耕作與施肥模式對(duì)渭北旱塬春玉米田蓄水保墑與玉米產(chǎn)量的影響

司政邦，李　軍，周婷婷

(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

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耕作與施肥模式對(duì)渭北旱塬春玉米田蓄水保墑與玉米產(chǎn)量的影響

司政邦，李軍，周婷婷

(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

摘要：為揭示渭北旱塬春玉米田休閑期不同保護(hù)性耕作模式的蓄水保墑與增產(chǎn)增收效應(yīng)，尋找適合渭北旱塬春玉米田水肥高效利用的耕作方式和施肥水平，于2013—2014年度在陜西省合陽(yáng)縣甘井鎮(zhèn)春玉米田分別設(shè)置傳統(tǒng)農(nóng)戶模式(翻耕+低肥，S1)、現(xiàn)有高效模式(免耕+高肥，S2)、創(chuàng)新高效模式(深松+平衡施肥，S3)等模式處理，研究各類耕作與施肥相結(jié)合保護(hù)性耕作模式下春玉米水分利用率、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益差異。結(jié)果表明，創(chuàng)新模式S3和現(xiàn)有模式S2較農(nóng)戶模式S1播前增加了土壤貯水量；創(chuàng)新模式S3和現(xiàn)有模式S2處理在玉米主要生育期0～200 cm土層平均土壤貯水量分別比農(nóng)戶模式S1增加23.3 mm和18.1 mm，水分利用效率分別提高12.3%和10%，產(chǎn)量增加11.1%、9.2%。創(chuàng)新模式和現(xiàn)有模式均較農(nóng)戶模式能夠增加土壤貯水量，提高水分利用效率，增加產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，但創(chuàng)新模式蓄水保墑，增產(chǎn)增收優(yōu)勢(shì)明顯，是適合渭北旱塬地區(qū)春玉米生產(chǎn)的水肥管理模式。

關(guān)鍵詞：春玉米；保護(hù)性耕作；施肥水平; 土壤水分；產(chǎn)量; 渭北旱塬

春玉米是渭北旱塬僅次于冬小麥的主要糧食作物。干旱少雨、地力瘠薄是制約渭北旱塬雨養(yǎng)農(nóng)田春玉米增產(chǎn)增收的主要因素[1-2]。旱作玉米田長(zhǎng)期采用傳統(tǒng)翻耕方式，冬春季節(jié)地表疏松裸露，大量土壤水分蒸發(fā)，春季干旱少雨，玉米春播底墑不足，同時(shí)長(zhǎng)期不合理施肥，導(dǎo)致養(yǎng)分利用效率低下。因此，促進(jìn)降水有效貯蓄和利用，合理的施肥，提高水分利用率和養(yǎng)分利用率是渭北旱塬區(qū)春玉米生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)。保護(hù)性耕作技術(shù)采取免耕、深松耕作方式，秸稈覆蓋地表，能有效改善土壤理化性狀，提高土壤貯水量，增加作物產(chǎn)量[3-5]。秸稈覆蓋深松耕可以打破犁底層，增加土壤孔隙度，增加降水入滲，減少蒸發(fā)，提高水分利用效率，增加作物產(chǎn)量[6-7]；覆蓋免耕可以減少棵間蒸發(fā)增加蒸騰，變無(wú)效耗水為有效耗水，有利于作物產(chǎn)量增加[8-11]?，F(xiàn)有研究主要比較不同保護(hù)性耕作的蓄水增產(chǎn)效應(yīng)，分析施肥對(duì)土壤水分利用的水肥耦合效應(yīng)，缺乏將不同耕作措施與施肥措施結(jié)合的田間試驗(yàn)研究，耕作與施肥耦合作用對(duì)春玉米水分和養(yǎng)分利用效率、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的研究不足。本研究將不同耕作方式與施肥方式相結(jié)合，研究不同土壤耕作措施的蓄水保墑和不同施肥措施的“以肥調(diào)水，水肥互作”效應(yīng)，旨在篩選有利于雨養(yǎng)玉米田降水高效利用和增產(chǎn)增收的保護(hù)性耕作模式，為渭北旱塬區(qū)玉米持續(xù)增產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013—2014年度在陜西省合陽(yáng)縣甘井鎮(zhèn)(35°33＇N，110°08＇E) 實(shí)施，海拔850 m，年平均降雨量536.6 mm，年蒸發(fā)量1 832.8 mm，年平均氣溫11.5℃，≥10℃積溫2 800℃～4 000℃，全年無(wú)霜期160～200 d，供試土壤為黑壚土，其0～20 cm土層主要理化性狀(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為有機(jī)質(zhì)4.63 g·kg-1，全氮1.31 g·kg-1，全磷0.53 g·kg-1，全鉀6.08 g·kg-1，速效氮38.12 mg·kg-1，速效磷3.41 mg·kg-1，速效鉀147.37 mg·kg-1，pH值7.89，試驗(yàn)地平坦。免耕、深松和翻耕處理作物收獲后0～20 cm土層土壤容重分別為1.37、1.36、1.30 g·cm-3。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3個(gè)處理，4次重復(fù)，小區(qū)面積15 m×26 m=390 m2。其中氮肥、磷肥、鉀肥依次分別為尿素(N=46.0%)、磷酸二銨(P2O5=44.6%)和硫酸鉀(K2O=51.0%)。播種前按照小區(qū)面積計(jì)算施肥量，人工播種前均勻撒施。試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理如下：

傳統(tǒng)農(nóng)戶模式(翻耕+低肥，以S1表示)。在前茬玉米收獲后進(jìn)行秸稈全額粉碎還田，冬閑期土壤耕作采取翻耕處理，土壤全面翻耕20～25 cm，將秸稈翻入耕層土壤，休閑期噴灑除草劑防除雜草，越過(guò)休閑期后玉米播種時(shí)采用低肥處理(低氮低磷)：N=75 kg·hm-2，P2O5=60 kg·hm-2。

現(xiàn)有高效模式(免耕+高肥，以S2表示)。在前茬玉米收獲后進(jìn)行秸稈全額粉碎還田，冬閑期土壤耕作采取免耕處理，作物秸稈殘茬覆蓋地表，休閑期噴灑除草劑防除雜草，越過(guò)休閑期后玉米播種時(shí)采用高肥處理(高氮高磷)：N=255 kg·hm-2，P2O5=180 kg·hm-2。

創(chuàng)新高效模式(深松+平衡施肥，以S3表示)。在前茬玉米收獲后進(jìn)行秸稈全額粉碎還田，冬閑期土壤耕作采取深松處理，每間隔60 cm寬度深松30～35 cm，作物秸稈殘茬覆蓋地表，休閑期噴灑除草劑防除雜草，越過(guò)休閑期后玉米播種時(shí)采用平衡施肥處理(氮磷鉀平衡)：N=150 kg·hm-2，P2O5=120 kg·hm-2，K2O=90 kg·hm-2。

不施肥對(duì)照(分別以NS1、NS2、NS3表示)。在上述3個(gè)耕作模式小區(qū)內(nèi)，設(shè)置面積30 m2相同耕作處理不施肥小區(qū)，用以評(píng)價(jià)施肥的效果。

2013年和2014年供試玉米品種分別為榆單9號(hào)和鄭單985。春玉米播種時(shí)間分別為2013年4月30日和2014年4月28日，收獲時(shí)間分別為2013年9月28日和2014年10月7日。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

主要測(cè)定指標(biāo)與方法：

土壤水分含量：分別于休閑期、播種期、拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期、收獲期測(cè)定各小區(qū)0～200 cm土壤含水量，采用土鉆取土烘干稱重法測(cè)定，以每20 cm為一層。

土壤容重：采用環(huán)刀法測(cè)定各小區(qū)0～20、20～40、40～60 cm土層土壤容重。

產(chǎn)量測(cè)定：在玉米成熟期每小區(qū)選取3個(gè)9 m2的面積進(jìn)行考種，測(cè)定籽粒產(chǎn)量。

養(yǎng)分測(cè)定方法：采用五點(diǎn)法取樣，分別取各處理0～20、20～40、40～60 cm土層土樣，風(fēng)干后過(guò)0.25 mm和1 mm的篩待測(cè)。采用全自動(dòng)半微量凱氏法、火焰光度法和鉬銻抗比色法分別測(cè)定土壤全氮和全磷。

計(jì)算方法如下：

土壤含水量w(%)=(M1-M2)/M2×100%，其中M1為濕土重，M2為烘干土重；

土壤蓄水量W(mm)=D×H×w×10，其中D為土壤容重(g·cm-3)，H為土層厚度(cm)，w為土壤含水量(%)；

土壤蓄墑率P(%)=(V1-V2)/R×100%，其中V1為休閑初期土壤蓄水量(mm)，V2為休閑末期的土壤蓄水量(mm)，R為休閑期降雨量(mm)；

生育期耗水量ETa(mm)=P+(We-Wb)，其中P為作物生育期有效降水量(mm)，We和Wb分別為播前和收獲時(shí)的土壤蓄水量(mm)；

水分利用效率WUE(kg·hm-2·mm-1)=Ya/ETa，式中Ya為單位面積的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(kg·hm-2)；

肥料利用效率=作物單位面積所生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(kg)/[播前土壤養(yǎng)分含量(kg)+施入的化肥量(kg)-當(dāng)季作物收獲后土壤養(yǎng)分含量(kg)]；

經(jīng)濟(jì)收益：產(chǎn)量收入(元·hm-2)=籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)×市場(chǎng)價(jià)格(元·kg-1)；產(chǎn)量純收益(元·hm-2)=產(chǎn)量收入(元·hm-2)-總投入(元·hm-2)，其中總投入包括化學(xué)肥料投入，農(nóng)藥、種子和人工投入，播種、秸稈還田和深松或翻耕地的機(jī)械投入。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，SPSS 19進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)區(qū)年降水量變異分析

圖12013—2014年試驗(yàn)田逐月降雨量

Fig.1Monthly precipitations in the experimental

field during 2013—2014

2.2不同耕作模式冬閑期土壤蓄水量變化動(dòng)態(tài)

2013年春玉米收獲后，按照S1、S2和S3模式分別進(jìn)行相應(yīng)耕作處理，于10月中旬、11月中旬和翌年4月中旬測(cè)定了冬閑期土壤貯水量(圖2)。由于受到秋季降水補(bǔ)給，S1、S2、S3等耕作模式2013年10月中旬0～200 cm土層土壤貯水量分別為430.2、446.4 mm和447.7 mm，3種模式之間貯水量差異不顯著(P>0.05)。11月份隨著降水減少，土壤水分以蒸發(fā)散失為主，S1、S2、S3處理0～200 cm土層土壤貯水量逐漸降低，分別為413.2、431.2 mm和429.1 mm，S2土壤貯水量最高，S3次之，S1最低，S2和S3較S1差異不顯著(P>0.05)。到翌年4月中旬，隨著氣溫升高，土壤解凍，土壤蒸發(fā)耗水持續(xù)增加，土壤貯水量持續(xù)降低，S1、S2、S3處理0～200 cm土層土壤貯水量分別為387.8、399.4 mm和404.4 mm，S3、S2土壤貯水量顯著高于S1處理(P<0.05)。2013年春玉米收獲后，經(jīng)過(guò)冬閑期休閑，各耕作模式土壤貯水量表現(xiàn)為逐漸減少，整個(gè)冬閑期S1、S2、S3各處理0～200 cm土層土壤貯水量平均值分別為410.4、425.7 mm和427.1 mm，到冬閑期末土壤貯水量表現(xiàn)為S3>S2>S1，各種模式之間差異不顯著(P>0.05)。S3處理增加了降水入滲，減少了土壤水分蒸發(fā)，有利于休閑期土壤水分貯蓄，因此土壤貯水量最高；S2處理減少了對(duì)土壤擾動(dòng)，秸稈覆蓋地表，減少蒸發(fā)，貯水量次之；S1處理翻轉(zhuǎn)土壤，冬閑期沒(méi)有秸稈覆蓋，土壤水分蒸發(fā)較大，貯水量最低。

圖2不同耕作處理下春玉米田冬閑期0～200 cm

土層貯水量變化動(dòng)態(tài)

Fig.2Changes of soil water storage in 0～200 cm soil layer by

different tillage treatments in the spring

maize field during winter fallow

2.3不同耕作+施肥模式玉米生長(zhǎng)期土壤貯水量變化動(dòng)態(tài)

不同耕作模式下春玉米主要生育時(shí)期0～200 cm土壤貯水量表明(圖3)：從播種期到拔節(jié)期，隨著氣溫升高，玉米生長(zhǎng)對(duì)水分消耗增加，土壤貯水量逐漸減少；從拔節(jié)期到灌漿期，玉米封壟之后，蒸騰量增加，對(duì)土壤水分消耗增加，至灌漿期到達(dá)谷底；隨后由于雨季降水增加，土壤蓄水量又逐恢復(fù)。

2013年玉米生育期內(nèi)降水量為314.1 mm，播種前S1、S2、S3模式平均土壤貯水量分別為398.0、390.0 mm和405.7 mm，S3較S1增加貯水量7.7 mm。主要生育期內(nèi)S3、S2和S1處理平均土壤貯水量依次為363.3、364.2、342.1 mm；S3、S2處理平均土壤貯水量分別較S1高21.2 mm和22.1 mm。S3、S2和S1處理全生育期耗水量依次為361.8、366.3 mm和370.1 mm，耗水量由高到低順序?yàn)镾1>S2>S3。

圖3玉米不同生育時(shí)期0～200 cm土層土壤貯水量動(dòng)態(tài)變化

Fig.3Changes of soil water storage in 0～200 cm profile during the different growth periods of maize

2014年玉米生長(zhǎng)前期干旱少雨，但是8～9月玉米生長(zhǎng)后期降雨量高達(dá)181.7 mm，收獲期土壤蓄水量顯著增加，玉米生育期內(nèi)土壤貯水量較2013年高。播種前S1、S2、S3處理0～200 cm土層平均土壤貯水量分別為436.1、452.1 mm和455.3 mm，S3和S2較S1分別增加貯水量19.2 mm和16.0 mm。從拔節(jié)期到收獲期，土壤貯水量由高到低的順序?yàn)镾3>S2>S1，拔節(jié)期至灌漿期土壤水分隨著玉米生長(zhǎng)消耗逐漸減少，灌漿期至成熟期降水量大幅增加，土壤水分得到恢復(fù)，貯水量增加。2年玉米生育期內(nèi)S1、S2、S3平均土壤貯水量分別為387.0、405.1 mm和410.3 mm，S3和S2較S1增加土壤貯水量23.3 mm和18.1 mm，S3提高生育期土壤貯水量?jī)?yōu)勢(shì)明顯。

2.4不同耕作+施肥模式玉米生長(zhǎng)期土壤水分垂直分布

圖4為2013年和2014年春玉米大喇叭口期0～200 cm土層土壤含水量變化。2013年大喇叭口期S1、S2、S3模式0～200 cm土層土壤含水量平均值分別為14.6%、14.6%和13.9%，S1、S2土壤含水量高于S3；0～100 cm隨著土層深度增加，土壤含水量逐漸增大，到達(dá)100 cm時(shí)逐漸穩(wěn)定。2014年大喇叭口期S1、S2、S3模式0～200 cm土層土壤含水量平均值分別為16.4%、16.6%和16.6%，S3、S2略高于S1。由于2013年播前干旱少雨，玉米大喇叭口期尚未完全封壟，土壤水分蒸發(fā)較大，0～40 cm土層土壤含水量較小，隨著土層深度增加，不同耕作模式下土壤含水量差異明顯；2014年播前降水較多，0～60 cm土層含水量較高，60 cm以下開(kāi)始逐漸減少，到達(dá)100 cm時(shí)出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，土壤濕度不再減少，逐漸穩(wěn)定。模式S3以其具有打破犁低層，增加土壤水分入滲作用，在2014年表現(xiàn)出0～70 cm土層時(shí)才出現(xiàn)拐點(diǎn)，表現(xiàn)出較好的增蓄保墑作用。

2.5不同耕作+施肥模式下玉米產(chǎn)量和水分利用效率

由于2013和2014試驗(yàn)?zāi)甓扔衩咨L(zhǎng)季降水量及其季節(jié)差異顯著，因此兩年間產(chǎn)量差異較大(表1)。2013年各耕作和施肥模式下玉米產(chǎn)量差異不顯著，2014年S3處理產(chǎn)量較S1差異顯著(P<0.05)。在各耕作和施肥處理下，S3產(chǎn)量最高，S2次之，S1最低。

2013年S3、S2、S1模式玉米平均產(chǎn)量分別為9 597.1、9 493.2、9 071.0 kg·hm-2；S3和S2較S1分別增產(chǎn)5.8%、4.7%；S3、S2和S1模式水分利用率分別為26.5、25.9、24.5 kg·hm-2·mm-1；S3和S2較S1水分利用效率分別高8.2%、5.7%。2013年不施肥對(duì)照區(qū)NS3、NS2和NS1處理玉米產(chǎn)量分別為6 973.7、6 861.3、6 633.7 kg·hm-2，NS3和NS2較NS1分別增產(chǎn)5.1%和3.4%；NS3、NS2和NS1處理水分利用率分別為19.1、18.6、17.9 kg·hm-2·mm-1，NS3和NS2較NS1水分利用效率分別高6.4%、3.5%。S3、S2和S1施肥區(qū)較不施肥對(duì)照區(qū)增產(chǎn)2 623.5、2 631.9 kg·hm-2和2 437.3 kg·hm-2，分別增產(chǎn)37.6%、38.3%和36.7%，水分利用效率分別提高39.1%、39.7%、36.7%，施肥區(qū)較無(wú)肥區(qū)增產(chǎn)差異顯著(P<0.05)。

圖4　玉米大喇叭口期0～200 cm土層土壤含水量剖面分布

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: In the same column, different lowercase letters stand for significance at 5% level.

2014年S3、S2、S1模式玉米平均產(chǎn)量分別為10 416.9、9 953.6 kg·hm-2和8 921.5 kg·hm-2；S3和S2分別較S1增產(chǎn)16.8%和11.6%；S3、S2和S1水分利用率分別為24.4、23.5、20.8 kg·hm-2·mm-1，S3和S2較S1水分利用效率分別提高17.3%、13.0%，S3和S2與S1差異顯著(P<0.05)，S3與S2之間差異不顯著(P>0.05)。不施肥對(duì)照區(qū)NS3、NS2和NS1處理玉米產(chǎn)量分別為8 448.1、8 548.5、8 064.6 kg·hm-2，NS3和NS2較NS1分別增產(chǎn)4.8%和6.0%；NS3、NS2和NS1處理水分利用率分別為20.4、20.3、19.5 kg·hm-2·mm-1，NS3和NS2較NS1水分利用效率分別高4.6%、4.1%，NS3、NS2和NS1處理之間玉米產(chǎn)量和水分利用率差異不顯著(P>0.05)。S3、S2和S1施肥區(qū)較不施肥對(duì)照區(qū)增產(chǎn)1 968.7、1 405.0 kg·hm-2和856.9 kg·hm-2，分別增產(chǎn)23.3%、16.4%和10.6%，水分利用效率分別提高39.1%、39.7%、36.7%。模式S3、S2和S1較不施肥對(duì)照區(qū)分別增產(chǎn)23.3%、16.4%、10.6%，水分利用效率提高19.8%、16.0%、7.0%，施肥區(qū)較無(wú)肥區(qū)增產(chǎn)差異顯著(P<0.05)。2年的試驗(yàn)結(jié)果顯示，S3最高，2年平均產(chǎn)量和水分利用效率為10 007.0 kg·hm-2和25.5 kg·hm-2·mm-1，S2次之，2年平均產(chǎn)量和水分利用效率為9 723.4 kg·hm-2和24.7 kg·hm-2·mm-1，S1最低，2年平均產(chǎn)量和水分利用效率為8 996.3 kg·hm-2和22.7 kg·hm-2·mm-1。不同耕作和施肥組合模式下，“深松+平衡施肥”S3模式較其他兩種模式表現(xiàn)出較好的增產(chǎn)和提高水分利用率的優(yōu)勢(shì)，在相同耕作處理下，施肥區(qū)較不施肥對(duì)照區(qū)作物產(chǎn)量和水分利用效率顯著提高，通過(guò)增施肥料，水肥之間的耦合效應(yīng)，能夠以肥調(diào)水和促長(zhǎng)增產(chǎn)，增加作物產(chǎn)量，提高水分利用效率。通過(guò)2年田間試驗(yàn)結(jié)果表明，在S3、S2和S1各模式中，以“深松+平衡施肥”S3模式最好，有利于水分高效利用和作物增產(chǎn)，S2次之，S1最差。

2.6不同耕作+施肥模式肥料利用效率(NUE)

圖5為不同耕作和施肥模式氮肥和磷肥利用效率的比較?！吧钏?平衡施肥”模式S3和“免耕+高肥”模式S2較“翻耕+低肥”模式S1對(duì)提高氮肥、磷肥利用效率具有明顯的促進(jìn)效應(yīng)。2年試驗(yàn)表明，氮肥利用效率和磷肥利用效率以“深松+平衡施肥”模式S3最高，“免耕+高肥”模式S2次之，“翻耕+低肥”模式S1最低。不同耕作和施肥模式下，不僅影響土壤水分狀況，而且影響玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而對(duì)養(yǎng)分利用率產(chǎn)生不同的影響?！吧钏?平衡施肥”模式S3氮利用率和磷利用率顯著高于“翻耕+低肥”模式S1。平衡施肥模式，協(xié)調(diào)了氮磷比例，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，提高了作物對(duì)養(yǎng)分的利用效率。

圖5不同耕作與施肥模式對(duì)氮磷

肥料利用效率的影響

Fig.5Fertilizer use efficiencies of N and P under

different tillage and fertilization treatments

2.7不同耕作+施肥模式玉米生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益分析

不同耕作與施肥模式下春玉米生產(chǎn)成本投入和經(jīng)濟(jì)收益如表3所示。2013年和2014年春玉米耕作與施肥試驗(yàn)中，S3、S2和S1模式生產(chǎn)成本總投入分別8 392.8、7 459.8、6 660.7 元·hm-2。2013年S3、S2和S1模式純收益分別為6 002.9、6 779.9、6 945.8 元·hm-2，S1和S2分別較S3增收15.7%、12.9%；S3、S2和S1各模式施肥區(qū)較無(wú)肥區(qū)分別增收34.6%、34.5%、72.5%，施肥區(qū)較對(duì)照區(qū)增收顯著(P<0.05)。2014年S3、S2和S1模式純收益分別為7 232.5、7 470.5、6 721.5 元·hm-2，S3和S2較S1分別增收7.6%、11.1%，S3和S2較S1差異顯著(P<0.05)；S3、S2和S1模式施肥區(qū)較無(wú)肥區(qū)分別增收23.3%、16.4%、10.6%，施肥區(qū)較對(duì)照區(qū)增收顯著。2年試驗(yàn)結(jié)果表明，模式S3和S2減少了人工投入，同時(shí)減少了機(jī)械作業(yè)次數(shù)，雖然增加了化肥投入，但是提高了產(chǎn)量，最終達(dá)到增收的目的。

3討論

關(guān)于不同保護(hù)性耕作措施的蓄水保墑效應(yīng)。研究表明[13]，深松能夠打破犁底層，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，增加對(duì)深層土壤水分和養(yǎng)分的吸收，增加作物產(chǎn)量。付占國(guó)等[14]研究表明秸稈覆蓋深松能夠增加蓄水量，抑制蒸發(fā)，提高水分利用效率。李玲玲等[15]研究表明，免耕覆蓋可以減少作物播前土壤水分蒸發(fā)，增加播種前土壤蓄水量，顯著增大蒸騰耗水和蒸發(fā)比例，提高作物生育期的水分利用效率，增加作物產(chǎn)量。杜建濤等[16]研究表明，免耕覆蓋在干旱年水利用效率最好，而在降水較多年型不顯著。許迪等[13]研究表明，深松在平水年減少貯水量11.9%，枯水年增加土壤貯水量10.5%，免耕在干旱年和正常年均增加土壤貯水量7.1%，15.4%，在干旱年增加更顯著。黃高寶等[10]研究表明，秸稈覆蓋免耕在干旱年型較豐水年型增加蓄水量更加突出。孫敏等[17]研究表明，在枯水年休閑期采取深翻耕處理的水分利用效率較高，在豐水年休閑期采取深松處理的水分利用效率較高。本研究中，2013年休閑期較短，2014年經(jīng)歷了一個(gè)完整的休閑期，2014年休閑期末S3和S2較S1分別增加貯水量16.7 mm和15.3 mm；2年玉米生育期內(nèi)S3和S2較S1平均增加土壤貯水量23.3 mm和18.1 mm。2013年為干旱年型，S3和S2較S1分別增產(chǎn)5.8%、4.7%，水分利用效率S3和S2較S1分別增加8.2%、5.7%；2014年為豐水年，S3和S2分別較S1增產(chǎn)16.8%和11.6%，水分利用效率S3和S2較S1分別增加17.3%、13.0%。2年平均S3和S2較S1增加產(chǎn)量11.2%、8%，水分利用效率提高12.3%、8.8%。在兩個(gè)不同降水年型，S3和S2均較S1提高水分利用效率，干旱年S2模式表現(xiàn)較其他兩種模式水分利用效率高，豐水年S3模式表現(xiàn)最好。

表2　不同施肥與耕作處理玉米生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益/(元·hm-2)

注：表中機(jī)械作業(yè)投入包括播種、秸稈還田和深松地或翻耕地投入，其它投入包括農(nóng)藥、種子和人工投入，其中，肥料二銨為3.2 元·kg-1，尿素為2.4 元·kg-1，鉀肥為5.2 元·kg-1，深松地750 元·hm-2，翻耕地675 元·hm-2，2013年和2014年玉米價(jià)格均為1.50 元·kg-1。在同一列，不同小寫字母代表統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)5%水平差異顯著。

Note：The mechanical operation cost include sowing, straw-returning and sub-soiling or deep-flowing costs, other cost include farm chemical, seed and labor cost, the price of diammonium, carbamide and potash fertilizer are 3.2, 2.4 yuan·kg-1and 5.2 yuan·kg-1respectively; the price of sub-soiling and deep-flowing tillage are 750 yuan·hm-2and 675 yuan·hm-2respectively; the maize price of 2013 and 2014 year are 1.5 yuan·kg-1respectively. On the same line, different lowercase letters stand for significance at 5% level.

關(guān)于旱作農(nóng)田土壤水肥耦合和“以肥調(diào)水”效應(yīng)。高亞軍等[18]研究表明，在供肥不足情況下，水分的增產(chǎn)效應(yīng)會(huì)受到顯著的限制，水分脅迫下供肥多少都會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)，但是在輕度和中度干旱脅迫下，充足的供肥可以減小干旱對(duì)產(chǎn)量帶來(lái)的影響。李生秀等[19]研究表明，以肥促水的作用機(jī)理就是通過(guò)施肥促進(jìn)作物根系的生長(zhǎng)，增加根系對(duì)水分的吸收，而水分的吸收同時(shí)會(huì)增加對(duì)養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，這種轉(zhuǎn)運(yùn)主要向著經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量方向，從而達(dá)到增加作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的目的。金軻等[20]研究表明，在欠水年通過(guò)合理的NP配比，通過(guò)水肥之間的耦合效應(yīng)，也能獲得理想的產(chǎn)量；在豐水年要“量水施肥”，增加施肥量，協(xié)調(diào)好水肥之間的關(guān)系；N在豐水年的增產(chǎn)效果較好，P在欠水年對(duì)作物的作用較好，P提高了根系水勢(shì)，促進(jìn)對(duì)N的吸收。本研究中，平衡施肥S3模式和高肥S2模式較低肥S1模式養(yǎng)分利用效率高，這充分說(shuō)明了水肥耦合效應(yīng)在提高養(yǎng)分利用效率的作用顯著。秸稈還田配施氮肥比單施氮肥能更有效增加作物產(chǎn)量和肥料利用效率[21]。本研究結(jié)果顯示，平衡施肥S3模式下耕作方式和NP比的水分利用效率和肥料利用效率最高，這與張麗華等[22]研究結(jié)果相同。本研究中平衡施肥S3模式、高肥S2模式和低肥S1模式等3種不同施肥模式，利用以肥促水的作用，增加春玉米產(chǎn)量，2年結(jié)果顯示均顯著提高N、P養(yǎng)分利用效率。

關(guān)于不同保護(hù)性耕作措施的增產(chǎn)增收效應(yīng)。方日?qǐng)虻萚23]研究表明，深松高留茬覆蓋和免耕高留茬覆蓋增加土壤蓄水量，提高水分利用效率，分別較傳統(tǒng)耕作增產(chǎn)34.9%、37.5%，增收1 480.3、1 604.5 元·hm-2。秸稈覆蓋深松和秸稈覆蓋免耕較傳統(tǒng)耕作方式，雖然增加了除草劑等費(fèi)用投入，但是減少了勞動(dòng)力投入，增產(chǎn)增收優(yōu)勢(shì)明顯[24]。本研究中2013年S3較S1不增收，S2較S1增收6.6%，2014年S3和S2較S1增收18.7%、15.9%。模式S3雖然在機(jī)械費(fèi)用和化肥投入上有所增加，但是減少了勞動(dòng)力的投入[25]，S3仍具有較強(qiáng)增收潛力。

4結(jié)論

2013—2014年“深松+平衡施肥”創(chuàng)新模式、“免耕+高肥”現(xiàn)有模式較“翻耕+低肥”傳統(tǒng)模式休閑期末增加了0～200 cm土層土壤貯水量， “深松+平衡施肥”創(chuàng)新模式和“免耕+高肥”現(xiàn)有模式較“翻耕+低肥”傳統(tǒng)模式分別增加貯水量16.7 mm和15.3 mm，春玉米主要生育期內(nèi)“深松+平衡施肥”創(chuàng)新模式和“免耕+高肥”現(xiàn)有模式較“翻耕+低肥”傳統(tǒng)模式分別增加貯水量23.3 mm和18.1 mm。“深松+平衡施肥”創(chuàng)新模式有助于增加春玉米產(chǎn)量和水分利用效率，2年平均較“翻耕+低肥”傳統(tǒng)模式增加產(chǎn)量11.2%，提高水分利用效率12.3%。綜合2年的試驗(yàn)結(jié)果，“深松+平衡施肥”創(chuàng)新模式春玉米產(chǎn)量、水分和肥料利用效率高，“深松+平衡施肥”創(chuàng)新模式是適合渭北旱塬地區(qū)的生產(chǎn)模式。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]王巧云.合陽(yáng)縣玉米生產(chǎn)存在的問(wèn)題及解決對(duì)策[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,(2):179-180.

[2]宋孝玉,劉賢趙,沈冰.陜西渭北旱塬種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的水資源問(wèn)題及對(duì)策[J].干旱區(qū)地理，2004,27(2):199-201.

[3]李洪文,陳君達(dá),高煥文.旱地農(nóng)業(yè)三種耕作措施的對(duì)比研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1997,15(1):7-11.

[4]李安寧,范學(xué)民,吳傳云,等.保護(hù)性耕作現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2000,37(10):176-180.

[5]賈延明,尚長(zhǎng)青,張振國(guó).保護(hù)性耕作適應(yīng)性試驗(yàn)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2002,18(1):78-82.

[6]張志田,高緒科,蔡典雄.旱地麥田保護(hù)性耕作對(duì)土壤水分狀況影響研究[J].土壤通報(bào),1995,26(5):200-203.

[7]姚寶林,景明,施炯林.留茬覆蓋免耕條件下土壤休閑期節(jié)水效應(yīng)研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2008,17(2):122-125.

[8]李洪文,陳君達(dá),高煥文.保護(hù)性耕作條件下深松技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2000,31(6):42-45.

[9]尚金霞,李軍,賈志寬,等.渭北旱塬春玉米田保護(hù)性耕作蓄水保墑效果與增產(chǎn)增收效應(yīng)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(13):2668-2678.

[10]黃高寶,郭清毅,張仁陟,等.豆雙序列輪作體系的水分動(dòng)態(tài)及產(chǎn)量效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006,26(4):1179-1185.

[11]張海林,陳阜,秦耀東,等.覆蓋免耕夏玉米耗水特性的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2002,18(2):36-40.

[12]高茂盛,范建忠,吳清麗,等.全球氣候變化背景下渭北旱塬氣候變化及氣候生產(chǎn)力研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2012,30(4),178-183.

[13]許迪，S.M.R.耕作方式對(duì)土壤水動(dòng)態(tài)變化及夏玉米產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1999,15(3):101-106.

[14]付國(guó)占,李潮海,王俊忠,等.殘茬覆蓋與耕作方式對(duì)土壤性狀及夏玉米水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005,21(1):52-56.

[15]李玲玲,黃高寶,張仁陟,等.不同保護(hù)性耕作措施對(duì)旱作農(nóng)田土壤水分的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(9):2327-2332.

[16]杜建濤,何文清,Vinay Nangia,等.北方旱區(qū)保護(hù)性耕作對(duì)農(nóng)田土壤水分的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(11):25-29.

[17]孫敏,溫斐斐,高志強(qiáng),等.不同降水年型旱地小麥休閑期耕作的蓄水增產(chǎn)效應(yīng)[J].作物學(xué)報(bào),2014,40(8):1459-1469.

[18]高亞軍,李生秀,田霄鴻,等.不同供肥條件下水分分配對(duì)旱地玉米產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào),2006,23(6):415-422.

[19]李生秀,李世清,高亞軍,等.施用氮肥對(duì)提高旱地作物利用土壤水分的作用機(jī)理和效果[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,1994,12(1)：38-46.

[20]金軻,汪德水,蔡典雄,等.水肥耦合效應(yīng)研究Ⅰ不同降雨年型對(duì) N、P、水配合效應(yīng)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),1995,5(1):1-7.

[21]趙鵬,陳阜.秸稈還田配施化學(xué)氮肥對(duì)冬小麥氮效率和產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào),2008,34(6):1014-1018.

[22]張麗華,李軍,賈志寬,等.不同保護(hù)性耕作對(duì)渭北旱塬麥玉輪作田肥力和產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2011,29(4):199-207.

[23]方日?qǐng)?同延安,趙二龍,等.渭北旱原不同保護(hù)性耕作方式水肥增產(chǎn)效應(yīng)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2003,21(1):54-57.

[24]張潔,姚宇卿,呂軍杰,等.半濕潤(rùn)偏旱區(qū)坡耕地保護(hù)耕作土壤碳素轉(zhuǎn)化及增產(chǎn)機(jī)理[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2008,16(2):297-301.

[25]李洪文,陳君達(dá),高煥文,等.旱地玉米保護(hù)性耕作經(jīng)濟(jì)效益分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2000,18(3):44-49.

Effects of different tillage and fertilization combinations on soil water conservation and yield increment in Weibei Highland

SI Zheng-bang, LI Jun, ZHOU Ting-ting

(CollegeofAgronomy,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstract：The objective of this study was to reveal the effects of different conservative tillage practices during winter fallow on soil moisture conservation and yield improvement of spring corn in Weibei Highland, and to find a proper regime of tillage practice and fertilization level for spring corn in this region. A two-year field experiment was conducted to investigate the effects of three different tillage practices combined with fertilization, namely, conventional farmer pattern (deep ploughing plus low fertilization level, S1), existent highly efficient pattern (no-tillage plus high fertilization level, S2) and innovative highly efficient pattern (sub-soiling plus moderate fertilization level, S3), on water utilization, grain yield and economic benefits of spring corn. The results indicated that water storage of S3 and S2 before sowing were higher than that of S1. Compared with S1, the average 0～200 cm soil water storages during the whole growth period, water use efficiencies and grain yields by S3 and S2 were increased by 23.3 mm and 18.1 mm, 12.3% and 10%, 11.1% and 9.2%, respectively. S3 and S2 performed better than S1 in improvement of water storage, WUE, grain yield and economic benefits. In conclusion, S3 treatment is a proper water and fertilizer management pattern for spring corn in Weibei Highland.

Keywords:spring maize; fertilization level; conservation tillage; soil water; yield; Weibei Highland

中圖分類號(hào)：S316；S341.1；S344.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：司政邦(1985—)，男，碩士研究生，主要從事高效農(nóng)作制度研究。通信作者：李軍，E-mail:junli@nwsuaf.edu.cn。

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201303104)；國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA102902-5)

收稿日期：2015-03-07

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.04

文章編號(hào)：1000-7601(2016)02-0024-08