不同耕作方式对土壤理化性状及小麦产量的影响

2019-03-22周成河覃大吉

湖北农业科学 2019年2期

周成河覃大吉

摘要：为探究不同耕作方式对土壤理化性状及小麦产量的影响，2016-2017年在恩施市红庙试验基地结合传统免耕、深耕优点，采用耕层优化双行匀播技术进行试验，比较不同耕作方式下小麦产量及土壤理化性状差异。结果表明，耕层优化双行匀播技术可改善土壤理化性状。与深耕、旋耕相比，耕层优化双行匀播技术施作可使小麦产量增产10.64%和15.76%，同时可使小麦地上部生物量分别提高7.82%和9.16%。

关键词：小麦;耕作;耕层优化双行匀播;土壤理化性状;产量

中图分类号：S158.3 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）02-0053-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.02.012 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

在人口不断增多的社会背景下，人们对于粮食产量及质量要求越来越高[1]。为了提高小麦产量与品质，国内个别地区试图采用耕作栽培优化及培育新型农作物品种方式进行耕作，由此引发一系列负面效应，如农田表层土壤风蚀流化，蓄水能力和团聚体质量下降等，进而影响整个农田表层土壤结构机理性能，制约小麦产量提升[2]。长期采用旋耕、深耕等传统耕作方式进行小麦种植，容易降低表层土壤结构稳定性及团聚体质量，从而会使农田表层土壤流失和风蚀，进而不利于表层土壤蓄水功能的充分发挥。在耕作过程中，因连年耕作会使犁底层加厚，所以并不利于根系对水肥的合理利用及下扎。而保护性耕作作为一种效果较好的旱作农业种植技术，由于其能夠提高农作物对土壤肥料和水分的利用率，并改善农作物外部生长条件及内部同化进程，因此其有助于农作物积累有机质，从而提高农作物品质及产量。但保护性耕作是一种免耕、少耕方式，长期少耕或者免耕都会增大土壤容重，且免耕与少耕条件下的保护性耕作方式土壤通透性不佳，结构密实，不仅不利于小麦根系对肥料的充分吸收及纵深延展，更影响农作物根系的生长及发育[3]。与此同时，少耕、免耕的保护性耕作方式易造成土壤养分和有机碳表层富集化，降低土壤酶活性及微生物含量。此外，秸秆还田不仅易导致田间缺苗断垄，还会使小麦播种品质变差，进而制约小麦的生长性能[4]。基于此，本研究结合传统免耕与精耕细作播种优势，成功研发了一种农艺与农机相配套的新型小麦耕层优化双行匀播技术。其集振动深松、苗带旋耕、分层施肥、播后镇压等多项播种技术为一体，一次性采用新型农机具完成上述农作物种植栽培管理流程，近年来在湖北省多个试验田中实施应用与推广，取得良好提质增产成效。

1 试验方案

1.1 试验设计

1.1.1 试验时间与地点于2016年10月3日播种，条播;行距20 cm;湖北省恩施市红庙试验基地;试验小区面积300 m2（长50 m、宽6 m）;随机区组设计，每处理重复3次。

1.1.2 试验品种与流程小麦品种鲁原502，基本苗为225万/hm2。前茬为玉米。耕作方式为连续多年深耕，耕作制度为一年两熟，土质为壤土，0～20 cm土壤速效磷12.10 mg/kg，有机质11.12 g/kg，速效钾98.10 mg/kg，全氮124.41 mg/kg。试验选用MT（耕层优化双行匀播）、RT（旋耕）、DT（深耕）3种施作方式，具体如表1所示[5]。

MT（耕层优化双行匀播）机理[6]。

1.2 方法

1.2.1 取样 ①于小麦苗期、分蘖期、灌浆中期（花后15 d）土钻取0～100 cm土样，每层10 cm，每小区3次重复，测定土壤水分含量。②花后15 d于小麦灌浆中期采用环刀法按5点取样法在每个试验小区取样，测定土壤容重[4]，取样深度0～5、5～15、15～30、30～45、45～60 cm。③同时每点分别取各土层土壤约200 g，混合均匀，清除杂物，置于无菌自封袋，带回实验室4 ℃冰箱待测。④每个试验小区等分，一部分用于测小麦产量，另一部分用于测定土壤理化性状指标[7]。⑤每个试验小区随机取单茎30个（小麦成熟期），杀青30 min（105 ℃），烘干至恒重（70 ℃），测定地上部生物量。⑥于小麦成熟期，在每小区选代表性小麦植株（2 m×2行）对其每公顷穗数进行计算，随机取30穗穗粒作为平均值用于测定每个试验小区20 m2的小麦产量。

1.2.2 土样测定土壤速效磷、碱解氮、速效钾含量分别采用碳酸氢钠浸提法[8]、碱解扩散法、乙酸铵浸提火焰光度法进行测量[9];采用常规方法对土壤基本理化性质进行测量[10]。

1.3 数据处理

试验数据采用SPSS软件进行统计分析，并采用Sigma Plot 10.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式对土壤理化性状的影响

不同耕作方式对土壤理化性状产生的影响表现在土壤容重、土壤含水量及土壤微生物量碳氮含量、土壤酶活性、土壤速效养分几个方面。

2.1.1 土壤容重土壤容重对于土壤养分利用与转化具有直接影响，是一种重要的土壤物理性状指标，不同耕作方式对土壤容重的影响结果。3种耕作方式下，土壤容重在0～5、5～15 cm土层中的变化不显著，但在15～25、25～35 cm土层中，深耕、旋耕土壤容重迅速升高;旋耕处理下，土壤容重在15～25 cm较5～15 cm增加13%，与耕层优化、深耕方式相比，增势显著。在25～35 cm处，土壤容重通过深耕处理较15～25 cm土层上升13.03%;旋耕条件下，土壤容重明显大于耕层优化双行匀播处理;3种耕作方式下，土壤容重在46 cm土层中差异不明显。

2.1.2 土壤含水量 3种耕作方式在小麦不同生长期于100 cm土层内土壤含水量先降后升，因土壤含水量受季节性降雨影响灌浆后期含水量最高，分蘖期最低。通过深耕及旋耕后，小麦苗期于0～71 cm土层内的含水量要小于耕层优化双行匀播处理;21～31 cm土层内土壤含水量差异最为明显，耕层优化双行匀播处理较深耕及旋耕分别高10.32%和11.68%。深耕较旋耕土壤含水量高，苗期与分蘖期含水量变化规律基本一致。

2.1.3 土壤微生物量不同耕作方式下，土壤微生物量碳、氮含量随土壤深度增加而降低。0～10 cm土层，3种耕作方式对土壤微生物量碳含量的影响由小到大依次为深耕、耕层优化、旋耕，氮含量差别不明显。10～20 cm土层，3种耕作方式对土壤微生物量碳、氮含量的影响不明显。20～30 cm土层，深耕、旋耕处理较耕层优化处理而言，土壤微生物量碳含量分别降低13.98%和21.88%，而微生物量氮含量则分别降低14.58%和23.87%。在30～40 cm土层，3种耕作方式对土壤微生物量碳含量的影响不明显，对氮含量的影响表现为旋耕=深耕<耕层优化。

2.1.4 土壤酶活性随着土层深度增加，土壤酶活性逐渐下降，土壤蔗糖酶、脲酶活性在0～10 cm土层表现为耕层优化、深耕<旋耕，而深耕与耕层优化之间无显著差异。耕层优化处理条件下，土壤脲酶活性在10～20 cm土层与深耕处理差异不显著，但与旋耕处理相比，差异明显。土壤磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性在20～30 cm土层受3种耕作处理方式的影响由小到大依次为旋耕、深耕、耕层优化;在30～40 cm土层，旋耕、深耕较耕层优化而言，磷酸酶活性分別降低26.87%和14.36%，而土壤脲酶活性分别降低25.90%和13.27%，差异显著。表明耕层优化处理可显著提高20～40 cm土层土壤脲酶、磷酸酶活性。

2.1.5 土壤速效养分土壤碱解氮、速效钾及速效磷的含量在不同耕作方式下随土壤深度增加而下降，且不同土层养分含量受不同耕作方式的影响不同。其中，在0～10 cm土层，旋耕处理下碱解氮含量达到最大，在20～30、30～40 cm土层，耕层优化双行匀播处理下碱解氮含量最高，较深耕和旋耕处理分别提高18.37%、27.75%和35.91%、30.26%。各处理间碱解氮含量在40～60 cm土层差异不明显。

综上可知，耕作方式对土壤理化性状的直接影响表现为土壤容重、含水量、微生物含量、酶活性及土壤速效养分的变化。深松与深翻可打破犁底层，使土壤容重降低，使小麦耕作层厚度增加。本研究提出的耕层优化双行匀播耕作技术通过振动深松和旋耕，分别打破犁底层与打碎表层耕层土块，为小麦生长提供了通透的种床，有利于小麦根系下扎，土壤含水量能够促进小麦根系发育。传统深耕与旋耕处理在改善土壤理化性状的同时，也加速了土壤养分、水分流失，不利于土壤酶活性的发挥。而通过耕层优化双行匀播耕作技术处理后，20～40 cm土层土壤酶活性水平要明显高于传统深耕与旋耕处理。耕层优化双行匀播技术与传统深耕、旋耕作业方式相比，其可有效消除犁底层，降低土壤容重，增加含水量，提高20～40 cm土层处土壤肥力水平。通过微生物数量的增加，使麦田土壤的酶活性水平明显提升，从而改善了土壤理化性状，为小麦生长发育创造了良好环境。

2.2 不同耕作方式对小麦产量的影响

3种不同耕作方式对小麦产量的影响见表2。由表2可知，小麦产量指标构成存在明显差异。在耕层优化双行匀播技术施作条件下，小麦子粒生物量与产量均达到最大;深耕技术条件下，小麦子粒生物量与产量次之;在旋耕处理技术施作条件下，小麦地上部生物量及产量均处于最低水平。与传统深耕与旋耕方式相比，采用耕层优化双行匀播技术施作，可使小麦产量分别增产约10.64%和15.76%，同时可使小麦地上部生物量分别提高7.82%和9.16%。从小麦产量构成总体情况来看，小麦穗粒数受深耕、旋耕和耕层优化双行匀播技术3种耕作方式的影响并不显著，而小麦子粒产量在耕层优化技术施作条件下的提高主要是小麦子粒千粒重的提高和小麦单位面积穗数的增加。

3 小结

试验表明，耕作方式会影响小麦生长发育土壤理化性状及最终产量。光合产物是小麦产量的主要来源，尤其在生育后期，光合产物对小麦子粒的贡献高达80%以上，而小麦最终产量又受灌浆期群体的光合速率影响，通常情况下，小麦平均单叶净光合速率及群体光合面积（叶面积指数）会影响光合速率。以往研究表明，传统深耕、少耕及免耕等保护性耕作方式可有效提高小麦叶片的光合能力和改善旗叶光合特性[6，7]。本研究中，耕层优化双行匀播技术相对于传统深耕与旋耕方式而言，振动深松打破犁地层、分层深施肥料、双行匀播、播后镇压同时完成，不仅有利于小麦根系向纵深处下扎，还有利于肥水向深层扩散，确保了苗齐苗壮。播后镇压作业起到了提高麦苗质量及良好的保墒作用。

本研究结论如下。

1）耕层优化处理后，50 cm以上土层土壤含水量最佳，有利于麦田保水保墒。

2）土壤微生物为小麦生长提供了良好生态系统。耕层优化在20～40 cm土层内，土壤微生物量要明显高于深耕与旋耕处理，由此为小麦生长提供了良好的微生物生长环境。

3）土壤酶活性作为衡量小麦土壤生物化学特性的重要指标，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶对于促进土壤K、P与C等化学元素转化具有积极作用。

4）对比显示，深耕、旋耕和耕层优化双行匀播技术3种耕作方式下，小麦产量指标构成差异明显。耕层优化双行匀播技术条件下，小麦子粒生物量与产量最大;深耕处理下，小麦子粒生物量与产量次之;旋耕处理条件下，小麦地上部生物量及子粒产量最低。

5）与深耕、旋耕相比，耕层优化双行匀播技术耕作可使小麦产量增产10.64%和15.76%，同时可使小麦地上部生物量分别提高7.82%和9.16%。

6）从小麦产量构成来看，小麦穗粒数受深耕、旋耕和耕层优化双行匀播技术影响不显著，而小麦子粒千粒重和单位面积穗数增加，会使耕层优化耕作条件下的小麦子粒产量提高。

综上可知，耕层优化双行匀播技术在改善小麦生长土壤综合理化性状和产量方面具有积极作用，可大面积种植推广，以提高小麦产量。

参考文献：

[1] 褚鹏飞，于振文，王东，等.耕作方式对小麦耗水特性和籽粒产量的影响[J].中国农业科学，2010，43（19）：3954-3964.

[2] 高飞，李霞，任佰朝，等.小麦玉米周年生产中耕作方式对夏玉米根系特性和产量的影响[J].中国农业科学，2017，50（11）：2141-2149.

[3] 杜聪阳，杨习文，王勇，等.不同耕作方式及施氮水平对砂姜黑土物理性状、微生物学特性及小麦产量的影响[J].河南农业科学，2017，46（8）：13-21.