高寒区保护性耕作对...doc

高寒区保护性耕作对油菜田土壤物理性状的影响研究杨文辉 李月梅 韩燕（青海省农林科学院土壤肥料研究所 810016）摘要：本文以在青海省互助县南门峡高寒农耕区的免耕试验为基础，探究不同免耕方式对高寒地区土壤理化性状的改变。试图寻找最适合当地的保护性耕作方式。关键词：免耕 保护性耕作 毛管最大持水量 土壤孔隙度Alpine areas of conservation tillage on soil physical properties Rape Field EffectYangwenhui Liyuemei Hanyan(Qinghai Academy of Agriculture and Forestry Research Institute of Soil and Fertilizer 810016)Abstract: In this paper, in the cold Qinghai Nanmenxia tillage farming area test the assumptions of different tillage methods on soil physical and chemical properties of alpine region changes. Try to find the most suitable localconservation farming practicesKey words: no-tillage; conservation tillage;capillary water holding capacity;soil porosity引言保护性耕作是用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可，主要用农药来控制杂草和病虫害。耕作的目的是为作物生长创造良好的土壤条件，主要是疏松土壤、除草和翻埋肥料，除草可以用除草剂，也可以采取人工和机械除草。土壤有合适的容重、孔隙度，可以有利于土壤中水、肥、气、热的交换流通，有利于作物根系生长，满足作物生产的需要。免耕、少耕施肥播种技术：与传统耕作不同，保护性耕作的种子和肥料使用专用的免耕播种机播施到有秸秆覆盖的地里。免耕播种是收获后未经任何耕作直接播种，少耕播种是指播前进行了耙地、松地或平地等表土作业，再用免耕播种机进行施肥、播种。保护性耕作在防止水土流失、增肥地力、提高资源利用效率和增产增收方面均具有明显优势，这已经被研究证实。据有关理论研究和实践证明，免耕能够增加土壤含水量节约灌溉用水、提高土壤有机质含量，改善土壤养分含量、降低生产成本增加农民收入、改善环境污染问题1。青藏农耕区为高海拔农作区，其地自然特色是地势高、气候寒，自然条件恶劣，高原上不适合农作物的生长。只有在海拔较低的河谷地区，水热条件组合相对较好。因此在雅鲁藏布江谷地、湟水谷地形成了河谷农业生产。主要农作物是青稞和小麦。其土壤中有机质含量相对较高，呈富积状，但受热量条件限定还田秸秆腐熟慢，不合理的耕作制度导致耕地生产力的下降，导致农田生态系统逆向演替，使生态恶化，水土流失加速、土壤淋溶增加、跑肥严重，土壤含水量下降，容重降低。土地生产力下降。青海省地处青藏高原东北部，生态环境脆弱，长期以来由于受自然、社会和人为因素影响，水土流失、土地沙化、草地退化日趋严重。全省耕地面积仅为542151.05hm2，占全国耕地面积的0.53%，其中65.94%为旱地3。高寒干旱区的特点是气温低、降水少、水土流失严重。因此，在当地开展保护性耕作非常必要，青海省自2003年开始实施农业部保护性耕作项目，先后在东部的湟中、互助及农牧交错区和兴海、刚察、共和等地开展，主要作物涉及油菜、燕麦、小麦等，逐步确立了秸秆留茬、覆盖、深松、浅旋、免耕播种和化学除草为主要内容的保护性耕作技术模式，并开始得到大面积推广应用，先后累计推广面积达30多万亩。本文以青海省互助县南门峡镇农田为研究对象，开展了3种保护性耕作措施作用的试验研究。研究分析了保护性耕作在该地区油菜地的不同免耕方式下土壤理化性状的变化，力图用保护性耕制度中免耕或少耕方法揭示其对养地、耕地土壤物理性状的改变。为当地免耕提供试验依据。为在该区的推广保护性耕作技术，防治土壤退化，实现农业生产持续发展提供科学依据。1 材料与方法杨文辉：青海乐都县人 农学学士 中级职称 土壤肥料与植物营养专业方向1.1 试验区基本概况互助县位于青海省东北部，地处湟水谷地北侧和大通谷地西南侧山地、沟谷地，地理坐标为北纬3630-379，东经10146-10245之间。属温带大陆性气候，干旱少雨。位于县境北部的南门峡镇2800m以上地区年均气温在0-3之间， 年内各地均以夏季（6至8月）气温为最高，为10-17；年平均日照时数2521.7h，年平均降水量约550mm，雨热同季。年平均蒸发量为1235.6mm， 无霜期约112d。互助历年风向以东北风为主，其次是西南风。风以春季为多，四、五月份平均风速为1.7m/s。8级以上的大风日数，年平均为4.4d，最多的年份大风日数达9d，最少的年份为1d。本地区以种植一年一熟的春油菜、春小麦、青稞等一茬作物为主。1.2 试验样地在互助县南门峡镇西山根村不同保护性耕作方式（留茬免耕、带状免耕旋播、秸秆还田免耕）的地块，以常规耕作方式（秋翻埋茬-春耕-耙、耱-播种）为对照。现分别将保护性耕作方式作一说明：A）留茬免耕，即秋季作物收获后留茬3050cm，春季使用药剂对土壤处理防治病虫害，用免耕施肥播种机硬茬上进行播种；B）带状免耕旋播，即秋收后留茬后，土壤药剂处理，在春季使用机械将残茬粉碎后在硬茬上浅旋播种；C）秸秆还田免耕，即秋收留茬，土壤药剂处理，春季将留茬秸秆粉碎，使用免耕机械在硬茬上免耕播种。其中前茬为小麦的油菜田一般选择带状免耕旋播模式和秸秆还田免耕播种模式；前茬为油菜的小麦田一般选择留茬免耕模式。近年来由于种植油菜收益较高，当地农田油菜连茬现象较为普遍，正常轮作顺序为油菜-小麦（青稞）-油菜。本研究就不同耕作方式处理间春油菜田的地下生物量、地下生物量和产量等进行比较，分析保护性耕作措施下春油菜对其响应情况。各样地具体处理如下：表不同耕作方式样地简表Table 1 The different tillage treatment处理代码Treatment CodeCKA1A3A7B1B2C2耕作类型Tillage type常规Conventional tillage留茬免耕Stubble mulching no till留茬免耕Stubble mulching no till留茬免耕Stubble mulching no till带状免耕strip no till带状免耕strip no till秸秆还田免耕straw mulching no till耕作年限Cultivaion year0137122种植作物crop青杂3号Qingza No.3青杂3号Qingza No.3青杂3号Qingza No.3青杂3号Qingza No.3青杂3号Qingza No.3青杂3号Qingza No.3青杂3号Qingza No.31.3 研究方法在2008年10月，在不同耕作方式的样地中采用S形布点法，各样地中随机设置50cm 50cm 的样方，重复5次，用剪刀将样方内所有植株齐地面剪下，将植物样品在60 下烘干48 h 后，称量记录，计算出地上生物量。用土柱法测定040 cm 地下生物量，土柱面积50cm 50 cm ，每10 cm 为1 层分层测定，重复35 次。将清洗后的根系在60 下烘干48 h 后，称量记录，计算出地下生物量。作物产量测定采用样方法进行，每处理测1m2样方3-5个。采用100 cm 环刀以土壤剖面方式按010 、1020 、2030 和3040 cm 分层测定土壤容重，同时按层采取土壤样品，风干备用。 样地耕种年限在本文中不做讨论。A、B、C处理数据均为同一处理在不同年份的试验平均值。1.4数据分析图表中数据均为平均值，图表用Excel软件进行制作。2 结果及分析2.1土壤耕层含水量、表2 不同耕作方式下土层深度土壤耕层含水量（g/m2）耕层0A1A3A7B1B2C2C40-1025.8223.5826.8420.1725.8519.7523.1118.7712410-2026.2124.5923.4724.2526.0619.4622.9818.3203720-3022.9325.5523.4724.332.6924.3222.3416.75332耕层合值74.9673.7273.7868.7284.663.5368.4353.84493据以以上表所示B处理带状免耕的条件在当地的条件下，土壤耕层的含水量最大，20和30厘米耕层含水量为所有处理的最大值。将相同处理的重复取平均值，得到如下耕层含水量，表3 不同处理各重复间土壤耕层含水量均值比较表耕层CkABC0-1025.8223.5322.820.9410-2026.2124.122.7620.6520-3022.9324.4428.5119.55在0-10厘米的表土层，各处理间的含水量顺序是A、B、C，在10-20厘米的中层含水量顺序是A、B、C，在20-30近犁底层含水量的顺序则是B、A、C。处理B也就是带状免耕的土壤水含量在耕层的最深部，对于当地的条件来说，B处理更适合当地一些耕种条件，如春旱，当油菜现蕾时出现旱情，这样的土壤墒情好，易于出苗，易于挂果，保证当地气候条件下的稳产。2.2毛管最大持水量表4 不同耕作方式下土层深度土壤毛管最大持水量（g/m2）耕层B10C2A1B2A7A3C40-104341.7334.837.8244.7244.1748.7939.9810-2042.3441.2839.2437.5736.3946.9938.6538.0320-3046.6640.2538.7736.2239.4137.2439.338.19耕层合值132123.26112.81111.61120.52128.4126.74116.2表5 不同处理各重复间耕层土壤毛管含水量均值比较表耕层0ABC0-1041.7343.5943.8637.3910-2041.2841.0739.3738.6420-3040.2537.5943.0438.48毛管最大持水量如上表所示，B1处理相对较高其他处理，毛管最大持水量的值越大，代表土壤保水力强、相应土壤墒情越高，毛管阻力小，土壤能为植物提供的有效水含量相对大，易于植物吸收利用。同土壤耕层含水量、毛管水做比较， A表层的含水量大于底层，C的毛管持水量小于B且各层含水量近均平衡。得出B处理同样的优于其他两个处理。2.3土壤容重表6 不同耕作方式下土层深度土壤耕层土壤容重（g/m2）耕层CKA1A3A7B1B2C2C40-101.1561.1241.0901.1971.1221.1181.1991.12610-201.2451.2331.1861.0871.1481.1861.2121.21120-301.1431.2801.2081.1921.2081.2051.2411.16530-401.2011.1801.1601.1401.180据北京农业大学土壤学教研究组的调查统计，华北各地的自然土壤和耕地土壤的容重大体上有如下的变化范围9：结构良好的表土 0.9-1.10 森林土壤和草原土壤的表土 1.10-1.12一般耕土壤的耕层 1.05-1.35 紧实的耕层和一般耕地土壤的底土 0.35-1.55坚实的耕土壤底土 1.55-1.80 完全分散的或渍水的底土 1.60-1.80；用以上分类来区分,处理B1的土壤容重接近森林土壤和草原土壤的表土.从形态上来讲较普通农田耕作土壤抗水土流失。2.4土壤孔隙度表7 不同耕作方式下土层深度土壤耕耕作层孔隙度（g/m2）耕层厚度0A1A3A7B1B2C2C40-1043.6142.4041.1345.1742.3542.2045.26642.4810-2047.0046.5144.7641.0243.3344.7545.7345.7020-3043.1248.3045.6044.9845.5845.4646.8243.95耕层孔隙度平均值44.5845.7443.8343.7243.7544.1445.9444.04土壤中的孔隙度从一定程度上反映土壤的含水量，孔隙度是非活性、毛管孔度和通气孔度的总和，在土壤吸足毛管水而排除重力水的条件下，这三种孔度分别可以代表土壤中的无效水、有效水和空气的重量。土壤的孔隙度在一定条件下与持水量成正比，能如果孔隙度过大，则持水力反面降底。如以上图表中所示A1和C2处理的孔隙度超出平均值较高，而B1处理则在一个更适合耕先种的土壤孔隙度内。从耕种土壤对通透性的要求出发，B1处理在适中水平。具有一定的孔隙度。2.5土壤中的根系量表8 不同耕作方式下土层深度土壤耕耕作土壤中的根系量耕层ckA1A3A7B1B2C2C40-10171.9483.43105.60135.22138.22104.98156.83157.1710-20 29.3525.7414.3326.4227.7817.4110.4624.8220-30 7.317.392.357.548.694.154.3617.0230-40 4.511.660.925.422.751.62耕层均值213.12118.22123.20174.62174.68129.29173.27199.00不同处理中的地下根系量，即单位土体中根系的体积，在常规的农作中，其地下生物量为最大，留茬免费耕后如A1地下生物量急速下降，继而开始升高，在留茬免耕，和带状免耕时达到一个相对的平衡，因不同土体扰动程度，土体的紧实度以及免耕年限的因素，土壤中根腐程度和根孔的增加，因而在C2、C4得到一个相对较高的地下生物量。A7、B2为一个适中的免耕处理。其结果与以上容、及孔隙的度的试验结果一致。将大表中的相同处理的重复进行平均得到小表，其中反应出的B处理根系量为各处理中最大。B处理对土壤的适当扰动增加了土壤的通透性能，更加有利于土壤中根系的生长。试验观测显示的结果为B处理的地下生物量大于其他处理，证明带B状免耕在当地较其他处理更优，更合适当地的生态条件。更易于作物的生长，利于稳产。能在保护性耕作的条件下达到最高的生物生产量。3 讨论与结论目前保护性耕作技术在国内外获得广泛应用和推广，与此相关的科学研究也大量开展。有研究表明，保护性耕作能改善土壤水分、养分状况，从而有利于小麦、玉米等旱地作物产量提高4-7（赵聚宝等），但在高寒农作区、以及高寒作物等、油菜作物上很少有类似研究报道。综合以上各组试