旱作土壤耕層及其肥力培育途徑

韓曉增，鄒文秀，陸欣春，段景海

(1.中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外觀測(cè)研究站，黑龍江哈爾濱150081;2.青岡縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，黑龍江青岡151600)

旱作土壤耕層及其肥力培育途徑

韓曉增1，鄒文秀1，陸欣春1，段景海2

(1.中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外觀測(cè)研究站，黑龍江哈爾濱150081;2.青岡縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，黑龍江青岡151600)

耕作層是人類為了栽培作物，利用工具對(duì)土壤進(jìn)行擾動(dòng)的深度層。耕作層的結(jié)構(gòu)和厚度決定了作物的生存環(huán)境及養(yǎng)分和水分的供給。隨著對(duì)糧食需求的不斷增加，培育一個(gè)肥沃而深厚的耕作層，提高土壤地力得到了越來(lái)越多人的關(guān)注。文章綜合分析了耕作層的演變和功能及其對(duì)作物根系生長(zhǎng)和產(chǎn)量的重要意義，由此提出了粘質(zhì)土壤(粘粒含量＞35%)的適宜耕作層深度為0～35 cm，沙質(zhì)土壤為0～20 cm;綜述了秸稈和有機(jī)肥還田在培育土壤耕作層方面的研究進(jìn)展。隨著種植結(jié)構(gòu)的多元化和農(nóng)用機(jī)械的不斷更新，對(duì)未來(lái)土壤耕作層培育的技術(shù)模式進(jìn)行了展望，即建立集成作物輪作、有機(jī)物料還田、耕作強(qiáng)度和頻度的綜合技術(shù)模式，旨在為合理耕作層培育提供理論支撐。圖1，參49。

耕作層;秸稈深混還田;耕層厚度;耕作深度和頻度

0 前言

關(guān)于旱地耕作層深淺、耕作頻度、深度和免耕對(duì)作物產(chǎn)量的影響已有很多報(bào)道［1-3］，其結(jié)果存在一定的差異，有的研究學(xué)者認(rèn)為免耕能夠增加作物產(chǎn)量［4］，而有的研究學(xué)者認(rèn)為深耕能夠增加產(chǎn)量［5］，這些研究結(jié)果的差異主要源于研究背景不同，包括研究的土壤類型、質(zhì)地、作物和耕作方式的長(zhǎng)短等。以往人們講述的土壤培育，其實(shí)就是土壤耕作層的培育。隨著對(duì)糧食需求的不斷增加，提高土壤地力，培育一個(gè)肥沃而深厚的耕作層得到了越來(lái)越多人的關(guān)注。

耕作的目的在于創(chuàng)造一個(gè)適宜作物生長(zhǎng)的土壤層，通過(guò)耕作所建立的耕作層主要功能是協(xié)調(diào)水、肥、氣和熱，使其能夠滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要。耕作層的結(jié)構(gòu)和厚度是決定水、肥、氣和熱容量大小的關(guān)鍵因子。通過(guò)耕作、施肥、輪作等方式能夠創(chuàng)造一個(gè)良好的耕層結(jié)構(gòu)，以改善耕層土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，進(jìn)而提高土壤生產(chǎn)力。但是由于不合理的耕作措施，例如缺少有機(jī)物料投入、動(dòng)力小的機(jī)械應(yīng)用、缺少深松等，導(dǎo)致了犁底層的存在，使耕層變得越來(lái)越薄，結(jié)構(gòu)惡化，限制了作物根系生長(zhǎng)和吸收水分與養(yǎng)分的空間，限制了土壤生產(chǎn)力。文章從耕作層的厚度、功能及培育等方面的研究結(jié)果進(jìn)行了綜述，同時(shí)對(duì)耕作層的培育及其技術(shù)模式進(jìn)行了展望，旨在為合理耕作層的培育提供理論支撐。

1 耕作層演變

耕作層是人類為了栽培作物，利用工具對(duì)土壤進(jìn)行擾動(dòng)的深度層。人類擾動(dòng)土壤的目的有三個(gè)，第一是把作物種子放入適宜深度的土壤中，有利于種子萌發(fā);第二是放入有利于作物生長(zhǎng)和預(yù)防病蟲(chóng)草害的物料以最大發(fā)揮土壤的作用;第三通過(guò)擾動(dòng)改善根系的生長(zhǎng)發(fā)育空間。

不同時(shí)期人類利用的工具不同，產(chǎn)生的耕作層也不盡相同。原始社會(huì)用石斧和石錛等工具把樹(shù)砍到，曬干，然后放火燒掉，利用灰燼提供養(yǎng)分，用石刀或尖頭木棒掘土挖穴播種，不加管理，等到成熟時(shí)用石鐮收割，即“刀耕火種”，此時(shí)的耕作只有掘土、播種和收割，沒(méi)有中耕除草、施肥灌溉等，這樣形成的耕作層僅限于作物播種的層次。由于那時(shí)人類居無(wú)定所，對(duì)某一塊土壤的擾動(dòng)是臨時(shí)的，因此無(wú)法形成一個(gè)穩(wěn)定的耕作層。到了夏、商、周奴隸社會(huì)，出現(xiàn)了青銅農(nóng)具，這時(shí)的人類已經(jīng)懂得中耕除草，增加了對(duì)土壤的擾動(dòng)，形成了一定的耕作層，但是由于當(dāng)時(shí)耕作粗放，未采取任何養(yǎng)地措施，土地連續(xù)種植三年以上就會(huì)被棄荒，耕作層隨之消失。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期后，隨著人口增加和土地世襲，長(zhǎng)期撂荒已經(jīng)不能滿足社會(huì)需求，同時(shí)鐵制農(nóng)具和畜力耕作的出現(xiàn)可以翻動(dòng)土壤，具有了鏟除雜草的能力，提高了耕作效率，此時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了施肥和灌溉，進(jìn)一步增加了對(duì)土壤的擾動(dòng)，同時(shí)此時(shí)開(kāi)始持續(xù)地利用土壤，形成了較穩(wěn)定的耕作層［6］。

二十世紀(jì)初我國(guó)引進(jìn)了西洋犁，50年代大量引進(jìn)了蘇式五鏵犁，60年代創(chuàng)造了帶心土鏟的雙層深翻犁，進(jìn)一步提高了耕作效率，加強(qiáng)了對(duì)土壤的擾動(dòng)強(qiáng)度和頻率，形成了穩(wěn)定的耕作層。但是，二十世紀(jì)30年代由于不合理的土壤耕作，美國(guó)西部和前蘇聯(lián)都發(fā)生了大規(guī)模的“黑風(fēng)暴”，導(dǎo)致耕層表層大量流失。由此，人們開(kāi)始探討保護(hù)性耕作。保護(hù)性耕作的原則是不使用鏵式犁翻耕土壤，實(shí)行免耕播種，減少對(duì)土壤的耕作次數(shù)，實(shí)行地表秸稈殘茬覆蓋，田間作業(yè)次數(shù)由7次～8次減到1次～3次［7-8］。雖然免耕減少機(jī)械的田間作業(yè)次數(shù)，但是每一季播種和施肥時(shí)還是會(huì)對(duì)一定面積的土壤產(chǎn)生擾動(dòng)，形成一個(gè)耕作層，這個(gè)耕作層的面積只占土壤耕種地塊的10%。傳統(tǒng)耕作由于長(zhǎng)期機(jī)械碾壓導(dǎo)致了土壤犁底層的出現(xiàn)，機(jī)械碾壓的時(shí)間越長(zhǎng)犁底層越厚，耕作層就越淺，限制了作物的生長(zhǎng)發(fā)育。二十世紀(jì)70年代初，黑龍江省的科研機(jī)構(gòu)和農(nóng)業(yè)院校，進(jìn)行了土壤深松耕法的多年和多點(diǎn)試驗(yàn)、示范和推廣。與傳統(tǒng)的淺耕和耙地相比，深松或深耕能夠打破犁底層增加耕層厚度，減小底層容重，增加孔隙度，極大的提高了降水的入滲量［9］。因此，從原始社會(huì)的刀耕火種，到目前應(yīng)用大型機(jī)械擾動(dòng)，人類創(chuàng)造了從幾厘米到數(shù)米深的耕層。但是適宜的土壤耕層深度，應(yīng)當(dāng)根據(jù)作物根系生長(zhǎng)發(fā)育分布空間和土層儲(chǔ)水能力以及土壤類型而定。

2 耕作層功能

不同的耕作方式培育了不同的土壤耕作層。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，農(nóng)田土壤的土體一般可以分為四層，每一層的物理、化學(xué)、生物性狀及調(diào)節(jié)土壤肥力因素的作用都不盡相同，采取的措施也不同。①表土層:約0～15 cm，此層經(jīng)常受氣候條件和耕作栽培措施的影響，變化較大。這一層按照松緊狀況及對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，又可以劃分為2層，即覆蓋層(0～3 cm)和種床層(3 cm～15 cm)。覆蓋層受氣候條件影響最大，其結(jié)構(gòu)狀況直接影響滲入土壤的水分總量、地表徑流、水土流失、水分蒸發(fā)、氣體交換和作物出苗等;種床層由于鎮(zhèn)壓，該層較緊實(shí)，毛管孔隙發(fā)達(dá)，下層水分能夠沿著毛管上升到種子部位，保證種子發(fā)芽。②穩(wěn)定層:約15 cm～35 cm，也稱根系活躍層。其中一部分是原來(lái)的犁底層和心土層，經(jīng)過(guò)深耕施肥改造而成。在平翻耕法條件下這一層的容重一般比種床層小，是根系分布較多的部位，是作物對(duì)養(yǎng)分、水分、空氣要求的敏感地帶。因此，這一層的物理性狀、蓄水保水和供水供肥能力，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育有重要的影響。③心土層(35 cm～60 cm):也稱保證層。土壤結(jié)構(gòu)緊密，非毛管孔隙約占7%～10%，根系分布量約占根系總量的20%～30%。該層受外界條件影響較小，肥力因素比較穩(wěn)定，物質(zhì)轉(zhuǎn)化和移動(dòng)緩慢。心土層的性狀對(duì)于耕層肥力和作物生長(zhǎng)也有影響。對(duì)于蓄水保肥，特別是對(duì)灌溉條件或地下水位低的地塊在一定程度上起著蓄水庫(kù)的作用。上層輸送的土壤水分和養(yǎng)分從大孔隙滲透到下層，當(dāng)作物需要時(shí)，貯存在下層的水分和養(yǎng)分，又以毛細(xì)管作用補(bǔ)給上層利用。因此，創(chuàng)造一個(gè)土體深厚，耕層疏松，心土層緊實(shí)的土體構(gòu)造，對(duì)協(xié)調(diào)水、肥、氣及熱的供應(yīng)，保證作物生育期間對(duì)肥力的需要，達(dá)到高產(chǎn)是非常重要的。④犁底層，土壤深耕時(shí)，常常因?yàn)檗r(nóng)機(jī)具的作用和底土較強(qiáng)的塑性，在耕層和心土層之間形成了一個(gè)容重較大(1.5 g·cm-3～1.8 g·cm-3)且封閉式的犁底層。在犁底層中總孔隙度極少，而大孔隙更少。犁底層的存在減弱了耕層和心土層之間的能量和物質(zhì)流通。它有使雨水和養(yǎng)分保存在耕層，為根系直接吸收的優(yōu)點(diǎn);也有不能使雨水深貯在下層心土層有效防止耕層澇害或防止大量蒸發(fā)、妨礙根系伸展、改變根型、妨礙利用心土層的能量和物質(zhì)的缺點(diǎn)。根據(jù)犁底層的特性，土壤耕作時(shí)應(yīng)盡量避免形成犁底層，而在已形成犁底層的土壤上應(yīng)該進(jìn)行打破或消滅犁底層的耕作措施［10］。

3 耕作層影響根系生長(zhǎng)及其因素

土壤剖面結(jié)構(gòu)即機(jī)械阻力、顆粒組成和孔隙度等，通過(guò)影響水、氣、熱和營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中的移動(dòng)和分布從而影響作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育［5］。已有研究表明，玉米、小麥根系的分布空間對(duì)其生長(zhǎng)及產(chǎn)量具有重要的作用［11-12］，玉米吐絲期根系的93.9%和88.3%分布于0～35cm，而僅有少部分分布于35 cm以下［13］。

Ferro等的研究證實(shí)作物根系的生長(zhǎng)與土壤容重之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系［14］。土壤容重過(guò)大時(shí)，毛管孔隙多，不透水和不通氣，使土壤中產(chǎn)生了水熱矛盾，對(duì)根系的生長(zhǎng)阻力增大，不利于根系伸展。有研究指出，當(dāng)土壤中孔隙直徑＜0.25 mm時(shí)，一般作物的側(cè)根不能穿入;＜0.035 mm～0.075 mm時(shí)，支根則難以伸入;＜0.01 mm～0.013 mm時(shí)，根毛則無(wú)法通過(guò)。其與土壤容重和土壤含水量密切相關(guān)［15］。土壤緊實(shí)，孔隙小，根系不能穿入容重1.9 g·cm-3以上的土壤，一般土壤1.7 g·cm-3～1.8 g·cm-3是個(gè)極值，而粘土1.6 g·cm-3～1.7 g·cm-3是臨界點(diǎn)，沒(méi)有根能穿入［16］。豌豆上的研究表明，土壤容重為1.0 g·cm-3時(shí)，任何水分狀態(tài)對(duì)根系的生長(zhǎng)都不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械阻力，而當(dāng)土壤含水量在0.1 MPa～0.2 MPa時(shí)，土壤含水量偏大，空氣少，根系的伸展受到了限制;當(dāng)土壤含水量在0.2 MPa～0.3 MPa時(shí)，根生長(zhǎng)的最為茂盛;若土壤含水量低于這個(gè)范圍，根系的生長(zhǎng)就會(huì)受到影響。如果土壤容重為1.1 g·cm-3，土壤含水量為0.25 MPa時(shí)，根系的生長(zhǎng)就會(huì)受到機(jī)械阻力的影響，若土壤含水量繼續(xù)降低，土壤含水量和機(jī)械阻力同時(shí)限制根系的生長(zhǎng)。對(duì)于粘重的土壤容重在1.4 g·cm-3以上時(shí)，機(jī)械阻力是影響根系生長(zhǎng)的主要因素，而土壤通氣和水分條件影響較?。?0］。

利用耕翻創(chuàng)造一個(gè)適宜的耕層厚度增產(chǎn)效果很顯著，那么耕作深度達(dá)到多少才能為提高土壤肥力和滿足作物生長(zhǎng)需求發(fā)揮最大的作用呢?大量研究報(bào)道了深松能夠增加作物的產(chǎn)量［17-18］。對(duì)于小麥來(lái)說(shuō)深耕30 cm，消除犁底層，促進(jìn)了小麥根系的生長(zhǎng)及其對(duì)水分的吸收，增加了葉面積指數(shù)和光合作用，小麥產(chǎn)量較常規(guī)耕法提高9.27%，水分利用效率提高1.43 kg·(mm·hm2)-1～4.65 kg·(mm·hm2)-1［19］。同時(shí)增加耕作深度也能促進(jìn)玉米和大豆的根系發(fā)育，增加產(chǎn)量［20］。但是是否耕作深度越深，增產(chǎn)效果越明顯呢?陳恩鳳先生早在1961年就報(bào)道了小麥一般耕作深度為33 cm左右增產(chǎn)效果顯著，幅度最高;耕作深度為33 cm～48 cm時(shí)仍然表現(xiàn)為增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度開(kāi)始降低;當(dāng)耕作深度大于48 cm后增產(chǎn)效果逐漸減少了。這一結(jié)果與土壤發(fā)生發(fā)育及其特征和作物根系的生長(zhǎng)及其特征密切相關(guān)［1］。說(shuō)明土壤質(zhì)地和土體構(gòu)型不同，土壤的耕作深度可以因地而異。

深松打破犁底層的同時(shí)疏松表層，增加耕層厚度，被疏松的土層增加了土壤孔隙度，改善了土壤的滲透性［21］，進(jìn)而增加了土壤對(duì)大氣降水的蓄存能力，營(yíng)造地下水庫(kù)，使更多的雨水貯存在深層土壤中以供作物利用，提高雨水資源利用效率和旱地蓄水保墑性能。研究報(bào)道深松能夠使犁底層田間的土壤飽和導(dǎo)水率提高4倍多，提高了降水的入滲能力，顯著增加了50 cm～100 cm土層的土壤含水量［22］。同時(shí)深松打破了犁底層，土壤容重降低20%［23］，總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別增加15.0%、10.4%和37.8%［24］，擴(kuò)大了蓄水空間，可接納更多的降水存儲(chǔ)在大孔隙中。相反如果犁底層存在，耕作層內(nèi)的多余土壤水分難以下滲，使原有的蓄水空間不能得到充分利用。對(duì)黑土的研究表明，0～35 cm土層的最大儲(chǔ)水能力(即飽和持水量)為227.5 mm［25］，此層10年平均土壤含水量是84 mm［24］，所能接納單次最大降雨量為143.5 mm而不產(chǎn)生徑流，從對(duì)研究區(qū)域近50年單次降雨量的分析可知，該地區(qū)最大的單次降雨量為81 mm［26］，所以0～35 cm土層具有接納單次最大降水的能力，見(jiàn)圖1。同時(shí)該層土壤有效水分(田間持水量-凋萎含水量)為115.5 mm，說(shuō)明吸收的降水能夠完全轉(zhuǎn)換為有效水分供作物利用。

不同土壤類型會(huì)影響根系生長(zhǎng)空間和土壤儲(chǔ)水能力。障礙性層次的土壤(例如黑土的犁底層，白漿土的白漿層)，在約20 cm～30 cm左右存在障礙層，限制根系生長(zhǎng)發(fā)育的空間，且80%以上的根系分布在該層次，影響了根系對(duì)土壤中水分和養(yǎng)分的吸收。而對(duì)于不存在障礙性層次的土壤來(lái)說(shuō)有10%以上的根系分布在20 cm～35 cm土層，促使作物根系能夠更充分利用土壤中的水分和養(yǎng)分。因此，對(duì)于粘質(zhì)土壤包括黑土、黑鈣土、白漿土、暗棕壤和草甸土，最適宜的耕層深度為0～35 cm。而對(duì)于不存在障礙性層次的沙質(zhì)土壤來(lái)說(shuō)，適宜耕作層深度為0～20 cm，因?yàn)樯迟|(zhì)土壤的質(zhì)地松散，土壤中的孔隙比較大，如果耕作深度太深會(huì)導(dǎo)致施入土壤的生產(chǎn)資料淋溶至下層，引起作物養(yǎng)分供應(yīng)不足。

圖1 黑土土壤含水量及單次最大降雨量Fig.1Soil moisture content and maximum rainfall for one time

4 基于秸稈還田的耕層培育

作物秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，作

為有機(jī)肥資源，秸稈占我國(guó)有機(jī)肥資源總量的12%～19%。經(jīng)過(guò)吸水和土壤微生物作用的秸稈，一部分纖維素和半纖維素被分解釋放出氮、磷和鉀等補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，減少了化肥施用量;剩下未分解的木質(zhì)素等留在土壤中，不僅增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量［27-29］，改善了土壤物理及生物性狀，還能增加土壤中有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)的含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成［30］，增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性［31］，改善土壤結(jié)構(gòu)［32］。研究表明秸稈還田能夠降低土壤容重，增加土壤孔隙度和大粒徑微團(tuán)聚體數(shù)量及水穩(wěn)定性［31，33］。所以施用秸稈能夠提高土壤肥力，改善土壤的結(jié)構(gòu)。

秸稈直接還田分為覆蓋還田和翻壓還田，目前關(guān)于秸稈覆蓋還田效應(yīng)的研究已廣泛報(bào)道［28，34］。Jordan等研究表明秸稈覆蓋改善了土壤容重、孔隙度狀況和土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，進(jìn)一步促進(jìn)了降水的入滲［35］。但是Spaccini研究發(fā)現(xiàn)與秸稈覆蓋還田相比，玉米秸稈混合施入土壤更能有效地提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性［36］。秸稈與土壤混合后能夠加速秸稈分解，并增加土壤微生物數(shù)量，改善土壤中微生物的分布狀況［37］。同時(shí)秸稈還田深度是影響秸稈還田質(zhì)量的一個(gè)重要因素。早在1995年Angers等就認(rèn)為影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的是秸稈還田的埋藏深度，而不是土壤耕作深度［38］。秸稈深層還田有利于增加整個(gè)土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量和微團(tuán)聚體的團(tuán)聚度［39］，增加土壤有益微生物數(shù)量，提高酶活性［40］，有利于水分入滲［41］，降低表層和亞表層土壤團(tuán)聚體中的胡敏酸氧化度，改善活性結(jié)構(gòu)，使胡敏酸結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化和年輕化［42］。關(guān)于不同數(shù)量秸稈對(duì)土壤培育的影響也有大量報(bào)道，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著秸稈還田的增加而增加的同時(shí)，土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也隨之增加［43］。盡管秸稈還田是培育土壤耕層的有效措施之一，但是在實(shí)行過(guò)程中要針對(duì)土壤類型、氣候特點(diǎn)等選擇適宜的施用方式和施用量。

5 基于有機(jī)肥的耕層培育

有機(jī)肥在廣義上包括動(dòng)物廢棄物和植物殘?bào)w，是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)酵腐熟后形成的一類肥料，另外還包括餅肥、堆肥、漚肥、廄肥和綠肥等［44］。施用有機(jī)肥不僅能增加土壤養(yǎng)分含量，改善土壤的物理性質(zhì)，還能通過(guò)形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體和微團(tuán)聚體提高土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量，更新和活化土壤中老的有機(jī)質(zhì)，改善土壤中腐殖質(zhì)的品質(zhì)，全面提高土壤肥力［45-46］。研究表明，施用有機(jī)肥后土壤中的有機(jī)質(zhì)含量提高了11.8%～16.5%，松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量和松結(jié)態(tài)/緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)比值提高，有機(jī)肥通過(guò)改善＜0.002 mm復(fù)合體的腐殖質(zhì)品質(zhì)，從而改善和更新整個(gè)土壤腐殖質(zhì)的活性［45］。對(duì)胡敏酸光學(xué)性質(zhì)的研究表明，施用有機(jī)肥使胡敏酸的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，木質(zhì)素和脂族結(jié)構(gòu)比例增加，而氧化度、縮合度和芳香度下降，使胡敏酸向年輕化的方向發(fā)展［46］。有機(jī)肥的施用除了改善土壤，提高土壤肥力，還能提高土壤中轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶、淀粉酶、蔗糖酶、磷酸酶、脫氫酶和ATP酶等的活性，因此對(duì)土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、有效性提高和能量代謝均有作用［47］。

有機(jī)肥培育土壤耕作層的過(guò)程中，土壤肥力的提高與有機(jī)肥的施用量密切相關(guān)。經(jīng)過(guò)13年低量有機(jī)肥處理，栗褐土有機(jī)質(zhì)含量增加幅度比較平緩，13年增加了65%左右;而施高量有機(jī)肥的處理，土壤有機(jī)質(zhì)則呈顯著的增加態(tài)勢(shì)，施用13年后，土壤有機(jī)質(zhì)含量成倍地增加［48］，說(shuō)明增加有機(jī)肥的投入量能夠更有效，更快速地提高土壤肥力。有機(jī)肥施用后對(duì)土壤影響的時(shí)效研究表明，在施入大量有機(jī)肥后的第一年，SOC未發(fā)生改變，而在第二年，與無(wú)肥相比，SOC增加了28%;而在連續(xù)施用4年-5年有機(jī)肥的土壤中停止施用后的第一年，SOC比無(wú)肥處理高28%，第二年比無(wú)肥高46%［49］。將有機(jī)肥施入土壤的不同位置也能夠起到培肥土壤的作用，韓曉增等研究表明，將有機(jī)肥施入20 cm～35 cm能夠增加該層土壤有機(jī)碳的含量，同時(shí)明顯改善了該層土壤的物理性質(zhì)［41］，培育了深厚的耕作層。因此在利用有機(jī)肥培育土壤耕作層的過(guò)程中要根據(jù)土壤的實(shí)際情況因地制宜，確定適宜的施用量和施用時(shí)間。

6 黑土區(qū)培肥新途徑

長(zhǎng)久以來(lái)人們關(guān)注的土壤培肥，其實(shí)就是對(duì)土壤耕作層的培育。隨著種植結(jié)構(gòu)的多元化和農(nóng)業(yè)機(jī)械的不斷完善和更新，現(xiàn)在考慮土壤耕作層培育的技術(shù)措施時(shí)，應(yīng)該結(jié)合作物輪作、秸稈還田、施用有機(jī)肥、耕作的強(qiáng)度和頻度，同時(shí)根據(jù)土壤類型確定需要培育的耕作層厚度。根據(jù)我們對(duì)東北黑土培肥的研究結(jié)果，對(duì)于粘粒含量＞35%的粘質(zhì)土壤，耕作層培育的技術(shù)模式建議如下:

(1)在玉米連作種植區(qū)域，建議實(shí)行集成“深翻-免耕-少耕”模式。技術(shù)要點(diǎn)為三年(每年1個(gè)生長(zhǎng)季)一個(gè)技術(shù)周期，第一年玉米收獲后秸稈在深翻犁的驅(qū)動(dòng)下一次性深混還田，還田深度為0～35 cm;第二年玉米收獲后免耕;第三年秸稈覆蓋免耕種植玉米，秋季收獲后，采用少耕與秸稈粉碎還田;第四年種植玉米。此技術(shù)模式能夠改善土壤耕層結(jié)構(gòu)，提高土壤保水供水能力，再配以精準(zhǔn)施肥技術(shù)，達(dá)到水肥增效目的。

(2)在大豆和玉米都種植的區(qū)域建議如下2個(gè)技術(shù)模式，①“大豆-玉米”輪作肥田技術(shù)模式。技術(shù)要點(diǎn)是以兩年(每年1個(gè)生長(zhǎng)季)為一個(gè)技術(shù)周期，第一年種植大豆不施用氮肥和減少施用農(nóng)藥，秋季收獲后免耕;第二年秸稈覆蓋免耕播種玉米，玉米收獲后秸稈在深翻犁的驅(qū)動(dòng)下深混還田，還田深度為0～35 cm。②“玉米-大豆-大豆”大豆重迎茬高效種植模式。技術(shù)要點(diǎn)是第一年種植玉米，秋季收獲后，玉米茬平翻后第二年種植平播大豆或小壟大豆(迎茬)，秋季旋松起標(biāo)準(zhǔn)壟型，第三年春種植標(biāo)準(zhǔn)壟大豆(重茬)，秋季免耕。

(3)在小麥種植區(qū)域選擇“玉米-小麥-大豆”高效輪作模式。技術(shù)要點(diǎn)是第一年種植玉米，秋季收獲后平翻，第二年在平翻的玉米茬上種植平播小麥，小麥?zhǔn)斋@后平翻，第三年種植大豆，秋季收獲后免耕。

(4)大劑量有機(jī)肥間隔使用配合秸稈還田技術(shù)模式。在玉米秸稈還田的時(shí)候配施大劑量的有機(jī)肥，利用秸稈深埋技術(shù)，將秸稈和有機(jī)肥深混入0～35 cm土層，建議有機(jī)肥的施用量為22.5 t·hm-2。

在粘粒含量較少的沙質(zhì)土壤中建議在應(yīng)用上述技術(shù)的同時(shí)需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題:(1)沙質(zhì)土壤的培肥應(yīng)該以有機(jī)肥和秸稈堆漚培肥為主，如果想要實(shí)行秸稈還田，秸稈的長(zhǎng)度一定要控制在5 cm以下，否則可能造成不保水不保肥的負(fù)面影響;(2)沙質(zhì)土壤的耕翻深度應(yīng)該控制在0～20 cm。

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The Soil Cultivated Layer in Dryland and Technical Patterns in Cultivating Soil Fertility

HAN Xiao-zeng1，ZOU Wen-xiu1，LU Xin-chun1，DUAN Jing-hai2
(1.Key Laboratory of Mollisols Agroecology，National Observation Station of Hailun Agroecology System，Northeast Institute of Geograpthy and Agroecology，CAS，Harbin 150081，China; 2.Qinggang Center of Agriculture Technology Extension，Qingang 151600，China)

The soil cultivated layer is that human activity disturbed the depth of soil by tools in order to cultivate crops.The structure and depth of soil cultivated layer determined the habitat and supply of nutrient and water for crop.The construction of fertile and deep cultivated soil layer and improvement of soil fertility were attracting more and more attention with the increased demand for food.The evolution and function of soil cultivated layer and its effect on crop root and yield were reviewed comprehensively，suitable depths of cultivated layer were suggested for clay soil(clay content＞35%)with 0～35 cm depth and sandy soil with 0～20 cm depth based on above mentioned.The influence of straw and organic matter incorporation on soil cultivated layer was discussed.The prospective of technical patterns of soil cultivated layer，including the integrated technical pattern involving crop rotation，straw and organic matter incorporation，depth and frequency of soil tillage，which will provide relevant reference for the construction of suitable soil cultivated layer.

cultivated layer;straw incorporation combined with mixing soil in 0～35 cm depth;the depth of cultivated layer;the depth and frequency of tillage

S155.4+3

A

10.11689/j.issn.2095-2961.2015.04.001

2095-2961(2015)04-0145-06

2015-11-10.

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)黑土實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目;公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303126，201303011，201303030，201503120).

及通訊作者簡(jiǎn)介:韓曉增(1957-)，男，遼寧瓦房店人，研究員，主要從事土壤生態(tài)方面的研究工作.