稻草还田与耕作方式对小麦产量及土壤水分利用的影响

赵银春,陈尚洪

(1.四川省原良种试验站，四川 双流 610200；2.四川省农业科学研究院，四川 成都 610066 )



稻草还田与耕作方式对小麦产量及土壤水分利用的影响

赵银春1,陈尚洪2

(1.四川省原良种试验站，四川 双流 610200；2.四川省农业科学研究院，四川 成都 610066 )

四川省是农作物秸秆资源最丰富的省份之一。秸秆覆盖后，土壤的水、肥、气、热状况重新组合，其生态、社会和经济效益显著提高，是农业可持续发展的有效措施和途径之一。本文通过田间试验和室内分析，得出了不同稻草覆盖量和耕作方式对小麦产量及土壤水分利用的影响。

稻草还田；耕作方式；小麦；水分利用

四川省是农作物秸秆资源最丰富省份之一，每年农作物秸秆总量约4000万t，约占全国秸秆总量的1/12，其中稻、麦(油)两季田的秸秆占农作物秸秆总量的50%以上。但是，随着复种指数不断提高，秸秆不断增多，农村劳动力大量外出务工和燃料结构的变化，使农作物秸秆剩余量越来越大，农作物秸秆成为了新的农业废弃物，出现野外焚烧现象，这既浪费了资源，又污染了环境，给人们的生产、生活造成极大影响。

农田秸秆覆盖后，土壤的水、肥、气、热状况重新组合，其生态、社会和经济效益显著提高，是农业持续发展的有效措施和途径之一[1，3]。研究表明，少免耕覆盖能提高土壤蓄水保墒能力,提高土壤含水量和水分利用率,改善土壤结构,减少水土流失[4]。采用少免耕法能明显抑制冬前土壤水分蒸发,与传统耕作法相比,免耕秸秆覆盖能减少蒸发水分16144mm[5]。在耕作和覆盖方式对土壤水分影响的研究中指出,免耕稻草覆盖是贮藏和保护土壤水分的最好方法，免耕后土体内含水量、接纳降水能力均明显高于传统耕作,能促使降水在不同坡位中均匀分布[6]。为了合理利用秸秆，本文初步探讨了成都平原不同耕作和覆盖方式下种植小麦对土壤水分动态的影响及其水分生产利用率，以期为秸秆还田技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验田位于四川省温江北部，亚热带季风气候区，海拔494m，多年平均气温15～17.6℃，无霜期平均270～330d，年降水量870～1400mm，全年日照374J/cm2。土壤类型为水稻土，pH 值6.0～6.5，微酸性。稻田保护性耕作定位试验始于2013年，轮作方式为水稻—小麦。

1.2 试验设计

试验设在四川省双流县九江区试A8号试验地，前作水稻。试验设置5个处理：①半免：稻草半量还田(3750kg/hm2)，免耕；②全免：稻草全量还田(7500kg/hm2)，免耕；③半翻：稻草半量还田(3750kg/hm2)，翻耕；④全翻：稻草全量还田(7500kg/hm2)，翻耕；⑤CK:传统翻耕，秸秆不还田。

小麦撒播，品种为“川双麦1号”，2015年10月31日播种，播种量为150kg/hm2，播种前每处理浇水80kg。肥料(底肥)在播前均匀撒施，11月6日施分蘖肥。期间防治病虫害。5月中旬收获。①～⑤处理施肥：N120kg/hm2、P2O545kg/hm2、K2O 45kg/hm2。磷肥和钾肥全部作底肥，氮肥底肥∶分蘖肥=7∶3。试验小区面积为33.33m2。

1.3 土壤水分测定

至播种之日起，采用Moisture meter(profile probe PR1)土壤水分测定仪测定0～10cm、10～20cm、20～30cm和30～40cm土层土壤水分含量。

1.4 水分利用效率(WUE)的计算

采用产量水平上的水分利用效率(WUE),计算公式为:WUE=Y/WU,Y为小麦的经济产量(籽粒重),WU为小麦的总耗水量[7]。

2 结果与分析

2.1 土壤含水量状况

小麦整个生育期，0～40cm土壤剖面水分含量(见表1)全翻﹥全免﹥CK﹥半免﹥半翻，0～20cm土壤剖面土壤水分含量全免﹥全翻﹥CK﹥半免﹥半翻。秸秆全量覆盖效果优于半量覆盖；翻耕后由于土壤接纳降雨能力强，土壤水分在20～40cm蓄积。0～40cm土壤剖面含水量全翻﹥全免；免耕减少表层土壤水分蒸发，0～20cm土层水分含量全免﹥全翻，半免﹥半翻。

表1 小麦整个生育期不同处理土层含水量 (单位：mm)

处理半免全免CK半翻全翻0～10cm68．1878．1877．7262．2985．080～20cm100．15111．6699．66102．3298．5420～30cm112．17115．94111．69112．51114．8930～40cm129．98119．69127．65119．34132．740～20cm平均84．1794．9288．6982．3191．8120～40平均121．08117．82119．67115．92123．820～40cm平均102．62106．37104．1899．12107．81

在小麦整个生育期(图1、图2、图3和图4),土壤含水量表现为0～10cm﹤10～20cm﹤20～30cm﹤30～40cm，且小麦各个生育期各土层含水量表现为出苗分蘖期﹥拔节孕穗期﹥抽穗成熟期。其中，各个处理间0～10cm土层土壤含水量波动较大，变化幅度为19.2%～63%，各处理土壤含水量随生育期的推进呈下降趋势；10～20cm、20～30cm和30～40cm土层土壤含水量相对比较稳定，变化幅度为分别为38.2%～66.9%、49.6%～65.5和51.6%～76.7。

出苗分蘖期土壤0～10cm土层土壤含水量(图1)全翻﹥全免﹥半免﹥半翻﹥CK，拔节孕穗期CK﹥全翻﹥半免﹥全免﹥半翻，抽穗成熟期CK﹥全免﹥全翻﹥半翻﹥半免；10～20cm、20～30cm和30～40cm土层土壤含水量(图2、3、4)，出苗分蘖期各个稻草覆盖还田处理均高于传统无秸秆覆盖，拔节孕穗和抽穗成熟期各处理间交替升降，没有明显规律。

小麦出苗分蘖期，全免、半免、全翻和半翻处理0～10cm土层土壤含水量均高于传统无秸秆覆盖，表明稻草秸秆覆盖还田减少了前期植株颗间土壤无效蒸发，对0～10cm土层具有明显的保墒效果，利于促进小麦出苗分蘖。出苗分蘖期植株较小，蒸腾作用消耗的水量较小，棵间蒸发在总耗水量中占有较大份额。从拔节期开始，植株迅速长大，蒸腾消耗的水量在总耗水中占主要份额，棵间蒸发所占份额渐减少，且由于前期秸秆覆盖具有保墒和保温作用，因此返青后秸秆覆盖处理小麦长势较好，蒸腾作用较强，消耗的土壤总水量较无覆盖对照处理的大，表现为各土层含水量与无覆盖对照处理差别减小，甚至有时候比无覆盖处理的小。

图1 0～10cm土壤含水量

图2 10～20cm土壤含水量

图3 20～30cm土壤含水量

图4 30～40cm土壤含水量

表2 不同处理小麦耗水量(mm)

2.2 小麦耗水量与节水效果

小麦耗水量采用概念性农田水均衡模型[8]进行计算,耗水量计算公式为:ET=P+I+△W。式中:ET为计算时段耗水量(mm)，P为计算时段内的有效降雨，I为计算时段内的灌溉水量(mm)，△W为根系层贮水量变化量(mm)。秸秆覆盖条件下，由于土壤含水量的变化影响作物生长，同时也影响作物各个生育阶段的耗水量[9]。小麦全生育期耗水量是CK>半翻>全翻>半免>全免，各个秸秆覆盖处理均比不还田耗水量小，秸秆全量还田<半量还田，免耕覆盖处理<翻耕覆盖处理。秸秆全量免耕总耗水量最小，节水效果最好，其次是全翻、半免和半翻，它们分别比对照减少耗水6.28%、3.78%、2.91%和2.42。

从秸秆覆盖开始到3月上旬小麦拔节孕穗，稻草秸秆覆盖还田减少了前期颗间土壤无效蒸发，耗水量低于对照；抽穗成熟期各秸秆还田处理耗水量大于对照，由于前期秸秆覆盖土壤含水量较大，植株生长旺盛，蒸腾加大，促使水分消耗由物理过程向生理过程转化，有利于提高作物水分利用率。

2.3 小麦群体结构及经济性状影响

小麦群体结构(表3)，株高全翻﹥半翻﹥全免﹥半免﹥CK，基本苗、最高苗和有效穗全量秸秆还田大于半量秸秆还田，全量免耕大于全量翻耕，小麦经济性状指标穗平均粒数和千粒重各个处理间差异不大。根据前面研究结果，秸秆覆盖对土壤水分影响表现为全量覆盖效果优于半量覆盖，0～20cm土层水分含量全免﹥全翻，半免﹥半翻，前期秸秆覆盖为小麦出苗和分蘖提供了小麦生长所需的充足水分，所以小麦群体结构整体表现为全量秸秆还田大于半量秸秆还田，全量免耕大于全量翻耕。

表3 小麦群体结构及经济性状表

2.4 小麦产量及水分生产利用率

由表4可以看出，不同秸秆还田量和不同耕作方式小麦的产量存在一定差异，全免﹥半免﹥全翻﹥半翻﹥CK，分别比对照增产25.80%、20.00%、16.30%和11.10%。免耕覆盖后小麦产量大于翻耕覆盖，同样的耕作方式下秸秆全量覆盖产量大于半量覆盖。各个处理水分利用率与产量变化趋势一致：全免﹥半免﹥全翻﹥半翻﹥CK，分别比对照提高29.51%、27.94%、20.27和13.80%，水分利用率全免处理最高，全量还田大于半量还田，免耕覆盖大于翻耕覆盖。由此看出，秸秆覆盖结合免耕可以提高土壤水分利用率。

表4 小麦产量和水分利用率

注：产量——kg/hm2；水分利用率——kg/hm2mm。

3 结 论

小麦整个生育期，各土层土壤含水量0～10cm﹤10～20cm﹤20～30cm﹤30～40cm，出苗分蘖期﹥拔节孕穗期﹥抽穗成熟期。0～40cm土壤剖面水分含量全量秸秆还田大于半量还田，全量翻耕大于全量免耕；0～20cm土壤剖面土壤水分含量全量免耕大于全量翻耕，秸秆全量覆盖效果优于半量覆盖。

小麦出苗分蘖期，稻草秸秆覆盖还田减少了前期颗间土壤无效蒸发，对0～10cm土层具有明显的保墒效果，有利于促进小麦出苗分蘖。拔节期开始，蒸腾消耗的水量在总耗水中占主要份额，且由于前期秸秆覆盖具有保墒和保温作用，因此返青后秸秆覆盖处理小麦长势较好，蒸腾作用较强，覆盖还田后各土层含水量与无覆盖对照处理差别减小，甚至有时候比无覆盖处理的小。

秸秆覆盖后土壤含水量的变化影响作物生长，并影响作物各个生育阶段的耗水量。小麦全生育期耗水量各个秸秆覆盖处理均比对照耗水量小，秸秆全量还田<半量还田，免耕覆盖处理<翻耕覆盖处理。秸秆全量免耕总耗水量最小，节水效果最好。

不同秸秆还田量和不同耕作方式小麦的产量和水分利用率均是全免﹥半免﹥全翻﹥半翻。小麦产量和水分利用率全免处理最高，全量还田大于半量还田，免耕覆盖大于翻耕覆盖。由此看出，秸秆覆盖免耕可以提高小麦产量和土壤水分利用率。

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