不同耕作深度與施肥量對江漢平原稻田土壤緊實(shí)度和水稻產(chǎn)量的影響

彭成林 袁家富 趙書軍 佀國涵 賈平安 徐祥玉 徐大兵 李金華 吳鵬飛

摘要：連續(xù)兩年（2014—2015年）在湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)進(jìn)行大田試驗(yàn)，研究了3個耕作深度和4個施肥水平對稻田土壤緊實(shí)度和水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，水稻栽插前深耕（30 cm）相對于淺耕（10 cm）和中耕（20 cm）對土壤的擾動較大，但經(jīng)過整個水稻大田期沉降之后，對表層土壤的緊實(shí)度影響很小，能明顯降低中層土壤的緊實(shí)度，能明顯增加下層土壤的緊實(shí)度，形成“上松下緊”的結(jié)構(gòu)，但耕作深度對水稻產(chǎn)量沒有顯著影響。在氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）按1∶0.5∶0.8配比的條件下，用線性+平臺模型確定的中稻氮肥最合理用量為156.5 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：江漢平原;耕作深度;施肥量;土壤緊實(shí)度;水稻

中圖分類號：S511? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）06-0030-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.008? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： The field experiment was conducted to study the impract of different tillage depths and fertilizer rates on soil compaction and grain yield in paddy fields in Jianghan plain in two consecutive years（2014—2015）. The results indicated that the effect of deep plowing prior to planting on paddy soil were significant for the soil as compared with shallow plowing and tillage， but after settling throughout the field， the compactness of topsoil was affected weakly， the compaction degree of middle soil was obviously reduced，the compaction degree of the lower soil was obviously increased， then form the structure of “up-loose-down-tightness”， but which had no significant effect on the yield of rice. The reasonable N application rate for mid-rice was 156.5 kg/hm2 determined by linear+platform model under the condition of 1∶0.5∶0.8 ratio of nitrogen， phosphorus（P2O5） and potassium （K2O）.

Key words： Jianghan plain; tillage depth; fertilizer rate; soil compaction; rice

江漢平原是長江、漢水及其支流交匯的三角洲地帶的沖積平原，位于湖北省南部，面積49 266 km2，占全省總面積的26.3%，耕地面積165.85萬hm2，占全省耕地面積的44.0%，其中水田95.97萬hm2，旱田69.88萬hm2，是全國重點(diǎn)商品糧、棉生產(chǎn)基地[1]。江漢平原由于所處的地理位置、地形條件和多變氣候等特殊因素，洪、澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，現(xiàn)有澇漬地76.4萬hm2，成為阻礙本地區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的主要因子[2]。澇漬地按照土壤母質(zhì)及地貌類型可分為湖積型和沖積型兩種。江漢平原湖積型澇漬地土壤深厚，結(jié)構(gòu)性和滲透性較差，三相比例失調(diào)，水多氣少，固相率偏高，多項(xiàng)物理指標(biāo)需要改良[3]。耕作能增加土壤孔隙，調(diào)節(jié)土壤中的固體、液體和氣體的3項(xiàng)比例，改善耕層土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，協(xié)調(diào)土壤中水、肥、氣和熱之間的關(guān)系，促進(jìn)作物的生長，進(jìn)而增加土壤生產(chǎn)力[4，5]。但如果缺乏合理的耕作深度、頻度和強(qiáng)度等指標(biāo)，耕作便導(dǎo)致土壤物理結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞，同時也加速了土壤有機(jī)質(zhì)氧化，土壤肥力下降。在很多情況下，農(nóng)業(yè)耕作實(shí)踐能夠?qū)е峦寥牢锢硇再|(zhì)的惡化，改變土壤的水量平衡[6，7]。近幾十年來，有關(guān)耕作深度的研究主要針對旱地土壤，而針對稻田土壤的研究鮮有報(bào)道。本研究通過連續(xù)兩年（2014—2015年）的定位試驗(yàn)，針對江漢平原湖積型澇漬水稻田開展耕作深度與施肥量的雙因子試驗(yàn)，探討了兩種措施對土壤緊實(shí)度和水稻產(chǎn)量的持續(xù)影響，以期對該區(qū)域水稻耕作與施肥技術(shù)進(jìn)行客觀評估，為土壤改良和水稻的合理、高效施肥提供參考數(shù)據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2014—2015年在湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)——農(nóng)業(yè)農(nóng)村部潛江農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站（北緯30°22.721 2′，東經(jīng)112°37.472 2′）進(jìn)行，屬江漢平原低湖區(qū)，北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，土壤類型為湖積物發(fā)育而成的潮土性水稻土，土壤剖面各層次厚度為耕作層（A）10 cm，夾銹潛育層（Ag）6 cm，犁底層（P）8 cm，水稻生育季節(jié)地下水位高度約45 cm。2014年5月26日取基礎(chǔ)土樣，其土壤pH為6.74，有機(jī)質(zhì)21.14 g/kg，堿解氮114.90 mg/kg，速效磷6.16 mg/kg，速效鉀109.00 mg/kg，陽離子交換量（CEC）為16.64 cmol/kg。兩年種植的水稻品種均為荊優(yōu)6510。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙因子裂區(qū)設(shè)計(jì)，耕作深度（A）設(shè)3個水平，A1=10 cm（淺耕）、A2=20 cm（中耕）、A3=30 cm（深耕）。施氮量（B）設(shè)4個水平，每公頃施氮量分別為B1=75.0 kg、B2=120.0 kg、B3=165.0 kg、B4=210.0 kg，根據(jù)劉冬碧等[8，9]、丁亨虎等[10]的研究結(jié)果，該區(qū)域水稻P2O5/N基本合理值為0.3～0.6，K2O/N相對合理值為0.4～1.2，結(jié)合當(dāng)?shù)販y土配方推薦施肥，施磷（P2O5）、施鉀（K2O）量與施氮量按1∶0.5∶0.8進(jìn)行配比，即施肥量（N、P2O5、K2O總量，下同）分別為172.5、276.0、379.5、483.0 kg/hm2。小區(qū)面積26 m2，每處理重復(fù)3次。

1.3? 測定項(xiàng)目與方法

水稻全小區(qū)收割測產(chǎn)。水稻收割后采用CP40Ⅱ數(shù)顯式土壤緊實(shí)度儀在田間直接原位測定土壤緊實(shí)度，測定土層范圍為0～30 cm，每1 cm記錄1 次數(shù)據(jù)，每個小區(qū)重復(fù)測定3次，每個處理測定9次。

1.4? 水稻推薦施肥量模型選擇

運(yùn)用SAS 8.1軟件，同時采用二次型和線性+平臺模型擬合施肥量與水稻產(chǎn)量之間的關(guān)系[11，12]，二次型模型函數(shù)式為y=b0+b1x+b2x2，式中，y為水稻產(chǎn)量（kg/hm2），x為施肥量（kg/hm2），b0、b1和b2分別為基礎(chǔ)產(chǎn)量（不施肥時產(chǎn)量）、線性系數(shù)和二次方系數(shù);線性+平臺模型函數(shù)式為y=b0+b1x（x

1.5? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用Microsoft Excel 2007進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的處理與計(jì)算。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同耕作深度對土壤緊實(shí)度的影響

土壤緊實(shí)度由土壤抗剪力、壓縮力和摩擦力等構(gòu)成，是衡量土壤致密強(qiáng)度的一個合成指標(biāo)，它可預(yù)測土壤承載量、耕性和根系伸展阻力，是一個重要的土壤物理特性指標(biāo)，用于評價土壤的耕性[4，13-15]。兩年中稻收割后，不同耕作深度的土壤緊實(shí)度測定結(jié)果表現(xiàn)出了類似的規(guī)律性，以2014年測定結(jié)果進(jìn)行重點(diǎn)分析，從圖1各處理的變化趨勢來看，對于淺耕處理，在6 cm土層以內(nèi)，各點(diǎn)的測定值變化很平緩，從7 cm土層開始迅速增加，至20 cm土層時達(dá)最大值，然后逐步下降。對于中耕處理，在7 cm土層以內(nèi)，各點(diǎn)的測定結(jié)果變化很平緩，從8 cm土層開始迅速增加，至22 cm土層時達(dá)最大值，然后逐步下降。對于深耕處理，在12 cm土層以內(nèi)，各點(diǎn)的測定結(jié)果變化很平緩，從13 cm土層開始迅速增加，至23 cm土層時達(dá)最大值，然后逐步下降。從整體來看，在0～7 cm土層深度，各處理的土壤緊實(shí)度變化很小，圖1的3條線基本重疊在一起;從8 cm土層深度開始，3條線表現(xiàn)出明顯的分離現(xiàn)象，至20 cm處又基本重合，在此區(qū)間內(nèi)，各測定值表現(xiàn)為淺耕>中耕>深耕;從21 cm土層開始，3條線又表現(xiàn)出明顯的分離現(xiàn)象，且表現(xiàn)為深耕>中耕>淺耕。對5、10、15、20和25 cm土層土壤緊實(shí)度的統(tǒng)計(jì)分析（表1）顯示，在5和20 cm土層點(diǎn)的土壤緊實(shí)度均無顯著差異，在10 cm土層，淺耕處理顯著高于其他兩處理;在15 cm土層，深耕處理顯著低于其他兩處理;在25 cm土層，深耕處理顯著高于其他兩處理。

2015年中稻收割后不同耕作深度的土壤緊實(shí)度測定結(jié)果（表2）與2014年總體變化趨勢表現(xiàn)出相似的規(guī)律性，只是重疊與分離的位點(diǎn)有區(qū)別。各土層點(diǎn)土壤緊實(shí)度的統(tǒng)計(jì)分析（表2）顯示，在5、15和20 cm土層的土壤緊實(shí)度均無顯著差異，而在10 cm土層，淺耕處理顯著高于其他兩處理，在25 cm土層，深耕處理顯著高于其他兩處理。

2.2? 對水稻產(chǎn)量的影響

由表3可知，不同耕作深度處理之間產(chǎn)量差異不顯著。由表4可知，無論是2014、2015年還是兩年的水稻平均產(chǎn)量，隨施肥量的增加均表現(xiàn)出先增加后下降的趨勢，且施肥量為379.5 kg/hm2時水稻產(chǎn)量最大?？梢姡瑢Ξa(chǎn)量而言，施肥量是主要影響因素，而耕作深度影響不明顯。

2.3? 水稻最佳施肥量的確定

兩年試驗(yàn)中，由于耕作深度對水稻平均產(chǎn)量沒有顯著影響，因此只對施肥量與水稻平均產(chǎn)量之間的關(guān)系進(jìn)行分析。為進(jìn)一步明確水稻的適宜施肥量，參考陳新平等[11]、劉冬碧等[12]的方法，同時采用二次型和線性+平臺模型擬合施肥量與水稻產(chǎn)量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，采用二次型模型擬合得到水稻產(chǎn)量的肥料效應(yīng)方程為y=-0.027x2+22.97x+4 631;根據(jù)方程求出兩個年度水稻的平均最高產(chǎn)量施肥量為425.4 kg/hm2，此時的最高產(chǎn)量為9 516 kg/hm2;以N、P2O5、K2O和稻谷價格分別為4.35、8.33、6.00和2.4元/kg計(jì)算，最佳經(jīng)濟(jì)施肥量為380.6 kg/hm2，此時的最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為9 462 kg/hm2。最佳經(jīng)濟(jì)施肥量和最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別為最高產(chǎn)量施肥量和最高產(chǎn)量的89.5%和99.4%。可見，在最高產(chǎn)量施肥量基礎(chǔ)上減去約10%的用量，水稻幾乎不會減產(chǎn)，因此采用二次型模型時，宜將最佳經(jīng)濟(jì)施肥量作為水稻的合理施肥量。

采用線性+平臺模型擬合施肥量與水稻產(chǎn)量之間的關(guān)系見圖4，結(jié)果表明，兩年試驗(yàn)水稻平均平臺產(chǎn)量為9 436 kg/hm2，施肥臨界用量為359.9 kg/hm2;施肥量低于臨界用量且高于172.5 kg/hm2時，產(chǎn)量用方程y=8.53x+6 365來確定。采用線性+平臺模型得到的施肥臨界用量和平臺產(chǎn)量分別為采用二次型模型得到的最佳經(jīng)濟(jì)施肥量和最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的94.6%和99.7%。由此可見，采用線性+平臺模型得到的水稻合理施肥量大大低于二次型模型，從而更有利于降低肥料投入成本和提高肥料利用效率。根據(jù)兩年的試驗(yàn)結(jié)果，用線性+平臺模型確定的中稻最合理施肥總量為359.9 kg/hm2，即在氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）按1∶0.5∶0.8配比的條件下，用線性+平臺模型確定的中稻氮肥最合理用量為156.5 kg/hm2。

3? 小結(jié)與討論

深耕相對于淺耕雖然對土壤的擾動較大，但經(jīng)過水稻整個大田期沉降之后，對表層的土壤緊實(shí)度的影響很小，能明顯降低中層土壤的緊實(shí)度，且能明顯增加下層土壤的緊實(shí)度，形成“上松下緊”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能有利于水稻根系的發(fā)育和提高保水保肥能力。

每年在水稻栽插之前進(jìn)行深耕對當(dāng)季水稻產(chǎn)量的影響不明顯，但從水稻收割后的土壤緊實(shí)度結(jié)果來看，有可能會對下茬作物或下一年度作物產(chǎn)生有利影響，因此有必要在該區(qū)域開展隔年深耕對作物產(chǎn)量影響的研究。

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