于慶峰, 苗慶豐, 史海濱, 胡 敏, 張俊友

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭014109; 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院, 呼和浩特010018)

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)地處干旱半干旱地區(qū)，屬于典型的鹽漬化灌區(qū)，且春季寒冷干旱，對春播期最佳播種農(nóng)時的選擇及種子的萌發(fā)和作物的生長發(fā)育產(chǎn)生了一定負面的影響，從而一定程度上制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。而有研究表明，秋收后地表鋪設(shè)秸稈，在土壤經(jīng)歷凍融循環(huán)后，顯著改善了土壤水鹽熱條件，為翌年春季作物種子的萌發(fā)和生長提供了適宜的土壤環(huán)境[1]。也有研究表明，秋收后地表覆蓋秸稈條件下，不同耕作措施造成的秸稈覆度是影響陽光輻射強度和土壤水熱狀況的關(guān)鍵因素，從而對春播期土壤環(huán)境產(chǎn)生影響[2]。

河套灌區(qū)特殊的氣候和土質(zhì)條件在一定程度上影響了灌區(qū)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展，而春播期寒冷干旱且土壤鹽分表聚問題嚴重一直以來也是困擾當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要難題[3]。良好的土壤條件是保證作物出苗和生長的關(guān)鍵因素。本研究鑒于前人的研究成果，在延續(xù)前期玉米秸稈覆蓋試驗的基礎(chǔ)上，于玉米收獲后通過設(shè)置免耕、少耕和旋耕的耕作措施，研究不同耕作措施對春播期土壤水熱鹽狀況和玉米出苗率的影響，從而篩選出適宜灌區(qū)玉米生育期秸稈覆蓋條件下的秋收后整地耕作措施，為灌區(qū)玉米的合理種植提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)磴口縣夾道村進行，試驗期間無降水，該地區(qū)多年平均降雨量139.8 mm，蒸發(fā)量2 374.6 mm；多年平均氣溫為7.6℃，平均日照時數(shù)3 183 h，平均無霜期130 d左右。試驗區(qū)0—20 cm為粉砂壤土，20—100 cm為粉砂質(zhì)黏壤土，土壤平均容重為1.47 g/cm3；耕作層凋萎系數(shù)9.3%，田間持水量21.2%，該地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水源為黃河水，水質(zhì)平均礦化度為0.32 g/L，平均pH值為8.1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地前茬為玉米平作秸稈覆蓋種植，秸稈覆蓋量為10 t/hm2。玉米收獲后，進行整地，試驗設(shè)置免耕、少耕(只進行滅茬)、旋耕(深度25 cm)共3個處理，各處理秸稈覆蓋度分別為40%，25%和10%，11月1日進行秋澆，秋澆水量為1 500 m3/hm2。采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，小區(qū)規(guī)格50 m×10 m，3次重復(fù)，春玉米播種期為4月24日。

1.3 測定內(nèi)容及方法

各處理于秋澆后土壤凍結(jié)前，在5—25 cm土體埋設(shè)HZR8T土壤溫度記錄儀監(jiān)測整個凍融期土壤溫度變化，每5 cm一層，記錄時間間隔60 min。玉米播前連續(xù)三天利用土鉆取樣測定0—5 cm，5—10 cm，10—15 cm，15—20 cm和20—25 cm土壤含水率和電導(dǎo)率值，各處理分別在田塊內(nèi)畦首、畦中、畦尾設(shè)3個采樣點，采用烘干稱重法測定土壤含水率，用DDS-308A電導(dǎo)率儀速測土壤EC值。

本文以土壤質(zhì)量含鹽量表征土壤鹽分含量，根據(jù)研究得出的適宜當(dāng)?shù)亟?jīng)驗公式，利用實測土壤電導(dǎo)率EC值進行換算[4]，計算公式為：

Q=3.471EC+0.015

(1)

式中：Q為土壤全鹽質(zhì)量分數(shù)(g/kg)；EC為土壤1∶5浸提液在25℃時的電導(dǎo)率值(mS/cm)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 進行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，SPSS 17.0進行單因素方差分析；如果差異顯著，則采用鄧肯式新復(fù)極差檢驗法進行多重比較，檢驗不同處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對土壤含水率的影響

河套灌區(qū)常年春季無降水，因此玉米春播期土壤水分的來源主要為前一年秋澆灌水，但土體經(jīng)歷凍融循環(huán)后，如何更好的保蓄和調(diào)節(jié)土壤水分是關(guān)鍵，土壤含水量過低會使得種子萌發(fā)過程遭受水分脅迫，水分過多則會造成農(nóng)田塌濕，可能延誤最佳農(nóng)時，從而對玉米的生長及產(chǎn)量的形成造成不利影響[5]。

本研究發(fā)現(xiàn)，各處理不同土層含水率整體表現(xiàn)為免耕>少耕>旋耕，且免耕0—5 cm和5—10 cm土壤含水率平均較少耕高10.62%和9.78%，差異性顯著(p<0.05)，而其他土層間含水率差異性不顯著(p<0.05)(表1)。但兩處理各土層含水率均顯著高于旋耕處理，免耕和少耕5—25 cm土壤含水率平均較旋耕高8.35%～24.82%和5.44%～12.84%，研究結(jié)論與張少良等[2]的研究結(jié)果具有一定的一致性，這主要是由于秸稈覆蓋量越大，形成的隔絕效應(yīng)一定程度上阻礙了土壤與空氣的交換通道，水分蒸發(fā)量大幅減小[3]。而孟憲欣等[6]通過研究表明，適宜于種子萌發(fā)和壯苗的土壤含水率為15%～20%，侯玉虹等[7]通過研究不同土質(zhì)底墑對玉米出苗的影響，得出適宜的土壤水分條件為壤土19%～22%，黏土26%～29%和沙土13%～15%。結(jié)合灌區(qū)實際條件，玉米種植犁底層為15 cm左右，種植深度為2.5 cm左右，綜合本試驗結(jié)果來看各處理土壤水分條件均可滿足玉米種子萌發(fā)所需土壤水分條件，且不存在干旱脅迫或農(nóng)田塌濕現(xiàn)象。

2.2 不同耕作方式對土壤溫度的影響

河套灌區(qū)屬于典型的干旱半干旱地區(qū)，春播期氣溫較低，而玉米屬于典型的喜溫性作物，適宜的土壤溫度是保證種子萌發(fā)和幼苗生長的關(guān)鍵性因素[8]。通過對玉米播前連續(xù)3 d的地溫日變化情況監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，各處理土壤表層5—25 cm土壤溫度日變化趨勢一致，均表現(xiàn)為表層5—15 cm變幅較大，且在14：00達到全天的峰值，而20—25 cm土壤溫度受外界環(huán)境影響減弱，變化平緩，且最高值的出現(xiàn)呈現(xiàn)明顯的滯后效應(yīng)。

表1 不同耕作方式下土壤含水率對比 %

對比各處理發(fā)現(xiàn)，土壤溫度整體表現(xiàn)為旋耕>少耕>免耕處理，旋耕表層5 cm處土壤日平均溫度平均較少耕和免耕高17.51%和54.12%，10 cm處高16.73%和58.75%，15 cm處高15.76%和46.58%，20 cm處高12.45%和42.06%，25 cm處高6.54%和20.50%，差異性均達到了顯著性水平(p<0.05)，這一方面是由于秸稈覆蓋量越大，形成一定的隔絕效應(yīng)，從而減少了陽光對地面的輻射強度，增溫效應(yīng)較弱，另一方面是受土壤含水率的影響。隨土層深度的增加，受外界環(huán)境影響減弱，差異逐漸減小。此階段氣溫較低，相對較高的土壤溫度將有利于玉米種子的萌發(fā)及苗期的生長。

已有研究表明，土壤含水量與和熱量變化存在著相互影響和相互作用的關(guān)系[9-11]。通過對不同土層含水率和溫度回歸分析發(fā)現(xiàn)，兩者可擬合為具有較高精度的二次曲線關(guān)系(R2=0.9617)。說明在一定范圍內(nèi)隨土壤含水率的增加，土壤溫度呈現(xiàn)下降趨勢，這主要是由于土壤含水量越大，增大了土壤的比熱容，降低了土壤溫度的變化幅度[12]，這不利于北方寒冷地區(qū)春播期土壤增溫，從而對玉米出苗產(chǎn)生不利影響。

2.3 不同耕作方式對土壤含鹽量的影響

春播期至玉米苗期，土壤含鹽量的大小直接影響種子的萌發(fā)和生長發(fā)育，從而影響其出苗率和保苗率。大量研究表明[13-15]，土壤水分是鹽分運移的載體，春播期，鹽隨水走，在土壤水分蒸發(fā)的影響下，土壤鹽分呈現(xiàn)向表層積聚的態(tài)勢。由于免耕和少耕處理地表覆蓋度較大，減少了土壤水分的蒸發(fā)量，從而減弱了鹽分表聚現(xiàn)象的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，旋耕處理鹽分表聚量顯著高于免耕和少耕處理(p<0.05)，5—25 cm土壤鹽分含量平均高5.80%～14.57%和5.56%～10.44%。說明不同秸稈覆蓋量條件下，不同程度改變了土壤水熱循環(huán)系統(tǒng)，進而影響土壤鹽分的運移，為玉米種子的著床和萌發(fā)提供了相對淡化的土壤環(huán)境。

圖1 不同耕作方式下土壤溫度變化

童文杰等[16]通過對內(nèi)蒙古河套灌區(qū)玉米種植耐鹽性的研究，確定了當(dāng)土壤表層0—20 cm土壤含鹽量在低于1.178 、1.178～2.036，2.036～3.465 和高于3.465 g/kg的土壤鹽分條件，為玉米最適宜種植區(qū)、適宜種植區(qū)、次適宜種植區(qū)及不適宜種植區(qū)。本研究通過對數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，處理免耕、少耕和旋耕0—20 cm土壤含鹽量平均值為1.818 g/kg，1.845 g/kg，1.984 g/kg，均為玉米適宜種植區(qū)，綜合來看，各處理春播期鹽分含量均適合玉米的播種。

表2 不同耕作方式下土壤含鹽量對比 g/kg

2.4 不同耕作方式對玉米出苗率的影響

由圖2玉米出苗率可知，各處理間玉米出苗率差異性均達到了顯著性水平(p<0.05)，且以旋耕處理出苗率最高，平均較免耕和少耕處理高9.25%和6.21%，這主要是由于各處理均為玉米種子萌發(fā)提供了適宜的土壤水鹽條件，但旋耕處理土壤溫度顯著高于其他處理，春播期氣溫較低，為玉米種子的萌發(fā)提供了更適宜的土壤溫度條件，顯著提高了出苗率。

圖2 不同耕作方式下玉米出苗率對比

3 結(jié) 論

(1) 不同土層溫度整體表現(xiàn)為旋耕>少耕>免耕，且各處理間差異性達到了顯著性水平。春播期氣溫較低，玉米作為典型的喜溫性作物，相對較高的土壤溫度有利于玉米種子的萌發(fā)。

(2) 適宜的土壤水分狀況是保證種子萌發(fā)的必要條件，受耕作方式影響，各處理秸稈覆蓋量的差異形成了不同的隔絕效應(yīng)，阻礙了土壤與空氣的交換通道。各處理不同土層含水率整體表現(xiàn)為免耕>少耕>旋耕，但各處理水分條件均適宜玉米種子的萌發(fā)。

(3) 通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，土壤含水率與土壤溫度可擬合為具有較高精度的二次曲線關(guān)系(R2=0.9617)，說明在一定的土壤含水率范圍內(nèi)，二者呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，土壤含水率越高，溫度越低，而這不利于北方寒冷地區(qū)春播期土壤的增溫。

(4) 各土層含鹽量整體表現(xiàn)為旋耕>少耕>免耕，但0—20 cm土壤含鹽量平均值為1.818 g/kg，1.845 g/kg，1.984 g/kg，均適宜玉米的種植。

(5) 不同耕作方式條件下的土壤水熱鹽狀況影響玉米種子的萌發(fā)，進而影響出苗率，研究發(fā)現(xiàn)，旋耕處理出苗率最高，平均較免耕和少耕處理高9.25%和6.21%。