退化土壤保護(hù)性耕作修復(fù)技術(shù)研究

高同彬，祖 偉

(1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030; 2. 沈陽軍區(qū)直屬農(nóng)副業(yè)基地管理局，黑龍江哈爾濱150090)

黑龍江省屬于半干旱地區(qū)，如何增加蓄水保墑能力提高土壤水的利用率、增加有機質(zhì)含量、改善土壤結(jié)構(gòu)，是發(fā)展旱地農(nóng)業(yè)最經(jīng)濟(jì)和有效的方法［1－2］。結(jié)合富?；靥妓猁}黑鈣土貧瘠型平崗地和老萊基地侵蝕型坡耕地春秋季風(fēng)大，風(fēng)蝕和春旱嚴(yán)重的實際情況，本著“少動土”、“少裸露”的原則，制定了試驗。深松可打破犁地層，增加土壤的透水性，接納更多的天然降水［3］。秸稈覆蓋和原壟卡種不僅能防止土壤風(fēng)蝕又可減少水分徑流和蒸發(fā)［4］，達(dá)到保土、培肥、增產(chǎn)、增效的目的。試驗開展了玉米以秸稈覆蓋、原壟卡種、秋深松等保護(hù)措施研究，大豆以秸稈覆蓋、平播密植、輪作、深松等保護(hù)措施研究［5－9］。

1 材料與方法

1.1 試驗基地概況

試驗場地為沈陽軍區(qū)農(nóng)副業(yè)基地的富?；睾屠先R基地。富裕試驗基地地處黑龍江省富?？h，中心位置為125°25'E，48°48'N，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候下的半干旱缺水地區(qū)，無霜期126 d，有效積溫2 300 ℃～2 500 ℃，最大年降水量536 mm，年均降水量為427 mm，且降水多集中在6～8 月份，占全年降水量的68%以上，土壤類型為碳酸鹽黑鈣土，pH 值7.6～7.8，耕層土壤(0～20 cm)有機質(zhì)含量32.4 g·kg－1，肥力中等。老萊試驗基地地處黑龍江省訥河市，中心位置為124°47'E，48°53'N，年降水量292 mm～684 mm，年平均降水量513 mm，年平均氣溫1.6 ℃，有效積溫2 100 ℃～2 200 ℃，無霜期113 d～139 d。

1.2 試驗材料

玉米:德美亞1 號;大豆:0211。

1.3 不同耕作處理

玉米試驗設(shè)3 個處理:①秸稈覆蓋深松;②秸稈覆蓋春耙;③秸稈覆蓋原壟卡種。

大豆試驗設(shè)3 個處理:①平播密植;②大壟密植;③壟作(對照)。

玉米大豆2 年輪作措施:①玉米連作;②玉米茬輪作大豆;③大豆連作;④大豆茬輪作玉米。

大區(qū)對比試驗，每區(qū)8 壟，壟長500 m，化肥施用按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作措施對玉米田土壤理化性質(zhì)的影響

初冬玉米收獲后將秸稈粉碎直接覆蓋于地表，第二年調(diào)查，無論是深松還是春耙兩個耕作措施從播種到拔節(jié)期土壤含水量均是覆蓋處理高于不覆蓋處理，苗期相差最大，深松處理土壤含水量增加20.5%，春耙處理土壤含水量增加17.51%，2008 年、2009 年結(jié)果基本一致?？梢娪衩资蘸蠼斩挿鬯楦采w地表不僅可以減少風(fēng)蝕，還有利于土壤保墑，見圖1。在秸稈覆蓋基礎(chǔ)上開展了不同耕作措施對玉米不同生育期土壤含水量影響的研究，結(jié)果顯示，2008 年深松后0～20 cm 土層在拔節(jié)前土壤含水量較低，拔節(jié)后土壤含水量升高，比其它處理高1.37%～1.59%，20 cm～40 cm 土壤含水量高于其它處理1.65%～3.85%，有利于玉米后期的生長發(fā)育。2009 年春季干旱播種后近一個月沒下雨，大旱之年，深松與不深松地塊相比，表現(xiàn)出明顯的抗旱優(yōu)勢，深松處理0～20 cm 土壤含水量比其它處理高3.47%～4.03%，20 cm～40 cm土壤含水量比其它處理高2.2%～3.5%。兩年的調(diào)查結(jié)果表明，原壟卡種處理在玉米整個生育期內(nèi)土壤水分含量變化幅度較小，無論是0～20 cm 還是20 cm～40 cm 耕層在抽雄期土壤水分含量均為最高，比其它處理高0.16%～2.59%，這對玉米產(chǎn)量的提高十分有利，說明深松和原壟卡種具有蓄水、抗旱、保墑、省工、省時、節(jié)本、增效的優(yōu)點，見圖2。

圖1 秸稈覆蓋對玉米田不同時期0～20 cm 土層含水量的影響(a，2008 年;b，2009 年)Fig.1 Influence of straw mulching in different period on soil water content in corn field 0～20 cm

圖2 不同耕作措施玉米田0～20 cm 土壤含水量的變化Fig.2 Influence of different cultivation measures on soil water content in corn field

土壤的密度、孔隙度和三相組成是土壤重要的物理特性指標(biāo)，土壤密度的大小反映了土壤的結(jié)構(gòu)狀況，預(yù)示著土壤的水分和空氣的運行和存在狀態(tài)［10－11］。土壤孔隙度不僅影響土壤的通氣狀況，而且反映土壤松緊度和結(jié)構(gòu)狀況的好壞［6，12］。土壤田間持水量是指土壤所能保持的最大含水量，是田間土壤保持水分能力的指標(biāo)［8］。配套的保護(hù)性耕作措施實施后2008 年深松和春耙兩處理的自然含水量、田間持水量和孔隙度的各項指標(biāo)均高于原壟卡種處理，土壤密度均低于原壟卡種處理，其中深松為最好，與原壟卡種處理相比田間持水量高1.47%，孔隙度增加1.84%，土壤密度降低0.19 g·cm－3。2009 年各處理的趨勢與2008 年相同，各處理土壤孔隙度、田間持水量均有提高，土壤密度均呈下降趨勢。田間持水量和孔隙度覆蓋深松處理最高，原壟卡種最低，分別差5.79%和3.95%，土壤密度覆蓋深松和覆蓋春耙降低0.04 g·cm－3，原壟卡種降低最小0.02 g·cm－3，見表1、圖3。各處理土壤固相∶液相∶氣相接近50∶20∶30，三相比趨于合理，說明覆蓋深松和覆蓋春耙處理對土壤物理性質(zhì)改善效果好，原壟卡種耕作方式不僅土壤自然含水量較低，而且密度最高。

表1 不同耕作措施對玉米田土壤三相比及孔隙度的影響(%)Tab.1 Influence of different cultivation measures on soil three－phase and Pore degrees in corn field (%)

由于深松打破了犁底層，改變了土壤水、肥、氣、熱四性的關(guān)系，增加了土壤微生物的活性，從而提高了土壤供肥能力［5］，所以兩年測定耕層速效氮、磷、鉀、全鉀和有機質(zhì)均是深松處理高于其它處理，2009 年提高幅度較大，與原壟卡種處理比速效氮增加18.2 mg·kg－1，速效磷增加9.0 mg·kg－1，速效鉀增加28.0 mg·kg－1，全鉀增加0.647 g·kg－1。有機質(zhì)增加3.31 g·kg－1而且pH 值也降低0.2。3 種耕作措施的速效氮和速效鉀2009 年均高于2008 年，pH 值也均呈下降趨勢，速效磷變化無規(guī)律，可見深松對土壤肥力改善效果最好，原壟卡種稍差，見表2。

圖3 不同耕作措施對玉米田土壤密度和土壤田間持水量的影響Fig.3 Influence of different tillage treatments on soil density and soil moisture content in corn field

表2 不同耕作措施對玉米田土壤速效氮磷鉀及pH 的影響Tab.2 Influence of different tillage treatments on soil rapidly－available NPK and pH in corn field

2.2 不同耕作措施對玉米產(chǎn)量的影響

根據(jù)考種結(jié)果分析，2008 年玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的各項指標(biāo)均是深松處理好于其它處理，禿尖比其它兩個處理短0.27 cm 、0.87 cm，百粒質(zhì)量比其它處理高1.62 g、3.18 g，產(chǎn)量也是深松處理最高為5 917 kg·hm－2，較其它處理分別增加107 kg·hm－2和600 kg·hm－2，其次是原壟卡種，春耙處理常量最低。2009 年各項指標(biāo)與2008 年變化趨勢基本一致，此結(jié)果說明深松措施不僅可以改善土壤理化性狀，還能提高玉米的產(chǎn)量，見表3。

2.3 不同耕作措施對大豆田土壤理化性質(zhì)和產(chǎn)量的影響

在老萊基地開展了大豆平播密植、大壟密植和壟作的耕作措施對比試驗，2008 年3 種耕作措施0～40 cm耕層在整個生育期內(nèi)土壤含水量基本呈下降趨勢，但平播密植和大壟密植處理土壤含水量均高于對照的壟作處理，其中平播密植在結(jié)莢期土壤含水量為19.09%，分別高于其它處理5.45%和6.76%，有利于大豆的后期生長和產(chǎn)量提高。2009 年從播種到成熟期土壤含水量均是平播密植高于常規(guī)壟作，這是由于減少了兩次中耕對土壤的翻動，從而增強了土壤防止水土流失和蓄水能力的結(jié)果，見圖4。從產(chǎn)量上看2008 年平播密植各項指標(biāo)均為最高，與大壟密植和壟作相比，株高分別增加1.3 cm 和5.77 cm，百粒質(zhì)量增加了0.43 g、1.03 g，而且莢多空癟率少，產(chǎn)量增加5.62%、10.82%。所以2009 年只做了平播密植與壟作的對比，其結(jié)果也是平播密植好于壟作，總莢數(shù)增加30.8 個·m－2，百粒質(zhì)量增加0.87 g，增產(chǎn)12.77%，見表4。

表3 不同耕作措施對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響Tab.3 Influence of different tillage treatments on yield and yield components in corn

表4 不同耕作措施對大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響Tab.4 Influence of different tillage treatments on production factors and yield in soybean

圖4 不同耕作措施大豆田土壤含水量的變化Fig.4 Influence of different cultivation measures on soil moisture content in soybean field

2.4 大豆—玉米輪作對土壤理化性狀的影響

無論是玉米還是大豆連作的土壤物理性狀均較輪作差，輪作后土壤田間持水量和孔隙度均有提高，密度降低，其中大豆茬輪作玉米田間持水量提高最多為3.49%，密度降低0.05 g·cm－3。玉米茬輪作大豆土壤孔隙度增加最多為3.23%，固相有所降低，氣相和液相略有升高，三相比趨于合理，見表5。大豆—玉米輪作后可提高土壤的通透性，改變作物根際微生物生存環(huán)境，有利于微生物的生長，細(xì)菌、真菌和放線菌3 大類微生物數(shù)量均有增加，玉米茬輪作大豆微生物總數(shù)增加最多178.98 ×105個，大豆茬輪作玉米增加96.21 ×105個，見表6。

表5 大豆－玉米輪作對土壤物理性質(zhì)影響Tab.5 Influence of soybean－corn rotation on soil physical properties

3 結(jié) 論

在黑龍江省西部干旱地區(qū)，玉米茬原壟卡種玉米是一項切實可行的農(nóng)機農(nóng)藝相結(jié)合的節(jié)本增效技術(shù)，具有保護(hù)耕層、抗旱保墑、省工、省時、節(jié)本、增效的優(yōu)點。與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)耕作措施比，在整個生育期內(nèi)土壤水分變化幅度小，保墑效果好，而且節(jié)省中耕費300 元·hm－2～375 元·hm－2。

采用深松耕作措施打破了犁底層，提高了土壤蓄水抗旱能力，改善了耕層水、肥、氣、熱理化性狀。深松與不深松地塊相比，表現(xiàn)出明顯的抗旱優(yōu)勢，0～20cm 土壤含水量提高3.47%～4.03%，20 cm～40 cm土壤含水量提高2.2%～3.5%，速效氮、磷、鉀也有明顯提高，為作物生長提供了良好的土壤環(huán)境，使產(chǎn)量增加4.82%～8.54%。

大豆平播密植是坡耕地、干旱地區(qū)一項以免耕保肥、保水，以密植保產(chǎn)的重要節(jié)本增效措施，由于減少了起壟和中耕多次對土壤的翻動，既防止了土壤風(fēng)蝕、水蝕，又保住了墑情，與其它壟作比，土壤含水量提高5.45%～6.76%，增產(chǎn)12.7%，而且節(jié)省中耕費300 元·hm－2～375 元·hm－2。

秸稈覆蓋還田是提高表層土壤保墑效果和土壤有機質(zhì)最直接和最有效的途徑，可使0～20cm 表層土壤含水量增加20.5%，土壤有機質(zhì)增加3.98%，作物秸稈土埋分解速率高于露天9.4%～20%，大豆秸稈比玉米秸稈易于分解。

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