耕層增減對作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分狀況的影響①

韓 上，武 際，夏偉光，陳 峰，雷之萌，王允青，郭熙盛，李 敏

?

耕層增減對作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分狀況的影響①

韓 上1, 2, 3，武 際1, 2*，夏偉光3，陳 峰4，雷之萌3，王允青1, 2，郭熙盛1, 2，李 敏1,2

(1 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，合肥 230031；2 安徽養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境省級實驗室，合肥 230031；3 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036；4 濉溪縣五鋪農(nóng)場，安徽淮北 235118)

試驗于2012—2015年在淮北平原中部的濉溪縣展開，設(shè)原始耕層(TS)、在原始耕層厚度上人工削減5 cm (TS-5)和在原始耕層厚度上人工增加5 cm(TS+5) 3個處理。在玉米和小麥成熟期采樣分析和田間測產(chǎn)，在3季小麥?zhǔn)斋@后分別采集0 ~ 20 cm土層土樣進行分析，明確耕層厚度變化對玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量、養(yǎng)分積累的影響和土壤養(yǎng)分含量的變化規(guī)律。結(jié)果表明，耕層減少5 cm處理明顯降低玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量和N、P2O5、K2O積累量，與原始耕層處理相比，分別下降了5.61% 和8.31%、5.65%、18.38%；耕層增加5 cm 后作物產(chǎn)量和各養(yǎng)分積累量均未出現(xiàn)顯著變化。第1個輪作周期結(jié)束時，耕層減少5 cm處理的土壤有機質(zhì)、全氮和速效鉀含量明顯低于原始耕層處理；而經(jīng)過3個輪作周期，土壤有機質(zhì)含量仍處于較低水平，全氮和速效鉀含量逐漸回升，與原始耕層對應(yīng)指標(biāo)已無顯著差異。耕層增加5 cm處理明顯提高了土壤有機質(zhì)和各養(yǎng)分含量，并在3個輪作周期后仍處于較高水平。綜上，耕層厚度減少5 cm會降低玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量、各養(yǎng)分積累量和土壤有機質(zhì)含量，并在短期內(nèi)難以恢復(fù)；增加5 cm耕層雖然能改善土壤養(yǎng)分狀況，但對作物產(chǎn)量和養(yǎng)分積累量的提高沒有明顯效果。

耕層厚度；砂姜黑土；玉米–小麥輪作；產(chǎn)量；養(yǎng)分積累；土壤養(yǎng)分

作為中國第二大平原，華北平原是我國小麥、玉米的集中種植區(qū)域，在我國的糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用[1]。華北平原當(dāng)前農(nóng)業(yè)機械化程度較高，各種大型機械參與田間作業(yè)時連年碾壓土壤，但生產(chǎn)上卻常年以旋耕為主，導(dǎo)致了該地區(qū)出現(xiàn)土壤耕層變淺、犁底層緊實上移、土壤生產(chǎn)能力下降等一系列問題[2-5]。安徽淮北平原位于華北平原南端，土壤類型以砂姜黑土為主[6]，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除了存在上述問題，以砂姜黑土為主的中低產(chǎn)土壤也是該區(qū)域作物產(chǎn)量提高的限制因素[7-8]。為此，明確耕層變化對淮北砂姜黑土區(qū)作物和土壤的影響，對保障該區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

針對耕層變淺這一現(xiàn)實問題，學(xué)者進行了調(diào)查與研究，并取得了一定進展[9-10]。但當(dāng)前的研究主要集中在原始耕層條件下不同耕作模式[11-17]、秸稈等有機物料還田[18-22]以及二者交互作用[23-27]對作物生長發(fā)育和土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)的影響。以耕層本身厚度變化為對象的研究多在土壤侵蝕領(lǐng)域展開[28-29]，國內(nèi)相關(guān)研究較少且集中在土壤侵蝕嚴重的區(qū)域，研究也以室內(nèi)模擬試驗為主[30-31]，開展的田間試驗的研究年限也較短[32-33]。當(dāng)前，淮北平原農(nóng)田面臨耕層變淺、犁底層緊實上移等現(xiàn)實問題，但針對華北平原耕層變化的田間試驗研究卻鮮見報道[3]。本研究以砂姜黑土為研究對象，在現(xiàn)有耕層厚度的基礎(chǔ)上，模擬耕層減少和增加，通過田間連續(xù)多年試驗明確耕層厚度變化對作物產(chǎn)量、養(yǎng)分積累和土壤養(yǎng)分狀況的影響，以期為進一步研究淮北平原砂姜黑土區(qū)地力提升和作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2012年6月至2015年6月在安徽省淮北市濉溪縣進行。試驗區(qū)位于淮北平原中部，屬于暖溫帶半濕潤氣候，年平均氣溫14.5 °C，降雨量852.4 mm，日照充足，四季分明。試驗采用當(dāng)?shù)氐湫偷南挠衩?冬小麥輪作制度，在本試驗開始前該田塊已經(jīng)種植玉米-小麥6 a以上，試驗地基本條件一致。

供試玉米品種為浚單20，小麥品種為濟麥22。玉米采用點播，行距70 cm，株距24 cm，分別于2012年6月27日、2013年6月22日和2014年6月18日播種，2012年10月13日、2013年10月28日和2014年10月15日收獲。小麥采用條播，行距25 cm，分別于2012年11月2日、2013年10月24日和2014年10月31日播種，2013年6月6日、2014年6月6日和2015年6月8日收獲。供試土壤為砂姜黑土，試驗開始前測定耕作層厚度為15 cm，容重為1.47 g/cm3，0 ~ 20 cm土層土壤養(yǎng)分含量為有機質(zhì)15.73 g/kg，全氮0.97 g/kg，堿解氮65.50 mg/kg，有效磷7.59 mg/kg，速效鉀163.88 mg/kg，緩效鉀884.24 mg/kg，pH為8.15。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3種不同耕層厚度處理，分別為原始耕層(TS)、在原始耕層厚度上人工削減5 cm(TS-5)和在原始耕層厚度上人工增加5 cm(TS+5)。具體操作為：在2012年冬小麥?zhǔn)斋@后，先將試驗區(qū)按試驗要求劃分試驗小區(qū)，以小區(qū)為單位進行操作。耕層減少5 cm處理操作時先將小區(qū)劃分為14個2 m2小塊，以小塊為單位人工起5 cm表層土壤，并將該土壤運至耕層增加處理小區(qū)的對應(yīng)位置攤平。每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積4 m × 7 m。每季作物收獲后將地上部秸稈全部移出小區(qū)，留茬高度小于10 cm；以小區(qū)為單位撒施基肥，人工翻耕5 cm后整細耙平。玉米季氮肥(N)用量240 kg/hm2，磷肥(P2O5)90 kg/hm2，鉀肥(K2O)120 kg/hm2。60% 的氮肥和全部磷鉀肥基施，40% 氮肥拔節(jié)期追施。小麥季氮肥(N)用量225 kg/hm2，磷肥(P2O5)為90 kg/hm2，鉀肥(K2O)105 kg/hm2。60% 的氮肥和全部磷鉀肥基施，40% 氮肥拔節(jié)期追施。供試肥料分別為尿素(含N 46%)，過磷酸鈣(含P2O512%)，氯化鉀(含K2O 60%)。在玉米-小麥整個輪作周期內(nèi)，其他管理措施完全相同。

1.3 測定項目及方法

在2012年6月小麥?zhǔn)斋@后，采集0 ~ 20 cm土層土樣，采用常規(guī)方法測定基本理化性質(zhì)[34]。

在玉米和小麥成熟期，按小區(qū)全部收獲，人工脫粒、稱重、測定含水率并計算各小區(qū)產(chǎn)量。各小區(qū)隨機選取6株玉米或3個1 m2樣方小麥的地上部，風(fēng)干后按籽粒和秸稈分別計重。樣品烘干、磨碎后，經(jīng)H2SO4-H2O2消化，半微量開氏法測定全氮含量，鉬銻抗比色法測定全磷含量，火焰光度計法測定全鉀含量[34]。

在2013年6月、2014年6月和2015年6月小麥?zhǔn)斋@后，每小區(qū)按5點法取0 ~ 20 cm土層土壤，風(fēng)干過篩后，采用常規(guī)方法測定土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和pH。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)分析和圖表處理，SPSS 19.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕層厚度變化對玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量的影響

比較6季作物產(chǎn)量可知(表1)，與原始耕層處理相比，耕層減少5 cm處理的平均產(chǎn)量出現(xiàn)了下降，減產(chǎn)率達5.61%；而耕層增加5 cm處理的作物平均產(chǎn)量與原始耕層處理沒有明顯差異，增產(chǎn)率只有0.47%。比較不同耕層厚度對每季作物的產(chǎn)量可以發(fā)現(xiàn)，耕層減少5 cm后6季作物的產(chǎn)量均處于最低水平，原始耕層處理的第1季小麥、第2季玉米和第3季小麥產(chǎn)量較高，耕層增加5 cm處理第1季玉米、第2季小麥和第3季玉米產(chǎn)量較高。整體上，原始耕層和耕層增加5 cm處理的6季作物產(chǎn)量均接近，差異均未達顯著水平；耕層減少5 cm處理的第2季小麥產(chǎn)量顯著低于耕層增加5cm處理，第3季小麥產(chǎn)量則顯著低于其他兩個處理。在玉米產(chǎn)量上，3個耕層厚度處理只在第2季表現(xiàn)出了顯著差異，并且第2季玉米的產(chǎn)量整體低于其他兩季，平均產(chǎn)量只有其他兩季產(chǎn)量的53.5% 和57.7%。這可能與試驗區(qū)在第2季玉米揚花授粉期間出現(xiàn)的持續(xù)極端高溫干旱天氣有關(guān)[35]。

表1 不同耕層厚度下玉米-小麥輪作體系作物產(chǎn)量

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達到<0.05 顯著水平，下表同。

對玉米-小麥輪作體系作物產(chǎn)量變化規(guī)律進一步分析(表2)，結(jié)果顯示，與原始耕層處理的產(chǎn)量相比，耕層減少5 cm后3季小麥產(chǎn)量的平均減產(chǎn)率達到了6.38%，高于3季玉米的平均減產(chǎn)率5.00%。如果不考慮第2季玉米種植期間極端天氣造成的12.02% 的減產(chǎn)率，耕層減少5 cm對玉米產(chǎn)量的負效應(yīng)會進一步降低，只有3% 左右；而耕層減少5 cm則使小麥第1 ~ 3季分別減產(chǎn)1.36%、5.36% 和11.39%，減產(chǎn)率逐漸增大。說明耕層減少5 cm會導(dǎo)致玉米和小麥均出現(xiàn)減產(chǎn)，其中對小麥的減產(chǎn)效果更明顯，且減產(chǎn)效果在連續(xù)種植3 a時仍然存在。耕層增加5 cm后，與原始耕層處理的產(chǎn)量相比，玉米產(chǎn)量在第2季下降了6.51%，而在第1和第3季有小幅提升，3季平均增產(chǎn)0.10%；小麥產(chǎn)量整體上增產(chǎn)和減產(chǎn)的變幅較小，3季平均增產(chǎn)0.87%。

表2 耕層變化后作物產(chǎn)量變化趨勢

考慮到在相同施肥條件下，如果當(dāng)季作物產(chǎn)量較高、生物量較大則會帶走較多養(yǎng)分而使下季作物能夠利用的養(yǎng)分相對減少，出現(xiàn)產(chǎn)量可能較低的問題，本研究進一步以玉米-小麥輪作體系為對象，分析每個輪作周期(周年)作物產(chǎn)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明，與原始耕層處理相比，耕層減少5 cm后，玉米-小麥體系的3個周年分別減產(chǎn)341、961和921 kg/hm2，減產(chǎn)率為2.47%、8.28% 和6.47%。耕層增加5 cm后，玉米-小麥體系在第1和第3個周年的分別增產(chǎn)141 kg/hm2和114 kg/hm2，增產(chǎn)率為1.01% 和0.79%；在第2個周年減產(chǎn)了0.60%。綜上所述，耕層減少5 cm后，玉米-小麥輪作體系的作物產(chǎn)量在3個周年均出現(xiàn)一定程度下降；而耕層增加5 cm沒有明顯變化。

2.2 耕層厚度變化對玉米–小麥輪作體系作物養(yǎng)分吸收的影響

不同耕層厚度處理下作物對N、P2O5、K2O的積累存在差異(表3)。與原始耕層處理地上部各養(yǎng)分積累量相比，耕層減少5 cm使玉米的N、P2O5和K2O積累量分別下降了6.06%、2.71% 和15.77%，小麥分別下降了10.90%、8.88% 和21.24%，小麥各養(yǎng)分積累量的下降幅度均大于玉米。對不同養(yǎng)分來說，按下降幅度的大小依次排序為：K＞N＞P。分不同部位比較，玉米的N和P2O5的積累量在籽粒中下降幅度更大，均達到了顯著水平；K2O積累量在秸稈中降低了25.40 kg/hm2，降幅為17.58%；小麥中各養(yǎng)分積累量均以秸稈中下降幅度最大。耕層增加5 cm時，玉米的地上部N、P2O5和K2O積累量分別增加了3.32%、0.20%和5.96%，各養(yǎng)分積累量均有一定程度的增加，表現(xiàn)為K＞N＞P，但均未達到顯著水平；小麥的各養(yǎng)分積累量和原始耕層處理對應(yīng)指標(biāo)均接近，差異在1% 以內(nèi)。

表3 不同耕層厚度下玉米–小麥輪作體系作物養(yǎng)分積累量(kg/hm2)

進一步分析了玉米、小麥的各養(yǎng)分收獲指數(shù)，耕層厚度變化對玉米和小麥的氮收獲指數(shù)和磷收獲指數(shù)均沒有明顯影響；耕層減少5 cm顯著提高了玉米和小麥的鉀收獲指數(shù)，而耕層增加5 cm顯著降低了玉米的鉀收獲指數(shù)，對小麥的鉀收獲指數(shù)沒有影響。說明在耕層減少5 cm導(dǎo)致作物地上部K2O積累量整體降低的條件下，鉀素優(yōu)先轉(zhuǎn)運至玉米和小麥的籽粒；而在地上部K2O積累量提高時，增加的鉀素更多地儲存在了玉米秸稈中。對玉米-小麥輪作體系來說，耕層減少5 cm顯著降低了N和K2O的積累量，降幅分別為8.31% 和18.38%，對P2O5的積累也有一定程度的降低，但未達顯著水平，各養(yǎng)分降幅依次為：K＞N＞P；耕層增加5 cm對各養(yǎng)分積累量無明顯影響，與原始耕層相比，增幅分別為1.64%、0.33% 和2.67%。綜上所述，耕層減少5 cm使作物對N、P2O5、K2O的積累量出現(xiàn)不同程度的降低，而耕層增加5 cm后作物對各養(yǎng)分的積累量沒有明顯增加。

2.3 耕層厚度變化對土壤養(yǎng)分狀況的影響

2.3.1 耕層厚度變化對土壤有機質(zhì)和全氮含量的影響 在小麥季取土進行養(yǎng)分分析，不同處理對土壤有機質(zhì)和全氮含量的影響見表4。與原始耕層處理相比，耕層減少5 cm處理明顯降低了土壤有機質(zhì)含量，在2013—2015年測定時有機質(zhì)含量分別降低了0.78、0.23和0.84 g/kg；而耕層增加5 cm處理則明顯提高了土壤有機質(zhì)的含量，在2013年測定時提高了0.98 g/kg，2014年和2015年時分別提高了1.71 g/kg和1.11 g/kg，達到了顯著水平。比較同一處理不同年份間的變化，各處理土壤有機質(zhì)含量的變化并未出現(xiàn)明顯趨勢，原始耕層處理含量在15.24 ~ 15.74 g/kg，耕層減少5 cm處理在14.70 ~ 15.01 g/kg，耕層增加5 cm處理在16.65 ~ 16.95 g/kg。

表4 2013—2015年不同耕層厚度下土壤有機質(zhì)和全氮含量變化

不同處理間土壤全氮含量的變化趨勢在2013年和2014年表現(xiàn)為耕層減少5 cm土壤全氮含量分別降低了3.94% 和4.83%，耕層增加5 cm土壤全氮含量分別提高了11.55% 和9.38%。經(jīng)過3個輪作周期，在2015年測定時耕層減少5 cm處理的土壤全氮含量與原始耕層處理一致，而耕層增加5 cm處理仍處于較高水平，顯著高于其他兩個處理。比較同一處理不同年份間的變化，原始耕層和耕層增加5 cm處理的土壤全氮含量沒有明顯的變化，而耕層減少5 cm處理隨著時間的推移有逐漸升高的趨勢。

2.3.2 耕層厚度變化對土壤有效磷和速效鉀含量的影響 由表5可知，耕層增加5 cm處理提高了土壤有效磷含量，在各年份均顯著高于原始耕層和耕層減少5 cm處理；原始耕層和耕層減少5 cm處理間無顯著差異，二者土壤有效磷含量在6.22 ~ 7.03 mg/kg之間。同一處理的土壤有效磷含量并未隨著試驗?zāi)晗薜脑黾影l(fā)生明顯變化。耕層減少5 cm處理在2013年和2014年土壤速效鉀含量分別降低了15.41% 和8.13%，達顯著水平；而在2015年降低了5.40%，未達顯著水平。耕層增加5 cm處理則顯著提高了速效鉀含量，2013—2015年比原始耕層處理分別提高了33.92%、55.76% 和51.74%。2013—2015年，原始耕層處理的土壤速效鉀含量無明顯變化，而耕層減少5 cm處理有升高趨勢。

表5 2013—2015年不同耕層厚度下土壤有效磷和速效鉀含量變化

3 討論

土壤是作物賴以生存的基礎(chǔ)，作物生長發(fā)育所需要的大部分養(yǎng)分和水分都來自于土壤耕作層[36]。耕層厚度的減少會導(dǎo)致土壤的理化性質(zhì)變劣，進而降低作物產(chǎn)量[28,37]。成婧等[33]以渭北旱塬土壤為研究對象，得出剝離表層土壤會使土壤理化性質(zhì)惡化，人為增加耕層厚度能很好地改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤有機質(zhì)及其他養(yǎng)分含量。本研究發(fā)現(xiàn)在削減5 cm耕層后，第1個輪作周期結(jié)束時0 ~ 20 cm土層土壤有機質(zhì)、全氮、速效鉀含量均出現(xiàn)明顯下降；經(jīng)過3個輪作周期，土壤全氮和速效鉀含量逐漸回升，但有機質(zhì)含量仍處于較低水平。而耕層增加5 cm對土壤有機質(zhì)和各養(yǎng)分含量均有明顯的提升作用，與原始耕層相比，在第3個輪作周期結(jié)束時土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量仍分別提高了1.11 g/kg、0.10 g/kg、2.32 mg/kg和84.50mg/kg，差異均達顯著水平。本研究的結(jié)果也證實了耕層厚度的減少或增加會迅速降低或提升土壤有機質(zhì)和各養(yǎng)分含量，其中耕層減少導(dǎo)致的土壤全氮和速效鉀含量的降低能在傳統(tǒng)耕作模式下逐漸回升，而有機質(zhì)含量下降后在短期內(nèi)不能得到恢復(fù)。

有研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)施肥條件下，耕層變淺會使玉米產(chǎn)量降低，剝離10 cm表土后，玉米產(chǎn)量下降了13.9%；而覆蓋10 cm表土后玉米產(chǎn)量上升了12.0%[38]。本研究在耕層減少5 cm時作物產(chǎn)量也出現(xiàn)下降，玉米和小麥3季平均下降了5.00% 和6.38%，降幅小于上述研究結(jié)果。這可能與本研究剝離的土層厚度只有5 cm有關(guān)，也可能與兩個試驗區(qū)土壤肥力水平有關(guān)。張興義等[32]對土壤肥力水平較高的黑土區(qū)的研究就發(fā)現(xiàn)，耕層減少5 cm和10 cm 時，作物只減產(chǎn)了3.1% 和3.2%。同時，耕層減少5 cm后作物對各養(yǎng)分的吸收量出現(xiàn)不同程度的降低，其中氮和鉀積累量的降幅分別為8.31% 和18.38%，大于產(chǎn)量的降幅5.61%，這也從養(yǎng)分吸收的角度解釋了作物減產(chǎn)的原因。本研究結(jié)果顯示耕層增加5 cm后玉米和小麥的產(chǎn)量沒有明顯提升，平均增產(chǎn)率只有0.10% 和0.87%，與上述研究[38]得出的作物明顯增產(chǎn)的結(jié)論并不一致，這可能與砂姜黑土既不耐旱也不耐澇，耕性和通透性均較差的特性有關(guān)[7]。增加5 cm耕層雖然明顯改善了土壤的養(yǎng)分狀況，但可能仍受限于砂姜黑土不良的物理性狀而未能使作物獲得增產(chǎn)，并在3個輪作周期結(jié)束時仍無增產(chǎn)效果。上述討論也提示我們在生產(chǎn)中一定要重視保護農(nóng)田耕作層，耕層結(jié)構(gòu)一旦被破壞則很難恢復(fù)如初，而耕層土壤地力提升也絕非朝夕之事。

另外，本研究僅通過3 a的定位試驗對淮北平原砂姜黑土區(qū)不同耕層厚度變化下作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分狀況的變化進行了比較，關(guān)于耕層變化對土壤物理性狀、作物根系分布等方面的影響以及針對耕層變淺后不同恢復(fù)措施的效果還有待進一步研究。

4 結(jié)論

1) 在耕層厚度為15 cm的淮北平原砂姜黑土區(qū)，減少5 cm耕層會降低玉米-小麥輪作體系作物產(chǎn)量和N、P2O5、K2O積累量，降幅依次為 5.61% 和8.31%、5.65%、18.38%；而耕層增加5 cm 并未顯著增加作物產(chǎn)量和各養(yǎng)分積累量。

2) 耕層減少5 cm后土壤有機質(zhì)、全氮和速效鉀的含量在第1個輪作周期結(jié)束時明顯低于原始耕層土壤，經(jīng)過3個輪作周期，土壤全氮和速效鉀含量逐漸回升，有機質(zhì)含量仍處于較低水平。耕層增加5 cm明顯提高了土壤有機質(zhì)和各養(yǎng)分含量，并在3個輪作周期后仍處于較高水平。

[1] 全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心. 華北小麥玉米輪作區(qū)耕地地力[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2015

[2] 楊雪, 逄煥成, 李軼冰, 等. 深旋松耕作法對華北缺水區(qū)壤質(zhì)黏潮土物理性狀及作物生長的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(16): 3401–3412

[3] 石彥琴, 高旺盛, 陳源泉, 等. 耕層厚度對華北高產(chǎn)灌溉農(nóng)田土壤有機碳儲量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2010, 26(11): 85–90

[4] Nakatsu S, Higashida S, Sawazaki A. Easy estimation method for plow pan and effect of improved pan- breaking[J]. Japanese Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 2004, 75(2): 265–268

[5] Zhang X Y, Shao L W, Sun H Y, et al. Incorporation of soil bulk density in simulating root distribution of winter wheat and maize in two contrasting soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 2012, 76: 638–647

[6] 潘強. 安徽省淮北地區(qū)水土流失規(guī)律及防治措施研究[D].合肥: 合肥工業(yè)大學(xué), 2007

[7] 王道中, 花可可, 郭志彬. 長期施肥對砂姜黑土作物產(chǎn)量及土壤物理性質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(23): 4781–4789

[8] 陳歡, 曹承富, 孔令聰, 等. 長期施肥下淮北砂姜黑土區(qū)小麥產(chǎn)量穩(wěn)定性研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(13): 2580–2590

[9] 翟振, 李玉義, 逄煥成, 等. 黃淮海北部農(nóng)田犁底層現(xiàn)狀及其特征[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(12): 2322–2332

[10] 白偉, 孫占祥, 鄭家明, 等. 遼西地區(qū)土壤耕層及養(yǎng)分狀況調(diào)查分析[J]. 土壤, 2011, 43(5): 714–719

[11] 聶良鵬, 郭利偉, 牛海燕, 等. 輪耕對小麥–玉米兩熟農(nóng)田耕層構(gòu)造及作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J]. 作物學(xué)報, 2015, 41(3): 468–478

[12] 孫波, 陸雅海, 張旭東, 等. 耕地地力對化肥養(yǎng)分利用的影響機制及其調(diào)控研究進展[J]. 土壤, 2017, 49(2): 209–216

[13] Hu H, Ning T, Li Z, et al．Coupling effects of urea types and subsoiling on nitrogen-water use and yield of different varieties of maize in Northern China[J]. Field Crops Res., 2013, 142: 85–94

[14] 李軼冰, 逄煥成, 李華, 等. 粉壟耕作對黃淮海北部春玉米籽粒灌漿及產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(14): 3055–3064

[15] Magomedov N R, Teimurov S A, Teimurov A A, et al. Corn productivity on irrigated meadow-chestnut soils depending on tillage method and fertilizer dose[J]. Russian Agricultural Sciences, 2010, 36(4): 233–235

[16] 蔡麗君, 邊大紅, 田曉東, 等. 耕作方式對土壤理化性狀及夏玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報, 2014(5): 232–238

[17] 姬強, 孫漢印, Taraqqi A K, 等. 不同耕作措施對冬小麥–夏玉米復(fù)種連作系統(tǒng)土壤有機碳和水分利用效率的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2014, 25( 4): 1029–1035

[18] 梁堯, 韓曉增, 宋春, 等. 不同有機物料還田對東北黑土活性有機碳的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(17): 3565–3574

[19] 萬運帆, 李玉娥, 高清竹, 等. 田間管理對華北平原冬小麥產(chǎn)量土壤碳及溫室氣體排放的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2009, 28(12): 2495–2500

[20] 邵云, 趙院利, 馮榮成, 等. 耕層調(diào)控和有機物料還田對小麥產(chǎn)量及氮磷鉀分配利用的影響[J]. 麥類作物學(xué)報, 2013, 33(1): 117–122

[21] 侯曉娜, 李慧, 朱劉兵, 等. 生物炭與秸稈添加對砂姜黑土團聚體組成和有機碳分布的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015(4): 705–712

[22] 張久明, 遲鳳琴, 宿慶瑞, 等. 不同有機物料還田對土壤結(jié)構(gòu)與玉米光合速率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報, 2014(1): 56–61

[23] 孟慶陽, 王永華, 靳海洋, 等. 耕作方式與秸稈還田對砂姜黑土土壤酶活性及冬小麥產(chǎn)量的影響[J]. 麥類作物學(xué)報, 2016, 36(3): 341–346

[24] 戰(zhàn)秀梅, 李秀龍, 韓曉日, 等. 深耕及秸稈還田對春玉米產(chǎn)量、花后碳氮積累及根系特征的影響[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2012, 43(4): 461–466

[25] Jin K, Cornelis W M, Schiettecatte W, et al．Effects of different management practices on the soil-water balance and crop yield for improved dryland farming in the Chinese Loess Plateau[J]. Soil and Tillage Research, 2007, 96(1): 131–144

[26] 趙亞麗, 薛志偉, 郭海斌, 等. 耕作方式與秸稈還田對冬小麥–夏玉米耗水特性和水分利用效率的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(17): 3359–3371

[27] 韓曉增, 鄒文秀, 王鳳仙, 等. 黑土肥沃耕層構(gòu)建效應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2009, 20(12): 2996–3002

[28] 王志強, 劉寶元, 王旭艷, 等. 東北黑土區(qū)土壤侵蝕對土地生產(chǎn)力影響試驗研究[J]. 中國科學(xué) D輯: 地球科學(xué), 2009, 39(10): 1397–1412

[29] Bakker M M, Govers G, Rounsevell M D A. The crop productivity-erosion relationship: An analysis based on experimental work[J]. Catena, 2004, 57(1): 55–76

[30] 劉慧, 魏永霞. 黑土區(qū)土壤侵蝕厚度對土地生產(chǎn)力的影響及其評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2014, 30(24): 288– 296

[31] 裴會敏, 許明祥, 脫登峰. 黃土丘陵區(qū)坡地侵蝕對土壤呼吸的影響[J]. 水土保持通報, 2012, 32(4): 1–4

[32] 張興義, 劉曉冰, 隋躍宇, 等. 人為剝離黑土層對大豆干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響[J]. 大豆科學(xué), 2006, 25(2): 123–126

[33] 成婧, 吳光艷, 云峰, 等. 渭北旱塬侵蝕退化土壤生產(chǎn)力的恢復(fù)與評價[J]. 中國水土保持科學(xué), 2013, 11(3): 6– 11

[34] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000

[35] 張愛華. 淺析濉溪縣2013年夏玉米嚴重減產(chǎn)的原因及對策[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報, 2013(19): 47

[36] 王玉玲, 李軍. 黃土旱塬區(qū)平衡施肥下不同土壤耕作模式的蓄水納墑及作物增產(chǎn)增收效應(yīng)研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2016, 22(1): 151–163

[37] Rhoton F E, Lindbo D L. A soil depth approach to soil quality assessment[J]. J. Soil Water Conserv., 1997, 52(1): 66–72

[38] 成婧, 吳發(fā)啟, 王健, 等. 渭北旱塬不同程度土壤侵蝕及生產(chǎn)力恢復(fù)試驗[J]. 中國水土保持科學(xué), 2013, 11(2): 19–24

Effects of Topsoil Thickness on Crop Yields and Nutrient Uptake as well as Soil Nutrients

HAN Shang1,2,3, WU Ji1,2*, XIA Weiguang3, CHEN Feng4, LEI Zhimeng3, WANG Yunqing1,2, GUO Xisheng1,2, LI Min1,2

(1 Soil and Fertilizer Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China; 2 Anhui Provincial Key Laboratory of Nutrient Recycling, Resources & Environment, Hefei 230031, China; 3College of Resource and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 4 Wupu Farm of Suixi County, Huaibei, Anhui 235118, China)

A field experiment was conducted in Suixi County in the middle of Huaibei Plain from 2012 to 2015,three treatments of topsoil thickness were designed: original topsoil (TS), 5 cm topsoil removed artificially (TS-5) and 5 cm topsoil increased artificially (TS+5), plant samples of maize and wheat were collected at the mature stages and soils in 0-20 cm depths were sampled after quarterly wheat harvest. Crop yields of maize-wheat rotation and nutrient accumulation were analyzed, and the variation of soil nutrient contents were discussed. The results showed that compared with TS treatment, TS-5 treatment significantly reduced crop yields and N, P2O5and K2O accumulation in maize-wheat rotation, decreased by 5.61% and 8.31%, 5.65%, 18.38%, respectively, while crop yields and nutrient accumulation of TS+5 treatment showed no significant change. At the end of the first rotation, the contents of SOM, total nitrogen and available potassium of TS-5 treatment wereobviously lower than TS treatment. After the third rotation, the contents of total nitrogen and available potassium increased gradually and had no significant difference with those of TS treatment, while the content of SOM was still at a low level. TS+5 treatment significantly increased SOM and nutrient contents, they were maintained at high levels after the third rotation. In summary, TS-5 treatment can reduce crop yields and nutrient accumulation of maize-wheat rotation and the contents of SOM and nutrients are difficult to recover in the short term. Although TS+5 treatment can improve soil nutrient status, but such improvement has no significant effect in increasing crop yields and nutrient accumulation.

Topsoil thickness; Lime concretion black soil; Maize-wheat rotation; Yield; Nutrient accumulation; Soil nutrients

國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFD0300901)，安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長青年創(chuàng)新基金項目(16B1019)，公益性行業(yè)科研專項(201503122)和安徽省重點研究與開發(fā)計劃項目(1704e1002237)資助。

(wuji338@163.com)

韓上(1989—)，男，河南信陽人，碩士，助理研究員，主要從事植物營養(yǎng)與作物施肥技術(shù)研究。E-mail: hs0059@126.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.05.004

S158.5

A