秸稈覆蓋與深松壟作對土壤水分變化的影響

劉 瀟，李芳花，鄭文生(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

玉米是世界三大作物之一，而黑龍江省玉米播種面積所占比重超過農(nóng)作物總面積的50%。黑龍江屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，農(nóng)業(yè)氣候在空間和時間分布上具有明顯的地帶性和季節(jié)性，季節(jié)性干旱成為該地區(qū)玉米生產(chǎn)的主要限制因素之一。

壟作、深松、秸稈覆蓋是黑龍江地區(qū)玉米種植的常見處理手段。壟溝集水是一種有效的微型集雨措施，能夠有效利用較小降雨來提高水分利用效率[1]。秸稈還田措施不但避免了資源浪費，同時，在一定程度上減少了大氣污染[2-4]。玉米種植若采用機械旋耕滅茬等集約化種植形式，不止會使犁底層增厚，土壤板結(jié)，地力下降，制約玉米的生長，甚至導(dǎo)致玉米產(chǎn)量及土壤環(huán)境受到嚴重影響[6-8]。通過深松可以加深耕層而不翻轉(zhuǎn)土壤，這樣就可以降低土壤容重，進而打破犁底層，增強土壤對降水的蓄納能力，促進作物對土壤深層水分的吸收。

目前，對于上述耕種方式，前人已有大量研究和應(yīng)用[9-16]。但是，將壟作、深松以及秸稈覆蓋結(jié)合到一起來研究不同耕種方式對于土壤水分影響的研究并不多見，且很少有人研究灌水后各土層土壤含水率的動態(tài)變化。為進一步對黑龍江地區(qū)的情況進行研究，本試驗旨在研究壟作條件下深松處理以及秸稈覆蓋對于土壤水分及貯水量的影響，同時，希望得到灌溉后深松處理及秸稈覆蓋對于不同深度處土壤水分變化規(guī)律。這些結(jié)果對于探索適宜該區(qū)域生產(chǎn)和生態(tài)的耕作方式以及秸稈覆蓋模式的制定和完善提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗區(qū)概況

試驗設(shè)在黑龍江省肇州縣雙發(fā)鄉(xiāng)，該處為黑龍江省典型的玉米種植區(qū)，地處45°17′N，125°35′E，屬于大陸性溫寒帶氣候，5-9月多年平均降雨量393 mm，多年平均蒸發(fā)量1 733 mm，大于10 ℃有效積溫2 845 ℃，無霜期138 d。屬于黑龍江第一積溫帶，地下水深度在10 m左右。土壤物理性質(zhì)及試驗區(qū)降雨情況見表1及表2。

表1 試驗區(qū)土壤物理性質(zhì)

表2 降雨情況

2 試驗設(shè)計與方法

2.1 試驗設(shè)計

本實驗進行于2016年5-9月，設(shè)計分為傳統(tǒng)壟作覆蓋(M1)、傳統(tǒng)壟作不覆蓋(M2)以及深松壟作不覆蓋(M3)3種處理，分別用M1、M2、M3表示，每個處理設(shè)置兩個小區(qū)，每個小區(qū)的面積為8 m(縱向)×3.9 m(橫向)，每個小區(qū)設(shè)6壟，每壟65 cm。其中壟作覆蓋處理是田中秸稈收割后，直接還田，將秸稈覆蓋在壟溝處，免去了運輸與貯存的過程。秸稈覆蓋量為1.8 萬kg/hm2。灌水時間和灌水量為6月27日150 m3/hm2；7月5日150 m3/hm2；7月22日150 m3/hm2；8月7日225 m3/hm2； 8月16日225 m3/hm2；8月27日150 m3/hm2。施肥情況為N-270 kg/hm2；P2O5-135 kg/hm2；K2O-100 kg/hm2。

2.2 觀測內(nèi)容及方法

土壤含水率測定采用常規(guī)土鉆取土烘干法，測定深度為0～60 cm，取樣間隔為10 cm。取樣時間為每個生育期，以及每次灌水后(取土?xí)r間為灌水后的第一天、第二天和第三天)和生育期結(jié)束時取土測定土壤含水率。取土位置分別在壟體(Miu)，壟溝處(Mid)，其中i為處理編號，i=1，2，3，即傳統(tǒng)壟作覆蓋(M1)、傳統(tǒng)壟作不覆蓋(M2)以及深松壟作不覆蓋(M3)3種處理。

土壤貯水量計算：

W=10hrdω

(1)

式中：W為土壤貯水量，mm；h為土壤深度，cm；rd為土壤容重，g/cm3；ω為土壤重量含水率。

土壤蒸散量(作物耗水量)計算:

ETa=SG+P+M+W1-W2-R-D

(2)

式中:ETa為玉米生育期土壤蒸散量，mm；W1為起始土壤貯水量，mm；W2為階段末土壤貯水量，mm；SG為地下水利用量，mm；P為生育期降水量，mm；M為灌溉量，mm；R和D分別代表徑流量和內(nèi)排水量(多指滲漏量)。

試驗小區(qū)為平坦旱地，無徑流和滲漏發(fā)生，故R=0，D=0。由于地下水埋深，遠大于根系層深度，降水和灌溉成為土壤水的唯一補給源，故SG=0，所以有ETa=Pe+M+W1-W2。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同處理條件下各土層土壤含水率

對各處理不同時期的土壤含水率求平均值，進而得到全生育期的土壤含水率隨土壤含水率變化情況。由圖1可知，各處理的土壤含水率隨土壤深度的增加整體呈先下降后上升趨勢。且對于某一處理(Mi)來說，壟溝處土壤含水率均大于其壟體處的土壤含水率，這說明壟作種植的壟溝具有一定的集水功能。對于表層土(0～20 cm)處的土壤含水率，存在M1u>M2u>M3u，且M1d>M2d>M3d。而對于壟溝、壟上處的土壤含水率取均值，有M1比M2大6.25%，M2比M3大6.67%。對于中層土(20～40 cm)處的土壤含水率，各處理的大小關(guān)系同表層土，但相差的比例減小，都在2%左右。對于深層土(40～60 cm)處的土壤含水率，各處理的土壤含水率趨同，這說明不同處理對于淺層土(0～40 cm)的影響要大于對于深層土(40～60 cm)的影響。

圖1 不同處理下全生育期平均含水量隨土壤深度變化情況

將各處理不同深度的土壤含水率求平均，觀察其全生育期的土壤水分變化趨勢。由圖2可知，各處理在全生育期的土壤含水率變化整體呈下降趨勢，且在拔節(jié)期、抽雄期各處理相差較大。對壟溝與壟上處的土壤含水率求平均值，則有M1比M2大4.25%，M2比M3大4.67%。灌漿期M1比M2大2.15%，M2比M3大2.67%。而苗期及成熟期基本趨同。

圖2 全生育期不同處理下各土層平均含水量變化趨勢

對不同處理全生育期的土壤含水率進行雙因素(秸稈覆蓋、深松處理)方差分析，結(jié)果如表3所示，若使用α=0.05來檢驗雙因素的顯著性，則秸稈覆蓋處理會對土壤含水率造成顯著性差異；若使用α=0.1來檢驗雙因素的顯著性，則秸稈覆蓋和深松處理都會造成顯著性差異。這說明秸稈覆蓋和深松處理對于壟作玉米的土壤含水率都會有影響，且秸稈覆蓋處理引起的差異性更大。

表3 各處理全生育期土壤含水率主體間效應(yīng)檢驗

3.2 不同處理灌溉后三日土壤水分變化

為了研究灌水后土壤含水率的變化情況，在灌水后連續(xù)三天進行土壤含水率的測量，觀察土壤水分含量的變化，取6月28日、6月29日、6月30日以及7月6日、7月7日、7月8日的更土層土壤含水率平均值進行分析，如圖3所示。

圖3 各土層土壤含水率平均值變化情況

綜合六七月兩次連續(xù)三天的土壤含水率監(jiān)測可以得到：6月的各個處理三日含水量變化基本為先增大后減小，而7月的各個處理三日含水量變化為逐漸減小，這可能是因為6月的土壤含水率較大，所以水分吸收較慢。灌水后的第一天，各處理土壤含水率M2>M3>M1，這說明由于被秸稈覆蓋，M1處理灌水初期對水分吸收的效果較差。灌水后的第二天，M1處理的土壤含水率較第一天有所上升，而M2、M3處理均有所下降，這說明秸稈覆蓋條件下的土壤含水率變化具有滯后性。灌水后第三天，各處理土壤含水率相比第二天均有所下降，但是下降比例大小不同，綜合六七月情況來看，M1處理下降比例為11%，M2處理下降比例為24%，M3處理下降比例為29%，這說明秸稈覆蓋的保水性，以及深松處理會使水分耗散較快。

3.3 秸稈覆蓋對土壤貯水量的影響

根據(jù)試驗設(shè)計，針對苗期中后期到灌漿期的土壤貯水量情況和耗水量情況進行分析。

對于M1土壤貯水量及耗水量情況進行分析，拔節(jié)期的貯水量最豐富的，明顯高于其他生育階段，苗期的耗水量最多，灌漿期的耗水量最小，二者相差50%，日耗水量灌漿期>苗期及拔節(jié)期>抽雄期，相差值都是在10%左右(見表4)。

表4 傳統(tǒng)壟作覆蓋(M1)條件下土壤水量平衡

對于不覆蓋條件下的土壤貯水量及耗水量情況進行分析，拔節(jié)期的貯水量最豐富的，明顯高于其他生育階段，苗期的耗水量最多，灌漿期的耗水量最小，二者相差80%，日耗水量灌漿期、抽雄期、苗期>拔節(jié)期，相差值在20%左右(見表5)。

表5 傳統(tǒng)壟作不覆蓋條件下土壤水量平衡

對于不覆蓋深松條件下的土壤貯水量及耗水量情況進行分析，拔節(jié)期的貯水量最豐富的，苗期的耗水量最多，灌漿期的耗水量最小，二者相差50%，日耗水量灌漿期>苗期、抽雄期、拔節(jié)期，相差值在30%左右(見表6)。

表6 壟作深松不覆蓋條件下土壤水量平衡

由數(shù)據(jù)可知：從各處理的平均情況來看，不同處理的貯水量變化在整個生育期的變化較一致。苗期作物貯水量較小，玉米經(jīng)耕種正處在春季失熵期，所以耗水量較大，且貯水量也呈下降趨勢。在苗期3個處理的貯水量差異不大，而在耗水量方面，M1

4 結(jié) 語

由以上分析可得到結(jié)論如下。

傳統(tǒng)壟作秸稈覆蓋處理與不覆蓋對照處理的全生育期平均土壤含水率差異主要體現(xiàn)在0～40 cm土層，在40～60 cm土層差異不明顯，在整個生育期，壟溝處的土壤含水率基本大與壟體的土壤含水率，這是因為壟溝的集水效果較好。M1>M2>M3的土壤含水率，且秸稈覆蓋相對深松處理對壟作玉米的土壤含水率影響更大(從顯著性可得)，當土壤含水率較大時，M1的土壤對于水分的吸收具有滯后性。不同處理的貯水量變化在全生育期呈現(xiàn)先增加，后減小的趨勢，在拔節(jié)期的貯水量達到最大。不同處理的耗水量在整個生育期的變化較一致，呈現(xiàn)遞減的趨勢。M1的保水效果在苗期和拔節(jié)期較明顯，而在抽雄期和灌漿期有所減弱。根據(jù)前人研究，深松可以改變土壤性質(zhì)，且增加產(chǎn)量，但是深松對于土壤水分保蓄能力較差，所以可以采用壟作、秸稈覆蓋與深松處理相結(jié)合的方式來進行玉米種植。

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