中的水分、空氣、溫度和養(yǎng)分關(guān)系，為作物播種、出苗和生長(zhǎng)發(fā)育提供良好環(huán)境。以遼西半干旱區(qū)為例，這里的降雨量在年際及季節(jié)間分布不均，周年性和季節(jié)性災(zāi)害多發(fā)，為典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。十年九春旱，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到自然環(huán)境的嚴(yán)重制約。隨著黑土地保護(hù)的日益重視，2020年開(kāi)始，東北四省區(qū)開(kāi)始實(shí)施黑土地保護(hù)性耕作國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃。該計(jì)劃以玉米為主要作物，以省為單位，在東北四省區(qū)全面推廣以秸稈還田+免耕/少耕為核心的保護(hù)性耕作模式。由于免耕、少耕等保護(hù)性耕作可一次性完成播種、施肥、鎮(zhèn)壓等環(huán)節(jié)，既節(jié)能省時(shí)又減少風(fēng)蝕、水蝕及田間水分蒸發(fā)量，得到了遼西地區(qū)多數(shù)新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體和種植大戶的認(rèn)可，并在朝陽(yáng)、阜新、錦州等地區(qū)逐步普及開(kāi)來(lái)。

如今，傳統(tǒng)旋耕或深翻逐漸被以少免耕為代表的保護(hù)性耕作代替，但在近年當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，常年單一免耕模式存在以下問(wèn)題：一是加大土壤容重和緊實(shí)度，影響根系對(duì)土壤深層養(yǎng)分吸收，導(dǎo)致玉米出苗率低和影響植株生長(zhǎng)發(fā)育。二是玉米秸稈覆蓋還田雖然可以抑制土壤水分蒸發(fā)、提高土壤濕度，但也會(huì)遮擋陽(yáng)光照射，導(dǎo)致土壤溫度下降，其中淺層土壤溫度差異較大，使高緯度地區(qū)秸稈覆蓋免耕模式出現(xiàn)苗期低溫致使出苗差的問(wèn)題。因此，有必要探索合理的玉米耕作措施，以進(jìn)一步改善土壤結(jié)構(gòu)和提高玉米產(chǎn)量。

2 不同耕作方式對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

不同耕作方式可以通過(guò)影響土壤固體、液體和氣體三相物質(zhì)變化來(lái)調(diào)整土壤微環(huán)境，進(jìn)而影響農(nóng)田土壤的物理性質(zhì)。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究大多依托田間試驗(yàn)與室內(nèi)分析方法，通過(guò)測(cè)定土壤理化、作物產(chǎn)量等指標(biāo)，比較不同耕作方式下的土壤性質(zhì)和玉米產(chǎn)量，分析不同耕作方式對(duì)土壤環(huán)境和玉米生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響來(lái)篩選適合試驗(yàn)條件的耕作措施。諸多試驗(yàn)表明，耕作方式與秸稈還田能夠產(chǎn)生交互作用，從而改善耕地質(zhì)量和提高作物產(chǎn)量。

秸稈還田對(duì)改善土壤物理性質(zhì)具有積極作用，表現(xiàn)為耕層厚度、土壤結(jié)構(gòu)、孔隙狀況提高和土壤緊實(shí)程度降低。戰(zhàn)秀梅等^[1]研究認(rèn)為，玉米秸稈還田可有效降低土壤容重，正價(jià)土壤孔隙度，且該效應(yīng)與秸稈還田量呈正相關(guān)關(guān)系粒級(jí)gt;25 mm的團(tuán)聚體是維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，秸稈還田尤其是覆蓋還田可有效增加土壤團(tuán)粒膠結(jié)劑，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，增加深層土壤中粒級(jí)gt;0.25 mm穩(wěn)定性團(tuán)聚體的百分含量。另外，在秸稈還田條件下，輪耕模式可以增加土壤粒級(jí)gt;0.25 mm穩(wěn)定性團(tuán)聚體的含量、團(tuán)聚體平均重量直徑和團(tuán)聚體幾何平均直徑，并且具有較小的分形維數(shù)，能提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。

深翻可以透氣、曬垡，打破土壤板結(jié)、粘重狀態(tài)，并使秸稈、草種、病蟲(chóng)等充分置換，利于秸稈在地下腐解。梁堯等^[2]開(kāi)展定位研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，與免耕秸稈全量覆蓋模式相比，秸稈全量深翻還田7 a后，10～30 cm土層gt;2 mm粒級(jí)超大團(tuán)聚體含量顯著增加。雖然翻耕對(duì)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大擾動(dòng)，但秸稈還田后輸入大量碳，可為土壤顆粒團(tuán)聚提供良好的膠結(jié)物質(zhì)，從而抵消翻耕對(duì)團(tuán)聚體的分散作用。

土壤水分和溫度對(duì)玉米生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響。在秸稈全量覆蓋條件下，與保護(hù)性耕作免耕模式相比，條耕種植可以使表層土壤更加疏松，從而顯著提高春季播種期土壤溫度，且對(duì)黑土地增溫效果明顯好于風(fēng)沙土。

在秸稈還田模式方面，秸稈覆蓋還田和秸稈歸行覆蓋還田的土壤容重均低于常規(guī)壟作。隨著耕層深度的增加，土壤容重差異逐漸縮小。行間秸稈還田可以降低土壤緊實(shí)度，增加土壤緩沖能力，優(yōu)化根系分布，促進(jìn)側(cè)根生長(zhǎng)和根系下扎，使作物獲得較大的葉面積和干物質(zhì)積累量。行間秸稈翻埋30 cm后還田會(huì)使玉米根的干質(zhì)量增大，根系分布變廣，適宜在東北地區(qū)應(yīng)用。

3 不同耕作方式對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

玉米秸稈中含有大量有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將其深翻還田能有效解決秸稈腐解慢、玉米出苗受阻問(wèn)題，并使秸稈腐解后的養(yǎng)分充分進(jìn)入土壤，增加深層土壤的有機(jī)質(zhì)含量和酶活性，進(jìn)而提高玉米的單位面積有效穗數(shù)和穗粒數(shù)。有研究顯示，耕作方式可以影響?zhàn)B分在土壤中的垂直分布。與旋耕相比，免耕能顯著提高0～10 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量，但會(huì)降低10～30 cm土層的有機(jī)質(zhì)和速效磷含量；而深翻處理會(huì)降低0～20 cm土層的有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量，但能增加20～30 cm土壤的養(yǎng)分含量。還有研究得出相反結(jié)論，認(rèn)為與單一耕作相比，秸稈還田對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響不顯著。

4 不同耕作方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

玉米產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒質(zhì)量三要素構(gòu)成。在穗數(shù)和穗粒數(shù)一定的條件下，粒質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量有著至關(guān)重要的影響。改良耕作措施能夠優(yōu)化作物干物質(zhì)積累與分配，促進(jìn)作物增產(chǎn)。耕作方式與秸稈還田對(duì)產(chǎn)量存在極顯著的交互作用，耕作方式的單獨(dú)主效應(yīng)對(duì)產(chǎn)量有極顯著影響，秸稈還田在試驗(yàn)第二年對(duì)產(chǎn)量存在極顯著影響。蔣飛^[4]在前茬小麥秸稈的地塊設(shè)置秸稈全層深翻、常規(guī)旋耕混拌、免耕（對(duì)照）3 個(gè)不同耕作處理來(lái)對(duì)比玉米植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，與免耕相比，深翻處理的葉面積、葉干質(zhì)量、整株干質(zhì)量均較高，且穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量明顯增加，但對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程、株高、穗位高和莖粗的影響較小。劉鴻飛^[5]以免耕、淺翻、深翻、旋耕、淺翻+壓實(shí)為主處理，以秸稈還田為副處理，探索適宜東北薄層黑土區(qū)的耕作模式，發(fā)現(xiàn)耕作措施與秸稈還田的交互作用對(duì)玉米產(chǎn)量具有顯著影響。淺翻能顯著提高玉米成熟期籽粒的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累，而淺翻+秸稈還田處理可以顯著提高玉米地上部干物質(zhì)積累，促進(jìn)養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)和分配，從而顯著提高玉米產(chǎn)量。喇樂(lè)鵬^[6]在對(duì)薄層黑土研究中得到相似結(jié)論，認(rèn)為淺翻模式下秸稈還田可緩解單一淺翻對(duì)土壤結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的破壞，增加深層土壤養(yǎng)分，使玉米產(chǎn)量高于旋耕處理；影響玉米產(chǎn)量的主要限制因子是10～20 cm土壤貫入阻力；旋耕處理的玉米產(chǎn)量最低為5 661 kg/hm²，淺翻處理的玉米產(chǎn)量最高為8 758 kg/hm²，免耕比旋耕玉米產(chǎn)量增加13.2%。

參考文獻(xiàn)

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Effects of Different Tillage Methods on Cultivated Land Quality and Maize Growth in Semi-arid Areas of Western Liaoning

WANG Dongpo

（Liaoning Seed Industry Development Center， Shenyang 110034， China）

Abstract：" In order to alleviate the quality degradation of cultivated land in the semi-arid region of western Liaoning， with straw returning + no-tillage as the research object， this paper summarized the effects of different tillage and straw returning methods on the physical and chemical properties of cultivated soil， as well as the effects of the interaction on maize yield and quality， so as to provide reference for effectively improving the cultivated land quality and maize yield in the semi-arid area of western Liaoning.

Key words： tillage method; straw returning to field; subsoiling; no-tillage; cultivated land quality; yield

收稿日期：2023-04-07

作者簡(jiǎn)介：王東坡（1981—），男，高級(jí)農(nóng)藝師，從事種子執(zhí)法方面的工作。