不同冬耕模式对红壤坡耕地土壤理化性质、花生产量及经济效益的影响

2022-12-01黄尚书何绍浪王斌强王馨悦周琦娜钟义军

土壤与作物 2022年4期

黄尚书，何绍浪，王斌强，王馨悦，周琦娜，钟义军

(1.江西省红壤研究所/国家红壤改良工程技术研究中心,江西南昌 331717； 2.江西农业大学国土资源与环境学院,江西南昌 330045)

0 引言

耕地是粮食生产的根本和载体。近年来，在我国粮食连年丰产的同时，耕地资源环境面临着多重挑战，耕地质量退化严重，严重制约了我国农业可持续发展。科学推进耕地轮作休耕制度，提升耕地综合生产能力，是探索藏粮于地、藏粮于技的具体实现途径，对推动我国农业绿色发展和保障国家粮食安全具有重要战略意义[1-2]。冬耕指在冬季翻松土地的活动，有关学者对水稻土的研究表明，冬耕翻耕可改善稻田土壤理化性质，促进水稻植株对土壤钾素的吸收，并提高水稻产量[3-5]；石恺等[6]对西南紫色土的研究发现，冬耕处理提高了玉米水分利用效率和出苗率，利于植株生长，实现增产增效；孟凡武等[7]在山东淋溶褐土的研究表明，冬耕能够达到集蓄冬季雨雪、缓解春季干旱、提高烟叶产量和质量的目的。根据相关研究结果及传统种植经验，相关学者在山东省、江苏省等提出了以冬耕技术为核心的作物(花生、玉米、棉花等)种植术规程[8-10]，为指导区域实施冬耕及促进作物增产提供了技术支撑。然而，冬耕对红壤坡耕地土壤质量、作物生长及产量的影响研究相对匮乏；同时，由于红壤坡耕地经济收益低，农民利用红壤坡耕地种植作物的积极性不高，连年冬耕的制度也面临巨大挑战。显然，新形势下研究红壤坡耕地不同冬耕模式对土壤理化性质及花生产量的影响，对于正确认识红壤坡耕地冬耕的重要性，制定区域合理的冬耕制度并进行推广等方面具有重要的理论和实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于江西省红壤研究所内(28°15′30″N，116°20′24″E)，气候温和、雨量丰富、日照充足、无霜期长，属中亚热带季风气候，年均降雨量1 537 mm，年蒸发量1 100～1 200 mm；区域有明显雨旱两季，3～6月为雨季，降雨量占全年雨量61%～69%；7～9月为旱季，蒸发量占全年蒸发量的40%～59%；年均气温17.7 ℃～18.5 ℃，最冷月(1月)平均气温为4.6 ℃；最热月(7月)平均气温一般在28.0 ℃～29.8 ℃。地形为典型低丘，坡度为4°，土壤为第四纪黏土母质发育的红壤，试验前基础土壤理化性质见表1。

表1 试验前基础土壤理化性质

1.2 试验设计

试验始于2017年冬季，选择基础肥力、地形条件一致的红壤坡耕地作为试验地，采用单因素随机区组设计，设置连年冬耕(CK)、隔年冬耕(T1)和不冬耕(T2)3个冬耕模式，各冬耕模式周年冬耕次序如下：

CK：冬耕(2017年)→冬耕(2018年)→冬耕(2019年)；

T1：冬耕(2017年)→不冬耕(2018年)→冬耕(2019年)；

T2：不冬耕(2017年)→不冬耕(2018年)→不冬耕(2019年)。

冬耕采用东方红LX754拖拉机配套铧式犁，翻耕深度为20 cm左右，为方便播种前土壤容重和水分含量的调查，在冬耕后旋耕2次，旋耕深度为15 cm左右，冬耕时间为每年12月下旬冬至前。每个处理重复3次，共9个试验小区，小区面积为100 m2(5 m×20 m)，在试验地周围设置1.5 m宽的保护行。供试作物为进贤当地小粒花生，播种时间为4月上旬，播种前15天左右试验小区旋耕2次，旋耕深度为15 cm，开沟播种，行株距为33 cm×15 cm。各处理化肥施用量均为当地常规施肥水平(N 118.3 kg·hm-2、P2O545 kg·hm-2、K2O 180 kg·hm-2)，打药、除草等按当地常规管理方式进行并保证各试验小区基本一致，每年8月上旬花生成熟后统一收获。

1.3 观测指标及方法

花生播种旋耕前土壤容重和体积含水量：于2018年和2019年花生播种旋耕前采用环刀法测定0～10 cm和10～20 cm土壤容重，采用托普TZS土壤墒情速测仪测定0～10 cm和10～20 cm土壤体积含水量。花生收获期土壤养分含量：于花生收获前(2020年8月10日)各试验小区采集0～10 cm和10～20 cm土层混合土样，用5点取样法采集混合土样。土样在室内自然风干，除去植物根系、杂物等，研磨过2 mm、0.25 mm筛，装瓶用于土壤有机质、碱解氮、有效磷及速效钾含量的测定，具体测定方法见参考文献[11]。花生出苗率及产量：花生播种15天后，统计各试验小区的出苗率；花生收获期收获各试验小区花生荚果，晒干、称重，统计产量。

1.4 数据处理

利用Excel 2007对试验数据进行初步统计分析，作图由Origin 8.1软件完成，利用SPSS 18.0软件对土壤理化性质、花生产量及出苗率进行Pearson方差分析和指标间相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对花生播种旋耕前土壤容重和水分含量的影响

由表2可知，不同处理对花生播种前0～10 cm和10～20 cm土层土壤容重均有显著影响(P<0.05)。其中：2018年，与CK处理相比，T2处理显著增加了0～10 cm和10～20 cm土层土壤容重(P<0.05)，增幅分别为7.29%和13.4%；2019年，与CK相比，T1和T2处理显著增加了0～10 cm和10～20 cm土层土壤容重，增幅为4.06%～16.7%。从土壤体积含水量来看，不同处理对花生播种前0～10 cm和10～20 cm土层土壤体积含水量存在显著影响(P<0.05)。其中：2018年，与CK处理相比，T2处理显著降低了0～10 cm和10～20 cm土层土壤体积含量(P<0.05)，降幅平均为21.5%；2019年，与CK相比，T1和T2处理显著降低了0～10 cm和10～20 cm土层土壤体积含水量，降幅平均为20.7%。由此可见，红壤坡耕地不冬耕可使来年作物播种前耕层土壤容重增加、土壤含水量降低。

表2 不同处理下花生播种旋耕前土壤容重和体积含水量

2.2 不同处理3年后对花生收获期土壤养分的影响

如图1所示，不同处理对0～10 cm土层土壤养分含量无显著影响，而对10～20 cm土层土壤养分含量存在显著影响(P<0.05)。与CK相比，T1处理显著降低了10～20 cm土层土壤速效钾含量(P<0.05)，降低8.48%；T2处理显著降低了10～20 cm土层土壤有机质、碱解氮和速效钾含量，降幅分别为15.5%、18.8%和8.48%(P<0.05)。

注：CK代表冬耕，T1代表隔年冬耕，T2代表不冬耕。不同小写字母表示同一土层不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.3 不同处理对花生出苗率及产量的影响

不同处理对各年度花生出苗率均有显著影响(P<0.05)。与CK相比，T2处理显著降低了各年度花生出苗率(P<0.05)，降幅为6.44%～9.46%，而T1处理显著降低了休耕年(2019年)花生出苗率(P<0.05)，降幅为6.16%。

分析各处理对花生产量的影响发现(图3)，不同处理对各年度花生产量均有显著影响(P<0.05)。与CK相比，T1处理使2019年花生产量显著降低了16.5%(P<0.05)，T2处理显著降低了2019和2020年花生产量(P<0.05，降幅平均为19.7%)。3年(2018～2020年)花生平均产量以CK最高(为2 974 kg·hm-2)，T1处理略有下降(2.90%)，T3处理降幅较大，为24.5%。

图3 不同处理下花生产量

2.4 花生出苗率及产量与土壤理化性质的相关性

表3是花生出苗率及产量与土壤理化性质的相关性分析。其中：土壤容重和土壤体积含水量与花生出苗率及产量的相关性采用2018和2019年平均值进行分析，花生收获期土壤养分含量与3年(2018～2020年)花生平均出苗率及产量进行相关性分析。结果表明，花生出苗率和产量与播种旋耕前0～20 cm土层土壤容重和体积含水量分别呈极显著负相关和正相关关系(P<0.01)；此外，花生产量还与土壤速效钾含量(试验结束时)呈极显著正相关关系(P<0.01)。

表3 花生产量与0～20 cm土层土壤理化性质的相关性

2.5 不同处理下的经济效益分析

分析不同处理多年经济效益发现，不同处理3年经济效益以CK处理最好(表4)，纯收益为26 655元·hm-2；T1处理次之，纯收益为24 810元·hm-2，较CK降低6.90%；T2处理最差，纯收益为15 075元·hm-2，较CK减少43.5%。

表4 不同处理下经济效益(2018～2020年)

3 讨论

本研究对2018和2019年花生播种前土壤容重和体积含水量的研究发现，冬耕可显著降低土壤容重和提高土壤体积含水量，与相关研究[4,12]得出的旱地冬耕有利于保持土壤疏松并提高土壤保墒效果的结论基本一致。冬耕降低土壤容重的作用毋庸置疑，而其提高土壤持水性能的主要原因是：一是冬耕后有利于接蓄雨水，减少雨水地表径流损失；二是冬耕可以切断毛管孔隙并减少水分蒸发[13]。本研究还发现，花生收获期(2020年)不同处理0～10 cm土层土壤养分含量差异不显著，但10～20 cm土层土壤养分含量差异显著，且均表现为连年冬耕和隔年冬耕处理显著高于不冬耕处理，说明在红壤坡耕地连年冬耕有利于耕层尤其是耕层中下层土壤养分的提高。这与冬耕为翻耕作业方式，有利于耕层上下层换位[14]，使土壤养分在耕层分布更为均匀有关。此外，冬耕有利于有机物料等混入土壤[15-16]，因而使0～10 cm土层土壤养分含量不会因为翻耕的均匀化作用而降低(甚至较不冬耕处理略有增加)。

各年度不同处理下花生出苗率均表现为冬耕处理(包括隔年冬耕处理中实施冬耕的年份)显著高于不冬耕处理，原因在于冬耕后土壤疏松且水分含量较高，种子易与湿土接触并被包围，从而有利于花生种子萌发[6]。保证出苗率是提高花生产量的基础，本研究中冬耕处理显著提高了花生出苗率，这是冬耕处理可显著提高花生产量的重要原因。相关性分析表明，花生出苗率及产量与播种旋耕前土壤容重和体积含量呈极显著相关性，这说明土壤容重和水分含量首先影响花生出苗率，直接提高或降低花生产量；其次土壤理化性质还通过影响花生生长发育而影响产量的形成，体现了土壤容重及体积含水量等土壤理化性对花生出苗率及产量形成的重要影响。土壤养分含量也是花生产量形成的重要因素，本研究中花生产量仅与土壤速效钾含量呈极显著相关性，可能是因为土壤速效钾较其它养分更易受到冬耕等外在因素的影响而发生迁移[17]，造成冬耕对10～20 cm土壤速效钾含量的影响最大。因而，本研究中仅体现了土壤速效钾含量对花生产量形成的重要作用。

分析不同冬耕模式的经济效益发现，不同处理3年(2018～2020年)经济效益以连年冬耕处理较高，说明连年冬耕是红壤坡耕地优良的冬耕模式。此外，隔年冬耕处理3年经济效益比连年冬耕处理降低6.90%，经济效益降低幅度较小。因此本研究认为对条件较差区域(机具通过性差、劳动力不足等)的红壤坡耕地可适当进行冬季休耕。