深松耕作與覆膜對西遼河蘇打鹽堿地土壤理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響

摘要：為提高西遼河蘇打鹽堿地土壤利用價值和玉米產(chǎn)量，探討深松耕作與覆膜對西遼河蘇打鹽堿地土壤理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響。以內(nèi)蒙古典型蘇打鹽堿地——通遼市科左中旗花吐古拉鎮(zhèn)為平臺開展2020年的田間定位試驗，設(shè)置傳統(tǒng)旋耕20 cm（CK）、傳統(tǒng)旋耕20 cm結(jié)合覆膜（CM）、深松耕作40 cm（SS）、深松耕作40 cm結(jié)合覆膜（SM）4種處理，分析不同處理對蘇打鹽堿地土壤耕層理化性質(zhì)和玉米產(chǎn)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)旋耕相比，深松耕作和覆膜措施均可以提高土壤持水能力、呼吸強度和硬度；降低土壤pH值、堿化度和全鹽量；同時，促進玉米生長發(fā)育，提升玉米產(chǎn)量。與CK相比，CM、SS和SM處理播種后20～40 cm土層的土壤含水量分別提高了40.7%、195.0%、206.8%，在5 min內(nèi)土壤CO₂積累量分別提高了353.7%、267.3%、501.3%，在7.5～20.0 cm土層的土壤硬度分別提高了4.0%～230.4%、33.5%～295.6%、49.0%～421.3%。與CK相比，3種處理0～40 cm土層的土壤，pH值分別降低了0.9%～1.6%、10.4%～12.4%、14.0%～17.0%，土壤堿化度分別降低了-31.6%～19.2%、7.7%～59.6%、5.1%～58.2%，土壤全鹽量分別降低了46.2%～63.6%、61.5%～81.5%、63.6%～92.6%。玉米產(chǎn)量分別提高了2.0%、19.2%、29.8%。在4種處理方式中，深松耕作配合覆膜措施（SM）的土壤理化性質(zhì)提高最為顯著，玉米產(chǎn)量最高，較CK提高29.8%。因此，深松耕作配合覆膜措施能夠顯著改善西遼河蘇打鹽堿地土壤的理化性質(zhì)，為玉米生長發(fā)育提供良好的生長環(huán)境。

關(guān)鍵詞：深松；覆膜；鹽堿地；玉米；土壤理化性質(zhì)

中圖分類號：S156.4；S513.04" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）19-0252-07

收稿日期：2023-09-16

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)廳項目（編號：202076）；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金（編號：2022MS07008、2021MS05017、2019MS04020、2020MS05018、2020BS03001）；內(nèi)蒙古自治區(qū)直屬高校基本科研業(yè)務(wù)費項目（編號：NCYWZ22009）；內(nèi)蒙古財經(jīng)大學(xué)課題（編號：JXYB1922）。

作者簡介：王本龍（1997—），男，安徽當涂人，碩士研究生，主要從事沙化耕地及鹽堿地改良修復(fù)研究。E-mail：878423846@qq.com。

通信作者：周春生，博士，教授，主要從事土壤污染防治及膨潤土應(yīng)用技術(shù)方面的教學(xué)研究工作。E-mail：zhouchunsheng121@163.com。

西遼河平原作為我國重要的玉米產(chǎn)區(qū)^［1］。自開墾以來，存在種植作物單一且連作頻繁等現(xiàn)象，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變差，生產(chǎn)能力降低，土地生產(chǎn)效益減弱^［2-3］。因此，如何保護西遼河平原，提高鹽堿地耕地質(zhì)量，成為亟待解決的首要問題。深松耕作能夠有效降低土壤容重，增加孔隙度，有效打破土壤犁底層，改善耕作層土壤結(jié)構(gòu)^［4-6］。地膜覆蓋具有保溫、保濕的能力，能夠有效減少水分蒸發(fā)，促進土壤水分堆積，提高土壤含水量，從而提高水分利用效率促進作物增產(chǎn)^［7-9］。Han等研究發(fā)現(xiàn)，在寧夏南部干旱區(qū)，深松30 cm結(jié)合秸稈覆蓋下的馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟效益分別較傳統(tǒng)旋耕提高了84.6%和107.9%^［10］。Wei等發(fā)現(xiàn)，在華北平原深松耕作相較于旋耕，有效改善了冬小麥土壤水分條件、產(chǎn)量和作物水分生產(chǎn)率^［11］。張姚等研究發(fā)現(xiàn)，覆膜能夠有效提高小麥花后旗葉的抗氧化酶活性和干物質(zhì)積累^［12］。張麗華等發(fā)現(xiàn)在普通地膜覆蓋下，相較于無覆膜在玉米生育期內(nèi)土壤貯水量和土壤溫度明顯提高，4年來玉米平均增產(chǎn)8.59%^［13］。深松耕作能夠增加耕作層厚度，構(gòu)建合理耕層^［14-15］；覆膜能夠調(diào)節(jié)土壤水熱條件^［16］。以往研究多側(cè)重單一耕作方式或覆蓋措施對于土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響，本次研究將深松耕作與覆膜進行結(jié)合，這對于進一步挖掘西遼河平原玉米產(chǎn)量的潛力有重要作用。本研究以改善土壤理化性質(zhì)和提高玉米產(chǎn)量為目標，探索西遼河平原玉米高產(chǎn)的最佳耕作和覆膜模式，以期實現(xiàn)土壤的良性生產(chǎn)，為鹽堿地玉米穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供理論參考依據(jù)。

1 研究地區(qū)與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年在內(nèi)蒙古通遼市科左中旗旗花吐古拉鎮(zhèn)三家子村（122°08′59″E，43°49′51″N）進行。該區(qū)域?qū)儆诟珊蛋敫珊档貐^(qū)，年降水量305～485 mm，降雨分布不均，年降水的70%集中在6—8月。平均海拔178.44 m，年均氣溫5.5 ℃，年日照時數(shù)2 868～3 111 h，無霜期為140～160 d，土壤類型以黑鈣土、栗鈣土為主?；A(chǔ)土樣0～40 cm土層含鹽量1.65%，pH值為9.6，電導(dǎo)率205.0 μS/cm，有機質(zhì)含量1.23%，堿解氮含量65.14 mg/kg，速效磷含量 4.2 mg/kg，速效鉀含量74.9 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020年4—9月期間進行，試驗共設(shè)置4個處理（表1），分別為深松耕作40 cm（SS）和深松耕作40 cm結(jié)合覆膜處理（SM），對照為傳統(tǒng)旋耕20 cm（CK）和傳統(tǒng)旋耕20 cm結(jié)合覆膜（CM）。每個小區(qū)面積為0.104 hm₂，保苗密度為 7.5萬株/hm₂，各處理田間管理均一致。肥料為有機肥75 m₃/hm₂，尿素600 kg/hm₂，硅肥、腐殖酸 225 kg/hm₂，試驗所選玉米品種為京科969，于2020年4月20日播種，2021年9月27日收獲。收獲期測產(chǎn)，監(jiān)測實驗室測定土壤理化性質(zhì)。

1.3 樣品采集與測定

按“S”形取樣法，春播后和收獲后在各小區(qū)取土樣，取樣深度為0～5、5～10、10～20、20～40 cm共4層。土壤含水量采用烘干法測定，土壤pH值采用PHS-3C型pH計測定，土壤呼吸采用SRS-SD1000土壤呼吸儀測定，土壤硬度采用SC 9000土壤硬度計測定，土壤電導(dǎo)率采用DDSJ-308A電導(dǎo)儀測定，土壤堿化度采用計算法得出，土壤全鹽量采用質(zhì)量法測定。在玉米收獲后，按小區(qū)進行測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和Origin 2022進行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用IBM SPSS Statistics進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松耕作與覆膜對土壤含水量的影響

由表2可知，深松耕作與覆膜措施對玉米播種后和收獲后0～40 cm土層土壤含水量均有顯著影響（Plt;0.05）。在播種后，土壤深松處理后犁底層被打破，0～40 cm土壤層松軟，透水透氣性優(yōu)良，表層土壤失水加快，水分向更深層滲透。表層（5～10 cm）土壤含水量較CK顯著降低，SS較CK在0～5 cm土層的土壤含水量降低了60.6%，在5～10 cm土層降低了56.5%。深層土壤含水量較CK顯著提高（Plt;0.05），SS較CK在10～20 cm土層的土壤含水量提高了35.1%，在20～40 cm土層提高了194.9%。因此，深松耕作有效提高了20～40 cm土層的土壤含水量，有利于鹽分向深層運移。在收獲后，SS在 0～40 cm土層的土壤含水量低于CK，原因可能是在深松處理下的玉米發(fā)育較好，植株和根系所需水分更多及土壤疏松多孔水分向更深層土壤滲入。在覆膜措施下，播種后CM較CK和SM較SS在0～40 cm 土層的土壤含水量分別提高了23.2%～42.4%、4.0%～53.3%；收獲后CM較CK和SM較SS在 0～40 cm土層的土壤含水量分別提高了0.9%～24.4%、3.5%～14.3%。表明覆膜能有效改善土壤的水熱條件，提高土壤含水量，增加土壤持水性能。

2.2 深松耕作與覆膜對土壤呼吸的影響

由圖1可知，深松耕作和覆膜措施不同程度提高了土壤CO₂積累量及土壤呼吸速率，由其線性擬合函數(shù)（表3）可知，CK的擬合函數(shù)的斜率最小，SM的擬合函數(shù)的斜率最大，不同處理的CO₂積累量線性擬合函數(shù)的相關(guān)系數(shù)均gt;0.94，相關(guān)性較高。在5 min內(nèi)，土壤CO₂積累量的表現(xiàn)趨勢為SMgt;SSgt;CMgt;CK。其中，在深松耕作和覆膜的交互作用下，土壤CO₂積累量最大，達415.5 mg/m₃。在深松耕作下，SS和SM在5 min內(nèi)土壤CO₂積累量分別較CK提高了267.3%、501.3%。在覆膜條件下，CM較CK和SM較SS在5 min內(nèi)土壤CO₂積累量分別提高了353.7%、63.7%。深松耕作和覆膜措施不同程度提高了土壤的透氣性，土壤呼吸性能增強，更有利于作物生長。

2.3 深松耕作與覆膜對土壤硬度的影響

由圖2可知 深松耕作和覆膜措施均有效改變了0～40 cm土層的土壤硬度。在0～5 cm的土層中，傳統(tǒng)旋耕下的土壤表層出現(xiàn)板結(jié)，表層結(jié)皮堅硬，土壤硬度較深松耕作和覆膜措施顯著提高。傳統(tǒng)旋耕的作業(yè)深度為20 cm，無法打破犁底層。20～40 cm土層土壤堿化層滲透系數(shù)低，透水透氣性差，土壤分層嚴重。在7.5～20 cm土層中，傳統(tǒng)旋耕下的土壤水分堆積無法下滲，土壤硬度顯著低于深松耕作和覆膜措施處理，CM、SS和SM的土壤硬度較CK分別提高了4.0%～230.4%、33.5%～295.6%、49.0%～421.3%。深松耕作和覆膜措施均能夠顯著提高土壤硬度，緩解土壤分層現(xiàn)象。其中，在深松耕作和覆膜的交互作用下，土壤硬度最大。在20～40 cm的土層中，土壤硬度的表現(xiàn)趨勢為CKgt;CMgt;SSgt;SM；其中，在深松耕作和覆膜的交互作用下，土壤硬度下降幅度最大。深松耕作和覆膜措施不同程度地降低了0～5 cm和20～40 cm土層的土壤硬度，提高了7.5～20 cm土層的土壤硬度，有助于構(gòu)建合理耕作層提高土壤利用效率。

2.4 深松耕作與覆膜對土壤pH值的影響

由圖3可知，深松耕作能夠顯著降低0～40 cm土層的土壤pH值（Plt;0.05），在同一耕作方式下，覆膜較不覆膜能夠明顯降低0～40 cm土層的土壤pH值。在深松耕作和覆膜的交互作用下，土壤的pH值下降幅度最大。在0～40 cm土層中，pH值具體表現(xiàn)為CKgt;CMgt;SSgt;SM。在深松耕作下，SS和SM在0～5 cm土層中土壤pH值較CK分別降低了12.4%、14.0%；在5～10 cm土層分別降低了15.5%、17.0%；在10～20 cm土層分別降低了11.6%、15.8%；在20～40 cm 土層分別降低了10.4%、14.6%。在覆膜條件下，CM較CK及SM較SS在0～5 cm土層中土壤pH值分別降低了1.3%、1.8%；在5～10 cm土層分別降低了1.0%、1.8%；在10～20 cm土層分別降低了1.6%、4.7%；在20～40 cm土層分別降低了0.9%、4.7%。

2.5 深松耕作與覆膜對土壤堿化度的影響

土壤堿化度（ESP）是指土壤膠體吸附的交換性Na₊占陽離子交換量的百分率^［17］。ESP高的土壤土粒分散、透水透氣性差、物理性狀惡化^［18］。由圖4可知，深松耕作能夠顯著降低5～40 cm土層的ESP（Plt;0.05）；在同一耕作方式下，覆膜較不覆膜對于不同土層的ESP呈現(xiàn)出不同影響；在深松耕作和覆膜的交互作用下，0～40 cm土層的土壤平均ESP下降幅度最大。在0～40 cm土層中，ESP具體表現(xiàn)為CKgt;CMgt;SSgt;SM。在深松耕作下，SS和SM在0～5 cm土層中ESP較CK分別降低了9.6%、33.6%；在5～10 cm土層分別降低了16.2%、5.1%；在10～20 cm土層分別降低了59.6%、58.2%；在20～40 cm 土層分別降低了7.7%、9.0%。在覆膜條件下，CM較CK及SM較SS在0～5 cm土層中土壤ESP分別降低了7.2%、26.5%；在5～10 cm土層分別降低了-31.6%、-13.3%；在10～20 cm土層降低了19.2%、3.5%；在20～40 cm土層降低了-1.9%、1.4%。

2.6 深松耕作與覆膜對土壤全鹽量的影響

當土壤中鹽分含量過高時，會影響作物的發(fā)芽以及生長發(fā)育。由圖5可知，深松耕作能夠顯著降低 0～40 cm土層的土壤全鹽量（Plt;0.05），在同一耕作方式下，覆膜較不覆膜對于不同土層的全鹽量呈現(xiàn)不同影響。除5～10 cm土層，在深松耕作和覆膜的交互作用下，土壤全鹽量下降幅度最大。在 0～40 cm土層中，全鹽量具體表現(xiàn)為CKgt;CMgt;SSgt;SM。在深松耕作下，SS和SM在0～5 cm土層中全鹽量較CK分別降低了15.4%、30.8%；在5～10 cm土層分別降低了42.9%、33.3%；在10～20 cm 土層分別降低了46.7%、66.7%；在20～40 cm 土層分別降低了27.3%、81.8%。在覆膜條件下，CM較CK及SM較SS在 0～5 cm土層分別降低了15.4%、18.2%；在5～10 cm土層分別降低了42.9%、-16.7%；在10～20 cm土層分別降低了40.0%、37.5%；在20～40 cm土層分別降低了 -9.1%、75.0%。

2.7 深松耕作與覆膜對玉米產(chǎn)量的影響

由表4可知，在玉米產(chǎn)量的組成因素中，深松耕作與覆膜措施對穗重、穗長、橫向籽粒數(shù)、百粒鮮重、百粒干重均有顯著影響（Plt;0.05）。與CK相比各處理的玉米穗重均不同程度增加，其中，SM處理的玉米穗重較CK顯著提高（Plt;0.05），提高效果從大到小依次為SMgt;CMgt;SS，分別較CK提高21.1%、11.1%和0。通過對玉米穗長分析發(fā)現(xiàn)，與CK相比，各處理均明顯提高了玉米穗長，其中，SM處理的玉米穗長最大，達20.2 cm，較CK提高33.8%，其次為SS處理，玉米穗長為19.2 cm，較CK提高27.2%，最后是CM處理，玉米穗長為16.1 cm，較CK提高6.6%。通過對玉米行粒數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，與CK相比各處理的玉米橫向籽粒數(shù)和縱向籽粒數(shù)均不同程度增加，其中，SM處理的橫向籽粒數(shù)和縱向籽粒數(shù)最高，分別為17、40粒，分別較CK提高了88.9%、25.0%，其次是SS處理，橫向籽粒數(shù)和縱向籽粒數(shù)分別為16、32粒，較CK分別提高了77.8%、0，最后是CM處理，橫向籽粒數(shù)和縱向籽粒數(shù)分別為10、33粒，分別較CK提高了11.1%、3.1%。SS和SM處理的玉米百粒鮮重較CK顯著提高（Plt;0.05），提高效果從大到小依次為SMgt;SSgt;CM，分別較CK提高39.1%、33.5%和8.0%。各處理的玉米百粒干重較CK均不同程度提高，其中，SM處理的百粒干重較CK顯著提高43.4%（Plt;0.05），其次為SS處理，較CK顯著提高36.7%（Plt;0.05），最后為CM處理，較CK提高3.2%。從產(chǎn)量來看，各處理的玉米產(chǎn)量較 CK 均明顯提高，其中，SM處理的玉米產(chǎn)量較CK提高29.8%，提高最為明顯，其次為SS，較對照提高19.2%，最后為CM處理，較CK提高2.0%，各改良處理的玉米產(chǎn)量從大到小排序為SMgt;SSgt;CMgt;CK。整體上看，深松耕作配合覆膜處理的玉米產(chǎn)量要高于單獨深松耕作和單獨覆膜處理。

3 討論與結(jié)論

3.1 深松耕作與覆膜對土壤理化性質(zhì)的影響

Wang等研究認為深松是促進土壤水分更好入滲和作物生長的有效措施^［19］。Yang等認為深松能夠有效增加土壤貯水量，使作物能夠抵抗季節(jié)性干旱^［20］。韓固等發(fā)現(xiàn)，深松可提高土壤蓄水儲水的能力^［21］。在深松和秸稈的復(fù)合作用下，能夠進一步減少水分蒸發(fā)，增加土壤含水量^［22］。本研究也發(fā)現(xiàn)，在深松和覆膜的作用下，播種后20～40 cm土層的土壤含水量遠高于傳統(tǒng)旋耕。分析其原因可能是連年旋耕及單一作物種植導(dǎo)致耕層淺薄、犁底層堅硬^［23］，而傳統(tǒng)旋耕的作業(yè)深度為20 cm，無法打破堅硬的犁底層，導(dǎo)致土壤分層嚴重，20～40 cm土層形成致密的隔水層。深松耕作作業(yè)的深度為 40 cm，有效打破了犁底層，土壤透水透氣性增加，水分向更深層土壤滲入。土壤呼吸主要測試的是土壤的異養(yǎng)呼吸^［23］。土壤異養(yǎng)呼吸是指土壤中微生物分解有機質(zhì)釋放CO₂的過程^［24］，其是衡量土壤肥力的重要標準，在深松耕作和覆膜條件下，5 min內(nèi)CO₂積累量提高，即深松耕作和覆膜能夠提高土壤透氣性疏松土壤^［25-26］，進而提高土壤呼吸速率和土壤肥力。在傳統(tǒng)旋耕后，表層土壤板結(jié)，硬度顯著增大，在7.5～20 cm土層中，傳統(tǒng)旋耕的土壤硬度要遠小于其他的處理方式。原因在于傳統(tǒng)旋耕無法打破犁地層，水分被20～40 cm的致密隔水層隔離，因此滯留在較淺層土壤中，該分析與降雨后地表嚴重積水，形成內(nèi)澇現(xiàn)象吻合。深松耕作后，土壤犁底層被打破，水分進一步下滲，7.5～20 cm土層的土壤硬度得到有效提高。土壤pH值是影響作物品質(zhì)的重要因素^［27］，鹽堿地普遍存在高鹽高pH值的問題^［28］。劉世舉等研究發(fā)現(xiàn)，相較于旋耕，深松能夠顯著降低土壤pH值^［29］。Zhou等研究發(fā)現(xiàn)，覆膜較不覆膜土壤pH值有顯著減低^［30］。本研究也發(fā)現(xiàn)在覆膜條件下，土壤pH值較不覆膜有輕微降低，在深松耕作下，土壤pH值較傳統(tǒng)旋耕有顯著性降低。堿化度和全鹽量過高是阻礙作物生長和破壞生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵因素^［31］，二者均會導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化。本研究發(fā)現(xiàn)，深松能夠顯著降低 0～40 cm土層的土壤堿化度和全鹽量，有效降低土壤鹽堿含量。相較于傳統(tǒng)旋耕更有利于蘇打鹽堿耕地脫堿排堿，這與王濤、夏婷等的研究結(jié)果^［32-33］相一致。覆膜相較于不覆膜能夠降低土壤堿化度和全鹽量^［34-35］。本研究發(fā)現(xiàn)在覆膜條件下，在0～40 cm土層中，土壤平均堿化度和全鹽量均低于不覆膜處理，覆膜措施能夠通過改變土壤的水熱條件從而達到降低鹽堿含量的目的。

3.2 深松耕作與覆膜對玉米產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量是衡量鹽堿地改良效果的直接標準^［36］。本研究發(fā)現(xiàn)，在深松耕作和覆膜的作用下，西遼河鹽堿地玉米產(chǎn)量有顯著提高，且土壤理化性質(zhì)得到充分改良。西遼河鹽堿地土壤板結(jié)，表層土壤硬度過高，堅硬的板結(jié)層抑制了玉米胚芽破土，因此影響出苗率。同時，由于土壤鹽堿含量較高，土壤理化性質(zhì)惡化，養(yǎng)分貧瘠，不利于作物吸收深層的水分和養(yǎng)分^［37］。深松耕作能有效降低土壤容重^［38］，增加土壤孔隙度^［39］，提高土壤透水透氣性，同時覆膜措施可有效減少水分蒸發(fā)，改善水熱條件，降低土壤鹽分對作物的脅迫^［40］，使得作物根系能夠更好地吸收土壤養(yǎng)分，促進作物生長發(fā)育。高鵬等研究發(fā)現(xiàn)，在土默川平原的秋天進行深松，玉米產(chǎn)量較淺旋增加了22.68%^［41］。趙富貴等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作配合秸稈覆蓋下的馬鈴薯產(chǎn)量較翻耕顯著增加62.08%^［42］。本研究發(fā)現(xiàn)在單覆膜條件下，玉米產(chǎn)量有小幅提高，在深松耕作或深松覆膜的條件下，玉米產(chǎn)量有顯著提高，且在二者交互作用下，玉米產(chǎn)量提高最大。

綜上所述，相較于傳統(tǒng)旋耕，深松耕作和覆膜措施二者均能夠有效增加土壤含水量，提高土壤呼吸速率，改善土壤分層現(xiàn)象，降低土壤pH值、堿化度和全鹽量，有效減少土壤鹽堿含量，促進土壤進行排堿脫堿。在所有處理方式中，深松耕作配合覆膜措施土壤改良效果最為明顯。相較于傳統(tǒng)旋耕，3種處理后的玉米產(chǎn)量均有所提高，尤其以深松耕作結(jié)合覆膜措施最為明顯，增產(chǎn)率達29.8%，同時玉米品質(zhì)也得到顯著提高。綜合分析得出，深松耕作配合覆膜措施為本研究的最佳處理，既顯著改善了土壤的理化性質(zhì)亦大幅提高了玉米的品質(zhì)及產(chǎn)量。

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