鹽漬化土壤下不同深度粉壟耕作對(duì)水稻性狀及產(chǎn)量的影響

王 娟，馬玲芳，陳 萍，羅園園，康建宏，馬文禮

（1.寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，銀川 750000；2.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750000）

土壤鹽漬化是全世界面臨的共同問題，中國鹽堿土地總面積約為9.55×108hm2［1］，是重要的后備土地資源，分布在西北、華北、東北等地區(qū)。寧夏位于中國西北地區(qū)，屬于干旱及半干旱地區(qū)，降雨量少，土壤鹽漬化問題嚴(yán)重，寧夏銀北地區(qū)尤為嚴(yán)重。在土壤鹽漬化嚴(yán)重的地區(qū)，植物很難生存［2］，鹽堿土地存在嚴(yán)重抑制作物的生長發(fā)育、降低作物產(chǎn)量等多項(xiàng)負(fù)面影響。在鹽堿化嚴(yán)重的土壤中作物很難正常生長，存活率低。特別是雨季過后，土壤出現(xiàn)返鹽、板結(jié)，使得土壤變硬，作物出苗就變得異常艱難，出苗率低從而導(dǎo)致作物減產(chǎn)。因此，提升鹽漬化農(nóng)田的耕地質(zhì)量，改良耕地，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收是當(dāng)前亟需研究與解決的問題。

耕作方式對(duì)提升土壤質(zhì)量及促進(jìn)耕地可持續(xù)利用效果顯著，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及作物高產(chǎn)息息相關(guān)［3］。深耕可防止土壤壓實(shí)，改善土粒結(jié)構(gòu)，提高透水性，改善土壤性質(zhì)，保護(hù)水肥，減少鹽害［4］。中國北方主要的耕作方式為小型農(nóng)機(jī)淺旋，長期淺旋使土壤耕層變淺，犁底層上移等，導(dǎo)致作物根系難下扎，根莖類作物減產(chǎn)等后果。引進(jìn)新型耕作方式，可通過打破犁底層，降低土壤的緊實(shí)度，減少作物根系下扎時(shí)所受到的阻力，促使根系更好地吸收土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)及水分，對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)有重要作用。研究表明，深耕對(duì)土壤的理化性質(zhì)有著良好的改良作用［5，6］。范藝寬等［7］研究表明，增加土壤中團(tuán)聚體穩(wěn)定性有助于改善土壤板結(jié)。前人對(duì)于不同耕作方式下土壤理化性質(zhì)的研究頗多，對(duì)于鹽漬化土壤下不同深度粉壟耕作土壤理化性狀及產(chǎn)量變化的研究相對(duì)較少。本研究將探索鹽漬化土壤在不同粉壟深度對(duì)土壤理化性狀和水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素及產(chǎn)量的影響，旨在通過研究得出最適宜的粉壟深度，從而進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用，為寧夏銀北地區(qū)鹽漬化土地的改良提供參考。

粉壟深耕深松機(jī)簡稱“粉壟機(jī)”，是由廣西五豐機(jī)械有限公司在廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等多家科研院所協(xié)助下研發(fā)的新型農(nóng)機(jī)。較傳統(tǒng)犁耙碎地作業(yè)方式，粉壟機(jī)改用立式螺旋鉆頭，垂直旋轉(zhuǎn)切割土壤，深度可達(dá)30～60 cm，達(dá)到深耕深松、耕作后的土壤粉碎并自然懸浮成壟狀態(tài)，表面平整細(xì)碎，一次性即可完成整個(gè)耕作，此外粉壟機(jī)還可以通過調(diào)節(jié)鉆頭鉆深和更換鉆頭對(duì)耕作深度做出相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)不同作物的需求［8］。較傳統(tǒng)犁耕而言，粉壟耕作技術(shù)可加深、重構(gòu)耕作層，降低其密度，增加其疏松土壤數(shù)量和堿解氮、有效磷、有效鉀等多種土壤速效養(yǎng)分指標(biāo)［9］，有效擴(kuò)展土壤養(yǎng)分、水分和氧氣等“自然資源活庫”。粉壟耕作改變了土壤耕層結(jié)構(gòu)，提升了養(yǎng)分含量，使作物扎根更深，生長環(huán)境良好，進(jìn)而利于增加產(chǎn)量和改善品質(zhì)［10］。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021 年在寧夏平羅縣寧夏農(nóng)墾前進(jìn)農(nóng)場農(nóng)二隊(duì)一號(hào)地下段17 條西（106°E，38.6°N）進(jìn)行。試驗(yàn)地常年為鹽堿地，東西最長21 km，南北最寬17 km，土地面積41.2×105hm2。2021 年最新耕地面積13.7×105hm2，水稻種植面積9.9×105hm2。前進(jìn)農(nóng)場土壤鹽漬化程度較高，中度鹽漬化耕地面積在5.25×105hm2，pH 8.3；重度鹽漬化土地面積約2.25×105hm2，pH 8.9，土壤全鹽含量土壤取樣測量平均值也在12.3 g∕kg 左右。試驗(yàn)地為鹽堿灘，全鹽含量較重，有機(jī)質(zhì)含量偏低，地下水位高，水草雜生，連年種植水稻，土壤通透性差，保苗率低。試驗(yàn)地土壤理化性狀如表1 所示。

表1 供試土壤理化性狀

1.2 供試作物和試驗(yàn)機(jī)械

供試水稻品種為長粒優(yōu)117（全生育期120 d 左右），試驗(yàn)機(jī)械為粉壟機(jī)（型號(hào)ISGFX-210-2500）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，設(shè)置4 個(gè)粉壟深度，分別為60 cm（FL 60 cm）、50 cm（FL 50 cm）、40 cm（FL 40 cm）、30 cm（FL 30 cm），以傳統(tǒng)耕作為對(duì)照（CK，深度25 cm），共計(jì)5個(gè)處理。每個(gè)處理面積500 m2，試驗(yàn)區(qū)采用一次性控釋肥，推薦施肥量為N 216.00 kg∕hm2、P2O587.75 kg∕hm2、K2O 40.50 kg∕hm2。

3 月25 日對(duì)試驗(yàn)地進(jìn)行粉壟處理，整地后4 月7日進(jìn)行機(jī)械播肥，4 月15 日澆水稻地上水，4 月27 日進(jìn)行水稻撒種，7—8 月對(duì)水稻實(shí)施稻瘟病防治措施，水稻收獲期為10月中旬，其他管理同大田。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤理化性狀的測定 土壤物理性狀測定。在水稻試驗(yàn)地耕作前及收獲后，按五點(diǎn)取樣法分別采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3 個(gè)層次的土壤樣品，土樣混合后按四分法保留1 kg，經(jīng)風(fēng)干、除雜、研磨后用于養(yǎng)分測定。土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)分別使用堿解擴(kuò)散法、0.5 mol∕L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法、乙酸銨浸提-火焰光度法和重鉻酸鉀容量法-硫酸氧化法進(jìn)行測定。pH 和全鹽含量采用酸度計(jì)法、電導(dǎo)法分別測定土壤pH 和水溶性鹽含量。

土壤水分與土壤結(jié)構(gòu)測定。采用環(huán)刀法測定土壤的容重與孔隙度，采用鋁盒烘干法測定土壤含水量。

1.4.2 水稻生長發(fā)育指標(biāo) 水稻生長季，株高、莖粗及葉綠素含量分別用卷尺、游標(biāo)卡尺（艾瑞澤0～150 mm）、葉綠素儀（SPAD-502Plus）測定，其中水稻莖粗測定莖第一基部節(jié)中位置，功能葉葉綠素含量測定葉上、中、下3 個(gè)部位SPAD 平均值。

1.4.3 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 水稻收獲時(shí)先進(jìn)行理論測產(chǎn)，每個(gè)處理取3 個(gè)樣方，再晾曬、脫粒、稱重、測水分，進(jìn)行室內(nèi)測產(chǎn)和考種，折標(biāo)準(zhǔn)水分產(chǎn)量，再折算為單位產(chǎn)量，田間再按處理全部實(shí)收、實(shí)打、計(jì)產(chǎn)進(jìn)行復(fù)核。測產(chǎn)指標(biāo)包括株高、莖粗、穗長、枝梗數(shù)、穗粒數(shù)、空粒數(shù)、秕粒數(shù)、結(jié)實(shí)粒數(shù)、千粒重。

產(chǎn)量測定方法。水稻小區(qū)準(zhǔn)確丈量、計(jì)算收獲面積（計(jì)產(chǎn)面積），折算單位產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007 軟件錄入并整理數(shù)據(jù)；采用DPS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，方差分析選用Duncan新復(fù)極差法，并用SigmaPlot 12.5 及Excel 2007 軟件繪制數(shù)據(jù)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生長性狀指標(biāo)的變化

不同處理下水稻株高、莖粗及葉綠素含量變化趨勢如圖1 所示。由圖1 可以看出，不同粉壟深度下水稻株高在生長過程中整體長勢呈先快速增長到水稻成熟期（8 月4 日），后增長逐步變緩，到后期趨于平穩(wěn)。整體來看，F(xiàn)L 50 cm、FL 60 cm 水稻長勢最好，CK 水稻株高相對(duì)較弱，其他處理下水稻株高差別不大；其中FL 50 cm、FL 40 cm、FL 30 cm 、CK 4個(gè)處理莖粗生長趨勢一致，莖粗在8 月4 日達(dá)到最大，F(xiàn)L 60 cm 水稻莖粗最小，生長期莖粗整體變化趨勢呈先快速增加后趨于平緩；整體來看，各處理水稻功能葉葉綠素含量呈先增長再下降，整個(gè)變化趨勢符合植物葉綠素含量變化規(guī)律，其中CK 葉綠素含量相對(duì)較高，這可能與該處理水稻基本苗較其他處理稀疏、分蘗較少、水稻葉面光照更加充分有關(guān)，從水稻整個(gè)生長期來看，各處理下葉綠素含量相差不明顯。

圖1 不同處理下水稻株高、莖粗及葉綠素含量變化趨勢

2.2 水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素及產(chǎn)量變化

不同深度粉壟處理下水稻各生理指標(biāo)變化及其農(nóng)藝性狀均有所不同。從表2 水稻生長性狀及產(chǎn)量構(gòu)成要素來看，水稻株高由高到低依次為FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，可見各粉壟處理與CK 不粉壟處理之間在0.05 水平上存在顯著差異，粉壟處理下的株高均高于CK，F(xiàn)L 40 cm 與FL 30 cm 株高差異不顯著；水稻穗長各處理長短依次為FL 60 cm、FL 30 cm、FL 50 cm、FL 40 cm、CK，各粉壟處理與CK之間穗長存在顯著差異，F(xiàn)L 60 cm、FL 30 cm、FL 50 cm、FL 40 cm 穗長比CK 穗長分別長14%、8%、7%、3%；收獲穗數(shù)變化趨勢與株高、穗長相似，在0.05 水平上各粉壟處理與不粉壟處理CK之間存在顯著差異，且粉壟耕作深度越深單位穗數(shù)越大，F(xiàn)L 60 cm 單位穗數(shù)與其他粉壟處理之間存在顯著差異。整體來看，各粉壟處理與CK 在株高、穗長、收獲穗數(shù)上均存在顯著差異。

表2 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素及產(chǎn)量的影響

從表2 水稻產(chǎn)量來看，各處理水稻產(chǎn)量由高到低排列為FL 60 cm、FL 50 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，總體而言各粉壟處理下的水稻產(chǎn)量與CK 之間在0.05 水平上存在顯著差異，各粉壟處理間水稻產(chǎn)量也存在顯著差異，且隨著粉壟深度的增加水稻產(chǎn)量也相應(yīng)有所增加，本試驗(yàn)條件下FL 60 cm 產(chǎn)量達(dá)到最高值，為10 245.6 kg∕hm2，較CK（8 999.3 kg∕hm2）增產(chǎn)13.8%，F(xiàn)L 50 cm 增產(chǎn)8.2%，F(xiàn)L 40 cm 增產(chǎn)6.3%，F(xiàn)L 30 cm 增產(chǎn)5.2%?？梢姡S粉壟耕作深度增加，水稻增產(chǎn)效果明顯。

2.3 水稻種植前后土壤理化性狀及養(yǎng)分含量變化

2.3.1 水稻種植前后土壤理化性狀變化分析 分析不同粉壟深度處理下土壤全氮、有效磷、速效鉀、堿解氮、有機(jī)質(zhì)、pH 和全鹽及土壤容重變化情況，容重測量采取3層土壤，深度分別為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm。根據(jù)基礎(chǔ)土壤數(shù)據(jù)（表3）可知，在粉壟耕作之前，不同深度土壤容重存在差異，整體來說，土壤容重由低到高依次為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，土層深度越淺容重越低，土壤孔隙度越大，土壤也越松軟，水分越容易滲透，因此含水量也較高。

表3 播種前土壤各土層理化性狀情況

播種后不同土層深度下不同處理土壤理化性狀變化如圖2 所示。由圖2 可知，通過粉壟耕作后，土壤容重較播種前（表3）有所降低，表層土壤（0～20 cm）播種前容重為1.54 g∕m3，經(jīng)過粉壟處理后土壤容重低于播種前，CK 土壤容重基本與播種前土壤容重保持一致。其中，表層土壤容重由低到高依次為FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，可見各粉壟處理土壤容重有所降低，F(xiàn)L 50 cm 容重為1.49 g∕m3，降低最多；土壤總孔隙度變化趨勢與容重正好相反，F(xiàn)L 50 cm 土壤總孔隙度最大，整體變化趨勢由大到小依次為FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK；表層土壤田間持水量與土壤含水量變化總體趨勢一致，其中FL 50 cm 田間持水量與土壤含水量均最高，CK 最低。亞表層土壤（20～40 cm）各粉壟處理容重均低于對(duì)照（CK），其中FL 30 cm 容重最低，總孔隙度對(duì)照（CK）最低，說明土壤較堅(jiān)硬，粉壟處理下土壤較為松軟。深層土壤（40～60 cm）FL 60 cm 土壤容重、總孔隙度、土壤含水量、田間持水量均與CK 差異顯著（P＜0.05），F(xiàn)L 50 cm 田間持水量除與FL 60 cm 差異不顯著外，與其他處理間差異顯著。

圖2 播種后不同土層深度下不同處理土壤理化性狀變化

可見，隨粉壟深度的增加土壤容重變化明顯，F(xiàn)L 60 cm、FL 50 cm 處理容重較低，土壤總孔隙度較大，土壤含水量與田間持水量較高，粉壟耕作處理與對(duì)照存在一定差異，說明粉壟耕作能夠較好地改善土壤結(jié)構(gòu)，為作物生長發(fā)育提供良好基礎(chǔ)。

2.3.2 水稻種植前后土壤養(yǎng)分含量變化 由表4 可知，無論是播種前還是播種后，隨土壤深度的遞增，各處理除pH 有遞增趨勢外，其他如有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷等養(yǎng)分含量均隨著土壤深度的遞增有下降趨勢，表層土壤（0～20 cm）各粉壟處理下有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量與CK 差異顯著，其中FL 60 cm 的有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量最高，與其他處理之間差異顯著，F(xiàn)L 50c m 次之，CK 有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量最低；粉壟處理和CK 在有效磷、速效鉀含量上差異顯著。亞表層土壤（20～40 cm）FL 60 cm 有效磷、全鹽、pH與其他處理之間差異顯著，F(xiàn)L 50 cm 在有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全氮含量上具有優(yōu)勢，與其他處理差異顯著。深層土壤（40～60 cm）有機(jī)質(zhì)含量最高出現(xiàn)在FL 50 cm，有效磷、速效鉀、全氮含量最高在FL 60 cm，且與其他處理之間差異顯著，可見粉壟深度增加，能夠使土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生改善，土壤養(yǎng)分隨土壤耕作深度有下移趨勢。

表4 播種后不同處理下不同土層深度土壤養(yǎng)分含量變化

3 討論

本研究通過對(duì)不同耕作方式下水稻理化性狀、養(yǎng)分含量及產(chǎn)量變化等分析得到，傳統(tǒng)耕作方式與粉壟耕作方式相比，粉壟耕作具有使耕作土層土壤深厚，土壤容重降低，土壤含水量提高的特點(diǎn)，對(duì)土壤蓄水保墑的能力有較大貢獻(xiàn)。粉壟耕作使得土壤質(zhì)地更松軟、平整，土粒松梳、細(xì)碎，土壤養(yǎng)分更易釋放，有機(jī)質(zhì)含量增加，更利于作物種植。粉壟耕作后的土地不再需要其他處理，可直接進(jìn)行作物種植，較傳統(tǒng)耕作方式犁地、耙地再種植可有效減少整地工序及機(jī)械對(duì)土地的擾動(dòng)。

3.1 粉壟耕作對(duì)水稻生長性狀的影響

唐茂艷等［11］研究顯示，粉壟處理下葉綠素相對(duì)含量（SPAD）極顯著高于常規(guī)耕作，葉片凈光合速率高，且持綠時(shí)間長，利于光合同化物的生產(chǎn)積累，與本研究結(jié)果相反，從葉綠素含量整體變化來看，各處理隨著水稻生長進(jìn)程整體變化均為葉綠素含量呈先增長再下降趨勢，變化趨勢符合植物葉綠素含量隨生長時(shí)期變化規(guī)律，其中CK 葉綠素含量相對(duì)較高，究其原因可能與對(duì)照水稻基本苗較其他處理稀疏、分蘗較少、水稻葉面光照更加充分有關(guān)，后期可做進(jìn)一步研究。

3.2 粉壟耕作對(duì)土壤容重、含水量等理化性狀的影響

李軼冰等［12］研究認(rèn)為，粉壟耕作后土壤易于調(diào)用深層水分，土壤調(diào)蓄水分更通暢。劉江漢等［13］研究表示，粉壟耕作可有效降低0～45 cm 土層土壤容重，提高土壤含水量，增加土壤孔隙度。FL 45 cm 在0～45 cm 土層孔隙度增幅效果最為顯著。本研究中粉壟處理后的土壤水分、孔隙度均顯著提升、容重下降明顯，說明粉壟隨深度增加效果越明顯，本試驗(yàn)中FL 60 cm 土層孔隙度增幅效果最為顯著，與劉江漢等［13］的研究結(jié)果趨勢相符。分析原因可能是粉壟耕作深度較深，深層土壤孔隙度提高，水分滲透更通暢，使得土壤環(huán)境得到改善，深層土壤含水量顯著提高，土層深處土壤環(huán)境較好，使底層土壤養(yǎng)分能夠被較好吸收與利用，從而改善鹽堿化土壤。這也與楊博等［14］的研究粉壟耕作0～40 cm 深度土壤可顯著降低pH 的結(jié)論相符。

3.3 粉壟耕作對(duì)水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收影響

聶勝委等［15］研究發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作能夠增加小麥、玉米兩季作物產(chǎn)量，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，適當(dāng)增加耕作層的厚度更有助于小麥產(chǎn)量的提高。韋本輝等［16］研究表明，粉壟栽培技術(shù)可以增加馬鈴薯的產(chǎn)量，并提高商品薯的比例。本研究也發(fā)現(xiàn)粉壟耕作處理下土壤養(yǎng)分含量有所增加，特別是有機(jī)質(zhì)含量增加明顯。粉壟耕作處理水稻產(chǎn)量明顯高于CK。特別是水稻收獲穗數(shù)、千粒重等指標(biāo)，F(xiàn)L 60 cm、FL 50 cm 較CK 有顯著提高。粉壟耕作后土壤結(jié)構(gòu)得到明顯改善，提高了土壤養(yǎng)分含量，更好促進(jìn)水稻養(yǎng)分吸收，進(jìn)而促進(jìn)水稻增產(chǎn)，本研究結(jié)果與韋本輝等［16］粉壟栽培技術(shù)可以增加作物產(chǎn)量的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

鹽漬化土壤下不同粉壟耕作深度對(duì)水稻理化性狀及產(chǎn)量影響試驗(yàn)效果顯著，本研究FL 60 cm 產(chǎn)量達(dá)到最高，為10 245.6 kg∕hm2，較CK（8 999.3 kg∕hm2）增產(chǎn)13.8%，F(xiàn)L 50 cm 次之，增產(chǎn)效果顯著。隨著機(jī)械粉壟深度的增加，土壤總孔隙度增大，土壤容重隨著土壤深度呈降低趨勢，F(xiàn)L 60 cm 土壤容重下降明顯，經(jīng)過粉壟處理的土壤含水量、總孔隙度、土壤養(yǎng)分含量較對(duì)照均有所增加，深層土壤下有機(jī)質(zhì)含量最高出現(xiàn)在FL 50 cm，有效磷、速效鉀、全氮含量最高在FL 60 cm。通過研究結(jié)果可知，粉壟耕作對(duì)鹽漬化土壤質(zhì)量具有一定改善作用，能夠達(dá)到增產(chǎn)增收效果。