耕作方式对秸秆覆盖玉米田春播期土壤水热盐状况的影响

2019-05-22于庆峰苗庆丰史海滨张俊友

水土保持研究 2019年3期

于庆峰, 苗庆丰, 史海滨, 胡敏, 张俊友

(1.内蒙古农业大学职业技术学院, 内蒙古包头014109; 2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院, 呼和浩特010018)

内蒙古河套灌区地处干旱半干旱地区，属于典型的盐渍化灌区，且春季寒冷干旱，对春播期最佳播种农时的选择及种子的萌发和作物的生长发育产生了一定负面的影响，从而一定程度上制约了该地区农业的健康发展。而有研究表明，秋收后地表铺设秸秆，在土壤经历冻融循环后，显著改善了土壤水盐热条件，为翌年春季作物种子的萌发和生长提供了适宜的土壤环境[1]。也有研究表明，秋收后地表覆盖秸秆条件下，不同耕作措施造成的秸秆覆度是影响阳光辐射强度和土壤水热状况的关键因素，从而对春播期土壤环境产生影响[2]。

河套灌区特殊的气候和土质条件在一定程度上影响了灌区农业的健康发展，而春播期寒冷干旱且土壤盐分表聚问题严重一直以来也是困扰当地农民的主要难题[3]。良好的土壤条件是保证作物出苗和生长的关键因素。本研究鉴于前人的研究成果，在延续前期玉米秸秆覆盖试验的基础上，于玉米收获后通过设置免耕、少耕和旋耕的耕作措施，研究不同耕作措施对春播期土壤水热盐状况和玉米出苗率的影响，从而筛选出适宜灌区玉米生育期秸秆覆盖条件下的秋收后整地耕作措施，为灌区玉米的合理种植提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古河套灌区磴口县夹道村进行，试验期间无降水，该地区多年平均降雨量139.8 mm，蒸发量2 374.6 mm；多年平均气温为7.6℃，平均日照时数3 183 h，平均无霜期130 d左右。试验区0—20 cm为粉砂壤土，20—100 cm为粉砂质黏壤土，土壤平均容重为1.47 g/cm3；耕作层凋萎系数9.3%，田间持水量21.2%，该地区农业灌溉水源为黄河水，水质平均矿化度为0.32 g/L，平均pH值为8.1。

1.2 试验设计

试验地前茬为玉米平作秸秆覆盖种植，秸秆覆盖量为10 t/hm2。玉米收获后，进行整地，试验设置免耕、少耕(只进行灭茬)、旋耕(深度25 cm)共3个处理，各处理秸秆覆盖度分别为40%，25%和10%，11月1日进行秋浇，秋浇水量为1 500 m3/hm2。采用随机区组试验设计，小区规格50 m×10 m，3次重复，春玉米播种期为4月24日。

1.3 测定内容及方法

各处理于秋浇后土壤冻结前，在5—25 cm土体埋设HZR8T土壤温度记录仪监测整个冻融期土壤温度变化，每5 cm一层，记录时间间隔60 min。玉米播前连续三天利用土钻取样测定0—5 cm，5—10 cm，10—15 cm，15—20 cm和20—25 cm土壤含水率和电导率值，各处理分别在田块内畦首、畦中、畦尾设3个采样点，采用烘干称重法测定土壤含水率，用DDS-308A电导率仪速测土壤EC值。

本文以土壤质量含盐量表征土壤盐分含量，根据研究得出的适宜当地经验公式，利用实测土壤电导率EC值进行换算[4]，计算公式为：

Q=3.471EC+0.015

(1)

式中：Q为土壤全盐质量分数(g/kg)；EC为土壤1∶5浸提液在25℃时的电导率值(mS/cm)。

1.4 数据分析

采用Excel 2003 进行数据处理并绘制图表，SPSS 17.0进行单因素方差分析；如果差异显著，则采用邓肯式新复极差检验法进行多重比较，检验不同处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式对土壤含水率的影响

河套灌区常年春季无降水，因此玉米春播期土壤水分的来源主要为前一年秋浇灌水，但土体经历冻融循环后，如何更好的保蓄和调节土壤水分是关键，土壤含水量过低会使得种子萌发过程遭受水分胁迫，水分过多则会造成农田塌湿，可能延误最佳农时，从而对玉米的生长及产量的形成造成不利影响[5]。

本研究发现，各处理不同土层含水率整体表现为免耕>少耕>旋耕，且免耕0—5 cm和5—10 cm土壤含水率平均较少耕高10.62%和9.78%，差异性显著(p<0.05)，而其他土层间含水率差异性不显著(p<0.05)(表1)。但两处理各土层含水率均显著高于旋耕处理，免耕和少耕5—25 cm土壤含水率平均较旋耕高8.35%～24.82%和5.44%～12.84%，研究结论与张少良等[2]的研究结果具有一定的一致性，这主要是由于秸秆覆盖量越大，形成的隔绝效应一定程度上阻碍了土壤与空气的交换通道，水分蒸发量大幅减小[3]。而孟宪欣等[6]通过研究表明，适宜于种子萌发和壮苗的土壤含水率为15%～20%，侯玉虹等[7]通过研究不同土质底墒对玉米出苗的影响，得出适宜的土壤水分条件为壤土19%～22%，黏土26%～29%和沙土13%～15%。结合灌区实际条件，玉米种植犁底层为15 cm左右，种植深度为2.5 cm左右，综合本试验结果来看各处理土壤水分条件均可满足玉米种子萌发所需土壤水分条件，且不存在干旱胁迫或农田塌湿现象。

2.2 不同耕作方式对土壤温度的影响

河套灌区属于典型的干旱半干旱地区，春播期气温较低，而玉米属于典型的喜温性作物，适宜的土壤温度是保证种子萌发和幼苗生长的关键性因素[8]。通过对玉米播前连续3 d的地温日变化情况监测发现，各处理土壤表层5—25 cm土壤温度日变化趋势一致，均表现为表层5—15 cm变幅较大，且在14：00达到全天的峰值，而20—25 cm土壤温度受外界环境影响减弱，变化平缓，且最高值的出现呈现明显的滞后效应。

表1 不同耕作方式下土壤含水率对比 %

对比各处理发现，土壤温度整体表现为旋耕>少耕>免耕处理，旋耕表层5 cm处土壤日平均温度平均较少耕和免耕高17.51%和54.12%，10 cm处高16.73%和58.75%，15 cm处高15.76%和46.58%，20 cm处高12.45%和42.06%，25 cm处高6.54%和20.50%，差异性均达到了显著性水平(p<0.05)，这一方面是由于秸秆覆盖量越大，形成一定的隔绝效应，从而减少了阳光对地面的辐射强度，增温效应较弱，另一方面是受土壤含水率的影响。随土层深度的增加，受外界环境影响减弱，差异逐渐减小。此阶段气温较低，相对较高的土壤温度将有利于玉米种子的萌发及苗期的生长。

已有研究表明，土壤含水量与和热量变化存在着相互影响和相互作用的关系[9-11]。通过对不同土层含水率和温度回归分析发现，两者可拟合为具有较高精度的二次曲线关系(R2=0.9617)。说明在一定范围内随土壤含水率的增加，土壤温度呈现下降趋势，这主要是由于土壤含水量越大，增大了土壤的比热容，降低了土壤温度的变化幅度[12]，这不利于北方寒冷地区春播期土壤增温，从而对玉米出苗产生不利影响。

2.3 不同耕作方式对土壤含盐量的影响

春播期至玉米苗期，土壤含盐量的大小直接影响种子的萌发和生长发育，从而影响其出苗率和保苗率。大量研究表明[13-15]，土壤水分是盐分运移的载体，春播期，盐随水走，在土壤水分蒸发的影响下，土壤盐分呈现向表层积聚的态势。由于免耕和少耕处理地表覆盖度较大，减少了土壤水分的蒸发量，从而减弱了盐分表聚现象的发生。研究发现，旋耕处理盐分表聚量显著高于免耕和少耕处理(p<0.05)，5—25 cm土壤盐分含量平均高5.80%～14.57%和5.56%～10.44%。说明不同秸秆覆盖量条件下，不同程度改变了土壤水热循环系统，进而影响土壤盐分的运移，为玉米种子的着床和萌发提供了相对淡化的土壤环境。

图1 不同耕作方式下土壤温度变化

童文杰等[16]通过对内蒙古河套灌区玉米种植耐盐性的研究，确定了当土壤表层0—20 cm土壤含盐量在低于1.178 、1.178～2.036，2.036～3.465 和高于3.465 g/kg的土壤盐分条件，为玉米最适宜种植区、适宜种植区、次适宜种植区及不适宜种植区。本研究通过对数据分析发现，处理免耕、少耕和旋耕0—20 cm土壤含盐量平均值为1.818 g/kg，1.845 g/kg，1.984 g/kg，均为玉米适宜种植区，综合来看，各处理春播期盐分含量均适合玉米的播种。

表2 不同耕作方式下土壤含盐量对比 g/kg

2.4 不同耕作方式对玉米出苗率的影响

由图2玉米出苗率可知，各处理间玉米出苗率差异性均达到了显著性水平(p<0.05)，且以旋耕处理出苗率最高，平均较免耕和少耕处理高9.25%和6.21%，这主要是由于各处理均为玉米种子萌发提供了适宜的土壤水盐条件，但旋耕处理土壤温度显著高于其他处理，春播期气温较低，为玉米种子的萌发提供了更适宜的土壤温度条件，显著提高了出苗率。