引黃灌區灰鈣土水澆地犁底層厚度對土壤緊實度及玉米生長的影響

姜萬禮 王成寶 楊思存 霍琳 溫美娟

摘要：針對甘肅引黃灌區灰鈣土水澆地普遍存在的土壤耕層逐年變淺、犁底層逐漸變厚、有效土壤少的問題，在甘肅省農業科學院白銀沿黃灌區農業試驗站以未擾動的自然土壤為對照，設置0、5、10、15、20 cm共5個犁底層厚度，對比分析了各處理對玉米籽粒產量、生物產量、株高，以及土壤緊實度的影響。結果表明，犁底層厚度為0 cm時，玉米收獲后籽粒產量和生物產量均最高，較未擾動的自然土壤顯著增產15.92%、6.02%，株高增加4.36%；犁底層厚度為5 cm時，玉米株高增加2.17%。0～7.5 cm土層深度，各處理的土壤緊實度均高于未擾動的自然土壤，10.0～35.0 cm土層深度，各處理的土壤緊實度均低于未擾動的自然土壤。綜上認為，犁底層厚度小于10 cm且緊實度在700 kPa左右時的土壤適宜玉米生長。

關鍵詞：灰鈣土；犁底層厚度；土壤緊實度；玉米；水澆地

中圖分類號：S513? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2023）12-1146-004

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.12.011

Effects of the Thickness Threshold of Plow Pan on Soil Compaction and

Maize Growth in Grey-calcium Soil of Yellow River Irrigation Area

JIANG Wanli， WANG Chengbao， YANG Sicun， HUO Lin， WEN Meijuan

（Institute of Soil Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Issues in grey-calcium soil of Gansu yellow river irrigation area， such as soil tillage layer becoming shallow， plow pan becoming thicker and the effective soil tillage layer becoming thinner， have seriously affected crop growth. A simulation experiment was conducted at the Agricultural Experiment Station of Baiyin along the Yellow Irrigation Area， Gansu Academy of Agricultural Sciences. The experiment treatments included CK（undisturbed natural soil） and 5 plow pan thicknesses： 0 cm， 5 cm， 10 cm， 15 cm， and 20 cm， and effects of each treatment on grain yield， biomass， plant height， and soil compactness were analyzed. The results showed that the highest grain yield， biomass and plant height were achieved by 0 cm plow pan thickness， with an increase of 15.92% and 6.02% and 4.36%， respectively， compared to that of CK. Plant height was increased by 2.17% under 5 cm plow pan thickness. Soil compactness in all treatments under 0 to 7.5 cm plow pan thickness were higher than that of the CK， whereas soil compactness in all treatments under 10.0 to 35.0 cm plow pan thickness were lower than that of the CK. In conclusion， the plow pan thickness less than 10 cm and compactness around 700 kPa is suitable for maize growth.

Key words： Grey-calcium Soil; Thickness of plow pan; Soil compactness; Maize; Irrigated land

收稿日期：2023 - 06 - 16

基金項目：農業部公益性行業（農業）科研專項（201503117）。

作者簡介：姜萬禮（1985? — ），男，甘肅蘭州人，助理研究員，主要從事鹽堿地改良與農田面源污染控制研究。Email： 416543735@qq.com。

通信作者：楊思存（1971? — ），男，甘肅靖遠人，主要從事鹽堿地改良方面的研究。Email： 908824199@qq.com。

甘肅引黃灌區是甘肅省重要的綜合農業商品生產基地之一，由于有黃河及其眾多支流水源，自20世紀60年代，該區相繼建成了景電、興電、劉川等電力提灌工程，農田實際灌溉面積達38.45萬hm2，極大地改善了這一區域的農業生產條件［1 - 2 ］。但隨著農業機械化水平的提高和小型耕作機具的普及，長期單一的旋耕和淺耕作業導致耕層逐漸變淺及上層土壤粉化［3 ］，小型農機具的反復碾壓及大水漫灌加劇了下層土壤沉積壓實，犁底層不斷加厚，耕層深度平均僅為16.5 cm，土壤容重普遍在1.4 g/cm3左右，緊實度超過1 000 kPa［4 - 5 ］。這種“淺、實、少”的耕層結構嚴重阻礙了作物根系的深層分布及其水肥吸收功能，致使水肥資源利用率降低［6 - 9 ］，抗逆減災能力和產出能力變弱，制約了該地區作物高產穩產和耕地的可持續利用。為此，我們研究了不同犁底層厚度對甘肅引黃灌區耕地土壤緊實度、作物生物量及產量的影響，以期為該區水澆地土壤管理和合理耕層構建提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗地概況

試驗于2017年在靖遠縣北灘鄉景灘村進行。當地海拔1 645 m，年均降水量259 mm，蒸發量? ?2 369 mm，年平均氣溫6.6 ℃，> 0 ℃的積溫為3 208 ℃，> 10 ℃的積溫為2 622 ℃，無霜期160～170 d，年日照時數2 919 h，總輻射量616.2 kJ/cm2。供試土壤為灰鈣土，耕層土壤含有機質8.02 g/kg、全氮0.67 g/kg、全磷1.14 g/kg、堿解氮48.6 mg/kg、速效磷8.4 mg/kg、速效鉀205.0 mg/kg。0～10、10～20、20～40 cm土層含鹽量分別為1.28、1.31、1.06 g/kg，土壤pH分別為8.46、8.54、8.58。

1.2? ? 供試材料

指示玉米品種為先玉335，由敦煌種業先鋒良種有限公司生產。供試肥料為尿素（含N 46%，甘肅劉化集團有限責任公司生產）、磷酸二銨（含P2O5 46%、N 18%，由四川什邡市運東化工有限公司生產）。

1.3? ?試驗方法

試驗土層總深度50 cm，耕層20 cm，容重1.2 g/cm3。設5個犁底層厚度處理，即0 、5、10、15、20 cm，犁底層容重1.5 g/cm3。犁底層處理面積為0.96 m2（1.20 m×0.80 m）。其中0 cm處理人為挖50 cm深坑后回填；5～20 cm處理于20 cm深處人為按試驗設計構建犁底層厚度，犁底層以下為自然未擾動土壤。以未擾動的自然土壤為對照（CK）。試驗設4次重復。試驗于2017年4月中旬采用帶狀覆膜方式種植玉米，帶幅1.2 m、行距60 cm、株距25 cm，種植密度67 500株/hm2。肥料用量為當地習慣施肥量，于播前基施N 375 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2。其他管理同當地大田。

1.4? ?樣品采集與分析

在玉米大喇叭口期（7月5日）、成熟期（10月15日）分別測量株高。成熟后按小區收獲測產（生物產量、籽粒產量）。收獲后采用SC-900土壤緊實度儀每2.5 cm土層隨機取5點測定土壤緊實度，取平均值。

2? ?結果與分析

2.1? ?不同犁底層厚度對玉米籽粒、 生物產量的影響

通過圖1可以看出，犁底層厚度0、5 cm處理的玉米籽粒產量均顯著高于其他處理，10、15、20 cm處理的玉米籽粒產量均與CK無顯著差異。犁底層厚度為0 cm處理的玉米籽粒產量較5、10、15、20 cm處理分別顯著提高8.05%、15.68%、21.02%、22.82%，較CK顯著提高15.92%。犁底層厚度5 cm處理的玉米籽粒產量較10、15、20 cm處理分別顯著提高7.06%、12.01%、13.67%，較CK顯著提高7.28%。

犁底層厚度0 cm處理與5 cm處理的生物產量差異不顯著，但顯著高于其余處理，較犁底層厚度10、15、20 cm處理分別增加了7.44%、11.84%、12.05%，與CK相比顯著增加了6.02%。犁底層厚度5 cm處理的生物產量較15、20 cm處理分別顯著提高了6.21%、6.41%。從籽粒產量和生物產量看出，犁底層厚度≤5 cm更適宜玉米的生長發育。

2.2? ?不同犁底層厚度對株高的影響

從圖2可以看出，在試驗設計的2個測定時期，犁底層厚度為0、5 cm處理的玉米株高均高于其他處理。在大喇叭口期，犁底層厚度為0、5 cm處理的玉米株高處于同一水平，均顯著高于其他處理，其中犁底層厚度5 cm處理的玉米株高最高，較CK顯著增加了5.17%，較10、15、20 cm處理分別顯著增加了8.69%、10.03%、11.97%；犁底層厚度0 cm處理的玉米株高次之，較CK顯著增高了3.40%，較10、15、20 cm處理分別顯著增高6.87%、8.19%、10.10%。而10、15、20 cm處理的玉米株高處于同一水平，但20 cm處理顯著低于CK，而10、15 cm處理均與CK差異不顯著。在收獲期，犁底層厚度為0、5 cm處理的玉米株高處于同一水平，均高于其他處理，其中犁底層厚度0 cm處理的玉米株高最高，較CK顯著增高了4.36%，較10、15、20 cm處理分別顯著增高2.87%、3.09%、3.62%；犁底層厚度5 cm處理玉米株高次之，較CK增高了2.17%，較10、15、20 cm處理分別增高0.72%、0.93%、1.45%。而10、15、20 cm處理和CK的玉米株高處于同一水平，且處理間差異均不顯著。可以看出，犁底層厚度小于10 cm時供試作物生長良好。

2.3? ?不同犁底層厚度對緊實度的影響

從圖3看出，隨著土層深度加深，各犁底層處理的土壤緊實度總體呈逐漸增大趨勢。CK土壤緊實度隨土層深度呈先增后降趨勢，在土層深度為27.5 cm時最高，達1 380 kPa。0～7.5 cm土層各犁底層處理的土壤緊實度為310～530 kPa，均大于CK。10.0～35.0 cm土層各犁底層處理的土壤緊實度均低于CK，35.0～45.0 cm土層CK的緊實度又低于各犁底層處理。對比各犁底層處理，20 cm土層內，犁底層厚度5 cm處理的土壤緊實度為430 kPa，小于其他犁底層厚度處理，其中15.0 cm土層深度下，犁底層厚度5 cm處理的土壤緊實度較0、10、15、20 cm處理分別降低了25.9%、17.1%、5.3%、8.9%。玉米株高、籽粒產量、生物產量在犁底層厚度小于10 cm時表現良好，因此土壤緊實度為700 kPa左右適宜玉米生長，這與前人的研究表明土壤緊實度為700 kPa左右時適宜作物生長的結論一致［10 - 14 ］。

3? ?討論與結論

良好的耕層構造決定了整個土體與外界水、肥、氣、熱交換能力的高低，構建良好的耕層構造能夠充分發揮耕層生產力［15 ］。犁底層相當于耕作層的底板，其深度，厚度都嚴重影響作物生長發育。破除犁底層可顯著降低土壤穿透阻力，提高土壤蓄水保墑能力，促進作物生長發育，提高作物干物質累積，提高作物產量［16 - 17 ］。本研究模擬的5個（0、5、10、15、20 cm）犁底層厚度，無論是籽粒產量、生物產量和株高，均以0、5 cm處理顯著高于其他處理，表明無犁底層或者犁底層厚度低于5 cm時有利于玉米的生長發育和產量提升。犁底層厚度的增大，土壤耕層含水量飽和以后下滲降低，貯水量減少，影響作物生長發育。犁底層具有土壤顆粒排列緊密、容重大等特點［18 ］，犁底層改變了土壤結構等物理特性，且主要影響作物根系的生長發育［19 - 21 ］。鄭存德［22 ］對遼寧棕壤玉米田調研發現，產量大于 11.25 t/hm2的玉米田，90%地塊犁底層厚度為 7～10 cm。本研究表明，隨耕層加深，各處理的土壤緊實度逐漸增大，然而，在土層深度20.0 cm時，犁底層厚度5 cm處理的土壤緊實度相對于其他處理小；在土層深度30.0～50.0 cm，犁底層厚度0、5 cm處理的土壤緊實度均小于其他處理。上述結果說明耕層無犁底層或者犁底層厚度小于5 cm的土壤相對疏松，有利于作物根系的穿透，以及汲取水分、礦質營養等資源。

本研究表明，玉米收獲后耕層20.0 cm、犁底層厚度5 cm處理的玉米株高較未擾動的自然土壤（CK）顯著提高2.17%，犁底層厚度0 cm處理較未擾動的自然土壤顯著提高4.36%。說明犁底層厚度小于10 cm有利于玉米生長發育。犁底層厚度0 cm處理的玉米籽粒產量最高，均顯著高于其他處理，較未擾動的自然土壤顯著增加15.92%；生物產量也最高，較未擾動的自然土壤顯著增加6.02%。從籽粒、生物產量看出，犁底層厚度在≤5 cm時更適宜玉米的生長發育。0～7.5 cm土層深度各處理的土壤緊實度均高于未擾動的自然土壤，10.0～35.0 cm土層深度各處理的土壤緊實度均低于未擾動的自然土壤。綜合比較，犁底層厚度小于10 cm且緊實度在700 kPa左右的土壤適宜玉米生長。

參考文獻：

［1］ 霍? ?琳，王成寶，楊思存，等.? 甘肅引黃灌區玉米茬耕層土壤狀況調查［J］.? 甘肅農業科技，2019（10）：51-56.

［2］ 霍? ?琳，楊思存，王成寶，等.? 耕作方式對甘肅引黃灌區灌耕灰鈣土團聚體分布及穩定性的影響［J］.? 應用生態學報，2019，30（10）：3463-3472.

［3］ 劉國利，崔雙雙，孫澤強，等.? 深松深度對魯西南土壤耕層理化性狀和作物產量的影響［J］.? 山東農業科學，2021，53（2）：71-78.

［4］ 蒲? ?境，史東梅，婁義寶，等.? 不同耕作深度對紅壤坡耕地耕層土壤特性的影響［J］.? 水土保持學報，2019，33（5）：8-14.

［5］ 童文杰.? 不同耕作深度對土壤物理性狀及烤煙根系空間分布特征的影響［J］.? 中國生態農業學報，2016，24（11）：1464-1472.

［6］ 楊? ?越，李? ?蕊，李彥生，等.? 黑土不同耕層厚度對玉米根系形態空間分布及其產量的影響［J］.? 玉米科學，2019，27（1）：97-103.

［7］ 王成寶，溫美娟，楊思存，等.? 耕作方式對灌耕灰鈣土耕層物理性質和玉米產量的影響［J］.? 干旱地區農業研究，2022，40（3）：170-177.

［8］ 溫美娟，楊思存，王成寶，等.? 深松和秸稈還田對灌耕灰鈣土團聚體特征的影響［J］.? 干旱地區農業研究，2020，38（2）：78-85.

［9］ 張? ?琦，王? ?浩，王淑蘭，等.? 深松輪耕模式對黃土旱塬春玉米土壤理化性質和作物產量的影響［J］.? 應用生態學報，2020，31（2）：459-466.

［10］ KOUREH K H， ASGARZADEH H， MOSADDEGHI R M， et al. Critical Values of Soil Physical Quality Indicators Based on Vegetative Growth Characteristics of Spring Wheat（Triticum aestivum L.）［J］.? Journal of Soil Science and Plant Nutrition， 2020， 20（3）： 493-506.

［11］ HARASIM E， ANTONKIEWICZ J， KWIATKOWSKI A C.? The Effects of Catch Crops and Tillage Systems on Selected Physical Properties and Enzymatic Activity of Loess Soil in a Spring Wheat Monoculture［J］.? Agronomy， 2020， 10（3）： 334.

［12］ QING S， WU S， ZIXUAN Z， et al. Soil compaction and maize root distribution under subsoiling tillage in a wheat maize double cropping system［J］.? Agronomy， 2023， 13（2）： 394.

［13］ SAIIN S S， ISMAIL F M， ISMAIL R， et al.? Effect of Different Soil Types and Plant Densities on Growth Dynamic and Yield of Sweet Corn（Zea mays L.） in Peninsular Malaysia［J］.? Asian Journal of Soil Science and Plant Nutrition， 2023， 9（1）： 1-20.

［14］ T M G， TOMASZ H， ANNA M， et al.? Effect of soil drought on growth and yield of maize （Zea mays L.） hybrids grown under compacted soil［J］.? Journal of Agronomy and Crop Science， 2022， 209（2）： 300-315.

［15］ 鄭洪兵，鄭金玉，羅? ?洋，等.? 農田不同耕層構造對玉米生長發育及產量的影響［J］.? 干旱地區農業研究，2015，33（5）：41-45.

［16］ 翟? ?振，李玉義，郭建軍，等.? 耕深對土壤物理性質及小麥－玉米產量的影響［J］.? 農業工程學報，2017，33（11）：115-123.

［17］ 宋? ?日，吳春勝.? 打破犁底層對玉米根系生長發育的影響［J］.? 耕作與栽培，2000（5）：6-7.

［18］ 劉緒軍，榮建東.? 深松耕法對土壤結構性能的影響［J］.? 水土保持應用技術，2009（1）：9-11.

［19］ 羅? ?洋，鄭金玉，鄭洪兵，等.? 不同耕層結構對玉米生長發育的影響［J］.? 玉米科學，2014，22（2）：113-116.

［20］ 劉? ?爽，嚴昌榮，何文清，等.? 不同耕作措施下旱地農田土壤呼吸及其影響因素［J］.? 生態學報，2010，30（11）：2919-2924.

［21］ 翟? ?振，李玉義，逄煥成，等.? 黃淮海北部農田犁底層現狀及其特征［J］.? 中國農業科學，2016，49（12）：2322-2332.

［22］ 鄭存德.? 土壤物理性質對玉米生長影響及高產農田土壤物理特征研究［D］.? 沈陽：沈陽農業大學，2012.