耕作和有機(jī)物料還田對麥田土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量效益的影響

邵 云，王敬婼，張緊緊，韓 蕊，馮榮成，馬守臣，李昊烊

(1.河南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007；2.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；3.獲嘉縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河南 新鄉(xiāng) 453800)

耕作和有機(jī)物料還田對麥田土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量效益的影響

邵 云1，王敬婼1，張緊緊1，韓 蕊1，馮榮成3，馬守臣2，李昊烊1

(1.河南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007；2.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；3.獲嘉縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河南 新鄉(xiāng) 453800)

為了解決不合理耕作和長期施用化肥造成的土壤質(zhì)量及生產(chǎn)力下降等問題，探討了不同耕作和有機(jī)物料還田耦合下麥田土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量效益的變化。試驗(yàn)設(shè)深耕(S)、深耕+豬糞(SF)、深耕+玉米秸稈(SJ)、淺耕(Q)、淺耕+豬糞(QF)、淺耕+玉米秸稈(QJ)6個處理。結(jié)果表明：在麥田土壤理化性質(zhì)方面，深耕耦合有機(jī)物料還田能顯著改善土壤容重和土壤孔隙度，同時提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全磷及20～100 cm土層全氮含量，此外深耕處理還能提高20～40 cm土層土壤含水量；在產(chǎn)量效益方面，深耕耦合有機(jī)物料還田可改善小麥產(chǎn)量性狀，增加小麥產(chǎn)量，相較于淺耕不還田處理，其余處理的相對增益率提高了2.01%～39.98%，其中深耕+豬糞還田處理具有最高的凈收入，每公頃凈收入較淺耕不還田處理增加了3 242.89元。綜合來看，深耕條件下豬糞還田(2 300 kg/hm2)能有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增加土壤養(yǎng)分，提高作物產(chǎn)量且具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，是更有效的耕作和施肥方式。

小麥；耕作；有機(jī)物料；物理結(jié)構(gòu)；土壤養(yǎng)分；產(chǎn)量效益

合理的耕作和施肥方式是維持農(nóng)業(yè)高產(chǎn)和保障農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)安全的重要因素。耕作方式可以影響土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)而對作物產(chǎn)量產(chǎn)生影響。研究表明，耕作方式對土壤水分、孔隙度、容重、養(yǎng)分、微生物多樣性及土壤酶活都會產(chǎn)生一定的影響，適宜的耕作方式更是為作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了水分及養(yǎng)分保障[1]。我國農(nóng)業(yè)曾經(jīng)主要依靠綠色自然資源如作物秸稈或畜禽糞便還田來培肥地力。近年來，隨著化肥的誕生及其使用的便捷性，農(nóng)業(yè)化肥用量不斷增加，造成了化肥的浪費(fèi)和環(huán)境污染[2-4]，同時還導(dǎo)致傳統(tǒng)有機(jī)肥源的大量剩余；很多農(nóng)戶因過量施肥導(dǎo)致土壤質(zhì)量逐年降低，嚴(yán)重制約了農(nóng)田土壤肥力的可持續(xù)發(fā)展[5]。土壤質(zhì)量的好壞對作物產(chǎn)量高低有很大的影響，若連年持續(xù)高量施用化肥則會嚴(yán)重影響土壤的生態(tài)功能，最終造成作物產(chǎn)量降低。自養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展以來，其廢棄物畜禽糞便大量堆積，同時我國的秸稈資源相當(dāng)豐富，若不合理處置則會造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。如將畜禽糞便和農(nóng)田秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物還田用于培肥地力，其中的營養(yǎng)元素不僅能再循環(huán)利用，而且能緩解其對生態(tài)環(huán)境所造成的壓力。研究表明，有機(jī)物料還田能夠改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，增強(qiáng)其接納自然降水和灌溉水的能力，從而使土壤蓄水保墑能力增強(qiáng)[6-8]。前人研究表明，長期進(jìn)行傳統(tǒng)耕作和施用化肥，會造成土壤黏性水穩(wěn)性團(tuán)聚體、土壤孔隙度、土壤陽離子交換量、土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量下降[9-10]。而有效的土壤耕作方式耦合有機(jī)物料還田既能充分利用有機(jī)物料本身所含有的營養(yǎng)元素為土壤供應(yīng)營養(yǎng)[11-13]，滿足作物的生長，也能改善土壤的結(jié)構(gòu)[14-15]，因而是達(dá)到充分利用資源和減少環(huán)境污染的“雙贏”措施。雖然前人關(guān)于耕作和有機(jī)物料還田對土壤理化性質(zhì)的影響研究較多，但是從經(jīng)濟(jì)效益的角度，比較不同耕作和有機(jī)物料還田對土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量影響的研究還較少。因此，本研究通過對不同耕作和有機(jī)物料還田耦合對麥田土壤理化性質(zhì)及小麥產(chǎn)量的分析以及對不同處理下小麥產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益的計算，探明不同耕作和有機(jī)物料還田對農(nóng)田土壤理化性質(zhì)和產(chǎn)量的影響，尋找較佳的耕作和施肥措施，為農(nóng)作物種植提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

選用的小麥品種為 百農(nóng)矮抗58(AK58，河南科技學(xué)院提供)，豬糞取自當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖場，秸稈為前茬玉米的秸稈。

1.2試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)設(shè)計

本研究于2012-2013年在河南省獲嘉縣照鏡鎮(zhèn)前李村高產(chǎn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地為黃河沖積平原，土壤為黏壤土，pH值7.89，耕層土壤有機(jī)質(zhì)18.77 g/kg、全氮1.25 g/kg、全磷1.32 g/kg、速效鉀241.93 mg/kg。

根據(jù)不同的耕作方式及施肥措施采取二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，試驗(yàn)共設(shè)置6個處理，即：①深耕(S)、②深耕+豬糞(SF)、③深耕+玉米秸稈(SJ)、④淺耕(Q)、⑤淺耕+豬糞(QF)、⑥淺耕+玉米秸稈(QJ)。土壤耕作在小麥播種前進(jìn)行，深耕采用液壓翻轉(zhuǎn)三鏵犁進(jìn)行作業(yè)，耕作深度為25～30 cm，淺耕采用旋耕機(jī)進(jìn)行作業(yè)，耕作深度為12～15 cm。秸稈還田量為前茬玉米秸稈全量還田，其中全氮含量為10.25 g/kg、全磷含量為4.63 g/kg。豬糞取自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶，施加量為2 300 kg/hm2，有機(jī)質(zhì)含量為27.70 g/kg、全氮含量為17.39 g/kg、全磷含量為7.49 g/kg、速效鉀318.20 mg/kg。

試驗(yàn)小區(qū)面積為35 m2(5 m×7 m)，3次重復(fù)。種植前基施氮肥(尿素)162 kg/hm2、磷肥(P2O5)120 kg/hm2、鉀肥(K2O)180 kg/hm2，拔節(jié)期追施氮肥(尿素)108 kg/hm2。小麥于2012年10月12日寬窄行機(jī)播，種植密度為225萬株/hm2，2013年6月4日收獲，常規(guī)栽培技術(shù)管理。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)的測定 本研究測定的土壤物理性質(zhì)包括容重、孔隙度和含水量，于成熟期(6月3日)在0～20 cm，20～40 cm土層，用標(biāo)準(zhǔn)體積為100 m3環(huán)刀采取土樣進(jìn)行測定。

本研究測定的土壤養(yǎng)分包括土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷，于小麥越冬期(12月12日)、拔節(jié)期(3月26日)、開花期(5月6日)、成熟期(6月3日)進(jìn)行土壤樣品的采集。在每個處理小區(qū)用土鉆分別取0～20 cm,20～40 cm,40～60 cm,60～80 cm,80～100 cm土層的土壤，3次重復(fù)。所取土壤帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后，研磨并過1 mm篩，用于土壤養(yǎng)分(有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷)的測定。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用稀釋熱法進(jìn)行測定分析；全氮和全磷含量采用AA-3連續(xù)流動分析儀(BRAN-LUEBBE公司，德國)進(jìn)行測定。

1.3.2 小麥產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)的測定 于小麥成熟期(6月3日)，每處理小區(qū)隨機(jī)選取1 m2小麥進(jìn)行人工收割，晾曬脫粒后脫粒計產(chǎn)量(kg/hm2)，3次重復(fù)；同時隨機(jī)選取40稈完整的小麥植株進(jìn)行考種；以每穗小麥籽粒在5粒以上的麥穗為有效穗，調(diào)查其單位面積穗數(shù)(個)、穗粒數(shù)(個)和千粒質(zhì)量(g)。

1.3.3 經(jīng)濟(jì)效益計算 總收入為收獲的小麥籽?？偸鄢鰞r，投入成本包括種植過程中投入的化肥、農(nóng)藥種子和勞動力費(fèi)用。其中小麥種子以5元/kg計，化肥價格分別以N 1.88元/kg，P2O50.76元/kg，K2O 2.95元/kg計，農(nóng)藥以750元/hm2計，豬糞以0.12元/kg計，勞動力以100元/(天·人)計，小麥價格以2.25元/kg計，秸稈為農(nóng)業(yè)廢棄物再利用不計費(fèi)用(以上數(shù)據(jù)均為向當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶調(diào)查獲取)。

1.4數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010進(jìn)行初步整理后采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同耕作及有機(jī)物料還田下麥田土壤物理性質(zhì)的變化

2.1.1 土壤容重的變化 由表1可知，不同耕作和有機(jī)物料還田下0～20 cm和20～40 cm土層土壤容重差異顯著。在0～20 cm土層，不同處理土壤容重表現(xiàn)為QQJQFSSFSJ，且淺耕處理與相應(yīng)的深耕處理(即Q與S、QJ與SJ、QF與SF)間差異極顯著(P<0.01)；在0～20 cm和20～40 cm土層，不同處理土壤容重變化同0～20 cm土層，其中SF和SJ處理與其他處理間均達(dá)到極顯著差異(P<0.01)。綜合來看，在0～20 cm和20～40 cm土層深耕處理的容重均優(yōu)于淺耕處理；在每種耕作方式下豬糞還田與玉米秸稈還田處理間的差異不顯著，但相對于不還田處理改善了土壤的容重。因此，深耕耦合有機(jī)物料還田能夠極顯著改善土壤容重。

2.1.2 土壤孔隙度的變化 由表1可知，不同耕作和有機(jī)物料還田下0～20 cm和20～40 cm土層土壤孔隙度差異顯著。通過比較發(fā)現(xiàn)，在0～20 cm和20～40 cm土層，各處理土壤孔隙度均為SJSFSQFQJQ，且SJ和SF處理均與其他處理間達(dá)到極顯著差異(P<0.01)。在0～20 cm土層有機(jī)物料還田處理與不還田處理的土壤孔隙度值達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，在土層深耕條件下有機(jī)物料還田處理(QF、QJ)與不還田處理(Q)的土壤孔隙度值達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，淺耕條件下豬糞還田處理(QF)與不還田處理(Q)間無顯著差異性。綜上，深耕與有機(jī)物料還田耦合能極顯著提高土壤孔隙度。

2.1.3 土壤含水量的變化 如表1所示，在0～20 cm土層，QF處理的土壤含水量最高且與SJ處理間差異達(dá)到極顯著(P<0.01)；在20～40 cm土層，S處理的土壤含水量最高且與Q處理間差異達(dá)到極顯著(P<0.01)。綜合來看，在0～20 cm土層耕作方式對土壤含水量的影響不顯著，豬糞還田相較不還田處理提高了土壤含水量，在20～40 cm土層深耕各處理的土壤含水量均大于淺耕處理的相應(yīng)值，深耕各處理間的土壤含水量差異不顯著，淺耕條件下有機(jī)物料還田處理的土壤含水量均大于不還田處理。因此，深耕相對淺耕提高了20～40 cm土層土壤含水量，短期內(nèi)的有機(jī)物料還田對土壤含水量的影響不明顯。

表1 不同處理下各土層土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量的變化Tab.1 Changes of different treatments on soil bulk density，porosity and water content of different soil layers

注：表中數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，不同大寫或小寫字母表示同列數(shù)據(jù)的不同處理在0.01或0.05水平上差異達(dá)到顯著(LSR法)。表2同。

Note：Each value in the table is "mean ± SE" of 3 replicates,capital or small letters followed these values within the same column represent different significances at 0.01 or 0.05 levels according to LSR test. The same as Tab.2．

2.2不同耕作及有機(jī)物料還田下麥田土壤養(yǎng)分的變化

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化 由圖1可知，在整個生育期內(nèi)，除了越冬期、拔節(jié)期和成熟期的0～20 cm土層外，不論有機(jī)物料是否還田，其余均表現(xiàn)為深耕處理下的有機(jī)質(zhì)含量大于淺耕處理；相對于不還田處理，秸稈還田處理對越冬期0～100 cm土層有機(jī)質(zhì)含量的提高作用較為明顯，豬糞還田處理對開花期和成熟期0～100 cm土層有機(jī)質(zhì)含量的提高作用較為明顯。越冬期，S、SF、SJ處理與Q處理20～100 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；拔節(jié)期，S、SF、SJ處理與Q處理20～40 cm，80～100 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，SJ、QJ處理與Q處理40～60 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)；開花期，SF、QF、QJ處理與Q處理0～20 cm，80～100 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，SF、QF與Q處理20～40 cm,60～80 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)；成熟期，S、SF、SJ處理與Q處理20～40 cm,80～100 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)綜上，深耕耦合有機(jī)物料還田更有利于土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加。

圖中數(shù)據(jù)及誤差線均為3次重復(fù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，**或*表示同組數(shù)據(jù)的不同處理在0.01或0.05水平上差異達(dá)到顯著(LSR法)。圖2-3同。Each value and error bar in the figure is the mean and its SE of 3 replicates, ** or * on values of the same group represent different significances at 0.01 or 0.05 levels according to LSR test. The same as Tab.2-3．

圖2 耕作方式和有機(jī)物料還田下麥田土壤全氮含量的變化Fig.2 Changes of different tillage and organic manures on soil total nitrogen content

2.2.2 土壤全氮含量的變化 由圖2可知，在整個生育期內(nèi)，除越冬期和成熟期0～20 cm土層外，其余均表現(xiàn)為深耕處理的土壤全氮含量大于淺耕處理；相對于不還田處理，有機(jī)物料還田處理均提高了土壤全氮含量。越冬期，S、SF、SJ、QJ處理與Q處理40～100 cm土層全氮含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；拔節(jié)期，SF、QJ處理與Q處理0～20 cm和20～40 cm土層全氮含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)，與Q處理60～100 cm土層全氮含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；開花期，SF、SJ、QF、QJ處理與Q處理0～20 cm,40～60 cm土層全氮含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；成熟期，S、SF、QJ處理與Q處理40～100 cm土層全氮含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)，SF、QJ處理與Q處理20～40 cm,60～80 cm土層全氮含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)。綜上可知，深耕耦合有機(jī)物料還田更有利于20～100 cm土層全氮含量的提高。

2.2.3 土壤全磷含量的變化 由圖3可知，在整個生育期內(nèi)，除越冬期0～20 cm和成熟期0～20 cm,80～100 cm土層外，其余均表現(xiàn)為深耕處理的土壤全磷含量大于淺耕處理；相對于不還田處理，有機(jī)物料還田處理均提高了土壤全磷含量。越冬期，SF、QF處理與Q處理在20～40 cm,60～80 cm土層全磷含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)，SF處理與Q處理在0～20 cm,40～60 cm土層全磷含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；拔節(jié)期，S、SJ處理與Q處理0～20 cm土層土壤全磷含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)，SF處理與Q處理20～40 cm,80～100 cm土層全磷含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；開花期，S、SF、SJ、QF、QJ處理與Q處理在0～20 cm和20～40 cm土層全磷含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，SJ處理與Q處理在40～100 cm土層達(dá)到顯著差異(P<0.05)；成熟期，QF處理與Q處理在0～20 cm土層全磷含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，S、SF、SJ處理與Q處理在20～60 cm土層全磷含量達(dá)到顯著差異(P<0.05)。綜上可知，深耕相對于淺耕更有利于土壤全磷含量的增加，有機(jī)物料還田相對于不還田更有利于土壤全磷含量的增加，其中豬糞還田的提高作用略優(yōu)于玉米秸稈還田。

圖3 耕作方式和有機(jī)物料還田下麥田土壤全磷含量的變化Fig.3 Change of different tillage and organic manures on soil total phosphorus content

經(jīng)方差分析，對于各處理的土壤容重和土壤孔隙度，耕作和有機(jī)物料因素對其作用均極顯著，但耕作×有機(jī)物料因素對其作用不顯著。對于各處理的土壤含水量，有機(jī)物料因素對其作用極顯著，耕作和耕作×有機(jī)物料因素對其作用均不顯著。對于各處理的土壤全氮，耕作和耕作×有機(jī)物料因素對其作用極顯著，有機(jī)物料因素對土壤全氮作用顯著。對于各處理的土壤全磷，耕作因素對其作用顯著，有機(jī)物料和耕作×有機(jī)物料因素對其作用均不顯著。對于各處理的土壤有機(jī)質(zhì)，耕作因素對其作用極顯著，有機(jī)物料和耕作×有機(jī)物料因素對其作用均不顯著。綜上可得，除土壤含水量外，耕作因素對各處理土壤物理結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分作用均顯著或極顯著，有機(jī)物料因素對各處理土壤物理結(jié)構(gòu)及土壤全氮作用均顯著，但對土壤全磷和有機(jī)質(zhì)作用均不顯著，耕作×有機(jī)物料因素則僅對土壤全氮作用極顯著，對土壤物理結(jié)構(gòu)及其他養(yǎng)分作用不顯著。

2.3不同耕作及有機(jī)物料還田下小麥產(chǎn)量及其經(jīng)濟(jì)效益的變化

2.3.1 小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的變化 如表2所示，除千粒質(zhì)量外，處理間的穗長、穗粒數(shù)、單位面積穗數(shù)和產(chǎn)量均差異顯著。對于穗長，耕作方式對其的作用不明顯，SF、SJ、QF處理分別與S、QJ處理間達(dá)到極顯著差異(P<0.01)。對于穗粒數(shù)，SJ處理具有最大值且與S處理達(dá)到顯著差異(P<0.05)，與SF、Q、QJ處理達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；對于穗數(shù)，QJ處理達(dá)最大值(757萬穗/ hm2)，QJ處理與QF處理達(dá)到顯著差異(P<0.05)。對于產(chǎn)量，從不同的耕作方式來看，深耕處理下的產(chǎn)量更高；從不同的有機(jī)物料還田方式來看，豬糞還田處理的產(chǎn)量更高，具體表現(xiàn)為SF處理達(dá)最大值(7 240.3 kg/hm2)，其中，SF與Q處理達(dá)到顯著差異(P<0.05)，與S、QJ和QF處理達(dá)到極顯著差異(P<0.01)。綜合來看，有機(jī)物料還田處理相較于不還田處理可提高小麥穗長、穗粒數(shù)和穗數(shù)值，深耕各處理的產(chǎn)量均高于淺耕相應(yīng)處理。因此，深耕耦合有機(jī)物料還田可改善小麥產(chǎn)量性狀，提高小麥產(chǎn)量。

表2 不同耕作方式及有機(jī)物料還田下小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀Tab.2 Yield and yield components of wheat with different tillage and organic manures

經(jīng)方差分析，對于各處理的穗長，耕作因素對其作用不顯著，有機(jī)物料和耕作×有機(jī)物料因素均對其作用顯著。對于各處理的穗粒數(shù)，耕作和耕作×有機(jī)物料因素對其作用均極顯著，有機(jī)物料因素對其作用顯著。對于各處理的穗數(shù)，耕作、有機(jī)物料及兩者交互對其作用均不顯著。對于各處理的千粒質(zhì)量，耕作因素對其作用不顯著，有機(jī)物料因素對其作用極顯著，耕作×有機(jī)物料因素對其作用顯著。對于各處理的產(chǎn)量，耕作和耕作×有機(jī)物料因素對其作用均極顯著，有機(jī)物料因素對其作用不顯著。綜合來看，耕作因素對穗粒數(shù)及產(chǎn)量作用均極顯著，有機(jī)物料因素則對穗長和穗粒數(shù)作用均顯著，對千粒質(zhì)量作用極顯著，耕作×有機(jī)物料因素對除穗數(shù)外的其他產(chǎn)量指標(biāo)作用均顯著或極顯著。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益的變化 由表3可知，各處理的總收入與產(chǎn)量的大小變化一致，投入成本表現(xiàn)為豬糞還田處理不還田處理秸稈還田處理，因而凈收入變化為SFSJQFSQJQ，說明深耕耦合有機(jī)物料還田具有最高的凈收入。相較于淺耕不還田處理，深耕和有機(jī)物料還田可使經(jīng)濟(jì)效益增加162.87～3 242.89元/hm2，相對增益率提高2.01%～39.98%。綜合來看，深耕耦合有機(jī)物料還田具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 不同耕作和有機(jī)物料還田下小麥生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益分析Tab.3 Economic benefits of wheat production with different tillage and organic manures

注：凈收入為總收入與投入成本之差，較旋耕增收量為其他處理與旋耕凈收入之差，較旋耕相對增益率為其他處理增收量與旋耕凈收入之差和旋耕凈收入的百分比。

Note：Net income is the difference that total income minus input costs,increased income compared with Q is the difference that total income of other treatments except Q minus net income of Q,relative gain rate compared with Q is the percentage that increased income of other treatments except Q minus net income of Q divides by net income of Q.

3 結(jié)論與討論

良好的土壤物理結(jié)構(gòu)是作物生長發(fā)育的重要條件，它影響著土壤的水、熱及養(yǎng)分狀況，同時影響植物根系對水分和養(yǎng)分的吸收利用。在本研究中，深耕相對于淺耕降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度，提高了20～40 cm土層土壤含水量，這與孫曉民等[16]的研究結(jié)果是一致的。相對于不還田處理，豬糞和玉米秸稈還田均可顯著(P<0.05)降低土壤容重，增加土壤孔隙度，但短期內(nèi)的有機(jī)物料還田對土壤含水量的影響不明顯。這可能是有機(jī)物料還田降低了化肥導(dǎo)致的土壤板結(jié)效應(yīng)，改善了土壤緊實(shí)度，增加了土壤的通氣保水能力[17-18]。因此，深耕耦合有機(jī)物料還田對土壤物理性質(zhì)的改良效果較好。

優(yōu)沃穩(wěn)定的土壤肥力與作物產(chǎn)量密切相關(guān)，一定的耕作深度和有機(jī)物料還田會改善作物吸收氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的效率，并且對作物產(chǎn)量的提高也有積極的促進(jìn)作用[19-20]。在本研究中，相對于淺耕處理，深耕處理均增加了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量，這與深耕能更有效地改善土壤的物理結(jié)構(gòu)是分不開的。相對于不還田處理，玉米秸稈還田對越冬期土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高作用更為明顯，豬糞還田對開花和成熟期土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高作用更為明顯；在深耕條件下豬糞還田更有利于土壤全氮全磷含量的增加，淺耕條件下玉米秸稈還田更有利于土壤全氮含量的增加。相關(guān)研究表明，豬糞和玉米秸稈還田可通過刺激微生物活性，豐富土壤中微生物多樣性，促進(jìn)土壤氮循環(huán)和礦化改善土壤肥力[11-12，20]。豬糞和玉米秸稈對同一營養(yǎng)元素不同時期不同土層的提高效果不一樣可能是因?yàn)閮烧叩慕Y(jié)構(gòu)和本身的營養(yǎng)元素含量有差異。

氮是對植物生長最重要的營養(yǎng)元素之一，在維持作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要的作用[21]。有機(jī)物料加入土壤后能使土壤養(yǎng)分活化，調(diào)節(jié)土壤中水肥比例，增加土壤中的固氮能力和土壤氮含量[22]。秸稈和糞肥等有機(jī)肥配施氮肥可調(diào)節(jié)土壤碳氮比及微生物分布，滿足幼苗生長對氮的需要[23]。陳金等[24]的研究表明，秸稈還田可顯著提高冬小麥全生育期干物質(zhì)積累總量，降低不同土層硝態(tài)氮積累量，從而達(dá)到增加產(chǎn)量的目的。Esmailpour等[25]發(fā)現(xiàn)，糞肥可緩慢地將養(yǎng)分釋放到土壤中，能保證作物到收獲期的養(yǎng)分供應(yīng)，進(jìn)而保障作物的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。本試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，除了淺耕+玉米秸稈還田處理外，有機(jī)物料還田處理下的產(chǎn)量均高于不還田處理，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)物料還田后能夠活化土壤中的營養(yǎng)元素，促進(jìn)植物對其的吸收。其中秸稈還田處理能夠增加小麥的穗粒數(shù)，但同時降低了千粒質(zhì)量，而豬糞還田處理能夠同時增加小麥千粒質(zhì)量和穗數(shù)，從而增加產(chǎn)量，綜合來看深耕條件下豬糞還田的各產(chǎn)量指標(biāo)都是最好的。

以糧食生產(chǎn)為主的經(jīng)營性收入是我國農(nóng)民收入的重要來源，糧食生產(chǎn)水平則是影響農(nóng)民收入的重要因素。農(nóng)民在糧食種植上缺乏科學(xué)的栽培管理指導(dǎo)，為保證作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)通常采取大量施加化肥農(nóng)藥的方式，但通過采取合理的耕作和施肥方式來改善土壤理化性質(zhì)進(jìn)而促進(jìn)作物產(chǎn)量的提高，則更有利于經(jīng)濟(jì)效益的增加。吳海勇等[26]通過大田試驗(yàn)對不同農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物還田的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)純施化肥，有機(jī)廢棄物還田可使經(jīng)濟(jì)效益增加15.0～2 690.0元/hm2。王曉娟等[27]研究發(fā)現(xiàn)，高、中、低量有機(jī)肥均可增加產(chǎn)量收入和純收入，增加經(jīng)濟(jì)效益，更有利于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。本研究結(jié)果表明，深耕各處理相較于淺耕各處理具有更高的凈收入，有機(jī)物料還田處理相較于不還田處理具有更高的凈收入，相較于淺耕不還田處理，其余處理的相對增益率提高了2.01%～39.98%，凈收入增加了162.87～3 242.89元/hm2。作物增產(chǎn)和凈收入增加能進(jìn)一步調(diào)動農(nóng)民的積極性，形成良性循環(huán)。在小麥種植過程中，豬糞還田處理由于清除秸稈和施撒豬糞消耗的大量勞力，以及購買豬糞消費(fèi)需要投入的額外費(fèi)用，導(dǎo)致了豬糞還田處理的投入成本最高，秸稈還田處理的成本則最低。但由于豬糞還田的增產(chǎn)作用最為明顯因而仍具有最高的經(jīng)濟(jì)效益。綜合來看，基于本試驗(yàn)類似的土壤和氣候條件，深耕條件下豬糞(2 300 kg/hm2)還田能降低麥田土壤容重，增加土壤孔隙度和含水量，提高土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量及小麥產(chǎn)量，增加每公頃凈收入，是更經(jīng)濟(jì)有效的耕作和施肥方式。

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EffectsofTillageandOrganicManuresReturningtoFieldonSoilPhysicalandChemicalPropertiesandYieldBenefitsinWheatField

SHAO Yun1，WANG Jingruo1，ZHANG Jinjin1，HAN Rui1，F(xiàn)ENG Rongcheng3，MA Shouchen2，LI Haoyang1

(1.College of Life Sciences，Henan Normal University，Xinxiang 453007，China; 2.School of Surveying and Land Information Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China;3.Agricultural Technology Extension Station of Huojia，Xinxiang 453800，China)

In order to solve the decreasing soil fertility and productivity caused by unreasonable tillage and long-term excessive use of chemical fertilizers，the study of different tillage and organic manures returning to field on soil physical structure，nutrients and wheat yield benefits in deep tillage condition were analyzed in this experiment in Huojia County，Henan Province.There were six treatments about tillage and fertilizing methods in the trial including deep tillage(S)，deep tillage with pig manure returning(SF)，deep tillage with maize straw returning(SJ)，shallow tillage(Q)，shallow tillage with pig manure returning(QF)，shallow tillage with maize straw returning(QJ).The results，on one hand，indicated that deep tillage with organic manures returning significantly improved soil bulk density and soil porosity，at the same time increased the soil organic matter content，total phosphorus content，and total nitrogen content in 20-100 cm soil layer.In addition，the deep tillage increased the water content in 20-40 cm soil layer.On the other hand，deep tillage with organic manures returning improved wheat yield components and increased wheat yield.Compared with shallow tillage treatment，other treatments increased gain rate by 2.01%-39.98%，and deep tillage with pig manure returning had the highest net income which increased by 3 242.89 yuan per hectare.In a word，deep tillage with organic manure returning，which improved soil physical structure，increased the soil nutrients and crop yield，and caused better economic benefits too，would be an effective kind of tillage and fertilizing method for wheat cultivation.

Wheat; Tillage; Organic manures; Physical structure; Soil nutrients; Yield benefits

2017-08-23

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃重點(diǎn)專項(2016YFD0300203-3)； “十二五”國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B14；2013BAD07B07)

邵 云(1973-)，女，山東單縣人，教授，博士，主要從事作物生理生態(tài)及土壤修復(fù)研究。

S512.1; S153.6

A

1000-7091(2017)05-0208-08

10.7668/hbnxb.2017.05.031