蓖麻栽培地不同覆蓋作物和耕作方式對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

昭日格圖　張玉旭

摘要：以蓖麻栽培地為研究對(duì)象，探討不同種類覆蓋作物和耕作方式對(duì)土壤硬度的影響。結(jié)果表明，從不同耕作方式看，0～30 cm土壤深度內(nèi)免耕地的土壤硬度值相對(duì)最高，犁耕地相對(duì)最低；從覆蓋作物種類看，裸地土壤硬度值相對(duì)最高，其次是毛野豌豆，黑麥地的土壤硬度相對(duì)最低。

關(guān)鍵詞：覆蓋作物；耕作方式；免耕地；犁地；土壤硬度；含水率；蓖麻；物理性質(zhì)；黑麥；毛野豌豆

中圖分類號(hào)： S345文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）21-0082-04

收稿日期：2016-05-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31560166）；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金（編號(hào)：2013MS0301）；內(nèi)蒙古高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：NJZY12120）；教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金（編號(hào)：2013]693）。

作者簡(jiǎn)介：昭日格圖（1974—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，博士，副教授，從事土壤環(huán)境及微生物生態(tài)等相關(guān)教學(xué)科研工作。Tel：（0475）8313570；E-mail：zrgt1023@126com。

免耕或部分耕作等環(huán)境保護(hù)型耕作法作為環(huán)境保護(hù)型農(nóng)業(yè)的代表性作業(yè)系統(tǒng)，由于能夠消減農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上投入的能源，抑制土壤有機(jī)物的急速分解，維持增進(jìn)地力等而備受關(guān)注1-4]，特別在土壤侵蝕嚴(yán)重的歐美地區(qū)，覆蓋作物可增加土壤肥力，改良土壤理化性質(zhì)，保護(hù)土壤免遭風(fēng)蝕和水侵蝕5-6]。在小麥?zhǔn)斋@到大豆播種的繁忙時(shí)期，日本通過免耕或部分耕作以確保其栽培面積擴(kuò)大實(shí)現(xiàn)省力或降低成本7]。另外，有專家指出，免耕會(huì)對(duì)作物出芽、立苗有不良影響，去除雜草費(fèi)時(shí)費(fèi)力2]，由于地溫低導(dǎo)致作物生育遲緩8]，會(huì)引起土壤硬度上升等9]。但是，隨著免耕播種機(jī)的改良、針對(duì)免耕播種技術(shù)的不斷研發(fā)，相關(guān)問題正逐步得到解決。

目前，有關(guān)土壤硬度和作物生育之間的關(guān)系研究較多。Komatsuzaki等認(rèn)為，由于土壤硬度增加，阻害了作物根基的延伸，從而導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降10-12]。土壤硬度在10 MPa以上時(shí)，根長(zhǎng)密度開始下降，當(dāng)超過18 MPa時(shí)會(huì)急劇減少13]，這在免耕地尤為突出，經(jīng)多年免耕輪作的土壤硬度會(huì)顯著增加，作物的根會(huì)分布在土壤表層，這與養(yǎng)分集中在土壤表層而引起作物根土壤表層分布存在爭(zhēng)論14]。另外，免耕對(duì)土壤中的微生物、線蟲及土壤動(dòng)物有很大影響，土壤硬度的增加會(huì)使生物數(shù)量降低15-16]。

免耕雖然是一種不破壞土壤結(jié)構(gòu)并能節(jié)省能源的栽培方法，但其會(huì)使土壤硬度增加、阻害作物根發(fā)育等，如何既能發(fā)揮免耕的優(yōu)點(diǎn)，又能減少其帶來的負(fù)面影響，是現(xiàn)代環(huán)境保護(hù)型農(nóng)業(yè)研究的重點(diǎn)。作物覆蓋在國(guó)外研究相對(duì)較多，而我國(guó)卻相對(duì)很少，特別是覆蓋作物與耕作方式相結(jié)合對(duì)土壤環(huán)境影響的研究更少。本研究在蓖麻慣用耕作栽培條件下種植覆蓋作物，以定量地把握覆蓋作物對(duì)土壤的蓬軟化影響，為蓖麻免耕條件下利用覆蓋作物綜合改善土壤物理性質(zhì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1材料與方法

11試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)土壤采自位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁區(qū)的內(nèi)蒙古民族大學(xué)蓖麻育種研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)田?？茽柷邊^(qū)位居溫帶大陸內(nèi)地（42°5′～43°5′ N、117°30′～123°30′ E），海拔 250～650 m，草原總面積達(dá)4 23萬(wàn)km2，現(xiàn)大部分已變?yōu)檗r(nóng)耕地及部分沙地?？茽柷邊^(qū)為中溫帶亞濕潤(rùn)向亞干旱過渡氣候區(qū)，冬寒冷、夏炎熱，春風(fēng)大；年均降水量360 mm，年際變化較大，年內(nèi)分配不均，多集中在6—8月；冬季以西北風(fēng)為主，春秋為西南風(fēng)，年均風(fēng)速35 ms，最大風(fēng)速可達(dá)217 ms，大風(fēng)日數(shù)長(zhǎng)達(dá)30 d。通遼市地帶性土壤為栗鈣土，其余土壤主要有風(fēng)沙土、灰色草甸土等10個(gè)種類，以風(fēng)沙土為主，占總面積的435%。

12試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)由不同耕作方式、覆蓋不同種類作物等2個(gè)因素有機(jī)復(fù)合組成。耕作方式分旋耕、犁耕、免耕3種。覆蓋作物為黑麥（Secale cereale L）、毛野豌豆（Vicia villosa Roth）2種，播種量分別為50、100 kghm2，于每年秋季（2011年9月10日、2013年9月15日）播種，次年春季（2012年4月13日、2013年4月18日）用甩刀式割草機(jī)進(jìn)行割草覆蓋，作物割倒3 d進(jìn)行耕耘作業(yè)，犁耕作業(yè)采用雙鏵翻轉(zhuǎn)犁，耕深30 cm，旋耕作業(yè)采用下切懸掛式旋耕機(jī)，耕深15 cm；以休閑地（裸地）為對(duì)照區(qū)，并將雜草作為休閑地覆蓋物來考察，雜草種類主要有薺菜Capsella bursa-pastoris（L） Medic]、婆婆納（Veronica persica Poir）、寶蓋草（Lamium amplexicaule L）、一年蓬（Erigeron philadelphicus L）等。2012年5月5日、2013年5月10日進(jìn)行施肥作業(yè)，施N量為100 kghm2。2012年4月28日、2013年5月2日播種蓖麻（Ricinus communis L）作為夏季栽培作物，分別在2012年10月8日、2013年10月15日進(jìn)行收獲。

13土壤采樣與測(cè)定

土壤硬度采用Spectrum科技有限公司產(chǎn)的SC900型土壤硬度儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)間分別為蓖麻生育初期（6月）、開花期（8月）、收割期（10月），選壟間中央2個(gè)點(diǎn)，測(cè)量土壤表面到45 cm土壤層的硬度，計(jì)算平均值；同時(shí)，用100 mL的采土罐采集0～5 cm土壤層的土樣，用干燥法測(cè)量土壤含水率，計(jì)算土壤干密度及體積含水率。2013年4、9月分別對(duì)土壤表層到40 cm土壤層每隔10 cm進(jìn)行取樣，用干燥法測(cè)定其含水量。

14數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用統(tǒng)計(jì)軟件Stat View 50對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用Fishers法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析endprint

21土壤干密度的推移

由表1、圖1可見，從耕作方式看，2012年6、8月和2013年6、8月的土壤干密度在01%水平上存在顯著性差異，但土壤干密度在覆蓋作物、耕作方式×覆蓋作物相交上沒有顯著性差異；蓖麻生長(zhǎng)期間，免耕區(qū)0～5 cm的表層土壤干密度相對(duì)最高，犁耕和旋耕區(qū)的土壤干密度相當(dāng)。

22土壤含水率的推移

由表1、圖1可見，從耕作方式看，2012年6、8月和2013年6、8月土壤含水率在01%水平上存在顯著性差異，2012年10月在1%水平上存在顯著性差異；從覆蓋作物種類看，2012年6、8月和2014年的6月在5%水平上存在顯著性差異；從耕作方式×覆蓋作物相交看，2012年6、8、10月和2013年6月在5%水平上存在顯著性差異；2012年土壤含水率在免耕黑麥區(qū)有較高值，特別是在8月，其土壤含水率相對(duì)最高，為382%；2013年6月，免耕毛野豌豆區(qū)含水率相對(duì)最高，其次為免耕黑麥區(qū)，10月各處理間的土壤含水率差異變小。

23土壤體積含水率的推移

由表1、圖1可見，從耕作方式看，2012年6、8月和2013年6、8月的土壤體積含水率在01%水平上存在顯著性差異；2012年8月，免耕黑麥區(qū)的土壤體積含水率相對(duì)最高，為280%；2013年6月，免耕黑麥區(qū)的土壤體積含水率相對(duì)最高，為298%；10月各處理的土壤體積含水率差異不大。

24土壤硬度

由表2可見，耕作方式對(duì)土壤硬度的影響較為明顯，2012年，蓖麻3個(gè)生長(zhǎng)期5～30 cm土壤深度硬度在01%水平上存在顯著性差異，2013年8、10月5～25 cm土壤深度及2013年6月10 cm土壤深度硬度在01%水平上存在顯著性差異；從覆蓋作物的種類看，2012年6月5～10、20 cm土壤深度，2012年10月30 cm土壤深度，2013年6月5 cm土壤深度硬度在1%水平上存在顯著性差異；從耕作方式×覆蓋作物相交看，2012年6月5 cm土壤深度，2012年8月 15 cm 土壤深度，2012年10月5、15 cm土壤深度，2013年6月10 cm土壤深度硬度在1%水平上存在顯著性差異；每年8、10月的土壤硬度多沒有顯著性差異。

由圖2可見，2013年6月0～30 cm土壤深度內(nèi)免耕地土壤的硬度值相對(duì)最高；0～15 cm土壤深度旋耕區(qū)的土壤硬度值和犁耕區(qū)相似，但土壤深度超過15 cm時(shí)，旋耕區(qū)的土壤硬度值高于犁耕區(qū)的土壤；和其他耕作方式相比，犁耕在全部土壤層的土壤硬度值都相對(duì)較低；從時(shí)間看，每年10月的土壤硬度較6月有所下降；從覆蓋作物種類看，土壤硬度也存在有意義的差異，2012年6月裸地的土壤硬度值相對(duì)最高，其次是毛野豌豆，黑麥地塊的壤土硬度相對(duì)最低。

3討論

土壤硬度受土壤含水比和土壤干燥密度的影響較為明顯16]，土壤干密度越高，隨土壤含水率的變化，土壤硬度也發(fā)生顯著的變動(dòng)，而耕作作業(yè)會(huì)攪亂土壤，從而使土壤干密度減低、變軟17-18]。作物栽培時(shí)，由于機(jī)械的行走等行為會(huì)使土壤干密度增加，土壤硬度會(huì)再次增加19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，表層的土壤干密度與耕作方式的不同存在顯著性差異，免耕區(qū)的土壤干密度相對(duì)更高。通常認(rèn)為，免耕區(qū)比耕區(qū)的土壤硬度要高，這是由土壤干密度增加所致16]。

在不同耕作方式上，土壤干密度的差異影響土壤水分狀態(tài)的變化，土壤水分的差異比土壤含水率、土壤體積含水率的變化相對(duì)更大。相比免耕，旋耕和犁耕的耕作作業(yè)使土壤干密度有明顯下降。本研究認(rèn)為，由于耕作作業(yè)使土壤干密度發(fā)生很大的變化，導(dǎo)致土壤體積含水率也相應(yīng)的發(fā)生變化，這與趙洪利等的研究結(jié)論21]一致。覆蓋作物的種類對(duì)土壤干密度的影響沒有明顯差異，但在蓖麻生長(zhǎng)期，土壤硬度值與不同覆蓋作物間呈現(xiàn)出一定顯著性的差異。覆蓋作物區(qū)土壤硬度減少的原因之一是該區(qū)內(nèi)土壤含水率增加，特別是免耕黑麥區(qū)及毛野豌豆區(qū)，地表殘?jiān)采w率高達(dá)90%以上，比裸地有較高的含水率。Olaoye研究發(fā)現(xiàn)，免耕地作物殘?jiān)母采w率和保水性有正相關(guān)關(guān)系22]。張文穎等研究發(fā)現(xiàn)，含水量對(duì)土壤硬度的影響較大，一般與土壤硬度之間呈負(fù)相關(guān)23]。覆蓋作物區(qū)由于作物的覆蓋使土壤含水率顯著增加，但旋耕和犁耕區(qū)由于作物覆蓋使土壤含水率增加的傾向并不明顯，而實(shí)施耕作的黑麥或毛野豌豆區(qū)，其土壤含水率比裸地有明顯增加，這是因?yàn)橥寥览锏母采w作物殘?jiān)绊懥送寥赖谋Ｋ浴djei等研究有機(jī)質(zhì)供給量和土壤保水性的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量越多，土壤保水性越高24]。本研究對(duì)土壤有

機(jī)質(zhì)和土壤硬度之間的相關(guān)性沒有明確結(jié)論，但筆者認(rèn)為，耕作區(qū)覆蓋作物殘?jiān)墓┙o一定會(huì)對(duì)土壤保水性有影響，今后須進(jìn)一步研究。Raper等在美國(guó)棉花栽培地研究不同耕作方式下有無覆蓋作物對(duì)土壤硬度的影響發(fā)現(xiàn)，黑麥作為覆蓋作物，在免耕地或少量耕作條件下土壤硬度會(huì)降低25]。本研究也得到相似結(jié)論。

免耕或部分耕作等環(huán)境保護(hù)型耕作法雖然能夠消減農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上投入的能源、抑制土壤有機(jī)物的急劇分解、維持增進(jìn)地力，但存在由于省略了耕作作業(yè)而使土壤硬度增加的問題，而免耕區(qū)通過覆蓋作物，能夠使土壤硬度明顯降低，這為土壤硬度的管理提供了有益參考。

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