劉 瀟，李芳花，鄭文生(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

玉米是世界三大作物之一，而黑龍江省玉米播種面積所占比重超過(guò)農(nóng)作物總面積的50%。黑龍江屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，農(nóng)業(yè)氣候在空間和時(shí)間分布上具有明顯的地帶性和季節(jié)性，季節(jié)性干旱成為該地區(qū)玉米生產(chǎn)的主要限制因素之一。

壟作、深松、秸稈覆蓋是黑龍江地區(qū)玉米種植的常見(jiàn)處理手段。壟溝集水是一種有效的微型集雨措施，能夠有效利用較小降雨來(lái)提高水分利用效率[1]。秸稈還田措施不但避免了資源浪費(fèi)，同時(shí)，在一定程度上減少了大氣污染[2-4]。玉米種植若采用機(jī)械旋耕滅茬等集約化種植形式，不止會(huì)使犁底層增厚，土壤板結(jié)，地力下降，制約玉米的生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致玉米產(chǎn)量及土壤環(huán)境受到嚴(yán)重影響[6-8]。通過(guò)深松可以加深耕層而不翻轉(zhuǎn)土壤，這樣就可以降低土壤容重，進(jìn)而打破犁底層，增強(qiáng)土壤對(duì)降水的蓄納能力，促進(jìn)作物對(duì)土壤深層水分的吸收。

目前，對(duì)于上述耕種方式，前人已有大量研究和應(yīng)用[9-16]。但是，將壟作、深松以及秸稈覆蓋結(jié)合到一起來(lái)研究不同耕種方式對(duì)于土壤水分影響的研究并不多見(jiàn)，且很少有人研究灌水后各土層土壤含水率的動(dòng)態(tài)變化。為進(jìn)一步對(duì)黑龍江地區(qū)的情況進(jìn)行研究，本試驗(yàn)旨在研究壟作條件下深松處理以及秸稈覆蓋對(duì)于土壤水分及貯水量的影響，同時(shí)，希望得到灌溉后深松處理及秸稈覆蓋對(duì)于不同深度處土壤水分變化規(guī)律。這些結(jié)果對(duì)于探索適宜該區(qū)域生產(chǎn)和生態(tài)的耕作方式以及秸稈覆蓋模式的制定和完善提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在黑龍江省肇州縣雙發(fā)鄉(xiāng)，該處為黑龍江省典型的玉米種植區(qū)，地處45°17′N，125°35′E，屬于大陸性溫寒帶氣候，5-9月多年平均降雨量393 mm，多年平均蒸發(fā)量1 733 mm，大于10 ℃有效積溫2 845 ℃，無(wú)霜期138 d。屬于黑龍江第一積溫帶，地下水深度在10 m左右。土壤物理性質(zhì)及試驗(yàn)區(qū)降雨情況見(jiàn)表1及表2。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤物理性質(zhì)

表2 降雨情況

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行于2016年5-9月，設(shè)計(jì)分為傳統(tǒng)壟作覆蓋(M1)、傳統(tǒng)壟作不覆蓋(M2)以及深松壟作不覆蓋(M3)3種處理，分別用M1、M2、M3表示，每個(gè)處理設(shè)置兩個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的面積為8 m(縱向)×3.9 m(橫向)，每個(gè)小區(qū)設(shè)6壟，每壟65 cm。其中壟作覆蓋處理是田中秸稈收割后，直接還田，將秸稈覆蓋在壟溝處，免去了運(yùn)輸與貯存的過(guò)程。秸稈覆蓋量為1.8 萬(wàn)kg/hm2。灌水時(shí)間和灌水量為6月27日150 m3/hm2；7月5日150 m3/hm2；7月22日150 m3/hm2；8月7日225 m3/hm2； 8月16日225 m3/hm2；8月27日150 m3/hm2。施肥情況為N-270 kg/hm2；P2O5-135 kg/hm2；K2O-100 kg/hm2。

2.2 觀測(cè)內(nèi)容及方法

土壤含水率測(cè)定采用常規(guī)土鉆取土烘干法，測(cè)定深度為0～60 cm，取樣間隔為10 cm。取樣時(shí)間為每個(gè)生育期，以及每次灌水后(取土?xí)r間為灌水后的第一天、第二天和第三天)和生育期結(jié)束時(shí)取土測(cè)定土壤含水率。取土位置分別在壟體(Miu)，壟溝處(Mid)，其中i為處理編號(hào)，i=1，2，3，即傳統(tǒng)壟作覆蓋(M1)、傳統(tǒng)壟作不覆蓋(M2)以及深松壟作不覆蓋(M3)3種處理。

土壤貯水量計(jì)算：

W=10hrdω

(1)

式中：W為土壤貯水量，mm；h為土壤深度，cm；rd為土壤容重，g/cm3；ω為土壤重量含水率。

土壤蒸散量(作物耗水量)計(jì)算:

ETa=SG+P+M+W1-W2-R-D

(2)

式中:ETa為玉米生育期土壤蒸散量，mm；W1為起始土壤貯水量，mm；W2為階段末土壤貯水量，mm；SG為地下水利用量，mm；P為生育期降水量，mm；M為灌溉量，mm；R和D分別代表徑流量和內(nèi)排水量(多指滲漏量)。

試驗(yàn)小區(qū)為平坦旱地，無(wú)徑流和滲漏發(fā)生，故R=0，D=0。由于地下水埋深，遠(yuǎn)大于根系層深度，降水和灌溉成為土壤水的唯一補(bǔ)給源，故SG=0，所以有ETa=Pe+M+W1-W2。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同處理?xiàng)l件下各土層土壤含水率

對(duì)各處理不同時(shí)期的土壤含水率求平均值，進(jìn)而得到全生育期的土壤含水率隨土壤含水率變化情況。由圖1可知，各處理的土壤含水率隨土壤深度的增加整體呈先下降后上升趨勢(shì)。且對(duì)于某一處理(Mi)來(lái)說(shuō)，壟溝處土壤含水率均大于其壟體處的土壤含水率，這說(shuō)明壟作種植的壟溝具有一定的集水功能。對(duì)于表層土(0～20 cm)處的土壤含水率，存在M1u>M2u>M3u，且M1d>M2d>M3d。而對(duì)于壟溝、壟上處的土壤含水率取均值，有M1比M2大6.25%，M2比M3大6.67%。對(duì)于中層土(20～40 cm)處的土壤含水率，各處理的大小關(guān)系同表層土，但相差的比例減小，都在2%左右。對(duì)于深層土(40～60 cm)處的土壤含水率，各處理的土壤含水率趨同，這說(shuō)明不同處理對(duì)于淺層土(0～40 cm)的影響要大于對(duì)于深層土(40～60 cm)的影響。

圖1 不同處理下全生育期平均含水量隨土壤深度變化情況

將各處理不同深度的土壤含水率求平均，觀察其全生育期的土壤水分變化趨勢(shì)。由圖2可知，各處理在全生育期的土壤含水率變化整體呈下降趨勢(shì)，且在拔節(jié)期、抽雄期各處理相差較大。對(duì)壟溝與壟上處的土壤含水率求平均值，則有M1比M2大4.25%，M2比M3大4.67%。灌漿期M1比M2大2.15%，M2比M3大2.67%。而苗期及成熟期基本趨同。

圖2 全生育期不同處理下各土層平均含水量變化趨勢(shì)

對(duì)不同處理全生育期的土壤含水率進(jìn)行雙因素(秸稈覆蓋、深松處理)方差分析，結(jié)果如表3所示，若使用α=0.05來(lái)檢驗(yàn)雙因素的顯著性，則秸稈覆蓋處理會(huì)對(duì)土壤含水率造成顯著性差異；若使用α=0.1來(lái)檢驗(yàn)雙因素的顯著性，則秸稈覆蓋和深松處理都會(huì)造成顯著性差異。這說(shuō)明秸稈覆蓋和深松處理對(duì)于壟作玉米的土壤含水率都會(huì)有影響，且秸稈覆蓋處理引起的差異性更大。

表3 各處理全生育期土壤含水率主體間效應(yīng)檢驗(yàn)

3.2 不同處理灌溉后三日土壤水分變化

為了研究灌水后土壤含水率的變化情況，在灌水后連續(xù)三天進(jìn)行土壤含水率的測(cè)量，觀察土壤水分含量的變化，取6月28日、6月29日、6月30日以及7月6日、7月7日、7月8日的更土層土壤含水率平均值進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3 各土層土壤含水率平均值變化情況

綜合六七月兩次連續(xù)三天的土壤含水率監(jiān)測(cè)可以得到：6月的各個(gè)處理三日含水量變化基本為先增大后減小，而7月的各個(gè)處理三日含水量變化為逐漸減小，這可能是因?yàn)?月的土壤含水率較大，所以水分吸收較慢。灌水后的第一天，各處理土壤含水率M2>M3>M1，這說(shuō)明由于被秸稈覆蓋，M1處理灌水初期對(duì)水分吸收的效果較差。灌水后的第二天，M1處理的土壤含水率較第一天有所上升，而M2、M3處理均有所下降，這說(shuō)明秸稈覆蓋條件下的土壤含水率變化具有滯后性。灌水后第三天，各處理土壤含水率相比第二天均有所下降，但是下降比例大小不同，綜合六七月情況來(lái)看，M1處理下降比例為11%，M2處理下降比例為24%，M3處理下降比例為29%，這說(shuō)明秸稈覆蓋的保水性，以及深松處理會(huì)使水分耗散較快。

3.3 秸稈覆蓋對(duì)土壤貯水量的影響

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，針對(duì)苗期中后期到灌漿期的土壤貯水量情況和耗水量情況進(jìn)行分析。

對(duì)于M1土壤貯水量及耗水量情況進(jìn)行分析，拔節(jié)期的貯水量最豐富的，明顯高于其他生育階段，苗期的耗水量最多，灌漿期的耗水量最小，二者相差50%，日耗水量灌漿期>苗期及拔節(jié)期>抽雄期，相差值都是在10%左右(見(jiàn)表4)。

表4 傳統(tǒng)壟作覆蓋(M1)條件下土壤水量平衡

對(duì)于不覆蓋條件下的土壤貯水量及耗水量情況進(jìn)行分析，拔節(jié)期的貯水量最豐富的，明顯高于其他生育階段，苗期的耗水量最多，灌漿期的耗水量最小，二者相差80%，日耗水量灌漿期、抽雄期、苗期>拔節(jié)期，相差值在20%左右(見(jiàn)表5)。

表5 傳統(tǒng)壟作不覆蓋條件下土壤水量平衡

對(duì)于不覆蓋深松條件下的土壤貯水量及耗水量情況進(jìn)行分析，拔節(jié)期的貯水量最豐富的，苗期的耗水量最多，灌漿期的耗水量最小，二者相差50%，日耗水量灌漿期>苗期、抽雄期、拔節(jié)期，相差值在30%左右(見(jiàn)表6)。

表6 壟作深松不覆蓋條件下土壤水量平衡

由數(shù)據(jù)可知：從各處理的平均情況來(lái)看，不同處理的貯水量變化在整個(gè)生育期的變化較一致。苗期作物貯水量較小，玉米經(jīng)耕種正處在春季失熵期，所以耗水量較大，且貯水量也呈下降趨勢(shì)。在苗期3個(gè)處理的貯水量差異不大，而在耗水量方面，M1

4 結(jié) 語(yǔ)

由以上分析可得到結(jié)論如下。

傳統(tǒng)壟作秸稈覆蓋處理與不覆蓋對(duì)照處理的全生育期平均土壤含水率差異主要體現(xiàn)在0～40 cm土層，在40～60 cm土層差異不明顯，在整個(gè)生育期，壟溝處的土壤含水率基本大與壟體的土壤含水率，這是因?yàn)閴艤系募Ч^好。M1>M2>M3的土壤含水率，且秸稈覆蓋相對(duì)深松處理對(duì)壟作玉米的土壤含水率影響更大(從顯著性可得)，當(dāng)土壤含水率較大時(shí)，M1的土壤對(duì)于水分的吸收具有滯后性。不同處理的貯水量變化在全生育期呈現(xiàn)先增加，后減小的趨勢(shì)，在拔節(jié)期的貯水量達(dá)到最大。不同處理的耗水量在整個(gè)生育期的變化較一致，呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。M1的保水效果在苗期和拔節(jié)期較明顯，而在抽雄期和灌漿期有所減弱。根據(jù)前人研究，深松可以改變土壤性質(zhì)，且增加產(chǎn)量，但是深松對(duì)于土壤水分保蓄能力較差，所以可以采用壟作、秸稈覆蓋與深松處理相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行玉米種植。

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