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深松耕作和不同灌水量對(duì)通遼蘇打鹽堿地土壤理化性狀和玉米產(chǎn)量的影響

2024-04-08 13:10:32王本龍周春生海珍婁雨欣
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2024年3期

王本龍 周春生 海珍 婁雨欣

摘要:為解決通遼蘇打鹽堿地土壤耕層變淺、理化性狀惡化、產(chǎn)量低下等問(wèn)題,基于通遼市科左中旗鹽堿試驗(yàn)地,設(shè)置僅旋耕+2 100 m3/hm2灌水量(CK)、深松+1 500 m3/hm2灌水量(A1)、深松+2 100 m3/hm2灌水量(A2)、深松+2 700 m3/hm2 灌水量(A3)4組處理,比較深松耕作和不同灌水量對(duì)于通遼蘇打鹽堿地土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率、全鹽量及玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明,相較于傳統(tǒng)旋耕,深松耕作能夠打破犁底層,播種前20~40 cm土層中,A1、A2、A3處理的土壤含水量較CK分別增加了-14.41%、23.42%、37.84%;收獲后0~5、5~10、10~20 cm土層中,A2和A3處理的土壤pH值較CK分別降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%,而A1處理較CK明顯升高;收獲后0~5、5~10、10~20 cm土層中,A1、A2、A3處理的電導(dǎo)率較CK明顯降低,多數(shù)差異達(dá)顯著水平(P<0.05);收獲后0~40 cm土層中,A1、A2、A3處理的全鹽量較CK明顯降低,多數(shù)差異達(dá)顯著水平;在玉米的產(chǎn)量構(gòu)成要素中,A1、A2、A3處理的穗長(zhǎng)、十穗鮮質(zhì)量、穗周長(zhǎng)、軸質(zhì)量、縱向籽粒數(shù)、百粒鮮質(zhì)量、百粒干質(zhì)量和玉米產(chǎn)量較CK均有明顯提升,其中以玉米產(chǎn)量提升最為顯著,較CK分別提升了32.12%、27.98%、63.18%。深松耕作能夠有效打破土壤犁底層,配合合理灌水量能夠顯著降低耕作層土壤鹽分,同時(shí)大幅提升玉米產(chǎn)量。綜上所述,深松耕作配合 2 700 m3/hm2 灌溉量(A3)為本試驗(yàn)鹽堿地玉米種植的適宜處理。對(duì)于合理確定通遼鹽堿地深松方案具有一定技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞:深松耕作;蘇打鹽堿地;玉米產(chǎn)量;灌水量

中圖分類號(hào):S156.4;S513.04? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1002-1302(2024)03-0247-07

蘇打鹽堿地作為一種中低產(chǎn)農(nóng)田,在對(duì)生態(tài)造成嚴(yán)重影響的同時(shí),也遏制了農(nóng)村農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。土壤鹽堿化使得土壤的理化性狀發(fā)生惡化,致使土壤板結(jié)[1]、滲透性差[2]、水鹽運(yùn)動(dòng)受阻[3]。大片土地因此荒廢無(wú)法種植作物,嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,因此,如果能夠找出有效的治理措施,將大大緩解農(nóng)業(yè)用地壓力和促進(jìn)農(nóng)村農(nóng)業(yè)發(fā)展。深松作為保護(hù)性耕作的關(guān)鍵措施,可以增強(qiáng)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,改善土壤緊實(shí)度[4],提升水分利用效率以及土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[5],提升土壤生產(chǎn)力[6]。深松是構(gòu)建合理耕層結(jié)構(gòu)的有效改良技術(shù),鄭培峰等研究發(fā)現(xiàn),40 cm深松可以明顯提升土壤水分含量,延長(zhǎng)綠葉期[7];齊鵬等研究發(fā)現(xiàn),深松耕作能顯著提升地上生物量,同時(shí)顯著降低根、葉的氮磷比[8];焦鳳麗研究發(fā)現(xiàn),深松35 cm結(jié)合拔節(jié)期灌溉60 mm處理可明顯提升華北平原冬小麥碳排放效率和水分利用效率[9]。張凱等研究發(fā)現(xiàn),相較于常規(guī)旋耕,深松處理使0~40 cm土層平均土壤容重降低5.0%,土壤孔隙度增加6.9%,田間持水量增加6.2%,飽和含水量增加6.2%[10]。表明深松耕作可以有效改善土壤性狀,并提升水分利用效率。通遼蘇打鹽堿地存在土壤結(jié)構(gòu)差、高pH值、高鹽含量等問(wèn)題,玉米因?yàn)榫哂幸欢ǖ哪望}堿性,成為了當(dāng)?shù)氐闹饕魑铮嵌嗄赀B作和傳統(tǒng)旋耕導(dǎo)致玉米產(chǎn)量連年下降。本試驗(yàn)通過(guò)與常規(guī)旋耕相比,研究深松耕作和不同灌水量對(duì)通遼蘇打鹽堿地土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率、全鹽量的影響,因地制宜地探尋出一種適合當(dāng)?shù)氐纳钏筛髂J剑瑢?shí)現(xiàn)土壤的良性生產(chǎn),改善蘇打鹽堿地的土壤性狀,提升玉米產(chǎn)量,增加農(nóng)民收入,為深松耕作在蘇打鹽堿地上的改良提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科左中旗花吐古拉鎮(zhèn)三家子村,屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,四季分明。春季回暖快,多風(fēng)沙;夏季雨熱同步,雨量集中;秋季短促,降溫快;冬季干冷漫長(zhǎng)。地理坐標(biāo)為122°08′59″E,43°49′51″N,高程178.444 m,全年日照時(shí)數(shù)2 891.7 h,年平均降水量269.7 mm,年平均蒸發(fā)量 2 027 mm,年平均氣溫為5.6 ℃。試驗(yàn)區(qū)土壤基本理化性質(zhì)詳見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)(表2),試驗(yàn)區(qū)總面積為 7 000 m2。CK、A1、A2、A3試驗(yàn)小區(qū)面積分別為252.0、927.3、1 816.7、1 149.3 m2。耕作前施底肥:腐熟牛糞5 m3/667 m2、硅肥15 kg/667 m2、腐殖酸15 kg/667 m2、尿素40 kg/667 m2、磷酸二銨 40 kg/667 m2。耕作方式為深松,耕作深度為 40 cm。深松耕作后進(jìn)行聯(lián)合整地整平。試驗(yàn)玉米品種為京科969,大小壟種植,大壟寬80 cm、小壟寬40 cm,于2019年4月20日播種,種植密度 5 000 株/667 m2,在2019年10月14日收獲,結(jié)合內(nèi)蒙古自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)DB15/T 1382—2018《露地玉米淺埋滴灌技術(shù)規(guī)程》,按生育期進(jìn)行設(shè)計(jì)灌水次數(shù)及灌溉定額,灌溉制度詳見(jiàn)表3。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

分別在玉米播前、生育期、收獲后使用土鉆進(jìn)行取樣,取樣點(diǎn)布置在垂直滴灌帶方向上,距滴灌帶中心15 cm處,取樣點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)處理小區(qū)的中央。取樣深度為0~40 cm,縱向間隔為0~5、5~10、10~20、20~40 cm。取樣后帶到內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)試驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)。室內(nèi)主要測(cè)定土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率、全鹽量。利用烘干法測(cè)定土壤含水量[11]。用PHS-3C型pH計(jì)測(cè)定pH值;用DDSJ-308A電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率;用殘?jiān)娓煞y(cè)定可溶性全鹽含量[12]。玉米產(chǎn)量測(cè)定時(shí),成熟期在各小區(qū)中心5 m×5 m的區(qū)域采樣用于考種,考查穗長(zhǎng)、穗鮮質(zhì)量、穗周長(zhǎng)、軸質(zhì)量、縱向籽粒數(shù)、橫向籽粒數(shù)、百粒鮮質(zhì)量、百粒干質(zhì)量。各試驗(yàn)小區(qū)按實(shí)收穴數(shù)計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和Origin 2022等軟件進(jìn)行分析處理,用IBM SPSS Statistics 27.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松和灌水量對(duì)土壤含水量的影響

由表4可知,深松耕作和不同灌水量對(duì)土壤含水量有明顯影響。深松耕作后土壤容積質(zhì)量降低,增加了土壤孔隙,土壤疏松透氣,土壤含水量也隨之發(fā)生變化。種植前,深松耕作后土壤疏松犁底層被打破,表層0~20 cm土層的土壤水分失墑?shì)^快。0~5 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低66.67%、89.08%、89.66%;5~10 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低72.22%、50.00%、47.22%;10~20 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低87.78%、90.00%、84.44%;20~40 cm土層土壤含水量較CK分別提高-14.41%、23.42%、37.84%;深松處理與CK相比,播種前0~40 cm土層的土壤含水量均達(dá)到顯著差異水平。收獲后,不同深松灌水量處理相較于CK呈現(xiàn)不同變化,0~5 cm 土層土壤含水量較CK分別提升1.89%、-28.3%、5.66%;5~10 cm土層土壤含水量較CK分別提升-6.50%、-8.94%、4.07%;10~20 cm土層土壤含水量較CK分別提升-10.21%、-5.11%、5.11%;20~40 cm土層土壤含水量較CK分別提升-21.42%、-27.97%、1.79%。播種前深松耕作有效打破了土壤犁底層,表層土壤水分能夠滲入深層土壤,鹽分隨著水分向深層土壤運(yùn)移,有利于土壤進(jìn)行排堿脫堿。收獲后,CK在0~40 cm土層的土壤含水量明顯高于A1和A2處理(0~5 cm土層的A1處理除外),原因可能是在同等灌水量下,深松耕作打破了土壤犁底層,土壤疏松多孔,水分向更深層土壤滲入,同時(shí)玉米植株發(fā)育成熟,所需水分增加。

2.2 深松和灌水量對(duì)土壤pH值的影響

圖1為整個(gè)生育期內(nèi)不同處理0~5、5~10、10~20、20~40 cm土層的土壤pH值變化,由圖1可以看出,在出苗期(4月27日),CK在0~40 cm土層的土壤pH值明顯高于深松處理;不同處理0~40 cm土層的土壤pH值在生育期結(jié)束時(shí)基本都小于生育期開(kāi)始時(shí)。圖2為收獲后不同處理土壤pH值變化,由圖2可知,A2、A3處理較CK不同程度地降低了土壤pH值,收獲后0~20 cm的土層中,A1處理的pH值較CK有明顯提升,增幅分別為1.51%、1.42%、0.83%,A1處理的pH值峰值集中在0~5 cm土層中,可能是A1處理灌水量較低,為1 500 m3/hm2,較低的灌水量沒(méi)有多余的水分將鹽分向深層運(yùn)移,因此鹽堿在該層間聚集,導(dǎo)致該土層pH值較高。0~10 cm土層中,A2、A3處理的土壤pH值均顯著低于CK,A2、A3處理在0~20 cm土層的pH值較CK分別降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%,說(shuō)明深松耕作搭配合理灌水量可顯著降低耕層土壤pH值。

2.3 深松和灌水量對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響

圖3為整個(gè)生育期不同處理0~5、5~10、10~20、20~40 cm土層土壤電導(dǎo)率的變化,由圖3可以看出,CK、A2處理、A3處理各土層在生育期間內(nèi)電導(dǎo)率相對(duì)較均勻,差異較小。圖4為收獲后不同處理土壤電導(dǎo)率的變化,由圖4可知,深松耕作處理較對(duì)照不同程度降低了0~40 cm 土層的土壤電導(dǎo)率。0~20 cm土層中,A1、A2、A3處理的土壤電導(dǎo)率均顯著低于CK。深松處理搭配合理灌水量可有效降低土壤電導(dǎo)率,0~40 cm 土層土壤平均電導(dǎo)率表現(xiàn)為CK>A1處理>A2處理>A3處理。A1、A2、A3處理在0~5 cm土層的土壤電導(dǎo)率較CK分別顯著降低66.87%、50.31%、55.62%,5~10 cm土層土壤電導(dǎo)率較CK分別顯著降低66.42%、50.92%、53.87%,10~20 cm 土層土壤電導(dǎo)率較CK分別顯著降低30.68%、34.47%、35.98%,20~40 cm土層土壤電導(dǎo)率較CK分別降低12.13%、27.81%、49.11%。

2.4 深松和灌水量對(duì)土壤全鹽量的影響

圖5為整個(gè)生育期不同處理0~5、5~10、10~20、20~40 cm土層土壤全鹽量變化,由圖5可以看出,在7月24日以后,深松耕作和對(duì)照旋耕呈現(xiàn)出2種不同的全鹽量變化趨勢(shì),對(duì)照旋耕呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì),深松耕作則呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì),深松耕作有效降低了生育期內(nèi)0~40 cm土層的土壤全鹽量(8月11日除外,可能是深松耕作取樣點(diǎn)為鹽斑所致)。圖6為收獲后不同處理土壤全鹽量變化,在 0~40 cm土層中,深松耕作處理較CK不同程度降低了0~40 cm土層全鹽量。0~40 cm土層中,A2、A3處理的土壤全鹽量與CK均達(dá)顯著差異水平,A1處理由于灌水量較低,鹽分堆積在 20~40 cm土層中,無(wú)法淋洗到更深層土壤。當(dāng)灌水量為 2 700 m3/hm2 時(shí),土壤0~40 cm土層全鹽量均在1.0 g/kg以下。深松處理搭配合理灌水量可以顯著降低土壤全鹽量,在0~40 cm土層中土壤平均全鹽量表現(xiàn)為CK>A1處理>A3處理>A2處理,A1、A2、A3處理在0~5 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低42.11%、94.74%、84.21%,在5~10 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低42.11%、81.58%、73.68%,在10~20 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低25.81%、74.19%、67.74%,在20~40 cm土層的土壤全鹽量較CK分別降低6.67%、63.33%、73.33%。

2.5 深松和灌水量對(duì)玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量組成因素的影響

在玉米收獲后,對(duì)玉米植株進(jìn)行了考種分析,由表5可知,在玉米產(chǎn)量的組成因素中,深松耕作和不同灌水量處理的十穗鮮質(zhì)量、穗周長(zhǎng)、縱向籽粒數(shù)、產(chǎn)量明顯提高。對(duì)玉米穗部分析可知,A2處理的穗長(zhǎng)最大(19.5 cm),其次是A1處理(18.3 cm),最后是A3處理(18.0 cm),均明顯高于CK,增幅分別為19.63%、12.27%、10.43%;A2處理的十穗鮮質(zhì)量最大(2.7 kg) 其次是A3處理(2.3 kg),最后是A1處理(2.1 kg),均明顯高于CK,增幅分別為50.00%、 27.78%、 16.67%;A2處理的穗周長(zhǎng)最大 (9.1 cm),A1、A3處理間差異不大,分別為8.6、8.5 cm,較CK分別顯著提升19.74%、13.16%、11.84%;A2處理的三軸質(zhì)量最大(106.4 g),其次是A3處理(105.6 g),最后是A1處理(100.6 g),較CK分別提升29.00%、28.00%、21.94%。對(duì)玉米籽粒分析可知,A2處理的縱向籽粒數(shù)最大(36粒/列),其次是A1處理(33粒/列),最后是A3處理(32粒/列),較CK分別提升33.33%、22.22%、18.52%;A2、A3處理的橫向籽粒數(shù)相同,均為16粒/行,A1處理的橫向籽粒數(shù)為 15粒/行,較CK分別提升14.29%、14.29%、7.14%;A1處理的百粒鮮質(zhì)量最大(47.0g),其次是A2處理(46.7 g),最后是A3處理(44.9 g),較CK分別提升9.81%、9.11%、4.91%;A2處理的百粒干質(zhì)量最大(39.8 g),其次是A1處理(38.2 g),最后是A3處理(35.8 g),較CK分別提升12.11%、7.61%、0.85%。從產(chǎn)量上看,A3處理的產(chǎn)量最高(1 021.7 kg/667 m2),其次是A1(827.2 kg/667 m2),最后是A2處理(801.3 kg/667 m2),均顯著高于CK,增產(chǎn)率分別為63.18%、32.12%、27.98%。

3 討論與結(jié)論

深松耕作可以降低耕層土壤容重和土壤緊實(shí)度,增加土壤總孔隙度,保持深層土壤水分[13],土壤含水量是反映土壤水分狀況的重要指標(biāo)[14]。崔文芳等研究發(fā)現(xiàn),深松配合秸稈還田能有效提升蓄水能力,4年間,土壤含水量年均增長(zhǎng)1.32%,土壤含水量比CK提升2.09%[15];高鵬等研究發(fā)現(xiàn),河套平原在秋季進(jìn)行深松且深松深度為50 cm時(shí)水分利用效率提升了29.63%[16]。本研究發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)深松配合2 700 m3/hm2灌水量時(shí)收獲后各土層的土壤含水量較常規(guī)旋耕有所提升,原因可能是通遼蘇打鹽堿地屬于較特殊的鹽堿土壤,表層(0~20 cm)土層的土壤為后天人為移植來(lái)的生土 而20~40 cm土層的土壤為鹽堿地,土壤板結(jié)嚴(yán)重,水分無(wú)法下滲,因此表層的土壤含水量較高,深松耕作打破了原有犁底層,增加了土壤的透水性和孔隙度,水分向深層的土壤滲透,因此表層的土壤水分失墑?shì)^快,只有在深松耕作配合大灌水量時(shí)才可以增加收獲后土壤含水量,這與其他研究結(jié)果[7,10]不完全一致。高鹽、高pH值的鹽堿地對(duì)于種子萌發(fā)和作物生長(zhǎng)有著鹽堿脅迫作用[17]。聶朝陽(yáng)等研究發(fā)現(xiàn),深松耕作協(xié)同物料添加可以顯著降低0~40 cm土層的土壤pH值,改善耕層土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)耕層土壤降堿排鹽[18];李瑞平研究發(fā)現(xiàn),與免耕相比,深松降低了10~30 cm土層的土壤pH值[19]。本研究也發(fā)現(xiàn),在同一灌水量條件下,深松(A2處理)與常規(guī)旋耕(CK)的土壤pH值在0~5、5~10 cm土層中均存在顯著差異,深松有效降低了土壤pH值,這與前人的研究結(jié)果[18-19]一致。土壤電導(dǎo)率是反映鹽堿化程度的一個(gè)綜合性參考指標(biāo),在一定濃度范圍內(nèi),水溶性含鹽量與電導(dǎo)率呈正相關(guān)[20]。本研究發(fā)現(xiàn),在深松耕作的條件下,收獲后當(dāng)灌水量小于常規(guī)旋耕處理時(shí),0~40 cm土層的土壤電導(dǎo)率仍明顯低于常規(guī)旋耕處理,表明深松耕作可以通過(guò)疏通土層,將鹽分排至耕作層以下,從而明顯降低土壤電導(dǎo)率,這與前人的研究結(jié)果[21-22]保持一致。土壤全鹽量作為衡量土壤鹽堿度的一個(gè)重要指標(biāo),全鹽量越高,土壤鹽堿化程度越嚴(yán)重[23]。Casas等研究發(fā)現(xiàn),阿根廷平原西北部的納特拉夸爾夫地區(qū)深松耕作能夠顯著降低0~30 cm土層的土壤電導(dǎo)率及全鹽量[24];夏婷等研究發(fā)現(xiàn),灌水定額2 700 m3/hm2+排鹽溝+深松耕模式全鹽和分鹽的淋洗效果最佳[25];本研究也發(fā)現(xiàn),在深松耕作條件下,當(dāng)灌水定額為2 700 m3/hm2時(shí),收獲后0~40 cm土層的土壤全鹽量均顯著低于常規(guī)旋耕處理,深松耕作能夠有效降低土壤全鹽量從而達(dá)到改良鹽堿地的目的。

前人關(guān)于深松耕作對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響做了大量研究。韓固等研究發(fā)現(xiàn),深松30~40 cm 覆蓋秸稈處理可改善土壤水熱狀況,實(shí)現(xiàn)馬鈴薯增產(chǎn)增收[26];Yu等研究發(fā)現(xiàn),深松耕作可以有效降低土壤容重,增加土壤孔隙度,進(jìn)而提高玉米的籽粒產(chǎn)量[27];Jiao等研究發(fā)現(xiàn),深松35 cm顯著提高了玉米的行粒數(shù)和千粒質(zhì)量,進(jìn)而提高了玉米的產(chǎn)量及葉片的水分利用效率[28]。本研究也發(fā)現(xiàn),深松耕作促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)發(fā)育,穗長(zhǎng)、穗鮮質(zhì)量和產(chǎn)量提高,其中深松配合2 700 m3/hm2灌水量處理下的產(chǎn)量提升最大,增幅達(dá)到63.18%。主要原因是深松耕作以后土壤變得疏松,土壤透水透氣性增加,鹽堿度降低,較大的灌水量也進(jìn)一步加快了鹽分的運(yùn)移,為玉米的生長(zhǎng)發(fā)育提供了有利條件。

因此,綜合上述討論可以得出以下結(jié)論:(1)在第1次收獲后的0~40 cm土層中,同為 2 100 m3/hm2 灌水量時(shí),深松耕作相較于旋耕,能夠顯著降低土壤的pH值和全鹽量,促進(jìn)蘇打鹽堿耕地脫堿排堿,改善土壤理化性狀。(2)深松耕作能夠促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育,提升通遼蘇打鹽堿地玉米產(chǎn)量。不同處理的玉米產(chǎn)量均明顯高于CK,尤其以A3處理最為明顯,產(chǎn)量顯著提升63.18%。綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù),考慮深松耕作及不同灌水量對(duì)鹽堿地土壤水鹽分布及玉米產(chǎn)量的影響,研究認(rèn)為在深松深度 40 cm 的條件下灌水2 700 m3/hm2比較適宜,既可淋洗鹽分至耕作層以下,亦可大幅提高玉米產(chǎn)量及節(jié)約當(dāng)?shù)厮Y源。

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