玉米保護(hù)性耕作對土壤種植能力和作物生長影響的試驗(yàn)對比

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，傳統(tǒng)耕作方式對土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響逐漸受到關(guān)注。過度的翻耕和土地整理導(dǎo)致土壤侵蝕加劇、土壤肥力下降、水分流失嚴(yán)重等問題。保護(hù)性耕作作為一種新型的農(nóng)業(yè)耕作理念和技術(shù)體系應(yīng)運(yùn)而生，其核心是在盡量減少土壤擾動的前提下，通過覆蓋作物殘茬等方式保護(hù)土壤、提高土壤質(zhì)量和促進(jìn)作物生長。土壤酶作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中的生物催化劑，參與土壤中各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，其活性能夠反映土壤肥力和生態(tài)功能狀況。因此，研究玉米保護(hù)性耕作與傳統(tǒng)耕作方式下，土壤種植性能及作物生長的差異具有重要的科學(xué)意義和實(shí)踐價(jià)值。

一、材料與方法

1、試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于吉林省公主嶺市特定農(nóng)業(yè)試驗(yàn)田開展。該地區(qū)的溫帶大陸性季風(fēng)氣候賦予其獨(dú)特的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，年平均氣溫5.6% ，年降水量 580～620mm ，無霜期約140\\~150天，這樣的氣候條件對玉米生長周期有著顯著影響。試驗(yàn)所用土壤為黑土，其基礎(chǔ)肥力狀況是研究的重要背景數(shù)據(jù)，有機(jī)質(zhì)含量 2.8% 、全氮0.16% 、速效磷 18.5mg/kg 速效鉀 120mg/kg ，這些肥力指標(biāo)將作為評估不同耕作方式對土壤養(yǎng)分影響的基礎(chǔ)參照。選用“先玉335\"作為供試玉米品種，該品種在當(dāng)?shù)鼐哂袕V泛的種植基礎(chǔ)，其生長特性和產(chǎn)量表現(xiàn)具有代表性，能有效反映不同耕作方式下的差異。

2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)精心設(shè)置3個(gè)不同的耕作處理組，以全面對比分析各種耕作方式的效果。免耕覆蓋(NT)處理，在玉米收獲后，秸稈全部原位覆蓋于地表，播種時(shí)不進(jìn)行翻耕操作，直接在秸稈層上實(shí)施播種，這一處理最大程度減少了土壤擾動，保留了土壤原有結(jié)構(gòu)和微生物群落環(huán)境，同時(shí)秸稈覆蓋為土壤提供了額外的有機(jī)質(zhì)來源和保溫保濕作用。少耕(RT)處理則是在玉米收獲后，將部分秸稈覆蓋地表，播種前進(jìn)行淺旋耕，深度控制在10\\~15cm ，相較于免耕覆蓋，其對土壤有一定程度的翻動，但程度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)翻耕，在一定程度上平衡了土壤疏松與結(jié)構(gòu)保護(hù)的需求。傳統(tǒng)翻耕(CT)處理為常規(guī)操作模式，玉米收獲后將秸稈移出田外，播種前進(jìn)行深度達(dá) 25～30cm 的深翻耕，這種方式對土壤結(jié)構(gòu)有較大改變，使土壤上下層充分混合，但也可能破壞土壤團(tuán)聚體和微生物棲息地。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，區(qū)面積設(shè)定為30m² ，并采用隨機(jī)區(qū)組排列，有效避免了因土壤空間差異等因素造成的試驗(yàn)誤差，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

二、測定指標(biāo)與方法

1、土壤種植性能測定① 脲酶活性

脲酶活性的測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法。具體步驟包括采集適量土壤樣品，加入特定底物，在適宜的溫度、濕度和時(shí)間條件下，利用脲酶對底物的催化作用產(chǎn)生氨態(tài)氮。通過比色法測定單位時(shí)間內(nèi)每克土壤中產(chǎn)生的氨態(tài)氮毫克數(shù)，從而表明脲酶活性。脲酶在土壤氮素循環(huán)中非常關(guān)鍵，其活性的高低直接關(guān)系到土壤中氮素的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)能力，對玉米生長過程中氮素的吸收具有重要意義。

② 磷酸酶活性

磷酸酶活性的測定則采用對硝基苯磷酸二鈉比色法，將采集的土壤樣品與對硝基苯磷酸二鈉溶液混合，在特定條件下反應(yīng)。磷酸酶催化底物分解產(chǎn)生對硝基苯酚，通過比色法測定單位時(shí)間內(nèi)每克土壤中產(chǎn)生的對硝基苯酚毫克數(shù)，以反映磷酸酶活性。磷酸酶對土壤磷素的活化和有效性具有決定性作用，其活性的變化影響玉米對磷素的攝取和利用，進(jìn)而影響玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成。

③ 過氧化氫酶活性

過氧化氫酶活性的測定采用高錳酸鉀滴定法，將土壤樣品與過氧化氫溶液混合，過氧化氫酶促使過氧化氫分解，剩余的過氧化氫用高錳酸鉀溶液滴定。以單位時(shí)間內(nèi)每克土壤消耗的高錳酸鉀毫升數(shù)表示過氧化氫酶活性。該酶能夠分解土壤中的過氧化氫，防止其對土壤生物產(chǎn)生毒害，維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定，其活性的變化也與土壤質(zhì)量和作物生長密切相關(guān)。在玉米生長的苗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期這4個(gè)關(guān)鍵時(shí)期分別采集土壤樣品進(jìn)行測定，以便全面了解不同生長階段土壤種植性能的動態(tài)變化。

1201農(nóng)天致富液

2、作物生長指標(biāo)測定

① 玉米株高測定

玉米株高測定在每個(gè)地區(qū)隨機(jī)選取10株玉米，使用直尺垂直測量從地面到玉米植株頂部的高度，分別在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期進(jìn)行測定。株高是玉米生長狀況的直觀體現(xiàn)，反映了玉米在不同生育時(shí)期的縱向生長速度和發(fā)育程度，不同耕作方式可能影響玉米根系對養(yǎng)分和水分的吸收，進(jìn)而在株高上表現(xiàn)出差異。

② 玉米莖粗測定

玉米莖粗測定同樣在這10株玉米上，利用游標(biāo)卡尺測量玉米基部莖節(jié)的直徑，在拔節(jié)期和抽穗期進(jìn)行。莖粗關(guān)系到玉米植株的機(jī)械強(qiáng)度和物質(zhì)運(yùn)輸能力，較粗的莖干能夠更好地支撐玉米植株上部重量，防止倒伏，同時(shí)有利于光合產(chǎn)物等營養(yǎng)物質(zhì)在植株體內(nèi)的運(yùn)輸分配，對玉米產(chǎn)量形成具有重要影響。

③ 玉米產(chǎn)量測定

玉來產(chǎn)量測定在成熟期進(jìn)行，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)收獲，精確測定籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量，并進(jìn)一步計(jì)算產(chǎn)量構(gòu)成因素，如穗粒數(shù)、千粒重等。產(chǎn)量是衡量不同耕作方式優(yōu)劣的最終綜合性指標(biāo)，通過對產(chǎn)量構(gòu)成因素的分析，可以深入了解不同耕作方式影響玉米產(chǎn)量的內(nèi)在機(jī)制，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供更具針對性的指導(dǎo)。

三、結(jié)果與分析

1、不同耕作方式下土壤種植性能的變化

① 脲酶活性變化

在整個(gè)玉米生長周期中，免耕覆蓋處理顯著提升了土壤脲酶活性，這一效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)翻耕處理。在苗期，免耕覆蓋處理的脲酶活性比傳統(tǒng)翻耕處理高出 25% ，并且這種優(yōu)勢在拔節(jié)期高出 30% 、抽穗期高出 28% ，以及成熟期高出 22% 持續(xù)顯現(xiàn)。少耕處理的脲酶活性介于免耕覆蓋與傳統(tǒng)翻耕之間，特別是在拔節(jié)期，與免耕覆蓋處理相比，差異并不顯著。在氮素轉(zhuǎn)化的過程中，土壤脲酶起著至關(guān)重要的作用。其活性的提高表明土壤中的有機(jī)氮化合物能夠更高效地分解為植物可吸收的氨態(tài)氮。在免耕覆蓋處理下，土壤結(jié)構(gòu)受到的干擾較小，微生物的生存環(huán)境保持穩(wěn)定，同時(shí)秸稈覆蓋為微生物提供了豐富的碳源，促進(jìn)了微生物的繁殖和代謝。這進(jìn)一步促進(jìn)了脲酶的合成與分泌，增強(qiáng)了土壤的供氮能力，為玉米的生長提供了更豐富的氮素營養(yǎng)。

② 磷酸酶活性變化

土壤磷酸酶活性在不同耕作處理中的變化趨勢與脲酶活性相似。免耕覆蓋處理在玉米的各個(gè)生長階段均顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理，具體表現(xiàn)為苗期高出 35% 、拔節(jié)期高出 32% 、抽穗期高出 30% 成熟期高出 28% 。少耕處理在拔節(jié)期和抽穗期與免耕覆蓋處理的差異較小，但在苗期和成熟期則低于免耕覆蓋處理。

在土壤磷循環(huán)過程中，磷酸酶起著關(guān)鍵作用，它主要催化有機(jī)磷化合物水解，從而釋放出植物可吸收的無機(jī)磷。免耕覆蓋處理由于減少了王壤的翻動，有利于土壤團(tuán)聚體的保護(hù)，為土壤微生物提供了適宜的棲息環(huán)境。此外，秸稈覆蓋增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，為磷酸酶提供了更多的底物，從而促進(jìn)了其活性的提升。這進(jìn)一步推動了土壤磷素的活化與有效利用，確保了玉米在不同生長階段對磷素的需求，進(jìn)而促進(jìn)了玉米植株的正常生長發(fā)育和生理代謝。

③ 過氧化氫酶活性變化

在玉米生長的早期階段包括苗期和拔節(jié)期，免耕覆蓋處理的土壤過氧化氫酶活性顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理 P<0.05 ，具體表現(xiàn)為苗期高出 40% ，拔節(jié)期高出 35% 。然而，在抽穗期和成熟期，兩者之間的差異并不顯著。少耕處理的過氧化氫酶活性在各個(gè)生長階段都與免耕覆蓋處理相似，并且均高于傳統(tǒng)翻耕處理。過氧化氫酶在土壤中扮演著分解過氧化氫的角色，降低其對土壤生物的毒性，從而維護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平衡。免耕覆蓋處理由于減少了土壤擾動和秸稈覆蓋等措施，為微生物活動創(chuàng)造了有利環(huán)境，導(dǎo)致微生物數(shù)量和活性的提升，進(jìn)而促進(jìn)了過氧化氫酶的合成與分泌，有效分解了過氧化氫，減少了其在土壤中的積累，降低了對土壤生物的負(fù)面影響。這一過程為玉米的生長構(gòu)建了一個(gè)健康的土壤生態(tài)環(huán)境。隨著玉米生長的推進(jìn)，土壤環(huán)境逐漸趨于穩(wěn)定，不同處理間的差異有所縮小。盡管如此，保護(hù)性耕作在維持土壤生態(tài)平衡方面的優(yōu)勢仍然明顯，為玉米的持續(xù)健康生長提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2、不同耕作方式下玉米生長指標(biāo)的變化

玉米生長指標(biāo)的變動直接映射了不同耕作方法對其生長發(fā)育的影響。本項(xiàng)研究專注于比較免耕覆蓋、少耕與傳統(tǒng)翻耕3種處理方式下，玉米的株高、莖粗、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異，旨在揭示保護(hù)性耕作在玉米生產(chǎn)中的潛在優(yōu)勢。

① 株高變化

自玉米進(jìn)入拔節(jié)期以來，免耕覆蓋處理下的玉米株高逐漸超過了傳統(tǒng)翻耕處理，并在抽穗期和成熟期表現(xiàn)出顯著的差異P<0.05 具體而言，抽穗期時(shí)，免耕覆蓋處理的玉米株高比傳統(tǒng)翻耕處理高出 15cm ，而到了成熟期，這一差距進(jìn)一步擴(kuò)大至20cm 。相比之下，少耕處理在拔節(jié)期和抽穗期與免耕覆蓋處理的株高差異并不顯著，但在成熟期，其株高略低于免耕覆蓋處理。株高作為衡量玉米縱向生長的直接指標(biāo)，其增長依賴于充足的養(yǎng)分供應(yīng)、適宜的土壤環(huán)境以及良好的根系發(fā)育。在免耕覆蓋處理下，土壤的種植性能得到提升，氮、磷等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與供應(yīng)能力增強(qiáng)，為玉米植株的快速生長提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，秸稈覆蓋有助于維持土壤水分和溫度的穩(wěn)定，減少了環(huán)境脅迫對玉米生長的不利影響，促進(jìn)了玉米細(xì)胞的生長與分裂，從而推動了株高的持續(xù)增長。

② 莖粗變化

在拔節(jié)期和抽穗期，免耕覆蓋處理的玉米莖粗均顯著大于傳統(tǒng)翻耕處理 P<0.05_c 拔節(jié)期，免耕覆蓋處理的玉米莖粗比傳統(tǒng)翻耕處理粗 2.5mm ，抽穗期則粗 3mm. 。少耕處理在拔節(jié)期與免耕覆蓋處理無顯著差異，但抽穗期略小于免耕覆蓋處理。莖粗對于玉米植株的支撐和物質(zhì)運(yùn)輸至關(guān)重要。較粗的莖干意味著更強(qiáng)的支撐力，能夠有效抵御風(fēng)雨等自然災(zāi)害，降低倒伏風(fēng)險(xiǎn)。在免耕覆蓋處理中，良好的土壤結(jié)構(gòu)和豐富的養(yǎng)分供應(yīng)促進(jìn)了玉米根系的健壯生長，根系能夠吸收更多的水分和礦質(zhì)營養(yǎng)，并將其高效運(yùn)輸至地上部分，為莖干的加粗生長提供了充足的物質(zhì)原料。同時(shí)，穩(wěn)定的土壤環(huán)境減少了玉米生長過程中的應(yīng)激反應(yīng)，有利于莖部細(xì)胞的橫向分裂與生長，進(jìn)而使莖粗得以增加。

③ 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化

免耕覆蓋處理的玉米籽粒產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理 P< 0.05，增產(chǎn)幅度達(dá) 18% 。少耕處理的玉米籽粒產(chǎn)量雖高于傳統(tǒng)翻耕處理，但與免耕覆蓋處理差異不顯著。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，免耕覆蓋處理的穗粒數(shù)比傳統(tǒng)翻耕處理多30粒，千粒重高20g 產(chǎn)量是玉米生長發(fā)育的綜合結(jié)果體現(xiàn)。免耕覆蓋處理通過提高土壤種植性能，優(yōu)化了土壤養(yǎng)分循環(huán)，為玉米生長提供了全面且充足的營養(yǎng)供應(yīng)，使得玉米在穗分化過程中能夠形成更多的小花，進(jìn)而增加了穗粒數(shù)。同時(shí)，在籽粒灌漿過程中，良好的土壤條件保證了光合產(chǎn)物的持續(xù)供應(yīng)與高效轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)了籽粒的飽滿充實(shí)，提升了千粒重。保護(hù)性耕作通過改善土壤環(huán)境，促進(jìn)了玉米生長發(fā)育的各個(gè)環(huán)節(jié)，從株高、莖粗的增長到產(chǎn)量構(gòu)成因素的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了玉米產(chǎn)量的顯著提高，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐。

四、保護(hù)性耕作對土壤及玉米生長的影響

1、保護(hù)性耕作對土壤種植性能的影響機(jī)制

保護(hù)性耕作顯著改變了土壤的物理環(huán)境，其減少土壤翻動和擾動的特性對土壤團(tuán)聚體產(chǎn)生積極影響。在傳統(tǒng)翻耕中，頻繁的翻耕操作破壞了土壤原有的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，而保護(hù)性耕作則有效維持了土壤的自然團(tuán)聚狀態(tài)。堅(jiān)固的土壤團(tuán)粒為眾多土壤微生物提供了適宜的棲息與繁衍場所。微生物數(shù)量得以增加，其生命活動也更加活躍。由于土壤酶很大一部分來源于微生物的代謝過程以及植物根系分泌物，微生物數(shù)量與活性的提升直接作用于土壤酶的合成與分泌環(huán)節(jié)。更多的微生物積極參與到土壤物質(zhì)循環(huán)中，加速了酶的產(chǎn)生。再者，保護(hù)性耕作配套的秸稈覆蓋措施進(jìn)一步豐富了土壤的有機(jī)質(zhì)含量。這些新增的有機(jī)質(zhì)為酶促反應(yīng)提供了更多的作用底物，使得土壤酶在催化各類土壤生化反應(yīng)時(shí)擁有更充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而有力地維持了土壤種植性能在一個(gè)較高的水平，保障了土壤生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量流動的高效進(jìn)行。

2、保護(hù)性耕作對玉米生長的促進(jìn)作用

在玉米生長期間，土壤種植性能的提升對于養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)起著至關(guān)重要的作用。例如，脲酶活性的提高加速了土壤中有機(jī)氮向氨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，磷酸酶活性的提升則促進(jìn)了有機(jī)磷的分解與無機(jī)磷的釋放，這些可直接被玉米根系吸收利用的氮、磷營養(yǎng)元素的充足供應(yīng)，為玉米的茁壯成長奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基石。秸稈覆蓋作為保護(hù)性耕作的重要手段，在調(diào)節(jié)土壤溫度與水分方面功效顯著。玉米生長前期，氣溫相對較低，秸稈覆蓋可以有效減少土壤熱量的散失，提升土壤溫度，促使玉米種子能夠更快地萌發(fā)，幼苗更早地進(jìn)入快速生長階段。進(jìn)入生長后期，當(dāng)面臨干旱脅迫時(shí)，秸稈覆蓋還可以降低了土壤水分的蒸發(fā)速率，維持了土壤的熵情，確保玉米根系在相對濕潤的環(huán)境中持續(xù)吸收水分與養(yǎng)分。

綜上所述，與傳統(tǒng)翻耕方式相比，玉米保護(hù)性耕作免耕覆蓋和少耕能夠顯著提高土壤脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性，改善王壤養(yǎng)分狀況。同時(shí)，保護(hù)性耕作促進(jìn)了玉米的生長發(fā)育，表現(xiàn)為株高增加、莖粗增大、產(chǎn)量提高。其中，免耕覆蓋處理在提高土壤種植性能和玉米產(chǎn)量方面效果最為明顯。因此，在玉米生產(chǎn)中推廣保護(hù)性耕作技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和生態(tài)環(huán)境效益。在未來的研究中，應(yīng)進(jìn)一步深入探討不同保護(hù)性耕作模式的長期效應(yīng)，以及如何根據(jù)不同地區(qū)的土壤類型、氣候條件和種植制度等因素優(yōu)化保護(hù)性耕作技術(shù)參數(shù)，為其更廣泛的應(yīng)用提供更加科學(xué)、精準(zhǔn)的理論支持。

（作者單位：125300遼寧省葫蘆島市建昌縣黑山科鄉(xiāng)人民政府）