濱海鹽堿地麥玉周年松旋耕作比較研究

摘要：為探明濱海鹽堿地冬小麥—夏玉米周年生產(chǎn)中適宜的基礎耕作方式，于2023年在山東省濱州市無棣縣小泊頭鎮(zhèn)，以當?shù)刈畛Ｒ娚钏尚⑿麅煞N耕作方式為試驗對象，研究分析不同耕作方式對土壤含鹽量和冬小麥—夏玉米光合性能及周年產(chǎn)量的影響。結果表明：小麥季旋耕方式下，耕層土壤含鹽量降低，冬小麥群體光合速率顯著提高，產(chǎn)量達7.62 t/hm²；玉米季深松旋耕方式下，耕層土壤含鹽量降低，夏玉米穗位葉光合速率顯著提高，產(chǎn)量達8.24 t/hm²。

關鍵詞：濱海鹽堿地； 冬小麥； 夏玉米； 深松； 旋耕； 光合性能

中圖分類號：S512.1；S513 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）05-0049-05

土壤鹽堿化對全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和可持續(xù)發(fā)展構成嚴重威脅。鹽堿化會破壞土壤結構，導致土壤退化，據(jù)統(tǒng)計全球每年約有1 000.00萬hm²灌溉土地因鹽堿問題被廢棄。受鹽堿化影響的國家和地區(qū)主要位于干旱和半干旱氣候區(qū)，這些地方降雨少、蒸發(fā)量大，極易導致土壤鹽堿化。受全球變暖導致的蒸發(fā)量增加及海平面上升影響，預計將增加全球尤其是濱海地區(qū)土壤鹽堿化風險[1]。我國鹽堿地面積為3670.00萬hm²，具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的占33.51%，其中18.17%可以用作耕地[2]。對這部分鹽堿地進行開墾和改良，能夠有效擴大土地利用面積，確保國家糧食安全。山東省濱海鹽堿地面積為58.56萬hm²，占山東省鹽堿地總面積的98.00%[3]，濱海鹽堿地改良在山東省鹽堿地改良利用工作中具有舉足輕重的地位。退海后形成的濱海鹽堿地的顯著特點是地下水位高，冬春季降水量小、蒸發(fā)量大，極易引起鹽分在土壤表層積聚，而夏秋季降水量大，表土鹽分隨水分向地下淋溶，從而造成鹽堿化程度隨季節(jié)變化。

耕作方式可以直接改變耕作層土壤物理性質，如土壤結構、土壤水氣分布狀況等，從而顯著影響作物產(chǎn)量。研究表明，在常規(guī)農(nóng)田中，不同耕作方式對土壤理化性質和作物生長發(fā)育的改善效果具有顯著差異；值得注意的是，在大田水分移入量相同情況下，不同耕作方式下土壤水分含量不同[4]。研究分析不同耕作方式對濱海鹽堿地土壤含鹽量和冬小麥—夏玉米光合性能及周年產(chǎn)量的影響，以期為濱海鹽堿地篩選適宜的耕作方案提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

田間試驗于2023年在山東省濱州市無棣縣小泊頭鎮(zhèn)（38°02′N，117°36′E）進行。試驗地位于北溫帶大陸性季風氣候區(qū)。常年平均氣溫13.25 ℃，年均降雨量463.80 mm，年均日照時數(shù)4 443.88 h。土壤鹽分類型以NaCl 為主。播種前，0～20 cm 土層含鹽量2.34 g/kg，pH值8.12；20～40 cm土層含鹽量2.23 g/kg，pH值8.23。試驗期間地下水位深度1.0～2.5m。

室內(nèi)試驗在山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物水分生理與抗旱種質改良重點實驗室進行。

1.2供試品種

冬小麥：太麥198；夏玉米：萬盛69。

1.3試驗設計

試驗以不同耕作方式設置2個處理：深松旋耕耕作（處理S）和旋耕耕作（處理R）。為避免小麥和玉米周年生產(chǎn)中不同耕作方式產(chǎn)生交互效應，小麥季與玉米季的試驗在相同地塊的不同區(qū)域進行。每個處理設置3次重復，隨機排列，共12個小區(qū)，每個小區(qū)面積600 m²，小區(qū)四周設1層保護行。小麥季播種密度275 kg/hm²，施用腐殖酸控釋肥（N-P₂O₅-K₂O：18-20-4）600 kg/hm²，種肥同播；于冬小麥拔節(jié)期施用尿素315 kg/hm²，于拔節(jié)期、灌漿期進行灌溉，灌溉量120 mm。玉米季種植密度67500株/hm²，施用控釋復合肥（N-P₂O₅-K₂O：25-12-5）750 kg/hm²，種肥同播；其他管理措施與當?shù)剞r(nóng)田相同。

1.4測定指標及方法

1.4.1土壤含鹽量 使用電導率儀（DDSJ-308）測定土壤樣品的電導率（EC_1∶5），并建立含鹽量與電導率回歸方程。

1.5數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Office 2019軟件處理數(shù)據(jù)；利用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析；采用LSD法進行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較（Plt;0.05），以平均數(shù)±標準誤差方式表示結果。

2結果與分析

2.1不同耕作方式對土壤含鹽量的影響

不同耕作方式下冬小麥—夏玉米的土壤含鹽量測定結果見表1。

由表1可知，小麥季隨著生育時期推進，土壤含鹽量逐漸升高，深松旋耕土壤含鹽量升高幅度大于旋耕；深松旋耕拔節(jié)期至完熟期土壤含鹽量平均升高了12.30%，旋耕平均升高了10.71%；值得注意的是，完熟期旋耕土壤含鹽量顯著低于深松旋耕。玉米季隨著生育時期推進，土壤含鹽量逐漸降低，深松旋耕土壤含鹽量降低幅度大于旋耕；深松旋耕拔節(jié)期至完熟期土壤含鹽量平均下降了36.41%，旋耕平均下降了25.15%；值得注意的是，灌溉期、完熟期深松旋耕土壤含鹽量顯著低于旋耕。

2.2不同耕作方式對葉面積指數(shù)的影響

不同耕作方式下冬小麥—夏玉米的葉面積指數(shù)測定結果見表2。

由表2 可知，小麥季葉面積指數(shù)呈單峰曲線變化，在開花期達到最大值；各生育時期旋耕葉面積指數(shù)均高于深松旋耕，灌漿期旋耕葉面積指數(shù)顯著高于深松旋耕。玉米季葉面積指數(shù)在開花期達到最大值；各生育時期深松旋耕葉面積指數(shù)均顯著高于旋耕，平均提高了7.22%。

2.3不同耕作方式對光合速率的影響

不同耕作方式下冬小麥的群體凈光合速率和夏玉米的氣體交換參數(shù)測定結果見表3。

由表3可知，小麥季群體凈光合速率呈單峰曲線變化，在開花期達到最大值；各生育時期旋耕群體凈光合速率均高于深松旋耕，其中開花期與灌漿期旋耕群體凈光合速率顯著高于深松旋耕。玉米季穗位葉凈光合速率在開花期達到最大值，各生育時期深松旋耕穗位葉凈光合速率均顯著高于旋耕，平均提高了16.04%；穗位葉葉片氣孔導度在開花期達到最大值，各生育時期深松旋耕葉片氣孔導度均顯著高于旋耕，平均提高了15.43%；穗位葉葉片胞間CO₂濃度在完熟期達到最大值，各生育時期深松旋耕葉片胞間CO₂濃度均顯著低于旋耕，平均降低了10.52%。

2.4不同耕作方式對冬小麥—夏玉米產(chǎn)量的影響

不同耕作方式下冬小麥—夏玉米的產(chǎn)量及其構成要素測定結果見表4。

由表4 可知，冬小麥旋耕產(chǎn)量顯著高于深松旋耕，增加了4.24%；旋耕穗粒數(shù)與千粒質量均高于深松旋耕，但不同耕作方式間產(chǎn)量構成要素并無顯著差異。夏玉米深松旋耕產(chǎn)量顯著高于旋耕，增加了6.95%；深松旋耕產(chǎn)量提高主要歸因于穗粒數(shù)與千粒質量的顯著增加。

2.5冬小麥—夏玉米產(chǎn)量與各指標相關性分析

冬小麥與夏玉米各指標相關性分析結果如圖1所示。

由圖1可以看出，小麥季土壤含鹽量與冬小麥葉面積指數(shù)、群體凈光合速率、穗粒數(shù)、千粒質量和產(chǎn)量均呈顯著負相關關系；葉面積指數(shù)、群體凈光合速率、穗粒數(shù)、千粒質量、產(chǎn)量間均呈顯著正相關關系。玉米季土壤含鹽量與夏玉米葉面積指數(shù)、穗位葉凈光合速率、氣孔導度、公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質量、產(chǎn)量均呈顯著負相關關系；葉面積指數(shù)、穗位葉凈光合速率、氣孔導度、公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質量、產(chǎn)量間均呈顯著正相關關系。

3結論與討論

試驗結果表明：耕作方式顯著影響冬小麥群體凈光合速率與產(chǎn)量，顯著影響夏玉米葉面積指數(shù)、穗位葉凈光合速率與產(chǎn)量。小麥季旋耕土壤含鹽量低于深松旋耕，旋耕產(chǎn)量顯著高于深松旋耕；玉米季深松旋耕土壤含鹽量顯著低于旋耕，深松旋耕產(chǎn)量顯著高于旋耕。因此，在濱海鹽堿地作物生產(chǎn)中，小麥季進行旋耕耕作，玉米季進行深松旋耕耕作，可以顯著提高冬小麥—夏玉米周年產(chǎn)量。

在鹽堿地中，水鹽的變化嚴格遵循“鹽隨水來，鹽隨水去”的規(guī)律。深耕能夠有效打破犁底層，表現(xiàn)出更大的水力傳導率，增加土壤通氣透水性，易引起鹽堿地耕作層鹽分含量變化[5]。濱海鹽堿地土壤含鹽量呈現(xiàn)周年變化趨勢，小麥季隨著生育時期推進土壤含鹽量升高，玉米季隨著生育時期推進土壤含鹽量降低，這與季風氣候下雨熱同期有關。冬春季節(jié)蒸發(fā)降水比高，鹽分隨著土壤水分蒸發(fā)作用而集聚在土壤表層，造成耕作層土壤板結鹽堿化，不利于冬小麥生長。有研究表明，在雨季降雨量超過300mm或單次降雨量超過25mm時，會在0～40 cm土層產(chǎn)生明顯的鹽分淋洗效果[6]。夏秋季節(jié)降雨量大，充分的降水帶動鹽分向深層土壤淋溶，使得耕層土壤含鹽量降低。

與旋耕耕作相比，深松旋耕耕作可以打破犁底層，提高土壤透水能力，增強水分縱向運移。本試驗中，深松旋耕能夠顯著降低玉米季耕層土壤含鹽量，但其在小麥季的應用效果并不理想，與旋耕相比反而提高了土壤含鹽量。作物的光合性能與產(chǎn)量密切相關，而光合性能主要取決于凈光合速率、光合面積、光合時間[7]。鹽分脅迫通過降低作物光合速率、減小光合面積、縮短光合時間，使得作物葉片光合性能下降，導致產(chǎn)量降低[8-9]。本試驗中，不同耕作方式小麥季葉面積指數(shù)無顯著差異，但旋耕冬小麥群體凈光合速率顯著高于深松旋耕，土壤含鹽量降低通過提升光合速率增強了冬小麥的光合性能；玉米季穗位葉胞間CO₂ 濃度變化趨勢與光合速率和氣孔導度相反，說明在夏玉米各生育時期影響光合作用的因素為非氣孔因素[10]，深松旋耕各生育時期提高光合速率的原因是其減輕了鹽脅迫等非氣孔因素對光合作用的限制。小麥季旋耕耕作與玉米季深松旋耕耕作均通過提升光合性能而顯著提高了產(chǎn)量。

面積廣大的濱海鹽堿地作為我國重要的后備土地資源，具有較大的生產(chǎn)潛力和經(jīng)濟價值，其合理開發(fā)利用是緩解耕地資源緊張、保障糧食安全的重要途徑。本試驗從土壤含鹽量及冬小麥—夏玉米光合性能角度研究深松旋耕與旋耕方式對濱海鹽堿地麥玉周年產(chǎn)量的影響，今后可進一步開展對冬小麥—夏玉米周年生產(chǎn)中不同耕作方式交互效應的研究。