基于冬小麥土壤含水率分析的河南省舞陽縣保護(hù)性耕作模式

白衛(wèi)衛(wèi) 張艷華 徐振豪 黃振輝 郗昊 馮玉曉

摘 要： 保護(hù)性耕作是提高土壤蓄水保墑能力、增加作物產(chǎn)量的重要措施之一。長期試驗(yàn)監(jiān)測了不同耕作層土壤含水率及冬小麥作物生長變化，分析不同土壤耕作層的水分變化對作物生長的影響，對比保護(hù)性耕作模式與傳統(tǒng)耕作模式的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，探索了適宜河南省舞陽縣秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作技術(shù)模式。結(jié)果表明，隨著保護(hù)性耕作技術(shù)實(shí)施年份的增加，作物的生長環(huán)境及旱澇情況呈現(xiàn)不同效果，深松作業(yè)模式下耕深10～20 cm 的土壤含水率最大，達(dá)到15.3%；對潮土的影響次之。深松免耕播種模式耕深0～10 和10～20 cm 的土壤含水率平均值分別為14.2% 和16.1%。不同的作業(yè)模式對砂姜黑土的影響最小，作物的次生根數(shù)量大，根系發(fā)達(dá)長約12.5 cm，平均分蘗7.3 個(gè)，并且個(gè)體均勻。說明實(shí)施保護(hù)性耕作的冬小麥，年限越長，土壤水分和增產(chǎn)效果越顯著。

關(guān)鍵詞：保護(hù)性耕作；深松整地；秸稈覆蓋還田；土壤含水率；冬小麥

中圖分類號：S512文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：2095-1795（2023）11-0133-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.11.025

0 引言

目前，耕地質(zhì)量的退化和耕地總量的下降對我國糧食生產(chǎn)安全造成重要影響，同時(shí)土地的過度開墾使得耕地資源加速惡化，溫室氣體的排放加劇氣候變暖的進(jìn)程[1-2]。長期采用翻耕、免耕、深松耕等任何單一耕作措施均會(huì)對土壤特性產(chǎn)生不利影響，極容易造成犁底層變厚，土壤養(yǎng)分分布不均衡等問題；合理的耕作方式可以改良土壤物理性狀、改善作物生長條件、更好地滿足作物需求及提高作物產(chǎn)量[3-5]。不同的耕作方式各有其優(yōu)勢，如深松作業(yè)可以有效打破犁底層、改善土壤環(huán)境、增加土壤持水量、提高作物水分利用效率及改善作物出苗率[6-12]。有研究表明，不同的地區(qū)、作業(yè)季節(jié)所采取的耕作模式會(huì)對作物產(chǎn)生較大影響[13-15]。所以需要根據(jù)地區(qū)實(shí)際，對適宜地區(qū)的耕地模式進(jìn)行探究，因地制宜開展土地耕作。舞陽縣位于河南省中南部，中心位置約在東經(jīng)113.5°、北緯33.2°，屬溫?zé)釒Ъ撅L(fēng)型大陸性氣候。2010—2022 年連續(xù)實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)，取得了明顯成效。本研究選取舞陽縣有代表性的黃褐土、砂姜黑土、褐土和潮土4 種土壤進(jìn)行耕作試驗(yàn)，記錄分析0～10 和10～20 cm 兩種耕深土壤含水率、作物根系、分蘗情況及作物生長過程數(shù)據(jù)和狀態(tài)，以此探究不同的土壤環(huán)境下適宜的耕作模式，為糧食增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)增效提供支撐。

1 材料與方法

在舞陽縣南部崗區(qū)的黃褐土區(qū)、中部的砂姜黑土與潮土區(qū)及北部的潮土與褐土區(qū)3 大區(qū)域，根據(jù)農(nóng)機(jī)化示范園區(qū)所處的位置，選擇具有代表性的保和鄉(xiāng)、蓮花鎮(zhèn)、北舞渡鎮(zhèn)和吳城鎮(zhèn)4 個(gè)示范園區(qū)，采用不同作業(yè)模式對比（表1），分別對不同耕作層取樣調(diào)查土壤水分和作物生長情況。開展不同耕層土壤的含水率、不同耕作模式冬小麥的出苗率，不同耕作模式冬小麥作物根系和生長情況，以及小麥的分蘗情況。

2 結(jié)果與分析

對試驗(yàn)地塊不同耕作層土壤含水率和冬小麥作物生長期的數(shù)據(jù)采集記錄，對比分析不同耕作模式對于作物生長的影響，總結(jié)作業(yè)規(guī)律，為后期的農(nóng)耕作業(yè)提供指導(dǎo)。

由表2 可知，T1 模式耕深0～10 cm 沙姜黑土的土壤含水率優(yōu)于其他3 種模式；耕深10～20 cm 潮土的土壤含水率優(yōu)于其他3 種模式。舞陽縣每年降水量多集中在7—9 月，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，示范園區(qū)保護(hù)性耕作地塊的土壤含水率明顯高于舞陽縣的平均值3 個(gè)百分點(diǎn)，耕深0～10 cm 表層土壤含水率較高，優(yōu)勢比較明顯。特別是T1 模式下不同土壤含水率優(yōu)于其他3 種模式，作物根系發(fā)育等情況表現(xiàn)明顯。

由表3 可知，CK 模式冬小麥的出苗率大于其他3種模式，CK 模式出苗群體過大，在適墑高溫的情況下，植株較高，有旺長情況的較多。在2 月調(diào)查期間多已覆蓋嚴(yán)地面，蟲害較多。出苗率的高低不作為保護(hù)性耕作技術(shù)模式優(yōu)勢的依據(jù)。

由表4 可知，CK 模式冬小麥作物根系次生根數(shù)量平均9.5 個(gè)，并且根系較瘦弱，分蘗數(shù)最多但是小蘗較多后期不成穗，特別是遇干旱情況下分蘗會(huì)逐漸發(fā)黃死亡。T1 模式次生根數(shù)量大，根系發(fā)達(dá)，根系長約12.5 cm；T2 模式次生根數(shù)平均10.5 個(gè)，根系發(fā)達(dá)，根系長約6.5 cm；T3 模式次生根數(shù)平均10 個(gè)，其根系發(fā)育與T1 和 T2 模式相比稍差些，但表現(xiàn)不明顯。T1、T2和T3 模式作物的分蘗平均都在4 個(gè)，主莖平均6 葉、株高25 cm，莖稈粗壯基本上后期都能成穗。

由表5 和圖1 可知，保護(hù)性耕作模式與傳統(tǒng)耕作模式越冬后期小麥生長情況相比有5 個(gè)方面優(yōu)勢。

（1）分蘗較壯且勻。保護(hù)性耕作模式的麥苗平均分蘗7 個(gè)，個(gè)體均勻，傳統(tǒng)耕作模式的麥苗平均分蘗6 個(gè)，而且較瘦弱。

（2）根系發(fā)育較好。保護(hù)性耕作模式的麥苗次生根平均12.2 個(gè)，根系相對扎的較深；傳統(tǒng)耕作模式的麥苗次生根平均6 個(gè)。

（3）土壤含水率較高。保護(hù)性耕作模式的土壤含水率13.3%，其中深松地塊明顯較高，為13.8%，傳統(tǒng)耕作模式麥田的土壤含水率12%。

（4）葉尖枯黃長度和完全干枯個(gè)數(shù)。保護(hù)性耕作模式明顯少于傳統(tǒng)耕作模式。

（5）從整體外觀上看，傳統(tǒng)耕作模式麥苗枯黃程度較為嚴(yán)重，播量多、群體大，并且由于長期用傳統(tǒng)耕作模式，田塊的伏脊、山溝明顯，麥苗長勢不均。

由表6 和圖2 可知，保護(hù)性耕作模式與傳統(tǒng)耕作模式返青期小麥生長情況相比有5 個(gè)方面優(yōu)勢。

（1）分蘗較多。保護(hù)性耕作模式麥苗平均分蘗7.3 個(gè)，個(gè)體均勻、發(fā)育良好，只有平均0.75 個(gè)的較小麥苗。傳統(tǒng)耕作模式的麥苗平均分蘗6.7 個(gè)，并且瘦弱枯死的麥苗較多，平均2.6 個(gè)。

（2）根系發(fā)育較好。保護(hù)性耕作模式麥苗次生根平均18.2 個(gè)，根系相對扎的較深；傳統(tǒng)耕作模式的麥苗次生根平均10.2 個(gè)。

（3）土壤含水率較高。保護(hù)性耕作模式麥田的土壤含水率14.3%。其中深松地塊土壤含水率明顯較高，為14.7%，傳統(tǒng)耕作模式麥田的土壤含水率13.9%。

（4）葉尖枯黃長度和完全干枯個(gè)數(shù)。保護(hù)性耕作模式明顯少于傳統(tǒng)耕作模式的麥田。

（5）從整體外觀上看，保護(hù)性耕作模式麥田長勢較好，顏色深綠，個(gè)體強(qiáng)壯；傳統(tǒng)耕作模式麥田枯黃程度較為嚴(yán)重，并且瘦弱枯死的植株多，平均占2.6 個(gè)，麥苗弱而高，由于長期用傳統(tǒng)耕作模式，田塊的伏脊、山溝明顯，長勢不均。

3 討論

3.1 耕作模式對土壤含水率的影響

通過對舞陽縣南部崗區(qū)、中部澧河沿澧河岸壤土區(qū)，以及北部泥河洼、閆灣、玉皇廟等部分示范園區(qū)采樣，進(jìn)行結(jié)果分析。

（1）南部崗區(qū)黃褐土耕深0～20 cm 土壤含水率平均14.2%，其中，0～10 cm 土壤含水率13.1%，10～20 cm 土壤含水率15.3%。夏秋兩季深松耕作模式土壤含水率15.8%，免耕播種模式土壤含水率13.2 %，傳統(tǒng)耕作模式土壤含水率13.7%，相比之下深松地塊分別高于其他兩種模式2.6 和2.1 個(gè)百分點(diǎn)。

（2） 中部沙姜黑土0～ 20 cm 土壤平均含水率13.4%。夏季深松地塊土壤含水率13.2%；免耕播種的土壤含水率13.6%；常規(guī)播種的土壤含水率12.4%。相比之下，深松、免耕播種地塊0～20 cm 土壤含水率比常規(guī)模式分別高0.8 和1.2 個(gè)百分點(diǎn)。

（3）北部潮土0～20 cm 土壤平均含水率15.3%，其中，0～10 cm 土壤含水率14.4%，10～20 cm 土壤含水率16.1%。夏季深松地塊土壤含水率15.4%，深翻腐熟劑常規(guī)播種的土壤含水率15.1%。深松、免耕地塊比深翻常規(guī)播種的土壤含水率高0.3 個(gè)百分點(diǎn)。

（4）北部褐土0～20 cm 土壤平均含水率14.2%，其中，0～10 cm 土壤含水率13.7%，10～20 cm 土壤含水率14.5%。秋季深松地塊土壤含水率為13.8%，免耕播種的土壤含水率14.6%， 常規(guī)播種的土壤含水率14.1%。相比之下，深松、免耕播種地塊0～20 cm 土壤含水率比常規(guī)模式高?0.3 和0.5 個(gè)百分點(diǎn)。

（5） 全縣示范園區(qū)平均含水率14.4%， 其中，0～10 cm 土壤平均含水率13.4%，10～20 cm 土壤含水率15.3%。南部崗區(qū)土壤含水率14.3%，中部園區(qū)土壤含水率14.7%，北部泥河洼治洪區(qū)土壤含水率15.4%。

夏季深松地塊土壤平均含水率15.7%；秋季深松地塊土壤平均含水率14.7%； 免耕播種的土壤平均含水率14.3%；常規(guī)播種的土壤平均含水率13.7%。在連續(xù)60多d 沒有降雨過程中根據(jù)監(jiān)測，全縣土壤平均含水率12%。其中， 0～ 10 cm 土壤平均含水率9.6%， 10～20 cm 土壤含水率14.3%。

從以上數(shù)據(jù)看出，機(jī)械化示范園區(qū)實(shí)施保護(hù)性耕作模式的地塊土壤含水率明顯高于舞陽縣的平均值，特別是耕深0～10 cm 表層土壤含水率較高，優(yōu)勢明顯。根據(jù)多年的實(shí)踐與分析，總結(jié)出一套適宜舞陽縣的保護(hù)性耕作模式，即玉米聯(lián)合收獲→秸稈覆蓋還田（離田）→深松（2～3 年/次）→免耕施肥播種→機(jī)械化植保→小麥聯(lián)合收獲，并形成可推廣、可復(fù)制的技術(shù)規(guī)程和技術(shù)路線。

3.2 耕作模式對小麥長勢的影響

從小麥現(xiàn)階段長勢、分蘗情況看，并無明顯差別。具體差別：傳統(tǒng)耕作模式的麥田出苗率較高，但群體過大，在適墑高溫的情況下，植株較高，旺長情況較多，分蘗時(shí)多已覆蓋嚴(yán)地面，蟲害較多。如在南部崗區(qū)的某塊地中，只有其中傳統(tǒng)耕作模式麥田發(fā)生蚜蟲，其他保護(hù)性耕作模式的地塊都沒有。保護(hù)性耕作模式小麥植株健壯，根系發(fā)育較深、次生根較多，但有個(gè)別地塊由于機(jī)手操作原因出苗不好。主要原因：一是播種過深；二是由于田間有大土塊和塊田有多年形成的伏脊，用平滾免耕播種機(jī)播種時(shí)一邊壓不實(shí)而出現(xiàn)了缺苗斷壟現(xiàn)象。保護(hù)性耕作模式除了機(jī)手操作原因外，最主要的是小型拖拉機(jī)播種后土壤鎮(zhèn)壓不實(shí)，容易形成種子棚架，冬小麥后期生長出現(xiàn)凍害和死苗現(xiàn)象，這種情況并非是保護(hù)性耕作導(dǎo)致的。

3.3 氣象條件的影響

根據(jù)氣象信息，舞陽縣每年的降水量比較適中，多集中在7—9 月，歷年平均降水量743.2～845.2 mm。2010 年4 季度全市降水總量僅3.1 mm，與往年同期平均值相比減少100 mm，10 月以來漯河市基本沒有有效降雨，降雨量比常年同期減少8 成左右。截至12 月底，耕深0～ 10 cm 土壤含水率多在12% 以下； 耕深10～20 cm 土壤含水率15%～16%。2011 年2 月3 日，針對近4 個(gè)月來舞陽縣一直未有明顯降雨的情況，對園區(qū)內(nèi)的個(gè)別地塊進(jìn)行了含水率測試，結(jié)果表明，深松地塊的抗旱能力明顯好于未實(shí)施過深松直接免耕播種的地塊， 土壤含水率較高。夏季深松地塊耕深0～10 cm 土壤含水率10.7%，耕深10～20 cm 土壤含水率15.3%；秋季深松地塊耕深0～10 cm 土壤含水率10.1%，耕深10～20 cm 土壤含水率11.4%；未實(shí)施過深松直接免耕播種的地塊，耕深0～10 cm 土壤含水率7.5%，耕深10～20 cm 土壤含水率12.3%。0～10 cm表層土含水率下降較多，由2022 年12 月測量的12.1% 下降到7.5%，下降了4.6 個(gè)百分點(diǎn)。而夏季深松和秋季深松的地塊表層土的含水率較上年12 月測量數(shù)值分別下降了3.4 和4.6 個(gè)百分點(diǎn)。2021 年舞陽縣秋季（7—9 月）遭遇特殊年份降雨，平均降水量229 mm。根據(jù)調(diào)查南部崗區(qū)和北部農(nóng)機(jī)化示范園區(qū)都出現(xiàn)不同程度的澇災(zāi)，但深松地塊地表沒有出現(xiàn)過積水現(xiàn)象，雨水下滲速度較快，20～30 cm 蓄水量最大，含水率達(dá)30%；中部地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重澇災(zāi)，沒有深松的地塊表層出現(xiàn)徑流，耕作層嚴(yán)重板結(jié)。

3.4 效益分析

3.4.1 經(jīng)濟(jì)效益

小麥播種過程投入按2022 年連片作業(yè)價(jià)格計(jì)算。傳統(tǒng)耕作模式：種子1 350 元/hm2、化肥1950 元/hm2，還田2 遍750 元/hm2， 犁、耙地675 元/hm2， 播種600 元/hm2（不含施肥），合計(jì)共5 325 元/hm2。保護(hù)性耕作模式（以T1 模式為例）：種子1 350 元/hm2，化肥1950 元/hm2，秸稈還田2 遍750 元/hm2，免耕施肥播種750 元/hm2，合計(jì)共4 800 元/hm2。保護(hù)性耕作模式比傳統(tǒng)耕作模式在播種時(shí)投入少525 元/hm2，全縣保護(hù)性耕作總面積1.66 萬hm2，共節(jié)約成本875 萬元。此外，保護(hù)性耕作模式與傳統(tǒng)耕作模式相比，就小麥播種而言，至少可減少農(nóng)機(jī)進(jìn)地次數(shù)2 次，可節(jié)油約45 L/hm2，以2022 年為例實(shí)施保護(hù)性耕作面積1.66 萬hm2，可節(jié)油75 萬L，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3.4.2 社會(huì)效益

相比傳統(tǒng)耕作模式下冬小麥保護(hù)性耕作模式的社會(huì)效益主要表現(xiàn)在以下3 方面。一是保護(hù)性耕作省時(shí)、省工，節(jié)約45～75 工時(shí)/hm2，促進(jìn)了農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移。二是保護(hù)性耕作模式促進(jìn)了農(nóng)機(jī)具的升級換代，提高了農(nóng)機(jī)裝備水平，提高了作業(yè)效率。三是經(jīng)過對從事小麥免耕播種作業(yè)機(jī)手的調(diào)查，大部分機(jī)手的玉米、小麥免耕播種作業(yè)量平均23.33 hm2，玉米播種作業(yè)600 元/hm2、小麥播種作業(yè)750 元/hm2，毛收入3 萬元以上，2～3 年即可收回機(jī)具的投入成本。

3.4.3 生態(tài)效益

一是有效減少耕地的風(fēng)蝕、水蝕。通過試驗(yàn)對比分析，保護(hù)性耕作模式比傳統(tǒng)耕作模式減少揚(yáng)塵60%，減少水蝕80% 左右。二是提高土壤含水率。試驗(yàn)測試結(jié)果顯示，保護(hù)性耕作模式比傳統(tǒng)耕作模式土壤含水率有明顯提高，年均提高0.933%～0.467%。三是提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)。保護(hù)性耕作模式把大量秸稈通過覆蓋的方式還田，秸稈腐爛后可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量并改善結(jié)構(gòu)。而且覆蓋層阻滯了養(yǎng)分揮發(fā)和肥沃表土被水徑流沖走，測試表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量年增加0.020%～0.047%。四是減少秸稈焚燒，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。既給秸稈的利用找到了出路，充分利用了資源，還有效抑制了秸稈焚燒，減少環(huán)境污染，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。五是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。保護(hù)性耕作技術(shù)是一種新型耕作技術(shù)，可有效減少土壤風(fēng)蝕、水蝕、防止水土流失；秸稈覆蓋，可減少水分蒸發(fā)和保蓄更多天然降水，有效減少地下水消耗；覆蓋的秸稈腐爛可增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，培肥地力；秸稈覆蓋還田，可防止秸稈焚燒，減少環(huán)境污染。保護(hù)性耕作技術(shù)的示范應(yīng)用，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語

通過對保護(hù)性耕作技術(shù)的試驗(yàn)對比分析，相比傳統(tǒng)耕作模式和免播種作業(yè)對比，機(jī)械化示范園區(qū)實(shí)施保護(hù)性耕作地塊的土壤含水率明顯高于舞陽縣的平均值，特別是耕深0～10 cm 表層土壤含水率較高，優(yōu)勢明顯。夏季深松地塊耕深0～20 cm 土壤含水率13.5%；秋季深松地塊0～20 cm 土壤含水率10.75%；未實(shí)施過深松直接免耕播種地塊，耕深0～20 cm 土壤含水率9.9%，比夏季實(shí)施保護(hù)性耕作下降了3.6 個(gè)百分點(diǎn)。而夏季深松和秋季深松地塊表層土壤含水率較2021 年12 月測量數(shù)值分別下降了3.4 和4.6 個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)多年的實(shí)踐與分析，總結(jié)出一套適宜舞陽縣的保護(hù)性耕作模式玉米聯(lián)合收獲→秸稈覆蓋還田（離田）→深松（2～3 年/次）→免耕施肥播種→機(jī)械化植保→小麥聯(lián)合收獲，并形成可推廣、可復(fù)制的技術(shù)規(guī)程和技術(shù)路線。

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