深松對(duì)旱地玉米生長(zhǎng)及水分狀況的影響

深松對(duì)旱地玉米生長(zhǎng)及水分狀況的影響

玉米是遼寧省重要的糧食之一。耕地面積超過(guò)2134hm2，占作物總播種量的55%。在遼寧省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。近年來(lái)因種植玉米農(nóng)田多年連續(xù)采用旋耕滅茬,造成土壤耕層變淺,犁底層增厚上移,土壤結(jié)構(gòu)與土壤環(huán)境變差,蓄水保墑能力降低和生產(chǎn)力下降等問(wèn)題,制約了玉米的生長(zhǎng)。深松作為旱地耕作一項(xiàng)重要措施,可打破犁底層、加深耕層、形成虛實(shí)相間的土體結(jié)構(gòu),有利于提高土壤接納降雨能力、促進(jìn)根系伸長(zhǎng)、改善土壤水分、養(yǎng)分循環(huán),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。宮秀杰等的研究表明,深松可使10~40cm土層土壤容重降低11.8%,0~40cm土層含水量提高10.4%,15~25cm土層田間持水量提高21.7%;張鳳路等分析了深松對(duì)玉米根系的影響,結(jié)果表明深松平均使0~40cm土層玉米根系質(zhì)量提高4.8%,根系表面積平均提高4.2%,促進(jìn)了根系對(duì)下層土壤水分的吸收利用;張玉玲等指出中耕深松不僅改善土壤物理性狀,而且有助于提高上層土壤有機(jī)質(zhì)與N、P、K養(yǎng)分含量;這些都為提升玉米抗旱、抗倒伏能力,降低中后期營(yíng)養(yǎng)不足與早衰風(fēng)險(xiǎn)提供了環(huán)境與物質(zhì)基礎(chǔ)。由此可見(jiàn),深松有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育,可提高水分利用效率和作物產(chǎn)量。昌圖縣位于東北大平原的南端,是遼、吉、內(nèi)蒙三省區(qū)交界處,耕地面積342萬(wàn)畝,是典型的平原區(qū)農(nóng)業(yè)大縣,為遼寧重要的商品糧產(chǎn)區(qū),素有“遼北糧倉(cāng)”之稱,全縣玉米種植面積200多萬(wàn)畝,總產(chǎn)量140×104t,商品量90×104t,居?xùn)|北諸縣之首。但因包產(chǎn)到戶,當(dāng)?shù)剞r(nóng)田破碎化較重,已很少有大型農(nóng)機(jī)進(jìn)行翻耕,旱作玉米以旋耕為主,耕層明顯變淺,土壤保水保肥能力降低,加之該地降雨波動(dòng)大,玉米產(chǎn)量易受影響。因此,該地政府和農(nóng)戶也充分意識(shí)到這一問(wèn)題,積極推廣深松耕作技術(shù)。本研究正是結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際,研究深松對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、水分狀況及作物產(chǎn)量等方面的影響,研究結(jié)果對(duì)改善耕層淺薄、消減犁底層等障礙因子有指導(dǎo)作用,可為深松措施推廣提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。1試驗(yàn)材料和方法1.1作物產(chǎn)量、效益及菌株研究地點(diǎn)位于遼寧省昌圖縣金家鎮(zhèn)二小屯村(42°50′N,123°44′E),研究區(qū)年均降雨607mm,全年日照時(shí)數(shù)2775.5h,作物生長(zhǎng)期有效日照時(shí)數(shù)1749.2h,年平均氣溫7.0℃,有效積溫3000℃左右,無(wú)霜期147.8d。試驗(yàn)地點(diǎn)土壤本底理化性質(zhì)見(jiàn)表1。1.2化肥的nk處理供試土壤為棕壤(Luvisols,FAOsystem),試驗(yàn)從2007年開(kāi)始,共設(shè)4個(gè)處理,分別為:(1)不施肥對(duì)照處理(CK),旋耕滅茬起垅;(2)化肥NPK處理(NPK),旋耕滅茬起垅;(3)化肥NPK+深松處理(NPK+Ss),逐行深松后旋耕滅茬起垅;(4)化肥NPK+隔行深松處理(NPK+ISs),隔行深松后旋耕滅茬起垅。其中,化肥N、P、K用量分別為:N180kghm-2、P50kghm-2和K60kghm-2,所用肥料分別為尿素、二銨和氯化鉀。試驗(yàn)小區(qū)面積為256.5m2,3次重復(fù),種植制度為一年一季,玉米連作。每年秋季進(jìn)行深松和旋耕滅茬起垅,深松鏟為雙翼鏟,松土深度為40cm。1.3b土壤容重、土壤滲透速度、田間持水量玉米收獲時(shí)測(cè)產(chǎn),并以多點(diǎn)法于每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集玉米植株樣品8株,分為籽實(shí)和秸稈(除籽實(shí)外所有地上收獲部分)。土壤容重采用環(huán)刀法,每小區(qū)3次重復(fù),每個(gè)處理共9次重復(fù),每10cm一層,共取4層。土壤滲透速度與田間持水量采用圍框淹灌法測(cè)定。分別于試驗(yàn)?zāi)攴?2007~2009)玉米苗期(5月)、收獲期(9月)和封凍期(11月)采集1m土層土樣測(cè)定土壤含水量,每10cm一層,共計(jì)10層。1.4數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)處理采用MicrosoftExcel2003進(jìn)行;數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS11.0軟件進(jìn)行,分別進(jìn)行方差分析(ANOVA)和多重比較分析,其中多重比較為L(zhǎng)SD(LeastSignificantDifference)法(p<0.05),以不同字母表示不同處理或其它要素間差異顯著性。2結(jié)果與討論2.1深松處理對(duì)表層土壤容重的影響由表2可知,本研究中深松對(duì)0~40cm土層土壤容重并無(wú)顯著影響,深松處理(NPK+Ss)0~20cm土層容重甚至略高于未深松處理(NPK),這應(yīng)是深松與旋耕共同作用對(duì)耕層土壤的影響,因?yàn)樯钏蓪⒗绲讓悠茐?使容重較大的下層土壤有可能上移,若旋耕未能充分打碎這部分土壤卻又將其與上層土壤混合,則會(huì)出現(xiàn)本研究中深松處理上層土壤(0~20cm)容重略高于未深松處理的現(xiàn)象。邊少鋒等研究也顯示,深松對(duì)于0~50cm土層容重?zé)o顯著影響,卻使整個(gè)土層松緊度趨于一致。但也有研究者指出,深松對(duì)表層土壤(0~25cm)容重的降低作用大于對(duì)深層土壤的作用(25~45cm)。更多學(xué)者的研究結(jié)果是深松有利于打破犁底層,降低亞耕層土壤容重與土壤緊實(shí)度,本研究也得出類似結(jié)論,深松使20~40cm土層容重平均降低1.8%,但差異并未達(dá)顯著水平。2.2對(duì)土壤貯水的影響對(duì)深松的研究表明其增產(chǎn)因素主要體現(xiàn)在:(1)打破犁底層,改善水氣循環(huán);(2)減少水分的地表徑流,提高水分利用效率;(3)為作物創(chuàng)造了良好的土體構(gòu)型和生長(zhǎng)條件,利于根系生長(zhǎng),減少了倒伏現(xiàn)象發(fā)生;(4)改善養(yǎng)分循環(huán),調(diào)節(jié)根際微生物和酶活性等[14~16]?？梢?jiàn),深松對(duì)于土壤水分條件的改善作用明顯,但眾多結(jié)論是依據(jù)深松后土壤容重、土壤緊實(shí)度與土壤含水量等土壤屬性的改變推測(cè)深松更利于水分的下滲,而較少試驗(yàn)直接予以證明。本研究在深松和旋耕后進(jìn)行水分滲透試驗(yàn)(圖1),結(jié)果表明,深松處理在灌水初期(前兩個(gè)小時(shí))水分滲透速度明顯高于未深松處理,平均提高40.8%,而經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)灌水后土壤滲漏趨于平穩(wěn),此時(shí)深松與未深松處理滲漏速度也基本達(dá)到一致。表明深松有利于降雨初期,尤其是降雨強(qiáng)度較大時(shí),水分向深層土壤運(yùn)動(dòng),并將其儲(chǔ)存在其中,供作物在干旱條件下使用,降低了土壤因強(qiáng)降雨產(chǎn)生的徑流或水土流失。深松后土壤田間持水量與未深松處理相比略有上升,但升幅較小,差異未達(dá)到顯著水平(表3)。這可能是由于深松僅對(duì)土壤耕層與亞耕層土壤結(jié)構(gòu)有所影響(0~40cm),但經(jīng)滲透試驗(yàn)連續(xù)灌水后,土壤經(jīng)過(guò)類似強(qiáng)淋溶過(guò)程,深松與未深松處理土壤孔隙結(jié)構(gòu)已趨同,導(dǎo)致土壤田間持水能力并未有顯著提高,至于下層土壤,由于其未受擾動(dòng),因此深松與否對(duì)下層土壤持水能力沒(méi)有明顯影響。通過(guò)對(duì)2007年春至2009年秋收各處理1m土層土壤貯水量測(cè)定可知,相同季節(jié)各處理間1m土層貯水量均無(wú)顯著差異,施肥與深松并未對(duì)土壤貯水量產(chǎn)生顯著影響,這與之前在下遼河平原地區(qū)研究結(jié)果相似。秦紅靈等研究結(jié)果顯示,在免耕條件下,深松明顯提高了1m土層含水量,且差異隨季節(jié)間降雨量的增加而增加,例如降雨集中的8月,深松處理深層土壤(50~100cm)水分含量明顯高于對(duì)照處理;而齊華等的研究表明,盡管深松提高了水分入滲能力,但深層土壤水分含量并未受明顯影響。導(dǎo)致研究結(jié)果不同的原因可能有:(1)秦紅靈等的研究是在已開(kāi)展2年的免耕試驗(yàn)條件下進(jìn)行的,免耕更易造成表層土壤板結(jié),接納雨水能力變差,水分易以徑流方式損失,這就使深松作用更為凸顯;(2)試驗(yàn)對(duì)土壤水分觀測(cè)時(shí)間密度較大,作物生長(zhǎng)季內(nèi)(5~9月)共進(jìn)行7次土壤水分觀測(cè),能夠跟蹤到不同季節(jié)降雨變化對(duì)土壤水分的影響,而本研究在作物生長(zhǎng)季內(nèi)僅在苗期和收獲期進(jìn)行2次水分觀測(cè),以利用水量平衡法分析作物對(duì)水分的利用效率,且在本研究區(qū)這兩個(gè)時(shí)期基本無(wú)連續(xù)強(qiáng)降雨和作物對(duì)水分的強(qiáng)烈吸收,土壤水分含量相對(duì)穩(wěn)定,因此,處理間土壤水分貯量差異并不顯著。盡管如此,本研究中深松對(duì)于改善土壤接納降雨能力,將之貯藏于深層土壤,供作物后期生長(zhǎng)方面的作用在伏旱嚴(yán)重的2009年仍明顯表現(xiàn)出來(lái)(表4)。從年際間土壤水分含量的變化還可看出,上年11月至翌年春季的休閑期,經(jīng)過(guò)冬、春季降水與凍融作用,各處理土壤水分含量均有一定程度提升,這對(duì)于春播期土壤水分條件的保障具有重要作用,而該時(shí)期水分供給又對(duì)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起重要作用,因此在遼北旱農(nóng)區(qū)進(jìn)行秋整地,更利于農(nóng)田水分的入滲與保持,減少了春季整地對(duì)農(nóng)田土壤擾動(dòng)和水分散失。2.3各處理的產(chǎn)量與效益根據(jù)作物產(chǎn)量、當(dāng)季生長(zhǎng)期降雨與作物苗期及收獲期土壤水分含量變化可計(jì)算出不同處理玉米水分利用效率,并列于表4。就3年平均產(chǎn)量而言,化肥的施用顯著提高了玉米籽實(shí)產(chǎn)量,NPK+Ss處理產(chǎn)量顯著高于NPK處理,而隔行深松處理(NPK+ISs)產(chǎn)量與其它兩施肥處理差異均不顯著,但與深松處理產(chǎn)量?jī)H差130kghm-2,可見(jiàn)深松與隔行深松在增產(chǎn)效果上是接近的。不同年份間各處理所表現(xiàn)出的產(chǎn)量變化相似,以降雨最多的2008年(生長(zhǎng)季降雨596mm)各處理產(chǎn)量最高,該年不僅降雨量大,其水分利用效率亦最高(除CK處理外),體現(xiàn)出良好的資源利用效率;降雨條件中等的2007年(生長(zhǎng)季降雨478mm),各處理產(chǎn)量在試驗(yàn)?zāi)攴葜幸蔡幱谥械人?而伏旱嚴(yán)重的2009年(生長(zhǎng)季降雨275mm),各處理產(chǎn)量均處于最低水平。盡管2009年深松與隔行深松處理產(chǎn)量顯著低于2007年與2008年,但干旱年份深松的增產(chǎn)作用得以充分展現(xiàn),深松與隔行深松處理產(chǎn)量分別較NPK處理提高20.9%和15.1%,差異達(dá)顯著水平。如此好的深松效果也應(yīng)得益于2009年春季與初夏正常的降雨條件,3月至6月降水總量為210mm,接近該地區(qū)同時(shí)期正常水平,而深松必定有利于這一時(shí)期雨水的入滲,將其保存供作物后期所用。肖繼兵等也指出,深松后若無(wú)有效降雨,則起不到增蓄雨水的作用,深松與否對(duì)土壤含水量無(wú)顯著影響,甚至因深松增加了對(duì)土壤的擾動(dòng),還將加劇水分散失;同時(shí),他們的試驗(yàn)結(jié)果也顯示,深松在正常降雨年份增產(chǎn)作用并不明顯,但在干旱條件下,增產(chǎn)效果非常明顯。通過(guò)比較2009年各處理耗水量還可發(fā)現(xiàn),CK處理消耗水分較NPK、NPK+Ss和NPK+ISs處理分別少34mm、26mm和23mm,由此可以得出兩點(diǎn)認(rèn)識(shí):首先,由于養(yǎng)分的缺乏,作物吸收水分能力及根系向下伸展生長(zhǎng)能力降低,影響了對(duì)水分的利用,可見(jiàn)養(yǎng)分條件的改善可在一定程度上彌補(bǔ)深松所帶來(lái)的增產(chǎn)效應(yīng);第二,盡管NPK處理消耗更多水分,但其并未起到增產(chǎn)作用,可以推測(cè),該部分水分可能更多以徑流方式損失,這也從另一側(cè)面證實(shí)深松確實(shí)利于提高土壤接納降雨的能力。由研究結(jié)果可見(jiàn),隔行深松具有產(chǎn)投比高、節(jié)能增效與增產(chǎn)效果突出等優(yōu)點(diǎn),其可在生產(chǎn)實(shí)踐中加以推廣。同時(shí),深松具有一定長(zhǎng)效作用,一次深松效果可保持若干年,因此不必連年深松,若能將深松與中長(zhǎng)期氣象預(yù)報(bào)相結(jié)合,必將進(jìn)一步提升深松的增產(chǎn)作用,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。3深松對(duì)作物產(chǎn)量及水分利用效率的影響(1)深松并未降低耕層土壤(0~20cm)容重,而亞耕層土壤(20~40cm)容重有降低趨勢(shì),這應(yīng)該是深松與旋耕共同作用的結(jié)果,而亞耕層土壤容重的降低勢(shì)必有利于土壤水分的入滲和作物根系的伸長(zhǎng)。(2)與未深松處理相比,盡管深松措施并未顯著提高1m土層田間持水量和試驗(yàn)期間玉米苗期與收獲期土壤水分含量,但卻顯著提高了水分輸入初期水分的入滲能力,表明深松有利于增強(qiáng)土壤接納雨水的能力,提高水分利用效率,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。(3)在正常降雨年份或降雨豐沛年份,深松并未體現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)作用,而在干旱年份,尤其是上一年秋、冬季