深松耕作和不同灌水量对通辽苏打盐碱地土壤理化性状和玉米产量的影响

王本龙 周春生 海珍 娄雨欣

摘要：为解决通辽苏打盐碱地土壤耕层变浅、理化性状恶化、产量低下等问题，基于通辽市科左中旗盐碱试验地，设置仅旋耕+2 100 m3/hm2灌水量（CK）、深松+1 500 m3/hm2灌水量（A1）、深松+2 100 m3/hm2灌水量（A2）、深松+2 700 m3/hm2 灌水量（A3）4组处理，比较深松耕作和不同灌水量对于通辽苏打盐碱地土壤含水量、pH值、电导率、全盐量及玉米产量的影响。结果表明，相较于传统旋耕，深松耕作能够打破犁底层，播种前20～40 cm土层中，A1、A2、A3处理的土壤含水量较CK分别增加了-14.41%、23.42%、37.84%；收获后0～5、5～10、10～20 cm土层中，A2和A3处理的土壤pH值较CK分别降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%，而A1处理较CK明显升高；收获后0～5、5～10、10～20 cm土层中，A1、A2、A3处理的电导率较CK明显降低，多数差异达显著水平（P<0.05）；收获后0～40 cm土层中，A1、A2、A3处理的全盐量较CK明显降低，多数差异达显著水平；在玉米的产量构成要素中，A1、A2、A3处理的穗长、十穗鲜质量、穗周长、轴质量、纵向籽粒数、百粒鲜质量、百粒干质量和玉米产量较CK均有明显提升，其中以玉米产量提升最为显著，较CK分别提升了32.12%、27.98%、63.18%。深松耕作能够有效打破土壤犁底层，配合合理灌水量能够显著降低耕作层土壤盐分，同时大幅提升玉米产量。综上所述，深松耕作配合 2 700 m3/hm2 灌溉量（A3）为本试验盐碱地玉米种植的适宜处理。对于合理确定通辽盐碱地深松方案具有一定技术参考。

关键词：深松耕作；苏打盐碱地；玉米产量；灌水量

中图分类号：S156.4；S513.04  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）03-0247-07

苏打盐碱地作为一种中低产农田，在对生态造成严重影响的同时，也遏制了农村农业经济的健康发展。土壤盐碱化使得土壤的理化性状发生恶化，致使土壤板结［1］、渗透性差［2］、水盐运动受阻［3］。大片土地因此荒废无法种植作物，严重阻碍了当地农业农村经济的可持续发展，因此，如果能够找出有效的治理措施，将大大缓解农业用地压力和促进农村农业发展。深松作为保护性耕作的关键措施，可以增强团聚体的稳定性，改善土壤紧实度［4］，提升水分利用效率以及土壤结构的稳定性［5］，提升土壤生产力［6］。深松是构建合理耕层结构的有效改良技术，郑培峰等研究发现，40 cm深松可以明显提升土壤水分含量，延长绿叶期［7］；齐鹏等研究发现，深松耕作能显著提升地上生物量，同时显著降低根、叶的氮磷比［8］；焦凤丽研究发现，深松35 cm结合拔节期灌溉60 mm处理可明显提升华北平原冬小麦碳排放效率和水分利用效率［9］。张凯等研究发现，相较于常规旋耕，深松处理使0～40 cm土层平均土壤容重降低5.0%，土壤孔隙度增加6.9%，田间持水量增加6.2%，饱和含水量增加6.2%［10］。表明深松耕作可以有效改善土壤性状，并提升水分利用效率。通辽苏打盐碱地存在土壤结构差、高pH值、高盐含量等问题，玉米因为具有一定的耐盐碱性，成为了当地的主要作物，但是多年连作和传统旋耕导致玉米产量连年下降。本试验通过与常规旋耕相比，研究深松耕作和不同灌水量对通辽苏打盐碱地土壤含水量、pH值、电导率、全盐量的影响，因地制宜地探寻出一种适合当地的深松耕作模式，实现土壤的良性生产，改善苏打盐碱地的土壤性状，提升玉米产量，增加农民收入，为深松耕作在苏打盐碱地上的改良提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于内蒙古自治区通辽市科左中旗花吐古拉镇三家子村，属温带大陆性季风气候，四季分明。春季回暖快，多风沙；夏季雨热同步，雨量集中；秋季短促，降温快；冬季干冷漫长。地理坐标为122°08′59″E，43°49′51″N，高程178.444 m，全年日照时数2 891.7 h，年平均降水量269.7 mm，年平均蒸发量 2 027 mm，年平均气温为5.6 ℃。试验区土壤基本理化性质详见表1。

1.2 试验设计

试验设计4个试验小区（表2），试验区总面积为 7 000 m2。CK、A1、A2、A3试验小区面积分别为252.0、927.3、1 816.7、1 149.3 m2。耕作前施底肥：腐熟牛粪5 m3/667 m2、硅肥15 kg/667 m2、腐殖酸15 kg/667 m2、尿素40 kg/667 m2、磷酸二铵 40 kg/667 m2。耕作方式为深松，耕作深度为 40 cm。深松耕作后进行联合整地整平。试验玉米品种为京科969，大小垄种植，大垄宽80 cm、小垄宽40 cm，于2019年4月20日播種，种植密度 5 000 株/667 m2，在2019年10月14日收获，结合内蒙古自治区地方标准DB15/T 1382—2018《露地玉米浅埋滴灌技术规程》，按生育期进行设计灌水次数及灌溉定额，灌溉制度详见表3。

1.3 测定指标及方法

分别在玉米播前、生育期、收获后使用土钻进行取样，取样点布置在垂直滴灌带方向上，距滴灌带中心15 cm处，取样点在实验处理小区的中央。取样深度为0～40 cm，纵向间隔为0～5、5～10、10～20、20～40 cm。取样后带到内蒙古财经大学资源环境监测试验室进行相关指标检测。室内主要测定土壤含水量、pH值、电导率、全盐量。利用烘干法测定土壤含水量［11］。用PHS-3C型pH计测定pH值；用DDSJ-308A电导率仪测定电导率；用残渣烘干法测定可溶性全盐含量［12］。玉米产量测定时，成熟期在各小区中心5 m×5 m的区域采样用于考种，考查穗长、穗鲜质量、穗周长、轴质量、纵向籽粒数、横向籽粒数、百粒鲜质量、百粒干质量。各试验小区按实收穴数计产。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel和Origin 2022等软件进行分析处理，用IBM SPSS Statistics 27.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 深松和灌水量对土壤含水量的影响

由表4可知，深松耕作和不同灌水量对土壤含水量有明显影响。深松耕作后土壤容积质量降低，增加了土壤孔隙，土壤疏松透气，土壤含水量也随之发生变化。种植前，深松耕作后土壤疏松犁底层被打破，表层0～20 cm土层的土壤水分失墒较快。0～5 cm土层土壤含水量较CK分别显著降低66.67%、89.08%、89.66%；5～10 cm土层土壤含水量较CK分别显著降低72.22%、50.00%、47.22%；10～20 cm土层土壤含水量较CK分别显著降低87.78%、90.00%、84.44%；20～40 cm土层土壤含水量较CK分别提高-14.41%、23.42%、37.84%；深松处理与CK相比，播种前0～40 cm土层的土壤含水量均达到显著差异水平。收获后，不同深松灌水量处理相较于CK呈现不同变化，0～5 cm 土层土壤含水量较CK分别提升1.89%、-28.3%、5.66%；5～10 cm土层土壤含水量较CK分别提升-6.50%、-8.94%、4.07%；10～20 cm土层土壤含水量较CK分别提升-10.21%、-5.11%、5.11%；20～40 cm土层土壤含水量较CK分别提升-21.42%、-27.97%、1.79%。播种前深松耕作有效打破了土壤犁底层，表层土壤水分能够渗入深层土壤，盐分随着水分向深层土壤运移，有利于土壤进行排碱脱碱。收获后，CK在0～40 cm土层的土壤含水量明显高于A1和A2处理（0～5 cm土层的A1处理除外），原因可能是在同等灌水量下，深松耕作打破了土壤犁底层，土壤疏松多孔，水分向更深层土壤渗入，同时玉米植株发育成熟，所需水分增加。

2.2 深松和灌水量对土壤pH值的影响

图1为整个生育期内不同处理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土层的土壤pH值变化，由图1可以看出，在出苗期（4月27日），CK在0～40 cm土层的土壤pH值明显高于深松处理；不同处理0～40 cm土层的土壤pH值在生育期结束时基本都小于生育期开始时。图2为收获后不同处理土壤pH值变化，由图2可知，A2、A3处理较CK不同程度地降低了土壤pH值，收获后0～20 cm的土层中，A1处理的pH值较CK有明显提升，增幅分别为1.51%、1.42%、0.83%，A1处理的pH值峰值集中在0～5 cm土层中，可能是A1处理灌水量较低，为1 500 m3/hm2，较低的灌水量没有多余的水分将盐分向深层运移，因此盐碱在该层间聚集，导致该土层pH值较高。0～10 cm土层中，A2、A3处理的土壤pH值均显著低于CK，A2、A3处理在0～20 cm土层的pH值较CK分别降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%，说明深松耕作搭配合理灌水量可显著降低耕层土壤pH值。

2.3 深松和灌水量对土壤电导率的影响

图3为整个生育期不同处理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土层土壤电导率的变化，由图3可以看出，CK、A2处理、A3处理各土层在生育期间内电导率相对较均匀，差异较小。图4为收获后不同处理土壤电导率的变化，由图4可知，深松耕作处理较对照不同程度降低了0～40 cm 土层的土壤电导率。0～20 cm土层中，A1、A2、A3处理的土壤电导率均显著低于CK。深松处理搭配合理灌水量可有效降低土壤电导率，0～40 cm 土层土壤平均电导率表现为CK>A1处理>A2处理>A3处理。A1、A2、A3处理在0～5 cm土层的土壤电导率较CK分别显著降低66.87%、50.31%、55.62%，5～10 cm土层土壤电导率较CK分别显著降低66.42%、50.92%、53.87%，10～20 cm 土层土壤电导率较CK分别显著降低30.68%、34.47%、35.98%，20～40 cm土层土壤电导率较CK分别降低12.13%、27.81%、49.11%。

2.4 深松和灌水量对土壤全盐量的影响

图5为整个生育期不同处理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土层土壤全盐量变化，由图5可以看出，在7月24日以后，深松耕作和对照旋耕呈现出2种不同的全盐量变化趋势，对照旋耕呈现先降低后增加的趋势，深松耕作则呈现出先增加后降低的趋势，深松耕作有效降低了生育期内0～40 cm土层的土壤全盐量（8月11日除外，可能是深松耕作取样点为盐斑所致）。图6为收获后不同处理土壤全盐量变化，在 0～40 cm土层中，深松耕作处理较CK不同程度降低了0～40 cm土层全盐量。0～40 cm土层中，A2、A3处理的土壤全盐量与CK均达显著差异水平，A1处理由于灌水量较低，盐分堆积在 20～40 cm土层中，无法淋洗到更深层土壤。当灌水量为 2 700 m3/hm2 时，土壤0～40 cm土层全盐量均在1.0 g/kg以下。深松處理搭配合理灌水量可以显著降低土壤全盐量，在0～40 cm土层中土壤平均全盐量表现为CK>A1处理>A3处理>A2处理，A1、A2、A3处理在0～5 cm土层的土壤全盐量较CK分别显著降低42.11%、94.74%、84.21%，在5～10 cm土层的土壤全盐量较CK分别显著降低42.11%、81.58%、73.68%，在10～20 cm土层的土壤全盐量较CK分别显著降低25.81%、74.19%、67.74%，在20～40 cm土层的土壤全盐量较CK分别降低6.67%、63.33%、73.33%。

2.5 深松和灌水量对玉米产量和产量组成因素的影响

在玉米收获后，对玉米植株进行了考种分析，由表5可知，在玉米产量的组成因素中，深松耕作和不同灌水量处理的十穗鲜质量、穗周长、纵向籽粒数、产量明显提高。对玉米穗部分析可知，A2处理的穗长最大（19.5 cm），其次是A1处理（18.3 cm），最后是A3处理（18.0 cm），均明显高于CK，增幅分别为19.63%、12.27%、10.43%；A2处理的十穗鲜质量最大（2.7 kg） 其次是A3处理（2.3 kg），最后是A1处理（2.1 kg），均明显高于CK，增幅分别为50.00%、 27.78%、 16.67%；A2处理的穗周长最大 （9.1 cm），A1、A3处理间差异不大，分别为8.6、8.5 cm，较CK分别显著提升19.74%、13.16%、11.84%；A2处理的三轴质量最大（106.4 g），其次是A3处理（105.6 g），最后是A1处理（100.6 g），较CK分别提升29.00%、28.00%、21.94%。对玉米籽粒分析可知，A2处理的纵向籽粒数最大（36粒/列），其次是A1处理（33粒/列），最后是A3处理（32粒/列），较CK分别提升33.33%、22.22%、18.52%；A2、A3处理的横向籽粒数相同，均为16粒/行，A1处理的横向籽粒数为 15粒/行，较CK分别提升14.29%、14.29%、7.14%；A1处理的百粒鲜质量最大（47.0g），其次是A2处理（46.7 g），最后是A3处理（44.9 g），较CK分别提升9.81%、9.11%、4.91%；A2处理的百粒干质量最大（39.8 g），其次是A1处理（38.2 g），最后是A3处理（35.8 g），较CK分别提升12.11%、7.61%、0.85%。从产量上看，A3处理的产量最高（1 021.7 kg/667 m2），其次是A1（827.2 kg/667 m2），最后是A2处理（801.3 kg/667 m2），均显著高于CK，增产率分别为63.18%、32.12%、27.98%。

3 讨论与结论

深松耕作可以降低耕层土壤容重和土壤紧实度，增加土壤总孔隙度，保持深层土壤水分［13］，土壤含水量是反映土壤水分状况的重要指标［14］。崔文芳等研究发现，深松配合秸秆还田能有效提升蓄水能力，4年间，土壤含水量年均增长1.32%，土壤含水量比CK提升2.09%［15］；高鹏等研究发现，河套平原在秋季进行深松且深松深度为50 cm时水分利用效率提升了29.63%［16］。本研究发现，只有当深松配合2 700 m3/hm2灌水量时收获后各土层的土壤含水量较常规旋耕有所提升，原因可能是通辽苏打盐碱地属于较特殊的盐碱土壤，表层（0～20 cm）土层的土壤为后天人为移植来的生土 而20～40 cm土层的土壤为盐碱地，土壤板结严重，水分无法下渗，因此表层的土壤含水量较高，深松耕作打破了原有犁底层，增加了土壤的透水性和孔隙度，水分向深层的土壤渗透，因此表层的土壤水分失墒较快，只有在深松耕作配合大灌水量时才可以增加收获后土壤含水量，这与其他研究结果［7，10］不完全一致。高盐、高pH值的盐碱地对于种子萌发和作物生长有着盐碱胁迫作用［17］。聂朝阳等研究发现，深松耕作协同物料添加可以显著降低0～40 cm土层的土壤pH值，改善耕层土壤结构，促进耕层土壤降碱排盐［18］；李瑞平研究发现，与免耕相比，深松降低了10～30 cm土层的土壤pH值［19］。本研究也发现，在同一灌水量条件下，深松（A2处理）与常规旋耕（CK）的土壤pH值在0～5、5～10 cm土层中均存在显著差异，深松有效降低了土壤pH值，这与前人的研究结果［18-19］一致。土壤电导率是反映盐碱化程度的一个综合性参考指标，在一定浓度范围内，水溶性含盐量与电导率呈正相关［20］。本研究发现，在深松耕作的条件下，收获后当灌水量小于常规旋耕处理时，0～40 cm土层的土壤电导率仍明显低于常规旋耕处理，表明深松耕作可以通过疏通土层，将盐分排至耕作层以下，从而明显降低土壤电导率，这与前人的研究结果［21-22］保持一致。土壤全盐量作为衡量土壤盐碱度的一个重要指标，全盐量越高，土壤盐碱化程度越严重［23］。Casas等研究发现，阿根廷平原西北部的纳特拉夸尔夫地区深松耕作能够显著降低0～30 cm土层的土壤电导率及全盐量［24］；夏婷等研究发现，灌水定额2 700 m3/hm2+排盐沟+深松耕模式全盐和分盐的淋洗效果最佳［25］；本研究也发现，在深松耕作条件下，当灌水定额为2 700 m3/hm2时，收获后0～40 cm土层的土壤全盐量均显著低于常规旋耕处理，深松耕作能够有效降低土壤全盐量从而达到改良盐碱地的目的。

前人关于深松耕作对作物生长发育的影响做了大量研究。韩固等研究发现，深松30～40 cm 覆盖秸秆处理可改善土壤水热状况，实现马铃薯增产增收［26］；Yu等研究发现，深松耕作可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，进而提高玉米的籽粒产量［27］；Jiao等研究发现，深松35 cm显著提高了玉米的行粒数和千粒质量，进而提高了玉米的产量及叶片的水分利用效率［28］。本研究也发现，深松耕作促进了玉米的生长发育，穗长、穗鲜质量和产量提高，其中深松配合2 700 m3/hm2灌水量处理下的产量提升最大，增幅达到63.18%。主要原因是深松耕作以后土壤变得疏松，土壤透水透气性增加，盐碱度降低，较大的灌水量也进一步加快了盐分的运移，为玉米的生长发育提供了有利条件。

因此，综合上述讨论可以得出以下结论：（1）在第1次收获后的0～40 cm土层中，同为 2 100 m3/hm2 灌水量时，深松耕作相较于旋耕，能够显著降低土壤的pH值和全盐量，促进苏打盐碱耕地脱碱排碱，改善土壤理化性状。（2）深松耕作能够促进玉米生长发育，提升通辽苏打盐碱地玉米产量。不同处理的玉米产量均明显高于CK，尤其以A3处理最为明显，产量显著提升63.18%。综合试验数据，考虑深松耕作及不同灌水量对盐碱地土壤水盐分布及玉米產量的影响，研究认为在深松深度 40 cm 的条件下灌水2 700 m3/hm2比较适宜，既可淋洗盐分至耕作层以下，亦可大幅提高玉米产量及节约当地水资源。

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