韓 上，武 際，夏偉光，陳 峰，雷之萌，王允青，郭熙盛，李 敏

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耕層增減對(duì)作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分狀況的影響①

韓 上1, 2, 3，武 際1, 2*，夏偉光3，陳 峰4，雷之萌3，王允青1, 2，郭熙盛1, 2，李 敏1,2

(1 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，合肥 230031；2 安徽養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境省級(jí)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230031；3 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036；4 濉溪縣五鋪農(nóng)場(chǎng)，安徽淮北 235118)

試驗(yàn)于2012—2015年在淮北平原中部的濉溪縣展開(kāi)，設(shè)原始耕層(TS)、在原始耕層厚度上人工削減5 cm (TS-5)和在原始耕層厚度上人工增加5 cm(TS+5) 3個(gè)處理。在玉米和小麥成熟期采樣分析和田間測(cè)產(chǎn)，在3季小麥?zhǔn)斋@后分別采集0 ~ 20 cm土層土樣進(jìn)行分析，明確耕層厚度變化對(duì)玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量、養(yǎng)分積累的影響和土壤養(yǎng)分含量的變化規(guī)律。結(jié)果表明，耕層減少5 cm處理明顯降低玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量和N、P2O5、K2O積累量，與原始耕層處理相比，分別下降了5.61% 和8.31%、5.65%、18.38%；耕層增加5 cm 后作物產(chǎn)量和各養(yǎng)分積累量均未出現(xiàn)顯著變化。第1個(gè)輪作周期結(jié)束時(shí)，耕層減少5 cm處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀含量明顯低于原始耕層處理；而經(jīng)過(guò)3個(gè)輪作周期，土壤有機(jī)質(zhì)含量仍處于較低水平，全氮和速效鉀含量逐漸回升，與原始耕層對(duì)應(yīng)指標(biāo)已無(wú)顯著差異。耕層增加5 cm處理明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)和各養(yǎng)分含量，并在3個(gè)輪作周期后仍處于較高水平。綜上，耕層厚度減少5 cm會(huì)降低玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量、各養(yǎng)分積累量和土壤有機(jī)質(zhì)含量，并在短期內(nèi)難以恢復(fù)；增加5 cm耕層雖然能改善土壤養(yǎng)分狀況，但對(duì)作物產(chǎn)量和養(yǎng)分積累量的提高沒(méi)有明顯效果。

耕層厚度；砂姜黑土；玉米–小麥輪作；產(chǎn)量；養(yǎng)分積累；土壤養(yǎng)分

作為中國(guó)第二大平原，華北平原是我國(guó)小麥、玉米的集中種植區(qū)域，在我國(guó)的糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用[1]。華北平原當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度較高，各種大型機(jī)械參與田間作業(yè)時(shí)連年碾壓土壤，但生產(chǎn)上卻常年以旋耕為主，導(dǎo)致了該地區(qū)出現(xiàn)土壤耕層變淺、犁底層緊實(shí)上移、土壤生產(chǎn)能力下降等一系列問(wèn)題[2-5]。安徽淮北平原位于華北平原南端，土壤類型以砂姜黑土為主[6]，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除了存在上述問(wèn)題，以砂姜黑土為主的中低產(chǎn)土壤也是該區(qū)域作物產(chǎn)量提高的限制因素[7-8]。為此，明確耕層變化對(duì)淮北砂姜黑土區(qū)作物和土壤的影響，對(duì)保障該區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

針對(duì)耕層變淺這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，學(xué)者進(jìn)行了調(diào)查與研究，并取得了一定進(jìn)展[9-10]。但當(dāng)前的研究主要集中在原始耕層條件下不同耕作模式[11-17]、秸稈等有機(jī)物料還田[18-22]以及二者交互作用[23-27]對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)的影響。以耕層本身厚度變化為對(duì)象的研究多在土壤侵蝕領(lǐng)域展開(kāi)[28-29]，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少且集中在土壤侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域，研究也以室內(nèi)模擬試驗(yàn)為主[30-31]，開(kāi)展的田間試驗(yàn)的研究年限也較短[32-33]。當(dāng)前，淮北平原農(nóng)田面臨耕層變淺、犁底層緊實(shí)上移等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，但針對(duì)華北平原耕層變化的田間試驗(yàn)研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道[3]。本研究以砂姜黑土為研究對(duì)象，在現(xiàn)有耕層厚度的基礎(chǔ)上，模擬耕層減少和增加，通過(guò)田間連續(xù)多年試驗(yàn)明確耕層厚度變化對(duì)作物產(chǎn)量、養(yǎng)分積累和土壤養(yǎng)分狀況的影響，以期為進(jìn)一步研究淮北平原砂姜黑土區(qū)地力提升和作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2012年6月至2015年6月在安徽省淮北市濉溪縣進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于淮北平原中部，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫14.5 °C，降雨量852.4 mm，日照充足，四季分明。試驗(yàn)采用當(dāng)?shù)氐湫偷南挠衩?冬小麥輪作制度，在本試驗(yàn)開(kāi)始前該田塊已經(jīng)種植玉米-小麥6 a以上，試驗(yàn)地基本條件一致。

供試玉米品種為浚單20，小麥品種為濟(jì)麥22。玉米采用點(diǎn)播，行距70 cm，株距24 cm，分別于2012年6月27日、2013年6月22日和2014年6月18日播種，2012年10月13日、2013年10月28日和2014年10月15日收獲。小麥采用條播，行距25 cm，分別于2012年11月2日、2013年10月24日和2014年10月31日播種，2013年6月6日、2014年6月6日和2015年6月8日收獲。供試土壤為砂姜黑土，試驗(yàn)開(kāi)始前測(cè)定耕作層厚度為15 cm，容重為1.47 g/cm3，0 ~ 20 cm土層土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)15.73 g/kg，全氮0.97 g/kg，堿解氮65.50 mg/kg，有效磷7.59 mg/kg，速效鉀163.88 mg/kg，緩效鉀884.24 mg/kg，pH為8.15。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3種不同耕層厚度處理，分別為原始耕層(TS)、在原始耕層厚度上人工削減5 cm(TS-5)和在原始耕層厚度上人工增加5 cm(TS+5)。具體操作為：在2012年冬小麥?zhǔn)斋@后，先將試驗(yàn)區(qū)按試驗(yàn)要求劃分試驗(yàn)小區(qū)，以小區(qū)為單位進(jìn)行操作。耕層減少5 cm處理操作時(shí)先將小區(qū)劃分為14個(gè)2 m2小塊，以小塊為單位人工起5 cm表層土壤，并將該土壤運(yùn)至耕層增加處理小區(qū)的對(duì)應(yīng)位置攤平。每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積4 m × 7 m。每季作物收獲后將地上部秸稈全部移出小區(qū)，留茬高度小于10 cm；以小區(qū)為單位撒施基肥，人工翻耕5 cm后整細(xì)耙平。玉米季氮肥(N)用量240 kg/hm2，磷肥(P2O5)90 kg/hm2，鉀肥(K2O)120 kg/hm2。60% 的氮肥和全部磷鉀肥基施，40% 氮肥拔節(jié)期追施。小麥季氮肥(N)用量225 kg/hm2，磷肥(P2O5)為90 kg/hm2，鉀肥(K2O)105 kg/hm2。60% 的氮肥和全部磷鉀肥基施，40% 氮肥拔節(jié)期追施。供試肥料分別為尿素(含N 46%)，過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)，氯化鉀(含K2O 60%)。在玉米-小麥整個(gè)輪作周期內(nèi)，其他管理措施完全相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在2012年6月小麥?zhǔn)斋@后，采集0 ~ 20 cm土層土樣，采用常規(guī)方法測(cè)定基本理化性質(zhì)[34]。

在玉米和小麥成熟期，按小區(qū)全部收獲，人工脫粒、稱重、測(cè)定含水率并計(jì)算各小區(qū)產(chǎn)量。各小區(qū)隨機(jī)選取6株玉米或3個(gè)1 m2樣方小麥的地上部，風(fēng)干后按籽粒和秸稈分別計(jì)重。樣品烘干、磨碎后，經(jīng)H2SO4-H2O2消化，半微量開(kāi)氏法測(cè)定全氮含量，鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量，火焰光度計(jì)法測(cè)定全鉀含量[34]。

在2013年6月、2014年6月和2015年6月小麥?zhǔn)斋@后，每小區(qū)按5點(diǎn)法取0 ~ 20 cm土層土壤，風(fēng)干過(guò)篩后，采用常規(guī)方法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和pH。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表處理，SPSS 19.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕層厚度變化對(duì)玉米–小麥輪作體系作物產(chǎn)量的影響

比較6季作物產(chǎn)量可知(表1)，與原始耕層處理相比，耕層減少5 cm處理的平均產(chǎn)量出現(xiàn)了下降，減產(chǎn)率達(dá)5.61%；而耕層增加5 cm處理的作物平均產(chǎn)量與原始耕層處理沒(méi)有明顯差異，增產(chǎn)率只有0.47%。比較不同耕層厚度對(duì)每季作物的產(chǎn)量可以發(fā)現(xiàn)，耕層減少5 cm后6季作物的產(chǎn)量均處于最低水平，原始耕層處理的第1季小麥、第2季玉米和第3季小麥產(chǎn)量較高，耕層增加5 cm處理第1季玉米、第2季小麥和第3季玉米產(chǎn)量較高。整體上，原始耕層和耕層增加5 cm處理的6季作物產(chǎn)量均接近，差異均未達(dá)顯著水平；耕層減少5 cm處理的第2季小麥產(chǎn)量顯著低于耕層增加5cm處理，第3季小麥產(chǎn)量則顯著低于其他兩個(gè)處理。在玉米產(chǎn)量上，3個(gè)耕層厚度處理只在第2季表現(xiàn)出了顯著差異，并且第2季玉米的產(chǎn)量整體低于其他兩季，平均產(chǎn)量只有其他兩季產(chǎn)量的53.5% 和57.7%。這可能與試驗(yàn)區(qū)在第2季玉米揚(yáng)花授粉期間出現(xiàn)的持續(xù)極端高溫干旱天氣有關(guān)[35]。

表1 不同耕層厚度下玉米-小麥輪作體系作物產(chǎn)量

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到<0.05 顯著水平，下表同。

對(duì)玉米-小麥輪作體系作物產(chǎn)量變化規(guī)律進(jìn)一步分析(表2)，結(jié)果顯示，與原始耕層處理的產(chǎn)量相比，耕層減少5 cm后3季小麥產(chǎn)量的平均減產(chǎn)率達(dá)到了6.38%，高于3季玉米的平均減產(chǎn)率5.00%。如果不考慮第2季玉米種植期間極端天氣造成的12.02% 的減產(chǎn)率，耕層減少5 cm對(duì)玉米產(chǎn)量的負(fù)效應(yīng)會(huì)進(jìn)一步降低，只有3% 左右；而耕層減少5 cm則使小麥第1 ~ 3季分別減產(chǎn)1.36%、5.36% 和11.39%，減產(chǎn)率逐漸增大。說(shuō)明耕層減少5 cm會(huì)導(dǎo)致玉米和小麥均出現(xiàn)減產(chǎn)，其中對(duì)小麥的減產(chǎn)效果更明顯，且減產(chǎn)效果在連續(xù)種植3 a時(shí)仍然存在。耕層增加5 cm后，與原始耕層處理的產(chǎn)量相比，玉米產(chǎn)量在第2季下降了6.51%，而在第1和第3季有小幅提升，3季平均增產(chǎn)0.10%；小麥產(chǎn)量整體上增產(chǎn)和減產(chǎn)的變幅較小，3季平均增產(chǎn)0.87%。

表2 耕層變化后作物產(chǎn)量變化趨勢(shì)

考慮到在相同施肥條件下，如果當(dāng)季作物產(chǎn)量較高、生物量較大則會(huì)帶走較多養(yǎng)分而使下季作物能夠利用的養(yǎng)分相對(duì)減少，出現(xiàn)產(chǎn)量可能較低的問(wèn)題，本研究進(jìn)一步以玉米-小麥輪作體系為對(duì)象，分析每個(gè)輪作周期(周年)作物產(chǎn)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明，與原始耕層處理相比，耕層減少5 cm后，玉米-小麥體系的3個(gè)周年分別減產(chǎn)341、961和921 kg/hm2，減產(chǎn)率為2.47%、8.28% 和6.47%。耕層增加5 cm后，玉米-小麥體系在第1和第3個(gè)周年的分別增產(chǎn)141 kg/hm2和114 kg/hm2，增產(chǎn)率為1.01% 和0.79%；在第2個(gè)周年減產(chǎn)了0.60%。綜上所述，耕層減少5 cm后，玉米-小麥輪作體系的作物產(chǎn)量在3個(gè)周年均出現(xiàn)一定程度下降；而耕層增加5 cm沒(méi)有明顯變化。

2.2 耕層厚度變化對(duì)玉米–小麥輪作體系作物養(yǎng)分吸收的影響

不同耕層厚度處理下作物對(duì)N、P2O5、K2O的積累存在差異(表3)。與原始耕層處理地上部各養(yǎng)分積累量相比，耕層減少5 cm使玉米的N、P2O5和K2O積累量分別下降了6.06%、2.71% 和15.77%，小麥分別下降了10.90%、8.88% 和21.24%，小麥各養(yǎng)分積累量的下降幅度均大于玉米。對(duì)不同養(yǎng)分來(lái)說(shuō)，按下降幅度的大小依次排序?yàn)椋篕＞N＞P。分不同部位比較，玉米的N和P2O5的積累量在籽粒中下降幅度更大，均達(dá)到了顯著水平；K2O積累量在秸稈中降低了25.40 kg/hm2，降幅為17.58%；小麥中各養(yǎng)分積累量均以秸稈中下降幅度最大。耕層增加5 cm時(shí)，玉米的地上部N、P2O5和K2O積累量分別增加了3.32%、0.20%和5.96%，各養(yǎng)分積累量均有一定程度的增加，表現(xiàn)為K＞N＞P，但均未達(dá)到顯著水平；小麥的各養(yǎng)分積累量和原始耕層處理對(duì)應(yīng)指標(biāo)均接近，差異在1% 以內(nèi)。

表3 不同耕層厚度下玉米–小麥輪作體系作物養(yǎng)分積累量(kg/hm2)

進(jìn)一步分析了玉米、小麥的各養(yǎng)分收獲指數(shù)，耕層厚度變化對(duì)玉米和小麥的氮收獲指數(shù)和磷收獲指數(shù)均沒(méi)有明顯影響；耕層減少5 cm顯著提高了玉米和小麥的鉀收獲指數(shù)，而耕層增加5 cm顯著降低了玉米的鉀收獲指數(shù)，對(duì)小麥的鉀收獲指數(shù)沒(méi)有影響。說(shuō)明在耕層減少5 cm導(dǎo)致作物地上部K2O積累量整體降低的條件下，鉀素優(yōu)先轉(zhuǎn)運(yùn)至玉米和小麥的籽粒；而在地上部K2O積累量提高時(shí)，增加的鉀素更多地儲(chǔ)存在了玉米秸稈中。對(duì)玉米-小麥輪作體系來(lái)說(shuō)，耕層減少5 cm顯著降低了N和K2O的積累量，降幅分別為8.31% 和18.38%，對(duì)P2O5的積累也有一定程度的降低，但未達(dá)顯著水平，各養(yǎng)分降幅依次為：K＞N＞P；耕層增加5 cm對(duì)各養(yǎng)分積累量無(wú)明顯影響，與原始耕層相比，增幅分別為1.64%、0.33% 和2.67%。綜上所述，耕層減少5 cm使作物對(duì)N、P2O5、K2O的積累量出現(xiàn)不同程度的降低，而耕層增加5 cm后作物對(duì)各養(yǎng)分的積累量沒(méi)有明顯增加。

2.3 耕層厚度變化對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響

2.3.1 耕層厚度變化對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響 在小麥季取土進(jìn)行養(yǎng)分分析，不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響見(jiàn)表4。與原始耕層處理相比，耕層減少5 cm處理明顯降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量，在2013—2015年測(cè)定時(shí)有機(jī)質(zhì)含量分別降低了0.78、0.23和0.84 g/kg；而耕層增加5 cm處理則明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，在2013年測(cè)定時(shí)提高了0.98 g/kg，2014年和2015年時(shí)分別提高了1.71 g/kg和1.11 g/kg，達(dá)到了顯著水平。比較同一處理不同年份間的變化，各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化并未出現(xiàn)明顯趨勢(shì)，原始耕層處理含量在15.24 ~ 15.74 g/kg，耕層減少5 cm處理在14.70 ~ 15.01 g/kg，耕層增加5 cm處理在16.65 ~ 16.95 g/kg。

表4 2013—2015年不同耕層厚度下土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量變化

不同處理間土壤全氮含量的變化趨勢(shì)在2013年和2014年表現(xiàn)為耕層減少5 cm土壤全氮含量分別降低了3.94% 和4.83%，耕層增加5 cm土壤全氮含量分別提高了11.55% 和9.38%。經(jīng)過(guò)3個(gè)輪作周期，在2015年測(cè)定時(shí)耕層減少5 cm處理的土壤全氮含量與原始耕層處理一致，而耕層增加5 cm處理仍處于較高水平，顯著高于其他兩個(gè)處理。比較同一處理不同年份間的變化，原始耕層和耕層增加5 cm處理的土壤全氮含量沒(méi)有明顯的變化，而耕層減少5 cm處理隨著時(shí)間的推移有逐漸升高的趨勢(shì)。

2.3.2 耕層厚度變化對(duì)土壤有效磷和速效鉀含量的影響 由表5可知，耕層增加5 cm處理提高了土壤有效磷含量，在各年份均顯著高于原始耕層和耕層減少5 cm處理；原始耕層和耕層減少5 cm處理間無(wú)顯著差異，二者土壤有效磷含量在6.22 ~ 7.03 mg/kg之間。同一處理的土壤有效磷含量并未隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜脑黾影l(fā)生明顯變化。耕層減少5 cm處理在2013年和2014年土壤速效鉀含量分別降低了15.41% 和8.13%，達(dá)顯著水平；而在2015年降低了5.40%，未達(dá)顯著水平。耕層增加5 cm處理則顯著提高了速效鉀含量，2013—2015年比原始耕層處理分別提高了33.92%、55.76% 和51.74%。2013—2015年，原始耕層處理的土壤速效鉀含量無(wú)明顯變化，而耕層減少5 cm處理有升高趨勢(shì)。

表5 2013—2015年不同耕層厚度下土壤有效磷和速效鉀含量變化

3 討論

土壤是作物賴以生存的基礎(chǔ)，作物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的大部分養(yǎng)分和水分都來(lái)自于土壤耕作層[36]。耕層厚度的減少會(huì)導(dǎo)致土壤的理化性質(zhì)變劣，進(jìn)而降低作物產(chǎn)量[28,37]。成婧等[33]以渭北旱塬土壤為研究對(duì)象，得出剝離表層土壤會(huì)使土壤理化性質(zhì)惡化，人為增加耕層厚度能很好地改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤有機(jī)質(zhì)及其他養(yǎng)分含量。本研究發(fā)現(xiàn)在削減5 cm耕層后，第1個(gè)輪作周期結(jié)束時(shí)0 ~ 20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量均出現(xiàn)明顯下降；經(jīng)過(guò)3個(gè)輪作周期，土壤全氮和速效鉀含量逐漸回升，但有機(jī)質(zhì)含量仍處于較低水平。而耕層增加5 cm對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和各養(yǎng)分含量均有明顯的提升作用，與原始耕層相比，在第3個(gè)輪作周期結(jié)束時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量仍分別提高了1.11 g/kg、0.10 g/kg、2.32 mg/kg和84.50mg/kg，差異均達(dá)顯著水平。本研究的結(jié)果也證實(shí)了耕層厚度的減少或增加會(huì)迅速降低或提升土壤有機(jī)質(zhì)和各養(yǎng)分含量，其中耕層減少導(dǎo)致的土壤全氮和速效鉀含量的降低能在傳統(tǒng)耕作模式下逐漸回升，而有機(jī)質(zhì)含量下降后在短期內(nèi)不能得到恢復(fù)。

有研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)施肥條件下，耕層變淺會(huì)使玉米產(chǎn)量降低，剝離10 cm表土后，玉米產(chǎn)量下降了13.9%；而覆蓋10 cm表土后玉米產(chǎn)量上升了12.0%[38]。本研究在耕層減少5 cm時(shí)作物產(chǎn)量也出現(xiàn)下降，玉米和小麥3季平均下降了5.00% 和6.38%，降幅小于上述研究結(jié)果。這可能與本研究剝離的土層厚度只有5 cm有關(guān)，也可能與兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)土壤肥力水平有關(guān)。張興義等[32]對(duì)土壤肥力水平較高的黑土區(qū)的研究就發(fā)現(xiàn)，耕層減少5 cm和10 cm 時(shí)，作物只減產(chǎn)了3.1% 和3.2%。同時(shí)，耕層減少5 cm后作物對(duì)各養(yǎng)分的吸收量出現(xiàn)不同程度的降低，其中氮和鉀積累量的降幅分別為8.31% 和18.38%，大于產(chǎn)量的降幅5.61%，這也從養(yǎng)分吸收的角度解釋了作物減產(chǎn)的原因。本研究結(jié)果顯示耕層增加5 cm后玉米和小麥的產(chǎn)量沒(méi)有明顯提升，平均增產(chǎn)率只有0.10% 和0.87%，與上述研究[38]得出的作物明顯增產(chǎn)的結(jié)論并不一致，這可能與砂姜黑土既不耐旱也不耐澇，耕性和通透性均較差的特性有關(guān)[7]。增加5 cm耕層雖然明顯改善了土壤的養(yǎng)分狀況，但可能仍受限于砂姜黑土不良的物理性狀而未能使作物獲得增產(chǎn)，并在3個(gè)輪作周期結(jié)束時(shí)仍無(wú)增產(chǎn)效果。上述討論也提示我們?cè)谏a(chǎn)中一定要重視保護(hù)農(nóng)田耕作層，耕層結(jié)構(gòu)一旦被破壞則很難恢復(fù)如初，而耕層土壤地力提升也絕非朝夕之事。

另外，本研究?jī)H通過(guò)3 a的定位試驗(yàn)對(duì)淮北平原砂姜黑土區(qū)不同耕層厚度變化下作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分狀況的變化進(jìn)行了比較，關(guān)于耕層變化對(duì)土壤物理性狀、作物根系分布等方面的影響以及針對(duì)耕層變淺后不同恢復(fù)措施的效果還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1) 在耕層厚度為15 cm的淮北平原砂姜黑土區(qū)，減少5 cm耕層會(huì)降低玉米-小麥輪作體系作物產(chǎn)量和N、P2O5、K2O積累量，降幅依次為 5.61% 和8.31%、5.65%、18.38%；而耕層增加5 cm 并未顯著增加作物產(chǎn)量和各養(yǎng)分積累量。

2) 耕層減少5 cm后土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀的含量在第1個(gè)輪作周期結(jié)束時(shí)明顯低于原始耕層土壤，經(jīng)過(guò)3個(gè)輪作周期，土壤全氮和速效鉀含量逐漸回升，有機(jī)質(zhì)含量仍處于較低水平。耕層增加5 cm明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)和各養(yǎng)分含量，并在3個(gè)輪作周期后仍處于較高水平。

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Effects of Topsoil Thickness on Crop Yields and Nutrient Uptake as well as Soil Nutrients

HAN Shang1,2,3, WU Ji1,2*, XIA Weiguang3, CHEN Feng4, LEI Zhimeng3, WANG Yunqing1,2, GUO Xisheng1,2, LI Min1,2

(1 Soil and Fertilizer Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China; 2 Anhui Provincial Key Laboratory of Nutrient Recycling, Resources & Environment, Hefei 230031, China; 3College of Resource and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 4 Wupu Farm of Suixi County, Huaibei, Anhui 235118, China)

A field experiment was conducted in Suixi County in the middle of Huaibei Plain from 2012 to 2015,three treatments of topsoil thickness were designed: original topsoil (TS), 5 cm topsoil removed artificially (TS-5) and 5 cm topsoil increased artificially (TS+5), plant samples of maize and wheat were collected at the mature stages and soils in 0-20 cm depths were sampled after quarterly wheat harvest. Crop yields of maize-wheat rotation and nutrient accumulation were analyzed, and the variation of soil nutrient contents were discussed. The results showed that compared with TS treatment, TS-5 treatment significantly reduced crop yields and N, P2O5and K2O accumulation in maize-wheat rotation, decreased by 5.61% and 8.31%, 5.65%, 18.38%, respectively, while crop yields and nutrient accumulation of TS+5 treatment showed no significant change. At the end of the first rotation, the contents of SOM, total nitrogen and available potassium of TS-5 treatment wereobviously lower than TS treatment. After the third rotation, the contents of total nitrogen and available potassium increased gradually and had no significant difference with those of TS treatment, while the content of SOM was still at a low level. TS+5 treatment significantly increased SOM and nutrient contents, they were maintained at high levels after the third rotation. In summary, TS-5 treatment can reduce crop yields and nutrient accumulation of maize-wheat rotation and the contents of SOM and nutrients are difficult to recover in the short term. Although TS+5 treatment can improve soil nutrient status, but such improvement has no significant effect in increasing crop yields and nutrient accumulation.

Topsoil thickness; Lime concretion black soil; Maize-wheat rotation; Yield; Nutrient accumulation; Soil nutrients

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0300901)，安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目(16B1019)，公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201503122)和安徽省重點(diǎn)研究與開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(1704e1002237)資助。

(wuji338@163.com)

韓上(1989—)，男，河南信陽(yáng)人，碩士，助理研究員，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與作物施肥技術(shù)研究。E-mail: hs0059@126.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.05.004

S158.5

A