粉壟耕作對土壤物理性狀及花生根系的影響

高 偉，張 俊，郝 西，劉 娟，崔亞男，張 曼，張朋磊，臧秀旺

(河南省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，河南 鄭州 450002)

花生是我國重要的油料和經(jīng)濟作物，也是我國最具國際競爭力的出口農(nóng)產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位。目前我國花生種植呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢，花生已成為不少地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)民致富的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。

北方地區(qū)為花生的主要產(chǎn)區(qū)，種植方式多為一年一季或花生小麥輪作，連年旋耕作業(yè)，耕作層逐年變淺，犁底層變厚上移，土壤的透氣、透水等理化性能變差，致使土地生產(chǎn)力下降，嚴重制約了花生豐收增產(chǎn)。土壤耕作是調(diào)控土壤水肥氣熱的重要措施，通過改進耕作措施實現(xiàn)對土壤理化性狀的改善，提高土壤生產(chǎn)力，是農(nóng)業(yè)研究的一個重要方向。研究表明，耕作均有利于提高土壤含水量并提高作物產(chǎn)量。但是傳統(tǒng)的旋耕導致犁底層的存在，阻礙水分傳輸和根系下扎，而且因耗能多，作業(yè)深度一般為15 cm左右，效果并不理想[2]。

粉壟耕作技術是利用專門機械垂直螺旋形鉆頭，將土壤旋磨粉碎并自然懸浮，粉壟面上種植作物，整個作業(yè)幅寬上緊湊排列7個可方便安裝和拆卸的鉆頭，使用長度不同的鉆頭或通過控制鉆頭的入土深度，完成不同作業(yè)深度，目前最深可至1 m，其實現(xiàn)了犁翻耕與旋耕機旋耕的有機結合，立式旋耕作業(yè)一次，相當于翻耕、旋耕兩道作業(yè)，從而達到土壤疏松透氣、蓄水保墑的目的，且較傳統(tǒng)耕作程序簡單，實用方便，可不同程度提高耕地生產(chǎn)力。該技術為打破犁底層提供了新的方法，目前已開始在眾多作物生產(chǎn)中應用[3]。

粉壟能夠打破堅硬的犁底層，改善土層結構，增加土壤孔隙度，較長時間保持耕層相對疏松的狀態(tài)，有利于作物根系形態(tài)的發(fā)育，從而促進根系對水肥的吸收[4]。根系是作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎[5-7]，其活力、形態(tài)、干物質(zhì)積累與花生產(chǎn)量及各器官的生長發(fā)育均有顯著的相關性[8-9]。通過改善土壤環(huán)境，增加根系數(shù)量和提高吸收能力，可以提高作物產(chǎn)量。深耕整地可改善土壤環(huán)境，促進作物根系的生長發(fā)育，從而促進作物產(chǎn)量的增加[10-11]。

近幾年隨著研究儀器及研究技術的進步，關于作物根系的研究成果日益豐富[12-13]，但相比其他作物，有關花生根系方面的文獻報道相對較少[14]，關于粉壟對花生田土壤性狀及花生根系影響的相關研究更是鮮有報道。為此，本研究將粉壟耕作措施引入黃淮海平原花生產(chǎn)區(qū)，發(fā)現(xiàn)一次粉壟耕作能改善之后連續(xù)兩年花生田的土壤物理性狀，促進花生根系的生長發(fā)育，為通過新型耕作措施改善土壤環(huán)境、促進花生生長，進而提高花生產(chǎn)量提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018、2019年在河南省焦作市溫縣進行。土壤類型為壤土，有機質(zhì)含量14.3 g/kg、堿解氮90.47 mg/kg、速效磷18 mg/kg、速效鉀119 mg/kg、交換性鈣4.68 g/kg。試驗田各處理均在同一地塊，為地勢平坦、灌排良好、土壤肥沃的高產(chǎn)田，前茬作物為小麥。

1.2 試驗設計

設3個處理，2017年秋收后小麥播種前各處理的耕作方式為：① 旋耕(CK)，用旋耕機旋耕2遍(12～16 cm)，施肥，播種；② 粉壟25 cm，直接用粉壟機械深耕一遍，粉壟深度為25 cm，然后用旋耕機輕度(耕深2～3 cm)旋耕平整一遍，施肥，播種；③ 粉壟40 cm，直接用粉壟機械深耕一遍，粉壟深度為40 cm，然后用旋耕機輕度(耕深2～3 cm)旋耕平整一遍，施肥，播種。種植制度為小麥、花生一年兩熟輪作，之后各處理2018-2019年間兩季花生一季小麥播前整地方式均為旋耕(12～16 cm)。各處理除首年耕作方式不同外，其他試驗條件如品種、施肥、灌溉、除草等均保持一致。

選用高產(chǎn)珍珠豆型花生品種豫花22號，小麥收獲后整地，平播種植?；ㄉシN行距33 cm，穴距16.7 cm，每穴2粒，密度180 000 穴/hm2，每小區(qū)12行，行長30 m，完全隨機區(qū)組設計，3次重復。播種前基施復合肥1 200 kg/hm2(N∶P∶K=14∶16∶15)，其他栽培管理按花生高產(chǎn)要求進行。2018年6月6日播種，10月7日收獲，2019年6月8日播種，10月8日收獲。

1.3 土壤相關指標及測定方法

0～40 cm深度的土壤容重用環(huán)刀法測定[15]；土壤孔隙度/%=(1-土壤容重/土壤比重)×100；土壤水分張力用YM-ZLJ型土壤水分張力計測定[16]。

1.4 根系指標測定

收獲前花生整株(包括根系及地上部)取樣，每個處理選取3塊長勢均勻的區(qū)域，以平行于花生行方向，取50 cm的雙行花生，于取樣行及其相鄰一側的行間進行挖掘，取至地面以下50 cm深(深度大于耕層最深的處理)的土層，放入40目尼龍網(wǎng)袋中緩慢沖去根系上的泥土[17-18]，從每區(qū)域取樣中選取3株具有代表性的植株，用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)測定不同處理根系總根長、根表面積、根體積、根平均直徑；烘干法測定根質(zhì)量。

1.5 產(chǎn)量指標測定

按小區(qū)收獲，收獲晾曬后調(diào)查各處理單株結果數(shù)、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率、飽果率，并計算產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013處理數(shù)據(jù)和作圖；采用DPS數(shù)據(jù)分析處理軟件做統(tǒng)計分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤物理性狀的影響

不同耕作方法對土壤物理性狀的影響明顯(表1)，兩年數(shù)據(jù)均顯示，粉壟25 cm和粉壟40 cm均可顯著降低土壤容重和土壤水分張力，增加土壤孔隙度，變化幅度隨粉壟深度的增加而增加。以2018年測定結果為例，粉壟40 cm土壤容重和土壤水分張力較粉壟25 cm分別降低9%、19.61%，均達到顯著水平，較CK降低了12%、48.10%，達極顯著水平；粉壟25 cm土壤容重和土壤張力分別較CK降低了3%、35.44%。粉壟40 cm土壤孔隙度比粉壟25 cm提高了12.25%，比CK提高了17.20%，差異均達極顯著水平。

表1 不同處理對土壤物理性狀的影響 Table 1 Effect of different treatments on soil physical properties

2.2 不同處理對花生根系形態(tài)的影響

不同處理下花生根系形態(tài)差異顯著，粉壟可明顯增加根系的長度、表面積、體積(圖1～圖3)。2018年、2019年調(diào)查結果趨勢一致，隨粉壟深度的增加，根系發(fā)育更好，粉壟40 cm的根系最為發(fā)達。兩年調(diào)查平均結果顯示，粉壟40 cm總根長、根表面積、根體積較對照分別增加111.90%、93.37%、42.09%，粉壟25 cm總根長、根表面積、根體積較對照分別增加80.71%、82.41%、32.59%。不同處理對根系平均直徑的影響與對根系長度的影響相反，隨粉壟深度的增加，根系平均直徑降低(圖4)，2018年、2019年調(diào)查結果趨勢一致。粉壟40 cm根平均直徑較CK降低12.98%；粉壟25 cm根平均直徑較CK降低8.40%。連年旋耕會抑制花生根系的發(fā)育，粉壟耕作會減輕這種抑制作用。

2.3 不同處理對花生根質(zhì)量和根冠比的影響

粉壟不僅對根系形態(tài)產(chǎn)生影響，同時也影響了干物質(zhì)的積累和分配。表2可見，隨耕作深度增加，根冠比增加，兩年數(shù)據(jù)趨勢一致。粉壟后根系的干質(zhì)量較對照增加明顯，根冠比也顯著增加，粉壟深度越深，增加幅度越大。兩年結果顯示，粉壟40 cm根質(zhì)量較粉壟25 cm、對照分別高11.84%、54.55%，粉壟25 cm根質(zhì)量較對照高38.18%。不同處理對根冠比的影響與對根質(zhì)量的影響相似。粉壟40 cm根冠比較粉壟25 cm、對照分別提高26.87%、88.89%，粉壟25 cm根冠比較對照提高48.89%。連年耕作，耕層變淺，根系發(fā)育受到影響，而粉壟則可緩解這種影響。

表2 不同處理對花生根質(zhì)量和根冠比的影響 Table 2 Effect of different treatments on root mass and root-shoot ratio of peanut

2.4 不同處理對花生產(chǎn)量性狀的影響

粉壟處理促進了花生莢果和籽仁成熟，兩年結果表現(xiàn)一致，粉壟后花生百果質(zhì)量、飽果率增加，且提高了百仁質(zhì)量和出仁率。以2018年為例，粉壟40 cm處理的花生百果質(zhì)量、飽果率分別較對照提高6.75%、8.70%；百仁質(zhì)量、出仁率分別較對照提高7.25%、4.15%。粉壟25 cm處理百果質(zhì)量、飽果率分別較對照提高4.67%、5.35%；百仁質(zhì)量、出仁率分別較對照提高4.83%、2.47%。粉壟對土壤性狀及花生根系形態(tài)產(chǎn)生影響，最終體現(xiàn)在產(chǎn)量上，由表3和表4可知，不同處理對產(chǎn)量各性狀影響不同。粉壟后，花生單株結果數(shù)顯著增加，粉壟深度越深，單株結果數(shù)越多，兩年平均結果，粉壟40 cm單株結果數(shù)比對照高22.77%，比粉壟25 cm高7.58%；粉壟25 cm單株結果數(shù)比對照高14.12%。粉壟后增產(chǎn)效果顯著，兩年平均結果顯示，粉壟40 cm花生比對照增產(chǎn)21.55%，比粉壟25 cm增產(chǎn)7.96%；粉壟25 cm花生比對照增產(chǎn)12.58%。

表3 不同處理對花生莢果、籽仁性狀的影響 (2018年) Table 3 Effect of different treatments on traits of peanut pod and kernel (2018)

表4 不同處理對花生莢果、籽仁性狀的影響 (2019年) Table 4 Effect of different treatments on traits of peanut pod and kernel (2019)

3 討論與結論

粉壟技術顛覆了傳統(tǒng)耕作方法，對土壤進行“深耕細作”，相較傳統(tǒng)整地方式，顯著改善了土壤理化性狀。傳統(tǒng)旋耕耕作方式，易將耕作土層打亂，土壤呈塊狀和粉狀，耕后土壤通透性較差，易板結；而粉壟耕作為橫向快速旋磨切割碎土，土層不打亂，土壤粉碎自然懸浮成壟，U型松土槽及槽底的W型小槽可有效集聚和利用天然降水，在改善土壤性狀的同時， 還具有活土、保水、透氣、保肥及節(jié)能減耗等功效。本研究結果表明，粉壟后土壤性狀明顯改善，表現(xiàn)為土壤容重和土壤張力降低，土壤孔隙度增加，且粉壟深度越深，其改善效果越好[4]。

根系是植物的重要器官，功能主要在于從土壤中獲取水分、養(yǎng)分供植物生長發(fā)育和植株的支撐固定等[5-6]。不同的種植模式、耕作方式、土壤性狀均可影響根系的建成[19-20]。在生產(chǎn)上通過栽培措施促進根系發(fā)育，增強其水分和養(yǎng)料的吸收能力，增加植株的干物質(zhì)積累，對于花生的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義[21]。粉壟后，使作物根系垂直分布下移，深層土壤的群體根系活性相對提高，根質(zhì)量增加，總根數(shù)增多，根系分布范圍更廣，利于養(yǎng)分的吸收和維持地上部的生長和功能[22-24]。本研究顯示，粉壟后花生單株根系長度、體積和表面積、根干質(zhì)量、根冠比等均明顯提高，根系發(fā)育顯著好于對照，粉壟40 cm處理根系發(fā)育優(yōu)勢更為明顯?？梢?，粉壟在改善土壤性狀的同時，很大程度上促進了花生根系的形態(tài)建成。因此，粉壟耕作為花生根系的生長提供了優(yōu)越的環(huán)境條件，促進了根長度及側根數(shù)的增加，提高了花生根系總長度和根系吸收面積，保證了花生在生育期內(nèi)有強大的根系吸收水分和養(yǎng)料，從而促進了地上部的生長，為實現(xiàn)花生高產(chǎn)打下了基礎。

產(chǎn)量變化是形態(tài)變化的體現(xiàn)，良好的土壤環(huán)境造就了發(fā)達的根系、合理的根冠比，進而促進了產(chǎn)量的提升。已有研究表明，深耕可提高作物產(chǎn)量并改善土壤理化性質(zhì)[25]，本研究亦表明，應用粉壟方式增產(chǎn)效果要好于傳統(tǒng)的旋耕方式，且粉壟深度越深，增產(chǎn)效果越好。這可能是因為土壤的疏松和良好的通透性使更多的果針入土膨大，發(fā)育更為充實，因此各產(chǎn)量相關指標均得到不同程度的改善，大幅提高了產(chǎn)量水平。粉壟作為一種新型的耕作方式和技術，實現(xiàn)了犁地、耙地的有機統(tǒng)一，作業(yè)一次相當于翻耕、旋耕兩道作業(yè)，程序簡單，實用方便，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)省工、省力、省時的發(fā)展需求，相信在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全、土壤可持續(xù)利用等方面將發(fā)揮重要作用。