高寒區(qū)保護性耕作對...doc

高寒區(qū)保護性耕作對油菜田土壤物理性狀的影響研究楊文輝 李月梅 韓燕（青海省農(nóng)林科學院土壤肥料研究所 810016）摘要：本文以在青海省互助縣南門峽高寒農(nóng)耕區(qū)的免耕試驗為基礎，探究不同免耕方式對高寒地區(qū)土壤理化性狀的改變。試圖尋找最適合當?shù)氐谋Ｗo性耕作方式。關(guān)鍵詞：免耕 保護性耕作 毛管最大持水量 土壤孔隙度Alpine areas of conservation tillage on soil physical properties Rape Field EffectYangwenhui Liyuemei Hanyan(Qinghai Academy of Agriculture and Forestry Research Institute of Soil and Fertilizer 810016)Abstract: In this paper, in the cold Qinghai Nanmenxia tillage farming area test the assumptions of different tillage methods on soil physical and chemical properties of alpine region changes. Try to find the most suitable localconservation farming practicesKey words: no-tillage; conservation tillage;capillary water holding capacity;soil porosity引言保護性耕作是用大量秸稈殘茬覆蓋地表，將耕作減少到只要能保證種子發(fā)芽即可，主要用農(nóng)藥來控制雜草和病蟲害。耕作的目的是為作物生長創(chuàng)造良好的土壤條件，主要是疏松土壤、除草和翻埋肥料，除草可以用除草劑，也可以采取人工和機械除草。土壤有合適的容重、孔隙度，可以有利于土壤中水、肥、氣、熱的交換流通，有利于作物根系生長，滿足作物生產(chǎn)的需要。免耕、少耕施肥播種技術(shù)：與傳統(tǒng)耕作不同，保護性耕作的種子和肥料使用專用的免耕播種機播施到有秸稈覆蓋的地里。免耕播種是收獲后未經(jīng)任何耕作直接播種，少耕播種是指播前進行了耙地、松地或平地等表土作業(yè)，再用免耕播種機進行施肥、播種。保護性耕作在防止水土流失、增肥地力、提高資源利用效率和增產(chǎn)增收方面均具有明顯優(yōu)勢，這已經(jīng)被研究證實。據(jù)有關(guān)理論研究和實踐證明，免耕能夠增加土壤含水量節(jié)約灌溉用水、提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤養(yǎng)分含量、降低生產(chǎn)成本增加農(nóng)民收入、改善環(huán)境污染問題1。青藏農(nóng)耕區(qū)為高海拔農(nóng)作區(qū)，其地自然特色是地勢高、氣候寒，自然條件惡劣，高原上不適合農(nóng)作物的生長。只有在海拔較低的河谷地區(qū)，水熱條件組合相對較好。因此在雅魯藏布江谷地、湟水谷地形成了河谷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。主要農(nóng)作物是青稞和小麥。其土壤中有機質(zhì)含量相對較高，呈富積狀，但受熱量條件限定還田秸稈腐熟慢，不合理的耕作制度導致耕地生產(chǎn)力的下降，導致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)逆向演替，使生態(tài)惡化，水土流失加速、土壤淋溶增加、跑肥嚴重，土壤含水量下降，容重降低。土地生產(chǎn)力下降。青海省地處青藏高原東北部，生態(tài)環(huán)境脆弱，長期以來由于受自然、社會和人為因素影響，水土流失、土地沙化、草地退化日趨嚴重。全省耕地面積僅為542151.05hm2，占全國耕地面積的0.53%，其中65.94%為旱地3。高寒干旱區(qū)的特點是氣溫低、降水少、水土流失嚴重。因此，在當?shù)亻_展保護性耕作非常必要，青海省自2003年開始實施農(nóng)業(yè)部保護性耕作項目，先后在東部的湟中、互助及農(nóng)牧交錯區(qū)和興海、剛察、共和等地開展，主要作物涉及油菜、燕麥、小麥等，逐步確立了秸稈留茬、覆蓋、深松、淺旋、免耕播種和化學除草為主要內(nèi)容的保護性耕作技術(shù)模式，并開始得到大面積推廣應用，先后累計推廣面積達30多萬畝。本文以青海省互助縣南門峽鎮(zhèn)農(nóng)田為研究對象，開展了3種保護性耕作措施作用的試驗研究。研究分析了保護性耕作在該地區(qū)油菜地的不同免耕方式下土壤理化性狀的變化，力圖用保護性耕制度中免耕或少耕方法揭示其對養(yǎng)地、耕地土壤物理性狀的改變。為當?shù)孛飧峁┰囼炓罁?jù)。為在該區(qū)的推廣保護性耕作技術(shù)，防治土壤退化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。1 材料與方法楊文輝：青海樂都縣人 農(nóng)學學士 中級職稱 土壤肥料與植物營養(yǎng)專業(yè)方向1.1 試驗區(qū)基本概況互助縣位于青海省東北部，地處湟水谷地北側(cè)和大通谷地西南側(cè)山地、溝谷地，地理坐標為北緯3630-379，東經(jīng)10146-10245之間。屬溫帶大陸性氣候，干旱少雨。位于縣境北部的南門峽鎮(zhèn)2800m以上地區(qū)年均氣溫在0-3之間， 年內(nèi)各地均以夏季（6至8月）氣溫為最高，為10-17；年平均日照時數(shù)2521.7h，年平均降水量約550mm，雨熱同季。年平均蒸發(fā)量為1235.6mm， 無霜期約112d?；ブ鷼v年風向以東北風為主，其次是西南風。風以春季為多，四、五月份平均風速為1.7m/s。8級以上的大風日數(shù)，年平均為4.4d，最多的年份大風日數(shù)達9d，最少的年份為1d。本地區(qū)以種植一年一熟的春油菜、春小麥、青稞等一茬作物為主。1.2 試驗樣地在互助縣南門峽鎮(zhèn)西山根村不同保護性耕作方式（留茬免耕、帶狀免耕旋播、秸稈還田免耕）的地塊，以常規(guī)耕作方式（秋翻埋茬-春耕-耙、耱-播種）為對照?，F(xiàn)分別將保護性耕作方式作一說明：A）留茬免耕，即秋季作物收獲后留茬3050cm，春季使用藥劑對土壤處理防治病蟲害，用免耕施肥播種機硬茬上進行播種；B）帶狀免耕旋播，即秋收后留茬后，土壤藥劑處理，在春季使用機械將殘茬粉碎后在硬茬上淺旋播種；C）秸稈還田免耕，即秋收留茬，土壤藥劑處理，春季將留茬秸稈粉碎，使用免耕機械在硬茬上免耕播種。其中前茬為小麥的油菜田一般選擇帶狀免耕旋播模式和秸稈還田免耕播種模式；前茬為油菜的小麥田一般選擇留茬免耕模式。近年來由于種植油菜收益較高，當?shù)剞r(nóng)田油菜連茬現(xiàn)象較為普遍，正常輪作順序為油菜-小麥（青稞）-油菜。本研究就不同耕作方式處理間春油菜田的地下生物量、地下生物量和產(chǎn)量等進行比較，分析保護性耕作措施下春油菜對其響應情況。各樣地具體處理如下：表不同耕作方式樣地簡表Table 1 The different tillage treatment處理代碼Treatment CodeCKA1A3A7B1B2C2耕作類型Tillage type常規(guī)Conventional tillage留茬免耕Stubble mulching no till留茬免耕Stubble mulching no till留茬免耕Stubble mulching no till帶狀免耕strip no till帶狀免耕strip no till秸稈還田免耕straw mulching no till耕作年限Cultivaion year0137122種植作物crop青雜3號Qingza No.3青雜3號Qingza No.3青雜3號Qingza No.3青雜3號Qingza No.3青雜3號Qingza No.3青雜3號Qingza No.3青雜3號Qingza No.31.3 研究方法在2008年10月，在不同耕作方式的樣地中采用S形布點法，各樣地中隨機設置50cm 50cm 的樣方，重復5次，用剪刀將樣方內(nèi)所有植株齊地面剪下，將植物樣品在60 下烘干48 h 后，稱量記錄，計算出地上生物量。用土柱法測定040 cm 地下生物量，土柱面積50cm 50 cm ，每10 cm 為1 層分層測定，重復35 次。將清洗后的根系在60 下烘干48 h 后，稱量記錄，計算出地下生物量。作物產(chǎn)量測定采用樣方法進行，每處理測1m2樣方3-5個。采用100 cm 環(huán)刀以土壤剖面方式按010 、1020 、2030 和3040 cm 分層測定土壤容重，同時按層采取土壤樣品，風干備用。 樣地耕種年限在本文中不做討論。A、B、C處理數(shù)據(jù)均為同一處理在不同年份的試驗平均值。1.4數(shù)據(jù)分析圖表中數(shù)據(jù)均為平均值，圖表用Excel軟件進行制作。2 結(jié)果及分析2.1土壤耕層含水量、表2 不同耕作方式下土層深度土壤耕層含水量（g/m2）耕層0A1A3A7B1B2C2C40-1025.8223.5826.8420.1725.8519.7523.1118.7712410-2026.2124.5923.4724.2526.0619.4622.9818.3203720-3022.9325.5523.4724.332.6924.3222.3416.75332耕層合值74.9673.7273.7868.7284.663.5368.4353.84493據(jù)以以上表所示B處理帶狀免耕的條件在當?shù)氐臈l件下，土壤耕層的含水量最大，20和30厘米耕層含水量為所有處理的最大值。將相同處理的重復取平均值，得到如下耕層含水量，表3 不同處理各重復間土壤耕層含水量均值比較表耕層CkABC0-1025.8223.5322.820.9410-2026.2124.122.7620.6520-3022.9324.4428.5119.55在0-10厘米的表土層，各處理間的含水量順序是A、B、C，在10-20厘米的中層含水量順序是A、B、C，在20-30近犁底層含水量的順序則是B、A、C。處理B也就是帶狀免耕的土壤水含量在耕層的最深部，對于當?shù)氐臈l件來說，B處理更適合當?shù)匾恍└N條件，如春旱，當油菜現(xiàn)蕾時出現(xiàn)旱情，這樣的土壤墑情好，易于出苗，易于掛果，保證當?shù)貧夂驐l件下的穩(wěn)產(chǎn)。2.2毛管最大持水量表4 不同耕作方式下土層深度土壤毛管最大持水量（g/m2）耕層B10C2A1B2A7A3C40-104341.7334.837.8244.7244.1748.7939.9810-2042.3441.2839.2437.5736.3946.9938.6538.0320-3046.6640.2538.7736.2239.4137.2439.338.19耕層合值132123.26112.81111.61120.52128.4126.74116.2表5 不同處理各重復間耕層土壤毛管含水量均值比較表耕層0ABC0-1041.7343.5943.8637.3910-2041.2841.0739.3738.6420-3040.2537.5943.0438.48毛管最大持水量如上表所示，B1處理相對較高其他處理，毛管最大持水量的值越大，代表土壤保水力強、相應土壤墑情越高，毛管阻力小，土壤能為植物提供的有效水含量相對大，易于植物吸收利用。同土壤耕層含水量、毛管水做比較， A表層的含水量大于底層，C的毛管持水量小于B且各層含水量近均平衡。得出B處理同樣的優(yōu)于其他兩個處理。2.3土壤容重表6 不同耕作方式下土層深度土壤耕層土壤容重（g/m2）耕層CKA1A3A7B1B2C2C40-101.1561.1241.0901.1971.1221.1181.1991.12610-201.2451.2331.1861.0871.1481.1861.2121.21120-301.1431.2801.2081.1921.2081.2051.2411.16530-401.2011.1801.1601.1401.180據(jù)北京農(nóng)業(yè)大學土壤學教研究組的調(diào)查統(tǒng)計，華北各地的自然土壤和耕地土壤的容重大體上有如下的變化范圍9：結(jié)構(gòu)良好的表土 0.9-1.10 森林土壤和草原土壤的表土 1.10-1.12一般耕土壤的耕層 1.05-1.35 緊實的耕層和一般耕地土壤的底土 0.35-1.55堅實的耕土壤底土 1.55-1.80 完全分散的或漬水的底土 1.60-1.80；用以上分類來區(qū)分,處理B1的土壤容重接近森林土壤和草原土壤的表土.從形態(tài)上來講較普通農(nóng)田耕作土壤抗水土流失。2.4土壤孔隙度表7 不同耕作方式下土層深度土壤耕耕作層孔隙度（g/m2）耕層厚度0A1A3A7B1B2C2C40-1043.6142.4041.1345.1742.3542.2045.26642.4810-2047.0046.5144.7641.0243.3344.7545.7345.7020-3043.1248.3045.6044.9845.5845.4646.8243.95耕層孔隙度平均值44.5845.7443.8343.7243.7544.1445.9444.04土壤中的孔隙度從一定程度上反映土壤的含水量，孔隙度是非活性、毛管孔度和通氣孔度的總和，在土壤吸足毛管水而排除重力水的條件下，這三種孔度分別可以代表土壤中的無效水、有效水和空氣的重量。土壤的孔隙度在一定條件下與持水量成正比，能如果孔隙度過大，則持水力反面降底。如以上圖表中所示A1和C2處理的孔隙度超出平均值較高，而B1處理則在一個更適合耕先種的土壤孔隙度內(nèi)。從耕種土壤對通透性的要求出發(fā)，B1處理在適中水平。具有一定的孔隙度。2.5土壤中的根系量表8 不同耕作方式下土層深度土壤耕耕作土壤中的根系量耕層ckA1A3A7B1B2C2C40-10171.9483.43105.60135.22138.22104.98156.83157.1710-20 29.3525.7414.3326.4227.7817.4110.4624.8220-30 7.317.392.357.548.694.154.3617.0230-40 4.511.660.925.422.751.62耕層均值213.12118.22123.20174.62174.68129.29173.27199.00不同處理中的地下根系量，即單位土體中根系的體積，在常規(guī)的農(nóng)作中，其地下生物量為最大，留茬免費耕后如A1地下生物量急速下降，繼而開始升高，在留茬免耕，和帶狀免耕時達到一個相對的平衡，因不同土體擾動程度，土體的緊實度以及免耕年限的因素，土壤中根腐程度和根孔的增加，因而在C2、C4得到一個相對較高的地下生物量。A7、B2為一個適中的免耕處理。其結(jié)果與以上容、及孔隙的度的試驗結(jié)果一致。將大表中的相同處理的重復進行平均得到小表，其中反應出的B處理根系量為各處理中最大。B處理對土壤的適當擾動增加了土壤的通透性能，更加有利于土壤中根系的生長。試驗觀測顯示的結(jié)果為B處理的地下生物量大于其他處理，證明帶B狀免耕在當?shù)剌^其他處理更優(yōu)，更合適當?shù)氐纳鷳B(tài)條件。更易于作物的生長，利于穩(wěn)產(chǎn)。能在保護性耕作的條件下達到最高的生物生產(chǎn)量。3 討論與結(jié)論目前保護性耕作技術(shù)在國內(nèi)外獲得廣泛應用和推廣，與此相關(guān)的科學研究也大量開展。有研究表明，保護性耕作能改善土壤水分、養(yǎng)分狀況，從而有利于小麥、玉米等旱地作物產(chǎn)量提高4-7（趙聚寶等），但在高寒農(nóng)作區(qū)、以及高寒作物等、油菜作物上很少有類似研究報道。綜合以上各組試