楊群輝，張 慶，王應(yīng)學(xué)，何 翔，楊佩文，趙德柱，倪 明，朱紅業(yè)*

(1. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205；2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，云南 昆明 650201；3. 馬龍區(qū)土肥工作站，云南 曲靖 655100)

【研究意義】云南坡耕地面積406.7 hm2，占云南省總耕地面積67 %。紅壤是云南分布最廣、面積最大的土壤類型[1]，作為云南坡耕地重要組成的紅壤坡地，其耕地質(zhì)量對提升作物產(chǎn)量，改善水土生態(tài)環(huán)境具有重要意義[2]。紅壤坡地是玉米生產(chǎn)的重要基地，受環(huán)境條件的影響，云南玉米耕地多以小型動力作業(yè)，旋耕15～20 cm，多年來未深松作業(yè)，造成土壤耕層變薄，犁底層增厚上移，有效耕層土壤量減少，土壤結(jié)構(gòu)變差，蓄水保墑能力和生產(chǎn)力下降等問題，嚴(yán)重制約了中國玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】機(jī)械化深松是一種作業(yè)深度超過常規(guī)耕層厚度，不翻轉(zhuǎn)和打亂土壤上下層次的耕作方式，一般要求穿透犁底層，旨在逐漸增厚耕層，提升土壤的水肥協(xié)調(diào)能力，促進(jìn)土體熟化[4]。深松耕能夠影響土壤理化性質(zhì)，改變土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量。陳林[5]等研究表明，深松耕可有效地改善土壤結(jié)構(gòu)，增加干物質(zhì)積累，促進(jìn)玉米生長和增產(chǎn)；黃健[6]等認(rèn)為：深松耕可以使0～50 cm 土層深度的土壤孔隙度增加10 %～20 %，土壤容重降低0.14 g/cm3，滲透強(qiáng)度增加15 %～25 %；王敬亞[7]研究表明，深松耕可以增加土壤含水量，改善土壤結(jié)構(gòu)，利于玉米根系對深層土壤水分的吸收，提高產(chǎn)量?！颈狙芯康那腥朦c(diǎn)】深松耕可有效的改善土壤質(zhì)量，提升耕地生產(chǎn)力，不同的耕作深度，對土壤耕層性質(zhì)的影響不同。以滇中典型紅壤坡耕地玉米種植區(qū)域為研究對象，利用田間對比試驗，研究深松耕30 cm，深松耕40 cm，免耕0 cm和傳統(tǒng)翻耕種植玉米，不同的深松耕措施對紅壤坡地耕層性質(zhì)和玉米產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】探究不同紅壤坡地的深松耕深度對土壤水分、容重、化學(xué)指標(biāo)和玉米產(chǎn)量的影響，篩選適宜云南紅壤坡地是深松耕深度，為合理構(gòu)建紅壤坡地耕層提供理論依據(jù)，為提升坡地生產(chǎn)力提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于云南省曲靖市馬龍區(qū)舊縣鎮(zhèn)高堡村委會下南屯村，東經(jīng)103°22′19.03′′，北緯25°20′5.22′′，海拔1979 m。試驗地為低緯高原季風(fēng)氣候，冬春干旱，夏秋濕潤，季節(jié)干濕分明，雨量充沛，年平均氣溫13.9 ℃，年降水量1040 mm，年平均日照時數(shù)1 985 h以上，風(fēng)向多西南風(fēng)。

1.2 試驗設(shè)計

共設(shè)置4種不同的深松耕處理：處理S20(CK)：常規(guī)耕作方式，旋耕20 cm；處理S0：免耕，耕深0 cm；處理S30：深松30 cm +旋耕20 cm；處理S40：深松40 cm +旋耕20 cm。從2015年開始定位試驗，試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每個小區(qū)4 5 m2。深松耕作業(yè)采用1404型拖拉機(jī)牽引深松鏟進(jìn)行局部深松，深松條帶位于玉米播種帶，每年在種植玉米前操作1次。種植模式采用春季播種玉米，冬季休閑，全年無灌溉，種植密度為6.75萬株/hm2。種植玉米品種為云瑞88。施肥方式：施用云南省云田肥料有限公司的玉米配方專用肥，總養(yǎng)分量≥25 %，氮、磷、鉀配比為15∶5∶5，底肥用量600 kg/hm2，在玉米拔節(jié)期追施尿素255 kg/hm2。田間管理方式同一般生產(chǎn)管理方式。土壤類型為山原紅壤，耕地類型為坡改梯。

1.3 試驗方法

1.3.1 作物經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量測定 在玉米成熟收獲后，測定玉米經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量。

測產(chǎn)方法：小區(qū)實收測產(chǎn)。每個小區(qū)玉米收獲后，風(fēng)干脫粒稱量玉米籽粒產(chǎn)量(經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量)；莖稈和玉米芯風(fēng)干后稱量生物學(xué)產(chǎn)量。每小區(qū)隨機(jī)選取10株，測定株高和莖粗；隨機(jī)選取10穗果穗，測定玉米產(chǎn)量性狀，包括果穗長、果穗粗、穗行數(shù)和行粒數(shù)。

1.3.2 土壤物理性質(zhì)測定 (1)土壤容重、土壤體積含水量和土壤質(zhì)量含水量。測定方法：土壤容重采用環(huán)刀法，環(huán)刀容積100 cm3。土壤含水量采用烘干法。分別測量各小區(qū)0～20、20～40、40～60 cm土壤容重、土壤體積含水量和土壤質(zhì)量含水量。

容重=干土重(g)/體積

(1)

土壤體積含水量(%)=土壤含水量×容重

(2)

土壤質(zhì)量含水量(%)=(原土重-烘干土重)/烘干土重×100

(3)

(2)土壤緊實度。在玉米收獲期后，采用美國產(chǎn)SC 900土壤緊實度檢測儀，使用1/2英寸探頭，采集每個試驗區(qū)0～45 cm的緊實度。樣點(diǎn)選擇采用“S”型隨機(jī)取樣法，每個小區(qū)采集5個樣點(diǎn)。

1.3.3 土壤化學(xué)性質(zhì)測定 土壤樣品采集：于玉米收獲期按常規(guī)取樣法，分別采集0～20、20～40、40～60 cm土層土樣，每個小區(qū)樣點(diǎn)采用對角線5點(diǎn)取樣，混勻為1個混合樣。

土壤化學(xué)指標(biāo)測定：pH值采用pH儀測定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；全磷含量采用氫氧化鈉熔融-鉬銻比色法測定，速效磷含量采用碳酸氫鈉提取法測定；全鉀含量采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測定，速效鉀含量采用鹽酸浸提-AAS法測定[8]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析方法

實驗數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2007整理后，用DPS 7.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，方差分析方法采用Duncan式新復(fù)極差法，顯著水平為a=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同深松耕處理對玉米產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 不同深松耕處理對玉米產(chǎn)量的影響 從表1可看出，深松耕后第1年(2016年)，與處理S20(CK)相比，處理S30玉米經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量增高，增產(chǎn)率為9.62 %，處理S0玉米經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量增高，增產(chǎn)率為5.55 %，處理S40略微表現(xiàn)減產(chǎn)。其余處理生物學(xué)產(chǎn)量均表現(xiàn)出增產(chǎn)，處理S0和處理S30達(dá)顯著水平，增產(chǎn)率分別為11.66 %和14.69 %，處理S40增產(chǎn)不顯著，增產(chǎn)率為5.07 %。深松耕后第2年(2017年)，與處理S20(CK)相比，玉米經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量處理S0，處理S30和處理S40均表現(xiàn)增產(chǎn)，增產(chǎn)率分別為3.22 %，22.03 %和14.14 %，處理S30增幅最高；生物學(xué)產(chǎn)量處理S0略微減產(chǎn)，減產(chǎn)率為1.81 %，處理S30和處理S40表現(xiàn)為增產(chǎn)，增產(chǎn)率分別為15.61 %和5.27 %。深松耕后第3年(2018年)，各處理玉米經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量均增產(chǎn)，玉米產(chǎn)量情況為處理S0>處理S30>處理S40>處理S20(CK)，且增產(chǎn)率分別為28.71 %，22.00 %和5.69 %。生物學(xué)產(chǎn)量排序情況與玉米經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量結(jié)果一致。

從表1可知，隨著種植年限的增加，各處理2018年比2016年表現(xiàn)減產(chǎn)，年均減產(chǎn)率處理S20(CK)、處理S0、處理S30、處理S40分別為15.11 %、10.24 %、6.30 %、8.00 %，深松耕和免耕可提高玉米產(chǎn)量，能夠有效緩解長期種植玉米帶來當(dāng)?shù)赜衩椎臏p產(chǎn)。深松耕30 cm效果好于深松耕40 cm，可見深松耕、免耕處理作為保護(hù)性耕作方式，在前期多年旋耕操作的情況下，表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)趨勢，連續(xù)的免耕操作，降低了表層土壤的擾動，保護(hù)了表層土壤微孔隙和其連續(xù)的孔隙路徑[13]，改善了土壤結(jié)構(gòu)，提高了土壤穩(wěn)定性滲透率和飽和導(dǎo)水率，增大了土壤持水量，利于作物生長和增產(chǎn)。

2.1.2 不同深松耕處理對玉米產(chǎn)量性狀的影響 2018年收獲的玉米的產(chǎn)量性狀具體為果穗長處理S0>處理S30>處理S40>處理S20(CK)；果穗粗處理S30>處理S40>處理S20(CK)>處理S0；穗行數(shù)處理S0>處理S30>處理S40>處理S20(CK)；行粒數(shù)處理S30>處理S0>處理S40>處理S20(CK)；突尖處理S20(CK)>處理S40>處理S0>處理S30。綜合可見，深松耕和免耕均在第3年表現(xiàn)增產(chǎn)，且處理S30和處理S0效果明顯。

表1 不同深松耕深度對玉米產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同。

Note：Data following by different lowercase in the same column indicated significant difference(P<0.05). The same as below.

表2 不同深松耕深度對玉米產(chǎn)量性狀的影響

2.2 不同深松耕處理對土壤物理性質(zhì)的影響

2.2.1 不同深松耕處理對土壤容重的影響 由表3可知：在0～20 cm土層，2016年處理S30容重顯著降低4.84 %，而處理S40土壤容重卻增加了5.65 %；2017和2018年，該土層不同深松耕處理容重表現(xiàn)下降趨勢，但不顯著。在20～40 cm土層，2016年處理S30和處理S40容重顯著降低，分別降低10.60 %和11.92 %，各深松耕處理間差異不顯著，處理S0在該土層容重略有降低，差異不顯著；2017年，各深松耕處理土壤容重顯著降低，且處理間差異顯著，處理S40在該土層對容重影響效果優(yōu)于處理S30；2018年，該土層容重仍表現(xiàn)降低，且處理S30效果最佳。在40～60 cm土層，2016年處理S30和處理S40容重顯著降低，分別降低6.50 %和3.25 %；2017年，處理S40土壤容重顯著降低；2018年，各處理間土壤容重差異不顯著。

2016年，0～40 cm土層平均容重為處理S20(CK)> 處理S0>處理S40>處理S30，分別為1.38、1.37、1.32和1.27，處理S30容重最低，0～40 cm土壤最疏松，利于作物生長。2017年，0～40 cm土層平均容重為處理S20(CK)> 處理S0>處理S30>處理S40，分別為1.42、1.38、1.33和1.31，處理S40容重最低，處理S30次之，且處理S30與處理S40間顯著不差異。2018年，0～40 cm土層平均容重為處理S20(CK)> 處理S40>處理S0>處理S30，分別為1.42，1.38，1.34和1.32，S30容重最低。

深松耕可降低土壤容重，深松耕處理第1年，土壤容重在0～20 cm土層顯著降低，隨著深松耕處理時間的流逝，耕作層土壤容重趨于穩(wěn)定，且均低于常規(guī)操作，說明土壤深松耕可增加土壤耕層厚度，增強(qiáng)土壤疏松程度，且處理S30處理效果最佳。

2.2.2 不同深松耕處理對土壤含水量的影響 由表4可知，在0～20 cm土層：2016年處理S40顯著提高土壤含水量，增幅為20.00 %；2017年處理S30和處理S40土壤含水量增加，增幅分別為11.00 %和5.00 %，處理S0土壤含水量顯著下降，降低了10.96 %；2018年各處理土壤含水量不存在顯著差異。在20～40 cm土層：2016年各處理間土壤含水量未見顯著差異，但均顯著高于處理S0(C)；2017年處理S30土壤含水量增加，增幅為5.00 %，處理S0和處理S40土壤含水量降低；2018年處理S40和處理S30土壤含水量增加，分別增加17.00 %和13.00 %。在40～60 cm土層：2016年處理S40和處理S30均顯著提高土壤含水量，增幅分別為11.19 %和8.84 %；2017年處理S0顯著降低土壤含水量，降幅為7.28 %，其余各處理土壤含水量略有降低，但不存在顯著差異；2018年深松耕各處理均顯著提高土壤含水量。

在0～40 cm土層，2016年平均土壤含水量為處理S40>處理S30>處理S20(CK)>處理S0；2017年平均土壤含水量為處理S30>處理S20(CK)>處理S40>處理S0；2018年平均土壤含水量為處理S40>處理S30>處理S0>處理S20(CK)。深松耕能夠有效提高土壤含水量，尤其是深松耕處理第1年對土壤表層和深層含水量提高表現(xiàn)顯著，提高土層的蓄水能力，保障玉米生長。

表3 不同深松耕對土壤容重的影響

表4 不同深松耕對土壤含水量的影響

表5 不同深松耕對坡耕地各層土壤養(yǎng)分的影響

2.2.3 不同深松耕處理對土壤緊實度的影響 2018年玉米收獲期測定的土壤緊實度結(jié)果表明(圖1)，在0～10 cm土層，土壤緊實度各處理間差異不顯著；在10～20 cm土層，處理S30、處理S40和處理S20(CK)間土壤緊實度不存在差異, 處理S0土壤緊實度高于處理S20(CK)；在20～30 cm土層，處理S30和處理S40土壤緊實度低于處理S20(CK)，處理S0和處理S20(CK)間差異不顯著；大于30 cm土層，各處理間差異不明顯。綜上可以看出，深松30 cm對土壤緊實度的影響最好，免耕效果最差。表明深松能夠降低土壤緊實度，且在該試驗區(qū)深松30 cm對緊實度影響的效果最佳。

圖1 不同深松對土壤緊實度的影響Fig.1 Effect of different depth of subsoiling on the soil compaction

2.3 不同深松耕處理對土壤養(yǎng)分指標(biāo)的影響

不同的深松處理影響各層土壤養(yǎng)分，在0～20 cm土層，處理S0 pH值顯著降低，處理S30 pH值提高，有機(jī)質(zhì)含量處理S0和處理S30顯著增加，處理S0顯著增加全氮含量，全磷含量各處理都表現(xiàn)為降低，且處理S30和處理S40達(dá)顯著水平，全鉀各處理間不存在顯著差異，水解性氮和有效磷均表現(xiàn)為處理S0提高，處理S30和處理S40降低，速效鉀各處理均顯著降低，處理S30降低較少。在20～40 cm土層：有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀各處理間變化不顯著，對pH值的影響表現(xiàn)為處理S0顯著降低，全磷各處理顯著降低，處理S30降低最少，水解性氮、有效磷、速效鉀各處理均表現(xiàn)降低。在40～60 cm土層：處理S30和處理S40顯著增加pH值，有機(jī)質(zhì)、全氮、水解性氮和有效磷表現(xiàn)為處理S0顯著增加，處理S30和處理S40顯著降低，全磷處理S30和處理S40顯著降低，全鉀和速效鉀差異不顯著。

3 討 論

3.1 深松耕對土壤容重和緊實度的影響

容重和緊實度是土壤重要的基本物理性質(zhì)之一，反應(yīng)土壤空隙狀況的特征性參數(shù)，是衡量土壤耕性及耕地質(zhì)量的重要指標(biāo)。容重和緊實度的大小影響土壤通透性、松緊程度、水分及養(yǎng)分的傳導(dǎo)運(yùn)輸與利用[9]?？讜悦竦萚10]研究表明，不同耕作方式對土壤容重和土壤緊實度的影響效果由大到小依次為深松>旋耕>免耕。隨著深松深度的增加，土壤緊實度和土壤容重降幅越大, 不同處理間降幅由大到小表現(xiàn)為深松50 cm>深松40 cm>深松30 cm>旋耕。程思賢[11]等表明，在砂姜黑土，土壤耕層結(jié)構(gòu)的改良效果表現(xiàn)為深松60 cm>深松50 cm>深松40 cm>深松30 cm>旋耕。本實驗表明，不同深度的深松處理能夠降低土壤容重，在0～40 cm耕層深松30 cm的效果優(yōu)于深松40 cm的效果。而在40～60 cm土層，深松40 cm的效果最佳。

3.2 深松耕對土壤含水量的影響

土壤含水量是無灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的先覺條件，只有土壤中的蓄水庫足夠，才能在季節(jié)性干旱的條件下帶來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可能。深松耕可有效提高土壤上層含水率和貯水量，深松耕利于打破犁底層，全面促進(jìn)降水的有效入滲和增加土壤深層含水率。本研究表明，免耕、深松30 cm，深松40 cm較常規(guī)處理0～60 cm土層3年平均貯水量增加1.18 %，7.33 %和8.34 %。即免耕和深松耕等保護(hù)性耕作技術(shù)可增加土壤含水量增加，增強(qiáng)土壤的貯水能力。

3.3 深松耕對土壤pH的影響

研究表明，土壤養(yǎng)分和pH具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系[12]。普遍認(rèn)為保護(hù)性耕作能提高土壤對酸堿度的緩沖能力，使土壤pH值保持在穩(wěn)定的水平，保證養(yǎng)分循環(huán)[13]。徐國偉[14]等研究表明，在相同施肥處理條件下，秸稈還田土壤pH值下降，比秸稈不還田處理低6.5 %達(dá)顯著性水平。本實驗表明，免耕后各土層pH值均呈下降趨勢，且pH隨土層的深度的增加下降越明顯。在0～20、20～40、40～60 cm土層與常規(guī)對照相比，分別降低了3.33 %、5.50 %和12.13 %。而深松耕處理對不同土層的PH值呈增加趨勢。由此可知，不同耕作方式對土壤酸化的影響作用需要深入研究。

3.4 深松耕對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是作物產(chǎn)量的決定性因子之一。不同的耕作措施對土壤表層土壤的擾動較大。大量研究表明，保護(hù)性耕作措施可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[15]，保護(hù)性耕作能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀含量，特別是表層土壤。本研究中免耕也具有相似表現(xiàn)，與常規(guī)對照相比，有機(jī)質(zhì)、全氮、水解性氮、有效磷含量在表層土表現(xiàn)為增加。深松30 cm處理表層土有機(jī)質(zhì)含量顯著升高，而深松30 cm、深松40 cm處理中其它各項養(yǎng)分指標(biāo)均呈降低趨勢，可能原因是深松處理后，改變了土壤的質(zhì)量、物理指標(biāo)和pH值，促進(jìn)難溶性的養(yǎng)分向有效態(tài)轉(zhuǎn)化，利于作物的吸收，但有待進(jìn)一步研究。

3.5 深松耕對玉米產(chǎn)量和質(zhì)量的影響

玉米根系的發(fā)達(dá)程度直接影響玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量。根系向深層土壤擴(kuò)展有利于深層土壤中水分養(yǎng)分的吸收，且深層土壤環(huán)境相對穩(wěn)定，對根系生長、延緩衰老有中重要作用[16]。而玉米種植區(qū)的土地底層是犁底結(jié)構(gòu)，研究表明，深松耕可以打破犁底層，促使根系下移，顯著提高玉米生長后期的根系抗逆性和根系活性[17]。深松技術(shù)能夠改變土壤的種植生態(tài)環(huán)境，研究表明深松耕能夠提供深層根系的容納量，減弱上層根系的擁擠程度，提高對下層養(yǎng)分的吸收[18]。吳廣俊[19]研究表明，深松耕提高化后氮素的吸收效率，增加花后單株生物量，提高生物量的積累而達(dá)到提高玉米產(chǎn)量的目的。本研究表明，深松耕可有效提高玉米產(chǎn)量和提升玉米產(chǎn)量性狀。且在山原紅壤坡地上，深松30 cm增產(chǎn)趨勢優(yōu)于深松40 cm。玉米根系多集中在0～40 cm土層，深松30 cm已有效影響0～40 cm土層的疏松程度，利于耕作層干旱期水分的供給與利用，因此在山原紅壤坡地?zé)o灌溉種植玉米，適宜的深松30 cm。本研究中，免耕處理對玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀指標(biāo)的影響表現(xiàn)出略低于深松30 cm的效果。免耕作為保護(hù)性耕作方式，研究表明，免耕后田間持水量呈增加趨勢，由于土壤未擾動，土壤容重減少，總孔隙度增加，土壤持水能力增強(qiáng)[20]。且免耕減少了機(jī)械作業(yè)的次數(shù)，緩解了土壤壓實對玉米生長的影響，減少了土壤間的粘閉作用，防止土壤板結(jié)。由于免耕帶來生長環(huán)境的優(yōu)化，玉米表層根量發(fā)達(dá)，養(yǎng)分吸收率增加，達(dá)到增產(chǎn)的效果。

4 結(jié) 論

深松耕能夠顯著降低土壤容重，增加土壤疏松程度，提高土壤的蓄水能力，促進(jìn)作物根系發(fā)育，提高土壤水分的利用率和養(yǎng)分吸收率，達(dá)到增產(chǎn)增收的效果。在山原紅壤坡地上，深松30 cm在耕作層對土壤容重和緊實度的影響最佳。不同的深松耕深度中，深松耕30 cm和免耕對玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀影響效果明顯。深松耕40 cm和深松耕30 cm效果對土壤含水量均存在正向影響且差異不顯著。因此，山原紅壤坡地種植玉米適宜的深松耕深度為30 cm。