深松耕作和不同灌水量對通遼蘇打鹽堿地土壤理化性狀和玉米產(chǎn)量的影響

王本龍 周春生 海珍 婁雨欣

摘要：為解決通遼蘇打鹽堿地土壤耕層變淺、理化性狀惡化、產(chǎn)量低下等問題，基于通遼市科左中旗鹽堿試驗地，設(shè)置僅旋耕+2 100 m3/hm2灌水量（CK）、深松+1 500 m3/hm2灌水量（A1）、深松+2 100 m3/hm2灌水量（A2）、深松+2 700 m3/hm2 灌水量（A3）4組處理，比較深松耕作和不同灌水量對于通遼蘇打鹽堿地土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率、全鹽量及玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，相較于傳統(tǒng)旋耕，深松耕作能夠打破犁底層，播種前20～40 cm土層中，A1、A2、A3處理的土壤含水量較CK分別增加了-14.41%、23.42%、37.84%；收獲后0～5、5～10、10～20 cm土層中，A2和A3處理的土壤pH值較CK分別降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%，而A1處理較CK明顯升高；收獲后0～5、5～10、10～20 cm土層中，A1、A2、A3處理的電導(dǎo)率較CK明顯降低，多數(shù)差異達(dá)顯著水平（P<0.05）；收獲后0～40 cm土層中，A1、A2、A3處理的全鹽量較CK明顯降低，多數(shù)差異達(dá)顯著水平；在玉米的產(chǎn)量構(gòu)成要素中，A1、A2、A3處理的穗長、十穗鮮質(zhì)量、穗周長、軸質(zhì)量、縱向籽粒數(shù)、百粒鮮質(zhì)量、百粒干質(zhì)量和玉米產(chǎn)量較CK均有明顯提升，其中以玉米產(chǎn)量提升最為顯著，較CK分別提升了32.12%、27.98%、63.18%。深松耕作能夠有效打破土壤犁底層，配合合理灌水量能夠顯著降低耕作層土壤鹽分，同時大幅提升玉米產(chǎn)量。綜上所述，深松耕作配合 2 700 m3/hm2 灌溉量（A3）為本試驗鹽堿地玉米種植的適宜處理。對于合理確定通遼鹽堿地深松方案具有一定技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：深松耕作；蘇打鹽堿地；玉米產(chǎn)量；灌水量

中圖分類號：S156.4；S513.04? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）03-0247-07

蘇打鹽堿地作為一種中低產(chǎn)農(nóng)田，在對生態(tài)造成嚴(yán)重影響的同時，也遏制了農(nóng)村農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。土壤鹽堿化使得土壤的理化性狀發(fā)生惡化，致使土壤板結(jié)［1］、滲透性差［2］、水鹽運(yùn)動受阻［3］。大片土地因此荒廢無法種植作物，嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，因此，如果能夠找出有效的治理措施，將大大緩解農(nóng)業(yè)用地壓力和促進(jìn)農(nóng)村農(nóng)業(yè)發(fā)展。深松作為保護(hù)性耕作的關(guān)鍵措施，可以增強(qiáng)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，改善土壤緊實度［4］，提升水分利用效率以及土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［5］，提升土壤生產(chǎn)力［6］。深松是構(gòu)建合理耕層結(jié)構(gòu)的有效改良技術(shù)，鄭培峰等研究發(fā)現(xiàn)，40 cm深松可以明顯提升土壤水分含量，延長綠葉期［7］；齊鵬等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作能顯著提升地上生物量，同時顯著降低根、葉的氮磷比［8］；焦鳳麗研究發(fā)現(xiàn)，深松35 cm結(jié)合拔節(jié)期灌溉60 mm處理可明顯提升華北平原冬小麥碳排放效率和水分利用效率［9］。張凱等研究發(fā)現(xiàn)，相較于常規(guī)旋耕，深松處理使0～40 cm土層平均土壤容重降低5.0%，土壤孔隙度增加6.9%，田間持水量增加6.2%，飽和含水量增加6.2%［10］。表明深松耕作可以有效改善土壤性狀，并提升水分利用效率。通遼蘇打鹽堿地存在土壤結(jié)構(gòu)差、高pH值、高鹽含量等問題，玉米因為具有一定的耐鹽堿性，成為了當(dāng)?shù)氐闹饕魑?，但是多年連作和傳統(tǒng)旋耕導(dǎo)致玉米產(chǎn)量連年下降。本試驗通過與常規(guī)旋耕相比，研究深松耕作和不同灌水量對通遼蘇打鹽堿地土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率、全鹽量的影響，因地制宜地探尋出一種適合當(dāng)?shù)氐纳钏筛髂Ｊ?，實現(xiàn)土壤的良性生產(chǎn)，改善蘇打鹽堿地的土壤性狀，提升玉米產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入，為深松耕作在蘇打鹽堿地上的改良提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科左中旗花吐古拉鎮(zhèn)三家子村，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。春季回暖快，多風(fēng)沙；夏季雨熱同步，雨量集中；秋季短促，降溫快；冬季干冷漫長。地理坐標(biāo)為122°08′59″E，43°49′51″N，高程178.444 m，全年日照時數(shù)2 891.7 h，年平均降水量269.7 mm，年平均蒸發(fā)量 2 027 mm，年平均氣溫為5.6 ℃。試驗區(qū)土壤基本理化性質(zhì)詳見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計4個試驗小區(qū)（表2），試驗區(qū)總面積為 7 000 m2。CK、A1、A2、A3試驗小區(qū)面積分別為252.0、927.3、1 816.7、1 149.3 m2。耕作前施底肥：腐熟牛糞5 m3/667 m2、硅肥15 kg/667 m2、腐殖酸15 kg/667 m2、尿素40 kg/667 m2、磷酸二銨 40 kg/667 m2。耕作方式為深松，耕作深度為 40 cm。深松耕作后進(jìn)行聯(lián)合整地整平。試驗玉米品種為京科969，大小壟種植，大壟寬80 cm、小壟寬40 cm，于2019年4月20日播種，種植密度 5 000 株/667 m2，在2019年10月14日收獲，結(jié)合內(nèi)蒙古自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)DB15/T 1382—2018《露地玉米淺埋滴灌技術(shù)規(guī)程》，按生育期進(jìn)行設(shè)計灌水次數(shù)及灌溉定額，灌溉制度詳見表3。

1.3 測定指標(biāo)及方法

分別在玉米播前、生育期、收獲后使用土鉆進(jìn)行取樣，取樣點布置在垂直滴灌帶方向上，距滴灌帶中心15 cm處，取樣點在實驗處理小區(qū)的中央。取樣深度為0～40 cm，縱向間隔為0～5、5～10、10～20、20～40 cm。取樣后帶到內(nèi)蒙古財經(jīng)大學(xué)資源環(huán)境監(jiān)測試驗室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測。室內(nèi)主要測定土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率、全鹽量。利用烘干法測定土壤含水量［11］。用PHS-3C型pH計測定pH值；用DDSJ-308A電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率；用殘渣烘干法測定可溶性全鹽含量［12］。玉米產(chǎn)量測定時，成熟期在各小區(qū)中心5 m×5 m的區(qū)域采樣用于考種，考查穗長、穗鮮質(zhì)量、穗周長、軸質(zhì)量、縱向籽粒數(shù)、橫向籽粒數(shù)、百粒鮮質(zhì)量、百粒干質(zhì)量。各試驗小區(qū)按實收穴數(shù)計產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel和Origin 2022等軟件進(jìn)行分析處理，用IBM SPSS Statistics 27.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松和灌水量對土壤含水量的影響

由表4可知，深松耕作和不同灌水量對土壤含水量有明顯影響。深松耕作后土壤容積質(zhì)量降低，增加了土壤孔隙，土壤疏松透氣，土壤含水量也隨之發(fā)生變化。種植前，深松耕作后土壤疏松犁底層被打破，表層0～20 cm土層的土壤水分失墑較快。0～5 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低66.67%、89.08%、89.66%；5～10 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低72.22%、50.00%、47.22%；10～20 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低87.78%、90.00%、84.44%；20～40 cm土層土壤含水量較CK分別提高-14.41%、23.42%、37.84%；深松處理與CK相比，播種前0～40 cm土層的土壤含水量均達(dá)到顯著差異水平。收獲后，不同深松灌水量處理相較于CK呈現(xiàn)不同變化，0～5 cm 土層土壤含水量較CK分別提升1.89%、-28.3%、5.66%；5～10 cm土層土壤含水量較CK分別提升-6.50%、-8.94%、4.07%；10～20 cm土層土壤含水量較CK分別提升-10.21%、-5.11%、5.11%；20～40 cm土層土壤含水量較CK分別提升-21.42%、-27.97%、1.79%。播種前深松耕作有效打破了土壤犁底層，表層土壤水分能夠滲入深層土壤，鹽分隨著水分向深層土壤運(yùn)移，有利于土壤進(jìn)行排堿脫堿。收獲后，CK在0～40 cm土層的土壤含水量明顯高于A1和A2處理（0～5 cm土層的A1處理除外），原因可能是在同等灌水量下，深松耕作打破了土壤犁底層，土壤疏松多孔，水分向更深層土壤滲入，同時玉米植株發(fā)育成熟，所需水分增加。

2.2 深松和灌水量對土壤pH值的影響

圖1為整個生育期內(nèi)不同處理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土層的土壤pH值變化，由圖1可以看出，在出苗期（4月27日），CK在0～40 cm土層的土壤pH值明顯高于深松處理；不同處理0～40 cm土層的土壤pH值在生育期結(jié)束時基本都小于生育期開始時。圖2為收獲后不同處理土壤pH值變化，由圖2可知，A2、A3處理較CK不同程度地降低了土壤pH值，收獲后0～20 cm的土層中，A1處理的pH值較CK有明顯提升，增幅分別為1.51%、1.42%、0.83%，A1處理的pH值峰值集中在0～5 cm土層中，可能是A1處理灌水量較低，為1 500 m3/hm2，較低的灌水量沒有多余的水分將鹽分向深層運(yùn)移，因此鹽堿在該層間聚集，導(dǎo)致該土層pH值較高。0～10 cm土層中，A2、A3處理的土壤pH值均顯著低于CK，A2、A3處理在0～20 cm土層的pH值較CK分別降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%，說明深松耕作搭配合理灌水量可顯著降低耕層土壤pH值。

2.3 深松和灌水量對土壤電導(dǎo)率的影響

圖3為整個生育期不同處理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土層土壤電導(dǎo)率的變化，由圖3可以看出，CK、A2處理、A3處理各土層在生育期間內(nèi)電導(dǎo)率相對較均勻，差異較小。圖4為收獲后不同處理土壤電導(dǎo)率的變化，由圖4可知，深松耕作處理較對照不同程度降低了0～40 cm 土層的土壤電導(dǎo)率。0～20 cm土層中，A1、A2、A3處理的土壤電導(dǎo)率均顯著低于CK。深松處理搭配合理灌水量可有效降低土壤電導(dǎo)率，0～40 cm 土層土壤平均電導(dǎo)率表現(xiàn)為CK>A1處理>A2處理>A3處理。A1、A2、A3處理在0～5 cm土層的土壤電導(dǎo)率較CK分別顯著降低66.87%、50.31%、55.62%，5～10 cm土層土壤電導(dǎo)率較CK分別顯著降低66.42%、50.92%、53.87%，10～20 cm 土層土壤電導(dǎo)率較CK分別顯著降低30.68%、34.47%、35.98%，20～40 cm土層土壤電導(dǎo)率較CK分別降低12.13%、27.81%、49.11%。

2.4 深松和灌水量對土壤全鹽量的影響

圖5為整個生育期不同處理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土層土壤全鹽量變化，由圖5可以看出，在7月24日以后，深松耕作和對照旋耕呈現(xiàn)出2種不同的全鹽量變化趨勢，對照旋耕呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，深松耕作則呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，深松耕作有效降低了生育期內(nèi)0～40 cm土層的土壤全鹽量（8月11日除外，可能是深松耕作取樣點為鹽斑所致）。圖6為收獲后不同處理土壤全鹽量變化，在 0～40 cm土層中，深松耕作處理較CK不同程度降低了0～40 cm土層全鹽量。0～40 cm土層中，A2、A3處理的土壤全鹽量與CK均達(dá)顯著差異水平，A1處理由于灌水量較低，鹽分堆積在 20～40 cm土層中，無法淋洗到更深層土壤。當(dāng)灌水量為 2 700 m3/hm2 時，土壤0～40 cm土層全鹽量均在1.0 g/kg以下。深松處理搭配合理灌水量可以顯著降低土壤全鹽量，在0～40 cm土層中土壤平均全鹽量表現(xiàn)為CK>A1處理>A3處理>A2處理，A1、A2、A3處理在0～5 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低42.11%、94.74%、84.21%，在5～10 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低42.11%、81.58%、73.68%，在10～20 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低25.81%、74.19%、67.74%，在20～40 cm土層的土壤全鹽量較CK分別降低6.67%、63.33%、73.33%。

2.5 深松和灌水量對玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量組成因素的影響

在玉米收獲后，對玉米植株進(jìn)行了考種分析，由表5可知，在玉米產(chǎn)量的組成因素中，深松耕作和不同灌水量處理的十穗鮮質(zhì)量、穗周長、縱向籽粒數(shù)、產(chǎn)量明顯提高。對玉米穗部分析可知，A2處理的穗長最大（19.5 cm），其次是A1處理（18.3 cm），最后是A3處理（18.0 cm），均明顯高于CK，增幅分別為19.63%、12.27%、10.43%；A2處理的十穗鮮質(zhì)量最大（2.7 kg） 其次是A3處理（2.3 kg），最后是A1處理（2.1 kg），均明顯高于CK，增幅分別為50.00%、 27.78%、 16.67%；A2處理的穗周長最大 （9.1 cm），A1、A3處理間差異不大，分別為8.6、8.5 cm，較CK分別顯著提升19.74%、13.16%、11.84%；A2處理的三軸質(zhì)量最大（106.4 g），其次是A3處理（105.6 g），最后是A1處理（100.6 g），較CK分別提升29.00%、28.00%、21.94%。對玉米籽粒分析可知，A2處理的縱向籽粒數(shù)最大（36粒/列），其次是A1處理（33粒/列），最后是A3處理（32粒/列），較CK分別提升33.33%、22.22%、18.52%；A2、A3處理的橫向籽粒數(shù)相同，均為16粒/行，A1處理的橫向籽粒數(shù)為 15粒/行，較CK分別提升14.29%、14.29%、7.14%；A1處理的百粒鮮質(zhì)量最大（47.0g），其次是A2處理（46.7 g），最后是A3處理（44.9 g），較CK分別提升9.81%、9.11%、4.91%；A2處理的百粒干質(zhì)量最大（39.8 g），其次是A1處理（38.2 g），最后是A3處理（35.8 g），較CK分別提升12.11%、7.61%、0.85%。從產(chǎn)量上看，A3處理的產(chǎn)量最高（1 021.7 kg/667 m2），其次是A1（827.2 kg/667 m2），最后是A2處理（801.3 kg/667 m2），均顯著高于CK，增產(chǎn)率分別為63.18%、32.12%、27.98%。

3 討論與結(jié)論

深松耕作可以降低耕層土壤容重和土壤緊實度，增加土壤總孔隙度，保持深層土壤水分［13］，土壤含水量是反映土壤水分狀況的重要指標(biāo)［14］。崔文芳等研究發(fā)現(xiàn)，深松配合秸稈還田能有效提升蓄水能力，4年間，土壤含水量年均增長1.32%，土壤含水量比CK提升2.09%［15］；高鵬等研究發(fā)現(xiàn)，河套平原在秋季進(jìn)行深松且深松深度為50 cm時水分利用效率提升了29.63%［16］。本研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)深松配合2 700 m3/hm2灌水量時收獲后各土層的土壤含水量較常規(guī)旋耕有所提升，原因可能是通遼蘇打鹽堿地屬于較特殊的鹽堿土壤，表層（0～20 cm）土層的土壤為后天人為移植來的生土 而20～40 cm土層的土壤為鹽堿地，土壤板結(jié)嚴(yán)重，水分無法下滲，因此表層的土壤含水量較高，深松耕作打破了原有犁底層，增加了土壤的透水性和孔隙度，水分向深層的土壤滲透，因此表層的土壤水分失墑較快，只有在深松耕作配合大灌水量時才可以增加收獲后土壤含水量，這與其他研究結(jié)果［7，10］不完全一致。高鹽、高pH值的鹽堿地對于種子萌發(fā)和作物生長有著鹽堿脅迫作用［17］。聶朝陽等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作協(xié)同物料添加可以顯著降低0～40 cm土層的土壤pH值，改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)耕層土壤降堿排鹽［18］；李瑞平研究發(fā)現(xiàn)，與免耕相比，深松降低了10～30 cm土層的土壤pH值［19］。本研究也發(fā)現(xiàn)，在同一灌水量條件下，深松（A2處理）與常規(guī)旋耕（CK）的土壤pH值在0～5、5～10 cm土層中均存在顯著差異，深松有效降低了土壤pH值，這與前人的研究結(jié)果［18-19］一致。土壤電導(dǎo)率是反映鹽堿化程度的一個綜合性參考指標(biāo)，在一定濃度范圍內(nèi)，水溶性含鹽量與電導(dǎo)率呈正相關(guān)［20］。本研究發(fā)現(xiàn)，在深松耕作的條件下，收獲后當(dāng)灌水量小于常規(guī)旋耕處理時，0～40 cm土層的土壤電導(dǎo)率仍明顯低于常規(guī)旋耕處理，表明深松耕作可以通過疏通土層，將鹽分排至耕作層以下，從而明顯降低土壤電導(dǎo)率，這與前人的研究結(jié)果［21-22］保持一致。土壤全鹽量作為衡量土壤鹽堿度的一個重要指標(biāo)，全鹽量越高，土壤鹽堿化程度越嚴(yán)重［23］。Casas等研究發(fā)現(xiàn)，阿根廷平原西北部的納特拉夸爾夫地區(qū)深松耕作能夠顯著降低0～30 cm土層的土壤電導(dǎo)率及全鹽量［24］；夏婷等研究發(fā)現(xiàn)，灌水定額2 700 m3/hm2+排鹽溝+深松耕模式全鹽和分鹽的淋洗效果最佳［25］；本研究也發(fā)現(xiàn)，在深松耕作條件下，當(dāng)灌水定額為2 700 m3/hm2時，收獲后0～40 cm土層的土壤全鹽量均顯著低于常規(guī)旋耕處理，深松耕作能夠有效降低土壤全鹽量從而達(dá)到改良鹽堿地的目的。

前人關(guān)于深松耕作對作物生長發(fā)育的影響做了大量研究。韓固等研究發(fā)現(xiàn)，深松30～40 cm 覆蓋秸稈處理可改善土壤水熱狀況，實現(xiàn)馬鈴薯增產(chǎn)增收［26］；Yu等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，進(jìn)而提高玉米的籽粒產(chǎn)量［27］；Jiao等研究發(fā)現(xiàn)，深松35 cm顯著提高了玉米的行粒數(shù)和千粒質(zhì)量，進(jìn)而提高了玉米的產(chǎn)量及葉片的水分利用效率［28］。本研究也發(fā)現(xiàn)，深松耕作促進(jìn)了玉米的生長發(fā)育，穗長、穗鮮質(zhì)量和產(chǎn)量提高，其中深松配合2 700 m3/hm2灌水量處理下的產(chǎn)量提升最大，增幅達(dá)到63.18%。主要原因是深松耕作以后土壤變得疏松，土壤透水透氣性增加，鹽堿度降低，較大的灌水量也進(jìn)一步加快了鹽分的運(yùn)移，為玉米的生長發(fā)育提供了有利條件。

因此，綜合上述討論可以得出以下結(jié)論：（1）在第1次收獲后的0～40 cm土層中，同為 2 100 m3/hm2 灌水量時，深松耕作相較于旋耕，能夠顯著降低土壤的pH值和全鹽量，促進(jìn)蘇打鹽堿耕地脫堿排堿，改善土壤理化性狀。（2）深松耕作能夠促進(jìn)玉米生長發(fā)育，提升通遼蘇打鹽堿地玉米產(chǎn)量。不同處理的玉米產(chǎn)量均明顯高于CK，尤其以A3處理最為明顯，產(chǎn)量顯著提升63.18%。綜合試驗數(shù)據(jù)，考慮深松耕作及不同灌水量對鹽堿地土壤水鹽分布及玉米產(chǎn)量的影響，研究認(rèn)為在深松深度 40 cm 的條件下灌水2 700 m3/hm2比較適宜，既可淋洗鹽分至耕作層以下，亦可大幅提高玉米產(chǎn)量及節(jié)約當(dāng)?shù)厮Y源。

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