衣明圣 李玉杰 李玉伦 郑欣欣 王法宏 王宗帅

摘要：采用一种小麦田保护性耕作模式（免耕覆盖）与两种传统耕作模式（深松覆盖、传统耕作）长期定位试验，对山东省济南市小麦玉米连作栽培模式小麦季的土壤水分和产量进行研究。结果表明：小麦全生育期，免耕覆盖处理的土壤含水量明显高于深松覆盖和传统耕作处理，传统耕作不覆盖土壤含水量最低；小麦田土壤养分，免耕覆盖栽培模式下土壤表层中有机质、全氮、速效氮、有效磷和速效钾含量均高于深松覆盖和传统耕作处理，与传统耕作差异显著；免耕覆盖处理的土壤酶活性，与传统耕作、深耕覆盖没有明显提高；小麦产量，免耕覆盖处理增产效果明显，比传统耕作和深耕覆盖分别增产14.63%和5.07%，与传统耕作相比差异显著。

关键词：小麦；保护性耕作；土壤水分；土壤肥力；产量

中图分类号：S345+S512.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）07-0072-06

Abstract The soil moisture and yield in the wheat season of wheat-maize rotation were studied in Jinan City， Shandong Province， through long-term located experiments of one conservation tillage mode （no-tillage with mulch） and two different traditional tillage modes （subsoiling and mulch tillage and conventional tillage）. The results showed that the soil moisture of no-tillage with mulch was higher than that of subsoiling and mulch tillage and conventional tillage， and the soil moisture of conventional tillage was the lowest. The contents of organic carbon， total nitrogen， available nitrogen， available phosphorus and available potassium in the topsoil of no-tillage with mulch were higher than that of subsoiling and mulch tillage and conventional tillage， and were significantly different with the two traditional tillage modes. The soil enzyme activities of no-tillage with mulch were not significantly improved compared with those of two traditional tillage modes. The yield-increasing effect of no-tillage with mulch was obvious， which increased by 14.63% and 5.07% compared with traditional tillage and subsoiling and mulch tillage， respectively， and was significantly different with traditional tillage.

Keywords Wheat； Conservation tillage； Soil moisture； Soil fertility； Yield

保護性耕作是指通过少耕、免耕、地表微地形改造技术及地表覆盖、合理种植等综合配套措施的应用，实现减少农田土壤侵蚀、保护农田生态环境并获得生态效益、经济效益及社会效益协调发展的可持续农艺技术[1]。农田生态系统中土壤水分养分的高低对作物生长和产量有重要影响，保护性耕作作为发展可持续农业重要技术，其对土壤肥力提升具有显著积极作用[2-4]。保护性耕作是以最大限度减少土壤体系破坏为原则，并以较低能耗和物质投入来维持作物相对高产并可获取较高效益，是一种具有生态保护意义的持续性农业形式[5]。中国农业大学保护性耕作研究中心指出，保护性耕作可使玉米增产4.1%，小麦增产7.3%，小杂粮增产11.2%，大豆增产32%[6]。对比来看，山东保护性耕作研究相对较少，并且山东省降水量呈现减少趋势[7]。为此，笔者于2003年9月开始在山东省农业科学院作物研究所济南试验地开展保护性耕作前期试验，并于2015—2017年研究测定不同耕作模式下0～60 cm土层土壤水分、养分含量周年变化，以及长期保护性耕作对土壤酶活性和小麦产量的影响，以期为保护性耕作模式（免耕覆盖）的推广提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 试验地

2003年9月开始在山东省农业科学院作物研究所济南试验地开展前期试验。试验地质地为壤土，耕作制度为一年两熟，前茬为玉米。

1.2 试验设计与管理

2015—2017年以小麦品种济麦22为试材，进行不同耕作模式试验。试验设置3个处理，分别为免耕覆盖（玉米收获后免耕播种）；深松覆盖（玉米收获后用固定道深松分层施肥免耕精密播种机播种；型号：2BMZS-8-4，郓城县工力有限公司生产；深松铲间隔60 cm，深松40 cm深，播种带为20 cm）；传统耕作（玉米收获时保留10～15 cm残茬在地表，翻耕20 cm后播种小麦）。试验区每处理长150 m，宽3 m，面积450 m2。试验采取随机区组设计，重复3次。

10月7日小麦播种，播种量150 kg/hm2。各处理肥料施用量为N 135 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，其中氮肥基追比为5∶5，追肥于次年3月20日。播种后，分别浇底墒水、拔节水和开花水，灌溉模式为漫灌，灌溉量一般为600 m3/hm2，视土壤墒情增减。管理措施同大田高产栽培。

1.3 取样及测定方法

大区试验，取样重复3次。小麦全生育期，定点取样测定土壤含水量、土壤养分含量以及土壤酶活性。测定方法：土壤有机质含量用重铬酸钾外加热法；全氮含量用凯氏定氮法；速效氮用碱解扩散法；有效磷含量用碳酸氢钠法；速效钾含量用NH4OAc浸提，火焰光度计法[8]。土壤蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法（DNS）；磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法；脲酶活性采用靛酚蓝比色法[9]。

小麦收获时每大区取0.25 m2植株考种，并按大区单收结果计算单产。

1.4 数据分析

采用SPSS 13.0软件统计分析数据，用Duncans法进行处理间多重比较。小麦产量、土壤水分为2015—2016、2016—2017年两季数据，其它指标为2016—2017年数据。作图采用SigmaPlot 10.0软件。

2 结果与分析

2.1 耕作模式对土壤水分的影响

由图1可以看出，小麦返青期，0～40 cm土壤含水量呈增加趋势，40～60 cm略微降低，70～100 cm又呈增长趋势。0～70 cm土层水分免耕覆盖处理明显高于其它两种耕作模式，80～100 cm，免耕覆盖、传统耕作和深松覆盖三种耕作模式土壤水分基本无差异。30 cm土层时免耕覆盖耕作模式下土壤水分与传统耕作和深松覆盖呈现最大差异，分别高11.23%和9.95%。拔节期，0～40 cm土壤水分也呈现增加趋势，40～60 cm开始降低，70～100 cm又开始增加。同样在30 cm土层时，免耕覆盖耕作模式下土壤水分与传统耕作和深松覆盖呈现最大差异，分别高13.48%和9.05%。小麦开花期，0～100 cm，三种耕作模式下土壤水分基本呈现增长趋势，只有免耕覆盖80 cm土层出现降低。由此可见，免耕覆盖处理的土壤含水量明显高于深松覆盖和传统耕作处理，传统耕作土壤含水量最低。

2.2 耕作模式对土壤肥力的影响

图2显示，三种耕作模式下随土层加深土壤有机质、全氮、速效氮、有效磷以及速效钾养分含量均呈现递减趋势。

0～20 cm土层土壤有机质含量，免耕覆盖比深松覆盖和传统耕作分别高1.18%和7.91%；20～40、40～60 cm土层，三种耕作模式土壤有机质含量差异不显著。说明免耕覆盖能增加土壤表层有机质含量。

0～20 cm土层全氮含量，免耕覆盖分别比传统耕作、深松覆盖高26.24%和2.01%；20～40 cm土层，免耕覆盖全氮含量分别比传统耕作、深松覆盖高19.20%和5.30%；40～60 cm土层，免耕覆盖全氮含量分别比传统耕作、深松覆盖高20.18%和11.38%。说明免耕覆盖明显提高0～60 cm土层的全氮含量。0～20 cm土层速效氮含量，免耕覆盖分别比传统耕作、深松覆盖高26.00%和5.17%；20～40、40～60 cm土层，免耕覆盖、深松覆盖以及传统耕作三种耕作模式土壤速效氮含量差异不显著。说明免耕覆盖明显增加土壤表层的速效氮含量。

0～20 cm土层有效磷含量，免耕覆盖比传统耕作、深松覆盖分别高18.31%和10.52%；20～40 cm土层有效磷含量，免耕覆盖比传统耕作、深松覆盖分别高21.24%和19.15%；40～60 cm土层，三种耕作模式土壤有效磷含量差异不显著。说明免耕覆盖明显提高0～40 cm土层的有效磷含量。

0～20 cm土层速效钾含量，免耕覆盖比传统耕作、深松覆盖分别高17.86%和1.64%；20～40 cm土层速效钾含量免耕覆盖比传统耕作、深松覆盖分别高4.53%和8.50%；40～60 cm土层，三种耕作模式土壤速效钾含量差异不明显。说明免耕覆盖明显提高0～40 cm土层的速效钾含量。

2.3 耕作模式对土壤酶活性的影响

图3显示，土壤蔗糖酶活性，免耕覆盖、深松覆盖、传统耕作三种耕作模式0～20、40～60、60～80 cm土层差异都不显著，20～40 cm土层免耕覆盖蔗糖酶活性比深松覆盖高3.33%。

20～40 cm土层磷酸酶活性，免耕覆盖比深松覆盖高11.90%；免耕覆盖、深松覆盖、传统耕作三种耕作模式40～60、60～80 cm土層的蔗糖酶活性差异都不显著。

0～20 cm土层脲酶活性，免耕覆盖略低于深松覆盖，而其它土层免耕覆盖、深松覆盖、传统耕作三种耕作模式差异都不显著。

2.4 耕作模式对小麦生长以及产量的影响

由表1可以看出，小麦出苗率，免耕覆盖比深松覆盖、传统耕作分别高1.56%和5.55%，显著高于传统耕作。基本苗，免耕覆盖比传统耕作、深松覆盖分别高7.76%和2.45%，差异显著。免耕覆盖、深松覆盖、传统耕作的小麦冬前分蘖个数和次生根条数差异均不显著。冬前小麦生物量，三种耕作模式的大小依次为：传统耕作>深松覆盖>免耕覆盖。

小麦产量构成因素，免耕覆盖、深松覆盖、传统耕作三种耕作模式的单位面积穗数、穗粒数差异均不显著；千粒重，免耕覆盖最高，与传统耕作差异显著，与深松覆盖差异不显著。单产，免耕覆盖比深松覆盖、传统耕作分别高5.07%和14.63%，与传统耕作差异显著，与深松覆盖差异不显著。

3 讨论与结论

作物产量的高低主要取决于气候条件和土壤肥力，气候条件具有较多不确定性，所以保持和提高土壤肥力是实现我国农业可持续发展和粮食安全的重要措施。保护性耕作减少了人为因素对土壤的干扰，地表秸秆的粉碎覆盖可增加土壤有机质含量，改善土壤结构和土壤生物的生存环境，减少水土流失，缓解我国北方的沙尘危害，这业已成为一种可持续农业的一个重要方向。我国是世界上水土流失最严重的国家之一，水土流失面积达1.48×108 hm2，占国土面积的三分之一。不合理的土地利用模式是造成土壤侵蚀的一个重要原因。传统的翻耕地作业不仅增加生产成本，而且破坏土壤微环境和结构，加重土壤的侵蚀，降低土壤养分的有效性，限制作物的生长发育，降低作物产量。

本试验结果表明，免耕覆盖处理的土壤含水量明显高于深松覆盖和传统耕作处理，传统耕作不覆盖土壤含水量最低。其原因：地表覆盖的秸秆减少了太阳辐射，降低地表温度，同时秸秆对土壤水分的蒸发又有一定的阻碍作用。黄高宝等（2006）[13]研究发现，保护性耕作能够显著改善0～200 cm 土层土壤贮水量及含水量，随着降水量的增多土壤对降水的保蓄能力增强，在降水较少年份免耕秸秆覆盖的这种作用表现突出。张海林等（2002）[14]多年研究表明：免耕比传统耕作增加土壤蓄水量10%，减少土壤蒸发约40%，耗水量减少15%，水分利用效率提高10%。

土壤肥力方面，本试验免耕覆盖栽培模式土壤表层中有机质、全氮、速效氮、有效磷和速效钾的含量均显著高于深松覆盖和传统耕作处理。许多研究结果表明，保护性耕作措施可以增加土壤有机质含量[4，15]，王改玲等（2011）[16]认为，它能够增加土壤有机质、速效氮、速效钾含量，特别是表层土壤。高云超等[17]研究认为，多年连续秸秆覆盖免耕，0～20 cm土层土壤有机质、全氮、全磷、有效氮、有效磷含量均明显提高。巩文峰等（2013）[18]研究表明，与传统耕作相比，免耕秸秆覆盖处理有机质含量提高12.13%～16.99%，有效磷提高16.29%～20.99%，速效钾提高31.62%～44.22%。田伟等（2017）[19]研究认为，当免耕技术与绿肥种植配合使用，较单一技术能够显著提高玉米产量，促进作物对土壤氮磷的吸收，改善土壤理化性质。这些研究与本试验结果基本一致。

本研究免耕覆盖处理的土壤酶活性，与传统耕作及深耕覆盖没有明显提高，可能是由于土壤酶活性测定时期为小麦扬花期，该时期土壤中的秸秆已经基本分解完毕。产量方面，免耕覆盖增产效果明显，比传统耕作和深耕覆盖分别增产14.63%和5.07%，与传统耕作相比差异显著。李俊红等（2014）[20]研究表明，免耕覆盖耕作模式10 年间小麦产量平均增产4.4%。由此可见，保护性耕作即免耕覆盖耕作模式能提高土壤水分、土壤肥力，增加小麦产量。

参 考 文 献：

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