高建勝　董國(guó)豪　郭建軍　郭良?！」腔邸〈藁勰?/p>

摘要：黃淮海平原由于連年旋耕導(dǎo)致犁底層加厚上移、耕層變淺、耕層生產(chǎn)能力下降，針對(duì)該問(wèn)題，本試驗(yàn)于山東省德州市黃河涯村設(shè)置耕層厚度15 cm（RT15）、耕層厚度20 cm（DL20）、耕層厚度25 cm（DL25）、耕層厚度40 cm（DL40）4個(gè)處理，研究大田條件下耕層厚度對(duì)冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：適當(dāng)破除犁底層增加耕層厚度，小麥基本苗、單位面積穗數(shù)、株高、凈光合速率、產(chǎn)量均隨耕層厚度的增加而呈增加趨勢(shì)；DL25處理各指標(biāo)達(dá)到最大，其小麥產(chǎn)量較DL40、DL20、RT15分別提高16.3%、10.1%、22.5%；但將耕層厚度增加到40 cm，即完全破除犁底層后，并不利于產(chǎn)量等指標(biāo)的進(jìn)一步提升，甚至有小幅降低。因此，在目前黃淮海平原農(nóng)田耕作方式、耕層結(jié)構(gòu)條件下，耕層變淺、犁底層加厚上移阻礙小麥生長(zhǎng)，將犁底層破除10 cm、使耕層厚度增至25 cm，更有利于小麥產(chǎn)量的提高。

關(guān)鍵詞：冬小麥；耕層厚度；犁底層；產(chǎn)量；黃淮海平原

中圖分類號(hào)：S512.1+10.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2018）08-0054-04

Effects of Topsoil Thickness on Agronomic

Traits and Yield of Winter Wheat

Gao Jiansheng， Dong Guohao， Guo Jianjun， Guo Lianghai， Guo Zhihui， Cui Huini

（Dezhou Academy of Agricultural Sciences， Dezhou 253015， China）

Abstract Annual rotary tillage has created a compacted plow pan and shallow arable layer which hampers the high crop yield in the Huang-Huai-Hai plain region. In order to explore the effects of breaking plow pan by different degrees on agronomic traits and yield of winter wheat， the field experiments were conducted in Dezhou City of Shandong Province during 2014. Four topsoil treatments were conducted including the original thickness （RT15）， 20 cm of thickness， 25 cm of thickness， and 40 cm of thickness. The results showed that the basic seedling number， spike number per unit area， plant height， net photosynthetic rate and yield of winter wheat increased with the increase of topsoil thickness. All the above indexes of DL25 were the highest and its yield increased by 16.3%， 10.1%， 22.5% compared with DL40， DL20 and RT15 respectively. But the indexes mentioned above decreased slightly when breaking the plow pan thoroughly. In summary， the original topsoil thickness hindered the crop growth under the present situation of the cultivated layer structure in the Northern Region of the Huang-Huai-Hai Plain. Comprehensively considering the economic benefits and environmental benefits， increasing the topsoil thickness to 25 cm by breaking 10 cm of plow pan is more benefit for increasing the winter wheat yield.

Keywords Winter wheat； Topsoil thickness； Plow pan； Yield； The Huang-Huai-Hai Plain

黃淮海平原是中國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有舉足輕重的作用[1]。其北部地區(qū)水資源不足問(wèn)題十分突出[2-4]，耕地以旋耕作業(yè)為主。與犁耕和耙耕相比，旋耕作業(yè)具有碎土性能好、適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高的優(yōu)點(diǎn)[5]，但長(zhǎng)期以旋代耕、以耙代耕也造成一定弊端，即：現(xiàn)行旋耕深度只有15 cm左右，比過(guò)去機(jī)耕淺8～10 cm，造成耕層變淺[6]，且連年旋耕中的犁刀擠壓作用使土壤在耕作層與心土層之間形成了一層堅(jiān)硬、封閉的犁底層[7-10]。對(duì)耕作土壤來(lái)說(shuō)，具有適當(dāng)厚度的犁底層對(duì)保持養(yǎng)分、貯存水分、促進(jìn)作物生長(zhǎng)是非常有益的，但犁底層過(guò)厚、堅(jiān)實(shí)，不僅阻礙作物根系下扎、造成作物根系分布淺層化，同時(shí)阻礙了耕作層與心土層之間水、肥、氣、熱的連通性，對(duì)作物生長(zhǎng)、物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和能量的傳遞非常不利[11-13]。最新研究發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)行以旋耕為主的耕作模式下，黃淮海北部地區(qū)農(nóng)田犁底層普遍存在，主要分布在15～30 cm之間，平均厚度為15 cm[14]。

深松深度超過(guò)犁底層或土壤自然形成的硬土層分布深，能夠疏松土壤、加厚耕層、提高土壤孔隙度、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)水分的入滲能力，進(jìn)而促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)發(fā)育、提高作物產(chǎn)量[15-19]。構(gòu)建合理耕層結(jié)構(gòu)是改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤蓄水能力和作物水分利用效率的重要途徑，而解決犁底層的問(wèn)題是構(gòu)建合理耕層所要面對(duì)的首要問(wèn)題之一，但目前關(guān)于犁底層的合理改良方式，尚未形成統(tǒng)一觀點(diǎn)。因此系統(tǒng)研究不同耕層結(jié)構(gòu)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響，合理優(yōu)化和改良耕層結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育和作物持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的土壤環(huán)境，是當(dāng)前以及今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大技術(shù)需求，對(duì)于我國(guó)大幅度提升耕地質(zhì)量和綜合生產(chǎn)能力、實(shí)現(xiàn)糧食持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)具有重要意義。因此本團(tuán)隊(duì)采用定位觀測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置不同耕層厚度處理，對(duì)比研究不同耕層厚度對(duì)冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，以期為黃淮海平原構(gòu)建合理耕層提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)設(shè)在山東省德州市黃河涯村（116°19′46.33″E， 37°20′44.53″N）。該地為黃淮海平原，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫14.9℃，年降水量504.9 mm，降水主要分布在6—8月。水源充沛，以黃河水灌溉為主。耕作制度為一年兩熟：冬小麥—夏玉米輪作。試驗(yàn)點(diǎn)以壤質(zhì)潮土為主。耕作方式為旋耕，于每年夏玉米收獲后進(jìn)行，耕層、犁底層厚度均為15 cm左右。

在試驗(yàn)地塊選取5個(gè)樣點(diǎn)，采集0～20 cm基礎(chǔ)土樣混合后風(fēng)干、磨碎過(guò)篩，按照常規(guī)方法測(cè)定pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀等指標(biāo)。試驗(yàn)點(diǎn)基礎(chǔ)肥力與pH值見表1。

1.2 試驗(yàn)處理與管理

根據(jù)黃淮海平原耕層結(jié)構(gòu)調(diào)研結(jié)果及試驗(yàn)點(diǎn)耕層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（耕層厚度15 cm，犁底層厚度15 cm）[14]，設(shè)置4個(gè)耕層厚度處理，分別為：

RT15：耕層厚度15 cm（犁底層不破除），即每年麥播前旋耕15 cm，形成耕層、犁底層均為15 cm及下部心土層的耕層構(gòu)造。該構(gòu)造為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作方式下形成，為本試驗(yàn)對(duì)照。

DL20：耕層厚度20 cm（犁底層破除5 cm），即麥播前深松20 cm，同時(shí)配套旋耕15 cm，形成耕層20 cm、犁底層10 cm及下部心土層構(gòu)造。

DL25：耕層厚度25 cm（犁底層破除10 cm），即麥播前深松25 cm，同時(shí)配套旋耕15 cm，形成耕層25 cm、犁底層5 cm及下部心土層的耕層構(gòu)造。

DL40：耕層厚度40 cm（犁底層完全破除），即麥播前深松40 cm，犁底層完全破除，形成全虛耕層構(gòu)造，同時(shí)配套旋耕15 cm。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。小區(qū)面積15 m×12 m=180 m2。為提升深松效果，采用深松機(jī)往返作業(yè)，深松間距10～15 cm。各處理均于2014年10月21日小麥播種前耕作，10月23日播種，次年6月7日收獲。供試麥種為濟(jì)麥22，行距20 cm。

冬小麥采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理，施N 210 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，其中43%氮肥和全部磷鉀肥作基肥施入，其余氮肥在拔節(jié)期結(jié)合灌溉施入大田。試驗(yàn)期內(nèi)用水表記錄灌溉量，單次灌溉量為60 mm，于2014年10月24日和2015年3月21日灌水兩次。其它田間管理措施均一致。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 群體動(dòng)態(tài)調(diào)查 生育期內(nèi)每小區(qū)于11月14日、12月16日及次年4月28日分別定點(diǎn)調(diào)查冬小麥基本苗、冬前最大分蘗、有效分蘗。

1.3.2 株高測(cè)定 開花后每小區(qū)選取代表性植株，測(cè)量株高。

1.3.3 凈光合速率測(cè)定 開花期選擇晴朗無(wú)風(fēng)天氣于9∶00—11∶00采用Li-6400A光合儀（Li-Cor，美國(guó)）進(jìn)行光合參數(shù)測(cè)定。采用紅藍(lán)光源葉室測(cè)定，設(shè)定光量子度（PAR）為1 200 μmol/（m2·s），樣本室內(nèi)氣流速度（flow）為500 μmol/s，葉室溫度為30℃。每小區(qū)選取10株長(zhǎng)勢(shì)一致小麥植株的旗葉測(cè)定光合指標(biāo)，每片葉讀數(shù)5次，取10株小麥光合數(shù)據(jù)的平均值。

1.3.4 測(cè)產(chǎn)及考種 每小區(qū)取6.67 m2測(cè)產(chǎn)，同時(shí)選取代表性樣穗風(fēng)干考種，記錄穗粒數(shù)、千粒重，測(cè)定水分含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕層厚度對(duì)小麥群體動(dòng)態(tài)的影響

由表2看出，各處理小麥基本苗與對(duì)照（RT15）之間并無(wú)顯著差異；而在單位面積最大分蘗和穗數(shù)上出現(xiàn)差異，DL40、DL25、DL20處理的最大分蘗與對(duì)照差異顯著，但它們之間無(wú)顯著差異；DL40、DL25處理與DL20、RT15之間的單位面積穗數(shù)差異顯著，DL40與DL25分別較對(duì)照提高35.3%、37.7%，但兩者間無(wú)顯著差異。

2.2 耕層厚度對(duì)小麥株高的影響

由圖1看出，株高受耕層厚度影響顯著，且隨耕層厚度的增加呈先增加后減小趨勢(shì)。DL25處理小麥植株最高，其次是DL20與DL40處理，分別較對(duì)照（RT15）提高11.3%、9.4%、7.5%。

2.3 耕層厚度對(duì)冬小麥凈光合速率的影響

從圖2可以看出，DL25處理與DL40處理小麥凈光合速率顯著高于DL20與RT15處理，分別較對(duì)照（RT15）提高16.9%、15.1%；但DL40與DL25、DL20與RT15之間并無(wú)顯著差異。

2.4 耕層厚度對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

如表3所示，DL25處理的單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量最大，對(duì)照組（RT15）最小。單位面積穗數(shù)，DL40、DL25處理與DL20、RT15之間差異顯著，但前兩者間差異不顯著。穗粒數(shù)DL40、DL25、DL20處理間差異不顯著，但均與RT15差異顯著。各處理間千粒重?zé)o顯著差異。DL40、DL25、DL20處理間單產(chǎn)差異不顯著，但均與RT15差異顯著，各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為DL25>DL20>DL40>RT15，DL25、DL20、DL40處理分別較對(duì)照增產(chǎn)22.5%、11.3%、5.4%，DL25分別較DL40、DL20提高16.3%、10.1%。

因此從產(chǎn)量角度看，增加耕層厚度均能顯著提高小麥產(chǎn)量，其中以耕層厚度為25 cm（DL25，犁底層破除10 cm）產(chǎn)量最高。

3 討論與結(jié)論

在現(xiàn)行以旋耕為主的耕地模式下，黃淮海北部地區(qū)農(nóng)田普遍存在犁底層，主要分布在15～30 cm之間。犁底層容重和穿透阻力遠(yuǎn)大于耕層及心土層，其平均容重約為1.54 g/cm3；過(guò)厚的犁底層阻礙了作物根系的下扎，造成作物根系分布淺層化，易造成作物水分脅迫，同時(shí)不利于根系吸收深層養(yǎng)分[14]。本研究中，通過(guò)適度破除犁底層，使耕層厚度加深，結(jié)果顯示：小麥基本苗、單位面積穗數(shù)、株高、凈光合速率、產(chǎn)量均隨耕層厚度的增加而呈增加趨勢(shì)，均以DL25處理各指標(biāo)達(dá)到最大；DL25處理產(chǎn)量較DL40、DL20、RT15處理分別提高16.3%、10.1%、22.5%。這是由于適度破除犁底層后，促進(jìn)了水分充分入滲和貯存，營(yíng)造出對(duì)作物更有利的水、肥、氣、熱環(huán)境條件，有助于葉綠素的合成、根系生長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)小麥植株的生長(zhǎng)發(fā)育，最終增產(chǎn)[20，21]。前人研究亦發(fā)現(xiàn)，深松耕作破除犁底層能夠顯著提高作物產(chǎn)量，但本研究發(fā)現(xiàn)小麥產(chǎn)量并不是隨著犁底層破除程度的增大而一直增加，完全破除犁底層并不利于作物產(chǎn)量等指標(biāo)的進(jìn)一步提升，甚至有小幅降低。這可能是完全破除犁底層后形成的全虛耕層構(gòu)造，使得水分、養(yǎng)分下滲流失嚴(yán)重，因此保留部分犁底層更有利于水分、養(yǎng)分的蓄積，同時(shí)又不影響土體與外部環(huán)境的氣、熱交換，為小麥的生長(zhǎng)提供良好的水、肥、氣、熱條件。

綜上，目前黃淮海平原農(nóng)田耕作方式、耕層結(jié)構(gòu)，阻礙了作物的生長(zhǎng)，將犁底層破除10 cm，使耕層厚度增加到25 cm更有利于小麥產(chǎn)量的提高。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]

王一杰，邸菲，辛嶺. 我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)糧食生產(chǎn)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及政策建議[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2018，39（1）：37-47.

[2] 林耀明，任鴻遵，于靜潔，等. 華北平原的水土資源平衡研究[J]. 自然資源學(xué)報(bào)，2000，15（3）：252-258.

[3] 任鴻遵，李林. 華北平原水資源供需狀況診斷[J]. 地理研究，2000，19（3）：316-323.

[4] 山侖，吳普特，康紹忠，等. 黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水對(duì)策及實(shí)施半旱地農(nóng)業(yè)可行性研究[J]. 中國(guó)工程科學(xué)，2011，13（4）：37-42.

[5] 夏俊芳，許綺川，周勇. 旋耕技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（S1）：83-85.

[6] 楊雪，逄煥成，李軼冰，等. 深旋松耕作法對(duì)華北缺水區(qū)壤質(zhì)黏潮土物理性狀及作物生長(zhǎng)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（16）：3401-3412.

[7] 閆寶生. 機(jī)械化保護(hù)性耕作深松機(jī)具的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2004，14（4）：115-116.

[8] Garcia F，Cruse R M，Blackmer A M. Compaction and nitrogen placement effect on root growth，water depletion，and nitrogen uptake[J]. Soil Science Society of America Journal，1988，52（3）：792-798.

[9] Nakatsu S，Higashida S，Sawazaki A. Easy estimation method for plow pan and effect of improved pan-breaking[J]. Japanese Journal of Soil Science and Plant Nutrition，2004，75（2）：265-268.

[10]Hkansson I，Voorhees W B，Riley H. Vehicle and wheel factors influencing soil compaction and crop response in different traffic regimes[J]. Soil and Tillage Research，1988，11（3/4）：239-282.

[11]孫蓓，馬玉瑩，雷廷武，等. 農(nóng)地耕層與犁底層土壤入滲性能的連續(xù)測(cè)量方法[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（4）：118-124.

[12]鄭麗萍，徐海芳. 犁底層土壤入滲參數(shù)的空間變異性[J]. 地下水，2006，28（5）：55-56，102.

[13]張麗. 深松和培肥對(duì)旱地農(nóng)田土壤水分保蓄能力及玉米生長(zhǎng)的影響[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014：18-20.

[14]翟振，李玉義，逄煥成，等. 黃淮海北部農(nóng)田犁底層現(xiàn)狀及其特征[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（12）：2322-2332.

[15]張黛靜，張艷艷，王艷杰，等. 耕層調(diào)控與有機(jī)肥處理下麥田土壤和小麥冠層結(jié)構(gòu)特性及其相互關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，29（2）：538-546.

[16]孫利軍，張仁陟，黃高寶. 保護(hù)性耕作對(duì)黃土高原旱地地表土壤理化性狀的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，25（6）：207-211.

[17]張海林，高旺盛，陳阜，等. 保護(hù)性耕作研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，10（1）：16-20.

[18]Busscher W J. Adjustment of flat-tipped penetrometer resistance data to a common water content[J]. Transactions of The ASAE，1990，33（2）：519-524.

[19]李傳友，何潤(rùn)兵. 深松對(duì)土壤蓄水保墑效果影響試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2013，34（4）：108-112.

[20]楊永輝，武繼承，李學(xué)軍，等. 耕作和保墑措施對(duì)冬小麥生育時(shí)期光合特征及水分利用的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，22（5）：534-542.

[21]翟振，李玉義，張莉，等. 短期深旋松對(duì)黃淮海沙姜黑土耕層結(jié)構(gòu)及小麥生長(zhǎng)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，28（4）：1211-1218.