深耕對(duì)夏玉米產(chǎn)量形成及土壤理化性質(zhì)的影響

王育紅，席玲玲，周新，沈東風(fēng)

土壤是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要物質(zhì)條件，耕層結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到作物的豐產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境。以旋耕為主的土壤耕作方式在黃淮海夏玉米地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位， 但是這種傳統(tǒng)耕作方法也帶來很多問題， 主要表現(xiàn)使土壤耕層變淺，犁底層加厚，耕層有效土壤數(shù)量明顯減少，耕層土壤的理化性狀趨于惡化，地力下降，影響作物根系發(fā)育及對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，嚴(yán)重影響糧食穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)[1，2]。深耕可以有效地打破犁底層，調(diào)節(jié)土壤三相比例，改善土壤的耕層狀況，提高土壤肥力，進(jìn)而影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物產(chǎn)量[3～5]。此外,秸稈還田可以提高土壤水分含量, 減少地表徑流和棵間蒸發(fā)[6～9],提高水分利用效率,增加作物干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量[10～14].

為了明確目前生產(chǎn)中農(nóng)田耕層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和存在的問題，研究建立適宜玉米生長(zhǎng)的合理耕層結(jié)構(gòu)，提高耕地的生產(chǎn)能力，自2009年起，開展了不同耕作方式定位試驗(yàn)研究。本文通過深耕與傳統(tǒng)耕作方式的對(duì)比分析，明確深耕對(duì)夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育及土壤理化特性的影響，以期為優(yōu)化黃淮海地區(qū)的耕作方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在河南省洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院玉米綜合試驗(yàn)站試驗(yàn)田(東經(jīng)112.3°，北緯34.4°)進(jìn)行，試驗(yàn)地灌排方便，地勢(shì)平坦，肥力上中等且均勻，便于調(diào)節(jié)和管理。土質(zhì)為粘土，土體深厚，質(zhì)地均勻，基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)14.52 g·kg-1，全氮1.16 g·kg-1，堿解氮106.9 mg·kg-1，速效磷21.24 mg·kg-1，速效鉀107.56 mg·kg-1。常年平均降水量為646 mm，屬于半濕潤(rùn)偏旱區(qū)。由于受季風(fēng)氣候的影響，年內(nèi)降雨分布不均，60%～80%的降雨集中在6-9月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)常規(guī)耕作+秸稈還田(CT)、連年深耕+秸稈還田(DT)、連年深耕+秸稈不還田(NDT)、隔年深耕+秸稈還田(ADT)4個(gè)處理。小區(qū)位置和面積固定，3次重復(fù)，小區(qū)面積為8 m×30 m，共12個(gè)小區(qū)。

試驗(yàn)2009年玉米播種開始，2015年取樣調(diào)查化驗(yàn)。常規(guī)耕作在小麥播種前旋耕 10～15 cm，深耕在小麥播種前深翻耕，深度30～35 cm，玉米免耕播種。隔年深耕在小麥播種前第1年深耕，玉米免耕；第2年同常規(guī)耕作;第3年小麥播種前深耕，玉米免耕播種，3年一個(gè)循環(huán)。連年深耕小麥播種前深耕，玉米免耕播種。

秸稈還田兩季作物秸稈粉碎全量還田，秸稈不還田作物成熟收獲后將地上部分秸稈全部移出田外。玉米品種為鄭單958， 等行距種植，行距66.7 cm，株距25 cm，種植密度60 000株·hm-2。其它管理按照一般大田管理的方式進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2015年玉米成熟收獲期田間取樣，每小區(qū)調(diào)查收獲株數(shù)、收獲穗數(shù)、選取代表性10株，測(cè)量株高穗位高，收獲中間4行6米長(zhǎng)樣方，自然風(fēng)干后測(cè)量產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3.2 葉面積指數(shù)

2015年玉米抽雄期每區(qū)選擇有代表性5株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，自散粉后0、10、20、30、40、50天測(cè)量單株葉面積玉米葉面積等于葉長(zhǎng)×葉寬×系數(shù),完全展開葉系數(shù)為 0.75,未完全展開葉系數(shù)為 0.50,用于計(jì)算葉面積指數(shù)。

1.3.3 根系活力測(cè)定

2015年玉米拔節(jié)期、吐絲期、成熟期3個(gè)關(guān)鍵生育時(shí)期進(jìn)行田間小區(qū)采樣, 在同一個(gè)樣區(qū)內(nèi)按照對(duì)角線法選取代表性樣株5株, 以植株主莖為中心, 在水平方向取40 cm×30 cm的長(zhǎng)方形平面, 沿四周垂直挖土, 形成有根樣的土柱, 分層截取0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm的土柱。將各層帶土根系浸水16 h，之后將土洗凈, 并收集保留所有的斷根, 吸干根樣表面水分, 用TTC法測(cè)定根系活力[15,16]。

1.3.4 土壤容重

2015年小麥成熟期, 選取每個(gè)小區(qū)3點(diǎn), 采用環(huán)刀法[17]測(cè)定0～15、15～25和25～35 cm土層的土壤容重。

有效耕層土壤量/kg·hm-2=平均耕層深度/m×面積/104m2×5～10 cm的土壤容重/g·cm-3×1 000

1.3.5 土壤養(yǎng)分測(cè)定方法

2015年小麥成熟期, 選取每個(gè)小區(qū)3點(diǎn)取土樣，混合，用于測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等養(yǎng)分含量依據(jù)土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法測(cè)定[18]。土壤酶活性的測(cè)定參照關(guān)松蔭的方法[19]進(jìn)行，其中脲酶活性測(cè)定采用苯酚-次氯酸鈉比色法，過氧化氫酶活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法轉(zhuǎn)化酶活性測(cè)定采用硫代硫酸鈉滴定法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2003 計(jì)算數(shù)據(jù); 用DPS7.05統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析, 采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行不同處理間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

7年定位試驗(yàn)結(jié)果表明(表1)：秸稈還田與不還田兩種秸稈處理?xiàng)l件下，不同土壤耕作方式對(duì)夏玉米產(chǎn)量均有顯著影響。深耕處理平均比常規(guī)處理(CT)增產(chǎn)17.6%。秸桿不還田NDT處理平均比CT處理增產(chǎn)11.7%；秸稈還田DT和ADT處理平均比CT處理增產(chǎn)20.6%，比NDT處理增產(chǎn)7.9%。相同秸稈處理方式下，DT與ADT處理間的產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，深耕可以顯著提高夏玉米穗數(shù)、行粒數(shù)和百粒重，秸稈還田可顯著提高行粒數(shù)。深耕處理的穗數(shù)平均比CT處理高12.5%。秸稈不還田時(shí)，深耕NDT處理的穗數(shù)平均比CT處理高11.6%；秸稈還田時(shí)，深耕處理的穗數(shù)平均比CT處理高13.0%。DT和ADT處理的穗數(shù)平均比NDT處理高1.1%。深耕處理的行粒數(shù)平均比CT處理高7.4%。NDT處理的行粒數(shù)平均比CT處理高3.0%，DT和ADT處理的行粒數(shù)平均比CT處理高9.6%，比NDT處理高6.4%。深耕處理的百粒重平均比CT處理高5.6%，NDT處理的千粒重平均比CT處理高3.7%；DT和ADT處理的百粒重平均比CT處理高6.6%，比NDT處理高2.8%。相同的秸稈處理方式下，DT與ADT處理的穗數(shù)、穗行數(shù)和百粒重均無(wú)顯著差異(P>0.05)。綜上分析深耕和秸稈還田具有明顯的增產(chǎn)效果，隔年深耕不僅減低耕作次數(shù)，且具有顯著增產(chǎn)效果。

表1 不同耕作處理對(duì)夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 1 Effects of different tillage treatments on the yield and yield components of Summer Maize

注：同列不同小寫字母表示處理間差異達(dá) 5%顯著水平。

Note: Different small letters in same column mean significant difference at 5% level.

2.2 不同耕作方式對(duì)夏玉米散粉后葉面積指數(shù)的影響

夏玉米LAI散粉后隨著天數(shù)的推移均呈先緩慢后快速下降趨勢(shì)(圖1)。與傳統(tǒng)耕作(CT)比，深耕能顯著提高夏玉米LAI，整個(gè)灌漿期平均提高了11.0%。其中秸稈還田DT和ADT處理LAI分別提高了12.3%、15.7%，秸稈不還田NDT處理LAI提高了4.9%。DT和ADT處理LAI平均比NDT高8.6%，二者差異不顯著(P>0.05)。

圖1 不同處理散粉后葉面積指數(shù)的變化Fig.1 Changes of leaf area index of different tillage treatments after maize anther

2.3 不同耕作方式對(duì)夏玉米根系活力的影響

由表2可見，根系活力與玉米的生長(zhǎng)發(fā)育階段相適應(yīng), 表現(xiàn)為拔節(jié)期到吐絲期不斷加強(qiáng)而達(dá)到最高而后逐步降低至成熟期隨著根系的衰退而下降的趨勢(shì)。而不同耕作方式對(duì)根系活力影響不同, 0～30 cm土層，傳統(tǒng)耕作(CT)根系活力隨著土層的增加而減小， 10～20 cm土層根系活力在拔節(jié)期、吐絲期和成熟期比0～10 cm土層分別降低了7.2%、6.4%和12.8%，20～30 cm土層根系活力在吐絲期和成熟期比10～20 cm土層根系活力分別降低了22.7%和15.8%；深耕處理根系活力隨著土層的增加而增加，10～20 cm土層根系活力在拔節(jié)期、吐絲期和成熟期比0～10 cm土層分別提高了13.7%、30.8%和6.5%，20～30 cm土層根系活力與10～20 cm土層根系活力差異不顯著。

0～10 cm土層玉米根系活力在拔節(jié)期-吐絲期不同處理間差異不明顯，隨著根系的衰退到成熟期，深耕處理夏玉米根系活力比CT處理平均提高了9.7%。隨著土層深度增加不同耕作方式根系活力差異變大，拔節(jié)期,10～20 cm土層, DT、NDT、ADT處理根系活力分別較CT增加24.3%、22.0%和 24.0%, 而吐絲期-成熟期10～30 cm 土層各處理間根系活力均表現(xiàn)顯著差異(P<0.05), 較對(duì)照增加30%以上。由上分析, 深耕和秸稈還田均能提高根系活力，特別是對(duì)深層根系活力效果更明顯。

表2 不同耕作方式對(duì)0～30 cm土層玉米根系活力的影響Table 2 Root activities of maize in 0～30 cm soil layers under different tillage treatments

注：同行不同字母表示處理間差異達(dá)5%的顯著水平(P<0.05)。

Note: Different small letters in same line mean significant difference at 5% level(P<0.05)

2.4 不同耕作措施對(duì)耕層土壤物理特性的影響

從圖2中可以看出，深耕土壤耕層平均厚度20.03 cm,與傳統(tǒng)耕作比，耕層厚度增加了58.9%，有效耕層土壤量增加59.2%。深耕還可以有效降低耕層土壤容重， 小麥?zhǔn)斋@后15～25 cm的土壤容重平均降低11.0%，25～35 cm的土壤容重平均降低10.5%。秸稈還田也可有效地降低深層土壤容重，25～35 cm的土壤容重比秸稈不還田處理低4.6%。隔年深耕處理與連年深耕處理對(duì)耕層土壤深度、土壤容重的影響差異不大。深耕結(jié)合秸稈還田顯著能有效降低土壤容重、增加耕層厚度，有效改善耕層土壤質(zhì)量。

圖2 不同耕作處理對(duì)耕層土壤物理的影響Fig.2 Effects of different tillage treatments on topsoil physical characteristics

2.5 不同耕作措施對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

表3表明，相同的耕作方式下，秸稈還田處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于秸稈不還田處理；相同的秸稈還田處理下，深耕和隔年的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于傳統(tǒng)耕作處理，兩者之間差異不顯著(P>0.05)。0～10 cm土層，與CT比，DT和ADT 處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了4.1%和3.5%，NDT處理處理的則下降了3.5%,差異不顯著，DT和ADT與NDT間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。10～40 cm土層，深耕土壤有機(jī)質(zhì)含量比傳統(tǒng)耕作的提高10%以上，達(dá)顯著水平，深耕+秸稈還田處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于與深耕秸稈不還田處理的， 10～20 cm土層差異不顯著(P>0.05)， 20～40 cm土層差異達(dá)顯著水平(P<0.05)?？梢?，秸稈還田與深耕處理可以顯著提高10～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量，隔年深耕與連年深耕處理之間差異不顯著(P>0.05)。

2.6 深耕提高了土壤酶活性，增加了養(yǎng)分有效性

表4表明,0～20 cm土層，深耕顯著可提高酶活性。與CT處理比，NDT處理脲酶活性提高了5.35%，過氧化氫酶提高了5.10%,轉(zhuǎn)化酶提高了5.26%;DT處理脲酶活性提高了10.54%%，過氧化氫酶提高了12.24%，轉(zhuǎn)化酶提高了11.28%,DT和ADT處理與NDT處理對(duì)土壤酶活性影響差異達(dá)顯著水平(P<0.05), 二者間差異不顯著(P>0.05)。說明秸稈還田既培肥了土壤，也顯著地改善土壤脲酶活性，增加了土壤供氮能力，過氧化氫酶的增加，改善了土壤特性，有利于微生物的生長(zhǎng)，從而提高肥料和土壤養(yǎng)分的有效性；轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng)，秸稈分解和轉(zhuǎn)化的速率加快，為作物的生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的營(yíng)養(yǎng)和好的環(huán)境。

表3不同耕作措施對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響(玉米成熟期2015年)

Table3 Effects of different tillage treatments on the content of soil organic matter(Maize maturity in 2015 year)

土層/cmSoillayer有機(jī)質(zhì)/%OrganicmatterCTDTNDTADT0^101.72ab1.79a1.66b1.78a10^201.63a1.84b1.79b1.85b20^300.85a1.55bd1.23c1.57d30^400.75a0.89bd0.82c0.91d

注：同行不同字母表示處理間差異達(dá)5%的顯著水平(P<0.05)。

Note: Different small letters in same line mean significant difference at 5% level(P<0.05).

表4 深耕對(duì)土壤酶活性的影響(0～20 cm土層) Table 4 Effects of different tillage treatments on the activities of soil enzyme in 0～20 cm

注：同列不同小寫字母表示處理間差異達(dá) 5%顯著水平(P<0.05)。

Note： Different small letters in same column mean significant difference at 5% level(P<0.05).

3 結(jié)論與討論

深耕能夠增加玉米產(chǎn)量，同時(shí)改善土壤物理狀況[20,21]。本試驗(yàn)表明深耕可顯著提高下玉米產(chǎn)量，平均比CT增產(chǎn)17.6%，能使層厚度增加58.9%，有效耕層土壤量增加59.2%，15～35 cm土壤容重下降10%以下。能延緩根系衰老，有效地提高深層根系活力。0～10 cm土層玉米根系活力在拔節(jié)期至吐絲期不同處理間差異不明顯，隨著根系的衰退到成熟期，深耕處理夏玉米根系活力平均提高了9.7%；而10 cm土層以下則提高20%以上。玉米高產(chǎn)的最主要因素取決于提高對(duì)光能利用，而葉面積指數(shù)就是反映玉米群體光合性能的一個(gè)重要指標(biāo)[22]。深耕可顯著提高夏玉米LAI，灌漿期平均提高了11.0%。7年深耕結(jié)合秸稈還田后不僅提高土壤養(yǎng)分, 而且還能提高土壤酶活性。本試驗(yàn)在深耕條件下，還田秸稈被翻埋的深度增加，顯著地改善10～40 cm土層土壤肥力，該結(jié)論與前人的研究結(jié)論相一致[23]。因?yàn)樵诟麑油寥乐休^高的土壤C/N和較高的土壤過氧化氫酶活性均有利于秸稈被轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)。

試驗(yàn)研究表明，在秸稈還田條件下，隔年深耕不僅降低耕作次數(shù)，且具有顯著增產(chǎn)和改善土壤理化特性的效果，與連年深耕效果差異不顯著。從節(jié)本增效角度，本地區(qū)應(yīng)加快該項(xiàng)耕作技術(shù)的推廣。

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