盐渍化土壤下不同深度粉垄耕作对水稻性状及产量的影响

王 娟，马玲芳，陈 萍，罗园园，康建宏，马文礼

（1.宁夏农垦农林牧技术推广服务中心，银川 750000；2.宁夏大学农学院，银川 750000）

土壤盐渍化是全世界面临的共同问题，中国盐碱土地总面积约为9.55×108hm2［1］，是重要的后备土地资源，分布在西北、华北、东北等地区。宁夏位于中国西北地区，属于干旱及半干旱地区，降雨量少，土壤盐渍化问题严重，宁夏银北地区尤为严重。在土壤盐渍化严重的地区，植物很难生存［2］，盐碱土地存在严重抑制作物的生长发育、降低作物产量等多项负面影响。在盐碱化严重的土壤中作物很难正常生长，存活率低。特别是雨季过后，土壤出现返盐、板结，使得土壤变硬，作物出苗就变得异常艰难，出苗率低从而导致作物减产。因此，提升盐渍化农田的耕地质量，改良耕地，实现增产增收是当前亟需研究与解决的问题。

耕作方式对提升土壤质量及促进耕地可持续利用效果显著，与农业生产及作物高产息息相关［3］。深耕可防止土壤压实，改善土粒结构，提高透水性，改善土壤性质，保护水肥，减少盐害［4］。中国北方主要的耕作方式为小型农机浅旋，长期浅旋使土壤耕层变浅，犁底层上移等，导致作物根系难下扎，根茎类作物减产等后果。引进新型耕作方式，可通过打破犁底层，降低土壤的紧实度，减少作物根系下扎时所受到的阻力，促使根系更好地吸收土壤中的营养物质及水分，对获得优质、高产有重要作用。研究表明，深耕对土壤的理化性质有着良好的改良作用［5，6］。范艺宽等［7］研究表明，增加土壤中团聚体稳定性有助于改善土壤板结。前人对于不同耕作方式下土壤理化性质的研究颇多，对于盐渍化土壤下不同深度粉垄耕作土壤理化性状及产量变化的研究相对较少。本研究将探索盐渍化土壤在不同粉垄深度对土壤理化性状和水稻产量构成要素及产量的影响，旨在通过研究得出最适宜的粉垄深度，从而进行大面积推广应用，为宁夏银北地区盐渍化土地的改良提供参考。

粉垄深耕深松机简称“粉垄机”，是由广西五丰机械有限公司在广西壮族自治区农业科学院及中国农业科学院等多家科研院所协助下研发的新型农机。较传统犁耙碎地作业方式，粉垄机改用立式螺旋钻头，垂直旋转切割土壤，深度可达30～60 cm，达到深耕深松、耕作后的土壤粉碎并自然悬浮成垄状态，表面平整细碎，一次性即可完成整个耕作，此外粉垄机还可以通过调节钻头钻深和更换钻头对耕作深度做出相应的调整，以适应不同作物的需求［8］。较传统犁耕而言，粉垄耕作技术可加深、重构耕作层，降低其密度，增加其疏松土壤数量和碱解氮、有效磷、有效钾等多种土壤速效养分指标［9］，有效扩展土壤养分、水分和氧气等“自然资源活库”。粉垄耕作改变了土壤耕层结构，提升了养分含量，使作物扎根更深，生长环境良好，进而利于增加产量和改善品质［10］。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年在宁夏平罗县宁夏农垦前进农场农二队一号地下段17 条西（106°E，38.6°N）进行。试验地常年为盐碱地，东西最长21 km，南北最宽17 km，土地面积41.2×105hm2。2021 年最新耕地面积13.7×105hm2，水稻种植面积9.9×105hm2。前进农场土壤盐渍化程度较高，中度盐渍化耕地面积在5.25×105hm2，pH 8.3；重度盐渍化土地面积约2.25×105hm2，pH 8.9，土壤全盐含量土壤取样测量平均值也在12.3 g∕kg 左右。试验地为盐碱滩，全盐含量较重，有机质含量偏低，地下水位高，水草杂生，连年种植水稻，土壤通透性差，保苗率低。试验地土壤理化性状如表1 所示。

表1 供试土壤理化性状

1.2 供试作物和试验机械

供试水稻品种为长粒优117（全生育期120 d 左右），试验机械为粉垄机（型号ISGFX-210-2500）。

1.3 试验设计

试验采用大区对比试验，设置4 个粉垄深度，分别为60 cm（FL 60 cm）、50 cm（FL 50 cm）、40 cm（FL 40 cm）、30 cm（FL 30 cm），以传统耕作为对照（CK，深度25 cm），共计5个处理。每个处理面积500 m2，试验区采用一次性控释肥，推荐施肥量为N 216.00 kg∕hm2、P2O587.75 kg∕hm2、K2O 40.50 kg∕hm2。

3 月25 日对试验地进行粉垄处理，整地后4 月7日进行机械播肥，4 月15 日浇水稻地上水，4 月27 日进行水稻撒种，7—8 月对水稻实施稻瘟病防治措施，水稻收获期为10月中旬，其他管理同大田。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 土壤理化性状的测定 土壤物理性状测定。在水稻试验地耕作前及收获后，按五点取样法分别采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3 个层次的土壤样品，土样混合后按四分法保留1 kg，经风干、除杂、研磨后用于养分测定。土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质分别使用碱解扩散法、0.5 mol∕L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法、乙酸铵浸提-火焰光度法和重铬酸钾容量法-硫酸氧化法进行测定。pH 和全盐含量采用酸度计法、电导法分别测定土壤pH 和水溶性盐含量。

土壤水分与土壤结构测定。采用环刀法测定土壤的容重与孔隙度，采用铝盒烘干法测定土壤含水量。

1.4.2 水稻生长发育指标 水稻生长季，株高、茎粗及叶绿素含量分别用卷尺、游标卡尺（艾瑞泽0～150 mm）、叶绿素仪（SPAD-502Plus）测定，其中水稻茎粗测定茎第一基部节中位置，功能叶叶绿素含量测定叶上、中、下3 个部位SPAD 平均值。

1.4.3 水稻产量及产量构成 水稻收获时先进行理论测产，每个处理取3 个样方，再晾晒、脱粒、称重、测水分，进行室内测产和考种，折标准水分产量，再折算为单位产量，田间再按处理全部实收、实打、计产进行复核。测产指标包括株高、茎粗、穗长、枝梗数、穗粒数、空粒数、秕粒数、结实粒数、千粒重。

产量测定方法。水稻小区准确丈量、计算收获面积（计产面积），折算单位产量。

1.5 数据分析

采用Excel 2007 软件录入并整理数据；采用DPS 软件进行数据统计分析，方差分析选用Duncan新复极差法，并用SigmaPlot 12.5 及Excel 2007 软件绘制数据图。

2 结果与分析

2.1 水稻生长性状指标的变化

不同处理下水稻株高、茎粗及叶绿素含量变化趋势如图1 所示。由图1 可以看出，不同粉垄深度下水稻株高在生长过程中整体长势呈先快速增长到水稻成熟期（8 月4 日），后增长逐步变缓，到后期趋于平稳。整体来看，FL 50 cm、FL 60 cm 水稻长势最好，CK 水稻株高相对较弱，其他处理下水稻株高差别不大；其中FL 50 cm、FL 40 cm、FL 30 cm 、CK 4个处理茎粗生长趋势一致，茎粗在8 月4 日达到最大，FL 60 cm 水稻茎粗最小，生长期茎粗整体变化趋势呈先快速增加后趋于平缓；整体来看，各处理水稻功能叶叶绿素含量呈先增长再下降，整个变化趋势符合植物叶绿素含量变化规律，其中CK 叶绿素含量相对较高，这可能与该处理水稻基本苗较其他处理稀疏、分蘖较少、水稻叶面光照更加充分有关，从水稻整个生长期来看，各处理下叶绿素含量相差不明显。

图1 不同处理下水稻株高、茎粗及叶绿素含量变化趋势

2.2 水稻产量构成要素及产量变化

不同深度粉垄处理下水稻各生理指标变化及其农艺性状均有所不同。从表2 水稻生长性状及产量构成要素来看，水稻株高由高到低依次为FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，可见各粉垄处理与CK 不粉垄处理之间在0.05 水平上存在显著差异，粉垄处理下的株高均高于CK，FL 40 cm 与FL 30 cm 株高差异不显著；水稻穗长各处理长短依次为FL 60 cm、FL 30 cm、FL 50 cm、FL 40 cm、CK，各粉垄处理与CK之间穗长存在显著差异，FL 60 cm、FL 30 cm、FL 50 cm、FL 40 cm 穗长比CK 穗长分别长14%、8%、7%、3%；收获穗数变化趋势与株高、穗长相似，在0.05 水平上各粉垄处理与不粉垄处理CK之间存在显著差异，且粉垄耕作深度越深单位穗数越大，FL 60 cm 单位穗数与其他粉垄处理之间存在显著差异。整体来看，各粉垄处理与CK 在株高、穗长、收获穗数上均存在显著差异。

表2 不同处理对水稻产量构成要素及产量的影响

从表2 水稻产量来看，各处理水稻产量由高到低排列为FL 60 cm、FL 50 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，总体而言各粉垄处理下的水稻产量与CK 之间在0.05 水平上存在显著差异，各粉垄处理间水稻产量也存在显著差异，且随着粉垄深度的增加水稻产量也相应有所增加，本试验条件下FL 60 cm 产量达到最高值，为10 245.6 kg∕hm2，较CK（8 999.3 kg∕hm2）增产13.8%，FL 50 cm 增产8.2%，FL 40 cm 增产6.3%，FL 30 cm 增产5.2%。可见，随粉垄耕作深度增加，水稻增产效果明显。

2.3 水稻种植前后土壤理化性状及养分含量变化

2.3.1 水稻种植前后土壤理化性状变化分析 分析不同粉垄深度处理下土壤全氮、有效磷、速效钾、碱解氮、有机质、pH 和全盐及土壤容重变化情况，容重测量采取3层土壤，深度分别为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm。根据基础土壤数据（表3）可知，在粉垄耕作之前，不同深度土壤容重存在差异，整体来说，土壤容重由低到高依次为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，土层深度越浅容重越低，土壤孔隙度越大，土壤也越松软，水分越容易渗透，因此含水量也较高。

表3 播种前土壤各土层理化性状情况

播种后不同土层深度下不同处理土壤理化性状变化如图2 所示。由图2 可知，通过粉垄耕作后，土壤容重较播种前（表3）有所降低，表层土壤（0～20 cm）播种前容重为1.54 g∕m3，经过粉垄处理后土壤容重低于播种前，CK 土壤容重基本与播种前土壤容重保持一致。其中，表层土壤容重由低到高依次为FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK，可见各粉垄处理土壤容重有所降低，FL 50 cm 容重为1.49 g∕m3，降低最多；土壤总孔隙度变化趋势与容重正好相反，FL 50 cm 土壤总孔隙度最大，整体变化趋势由大到小依次为FL 50 cm、FL 60 cm、FL 40 cm、FL 30 cm、CK；表层土壤田间持水量与土壤含水量变化总体趋势一致，其中FL 50 cm 田间持水量与土壤含水量均最高，CK 最低。亚表层土壤（20～40 cm）各粉垄处理容重均低于对照（CK），其中FL 30 cm 容重最低，总孔隙度对照（CK）最低，说明土壤较坚硬，粉垄处理下土壤较为松软。深层土壤（40～60 cm）FL 60 cm 土壤容重、总孔隙度、土壤含水量、田间持水量均与CK 差异显著（P＜0.05），FL 50 cm 田间持水量除与FL 60 cm 差异不显著外，与其他处理间差异显著。

图2 播种后不同土层深度下不同处理土壤理化性状变化

可见，随粉垄深度的增加土壤容重变化明显，FL 60 cm、FL 50 cm 处理容重较低，土壤总孔隙度较大，土壤含水量与田间持水量较高，粉垄耕作处理与对照存在一定差异，说明粉垄耕作能够较好地改善土壤结构，为作物生长发育提供良好基础。

2.3.2 水稻种植前后土壤养分含量变化 由表4 可知，无论是播种前还是播种后，随土壤深度的递增，各处理除pH 有递增趋势外，其他如有机质、碱解氮、有效磷等养分含量均随着土壤深度的递增有下降趋势，表层土壤（0～20 cm）各粉垄处理下有机质含量、碱解氮含量与CK 差异显著，其中FL 60 cm 的有机质、碱解氮含量最高，与其他处理之间差异显著，FL 50c m 次之，CK 有机质、碱解氮含量最低；粉垄处理和CK 在有效磷、速效钾含量上差异显著。亚表层土壤（20～40 cm）FL 60 cm 有效磷、全盐、pH与其他处理之间差异显著，FL 50 cm 在有机质、碱解氮、全氮含量上具有优势，与其他处理差异显著。深层土壤（40～60 cm）有机质含量最高出现在FL 50 cm，有效磷、速效钾、全氮含量最高在FL 60 cm，且与其他处理之间差异显著，可见粉垄深度增加，能够使土壤结构发生改善，土壤养分随土壤耕作深度有下移趋势。

表4 播种后不同处理下不同土层深度土壤养分含量变化

3 讨论

本研究通过对不同耕作方式下水稻理化性状、养分含量及产量变化等分析得到，传统耕作方式与粉垄耕作方式相比，粉垄耕作具有使耕作土层土壤深厚，土壤容重降低，土壤含水量提高的特点，对土壤蓄水保墒的能力有较大贡献。粉垄耕作使得土壤质地更松软、平整，土粒松梳、细碎，土壤养分更易释放，有机质含量增加，更利于作物种植。粉垄耕作后的土地不再需要其他处理，可直接进行作物种植，较传统耕作方式犁地、耙地再种植可有效减少整地工序及机械对土地的扰动。

3.1 粉垄耕作对水稻生长性状的影响

唐茂艳等［11］研究显示，粉垄处理下叶绿素相对含量（SPAD）极显著高于常规耕作，叶片净光合速率高，且持绿时间长，利于光合同化物的生产积累，与本研究结果相反，从叶绿素含量整体变化来看，各处理随着水稻生长进程整体变化均为叶绿素含量呈先增长再下降趋势，变化趋势符合植物叶绿素含量随生长时期变化规律，其中CK 叶绿素含量相对较高，究其原因可能与对照水稻基本苗较其他处理稀疏、分蘖较少、水稻叶面光照更加充分有关，后期可做进一步研究。

3.2 粉垄耕作对土壤容重、含水量等理化性状的影响

李轶冰等［12］研究认为，粉垄耕作后土壤易于调用深层水分，土壤调蓄水分更通畅。刘江汉等［13］研究表示，粉垄耕作可有效降低0～45 cm 土层土壤容重，提高土壤含水量，增加土壤孔隙度。FL 45 cm 在0～45 cm 土层孔隙度增幅效果最为显著。本研究中粉垄处理后的土壤水分、孔隙度均显著提升、容重下降明显，说明粉垄随深度增加效果越明显，本试验中FL 60 cm 土层孔隙度增幅效果最为显著，与刘江汉等［13］的研究结果趋势相符。分析原因可能是粉垄耕作深度较深，深层土壤孔隙度提高，水分渗透更通畅，使得土壤环境得到改善，深层土壤含水量显著提高，土层深处土壤环境较好，使底层土壤养分能够被较好吸收与利用，从而改善盐碱化土壤。这也与杨博等［14］的研究粉垄耕作0～40 cm 深度土壤可显著降低pH 的结论相符。

3.3 粉垄耕作对水稻产量及养分吸收影响

聂胜委等［15］研究发现，粉垄耕作能够增加小麦、玉米两季作物产量，促进作物对养分的吸收，适当增加耕作层的厚度更有助于小麦产量的提高。韦本辉等［16］研究表明，粉垄栽培技术可以增加马铃薯的产量，并提高商品薯的比例。本研究也发现粉垄耕作处理下土壤养分含量有所增加，特别是有机质含量增加明显。粉垄耕作处理水稻产量明显高于CK。特别是水稻收获穗数、千粒重等指标，FL 60 cm、FL 50 cm 较CK 有显著提高。粉垄耕作后土壤结构得到明显改善，提高了土壤养分含量，更好促进水稻养分吸收，进而促进水稻增产，本研究结果与韦本辉等［16］粉垄栽培技术可以增加作物产量的研究结果一致。

4 结论

盐渍化土壤下不同粉垄耕作深度对水稻理化性状及产量影响试验效果显著，本研究FL 60 cm 产量达到最高，为10 245.6 kg∕hm2，较CK（8 999.3 kg∕hm2）增产13.8%，FL 50 cm 次之，增产效果显著。随着机械粉垄深度的增加，土壤总孔隙度增大，土壤容重随着土壤深度呈降低趋势，FL 60 cm 土壤容重下降明显，经过粉垄处理的土壤含水量、总孔隙度、土壤养分含量较对照均有所增加，深层土壤下有机质含量最高出现在FL 50 cm，有效磷、速效钾、全氮含量最高在FL 60 cm。通过研究结果可知，粉垄耕作对盐渍化土壤质量具有一定改善作用，能够达到增产增收效果。