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文档简介
深松对旱地玉米生长及水分状况的影响
玉米是辽宁省重要的粮食之一。耕地面积超过2134hm2,占作物总播种量的55%。在辽宁省的农业生产中发挥着重要作用。近年来因种植玉米农田多年连续采用旋耕灭茬,造成土壤耕层变浅,犁底层增厚上移,土壤结构与土壤环境变差,蓄水保墒能力降低和生产力下降等问题,制约了玉米的生长。深松作为旱地耕作一项重要措施,可打破犁底层、加深耕层、形成虚实相间的土体结构,有利于提高土壤接纳降雨能力、促进根系伸长、改善土壤水分、养分循环,实现农业的可持续发展。宫秀杰等的研究表明,深松可使10~40cm土层土壤容重降低11.8%,0~40cm土层含水量提高10.4%,15~25cm土层田间持水量提高21.7%;张凤路等分析了深松对玉米根系的影响,结果表明深松平均使0~40cm土层玉米根系质量提高4.8%,根系表面积平均提高4.2%,促进了根系对下层土壤水分的吸收利用;张玉玲等指出中耕深松不仅改善土壤物理性状,而且有助于提高上层土壤有机质与N、P、K养分含量;这些都为提升玉米抗旱、抗倒伏能力,降低中后期营养不足与早衰风险提供了环境与物质基础。由此可见,深松有利于作物生长发育,可提高水分利用效率和作物产量。昌图县位于东北大平原的南端,是辽、吉、内蒙三省区交界处,耕地面积342万亩,是典型的平原区农业大县,为辽宁重要的商品粮产区,素有“辽北粮仓”之称,全县玉米种植面积200多万亩,总产量140×104t,商品量90×104t,居东北诸县之首。但因包产到户,当地农田破碎化较重,已很少有大型农机进行翻耕,旱作玉米以旋耕为主,耕层明显变浅,土壤保水保肥能力降低,加之该地降雨波动大,玉米产量易受影响。因此,该地政府和农户也充分意识到这一问题,积极推广深松耕作技术。本研究正是结合当地生产实际,研究深松对土壤结构、水分状况及作物产量等方面的影响,研究结果对改善耕层浅薄、消减犁底层等障碍因子有指导作用,可为深松措施推广提供理论依据和技术支撑。1试验材料和方法1.1作物产量、效益及菌株研究地点位于辽宁省昌图县金家镇二小屯村(42°50′N,123°44′E),研究区年均降雨607mm,全年日照时数2775.5h,作物生长期有效日照时数1749.2h,年平均气温7.0℃,有效积温3000℃左右,无霜期147.8d。试验地点土壤本底理化性质见表1。1.2化肥的nk处理供试土壤为棕壤(Luvisols,FAOsystem),试验从2007年开始,共设4个处理,分别为:(1)不施肥对照处理(CK),旋耕灭茬起垅;(2)化肥NPK处理(NPK),旋耕灭茬起垅;(3)化肥NPK+深松处理(NPK+Ss),逐行深松后旋耕灭茬起垅;(4)化肥NPK+隔行深松处理(NPK+ISs),隔行深松后旋耕灭茬起垅。其中,化肥N、P、K用量分别为:N180kghm-2、P50kghm-2和K60kghm-2,所用肥料分别为尿素、二铵和氯化钾。试验小区面积为256.5m2,3次重复,种植制度为一年一季,玉米连作。每年秋季进行深松和旋耕灭茬起垅,深松铲为双翼铲,松土深度为40cm。1.3b土壤容重、土壤渗透速度、田间持水量玉米收获时测产,并以多点法于每个小区随机采集玉米植株样品8株,分为籽实和秸秆(除籽实外所有地上收获部分)。土壤容重采用环刀法,每小区3次重复,每个处理共9次重复,每10cm一层,共取4层。土壤渗透速度与田间持水量采用围框淹灌法测定。分别于试验年份(2007~2009)玉米苗期(5月)、收获期(9月)和封冻期(11月)采集1m土层土样测定土壤含水量,每10cm一层,共计10层。1.4数据处理与分析数据处理采用MicrosoftExcel2003进行;数据统计分析采用SPSS11.0软件进行,分别进行方差分析(ANOVA)和多重比较分析,其中多重比较为LSD(LeastSignificantDifference)法(p<0.05),以不同字母表示不同处理或其它要素间差异显著性。2结果与讨论2.1深松处理对表层土壤容重的影响由表2可知,本研究中深松对0~40cm土层土壤容重并无显著影响,深松处理(NPK+Ss)0~20cm土层容重甚至略高于未深松处理(NPK),这应是深松与旋耕共同作用对耕层土壤的影响,因为深松将犁底层破坏,使容重较大的下层土壤有可能上移,若旋耕未能充分打碎这部分土壤却又将其与上层土壤混合,则会出现本研究中深松处理上层土壤(0~20cm)容重略高于未深松处理的现象。边少锋等研究也显示,深松对于0~50cm土层容重无显著影响,却使整个土层松紧度趋于一致。但也有研究者指出,深松对表层土壤(0~25cm)容重的降低作用大于对深层土壤的作用(25~45cm)。更多学者的研究结果是深松有利于打破犁底层,降低亚耕层土壤容重与土壤紧实度,本研究也得出类似结论,深松使20~40cm土层容重平均降低1.8%,但差异并未达显著水平。2.2对土壤贮水的影响对深松的研究表明其增产因素主要体现在:(1)打破犁底层,改善水气循环;(2)减少水分的地表径流,提高水分利用效率;(3)为作物创造了良好的土体构型和生长条件,利于根系生长,减少了倒伏现象发生;(4)改善养分循环,调节根际微生物和酶活性等[14~16]。可见,深松对于土壤水分条件的改善作用明显,但众多结论是依据深松后土壤容重、土壤紧实度与土壤含水量等土壤属性的改变推测深松更利于水分的下渗,而较少试验直接予以证明。本研究在深松和旋耕后进行水分渗透试验(图1),结果表明,深松处理在灌水初期(前两个小时)水分渗透速度明显高于未深松处理,平均提高40.8%,而经过较长时间连续灌水后土壤渗漏趋于平稳,此时深松与未深松处理渗漏速度也基本达到一致。表明深松有利于降雨初期,尤其是降雨强度较大时,水分向深层土壤运动,并将其储存在其中,供作物在干旱条件下使用,降低了土壤因强降雨产生的径流或水土流失。深松后土壤田间持水量与未深松处理相比略有上升,但升幅较小,差异未达到显著水平(表3)。这可能是由于深松仅对土壤耕层与亚耕层土壤结构有所影响(0~40cm),但经渗透试验连续灌水后,土壤经过类似强淋溶过程,深松与未深松处理土壤孔隙结构已趋同,导致土壤田间持水能力并未有显著提高,至于下层土壤,由于其未受扰动,因此深松与否对下层土壤持水能力没有明显影响。通过对2007年春至2009年秋收各处理1m土层土壤贮水量测定可知,相同季节各处理间1m土层贮水量均无显著差异,施肥与深松并未对土壤贮水量产生显著影响,这与之前在下辽河平原地区研究结果相似。秦红灵等研究结果显示,在免耕条件下,深松明显提高了1m土层含水量,且差异随季节间降雨量的增加而增加,例如降雨集中的8月,深松处理深层土壤(50~100cm)水分含量明显高于对照处理;而齐华等的研究表明,尽管深松提高了水分入渗能力,但深层土壤水分含量并未受明显影响。导致研究结果不同的原因可能有:(1)秦红灵等的研究是在已开展2年的免耕试验条件下进行的,免耕更易造成表层土壤板结,接纳雨水能力变差,水分易以径流方式损失,这就使深松作用更为凸显;(2)试验对土壤水分观测时间密度较大,作物生长季内(5~9月)共进行7次土壤水分观测,能够跟踪到不同季节降雨变化对土壤水分的影响,而本研究在作物生长季内仅在苗期和收获期进行2次水分观测,以利用水量平衡法分析作物对水分的利用效率,且在本研究区这两个时期基本无连续强降雨和作物对水分的强烈吸收,土壤水分含量相对稳定,因此,处理间土壤水分贮量差异并不显著。尽管如此,本研究中深松对于改善土壤接纳降雨能力,将之贮藏于深层土壤,供作物后期生长方面的作用在伏旱严重的2009年仍明显表现出来(表4)。从年际间土壤水分含量的变化还可看出,上年11月至翌年春季的休闲期,经过冬、春季降水与冻融作用,各处理土壤水分含量均有一定程度提升,这对于春播期土壤水分条件的保障具有重要作用,而该时期水分供给又对作物高产稳产起重要作用,因此在辽北旱农区进行秋整地,更利于农田水分的入渗与保持,减少了春季整地对农田土壤扰动和水分散失。2.3各处理的产量与效益根据作物产量、当季生长期降雨与作物苗期及收获期土壤水分含量变化可计算出不同处理玉米水分利用效率,并列于表4。就3年平均产量而言,化肥的施用显著提高了玉米籽实产量,NPK+Ss处理产量显著高于NPK处理,而隔行深松处理(NPK+ISs)产量与其它两施肥处理差异均不显著,但与深松处理产量仅差130kghm-2,可见深松与隔行深松在增产效果上是接近的。不同年份间各处理所表现出的产量变化相似,以降雨最多的2008年(生长季降雨596mm)各处理产量最高,该年不仅降雨量大,其水分利用效率亦最高(除CK处理外),体现出良好的资源利用效率;降雨条件中等的2007年(生长季降雨478mm),各处理产量在试验年份中也处于中等水平;而伏旱严重的2009年(生长季降雨275mm),各处理产量均处于最低水平。尽管2009年深松与隔行深松处理产量显著低于2007年与2008年,但干旱年份深松的增产作用得以充分展现,深松与隔行深松处理产量分别较NPK处理提高20.9%和15.1%,差异达显著水平。如此好的深松效果也应得益于2009年春季与初夏正常的降雨条件,3月至6月降水总量为210mm,接近该地区同时期正常水平,而深松必定有利于这一时期雨水的入渗,将其保存供作物后期所用。肖继兵等也指出,深松后若无有效降雨,则起不到增蓄雨水的作用,深松与否对土壤含水量无显著影响,甚至因深松增加了对土壤的扰动,还将加剧水分散失;同时,他们的试验结果也显示,深松在正常降雨年份增产作用并不明显,但在干旱条件下,增产效果非常明显。通过比较2009年各处理耗水量还可发现,CK处理消耗水分较NPK、NPK+Ss和NPK+ISs处理分别少34mm、26mm和23mm,由此可以得出两点认识:首先,由于养分的缺乏,作物吸收水分能力及根系向下伸展生长能力降低,影响了对水分的利用,可见养分条件的改善可在一定程度上弥补深松所带来的增产效应;第二,尽管NPK处理消耗更多水分,但其并未起到增产作用,可以推测,该部分水分可能更多以径流方式损失,这也从另一侧面证实深松确实利于提高土壤接纳降雨的能力。由研究结果可见,隔行深松具有产投比高、节能增效与增产效果突出等优点,其可在生产实践中加以推广。同时,深松具有一定长效作用,一次深松效果可保持若干年,因此不必连年深松,若能将深松与中长期气象预报相结合,必将进一步提升深松的增产作用,实现高产高效。3深松对作物产量及水分利用效率的影响(1)深松并未降低耕层土壤(0~20cm)容重,而亚耕层土壤(20~40cm)容重有降低趋势,这应该是深松与旋耕共同作用的结果,而亚耕层土壤容重的降低势必有利于土壤水分的入渗和作物根系的伸长。(2)与未深松处理相比,尽管深松措施并未显著提高1m土层田间持水量和试验期间玉米苗期与收获期土壤水分含量,但却显著提高了水分输入初期水分的入渗能力,表明深松有利于增强土壤接纳雨水的能力,提高水分利用效率,实现高产稳产。(3)在正常降雨年份或降雨丰沛年份,深松并未体现出明显的增产作用,而在干旱年份,尤其是上一年秋、冬季
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