條帶耕作錯(cuò)位種植模式對西遼河平原農(nóng)田土壤理化性狀的影響

萬 晴，張玉芹，楊恒山，張瑞富，楊雨露

（內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043）

秸稈還田配合不同耕作方式可影響土壤養(yǎng)分含量，耕作是通過農(nóng)業(yè)機(jī)具等作用于土壤，通過對土壤的擾動(dòng)改變土壤內(nèi)部環(huán)境結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變土壤特性和作物生長情況［1］。秸稈還田隨著秸稈腐解增加土壤有機(jī)物質(zhì)的輸入，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，豐富微生物多樣性，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分［2］。土壤養(yǎng)分為植物生長發(fā)育提供必需的營養(yǎng)元素，其含量對作物產(chǎn)量的高低和生長發(fā)育有著重要影響［3-5］。研究表明，壟作+深松、平作+深松、免耕+深松均可降低0～20 cm土層土壤的容重，并且能夠增加土壤孔隙度［6］，且壟作+深松和平作+深松可提高10～20 cm土層土壤的全氮含量和有機(jī)質(zhì)含量［7］。秸稈還田能顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤養(yǎng)分速效量［8］。白偉等［9］研究指出，秸稈還田可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累，提高速效氮磷鉀等養(yǎng)分的利用，對各養(yǎng)分含量有不同程度的提升。張萌等［10］研究表明，免耕+秸稈覆蓋處理較傳統(tǒng)耕作可提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷和速效鉀含量，從而增加玉米產(chǎn)量。秸稈還田提高土壤養(yǎng)分效果明顯，但秸稈還田后影響出苗［11］，導(dǎo)致保苗率低，產(chǎn)量下降。條帶耕作種植是玉米收獲后直接還田，第2年播種時(shí)將前茬的秸稈切斷，并推至非播種帶行間，在播種帶深松，深度30 cm左右，同時(shí)進(jìn)行播種［12］，提高了秸稈還田下玉米出苗率，苗帶深松后土壤疏松，可促進(jìn)根系生長發(fā)育，減少土壤氮的淋失［2］，該模式試驗(yàn)連續(xù)3年均有增產(chǎn)效果，但其對土壤性狀的影響尚不清楚。筆者以常規(guī)種植模式為對照，探討條帶耕作錯(cuò)位種植模式連續(xù)種植對不同深度土層土壤理化性狀的影響，為西遼河平原灌區(qū)玉米密植高產(chǎn)高效栽培提供理論參考和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)牧業(yè)高新科技示范園區(qū)進(jìn)行，海拔180 m，無霜期平均為154 d，年平均氣溫6.8℃，≥10℃的活動(dòng)積溫2 900℃，年均降水量390 mm，試驗(yàn)地土壤為灰色草甸土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為農(nóng)華101，設(shè)2種種植模式，分別為條帶耕作錯(cuò)位種植（TC）和常規(guī)種值（CK）；種植密度為6.75×104株·hm-2；各處理隨播種施用磷酸二銨（P2O546%）225 kg·hm-2、硫酸鉀（K2O 50%）90 kg·hm-2，拔節(jié)期、大喇叭口期和吐絲期追施尿素450 kg·hm-2，追施比例3∶6∶1。2019年采用低壓管灌方式，共灌水4次，每次約50 m3，2020年采用淺埋滴灌，生育期灌水量2 160 m3·hm-2，根據(jù)降雨情況和玉米生育期需水規(guī)律共灌6次。因土壤理化性狀變化有時(shí)間效應(yīng)，試驗(yàn)所有處理于2017—2020年連續(xù)種植4年，2019年和2020年進(jìn)行指標(biāo)測定，2019年和2020年均5月1日播種，2019年10月3日收獲，2020年9月30日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

于2019和2020年播前、吐絲期和成熟期，用土鉆在各小區(qū)采用S形隨機(jī)取樣，每樣點(diǎn)取0～20、20～40和40～60 cm三層，裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行風(fēng)干研磨并過篩。參照《土壤農(nóng)化分析》［13］中的方法測定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測定；土壤全氮采用H2SO4消煮法測定；土壤堿解氮采用氫氧化鈉-硼酸堿解擴(kuò)散法測定。土壤容重在吐絲期和完熟期采用環(huán)刀法進(jìn)行測定，并計(jì)算土壤孔隙度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2016進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和繪制統(tǒng)計(jì)圖表，選用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤容重和孔隙度

與常規(guī)種植（CK）相比，條帶耕作錯(cuò)位種植模式顯著降低了0～40 cm土層土壤容重，40～60 cm土層差異不顯著，其中，0～20 cm土層降低最多，2年分別降低8.3%和9.0%；增加了0～40 cm土層土壤孔隙度，0～20 cm土層分別增加了10.5%和10.0%，20～40 cm土層分別增加了7.7%和7.5%，40～60 cm土層差異甚微（表1）。表明條帶耕作錯(cuò)位種植模式可降低0～40 cm土壤容重，增加土壤孔隙度，協(xié)調(diào)土壤的微生態(tài)環(huán)境。

表1 條帶耕作錯(cuò)位種植模式對土壤容重和孔隙度的影響Tab.1 The effects of strip-till with staggered planting mode on soil bulk density and porosity

2.2 全氮

與CK相比，條帶耕作錯(cuò)位種植模式0～60 cm土層土壤全氮含量均有所提高，吐絲期0～20 cm土層2年分別提高了8.2%和11.5%，20～40 cm土層分別提高了21.1%和23.1%，40～60 cm土層分別提高了18.8%和11.1%；完熟期0～20 cm分別提高了14.7%和15.6%，20～40 cm土層分別提高了17.0%和14.6%，40～60 cm土層分別提高了9.1%和19.0%（表2）。表明條帶耕作錯(cuò)位種植模式可提高土壤全氮含量，20～40 cm土層最為明顯。

表2 條帶耕作錯(cuò)位種植模式對土壤全氮含量的影響Tab.2 The effects of strip-till with staggered planting mode on soil total nitrogen content g·kg-1

2.3 堿解氮

與CK相比，條帶耕作錯(cuò)位種植模式下土壤堿解氮含量均有所提高，吐絲期堿解氮增加幅度隨土層深度增加而降低，0～20 cm土層2年分別提高了24.8%和20.8%，20～40 cm土層分別提高了18.2%和27.3%，40～60 cm土層分別提高了13.8%和12.1%；完熟期隨土層深度增加，堿解氮增加幅度增加，0～20 cm土層2年分別提高了10.7%和9.5%，20～40 cm土層分別提高了18.4%和15.8%，40～60 cm土層分別提高了28.9%和25.5%（表3）。

表3 條帶耕作錯(cuò)位種植模式對土壤堿解氮含量的影響Tab.3 The effects of strip-till with staggered planting mode on soil alkali-hydrolyzed nitrogen content mg·kg-1

2.4 有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加而降低，條帶耕作錯(cuò)位種植模式下有機(jī)質(zhì)含量高于等行距常規(guī)種植，完熟期0～20 cm土層2年分別增加了4.0%和4.8%，20～40 cm土層分別增加了5.5%和6.3%，40～60 cm土層分別增加了6.1%和4.0%（表4）。表明條帶耕作錯(cuò)位種植模式下增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，這與其連年秸稈還田有關(guān)。

表4 條帶耕作錯(cuò)位種植模式對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Tab.4 The effects of trip-till with staggered planting mode on soil organic matter content g·kg-1

3 討論與結(jié)論

土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分周轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)土壤的更新和團(tuán)聚體分布［14］。秸稈還田后土壤孔隙性和細(xì)透性增加，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，提升有機(jī)質(zhì)含量，有效調(diào)節(jié)植物生長期間的水、氣、熱、肥等［15］。李世忠等［16］研究表明，與上年同期相比，秸稈還田后土壤容重降低10.9%，土壤孔隙度提高7.3%；崔月峰等［17］研究表明，秸稈連續(xù)多年還田后土壤容重降低更為顯著。本研究結(jié)果顯示，條帶耕作錯(cuò)位種植模式集秸稈還田和條帶深松于一體，連續(xù)種植4年后改善了0～40 cm土壤結(jié)構(gòu)，使土壤容重下降，孔隙度增加，其中，20～40 cm土層最為顯著，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高。

土壤全氮是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，代表著土壤能提供氮素的長期總量［18-19］，土壤堿解氮含量高低可以用來衡量土壤的供氮強(qiáng)度［20-22］。研究表明，免耕不覆蓋、免耕+秸稈覆蓋、傳統(tǒng)耕作+秸稈還田均可提高不同土壤有機(jī)碳和全氮含量［23］，秸稈還田處理不但可以提升表層土壤中有機(jī)質(zhì)含量和各養(yǎng)分含量［24］，也會(huì)使10～30 cm土壤有機(jī)碳、全氮、微生物量碳和微生物量氮含量顯著提高［25］。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)種植模式相比，條帶耕作錯(cuò)位種植模式連續(xù)種植4年可提高完熟期各土層土壤全氮和堿解氮含量，原因可能是條帶耕作錯(cuò)位種植模式下，秸稈連年還田為微生物的生存與活動(dòng)提供養(yǎng)料和能量，加速了微生物對秸稈的腐化率，秸稈中養(yǎng)分分解轉(zhuǎn)化到土壤中促進(jìn)土壤全氮的積累［2，26］。

本研究結(jié)果顯示，與常規(guī)等行距種植模式相比，條帶耕作錯(cuò)位種植模式0～40 cm土層的土壤容重降低，土壤孔隙度增加，增幅為7.5%～10.5%。條帶耕作錯(cuò)位種植模式提高了不同生育時(shí)期土壤全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)的含量，增幅分別為8.2%～23.1%、9.5%～28.9%、4.0%～6.3%。綜上所述，條帶耕作錯(cuò)位種植模式能夠改善土壤理化性狀。