稻草還田與耕作方式對(duì)小麥產(chǎn)量及土壤水分利用的影響

趙銀春,陳尚洪

(1.四川省原良種試驗(yàn)站，四川 雙流 610200；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610066 )

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稻草還田與耕作方式對(duì)小麥產(chǎn)量及土壤水分利用的影響

趙銀春1,陳尚洪2

(1.四川省原良種試驗(yàn)站，四川 雙流 610200；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610066 )

四川省是農(nóng)作物秸稈資源最豐富的省份之一。秸稈覆蓋后，土壤的水、肥、氣、熱狀況重新組合，其生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效措施和途徑之一。本文通過田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析，得出了不同稻草覆蓋量和耕作方式對(duì)小麥產(chǎn)量及土壤水分利用的影響。

稻草還田；耕作方式；小麥；水分利用

四川省是農(nóng)作物秸稈資源最豐富省份之一，每年農(nóng)作物秸稈總量約4000萬t，約占全國(guó)秸稈總量的1/12，其中稻、麥(油)兩季田的秸稈占農(nóng)作物秸稈總量的50%以上。但是，隨著復(fù)種指數(shù)不斷提高，秸稈不斷增多，農(nóng)村勞動(dòng)力大量外出務(wù)工和燃料結(jié)構(gòu)的變化，使農(nóng)作物秸稈剩余量越來越大，農(nóng)作物秸稈成為了新的農(nóng)業(yè)廢棄物，出現(xiàn)野外焚燒現(xiàn)象，這既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境，給人們的生產(chǎn)、生活造成極大影響。

農(nóng)田秸稈覆蓋后，土壤的水、肥、氣、熱狀況重新組合，其生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的有效措施和途徑之一[1，3]。研究表明，少免耕覆蓋能提高土壤蓄水保墑能力,提高土壤含水量和水分利用率,改善土壤結(jié)構(gòu),減少水土流失[4]。采用少免耕法能明顯抑制冬前土壤水分蒸發(fā),與傳統(tǒng)耕作法相比,免耕秸稈覆蓋能減少蒸發(fā)水分16144mm[5]。在耕作和覆蓋方式對(duì)土壤水分影響的研究中指出,免耕稻草覆蓋是貯藏和保護(hù)土壤水分的最好方法，免耕后土體內(nèi)含水量、接納降水能力均明顯高于傳統(tǒng)耕作,能促使降水在不同坡位中均勻分布[6]。為了合理利用秸稈，本文初步探討了成都平原不同耕作和覆蓋方式下種植小麥對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)的影響及其水分生產(chǎn)利用率，以期為秸稈還田技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)田位于四川省溫江北部，亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，海拔494m，多年平均氣溫15～17.6℃，無霜期平均270～330d，年降水量870～1400mm，全年日照374J/cm2。土壤類型為水稻土，pH 值6.0～6.5，微酸性。稻田保護(hù)性耕作定位試驗(yàn)始于2013年，輪作方式為水稻—小麥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)在四川省雙流縣九江區(qū)試A8號(hào)試驗(yàn)地，前作水稻。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理：①半免：稻草半量還田(3750kg/hm2)，免耕；②全免：稻草全量還田(7500kg/hm2)，免耕；③半翻：稻草半量還田(3750kg/hm2)，翻耕；④全翻：稻草全量還田(7500kg/hm2)，翻耕；⑤CK:傳統(tǒng)翻耕，秸稈不還田。

小麥撒播，品種為“川雙麥1號(hào)”，2015年10月31日播種，播種量為150kg/hm2，播種前每處理澆水80kg。肥料(底肥)在播前均勻撒施，11月6日施分蘗肥。期間防治病蟲害。5月中旬收獲。①～⑤處理施肥：N120kg/hm2、P2O545kg/hm2、K2O 45kg/hm2。磷肥和鉀肥全部作底肥，氮肥底肥∶分蘗肥=7∶3。試驗(yàn)小區(qū)面積為33.33m2。

1.3 土壤水分測(cè)定

至播種之日起，采用Moisture meter(profile probe PR1)土壤水分測(cè)定儀測(cè)定0～10cm、10～20cm、20～30cm和30～40cm土層土壤水分含量。

1.4 水分利用效率(WUE)的計(jì)算

采用產(chǎn)量水平上的水分利用效率(WUE),計(jì)算公式為:WUE=Y/WU,Y為小麥的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(籽粒重),WU為小麥的總耗水量[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量狀況

小麥整個(gè)生育期，0～40cm土壤剖面水分含量(見表1)全翻﹥?nèi)猢僀K﹥半免﹥半翻，0～20cm土壤剖面土壤水分含量全免﹥?nèi)僀K﹥半免﹥半翻。秸稈全量覆蓋效果優(yōu)于半量覆蓋；翻耕后由于土壤接納降雨能力強(qiáng)，土壤水分在20～40cm蓄積。0～40cm土壤剖面含水量全翻﹥?nèi)?；免耕減少表層土壤水分蒸發(fā)，0～20cm土層水分含量全免﹥?nèi)?，半免﹥半翻?/p>

表1 小麥整個(gè)生育期不同處理土層含水量 (單位：mm)

處理半免全免CK半翻全翻0～10cm68．1878．1877．7262．2985．080～20cm100．15111．6699．66102．3298．5420～30cm112．17115．94111．69112．51114．8930～40cm129．98119．69127．65119．34132．740～20cm平均84．1794．9288．6982．3191．8120～40平均121．08117．82119．67115．92123．820～40cm平均102．62106．37104．1899．12107．81

在小麥整個(gè)生育期(圖1、圖2、圖3和圖4),土壤含水量表現(xiàn)為0～10cm﹤10～20cm﹤20～30cm﹤30～40cm，且小麥各個(gè)生育期各土層含水量表現(xiàn)為出苗分蘗期﹥拔節(jié)孕穗期﹥抽穗成熟期。其中，各個(gè)處理間0～10cm土層土壤含水量波動(dòng)較大，變化幅度為19.2%～63%，各處理土壤含水量隨生育期的推進(jìn)呈下降趨勢(shì)；10～20cm、20～30cm和30～40cm土層土壤含水量相對(duì)比較穩(wěn)定，變化幅度為分別為38.2%～66.9%、49.6%～65.5和51.6%～76.7。

出苗分蘗期土壤0～10cm土層土壤含水量(圖1)全翻﹥?nèi)猢儼朊猢儼敕僀K，拔節(jié)孕穗期CK﹥?nèi)儼朊猢內(nèi)猢儼敕?，抽穗成熟期CK﹥?nèi)猢內(nèi)儼敕儼朊猓?0～20cm、20～30cm和30～40cm土層土壤含水量(圖2、3、4)，出苗分蘗期各個(gè)稻草覆蓋還田處理均高于傳統(tǒng)無秸稈覆蓋，拔節(jié)孕穗和抽穗成熟期各處理間交替升降，沒有明顯規(guī)律。

小麥出苗分蘗期，全免、半免、全翻和半翻處理0～10cm土層土壤含水量均高于傳統(tǒng)無秸稈覆蓋，表明稻草秸稈覆蓋還田減少了前期植株顆間土壤無效蒸發(fā)，對(duì)0～10cm土層具有明顯的保墑效果，利于促進(jìn)小麥出苗分蘗。出苗分蘗期植株較小，蒸騰作用消耗的水量較小，棵間蒸發(fā)在總耗水量中占有較大份額。從拔節(jié)期開始，植株迅速長(zhǎng)大，蒸騰消耗的水量在總耗水中占主要份額，棵間蒸發(fā)所占份額漸減少，且由于前期秸稈覆蓋具有保墑和保溫作用，因此返青后秸稈覆蓋處理小麥長(zhǎng)勢(shì)較好，蒸騰作用較強(qiáng)，消耗的土壤總水量較無覆蓋對(duì)照處理的大，表現(xiàn)為各土層含水量與無覆蓋對(duì)照處理差別減小，甚至有時(shí)候比無覆蓋處理的小。

圖1 0～10cm土壤含水量

圖2 10～20cm土壤含水量

圖3 20～30cm土壤含水量

圖4 30～40cm土壤含水量

表2 不同處理小麥耗水量(mm)

2.2 小麥耗水量與節(jié)水效果

小麥耗水量采用概念性農(nóng)田水均衡模型[8]進(jìn)行計(jì)算,耗水量計(jì)算公式為:ET=P+I+△W。式中:ET為計(jì)算時(shí)段耗水量(mm)，P為計(jì)算時(shí)段內(nèi)的有效降雨，I為計(jì)算時(shí)段內(nèi)的灌溉水量(mm)，△W為根系層貯水量變化量(mm)。秸稈覆蓋條件下，由于土壤含水量的變化影響作物生長(zhǎng)，同時(shí)也影響作物各個(gè)生育階段的耗水量[9]。小麥全生育期耗水量是CK>半翻>全翻>半免>全免，各個(gè)秸稈覆蓋處理均比不還田耗水量小，秸稈全量還田<半量還田，免耕覆蓋處理<翻耕覆蓋處理。秸稈全量免耕總耗水量最小，節(jié)水效果最好，其次是全翻、半免和半翻，它們分別比對(duì)照減少耗水6.28%、3.78%、2.91%和2.42。

從秸稈覆蓋開始到3月上旬小麥拔節(jié)孕穗，稻草秸稈覆蓋還田減少了前期顆間土壤無效蒸發(fā)，耗水量低于對(duì)照；抽穗成熟期各秸稈還田處理耗水量大于對(duì)照，由于前期秸稈覆蓋土壤含水量較大，植株生長(zhǎng)旺盛，蒸騰加大，促使水分消耗由物理過程向生理過程轉(zhuǎn)化，有利于提高作物水分利用率。

2.3 小麥群體結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性狀影響

小麥群體結(jié)構(gòu)(表3)，株高全翻﹥半翻﹥?nèi)猢儼朊猢僀K，基本苗、最高苗和有效穗全量秸稈還田大于半量秸稈還田，全量免耕大于全量翻耕，小麥經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)穗平均粒數(shù)和千粒重各個(gè)處理間差異不大。根據(jù)前面研究結(jié)果，秸稈覆蓋對(duì)土壤水分影響表現(xiàn)為全量覆蓋效果優(yōu)于半量覆蓋，0～20cm土層水分含量全免﹥?nèi)朊猢儼敕?，前期秸稈覆蓋為小麥出苗和分蘗提供了小麥生長(zhǎng)所需的充足水分，所以小麥群體結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為全量秸稈還田大于半量秸稈還田，全量免耕大于全量翻耕。

表3 小麥群體結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性狀表

2.4 小麥產(chǎn)量及水分生產(chǎn)利用率

由表4可以看出，不同秸稈還田量和不同耕作方式小麥的產(chǎn)量存在一定差異，全免﹥半免﹥?nèi)儼敕僀K，分別比對(duì)照增產(chǎn)25.80%、20.00%、16.30%和11.10%。免耕覆蓋后小麥產(chǎn)量大于翻耕覆蓋，同樣的耕作方式下秸稈全量覆蓋產(chǎn)量大于半量覆蓋。各個(gè)處理水分利用率與產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致：全免﹥半免﹥?nèi)儼敕僀K，分別比對(duì)照提高29.51%、27.94%、20.27和13.80%，水分利用率全免處理最高，全量還田大于半量還田，免耕覆蓋大于翻耕覆蓋。由此看出，秸稈覆蓋結(jié)合免耕可以提高土壤水分利用率。

表4 小麥產(chǎn)量和水分利用率

注：產(chǎn)量——kg/hm2；水分利用率——kg/hm2mm。

3 結(jié) 論

小麥整個(gè)生育期，各土層土壤含水量0～10cm﹤10～20cm﹤20～30cm﹤30～40cm，出苗分蘗期﹥拔節(jié)孕穗期﹥抽穗成熟期。0～40cm土壤剖面水分含量全量秸稈還田大于半量還田，全量翻耕大于全量免耕；0～20cm土壤剖面土壤水分含量全量免耕大于全量翻耕，秸稈全量覆蓋效果優(yōu)于半量覆蓋。

小麥出苗分蘗期，稻草秸稈覆蓋還田減少了前期顆間土壤無效蒸發(fā)，對(duì)0～10cm土層具有明顯的保墑效果，有利于促進(jìn)小麥出苗分蘗。拔節(jié)期開始，蒸騰消耗的水量在總耗水中占主要份額，且由于前期秸稈覆蓋具有保墑和保溫作用，因此返青后秸稈覆蓋處理小麥長(zhǎng)勢(shì)較好，蒸騰作用較強(qiáng)，覆蓋還田后各土層含水量與無覆蓋對(duì)照處理差別減小，甚至有時(shí)候比無覆蓋處理的小。

秸稈覆蓋后土壤含水量的變化影響作物生長(zhǎng)，并影響作物各個(gè)生育階段的耗水量。小麥全生育期耗水量各個(gè)秸稈覆蓋處理均比對(duì)照耗水量小，秸稈全量還田<半量還田，免耕覆蓋處理<翻耕覆蓋處理。秸稈全量免耕總耗水量最小，節(jié)水效果最好。

不同秸稈還田量和不同耕作方式小麥的產(chǎn)量和水分利用率均是全免﹥半免﹥?nèi)儼敕?。小麥產(chǎn)量和水分利用率全免處理最高，全量還田大于半量還田，免耕覆蓋大于翻耕覆蓋。由此看出，秸稈覆蓋免耕可以提高小麥產(chǎn)量和土壤水分利用率。

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