不同耕作方式对农田环境及冬小麦生产的影响

不同耕作方式对农田环境及冬小麦生产的影响 来源： 《中国农学通报》.-2011，27(01).-36—41 作者：高宗军等 摘要：为明确不同耕作方式对农田环境及小麦生产的影响，通过田间定位试验，研究了5种耕作方式对冬小麦田土壤物理特性、杂草、小麦产量及其构成因素的影响。结果表明，小麦拔节期以前，免耕及覆盖秸秆可显著提高表层土壤含水量，覆盖秸秆处理可显著降低土壤温度；小麦拔节后，作物覆盖度增加，处理间土壤含水量、温度差异减小。与旋耕(RT)相比，小麦收获后，免耕及覆盖秸秆可显著增加0-5 cm表土层容重、降低15—20 cm土层容重，可显著降低麦家公、播娘蒿的发生密度、株高及鲜重，显著增加荠菜的发生密度、株高及鲜重，旋耕秸秆还田(RTS)对荠菜的影响不显著，可降低麦家公、播娘蒿的发生密度，但有使其单株平均株高、鲜重增加的趋势。与RT相比，免耕覆盖秸秆3000 kg／hm2 (NTS3ooo)、免耕不覆盖秸秆(NT)区小麦产量分别增加13．0％、8．3％，RTS、

免耕覆盖秸秆6000 kg／hm2(NTS6ooo)区小麦产量分别降低9．1％和17．4％。NTS3ooo 处理区农田环境有利于作物的生长发育，是较适合黄淮海地区的冬小麦保护性耕作方式。 关键词：耕作方式；冬小麦；土壤含水量；土壤温度；容重；杂草 0 引言 保护性耕作作为改善生态环境的新型耕作方式，在美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国家已经有广泛的研究和应用，发达国家将保护性耕作技术和轮耕休闲的农作制度相结合，以环境保护和生态修复为重要内容，不需要过多考虑单产等因素，而中国面临着巨大的人口和资源压力，这种严峻形势决定了产量仍然是中国目前保护性耕作研究的重点内容之一。 决定旱地作物产量高低的因素除了作物自身的遗传特性外，还与土壤的水、肥、气、热因素以及农田杂草有关 。少免耕对土壤的扰动程度低于常规耕作，加之地表覆盖秸秆量大，对太阳直射和地面有效辐射有拦截和吸收作用，影响了土壤与大气间的水热交换，因而产生了相应的小气候特征，也改变了土壤的理化性状及杂草发生危害程度 。研究表明，保护性耕作措施可以增加土壤表层有机质含量、降低土壤温度、增加土壤含水量、降低土壤容重、延缓径流、增加降雨入渗、提高水分利用率 ，秸杆覆盖对杂草有一定的控制作用，且控草作用与覆盖量有关，而有一些研究则认为保护性耕作会提高土壤温度、增加土壤容重，使农田杂草数量增多、发育参差不齐、群落演替加快，增加防除难度。 产量是不同耕作方式对作物自身及农田环境各种影响的综合反映。多数研究认为保护性耕作措施对冬小麦有增产效应，但各项研究增产幅度不同，也有研究发现保护性耕作措施对产量影响不明显” ，甚至有减产现象出现。 黄淮海地区，以小麦、玉米一年两熟为主，是中国粮食主产区，目前生产中存在的问题是水资源不足、生产成本高、焚烧秸秆污染环境、地力持续下降、粮食高产压力大，所以有开展保护性耕作的迫切要求 。但由于耕作措施及试验地区的差异，有关保护性耕作生态效应的研究结果不尽相同。为此，笔者通过田间定位试验，研究了不同耕作方式对土壤物理特性、农田杂草、小麦产量及其构成因素的影响，旨在探索适合黄淮海地区的冬小麦保护性耕作方式，为保护性耕作技术在该地区的推广及小麦的稳产、高产提供理论依据。 1材料与方法 1．1试验时间和地点 试验始于2008年冬小麦季，于2009年小麦收获后结束。试验地点位于山东省济南市历城区张马屯村(36°43’15．83”N，117°6’21．47”E)，该地属半干旱半湿润的暖温带大陆性季风气候，多年平均降水量665.3 mm，年均气温13．6℃。试验地常年种植模式为冬小麦与夏玉米轮作，其中，冬小麦为旋耕播种，夏玉米免耕播种，土质为轻壤土。 1．2试验材料 供试冬小麦(Ttiticum aestivumL．)品种为‘济麦22号’，前茬玉米(ZeamaysL．)品种为‘郑单958’，覆盖及还田用玉米秸秆均为前茬玉米果穗收获后残余植株。 １．3试验设计 ． 试验共设5个处理，分别为旋耕(RT ，耕深12 cm左右，下同)、旋耕秸秆还田(RTS，玉米秸秆随着旋耕就地粉碎、混入土中，还田量为6000 kg／hm 2)、免耕不覆盖秸秆(NT)、免耕覆盖秸秆3000 kg／hm2 (NTS3000，覆盖用玉米秸秆预先粉碎至5 cm左右，播种后覆盖，下同)、免耕覆盖秸秆6000 kg／hm2 (NTS6000)，每个处理3次重复，小区面积为25 m×3．3 m，完全随机区组排列。各处理小麦播种量均为135 kg／hm2，试验地基施纯N 160 kg／hm2 ，P2O5 150 kg／hm2 ，K20 105 kg／hrn2。小麦全生育期共降水350．0 mm，未进行人工灌溉，试验区不除草。 1．4研究内容与方法 1．4．1不同耕作方式对土壤物理特性的影响 分别于小麦苗期、返青期、拔节期、孕穗期测定不同处理区0—5 cm、5-10 cm、10—15 cm、15—20 cm共4个土层的温度及含水量，其中，土壤温度于14：00时采用曲管温度计测定，因为此时耕作方式对土壤温度的影响效应最明显，含水量采用烘干法测定，土壤容重于播种前及收获后采用环刀法测定。 1．4．2不同耕作方式对小麦田杂草的影响 杂草调查于小麦拔节期、杂草花果期进行。每小区按对角线5点取样，每点面积1 m2，记录各样点杂草种类、数量、株高及地上部鲜重。 1．4．3不同耕作方式对小麦产量的影响 于小麦成熟期，每小区3点取样，每点收获1 m2 测产并室内考种。 1．5统计分析 采用Excel 2003和SPSS 13．0对数据进行处理，采用邓肯多重比较法(Duncan’S multiple range test，DMRT)进行差异显著性分析。 2结果与分析 2．1不同耕作方式对土壤物理特性的影响 2．1．1不同耕作方式对土壤含水量的影响 在小麦生长的4个重要时期，5种耕作方式对土壤含水量的影响有所不同(图1略)。 小麦苗期不同耕作方式对土壤含水量的影响主要在0—10 cm土层，且随着土层的加深不同处理间差异减小。与2种旋耕处理(RT、RTS)相比，3种免耕处理(NT、NTS3000、 NTS6000)可显著( P＜O．05)提高0-5 cm土壤含水量，其中，NTS3000处理的含水量(18．8％)比RT处理高8％。小麦苗期不同耕作处理区0-20 cm土壤平均含水量由高到低的顺序为：NTS3000>NTS6000>RTS>NT>RT。 2008年冬季试验区降水较往年偏少，返青期测定土壤含水量前1个月降水量仅为4．6 mm，同时由于小麦生长耗水，与苗期相比，小麦返青期不同耕作处理区土壤含水量均有所减少，且处理间差异显著(P＜ 0．05)，小麦返青期不同耕作处理区0—20 cm土壤平均含水量由高到低的顺序为：NTS，NTS3000>NTS6ooo>NT>RTS>RT。不同处理间含水量最大差异为NTS NTS3000与RT试验区0—5 cm土层，前者含水量比后者高6％。 由于小麦返青后生长加速，耗水量增加，与返青期相比，小麦拔节期不同耕作处理区土壤含水量均有所减少，同时，由于小麦逐渐封垄，不同处理间含水量差异减小，在0—10 cm土层，RTS区含水量显著高于(P＜0．05)其余4种耕作处理区，10—20 cm土层含水量不同处理间差异不显著(P＞0．05)。 在测定孕穗期土壤含水量的前5天有一次较大的降雨(58．3 mm)，所以孕穗期土壤含水量较前3个测定时期有较大提高，且随着土层的加深，含水量逐渐降低，与3种免耕处理含水量一直降低不同，2种旋耕处理在10—15 cm土层的含水量相对稳定，这可能与旋耕耕深较浅(12 cm左右)形成的犁底层阻隔有关。由于孕穗期小麦已完全封垄，不同耕作处理间含水量差异不显著(P＞0．05)。 2．1．2不同耕作方式对土壤温度的影响 在4个测量时期，不同耕作处理区土壤温度均随着土层的加深呈降低趋势，且处理间差异减小，不同耕作处理区土壤温度差异主要在小麦拔节期以前(图2略)。 小麦苗期，覆盖秸秆处理区NTS、 NTS 30000-20 cm土层温度显著低于其余3种处理区(P<0．05)，不同耕作方式对5 cm土层土壤温度影响最大，其中，NTS3000处理比NT低4．7℃ 。与RT处理相比，秸秆还田(RTS)后土壤温度也略有降低，小麦返青期不同处理区土壤温度的变化趋势基本同苗期。 随着小麦的生长发育，拔节期后，小麦逐渐封垄，不同耕作处理在0—20 cm的各个土层间的温度差异减小。小麦拔节后，NT处理土壤温度较高可能与该时期土壤含水量较低有关，因为与水分相比，土壤热容量小且热传导率大，干土总是比湿土变冷或变热要快p ，小麦孕穗期，NTS6000处理土壤温度较高可能与小麦长势较差、未完全封垄以及秸秆部分腐解后覆盖率有所降低有关。 2．1．3不同耕作方式对土壤容重的影响小麦播种前土壤容重随着土层的加深而逐渐变大，收获后不同耕作处理区土壤容重差异较大，且均显著小于播种前土壤容重(ＲＴS、RT处理区l5—20 cm土层除外)(表1略)。 小麦收获后，从0—5 cm土壤容重看，免耕处理容重较大，旋耕处理容重较小，其中，NT、NTS3000区土壤容重显著大于RTS、RT区，NTS6000区与2个旋耕区差异不显著；5—10 cm土壤容重由高到低的顺序为：NTS60oo>NTS3000>RT>RTS>NT，不同耕作处理区5—15 cm土壤容重差异较小；从15-20 cm土壤容重看，2种旋耕处理区(RTS、RT)容重显著大于3种免耕处理区(NT、NTS3000、NTS6000)。 2．2不同耕作方式对小麦田主要杂草的影响 试验区小麦田发生量大的杂草主要有麦家公(Lithospermum alVellSe L．)、播娘蒿(DescurainiaSophia(L_)webb)和荠菜(Capsella bursa-pastozis(L．)Medic．)(表2略)，不同耕作处理对3种杂草密度、株高、鲜重均有较大影响。与RT相比，NT、NTS3000、NTS6000可明显降低麦家公的发生密度、株高及鲜重，其中，NTS6000对麦家公的抑制作用最强，株防效、株高抑制率及鲜重抑制率分别为61．3％、32．5％、70．5％，RTS可显著降低麦家公的发生密度，但单株平均株高及鲜重高于RT。不同耕作处理对播娘蒿的影响基本同麦家公，与RT相比，NTS6000对播娘蒿的株防效、株高抑制率及鲜重抑制率分别为41．5％、46．8％、89．5％ 。RT与RTS区荠菜发生密度、株高及鲜重差异不显著，但均明显低于3种免耕处理区(NT、NTS3000、NTS6000)，其中，以NT区荠菜发生量最大，其发生密度、株高及鲜重分别是RT区的10．6倍、3．3倍和10．7倍。 2．3不同耕作方式对小麦产量及其构成因素的影响 不同耕作方式间小麦产量及其构成因素有明显的差异(表3略)。小麦籽粒产量由高到低的顺序为：NTS3000>NT>RT>RTS>NTS6000，与RT相比，NTS3000、NT区小麦产量分别增加l3．0％、8．3％，RTS、NTS6000区小麦产量分别降低9．1％和17．4％。从产量构成因素分析，NTS3000区虽然有效穗数较低，但穗粒数及千粒重显著大于RT区，因此表现为增产，NT区表现为增产则主要是因为有效穗数及千粒重的显著增加，而RTS区虽然穗粒数及干粒重较大，但有效穗数却显著低于RT区，因此表现为减产，NTS 3000区表现为减产则主要与有效穗数及穗粒数的显著减少有关。 3结论与讨论 适宜的土壤条件是发挥旱区土壤生产潜力的重要因素，土壤肥力的下降和农田生态环境的恶化，直接制约粮食的优质、稳产、高产。保护性耕作技术对于改