退化土壤保护性耕作修复技术研究

高同彬，祖 伟

(1. 东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨150030; 2. 沈阳军区直属农副业基地管理局，黑龙江哈尔滨150090)

黑龙江省属于半干旱地区，如何增加蓄水保墒能力提高土壤水的利用率、增加有机质含量、改善土壤结构，是发展旱地农业最经济和有效的方法［1－2］。结合富裕基地碳酸盐黑钙土贫瘠型平岗地和老莱基地侵蚀型坡耕地春秋季风大，风蚀和春旱严重的实际情况，本着“少动土”、“少裸露”的原则，制定了试验。深松可打破犁地层，增加土壤的透水性，接纳更多的天然降水［3］。秸秆覆盖和原垄卡种不仅能防止土壤风蚀又可减少水分径流和蒸发［4］，达到保土、培肥、增产、增效的目的。试验开展了玉米以秸秆覆盖、原垄卡种、秋深松等保护措施研究，大豆以秸秆覆盖、平播密植、轮作、深松等保护措施研究［5－9］。

1 材料与方法

1.1 试验基地概况

试验场地为沈阳军区农副业基地的富裕基地和老莱基地。富裕试验基地地处黑龙江省富裕县，中心位置为125°25'E，48°48'N，属温带大陆性季风气候下的半干旱缺水地区，无霜期126 d，有效积温2 300 ℃～2 500 ℃，最大年降水量536 mm，年均降水量为427 mm，且降水多集中在6～8 月份，占全年降水量的68%以上，土壤类型为碳酸盐黑钙土，pH 值7.6～7.8，耕层土壤(0～20 cm)有机质含量32.4 g·kg－1，肥力中等。老莱试验基地地处黑龙江省讷河市，中心位置为124°47'E，48°53'N，年降水量292 mm～684 mm，年平均降水量513 mm，年平均气温1.6 ℃，有效积温2 100 ℃～2 200 ℃，无霜期113 d～139 d。

1.2 试验材料

玉米:德美亚1 号;大豆:0211。

1.3 不同耕作处理

玉米试验设3 个处理:①秸秆覆盖深松;②秸秆覆盖春耙;③秸秆覆盖原垄卡种。

大豆试验设3 个处理:①平播密植;②大垄密植;③垄作(对照)。

玉米大豆2 年轮作措施:①玉米连作;②玉米茬轮作大豆;③大豆连作;④大豆茬轮作玉米。

大区对比试验，每区8 垄，垄长500 m，化肥施用按当地常规施肥量。

2 结果与分析

2.1 不同耕作措施对玉米田土壤理化性质的影响

初冬玉米收获后将秸秆粉碎直接覆盖于地表，第二年调查，无论是深松还是春耙两个耕作措施从播种到拔节期土壤含水量均是覆盖处理高于不覆盖处理，苗期相差最大，深松处理土壤含水量增加20.5%，春耙处理土壤含水量增加17.51%，2008 年、2009 年结果基本一致。可见玉米收后秸秆粉碎覆盖地表不仅可以减少风蚀，还有利于土壤保墒，见图1。在秸秆覆盖基础上开展了不同耕作措施对玉米不同生育期土壤含水量影响的研究，结果显示，2008 年深松后0～20 cm 土层在拔节前土壤含水量较低，拔节后土壤含水量升高，比其它处理高1.37%～1.59%，20 cm～40 cm 土壤含水量高于其它处理1.65%～3.85%，有利于玉米后期的生长发育。2009 年春季干旱播种后近一个月没下雨，大旱之年，深松与不深松地块相比，表现出明显的抗旱优势，深松处理0～20 cm 土壤含水量比其它处理高3.47%～4.03%，20 cm～40 cm土壤含水量比其它处理高2.2%～3.5%。两年的调查结果表明，原垄卡种处理在玉米整个生育期内土壤水分含量变化幅度较小，无论是0～20 cm 还是20 cm～40 cm 耕层在抽雄期土壤水分含量均为最高，比其它处理高0.16%～2.59%，这对玉米产量的提高十分有利，说明深松和原垄卡种具有蓄水、抗旱、保墒、省工、省时、节本、增效的优点，见图2。

图1 秸秆覆盖对玉米田不同时期0～20 cm 土层含水量的影响(a，2008 年;b，2009 年)Fig.1 Influence of straw mulching in different period on soil water content in corn field 0～20 cm

图2 不同耕作措施玉米田0～20 cm 土壤含水量的变化Fig.2 Influence of different cultivation measures on soil water content in corn field

土壤的密度、孔隙度和三相组成是土壤重要的物理特性指标，土壤密度的大小反映了土壤的结构状况，预示着土壤的水分和空气的运行和存在状态［10－11］。土壤孔隙度不仅影响土壤的通气状况，而且反映土壤松紧度和结构状况的好坏［6，12］。土壤田间持水量是指土壤所能保持的最大含水量，是田间土壤保持水分能力的指标［8］。配套的保护性耕作措施实施后2008 年深松和春耙两处理的自然含水量、田间持水量和孔隙度的各项指标均高于原垄卡种处理，土壤密度均低于原垄卡种处理，其中深松为最好，与原垄卡种处理相比田间持水量高1.47%，孔隙度增加1.84%，土壤密度降低0.19 g·cm－3。2009 年各处理的趋势与2008 年相同，各处理土壤孔隙度、田间持水量均有提高，土壤密度均呈下降趋势。田间持水量和孔隙度覆盖深松处理最高，原垄卡种最低，分别差5.79%和3.95%，土壤密度覆盖深松和覆盖春耙降低0.04 g·cm－3，原垄卡种降低最小0.02 g·cm－3，见表1、图3。各处理土壤固相∶液相∶气相接近50∶20∶30，三相比趋于合理，说明覆盖深松和覆盖春耙处理对土壤物理性质改善效果好，原垄卡种耕作方式不仅土壤自然含水量较低，而且密度最高。

表1 不同耕作措施对玉米田土壤三相比及孔隙度的影响(%)Tab.1 Influence of different cultivation measures on soil three－phase and Pore degrees in corn field (%)

由于深松打破了犁底层，改变了土壤水、肥、气、热四性的关系，增加了土壤微生物的活性，从而提高了土壤供肥能力［5］，所以两年测定耕层速效氮、磷、钾、全钾和有机质均是深松处理高于其它处理，2009 年提高幅度较大，与原垄卡种处理比速效氮增加18.2 mg·kg－1，速效磷增加9.0 mg·kg－1，速效钾增加28.0 mg·kg－1，全钾增加0.647 g·kg－1。有机质增加3.31 g·kg－1而且pH 值也降低0.2。3 种耕作措施的速效氮和速效钾2009 年均高于2008 年，pH 值也均呈下降趋势，速效磷变化无规律，可见深松对土壤肥力改善效果最好，原垄卡种稍差，见表2。

图3 不同耕作措施对玉米田土壤密度和土壤田间持水量的影响Fig.3 Influence of different tillage treatments on soil density and soil moisture content in corn field

表2 不同耕作措施对玉米田土壤速效氮磷钾及pH 的影响Tab.2 Influence of different tillage treatments on soil rapidly－available NPK and pH in corn field

2.2 不同耕作措施对玉米产量的影响

根据考种结果分析，2008 年玉米产量构成因素的各项指标均是深松处理好于其它处理，秃尖比其它两个处理短0.27 cm 、0.87 cm，百粒质量比其它处理高1.62 g、3.18 g，产量也是深松处理最高为5 917 kg·hm－2，较其它处理分别增加107 kg·hm－2和600 kg·hm－2，其次是原垄卡种，春耙处理常量最低。2009 年各项指标与2008 年变化趋势基本一致，此结果说明深松措施不仅可以改善土壤理化性状，还能提高玉米的产量，见表3。

2.3 不同耕作措施对大豆田土壤理化性质和产量的影响

在老莱基地开展了大豆平播密植、大垄密植和垄作的耕作措施对比试验，2008 年3 种耕作措施0～40 cm耕层在整个生育期内土壤含水量基本呈下降趋势，但平播密植和大垄密植处理土壤含水量均高于对照的垄作处理，其中平播密植在结荚期土壤含水量为19.09%，分别高于其它处理5.45%和6.76%，有利于大豆的后期生长和产量提高。2009 年从播种到成熟期土壤含水量均是平播密植高于常规垄作，这是由于减少了两次中耕对土壤的翻动，从而增强了土壤防止水土流失和蓄水能力的结果，见图4。从产量上看2008 年平播密植各项指标均为最高，与大垄密植和垄作相比，株高分别增加1.3 cm 和5.77 cm，百粒质量增加了0.43 g、1.03 g，而且荚多空瘪率少，产量增加5.62%、10.82%。所以2009 年只做了平播密植与垄作的对比，其结果也是平播密植好于垄作，总荚数增加30.8 个·m－2，百粒质量增加0.87 g，增产12.77%，见表4。

表3 不同耕作措施对玉米产量构成因素及产量的影响Tab.3 Influence of different tillage treatments on yield and yield components in corn

表4 不同耕作措施对大豆产量构成因素及产量的影响Tab.4 Influence of different tillage treatments on production factors and yield in soybean

图4 不同耕作措施大豆田土壤含水量的变化Fig.4 Influence of different cultivation measures on soil moisture content in soybean field

2.4 大豆—玉米轮作对土壤理化性状的影响

无论是玉米还是大豆连作的土壤物理性状均较轮作差，轮作后土壤田间持水量和孔隙度均有提高，密度降低，其中大豆茬轮作玉米田间持水量提高最多为3.49%，密度降低0.05 g·cm－3。玉米茬轮作大豆土壤孔隙度增加最多为3.23%，固相有所降低，气相和液相略有升高，三相比趋于合理，见表5。大豆—玉米轮作后可提高土壤的通透性，改变作物根际微生物生存环境，有利于微生物的生长，细菌、真菌和放线菌3 大类微生物数量均有增加，玉米茬轮作大豆微生物总数增加最多178.98 ×105个，大豆茬轮作玉米增加96.21 ×105个，见表6。

表5 大豆－玉米轮作对土壤物理性质影响Tab.5 Influence of soybean－corn rotation on soil physical properties

3 结 论

在黑龙江省西部干旱地区，玉米茬原垄卡种玉米是一项切实可行的农机农艺相结合的节本增效技术，具有保护耕层、抗旱保墒、省工、省时、节本、增效的优点。与当地常规耕作措施比，在整个生育期内土壤水分变化幅度小，保墒效果好，而且节省中耕费300 元·hm－2～375 元·hm－2。

采用深松耕作措施打破了犁底层，提高了土壤蓄水抗旱能力，改善了耕层水、肥、气、热理化性状。深松与不深松地块相比，表现出明显的抗旱优势，0～20cm 土壤含水量提高3.47%～4.03%，20 cm～40 cm土壤含水量提高2.2%～3.5%，速效氮、磷、钾也有明显提高，为作物生长提供了良好的土壤环境，使产量增加4.82%～8.54%。

大豆平播密植是坡耕地、干旱地区一项以免耕保肥、保水，以密植保产的重要节本增效措施，由于减少了起垄和中耕多次对土壤的翻动，既防止了土壤风蚀、水蚀，又保住了墒情，与其它垄作比，土壤含水量提高5.45%～6.76%，增产12.7%，而且节省中耕费300 元·hm－2～375 元·hm－2。

秸秆覆盖还田是提高表层土壤保墒效果和土壤有机质最直接和最有效的途径，可使0～20cm 表层土壤含水量增加20.5%，土壤有机质增加3.98%，作物秸秆土埋分解速率高于露天9.4%～20%，大豆秸秆比玉米秸秆易于分解。

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