2024年2月22日发(作者:)

第28卷第3期 2010年5月 干旱地区农业研究 ulmrai Research in the Arid Areas Vo1.28 No.3 Mav 2010 免耕条件下玉米残茬处理对农田 表层土壤结构性能的影响 张 雯,丛巍巍,赵洪亮,衣 莹,侯立白 (沈阳农业大学农学院,辽宁沈阳l10161) 摘要:立足于东北冷凉风沙区采用的玉米垄作免耕方式,通过始于2(}03年的彰武县保护性耕作定点试验, 比较研究留茬、覆盖和灭茬3种不同玉米残茬处理方式对农田表层(0~30 cm)土壤结构性能的影响。研究结果表 明,覆盖处理在改善土壤结构性能方面效果最明显。在0—10 cnl、10~20 em和20—30 cm土层中,>0.25 nlrn水稳 性团聚体含量和团聚体稳定率均为覆盖>留茬>灭茬,且均随土壤深度增加而减小。在不同土层中,土壤容重表 现为灭茬>留茬>覆盖,土壤总孔隙度呈现出覆盖>留茬>灭茬,且随着耕层加深,呈递减趋势。在不同土层中, 覆盖处理的砂粒含羞均低于留茬和灭茬处理。但随着耕层加深,各处理黏粒含量耒呈现规律性变化。 关键词:免耕;玉米残茬处理;表层土壤结构;土壤团聚体 中围分类号:¥345 文献标识码:A 文章编号:100(07601(20lO)O3.0079 04 土壤结构性能是反映土壤肥力的重要指标,包 式对土壤结构性能方面的影响程度,明确其在防止 风沙区农田土壤侵蚀方面的作用,对于扩大该区保 护性耕作技术推广的面积,指导农业生产具有重要 括土壤团聚体稳定性及与其相联系的孔隙状况等, 其中土壤团聚体的稳定性是衡量土壤结构性能好坏 的最主要的指标…1 农田土壤中,一般把犁底层 以上的土壤层次(0~30 cm)称为表土层l2J。绝大部 意义。因此,我们通过设在始于2003年的辽宁省彰 武县保护性耕作定位试验,选择试验区重点推广的 分的农田管理措施都发生在这一层次上,因此,这一 层次对农田管理措施的变化也最为敏感,而且愈接 近地表,表现愈明显。研究表明 |4j,不同的农业管 免耕条件下3种不同玉米残茬处理方式进行比较分 析,旨在寻求能够提高风沙土农田土壤结构稳定性 的玉米残茬处理方式,防止农田土壤结构退化,维护 农田土壤生产力的可持续发展。 理措施会对农田土壤结构改变的速率产生影响。传 统耕作方式的耕翻耙压导致了土壤结构性能恶化, 随着土壤被犁翻次数的增多,造成了土壤有机质的 损失,加剧了表层土壤的流失和风蚀,从而导致农田 1材料与方法 1.1试验区概况 土壤的退化。而近几年国内外广泛研究和推广的保 护性耕作措施(少耕、免耕、残茬覆盖等)在提高土壤 有机物质的输入量,改善土壤结构,防止土壤侵蚀和 风蚀等方面效果明显 l6J。 试验区设在辽宁省彰武县,属于半干旱区,半湿 润大陆性季风气候,四季分明,雨热同季,光照充足。 春季风多雨少,冬季漫长而寒冷。年平均气温7. 2 o【=,无霜期平均为148 d,平均冻土深度为1.11 m。 东北冷凉风沙区位于我国风蚀沙化最严重的 “三北”地区的东北部种植区。由于严酷的自然条件 和人口压力,加上落后的农业管理措施,表层土壤的 风蚀沙化十分严重,且面积很大,导致了可耕地的退 多年平均降雨量为484.3咖,年降水量l6.94亿 m3,去掉蒸发5.4亿m3和渗透9.46亿m3,多年平均 地表径流量2.O8亿m3。全年主导风为西南风,其 中春夏主导风为西南风,秋冬主导风为西北风,平均 风速为3.8 m/s,最大风速为38 m/s。每年春季(3— 化。近几年该区推广的保护性耕作技术,取得了一 定的经济、生态和社会效益l7.8j。综合国内外研究 成果,针对东北冷凉风沙区特殊的区位环境和气候 条件,进一步明确免耕条件下不同玉米残茬处理方 5月)气温回升快,气候干燥,降水少,蒸发量大,易 发生春旱;夏季(6—8月)炎热,降水集中;秋季(9一 l0月)降温快,雨量骤减;冬季寒冷干燥。该区为一 收稿日期:2009—11-02 基金项目:辽宁省教育厅项目资助(2008649) 作者简介:张雯(1972一),女,山东诸城市人,剐教授,博士,从事保护性耕作技术研究。E-mail:z0930w@sira.conl。r
干旱地区农业研究 年一熟制,主要种植玉米和小麦。 1.2试验设计 第28卷 100%。式中,WSA为0.25 mill水稳性团聚体的重 量;A为>0.25唧团聚体的重量[引。土壤颗粒组 试验始于2003年1O月,采用玉米垄作栽培方 式,玉米种在垄上。田间共设3种玉米秸秆还田处 成分析采用吸管法[ 。。。土壤容重和总孔隙度采用 环刀联合测定法r 。 理,具体处理方式为:留茬(Stubble mulch,简称sM): 秋季留茬高30 cm,春季用免耕播种机播种,2008年 播后田间覆盖率52.6%。覆盖(Stubble coverage,简 称SC):秋季留茬高30 cm,垄间整秆覆盖,春季用免 耕播种机播种,2008年播后田间覆盖率73.1%。灭 茬(Elimination of stubble,简称ES):秋季留茬高30 cm,春季用灭茬机灭茬(深度不超过8 cm,动土面积 2结果与分析 2.1不同玉米残茬处理对土壤团聚体数量和稳定 性的影响 表层土壤团聚体的数量和稳定性可以作为反映 土壤管理措施对土壤结构影响的指标之一。在土壤 团聚体组成中,有大团聚体(>0.25ram)和微团聚体 (<0.25ram)之分,其中直径0.25 10 mill的水稳性 团聚体含量越高,表明土壤结构越好,土壤结构的稳 小于30%),用小型玉米播种机播种,2008年播后田 间覆盖率42.9%。小区面积20 m×6 m,3次重复, 田间随机排列。供试玉米品种为丹玉39号。种植 时株距40 cm,行距60 cm,种植密度为42 495 定性越强。而<0.25 lllnl的团聚体所占比重越高, 表明土壤愈分散,它不仅在降雨和灌溉期间会堵塞 株/hm2。播种时施用磷酸二铵187.5 kg/hm2。播后 施用化学药剂除草防虫。大喇叭口期追尿素150~ 225 kg/hm2。 孔隙,影响水分人渗,易产生地面径流,增加土壤的 侵蚀,还容易形成沙尘天气【l卜¨J。本试验中,利用 干筛法获得>0.25 lnln土壤中团聚体(水稳性和非 水稳性团聚体)含量,湿筛法获得土壤中水稳性团聚 1.3测定项目和方法 于2008年l0月在各小区多点采集0—10 cm、 10—20 cm、20—30 cm土层的土样,混合后风干备 用。土壤团聚体采用干筛法和湿筛法【9】。团聚体稳 定率(WSAR)计算公式如下:WSAR=WSA/A× 体的含量,并计算团聚体稳定率,比较分析不同玉米 残茬处理方式对土壤团聚体数量和稳定性的影响, 具体结果见表1。 表1 不同玉米残茬处理干湿筛下的>0.25 inlll团聚体含量及稳定率 Table l Macro-aggregates content and stable rate ofaggregates by dry and wet sieving under diferent corn stubble treatments 注:不同小写字母代表处理间P<0.05水平差异显著,下同。 Note:Diferent 8m8ll letters illea/1 signiifcant diference at P<0.05 among treatments. ey a坤the蚰me in the follows. 从表1可以看出,在干筛法中,3种不同玉米残 形成过程中具有不可替代的作用。在湿筛法中,在 不同土层中>0.25 mill水稳性团聚体含量均为覆盖 >留茬>灭茬,说明免耕下残茬覆盖下有利于土壤 水稳性团聚体的形成,提高了土壤水稳性大团粒含 量,增强了表层土壤团聚体的稳定性。但从整体数 据来看,湿筛处理下的>0.25 mm水稳性团聚体含 量远小于干筛处理,说明该土壤中的土壤团聚体大 茬处理方式下的农田表层土壤>0.25 l砌土壤团聚 体含量都在75%以上,其中覆盖最高,灭茬最低。 方差分析结果表明,覆盖和留茬处理间>0.25 mm 土壤团聚体含量无明显差异,而与灭茬处理间差异 显著。这主要是因为免耕体系减少了对土壤结构的 机械破坏,同时留茬和覆盖处理方式下玉米残茬累 积在农田0—30 cm的土壤表层,增加了土壤有机质 部分为非水稳性团聚体,水稳性团聚体的数量较少。 这与该土壤属于风蚀沙化土壤的特征一致。 含量,有利于大粒径团聚体的形成与稳定,在团聚体
第3期 张雯等:免耕条件下玉米残茬处理对农田表层土壤结构性能的影响 8i 团聚体稳定率是评价土壤团聚体稳定性的重要 指标之一。通常情况下,其数值越高越有益于土壤 结构的稳定和作物的生长【14,15]。从表1可以看出, 在不同土壤层次,团聚体稳定率均表现为覆盖>留 土壤各种孔隙的容积占整个土壤容积的百分数,尤 其是土壤裘层孔隙的数量及其分布更是决定着土壤 的水力学性质,如水分人渗、再分布、内排水等,是表 征土壤结构性能的重要指标之一【2,6,18]。本试验比 较分析了不同玉米残茬处理下不同土层深度的土壤 茬>灭茬,且均随土壤深度增加而减小,说明免耕条 件下秸秆覆盖对表层土壤团聚体稳定性有积极的促 进作用。这和蔡立群等针对保护性耕作麦一豆轮作 条件下土壤团聚体组成的分析结论一致l16】。 2.2不同玉米残茬处理对土壤容重的影响 土壤容重是指田间自然状态下,在单位体积内 总孔隙度,具体结果见图2。从图2可以看出,在不 同深度土层内土壤总孔隙度均呈现出覆盖>留茬> 灭茬,且随着耕层加深,呈现出递减趋势。研究结果 表明,免耕方式下由于不翻动土壤,土壤的作业次数 少,同时加上秸秆的覆盖,一般造成土壤容重的降 所具有的干土质量,通常以每立方厘米土重的克数 表示(g/cIll3),是评价土壤结构性能的重要指标之 一低,因而也使土壤耕作层的总孔隙度增大[3,4,19j。 但方差分析结果表明,不同玉米残茬处理下总孔隙 【2j。一般情况下,土壤容重小,表明土壤比较疏 度之问差异均不显著,是否说明残茬覆盖数量的多 少对土壤总孔隙度的影响不是很明显,还是试验误 差所致,还需要进行进一步的试验验证。 口留茬SM 口覆盖SC 园灭茬ES 松,土壤结构性好,土壤的水分、空气、热量状况比较 好,从而有利于作物根系的伸展,表现出良好的生长 态势ll 。本试验比较分析了不同玉米残茬处理下 不同土层深度的土壤容重,具体结果见图1。从图1 可以看出,在不同土层深度下,土壤容重均表现为灭 茬>留茬>覆盖,尤其在0—10 cm土层,3种处理之 言 2 间达到显著水平。覆盖处理的土壤容重小于留茬和 灭茬处理,是由于覆盖方式可以通过秸秆覆盖阻止 至星 骂量 耄夏 O.10 10.2O 20 3O 土壤水分散失、提高土壤温度以及促进秸秆腐烂、培 肥地力等作用,可以相对降低土壤的容重【6 J,且秸秆 覆盖会增加土壤表层有机质含量,进而促进土壤团 聚体的形成。 >、 土壤深度(cm) SoiI depth 圉2不同玉米残茬处理下的土疆总孔隙度 Fig.2 Soil total porosiy under ditferent eonl stubble treatments 2.4不同玉米残茬处理对土壤颗粒组成的影响 土壤颗粒组成是构成土壤结构重要的基础物 暑蚕 幡兰 祷三 = 质,一定程度上会影响表征土壤结构性能的指标,其 易 U—10 lU一20 20-30 中黏粒是形成团聚体的物质基础,它不仅决定着团 土壤深度fcm1 Soil depth 聚体的大小和数量,从而也影响着包括团聚体稳定 性在内的一系列土壤理化性状【2 J。本试验中,利用 吸管法测定不同土层深度的土壤颗粒组成,分别用 粒径2~0.02 nlIn砂粒含量、0.02~0.002 rfUTl的粉 粒含量和<0.002 mm的黏粒含量表示,具体结果见 表2。 图1 不同玉米残茬处理下的土壤容重 Fig.1 Soil bulk density under diferent COITI stubble treatments 2.3不同玉米残茬处理对土壤总孔隙度的影响 土壤孔隙的数量可用总孔隙度来表示,它是指 表2不同玉米残茬处理下的土壤颗粒组成(%) Table 2 Soil particle composiiton under diferent corn stubble treatments
82 干旱地区农业研究 第28卷 从表2可以看出,在各个土层内,覆盖处理的砂 粒含量均低于留茬和灭茬处理,表明免耕条件下,通 过大量秸秆覆盖于地表,不仅改善土壤的理化性质, 而且在避免表层土壤粗粒化演变方面起到了一定作 用【13]。在0一10 cm土层内,覆盖处理的黏粒含量 高于留茬和灭茬处理,在一定程度上说明,秸秆覆盖 方式在促进土壤表层团聚体的形成和稳定方面发挥 了重要作用,这和前面针对土壤团聚体所形成的结 论相吻合,也和李小刚等的研究结果,即粘粒是干旱 地区土壤结构形成最重要的胶结物质的结论基本一 致£2o]。而在10 20 cm土层内,留茬和灭茬处理的 黏粒含量高于覆盖处理,20 30 em土层内,留茬和 覆盖处理的黏粒含量高于灭茬处理,说明随着土层 的加深,黏粒含量未出现规律性的变化,此种结果还 需要试验进一步验证。同时方差分析结果表明,各 种差异均不显著,说明土壤颗粒组成对于玉米残茬 处理方式的响应度较低,引起变化需要的时间更长。 3结论与讨论 免耕条件下留茬、覆盖和灭茬3种玉米残茬处 理方式在改善农田表层(0 30 cm)土壤结构性能方 面存在一定的差异,其中覆盖方式效果最明显。在 0 10 cm、10—20 cm和20—30 cm不同土层中> 0.25 mm水稳性团聚体含量均为覆盖>留茬>灭 茬。在所有处理中,土壤团聚体大部分为非水稳性 团聚体,水稳性团聚体的数量较少。在不同土壤层 次,团聚体稳定率均表现为覆盖>留茬>灭茬,且均 随土壤深度增加而减小,说明免耕条件下秸秆覆盖 对表层土壤团聚体稳定性有积极的促进作用。在0 10 cm、10 20 cm和20 30 cm不同土层中,土壤 容重均表现为灭茬>留茬>覆盖,土壤总孔隙度均 呈现出覆盖>留茬>灭茬,且随着耕层加深,呈现出 递减趋势,各个处理问差异不显著,是否由于试验误 差所致还需进一步试验验证。在0一10 em、10—20 cm和2O 30 cm不同土层中,覆盖处理的砂粒含量 均低于留茬和灭茬处理。在0一10 cm土层内,覆盖 处理的黏粒含量均高于留茬和灭茬处理,而随着耕 层加深,黏粒含量未呈现规律性变化,此种结果还需 要进一步试验验证。 参考文献: [I]彭新华,张斌,赵其国.土壤有机碳库与土壤结构稳定性关系 的研究进展[J].土壤学报,20O4,4t(4):618-"624. [2]黄昌勇.土壤学[M].北京:中国农业出版社,2OOO. [3]许淑青,张仁陟,董博,等.耕作方式对耕层土壤结构性能及 有机碳含量的影响[J].中国生态农业学报,2OO9,17(2):2o3— 208. [4]罗珠珠,黄高宝,辛平,等.陇中旱地不同保护性耕作方式表 层土壤结构和有机碳含量比较分析【J].干旱地区农业研究, 2OO8.26(4):53—58. [5]张海林,高旺盛,陈阜,等.保护性耕作研究现状、发展趋势及 对策[J].中国农业大学学报,2OO5,10(I):l6—2o. [6】 张雯,侯立白,张斌,等.辽西易旱区不同耕作方式对土壤 物理性能的影响[J].干旱区资源与环境,2OO6,20(3):l49— 151. [7]李宝筏,杨文革,王勇,等.东北地区保护性耕作研究进展与 建议[J].农机化研究,20O4。(1):9--13. [8]张雯,侯立白,蒋文春,等.辽西北地区机械化保护性耕作技 术体系效益评价[J].辽宁农业科学,2OO6,(2):42—44. [9】鲍士旦.土壤农化分析[M】.北京:中国农业出版社,2001. [1O]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上海 科学技术出版社,1978:5I4_5l8. [11]卢金伟,李占斌.土壤团聚体研究进展[J].水土保持研究, 2OO2,9(1):8l一85. [12]王清奎,汪思龙.土壤团聚体形成与稳定机制及影响因素[J]. 土壤通报,2005。36(3):415--421. [13]常旭虹,赵广才,张雯。等.作物残茬对农田土壤风蚀的影响 【J].水土保持学报,2005,19(1):28—31. [14]文倩,关欣.土壤团聚体形成的研究进展[J].干旱区研 究,2OO4,21(4):434--438. [15]周虎,吕贻忠,杨志臣,等.保护性耕作对华北平原土壤团聚 体特征的影响[J】.中国农业科学,2OO7,40(9):1973--1979. [16]蔡立群,齐鹏。张仁陟.保护性耕作对麦一豆轮作条件下土 壤团聚体组成及有机碳含量的影响[J].水土保持学报,2OO8, 22(2):l4l—l45. [17]罗珠珠。黄高宝,张国盛.保护性耕作对黄土高原早地表土容 重和水分入渗的影响[J].干旱地区农业研究.2005,25(4): 2O7—2l1. [18]孙利军,张仁陟,黄高宝.保护性耕作对黄土高原旱地地表土 壤理化性状的影响[J].干旱地区农业研究.2OO7.25(6):2o7— 2l1. [19]赵洪利,李军,贾志宽,等.不同耕作方式对黄土高原旱地麦 田土壤物理性状的影响[J].干旱地区农业研究.20O9,27(3): l7—21. [20]李小刚,崔志军,王玲英.施用秸秆对土壤有机碳组成和结构 稳定性的影响[J].土壤学报,20O2,39(3):421--428. (英文摘要下转第113页)
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