张文颖１，张恩和２
（１．湖北生态工程职业技术学院，武汉 ４３０２００；２．甘肃农业大学农业生态工程研究所，兰州 ７３００７０）
摘要：在２０ ｃｍ留茬压倒（ＮＰＳ２０）、４０ ｃｍ留茬压倒（ＮＰＳ４０）、４０ ｃｍ立秆留茬（ＮＳ４０）、２０ ｃｍ立秆留茬（ＮＳ２０）和传统耕作（ＣＴ）５个处理的基础上增加５ ４００ ｍ３／ｈｍ２灌溉量（Ｉ１）、３ ６００ ｍ３／ｈｍ２灌溉量（Ｉ２）两种灌溉量，共设计了１０个处理，研究了小麦不同留茬高度、不同留茬方式以及不同灌水量对春玉米田土壤容重和土壤硬度的影响。结果表明，留茬覆盖免耕处理有助于休闲期土壤表层疏松，留茬覆盖免耕处理０－５ ｃｍ层的平均土壤容重较ＣＴ 降低２．０４％；苗区适当的留茬覆盖量能减小土壤容重，增加土壤稳定性；增大灌水量提高了土壤容重，降低了土壤的通透性能；土壤耕作可以显著减小耕层土壤的抗楔入性，而免耕则使耕层土壤的抗楔入性增大。
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关键词 ：河西走廊；灌区；留茬覆盖免耕；土壤容重；土壤硬度
中图分类号：Ｓ５１３；Ｓ１５２；Ｓ３４４ 文献标识码：A 文章编号：0439－８114（２０15）07－1582-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.07.012
河西走廊是西北地区重要的商品粮基地，玉米是该区仅次于小麦的主要粮食作物。由于地表水和地下水数量减少、草地退化、人为无节制开垦、大片林木消失等原因，为沙尘暴提供了丰富的沙尘源，而由沙尘暴引起的土壤风蚀、水蚀等则严重影响了该地区的土壤环境，导致绿洲农田土壤肥力下降、土质恶化。容重对土壤的透气性、入渗性能、持水能力、溶质迁移特征以及土壤的抗侵蚀能力都有非常大的影响。自然条件下土壤容重由于成土母质、成土过程、气候、生物作用及耕作的影响，是一个高度变异的土壤性质，其高低可以作为土壤肥力的指标之一，且在一定程度上可以反映土壤水分的多少和土壤结构的稳定状况［１］。土壤容重大表明土壤紧实，孔隙少；反之表明土壤疏松，孔隙多，结构性好［２］。
１ 试验设计与方法
１．１ 试验区概况
试验区位于河西走廊凹陷带张掖盆地的黑河灌区，该区属大陆性干旱气候，多年平均气温７．０ ℃，最低气温－２８.0 ℃，最高气温３８．５ ℃，≥１０.0 ℃的活动积温３ ２３４．３ ℃；平均降水量１２５ ｍｍ，蒸发量２ ２９１ ｍｍ；平均冻土深度１２０ ｃｍ，无霜期１４８ ｄ。具有日照时间长、太阳辐射强、昼夜温差大、降水稀少、蒸发强烈、光热资源丰富等特点，适宜多种农作物生长。试验地土壤为灌漠土，耕层（０－２０ ｃｍ）土壤的理化性状为：有机质１７．９８ ｇ／ｋｇ，全氮０．７７ ｇ／ｋｇ，碱解氮４９．２ ｍｇ／ｋｇ，全磷１．４１３ ｇ／ｋｇ，速效磷９．１１ ｍｇ／ｋｇ，速效钾９３．９５ ｍｇ／ｋｇ，阳离子代换量为８．０２ ｍmol／１００ ｇ（土），ｐＨ ８．８３。
１．２ 试验设计
试验于２００４年春小麦收获后按要求布置留茬，采用保护性耕作处理随机区组设计，灌水处理采用裂区设计。试验在２０ ｃｍ留茬压倒（ＮＰＳ２０）、４０ ｃｍ留茬压倒（ＮＰＳ４０）、４０ ｃｍ立秆留茬（ＮＳ４０）、２０ ｃｍ立秆留茬（ＮＳ２０）和传统耕作（ＣＴ）５个处理的基础上增加５ ４００ ｍ３／ｈｍ２灌溉量（Ｉ１）、３ ６００ ｍ３／ｈｍ２灌溉量（Ｉ２）两种灌溉量，共设计了１０个处理（表１）。每个处理３次重复，小区面积９２ ｍ２（１１．５ ｍ×８ ｍ），在各小区之间留０．５ ｍ和１．０ ｍ的走道，以防水分侧渗。冬灌各处理均为１ ２００ ｍ３／ｈｍ２，玉米生育期灌水３次，灌水定额分别为拔节水９００ ｍ３／ｈｍ２（低灌）、１ ５００ ｍ３／ｈｍ２（高灌）；抽穗水９００ ｍ３／ｈｍ２（低灌）、１ ５００ ｍ３／ｈｍ２（高灌）；灌浆水６００ ｍ３／ｈｍ２（低灌）、１ ２００ ｍ３／ｈｍ２（高灌）。
１．３ 取样及测定方法
土壤容重测定：环刀法。
土壤硬度测定：在玉米拔节期用Ａｇｒｉｄｒｙ Ｒｉｍｉｋ Ｐｔｙ有限公司生产的土壤锥形紧实度仪（ＣＰ２０）进行测定。０－４０ ｃｍ土层每２ ｃｍ测定土壤紧实度，重复９次（每个小区沿对角线选择３个取样区，每个取样区集中选３个点测定），共２１层。同时在测试点上每４ ｃｍ一层分１０层用烘干法测定土壤水分含量，重复３次。
２ 结果与分析
２．１ 留茬覆盖免耕对土壤容重的影响
２．１．１ 留茬覆盖免耕对休闲期土壤容重的影响 在土壤水分相对丰富、土壤温度相对较低的休闲期（２００４年１０月），对０－２０ ｃｍ层的土壤容重测定结果（表２）表明，０－５ ｃｍ层的土壤容重除 ＮＰＳ４０外，其他留茬覆盖免耕处理均低于ＣＴ，且ＮＰＳ２０的土壤容重（１．３４６ ｇ／ｃｍ３）与ＣＴ（１．４２１ ｇ／ｃｍ３）的差异极显著，免耕处理的平均土壤容重较传统耕作降低２．０４％，说明采用留茬覆盖在休闲期有助于降低表层０－５ ｃｍ层的土壤容重，使留茬覆盖免耕下的土壤保持较好的土壤结构，进而接纳较多的自然降水，为下季作物提供较为优越的生长环境。纵观整个耕层，除０－５ ｃｍ层以及１５－２０ ｃｍ层ＮＰＳ２０处理外，其他各层均是免耕处理土壤容重高于ＣＴ。结果表明经过一个春小麦生长季后，留茬覆盖免耕的耕层土壤已变得较为沉实，只是在表层由于留茬的存在，土壤容重较ＣＴ有所减小。由表２可知，留茬覆盖免耕各处理的耕层土壤容重的最小值均出现在０－５ ｃｍ层，但不同留茬高度对耕层土壤容重的影响不同：２０ ｃｍ留茬覆盖的两个处理耕层土壤容重有相同的变化趋势，均以１５－２０ ｃｍ层的土壤容重最高。４０ ｃｍ留茬覆盖的两个处理耕层土壤容重则以１０－１５ ｃｍ层的土壤容重为最高。同一留茬高度不同留茬方式间，两种留茬高度具有相同的变化趋势：当采用立秆留茬时，０－５ ｃｍ层的土壤容重显著低于耕层其他层次，而当留茬经过压倒后，耕层内各层次间的土壤容重则无明显差异。结果说明在同一留茬高度下，采用立秆留茬有助于休闲期土壤０-５ ｃｍ层的容重发育。耕层（０－２０ ｃｍ）平均土壤容重以ＮＰＳ２０的最小（１．４１８ ｇ／ｃｍ３），ＮＳ４０的最大（１．４６０ ｇ／ｃｍ３）。
２．１．２ 留茬覆盖免耕对春玉米苗期土壤容重的影响 苗期土壤容重自表层往下均有增加的趋势。由表３可知，耕作方式对土壤容重的影响较大，不同耕作方式间，苗期各层次土壤容重均以ＣＴ为最小。免耕处理间，各层的土壤容重均差异不显著。０－５ ｃｍ层的土壤容重以处理ＮＰＳ２０最大（１．４６８ ｇ／ｃｍ３），这与休闲期有所不同，可能与此期处理ＮＰＳ２０的耕层土壤含水量相对较低有关（表４）。由表４可知，苗期处理ＮＰＳ２０的土壤含水量表层和耕层基本上均低于其他免耕处理，说明留茬２０ ｃｍ压倒处理对苗期表层土壤容重的发育有负面影响。
２．１．３ 不同灌水量条件下留茬覆盖免耕对春玉米收获期土壤容重的影响 由表5可知，在高灌水量（Ｉ１）处理下，除ＮＰＳ２０外，其他免耕处理表层（０－５ ｃｍ）土壤容重均高于ＣＴ，且４０ ｃｍ留茬０－５ ｃｍ层的平均土壤容重（１．５２5 ｇ／ｃｍ３）显著高于ＣＴ（１．４８１ ｇ／ｃｍ３）。１０－１５ ｃｍ和１５－２０ ｃｍ层的土壤容重，处理ＮＰＳ２０均处于免耕处理的最低水平，其中１０－１５ ｃｍ层显著低于其他处理。耕层平均土壤容重仍以ＮＰＳ２０的最低（１．４２６ ｇ／ｃｍ３），这与休闲期变化趋势相同。在相同留茬高度下，不同留茬方式的０－５ ｃｍ层土壤容重无明显规律，而不同留茬方式间的平均土壤容重则规律明显，均是立秆留茬高于留茬压倒。这与此期的土壤剖面含水量有很大的关系，测定表明，免耕处理ＮＳ２０、ＮＰＳ２０、ＮＳ４０、ＮＰＳ４０收获期０－５ ｃｍ层的土壤含水量分别为１５．３７％、１３．９６％、１６．０２％、１６．６８％，与土壤容重存在着相同的变化趋势，由此可知，生育期采用高灌水量将对土壤结构产生较大的影响，而采用低留茬量（２０ ｃｍ）将会减缓这种不利影响。
由表6可知，在低灌水量（Ｉ２）下，不同耕作方式间土壤容重差异较小，除ＮＳ４０外，其他免耕处理表层（０－５ ｃｍ）土壤容重均低于ＣＴ，但不同留茬高度及留茬方式间差异不显著。耕层平均土壤容重各处理间无显著差异。由于春玉米收获期降水较为充沛，而不同灌水量处理对此期的土壤容重产生了很大的影响，说明适当地减小灌水量有利于减弱免耕对土壤表层以及整个耕层土壤容重的增大作用，同时做到节水。
．２ 不同灌水量条件下留茬覆盖免耕对春玉米苗期土壤硬度的影响
土壤硬度是指土壤对机械应力所表现出来的状况，可通过测定土壤容重、孔隙度和机械阻力来进行评价，土壤的抗压性、抗楔入性等是构成土壤耕作阻力的主要因素。土壤硬度是反映土壤抗楔入性的指标［３］。犁耕过程在疏松土壤的同时，由于机械的行走对土壤有压实作用。土壤含水量对土壤硬度的影响较大，一般与土壤硬度之间呈负相关。提高土壤硬度通常导致土壤容重增加、孔隙度变小和土壤机械阻力提高，进而改变土壤的水肥气热状况。图１ａ和图１ｂ为灌水后进行第一次测定土壤硬度时的土壤含水量，由图1可知，在０－４０ ｃｍ土层中，各处理１０－２５ ｃｍ各土层的含水量比２５－４０ ｃｍ各土层的含水量略高，但差别不大。５－２５ ｃｍ 土层ＣＴ的土壤含水量高于免耕处理，而各免耕处理之间则差异较小，这是由于此期传统耕作的土壤结构较为疏松，土壤容重较小所致。２５－４０ ｃｍ各土层的含水量比较均一，同时，除了１5－２０ ｃｍ土层以外，免耕处理各土层的土壤含水量与ＣＴ处理的差异也较小。表明在测定土壤硬度时，基本可以排除土壤水分对各土层测定结果的影响。
由图２ａ和图２ｂ可知，在０－２０ ｃｍ土层，免耕处理的土壤硬度均显著高于ＣＴ，且以ＮＳ４０ Ｉ１处理的平均土壤硬度最高（９０２ ｋＰａ），ＣＴＩ１处理的最低（５０４ ｋＰａ），表明土壤耕作可以显著地减小耕层土壤的抗楔入性，而免耕则使耕层土壤的抗楔入性增大，这与苗期土壤容重的结果一致。同时在３０ ｃｍ以下的土层，ＣＴ的土壤硬度有高于免耕处理的趋势，这表明在耕层以下，由于常年耕作而形成的犁底层显著增大了ＣＴ处理的抗楔入性，反映了当地的传统耕深为２５ ｃｍ。同时，免耕处理的抗楔入性在这一层次也呈现出增大的现象，但出现的层次较ＣＴ低。由图２ａ和图２ｂ还可以看出，ＣＴ处理的犁底层主要分布在２５－４０ ｃｍ；而免耕处理的犁底层则主要分布在３５－４０ ｃｍ土层，说明免耕处理的犁底层出现的层次较深，厚度较小。结果表明，采用免耕留茬覆盖处理可以降低原有犁底层的硬度，同时也使其厚度减小。
由以上分析可知，在一定的含水量范围内，除个别土层外，各处理的土壤硬度在０－３０ ｃｍ土层内随土壤含水量的减小有增大的趋势，３０－４０ ｃｍ土层各处理的土壤硬度增大但含水量几乎没有变化，说明土壤水分对土壤硬度的影响主要发生在３０ ｃｍ以内的土层。不同处理间３０－４０ ｃｍ土层的土壤硬度相比，ＮＰＳ４０相对最小。相同留茬高度和留茬方式下，高灌水量处理的土壤硬度低于低灌水量处理。随着土壤含水量的逐步下降，不同灌水量间的土壤硬度差异逐渐缩小，但土壤含水量对土壤硬度的影响只在一定范围内（０－３０ ｃｍ土层）较明显。
３ 小结与讨论
１）休闲期０－５ ｃｍ土层的土壤容重除ＮＰＳ４０外，其他留茬覆盖免耕处理均低于ＣＴ，免耕处理的平均容重较ＣＴ降低２．０４％，说明采用留茬覆盖在休闲期有助于降低０－５ ｃｍ土层的土壤容重。在同一留茬高度下，采用立秆留茬方式有助于休闲期土壤０－５ ｃｍ土层的容重发育。
２）免耕处理的苗期土壤容重自表层往下均有增加的趋势。不同耕作方式间，各层次土壤容重均以ＣＴ为最小，其０－５ ｃｍ、５－１０ ｃｍ、１０－１５ ｃｍ和１５~２０ ｃｍ层分别为１．３５６、１．３３３、１．４２６和１．４６４ ｇ／ｃｍ３。免耕处理间各土层土壤容重差异均不显著，且适当的秸秆覆盖量有减小土壤容重，增加土壤稳定性的作用。
３）收获期土壤容重，高灌水量（Ｉ１）下，除ＮＰＳ２０外，其他免耕处理表层土壤容重均高于ＣＴ，且４０ ｃｍ留茬０－５ ｃｍ土层的平均土壤容重（１．５２5 ｇ／ｃｍ３）显著高于ＣＴ（１．４８１ ｇ／ｃｍ３）。低灌水量（Ｉ２）下，不同耕作方式间土壤容重差异较小，除ＮＳ４０外，其他免耕处理表层（０－５ ｃｍ）土壤容重均低于ＣＴ，表明适当减少灌水量有利于减弱免耕对土壤表层以及整个耕层土壤容重的影响作用，同时做到节水。
４）土壤含水量对土壤硬度的影响较大，一般与土壤硬度之间呈负相关。在０－２０ ｃｍ土层，免耕处理的土壤硬度均显著高于ＣＴ，以ＮＳ４０Ｉ１处理０－２０ ｃｍ土层的平均土壤硬度最高（９０２ ｋＰａ），ＣＴＩ１处理的最低（５０４ ｋＰａ），表明土壤耕作可以显著减小耕层土壤的抗楔入性，而免耕则使耕层土壤的抗楔入性增大。
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参考文献：
［１］ 李潮海，周顺利．土壤容重对玉米苗期生长的影响［Ｊ］．华北农学报，１９９４，９（２）：４９－５４．
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