甘肅引黃灌區(qū)玉米茬耕層土壤狀況調(diào)查

霍琳 王成寶 楊思存 姜萬(wàn)禮 溫美娟

摘要：在甘肅引黃灌區(qū)選擇60 個(gè)典型玉米地，對(duì)其土壤耕層狀況進(jìn)行了調(diào)查分析。結(jié)果表明，甘肅引黃灌區(qū)玉米地平均耕層深度為22.5 cm，比我國(guó)土壤平均耕層（16.5 cm）高6.0 cm，犁底層平均厚度為 9.1 cm。0～40 cm土層容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右。0～45 cm土壤緊實(shí)度200～2 450 kPa，靖會(huì)灌區(qū)顯著高于其他灌區(qū)，景電、興電、劉川灌區(qū)相差不大。土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.94～15.64 g/kg，全氮含量為0.84～1.24 g/kg，堿解氮含量為47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量為14.28～33.57 mg/kg，速效鉀含量為156.50～185.84 mg/kg，除速效磷和速效鉀含量較高外，其它指標(biāo)均屬于中等偏下水平。

關(guān)鍵詞：玉米地;土壤耕層;犁底層;養(yǎng)分狀況;甘肅引黃灌區(qū)

中圖分類號(hào)：S158 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-1463（2019）10-0051-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.10.012

Abstract：Based on 60 typical corn fields， the soil plough layers and soil nutrients were investigated in Gansu Yellow River Irrigation District. The results showed that the thickness of the mean plough layer in Gansu Yellow River Irrigation District was 22.5 cm， which was 6.0 cm shallower than that of nationwide plough layer， the average thickness of plough pan was 9.1 cm. the soil bulk density of 0～40 cm layer was about 1.36 g/cm3， and the soil porosity was about 48.5%. The soil compactness of 0～45 cm layer ranged from 200～2 450 kPa， Jinghui irrigated area were significantly higher than others， Jingdian， Xingdian and Liuchuan Irrigated Areas had little difference. The soil organic matter contents ranged from 12.94～15.64 g/kg， total nitrogen ranged from 0.84～1.24 g/kg， alkaline-hydrolyzed nitrogen ranged from 47.14～60.56 mg/kg， available phosphorus ranged from 14.28～33.57 mg/kg， and available potassium ranged from 156.50～185.84 mg/kg. Except for the high content of available phosphorus and potassium， all the other indexes were in the lower middle level.

Key words：Corn field;Soil plough layer;Plough pan;Nutrients status;Gansu Yellow River Irrigation District

引黃灌區(qū)是甘肅省繼河西走廊之后的第2個(gè)綜合農(nóng)業(yè)商品生產(chǎn)基地，轄19個(gè)縣區(qū)，區(qū)域面積約4.5萬(wàn)km2，土地面積占全省的10.54%，區(qū)域人口占全省的24.7%。由于有黃河及其眾多支流水源，從20世紀(jì)60年代開始，該區(qū)域相繼建成了景電、興電、劉川、靖會(huì)、引大、皋蘭西岔、榆中三角城等多處電力提灌工程，農(nóng)田實(shí)灌面積達(dá)38.45萬(wàn)hm2，極大地改善了這一區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1 - 3 ]。但在這一過程中，由于不合理灌溉、小型農(nóng)機(jī)具反復(fù)碾壓、長(zhǎng)期單一淺耕作業(yè)和秸稈還田利用率低等因素，導(dǎo)致一些農(nóng)田土壤出現(xiàn)了耕層薄化、犁底層壓實(shí)、結(jié)構(gòu)變劣等問題，嚴(yán)重影響作物根系深層分布和肥水資源高效利用[4 ]。我們通過大范圍采樣調(diào)查，對(duì)甘肅引黃灌區(qū)玉米田耕層狀況進(jìn)行了分析，旨在建立適宜玉米生長(zhǎng)的合理耕層結(jié)構(gòu)、提高土壤綜合生產(chǎn)能力及土壤深松機(jī)具的研發(fā)提供依據(jù)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省白銀市的景電、興電、劉川、靖會(huì)灌區(qū)（E103° 42′ 18″～105° 10′ 25″，N36° 21′ 29″～37° 36′ 32″），分別隸屬于景泰、靖遠(yuǎn)、會(huì)寧3個(gè)縣，海拔高度為1 408～1 792 m，旱地農(nóng)業(yè)向荒地牧地過渡線的北部。由于受青藏高原和騰格里沙漠的影響，形成大陸性干旱荒漠氣候，年降水量只有200～300 mm，而蒸發(fā)量卻在2 000 mm以上，蒸發(fā)量是降水量的5～10倍。區(qū)域內(nèi)年平均氣溫6.6 ℃，大于0 ℃ 和10 ℃的積溫分別為3 200 ℃和2 600 ℃左右，無霜期160～170 d，年日照時(shí)數(shù)2 900 h左右。土壤類型主要是灰鈣土。景電、興電、劉川、靖會(huì)4個(gè)灌區(qū)的總控制灌溉面積分別為6.51萬(wàn) hm2、2.13萬(wàn) hm2、0.79萬(wàn) hm2、2.03萬(wàn) hm2，區(qū)域內(nèi)耕地均呈梯級(jí)分布，耕地以 ? ? 1 300 m2以下的小地塊為主，主要采用大水漫灌和串灌等方式，種植作物有小麥、玉米、向日葵、馬鈴薯、露地蔬菜等，耕作方式有翻耕、旋耕、免耕、深松等，也有不同耕作方式的年際間組合（輪耕），農(nóng)業(yè)機(jī)械以66 kW以下的小型為主[5 - 6 ]。

1.2 ? 調(diào)查時(shí)間和地點(diǎn)

調(diào)查采樣時(shí)間為2015年秋季玉米收獲時(shí)，共篩選60個(gè)代表性地塊。其中景電灌區(qū)30個(gè)，分布在草窩灘、上沙窩、漫水灘、紅水、喜泉、寺灘、蘆陽(yáng)7個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）和條山農(nóng)場(chǎng)、白銀公司農(nóng)場(chǎng);興電灌區(qū)20個(gè)，分布在北灘、東升、五合、靖安4個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）;劉川灌區(qū)5個(gè);靖會(huì)灌區(qū)5個(gè)，分布在大蘆、烏蘭2個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。所選樣地種植的玉米品種以先玉335為主，灌溉量和施肥量相近，農(nóng)田管理方式基本相似，耕作方式兼有翻耕、旋耕、免耕、深松等。

1.3 ? 調(diào)查項(xiàng)目和方法

1.3.1 ? ?耕層深度 ? ?每地塊選擇3個(gè)代表性區(qū)域，與玉米種植行垂直方向挖調(diào)查剖面，剖面長(zhǎng)120 cm、寬50 cm、深40 cm，橫向包含了種植帶（40 cm）和空白行（80 cm），豎向與地面垂直。用直尺直接測(cè)量地面到犁底層的距離，每個(gè)剖面在0、30、60、90、120 cm長(zhǎng)度處測(cè)量5次，其平均值代表該點(diǎn)的耕層深度，3個(gè)剖面的平均值代表該地塊的耕層深度。

1.3.2 ? ?犁底層厚度 ? ?用直尺直接測(cè)量，每地塊3個(gè)剖面，每個(gè)剖面5個(gè)點(diǎn)，取其平均值。

1.3.3 ? ?土壤容重和孔隙度 ? ?每地塊選擇3個(gè)代表性區(qū)域，用環(huán)刀法測(cè)定0～10、10～20、20～40 cm 土壤容重，以相同層次3個(gè)點(diǎn)的平均值代表該地塊的土壤容重，同時(shí)計(jì)算相應(yīng)土層的土壤孔隙度，土壤密度按2.65 g/cm3計(jì) [7 ]。

1.3.4 ? ?土壤緊實(shí)度 ? ?每個(gè)地塊選擇10個(gè)代表性區(qū)域，用美國(guó)產(chǎn)SC900土壤緊實(shí)度儀測(cè)定0～45 cm 土壤緊實(shí)度，每隔2.5 cm 1個(gè)讀數(shù)，以相同層次10個(gè)點(diǎn)的平均值代表該地塊的土壤緊實(shí)度[7 ]。

1.3.5 ? ?土壤養(yǎng)分 ? ?每地塊選擇3個(gè)代表性區(qū)域，采集0～20 cm土壤樣品，測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱容量法，全氮用半微量凱氏定氮法測(cè)定，堿解氮用堿解擴(kuò)散法，速效磷用Olsen 法測(cè)定，速效鉀用火焰光度法測(cè)定。以3個(gè)點(diǎn)的平均值代表該地塊土壤的養(yǎng)分含量[8 ]。

1.4 ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 土壤耕作層和犁底層狀況

耕層是耕地生產(chǎn)力的核心，良好的耕層能保證農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育所需水分和養(yǎng)分供 應(yīng)[9 ]。國(guó)家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席專家黃世煌指出，適合玉米生長(zhǎng)的最低耕層深度為22 cm。從表1 可以看出，甘肅引黃灌區(qū)玉米地平均耕層深度為22.5 cm，雖然都高于22 cm，但也接近玉米最適生長(zhǎng)對(duì)耕層深度的最低要求。這個(gè)深度雖比我國(guó)土壤平均耕層（16.5 cm）高了6.0 cm，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)土壤的平均耕層（35 cm）。從不同灌區(qū)來看，景電灌區(qū)的平均耕層深度最高，為22.9 cm;其次為劉川灌區(qū)、興電灌區(qū)，分別是22.8 cm和22.6 cm;靖會(huì)灌區(qū)最低，為22.2 cm。甘肅引黃灌區(qū)玉米地平均犁底層厚度為9.1 cm，興電灌區(qū)和劉川灌區(qū)較高，平均厚度分別是9.9 cm和9.8 cm;靖會(huì)灌區(qū)和景電灌區(qū)略低，平均厚度分別是8.8 cm和8.6 cm;在景電和興電灌區(qū)均發(fā)現(xiàn)沒有犁底層和犁底層厚度最高15 cm的地塊。

從表1還可以看出，甘肅引黃灌區(qū)耕層深度的變異性相對(duì)較弱，變異系數(shù)為10.3%～27.0%，源于其耕層深度的最小值為16.0 cm，最大值也只有32.0 cm。犁底層厚度的變異性相對(duì)較強(qiáng)，變異系數(shù)為16.7%～47.5%，其原因是有些地塊沒有發(fā)現(xiàn)犁底層，但有些地塊的犁底層高僅有1 5 cm。

2.2 ? 土壤容重和孔隙度狀況

容重是最重要的土壤物理性質(zhì)之一，它直接或間接影響著土壤水肥氣熱的協(xié)調(diào)供應(yīng)和土壤養(yǎng)分、水分的運(yùn)移，對(duì)維持土壤肥力、保證作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有重要意義[10 - 11 ]。土壤容重的變化與土壤孔隙度密切相關(guān)，可較好地反映土壤透氣性、入滲性能、持水能力和溶質(zhì)遷移潛力等[12 - 13 ]。一般作物根系生長(zhǎng)適宜的土壤容重范圍為1.1～1.3 g/cm3，當(dāng)土壤容重大于1.4 g/cm3時(shí)，根系穿透阻力大于15 kg/cm2，開始對(duì)根系生長(zhǎng)產(chǎn)生影響;而當(dāng)土壤容重大于1.5 g/cm3時(shí)，穿透阻力將大于25 kg/cm2，將會(huì)嚴(yán)重阻礙根系生長(zhǎng)[14 ]。從表2可以看出，甘肅引黃灌區(qū)玉米地0～40 cm土層平均容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右，偏高的土壤容重和偏低的孔隙度反映了該區(qū)農(nóng)田土壤長(zhǎng)期處于較為堅(jiān)硬的狀態(tài)，會(huì)影響玉米根系下扎，降低土壤蓄水、保肥能力，還可能導(dǎo)致倒伏、早衰等現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)玉米產(chǎn)量影響較大。具體到不同灌區(qū)、不同土層，土壤容重和孔隙度的變化規(guī)律也不完全一致。0～10 cm土層土壤容重為1.26～1.35 g/cm3，景電 > 劉川 > 興電 > 靖會(huì);10～20 cm土層土壤容重為1.37～1.44 g/cm3，靖會(huì) > 景電 > 興電 > 劉川;20～40 cm土層土壤容重為1.38～1.46 g/cm3，靖會(huì) > 興電 > 劉川 > 景電。0～10、10～20、20～40 cm土層孔隙度分別是48.91%～52.44%、45.64%～48.41%和44.92%～47.93%，與各層土壤容重的變化趨勢(shì)相反。

2.3 ? 土壤緊實(shí)度狀況

土壤緊實(shí)度是土壤管理的重要指標(biāo)，它與秸稈還田、化肥利用、土壤養(yǎng)分循環(huán)、土壤微生物、作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量、土壤耕作、水土流失、土壤碳氮管理及農(nóng)業(yè)面源污染等關(guān)系密切，是影響農(nóng)田土壤質(zhì)量和作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵障礙因子之一，也是當(dāng)前土壤功能及農(nóng)田生態(tài)健康研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，歐盟委員會(huì)也把土壤緊實(shí)度列為作物產(chǎn)量降低的主要因素之一[15 - 17 ]。從圖1可以看出，甘肅引黃灌區(qū)60塊樣地0～45 cm土壤緊實(shí)度為200～ ? 2 450 kPa，不同灌區(qū)、不同土層間差異較大，這也反映了土壤質(zhì)地、耕作方式、施肥灌溉水平、農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力等對(duì)土體構(gòu)型的不同影響。從整體來看，靖會(huì)灌區(qū)0～45 cm土壤緊實(shí)度的平均值最大，為1 834 kPa;景電、興電、劉川灌區(qū)相差不大，分別為 ? ? ? 1 395、1 271、1 268 kPa。從不同土層來看，0～10 cm的平均值景電灌區(qū)最大，為1 005 kPa;其次是劉川、靖會(huì)、興電灌區(qū)，分別為842、839、821 kPa。10～20 cm土層靖會(huì)灌區(qū)最大，為1 954 kPa，其次是景電、劉川、興電灌區(qū)，分別為1 359、1 318、1 289 kPa。20～40 cm土層也是靖會(huì)灌區(qū)最大，為2 326 kPa;其次是景電、興電、劉川灌區(qū)，分別為1 646、1 467、1 460 kPa。

2.4 ? 土壤養(yǎng)分狀況

土壤養(yǎng)分是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素之一，也是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，同時(shí)也是合理施肥的重要依據(jù)[18 ]，只有深入了解并掌握了土壤養(yǎng)分狀況，才能更好地對(duì)農(nóng)田進(jìn)行管理和利用。從表3可以看出，甘肅引黃灌區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.94～15.64 g/kg，全氮含量為0.84～1.24 g/kg，堿解氮含量為47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量為14.28～33.57 mg/kg，速效鉀含量為156.50～185.84 mg/kg，按照第二次全國(guó)土壤普查土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，分別屬于4級(jí)、3～4級(jí)、5級(jí)、2～3級(jí)和2級(jí)，除速效磷和速效鉀含量較高外，其它指標(biāo)都屬于中等偏下水平。從各指標(biāo)平均值來看，有機(jī)質(zhì)平均為13.85 g/kg，堿解氮平均為53.22 mg/kg，均表現(xiàn)為劉川 > 景電 > 靖會(huì) > 興電;全氮平均為1.08 g/kg，興電 > 景電 > 劉川 > 靖會(huì);速效磷平均為22.14 mg/kg，劉川 > 靖會(huì) > 興電 > 景電;速效鉀平均為170.74 mg/kg，景電 > 興電 > 靖會(huì) > 劉川。從土壤養(yǎng)分變異強(qiáng)度來看，甘肅引黃灌區(qū)總體表現(xiàn)為速效磷 > 速效鉀 > 堿解氮 > 有機(jī)質(zhì) > 全氮，景電灌區(qū)為速效磷 > 堿解氮 > 全氮 > 有機(jī)質(zhì) > 速效鉀，興電灌區(qū)為速效磷 > 速效鉀 > 堿解氮 > 有機(jī)質(zhì) > 全氮，靖會(huì)灌區(qū)為速效鉀 > 速效磷 > 堿解氮 > 有機(jī)質(zhì) > 全氮，劉川灌區(qū)為速效鉀 > 有機(jī)質(zhì) > 全氮 > 速效磷 > 堿解氮。

3 ? 結(jié)論

甘肅引黃灌區(qū)玉米田平均耕層深度為22.5 cm，接近了玉米最適生長(zhǎng)對(duì)耕層深度的最低要求（22 cm），雖然比我國(guó)土壤平均耕層（16.5 cm）高6.0 cm，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)土壤的平均耕層（35 cm）。景電灌區(qū)的平均耕層深度最高，其次為劉川灌區(qū)、興電灌區(qū)，靖會(huì)灌區(qū)最低。犁底層平均厚度為9.1 cm，興電灌區(qū)和劉川灌區(qū)較高，靖會(huì)灌區(qū)和景電灌區(qū)略低。

0～40 cm土層容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右。0～10 cm土層土壤容重為1.26～1.35 g/cm3，景電 > 劉川 > 興電 > 靖會(huì);10～20 cm土層土壤容重為1.37～1.44 g/cm3，靖會(huì) > 景電 > 興電 > 劉川;20～40 cm土層土壤容重為1.38～1.46 g/cm3，靖會(huì) > 興電 > 劉川 > 景電。

0～45 cm土層土壤緊實(shí)度為200～2 450 kPa，靖會(huì)灌區(qū)最大，為1 834 kPa;景電、興電、劉川灌區(qū)相差不大，分別為1 395、 1 271、1 268 kPa。0～10 cm土層土壤緊實(shí)度景電灌區(qū)最大，為1 005 kPa;10～20 cm土層和20～40 cm土層土壤緊實(shí)度都是靖會(huì)灌區(qū)最大，分別為1 954 kPa和2 326 kPa。

甘肅引黃灌區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.94～15.64 g/kg，全氮含量為0.84～1.24 g/kg，堿解氮含量為47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量為14.28～33.57 mg/kg，速效鉀含量為156.50～185.84 mg/kg，除速效磷和速效鉀含量較高外，其它指標(biāo)均屬于中等偏下水平。

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（本文責(zé)編：陳 ? 珩）