不同機(jī)械化整地技術(shù)對(duì)稻田土壤理化性質(zhì)和水稻產(chǎn)量的影響

摘要 [目的]了解不同機(jī)械化整地技術(shù)對(duì)稻田土壤理化性狀和水稻產(chǎn)量的影響，為機(jī)械化技術(shù)模式的推廣和開(kāi)發(fā)新型農(nóng)業(yè)機(jī)械提供參考。[方法]2017—2019年在安徽省肥東縣進(jìn)行田間試驗(yàn)，比較3種不同機(jī)械化整地方式旋耕（處理①）、深松（處理②）、深翻（處理③）對(duì)稻田0～10、10～20、20～30 cm土層土壤理化性質(zhì)和水稻產(chǎn)量的影響。[結(jié)果]與處理①相比，處理②和③在0～20 cm土層可導(dǎo)致土壤含水率降低9.67%～26.79%，土壤容重增加0.08～0.16 g/cm3，且差異達(dá)到顯著水平，土壤透氣性有所提高，土壤孔隙度降低3.05%～11.67%;各土層總體表現(xiàn)出有機(jī)碳、全氮和堿解氮含量均逐漸降低，0～10 cm土層的有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量均低于處理①;處理②條件下水稻產(chǎn)量2年持續(xù)增加，第1、2年分別增產(chǎn)4.91%和9.54%，處理③對(duì)水稻產(chǎn)量影響較小，僅在第2年呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是差異不顯著。[結(jié)論]深松可以提高稻田土壤向下的透水性和容重，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素影響較小，可連年增加水稻產(chǎn)量。深翻雖然也可以改善土壤的理化性質(zhì)，但是效果較深松處理差，且會(huì)降低上層土壤肥力，水稻產(chǎn)量增加不明顯。

關(guān)鍵詞 機(jī)械化;整地技術(shù);水稻;土壤;理化性質(zhì);產(chǎn)量

中圖分類號(hào) S 28 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2021）14-0200-03

Abstract [Objective] To understand the effects of different mechanized soil preparation technologies on the physical and chemical properties of paddy soil and rice yield， and to provide references for the promotion of mechanized technology models and the development of new agricultural machinery.[Method]Field trials were carried out in Feidong County， Anhui Province from 2017 to 2019. Three different mechanized land preparation methods were compared with rotary tillage （treatment ①）， subsoiling （treatment ②） and deep plowing （treatment ③） on rice fields of 0-10，10-20，20-30 cm soil physical and chemical properties and the influence of rice yield.[Result]Compared with treatment ①， treatments ② and ③ in the 0-20 cm soil layer can reduce the soil moisture content by 9.67% to 26.79%，soil bulk density increased by 0.08-0.16 g/cm3， and the difference reached a significant level， soil air permeability was improved， and soil porosity decreased by 3.05%-11.67%，the overall soil layers showed that the contents of organic carbon， total nitrogen and alkali hydrolyzed nitrogen gradually decreased， and the contents of organic matter， total nitrogen and alkali hydrolyzed nitrogen in the 0-10 cm soil layer were all lower than treatment ①;under the condition of treatment ②， the rice yield increased continuously for 2 years， and the yield increased by 4.91% and 9.54% in the first and second years respectively. Treatment ③ had little effect on rice yield， and showed an increasing trend only in the second year， but the difference was not significant.[Conclusion]Subsoiling can increase the downward water permeability and bulk density of the paddy soil， and has little effect on soil organic matter and nitrogen， and can increase rice yield year after year.Although deep plowing can also improve the physical and chemical properties of the soil， it is less effective than deep loosening， and will reduce the fertility of the upper soil， and the increase in rice yield is not obvious.

Key words Mechanization;Land preparation technology;Rice;Soil;Physical and chemical properties;Yield

作者簡(jiǎn)介 周秀梅（1976—），女，安徽合肥人，工程師，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械監(jiān)管、農(nóng)業(yè)機(jī)械新技術(shù)推廣等工作。

收稿日期 2021-01-27

自十八屆五中全會(huì)提出“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的發(fā)展理念以來(lái)，全國(guó)各地都堅(jiān)定了走綠色發(fā)展的道路。農(nóng)業(yè)要以綠色發(fā)展作為引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、安全和生態(tài)的發(fā)展目標(biāo)，并構(gòu)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的高效生產(chǎn)模式[1]。隨著信息化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械化也得到了迅速發(fā)展，機(jī)械化整地作業(yè)已逐漸成為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式[2]。但是，應(yīng)用機(jī)械化技術(shù)必然會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量等產(chǎn)生不同程度的影響。王秋菊等[3]研究指出，深松和深翻機(jī)械整地可以使0～30 cm土層土壤含水率降幅高達(dá)10%～27%，同時(shí)可提高土壤透水性、土壤容重、土壤硬度，降低土壤總孔隙。丁文芹等[4]研究表明，單螺旋耕作施肥機(jī)可以明顯改善0～30 cm土壤緊實(shí)度、總?cè)葜亍⒖紫抖?。李毅杰等[5]研究指出，在采用大型收獲機(jī)械進(jìn)行甘蔗生產(chǎn)時(shí)，機(jī)械碾壓土壤后增加了土壤緊實(shí)度，限制了甘蔗的根系生長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

安徽省是我國(guó)糧食主產(chǎn)省，農(nóng)作物種植面積常年超過(guò)850 hm2，且水稻和小麥的播種面積居于前2位，超過(guò)農(nóng)作物播種總面積的50%[6]。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，如何設(shè)計(jì)新型的農(nóng)業(yè)機(jī)械，并推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)藝的融合發(fā)展變得尤為重要。因此，該研究結(jié)合機(jī)械化整地作業(yè)的需求，比較不同機(jī)械化整地技術(shù)對(duì)稻田土壤理化性質(zhì)和水稻產(chǎn)量的影響，為機(jī)械化技術(shù)模式的推廣和開(kāi)發(fā)新型農(nóng)業(yè)機(jī)械提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)水稻品種為C兩優(yōu)華占。試驗(yàn)于2017年開(kāi)始在安徽省肥東縣實(shí)施，供試土壤為水稻土，前茬為玉米。土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量20.12 g/kg、全氮含量1.02 g/kg、有效磷含量8.46 mg/kg、速效鉀含量122.87 mg/kg、pH 7.13。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理，處理①：旋耕，比較適宜在玉米秸稈粉碎離田的地塊作業(yè)。選用滅茬旋耕起壟作業(yè)機(jī)進(jìn)行作業(yè)，滅茬深度保持在8 cm左右，旋耕深度保持在10～15 cm，起壟高度保持在16～20 cm;旋耕2遍，使土塊均勻。將處理①作為對(duì)照（CK）。處理②：深松，實(shí)現(xiàn)秸稈粉碎全部還田。用玉米聯(lián)合收獲機(jī)將玉米秸稈粉碎并還田，若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)再用秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行二次粉碎還田，留茬高度不可超過(guò)10 cm，粉碎長(zhǎng)度不可超過(guò)10 cm，秸稈撕裂后拋灑至地表，不可成堆;選用深松機(jī)進(jìn)行中耕深松作業(yè)，保持深松深度35～40 cm;深松作業(yè)前旋耕2遍，使土塊均勻后再進(jìn)行深松。處理③：深翻，實(shí)現(xiàn)秸稈粉碎全部還田。用玉米聯(lián)合收獲機(jī)將玉米秸稈粉碎并還田，若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)再用秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行二次粉碎還田，留茬高度不可超過(guò)10 cm，粉碎長(zhǎng)度不可超過(guò)10 cm，秸稈撕裂后拋灑至地表，不可成堆;選用液壓翻轉(zhuǎn)犁進(jìn)行深翻作業(yè)，翻深25～30 cm，秸稈埋置地下25 cm，扣垡要嚴(yán)密整齊;選用重耙進(jìn)行耙撈，耙地時(shí)要保持與耕向有一定角度，耙深控制在10～15 cm;深翻作業(yè)后旋耕2遍，使土塊均勻后再進(jìn)行深松。

小區(qū)面積360 m2（15 m×24 m），試驗(yàn)重復(fù)3次，根據(jù)機(jī)械作業(yè)幅度的大小適當(dāng)調(diào)整寬度。水稻于2018年5月12日播種，6月10日移栽，10月3日收獲。試驗(yàn)區(qū)灌排系統(tǒng)較為完善，施肥管理一致，供試肥料為尿素（N 46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5 12%）、氯化鉀（K2O 60%），各處理N、P、K肥施用量分別為210、75、120 kg/hm2，其中，P、K肥各處理均全部基施，N肥各處理均按照分蘗肥∶返青肥∶穗肥4∶3∶3施入。其他管理措施各處理在水稻生育期內(nèi)保持一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定。于2018年9月水稻收獲前土壤取樣，采集土層包括0～10、10～20和20～30 cm。測(cè)定指標(biāo)包括土壤含水率、容重、通氣系數(shù)、飽和透水系數(shù)、孔隙度、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮。

1.3.2 水稻產(chǎn)量測(cè)定。全區(qū)實(shí)收，統(tǒng)計(jì)水稻產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并利用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同機(jī)械化整地技術(shù)對(duì)稻田土壤物理性質(zhì)的影響

由表1可知，在含水率方面，0～10 cm土層，處理②、③分別較處理①降低10.07%和9.67%，各處理間差異顯著;10～20 cm土層，處理②、③分別較處理①降低26.79% 和13.47%，各處理間差異顯著;20～30 cm土層，各處理間差異不顯著。

土壤容重方面，處理②、③在各土層均為增加，0～10 cm土層分別較處理①增加0.08、0.16 g/cm3，增加比例分別為7.48%、14.95%;10～20 cm土層，處理②、③分別較處理①增加0.09、0.13 g/cm3，增加比例分別為8.41%、12.15%;20～30 cm土層，處理②、③均較處理①有所增加，但各處理間差異不顯著。

土壤的通氣性和透水性方面，處理①、②、③對(duì)各土層土壤的通氣性和透水性產(chǎn)生的影響較小，但處理②可不同程度提高深層土壤的通氣性和透水性。

土壤孔隙方面，在0～10、10～20 cm土層，處理②較處理①分別降低3.89%和11.67%，處理③較處理①分別降低3.05%和4.13%;20～30 cm土層，3個(gè)處理的孔隙度較為接近，差異不顯著。結(jié)合土壤含水率可以看出，孔隙度較低的處理含水率也較低，這可以說(shuō)明土壤干燥收縮是引起孔隙度降低的重要原因。

2.2 不同機(jī)械化整地技術(shù)對(duì)稻田土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的影響

由表2可知，各土層總體表現(xiàn)出0～10、10～20、20～30 cm的有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量逐漸降低。由于處理③將部分下層的瘠薄土壤混至耕層，因此在0～10 cm土層的全氮和堿解氮含量均低于處理①，但差異不顯著，處理②與處理①相比差異也不顯著。

2.3 不同機(jī)械化整地技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表3可知，2018、2019年連續(xù)2年各處理?xiàng)l件下水稻產(chǎn)量排序?yàn)樘幚恝?處理③>處理①，均以處理②最高。其中，處理②較處理①分別增產(chǎn)4.91%和9.54%，且2019年的差異達(dá)到顯著水平;處理③較處理①分別增產(chǎn)0.36%和4.39%，但差異均未達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

關(guān)于旋耕、深松、深翻對(duì)土壤理化性狀影響的研究較多，且大量研究表明以上整地方式會(huì)降低耕層以下土壤的硬度和容重[7]，并提高孔隙度[8-9]。當(dāng)耕層的土壤容重為1.0～1.3 g/cm3時(shí)較適合作物生長(zhǎng)，低于或高于這個(gè)范圍均會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[10-11]。同種整地技術(shù)在不同土壤上的效果也不同，周鵬翀等[12]研究指出，隨著耕作年限的延長(zhǎng)，旱田土壤會(huì)在耕層下形成堅(jiān)硬的犁地層，且容重大于1.5 g/cm3、硬度超過(guò) 3 MPa，致使作物根系無(wú)法下扎，減小了作物的生存空間，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生嚴(yán)重影響。而黑鈣土?xí)驗(yàn)殚L(zhǎng)期淺耕作業(yè)導(dǎo)致犁地層增厚[13]，深松、深翻整地方式可以打破犁地層，降低土壤的硬度和提高土壤的通透性[14]。還有研究指出，鹽化草甸土不可進(jìn)行深翻作業(yè)，會(huì)增加耕層土壤的鹽離子水平，阻礙水稻生長(zhǎng)[15]。漏水稻田和砂質(zhì)稻田不適合采用深耕作業(yè)，容易導(dǎo)致土壤漏肥和漏水[16]。

該研究結(jié)果表明，與旋耕（處理①）相比，深松（處理②）和深翻（處理③）在0～20 cm土層可導(dǎo)致土壤含水率降低9.67%～26.79%，土壤容重增加0.08～0.16 g/cm3，且差異達(dá)到顯著水平，土壤透氣性有所提高，土壤孔隙度降低3.05%～11.67%;各土層總體表現(xiàn)出有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量均逐漸降低，0～10 cm土層的有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量均低于旋耕;深松（處理②）條件下水稻產(chǎn)量2年持續(xù)增加，第1、2年分別增產(chǎn)4.91%和9.54%，處理③對(duì)水稻產(chǎn)量影響較小，僅在第2年呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是差異不顯著。由此可見(jiàn)，相對(duì)于旋耕作業(yè)而言，深松、深翻作業(yè)均可以增加土壤的容重，提高土壤的通氣性和透光性，可以促進(jìn)土壤水分下滲，有利于增強(qiáng)土壤的硬化。研究過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，在0～20 cm土層，深松作業(yè)在秋季土壤含水量明顯低于旋耕作業(yè)的土壤，有利于增加土壤的容重，可以改善土壤的物理性質(zhì)，連續(xù)2年深松作業(yè)水稻產(chǎn)量提高了4.91%～9.54%;深翻作業(yè)也可以改良土壤的理化性質(zhì)，但是在連續(xù)2年試驗(yàn)期間的效果不明顯，這可能是由于深翻作業(yè)降低了耕層土壤的肥力導(dǎo)致的。因此，要根據(jù)土壤特性來(lái)選用適宜的機(jī)械化整地技術(shù)，以達(dá)到事半功倍的效果。

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