高寒區(qū)保護(hù)性耕作對(duì)...doc

高寒區(qū)保護(hù)性耕作對(duì)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(xué)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(yàn)為基礎(chǔ)，探究不同免耕方式對(duì)高寒地區(qū)土壤理化性狀的改變。試圖尋找最適合當(dāng)?shù)氐谋Ｗo(hù)性耕作方式。關(guān)鍵詞：免耕 保護(hù)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(hù)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(lái)控制雜草和病蟲害。耕作的目的是為作物生長(zhǎng)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(jī)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(zhǎng)，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(hù)性耕作的種子和肥料使用專用的免耕播種機(jī)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(jìn)行了耙地、松地或平地等表土作業(yè)，再用免耕播種機(jī)進(jìn)行施肥、播種。保護(hù)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(shì)，這已經(jīng)被研究證實(shí)。據(jù)有關(guān)理論研究和實(shí)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(jī)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(wèn)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(shì)高、氣候寒，自然條件惡劣，高原上不適合農(nóng)作物的生長(zhǎng)。只有在海拔較低的河谷地區(qū)，水熱條件組合相對(duì)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(jī)質(zhì)含量相對(duì)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(dǎo)致耕地生產(chǎn)力的下降，導(dǎo)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(yán)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(zhǎng)期以來(lái)由于受自然、社會(huì)和人為因素影響，水土流失、土地沙化、草地退化日趨嚴(yán)重。全省耕地面積僅為542151.05hm2，占全國(guó)耕地面積的0.53%，其中65.94%為旱地3。高寒干旱區(qū)的特點(diǎn)是氣溫低、降水少、水土流失嚴(yán)重。因此，在當(dāng)?shù)亻_展保護(hù)性耕作非常必要，青海省自2003年開始實(shí)施農(nóng)業(yè)部保護(hù)性耕作項(xiàng)目，先后在東部的湟中、互助及農(nóng)牧交錯(cuò)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(xué)除草為主要內(nèi)容的保護(hù)性耕作技術(shù)模式，并開始得到大面積推廣應(yīng)用，先后累計(jì)推廣面積達(dá)30多萬(wàn)畝。本文以青海省互助縣南門峽鎮(zhèn)農(nóng)田為研究對(duì)象，開展了3種保護(hù)性耕作措施作用的試驗(yàn)研究。研究分析了保護(hù)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(hù)性耕制度中免耕或少耕方法揭示其對(duì)養(yǎng)地、耕地土壤物理性狀的改變。為當(dāng)?shù)孛飧峁┰囼?yàn)依據(jù)。為在該區(qū)的推廣保護(hù)性耕作技術(shù)，防治土壤退化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1 材料與方法楊文輝：青海樂(lè)都縣人 農(nóng)學(xué)學(xué)士 中級(jí)職稱 土壤肥料與植物營(yíng)養(yǎng)專業(yè)方向1.1 試驗(yàn)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(biāo)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(shí)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(wú)霜期約112d。互助歷年風(fēng)向以東北風(fēng)為主，其次是西南風(fēng)。風(fēng)以春季為多，四、五月份平均風(fēng)速為1.7m/s。8級(jí)以上的大風(fēng)日數(shù)，年平均為4.4d，最多的年份大風(fēng)日數(shù)達(dá)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(yàn)樣地在互助縣南門峽鎮(zhèn)西山根村不同保護(hù)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(duì)照。現(xiàn)分別將保護(hù)性耕作方式作一說(shuō)明：A）留茬免耕，即秋季作物收獲后留茬3050cm，春季使用藥劑對(duì)土壤處理防治病蟲害，用免耕施肥播種機(jī)硬茬上進(jìn)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(jī)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(jī)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(lái)由于種植油菜收益較高，當(dāng)?shù)剞r(nóng)田油菜連茬現(xiàn)象較為普遍，正常輪作順序?yàn)橛筒?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(jìn)行比較，分析保護(hù)性耕作措施下春油菜對(duì)其響應(yīng)情況。各樣地具體處理如下：表不同耕作方式樣地簡(jiǎn)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(hào)Qingza No.3青雜3號(hào)Qingza No.3青雜3號(hào)Qingza No.3青雜3號(hào)Qingza No.3青雜3號(hào)Qingza No.3青雜3號(hào)Qingza No.3青雜3號(hào)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(diǎn)法，各樣地中隨機(jī)設(shè)置50cm 50cm 的樣方，重復(fù)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(jì)算出地上生物量。用土柱法測(cè)定040 cm 地下生物量，土柱面積50cm 50 cm ，每10 cm 為1 層分層測(cè)定，重復(fù)35 次。將清洗后的根系在60 下烘干48 h 后，稱量記錄，計(jì)算出地下生物量。作物產(chǎn)量測(cè)定采用樣方法進(jìn)行，每處理測(cè)1m2樣方3-5個(gè)。采用100 cm 環(huán)刀以土壤剖面方式按010 、1020 、2030 和3040 cm 分層測(cè)定土壤容重，同時(shí)按層采取土壤樣品，風(fēng)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(yàn)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(jìn)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(dāng)?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(fù)取平均值，得到如下耕層含水量，表3 不同處理各重復(fù)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(duì)于當(dāng)?shù)氐臈l件來(lái)說(shuō)，B處理更適合當(dāng)?shù)匾恍└N條件，如春旱，當(dāng)油菜現(xiàn)蕾時(shí)出現(xiàn)旱情，這樣的土壤墑情好，易于出苗，易于掛果，保證當(dāng)?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(fù)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(duì)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(qiáng)、相應(yīng)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(duì)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(gè)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(xué)土壤學(xué)教研究組的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，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(shí)的耕層和一般耕地土壤的底土 0.35-1.55堅(jiān)實(shí)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(lái)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(lái)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(wú)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(guò)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(gè)更適合耕先種的土壤孔隙度內(nèi)。從耕種土壤對(duì)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(fèi)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(shí)達(dá)到一個(gè)相對(duì)的平衡，因不同土體擾動(dòng)程度，土體的緊實(shí)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(gè)相對(duì)較高的地下生物量。A7、B2為一個(gè)適中的免耕處理。其結(jié)果與以上容、及孔隙的度的試驗(yàn)結(jié)果一致。將大表中的相同處理的重復(fù)進(jìn)行平均得到小表，其中反應(yīng)出的B處理根系量為各處理中最大。B處理對(duì)土壤的適當(dāng)擾動(dòng)增加了土壤的通透性能，更加有利于土壤中根系的生長(zhǎng)。試驗(yàn)觀測(cè)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(dāng)?shù)剌^其他處理更優(yōu)，更合適當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件。更易于作物的生長(zhǎng)，利于穩(wěn)產(chǎn)。能在保護(hù)性耕作的條件下達(dá)到最高的生物生產(chǎn)量。3 討論與結(jié)論目前保護(hù)性耕作技術(shù)在國(guó)內(nèi)外獲得廣泛應(yīng)用和推廣，與此相關(guān)的科學(xué)研究也大量開展。有研究表明，保護(hù)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(bào)道。綜合以上各組試