秸稈深施對土壤蓄水能力的影響

張 帥，孔德剛，常曉慧，翟利民

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

秸稈還田是農(nóng)業(yè)部發(fā)布施行的“沃土工程”的基本內(nèi)容之一[1]。秸稈還田不僅可以節(jié)省化肥施用量，還能促進(jìn)糧食增產(chǎn)，減輕土地板結(jié)，改善土壤理化性狀，增加土壤微生物數(shù)量，對保墑和調(diào)控田間溫濕度等有著重要的作用[2-3]。秸稈是農(nóng)田氮、磷、鉀素和有機質(zhì)的主要來源。秸稈深施可以提高土壤有機質(zhì)和鉀素含量、培肥地力并實現(xiàn)養(yǎng)分循環(huán)利用，并避免了秸稈被廢棄、被焚燒，造成資源浪費，環(huán)境污染，引發(fā)的社會和經(jīng)濟(jì)問題也得到解決[4]。現(xiàn)行秸稈還田的方法多數(shù)是拋撒在田地表面，當(dāng)田地泡水時，秸稈即浮在表面，使土壤透氣性下降，達(dá)不到預(yù)想結(jié)果。如果秸稈深施則可以提高秸稈還田的質(zhì)量，如：水稻秸稈中的氮、磷、鉀養(yǎng)分深施釋放比秸稈面施快，最后殘留量亦少，土壤肥力提高，水稻增產(chǎn)效果顯著[5-6]。目前，秸稈深施在果園較常見[7]，能顯著提高果園土壤的有機質(zhì)和速效養(yǎng)分的含量，增加樹體營養(yǎng)，明顯提高果品產(chǎn)量和品質(zhì)。

旱作農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行秸稈深施，可以增加土壤的蓄水能力并在地下形成土壤水庫[8-9]，這樣便緩解了天然降水時空分布與農(nóng)作物需水時期不同步，雨水利用率低的問題，是解決旱地土壤水分匱缺的有效措施，可實現(xiàn)旱作農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用土壤取于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)哈爾濱香坊農(nóng)場的試驗田，是典型的東北黑土壤。試驗用秸稈選大豆秸稈、玉米秸稈和水稻秸稈三種。試驗前將秸稈深施在自制的土槽中，其深施方法是在土槽土壤挖開一個寬5 cm、深28 cm的溝，然后把8 cm厚的秸稈深施溝中并回填土壤。共設(shè)置4個土槽，分別標(biāo)記為A、B、C和D；大豆秸稈深施于A槽，玉米秸稈深施于B槽，水稻秸稈深施于C槽，D槽作為對照土槽，不深施任何秸稈。

1.2 測試方法

秸稈深施完成后經(jīng)過6個月的時間，采用人工降水的方法，把水均勻地降在土壤表面，并使其不產(chǎn)生徑流，每個土槽的降水量相同。降水12 h和72 h后，使用FD-T型土壤水分儀（上海婉源電子科技有限公司）分別在距秸稈深施兩側(cè)10、20、30 cm處測定土壤深度為5、10、15、20 cm的土壤含水量，各測3次，后取平均值作為土壤含水量。土壤水分儀采用高周波原理，數(shù)字顯示，傳感器與主機合為一體，測量水分范圍為0～30%，分辨率為0.1%，可實現(xiàn)快速測試。采用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗。

2 結(jié)果與分析

土壤含水量在垂直方向上的分布及動態(tài)變化受土壤類型、土壤的入滲速率和土壤穩(wěn)滲所歷經(jīng)時間的影響[10]。因此，對耕地進(jìn)行秸稈深施，在打破長期淺耕形成的堅硬犁底層的同時，可使活土層加厚，土壤的入滲速率增大，土壤含水量在垂直方向上的分布及動態(tài)變化勢必會受到影響。以下根據(jù)測試結(jié)果，就秸稈深施后土壤含水量隨距離秸稈深施處的遠(yuǎn)近、降水后時間的變化，以及不同秸稈對土壤含水量的影響情況進(jìn)行分析。

2.1 試驗結(jié)果

由于自然降雨具有不確定性，試驗條件難以控制，因此試驗在實驗室中采用人工降水的方式進(jìn)行。試驗期間為7～8月，試驗過程中土槽附近溫度為22～29℃。人工降水12 h后和72 h后的測試數(shù)據(jù)見圖1、2。

圖1 降水12 h后不同深度的土壤含水量Fig.1 Soil water content at different depths after 12 h

圖2 降水72 h后不同深度的土壤含水量Fig.2 Soil water content at different depths after 72 h

2.2 試驗分析

2.2.1 秸稈深施對周圍土壤含水量的影響

由圖1、2可知：秸稈深施對周圍土壤含水量在垂直方向和水平方向都有不同程度的影響。在垂直方向上，不同的土壤深度其土壤含水量不同，土壤含水量有隨著土壤深度增加而增大的傾向。在水平方向上，上層土壤（0～10 cm）的含水量與距離秸稈深施處的遠(yuǎn)近關(guān)系不大，而10～20 cm土層的土壤含水量與距離秸稈深施處的遠(yuǎn)近有關(guān)，距離越大，土壤含水量越小，反之越大。

2.2.2 降水后土壤含水量的變化

秸稈深施處土壤的含水率，隨著降水后時間的推移而變化。降水12 h后，秸稈深施的A、B、C三個土槽不同深度的土壤含水量與對照槽D槽的土壤含水量沒有顯著性差異。這是因為在降水12 h后水分的入滲還沒有達(dá)到穩(wěn)滲，蒸發(fā)量較小，故變化不大。

降水12 h后與降水72 h后不同深度的土壤含水量進(jìn)行比較可知：在大豆秸稈深施的A土槽中，0～10 cm土層的土壤含水量72 h后比12 h后下降了約0.40%，10～20 cm土層的土壤含水量，下降了約0.77%。而沒有深施的D土槽與12 h后的相比，0～10 cm土層的土壤含水量下降了約0.30%，10～20 cm土層的土壤含水量下降了約0.75%。表明大豆秸稈深施，對提高土壤的蓄水作用不顯著。這與大豆秸稈的材質(zhì)有關(guān)，大豆秸稈較硬不易吸收水分，含有蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素及戊聚糖，其中蛋白質(zhì)含量為10%～12%，與蓄水作用無關(guān)。比較72 h后與12 h后玉米秸稈深施的B土槽和水稻秸稈深施的C土槽中的土壤含水量，可知：0～10 cm土層的土壤含水量，分別增加0.38%和0.15%。而10～20 cm土層的土壤含水量分別增加0.65%和0.67%，尤其是在20 cm土層，土壤含水量增加1.10%。這是因為玉米秸稈和水稻秸稈質(zhì)軟，具有明顯的蓄水效果。

2.2.3 不同秸稈對土壤含水量的影響

由圖2可知：大豆秸稈深施的A槽與無秸稈深施的對照D槽相比，不同深度的土壤含水量相差很小，無顯著差異（P＞0.25）。而玉米秸稈深施的B槽與對照槽D槽相比∶不同深度的土壤含水量分別增加了1.08%、1.73%、1.63%和2.01%；水稻秸稈深施的C槽比對照槽D槽不同深度的土壤含水量增加了0.09%、0.93%、1.31%和1.80%。經(jīng)顯著性檢驗知：對于本試驗0～15 cm土層的土壤含水量，玉米秸稈深施的B槽和水稻秸稈深施的C槽與對照槽D槽均有顯著差異（P＜0.05），在20 cm土層處差異更加顯著（P＜0.005）。圖1、2分別是人工降水12 h后和72 h后不同秸稈在不同深度的土壤含水量變化情況，各點的含水量值為距離秸稈深施處10、20和30 cm的平均值，它顯示了不同深施秸稈的蓄水效果。如圖1、2所示，對應(yīng)不同土壤深度，玉米秸稈深施的土壤含水量都為最大，其次是水稻秸稈，而大豆秸稈深施與沒有秸稈深施的對照地相差很小。表明玉米秸稈深施對土壤蓄水效果影響最大，其次是水稻秸稈深施，而大豆秸稈深施對土壤蓄水效果影響最小，其土壤含水量與對照地的含水量差別不明顯。張海云等[8]將玉米秸稈深施于50 cm深的溝中，試驗表明，距溝愈遠(yuǎn)，土壤含水量愈小，秸稈深埋試驗田0～60 cm土壤含水量比常規(guī)田提高1.3%～6.0%。本試驗在實驗室條件下，增加了秸稈的種類，得出的結(jié)論與前人的試驗結(jié)果基本一致。

3 討論與結(jié)論

玉米秸稈深施的土壤蓄水效果最佳，其次是水稻秸稈，大豆秸稈深施后蓄水效果不明顯。玉米和水稻秸稈深施后0～20 cm深的土壤含水量比對照地提高了0.5%～2.0%，深度越接近秸稈深施處土壤含水量越大，并且距離秸稈深施處越近土壤含水量越大，反之越小。秸稈深施的土槽，降水12 h后的土壤含水量與對照土槽間無顯著差異，而降水72 h后其土壤含水量差異顯著，尤其在接近秸稈深施處的深度，其差異更為明顯。今后對不同秸稈的蓄水效果，最佳深施深度以及深施密度等還需進(jìn)一步地探討。

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