耕作方式對(duì)秸稈覆蓋玉米田春播期土壤水熱鹽狀況的影響

于慶峰, 苗慶豐, 史海濱, 胡 敏, 張俊友

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭014109; 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院, 呼和浩特010018)

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)地處干旱半干旱地區(qū)，屬于典型的鹽漬化灌區(qū)，且春季寒冷干旱，對(duì)春播期最佳播種農(nóng)時(shí)的選擇及種子的萌發(fā)和作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了一定負(fù)面的影響，從而一定程度上制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。而有研究表明，秋收后地表鋪設(shè)秸稈，在土壤經(jīng)歷凍融循環(huán)后，顯著改善了土壤水鹽熱條件，為翌年春季作物種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)提供了適宜的土壤環(huán)境[1]。也有研究表明，秋收后地表覆蓋秸稈條件下，不同耕作措施造成的秸稈覆度是影響陽(yáng)光輻射強(qiáng)度和土壤水熱狀況的關(guān)鍵因素，從而對(duì)春播期土壤環(huán)境產(chǎn)生影響[2]。

河套灌區(qū)特殊的氣候和土質(zhì)條件在一定程度上影響了灌區(qū)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展，而春播期寒冷干旱且土壤鹽分表聚問(wèn)題嚴(yán)重一直以來(lái)也是困擾當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要難題[3]。良好的土壤條件是保證作物出苗和生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。本研究鑒于前人的研究成果，在延續(xù)前期玉米秸稈覆蓋試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于玉米收獲后通過(guò)設(shè)置免耕、少耕和旋耕的耕作措施，研究不同耕作措施對(duì)春播期土壤水熱鹽狀況和玉米出苗率的影響，從而篩選出適宜灌區(qū)玉米生育期秸稈覆蓋條件下的秋收后整地耕作措施，為灌區(qū)玉米的合理種植提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)磴口縣夾道村進(jìn)行，試驗(yàn)期間無(wú)降水，該地區(qū)多年平均降雨量139.8 mm，蒸發(fā)量2 374.6 mm；多年平均氣溫為7.6℃，平均日照時(shí)數(shù)3 183 h，平均無(wú)霜期130 d左右。試驗(yàn)區(qū)0—20 cm為粉砂壤土，20—100 cm為粉砂質(zhì)黏壤土，土壤平均容重為1.47 g/cm3；耕作層凋萎系數(shù)9.3%，田間持水量21.2%，該地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水源為黃河水，水質(zhì)平均礦化度為0.32 g/L，平均pH值為8.1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地前茬為玉米平作秸稈覆蓋種植，秸稈覆蓋量為10 t/hm2。玉米收獲后，進(jìn)行整地，試驗(yàn)設(shè)置免耕、少耕(只進(jìn)行滅茬)、旋耕(深度25 cm)共3個(gè)處理，各處理秸稈覆蓋度分別為40%，25%和10%，11月1日進(jìn)行秋澆，秋澆水量為1 500 m3/hm2。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，小區(qū)規(guī)格50 m×10 m，3次重復(fù)，春玉米播種期為4月24日。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法

各處理于秋澆后土壤凍結(jié)前，在5—25 cm土體埋設(shè)HZR8T土壤溫度記錄儀監(jiān)測(cè)整個(gè)凍融期土壤溫度變化，每5 cm一層，記錄時(shí)間間隔60 min。玉米播前連續(xù)三天利用土鉆取樣測(cè)定0—5 cm，5—10 cm，10—15 cm，15—20 cm和20—25 cm土壤含水率和電導(dǎo)率值，各處理分別在田塊內(nèi)畦首、畦中、畦尾設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)，采用烘干稱(chēng)重法測(cè)定土壤含水率，用DDS-308A電導(dǎo)率儀速測(cè)土壤EC值。

本文以土壤質(zhì)量含鹽量表征土壤鹽分含量，根據(jù)研究得出的適宜當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)公式，利用實(shí)測(cè)土壤電導(dǎo)率EC值進(jìn)行換算[4]，計(jì)算公式為：

Q=3.471EC+0.015

(1)

式中：Q為土壤全鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/kg)；EC為土壤1∶5浸提液在25℃時(shí)的電導(dǎo)率值(mS/cm)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，SPSS 17.0進(jìn)行單因素方差分析；如果差異顯著，則采用鄧肯式新復(fù)極差檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較，檢驗(yàn)不同處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)土壤含水率的影響

河套灌區(qū)常年春季無(wú)降水，因此玉米春播期土壤水分的來(lái)源主要為前一年秋澆灌水，但土體經(jīng)歷凍融循環(huán)后，如何更好的保蓄和調(diào)節(jié)土壤水分是關(guān)鍵，土壤含水量過(guò)低會(huì)使得種子萌發(fā)過(guò)程遭受水分脅迫，水分過(guò)多則會(huì)造成農(nóng)田塌濕，可能延誤最佳農(nóng)時(shí)，從而對(duì)玉米的生長(zhǎng)及產(chǎn)量的形成造成不利影響[5]。

本研究發(fā)現(xiàn)，各處理不同土層含水率整體表現(xiàn)為免耕>少耕>旋耕，且免耕0—5 cm和5—10 cm土壤含水率平均較少耕高10.62%和9.78%，差異性顯著(p<0.05)，而其他土層間含水率差異性不顯著(p<0.05)(表1)。但兩處理各土層含水率均顯著高于旋耕處理，免耕和少耕5—25 cm土壤含水率平均較旋耕高8.35%～24.82%和5.44%～12.84%，研究結(jié)論與張少良等[2]的研究結(jié)果具有一定的一致性，這主要是由于秸稈覆蓋量越大，形成的隔絕效應(yīng)一定程度上阻礙了土壤與空氣的交換通道，水分蒸發(fā)量大幅減小[3]。而孟憲欣等[6]通過(guò)研究表明，適宜于種子萌發(fā)和壯苗的土壤含水率為15%～20%，侯玉虹等[7]通過(guò)研究不同土質(zhì)底墑對(duì)玉米出苗的影響，得出適宜的土壤水分條件為壤土19%～22%，黏土26%～29%和沙土13%～15%。結(jié)合灌區(qū)實(shí)際條件，玉米種植犁底層為15 cm左右，種植深度為2.5 cm左右，綜合本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看各處理土壤水分條件均可滿(mǎn)足玉米種子萌發(fā)所需土壤水分條件，且不存在干旱脅迫或農(nóng)田塌濕現(xiàn)象。

2.2 不同耕作方式對(duì)土壤溫度的影響

河套灌區(qū)屬于典型的干旱半干旱地區(qū)，春播期氣溫較低，而玉米屬于典型的喜溫性作物，適宜的土壤溫度是保證種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的關(guān)鍵性因素[8]。通過(guò)對(duì)玉米播前連續(xù)3 d的地溫日變化情況監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，各處理土壤表層5—25 cm土壤溫度日變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為表層5—15 cm變幅較大，且在14：00達(dá)到全天的峰值，而20—25 cm土壤溫度受外界環(huán)境影響減弱，變化平緩，且最高值的出現(xiàn)呈現(xiàn)明顯的滯后效應(yīng)。

表1 不同耕作方式下土壤含水率對(duì)比 %

對(duì)比各處理發(fā)現(xiàn)，土壤溫度整體表現(xiàn)為旋耕>少耕>免耕處理，旋耕表層5 cm處土壤日平均溫度平均較少耕和免耕高17.51%和54.12%，10 cm處高16.73%和58.75%，15 cm處高15.76%和46.58%，20 cm處高12.45%和42.06%，25 cm處高6.54%和20.50%，差異性均達(dá)到了顯著性水平(p<0.05)，這一方面是由于秸稈覆蓋量越大，形成一定的隔絕效應(yīng)，從而減少了陽(yáng)光對(duì)地面的輻射強(qiáng)度，增溫效應(yīng)較弱，另一方面是受土壤含水率的影響。隨土層深度的增加，受外界環(huán)境影響減弱，差異逐漸減小。此階段氣溫較低，相對(duì)較高的土壤溫度將有利于玉米種子的萌發(fā)及苗期的生長(zhǎng)。

已有研究表明，土壤含水量與和熱量變化存在著相互影響和相互作用的關(guān)系[9-11]。通過(guò)對(duì)不同土層含水率和溫度回歸分析發(fā)現(xiàn)，兩者可擬合為具有較高精度的二次曲線(xiàn)關(guān)系(R2=0.9617)。說(shuō)明在一定范圍內(nèi)隨土壤含水率的增加，土壤溫度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這主要是由于土壤含水量越大，增大了土壤的比熱容，降低了土壤溫度的變化幅度[12]，這不利于北方寒冷地區(qū)春播期土壤增溫，從而對(duì)玉米出苗產(chǎn)生不利影響。

2.3 不同耕作方式對(duì)土壤含鹽量的影響

春播期至玉米苗期，土壤含鹽量的大小直接影響種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)發(fā)育，從而影響其出苗率和保苗率。大量研究表明[13-15]，土壤水分是鹽分運(yùn)移的載體，春播期，鹽隨水走，在土壤水分蒸發(fā)的影響下，土壤鹽分呈現(xiàn)向表層積聚的態(tài)勢(shì)。由于免耕和少耕處理地表覆蓋度較大，減少了土壤水分的蒸發(fā)量，從而減弱了鹽分表聚現(xiàn)象的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，旋耕處理鹽分表聚量顯著高于免耕和少耕處理(p<0.05)，5—25 cm土壤鹽分含量平均高5.80%～14.57%和5.56%～10.44%。說(shuō)明不同秸稈覆蓋量條件下，不同程度改變了土壤水熱循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)而影響土壤鹽分的運(yùn)移，為玉米種子的著床和萌發(fā)提供了相對(duì)淡化的土壤環(huán)境。

圖1 不同耕作方式下土壤溫度變化

童文杰等[16]通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古河套灌區(qū)玉米種植耐鹽性的研究，確定了當(dāng)土壤表層0—20 cm土壤含鹽量在低于1.178 、1.178～2.036，2.036～3.465 和高于3.465 g/kg的土壤鹽分條件，為玉米最適宜種植區(qū)、適宜種植區(qū)、次適宜種植區(qū)及不適宜種植區(qū)。本研究通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，處理免耕、少耕和旋耕0—20 cm土壤含鹽量平均值為1.818 g/kg，1.845 g/kg，1.984 g/kg，均為玉米適宜種植區(qū)，綜合來(lái)看，各處理春播期鹽分含量均適合玉米的播種。

表2 不同耕作方式下土壤含鹽量對(duì)比 g/kg

2.4 不同耕作方式對(duì)玉米出苗率的影響

由圖2玉米出苗率可知，各處理間玉米出苗率差異性均達(dá)到了顯著性水平(p<0.05)，且以旋耕處理出苗率最高，平均較免耕和少耕處理高9.25%和6.21%，這主要是由于各處理均為玉米種子萌發(fā)提供了適宜的土壤水鹽條件，但旋耕處理土壤溫度顯著高于其他處理，春播期氣溫較低，為玉米種子的萌發(fā)提供了更適宜的土壤溫度條件，顯著提高了出苗率。

圖2 不同耕作方式下玉米出苗率對(duì)比

3 結(jié) 論

(1) 不同土層溫度整體表現(xiàn)為旋耕>少耕>免耕，且各處理間差異性達(dá)到了顯著性水平。春播期氣溫較低，玉米作為典型的喜溫性作物，相對(duì)較高的土壤溫度有利于玉米種子的萌發(fā)。

(2) 適宜的土壤水分狀況是保證種子萌發(fā)的必要條件，受耕作方式影響，各處理秸稈覆蓋量的差異形成了不同的隔絕效應(yīng)，阻礙了土壤與空氣的交換通道。各處理不同土層含水率整體表現(xiàn)為免耕>少耕>旋耕，但各處理水分條件均適宜玉米種子的萌發(fā)。

(3) 通過(guò)回歸分析發(fā)現(xiàn)，土壤含水率與土壤溫度可擬合為具有較高精度的二次曲線(xiàn)關(guān)系(R2=0.9617)，說(shuō)明在一定的土壤含水率范圍內(nèi)，二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤含水率越高，溫度越低，而這不利于北方寒冷地區(qū)春播期土壤的增溫。

(4) 各土層含鹽量整體表現(xiàn)為旋耕>少耕>免耕，但0—20 cm土壤含鹽量平均值為1.818 g/kg，1.845 g/kg，1.984 g/kg，均適宜玉米的種植。

(5) 不同耕作方式條件下的土壤水熱鹽狀況影響玉米種子的萌發(fā)，進(jìn)而影響出苗率，研究發(fā)現(xiàn)，旋耕處理出苗率最高，平均較免耕和少耕處理高9.25%和6.21%。