不同耕作方式对农田环境及冬小麦生产的影响.doc

不同耕作方式对农田环境及冬小麦生产的影响来源：中国农学通报.-2011，27(01).-3641作者：高宗军等摘要：为明确不同耕作方式对农田环境及小麦生产的影响，通过田间定位试验，研究了5种耕作方式对冬小麦田土壤物理特性、杂草、小麦产量及其构成因素的影响。结果表明，小麦拔节期以前，免耕及覆盖秸秆可显著提高表层土壤含水量，覆盖秸秆处理可显著降低土壤温度；小麦拔节后，作物覆盖度增加，处理间土壤含水量、温度差异减小。与旋耕(RT)相比，小麦收获后，免耕及覆盖秸秆可显著增加0-5 cm表土层容重、降低1520 cm土层容重，可显著降低麦家公、播娘蒿的发生密度、株高及鲜重，显著增加荠菜的发生密度、株高及鲜重，旋耕秸秆还田(RTS)对荠菜的影响不显著，可降低麦家公、播娘蒿的发生密度，但有使其单株平均株高、鲜重增加的趋势。与RT相比，免耕覆盖秸秆3000 kghm2 (NTS3ooo)、免耕不覆盖秸秆(NT)区小麦产量分别增加130、83，RTS、免耕覆盖秸秆6000 kghm2(NTS6ooo)区小麦产量分别降低91和174。NTS3ooo 处理区农田环境有利于作物的生长发育，是较适合黄淮海地区的冬小麦保护性耕作方式。关键词：耕作方式；冬小麦；土壤含水量；土壤温度；容重；杂草0 引言保护性耕作作为改善生态环境的新型耕作方式，在美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国家已经有广泛的研究和应用，发达国家将保护性耕作技术和轮耕休闲的农作制度相结合，以环境保护和生态修复为重要内容，不需要过多考虑单产等因素，而中国面临着巨大的人口和资源压力，这种严峻形势决定了产量仍然是中国目前保护性耕作研究的重点内容之一。决定旱地作物产量高低的因素除了作物自身的遗传特性外，还与土壤的水、肥、气、热因素以及农田杂草有关 。少免耕对土壤的扰动程度低于常规耕作，加之地表覆盖秸秆量大，对太阳直射和地面有效辐射有拦截和吸收作用，影响了土壤与大气间的水热交换，因而产生了相应的小气候特征，也改变了土壤的理化性状及杂草发生危害程度 。研究表明，保护性耕作措施可以增加土壤表层有机质含量、降低土壤温度、增加土壤含水量、降低土壤容重、延缓径流、增加降雨入渗、提高水分利用率 ，秸杆覆盖对杂草有一定的控制作用，且控草作用与覆盖量有关，而有一些研究则认为保护性耕作会提高土壤温度、增加土壤容重，使农田杂草数量增多、发育参差不齐、群落演替加快，增加防除难度。产量是不同耕作方式对作物自身及农田环境各种影响的综合反映。多数研究认为保护性耕作措施对冬小麦有增产效应，但各项研究增产幅度不同，也有研究发现保护性耕作措施对产量影响不明显” ，甚至有减产现象出现。黄淮海地区，以小麦、玉米一年两熟为主，是中国粮食主产区，目前生产中存在的问题是水资源不足、生产成本高、焚烧秸秆污染环境、地力持续下降、粮食高产压力大，所以有开展保护性耕作的迫切要求 。但由于耕作措施及试验地区的差异，有关保护性耕作生态效应的研究结果不尽相同。为此，笔者通过田间定位试验，研究了不同耕作方式对土壤物理特性、农田杂草、小麦产量及其构成因素的影响，旨在探索适合黄淮海地区的冬小麦保护性耕作方式，为保护性耕作技术在该地区的推广及小麦的稳产、高产提供理论依据。1材料与方法11试验时间和地点试验始于2008年冬小麦季，于2009年小麦收获后结束。试验地点位于山东省济南市历城区张马屯村(36431583”N，11762147”E)，该地属半干旱半湿润的暖温带大陆性季风气候，多年平均降水量665.3 mm，年均气温136。试验地常年种植模式为冬小麦与夏玉米轮作，其中，冬小麦为旋耕播种，夏玉米免耕播种，土质为轻壤土。12试验材料供试冬小麦(Ttiticum aestivumL)品种为济麦22号，前茬玉米(ZeamaysL)品种为郑单958，覆盖及还田用玉米秸秆均为前茬玉米果穗收获后残余植株。3试验设计 试验共设5个处理，分别为旋耕(RT ，耕深12 cm左右，下同)、旋耕秸秆还田(RTS，玉米秸秆随着旋耕就地粉碎、混入土中，还田量为6000 kghm 2)、免耕不覆盖秸秆(NT)、免耕覆盖秸秆3000 kghm2 (NTS3000，覆盖用玉米秸秆预先粉碎至5 cm左右，播种后覆盖，下同)、免耕覆盖秸秆6000 kghm2 (NTS6000)，每个处理3次重复，小区面积为25 m33 m，完全随机区组排列。各处理小麦播种量均为135 kghm2，试验地基施纯N 160 kghm2 ，P2O5 150 kghm2 ，K20 105 kghrn2。小麦全生育期共降水3500 mm，未进行人工灌溉，试验区不除草。14研究内容与方法141不同耕作方式对土壤物理特性的影响 分别于小麦苗期、返青期、拔节期、孕穗期测定不同处理区05 cm、5-10 cm、1015 cm、1520 cm共4个土层的温度及含水量，其中，土壤温度于14：00时采用曲管温度计测定，因为此时耕作方式对土壤温度的影响效应最明显，含水量采用烘干法测定，土壤容重于播种前及收获后采用环刀法测定。142不同耕作方式对小麦田杂草的影响 杂草调查于小麦拔节期、杂草花果期进行。每小区按对角线5点取样，每点面积1 m2，记录各样点杂草种类、数量、株高及地上部鲜重。143不同耕作方式对小麦产量的影响 于小麦成熟期，每小区3点取样，每点收获1 m2 测产并室内考种。15统计分析采用Excel 2003和SPSS 130对数据进行处理，采用邓肯多重比较法(DuncanS multiple range test，DMRT)进行差异显著性分析。2结果与分析21不同耕作方式对土壤物理特性的影响211不同耕作方式对土壤含水量的影响 在小麦生长的4个重要时期，5种耕作方式对土壤含水量的影响有所不同(图1略)。小麦苗期不同耕作方式对土壤含水量的影响主要在010 cm土层，且随着土层的加深不同处理间差异减小。与2种旋耕处理(RT、RTS)相比，3种免耕处理(NT、NTS3000、 NTS6000)可显著( PO05)提高0-5 cm土壤含水量，其中，NTS3000处理的含水量(188)比RT处理高8。小麦苗期不同耕作处理区0-20 cm土壤平均含水量由高到低的顺序为：NTS3000NTS6000RTSNTRT。2008年冬季试验区降水较往年偏少，返青期测定土壤含水量前1个月降水量仅为46 mm，同时由于小麦生长耗水，与苗期相比，小麦返青期不同耕作处理区土壤含水量均有所减少，且处理间差异显著(P 005)，小麦返青期不同耕作处理区020 cm土壤平均含水量由高到低的顺序为：NTS，NTS3000NTS6oooNTRTSRT。不同处理间含水量最大差异为NTS NTS3000与RT试验区05 cm土层，前者含水量比后者高6。由于小麦返青后生长加速，耗水量增加，与返青期相比，小麦拔节期不同耕作处理区土壤含水量均有所减少，同时，由于小麦逐渐封垄，不同处理间含水量差异减小，在010 cm土层，RTS区含水量显著高于(P005)其余4种耕作处理区，1020 cm土层含水量不同处理间差异不显著(P005)。在测定孕穗期土壤含水量的前5天有一次较大的降雨(583 mm)，所以孕穗期土壤含水量较前3个测定时期有较大提高，且随着土层的加深，含水量逐渐降低，与3种免耕处理含水量一直降低不同，2种旋耕处理在1015 cm土层的含水量相对稳定，这可能与旋耕耕深较浅(12 cm左右)形成的犁底层阻隔有关。由于孕穗期小麦已完全封垄，不同耕作处理间含水量差异不显著(P005)。212不同耕作方式对土壤温度的影响 在4个测量时期，不同耕作处理区土壤温度均随着土层的加深呈降低趋势，且处理间差异减小，不同耕作处理区土壤温度差异主要在小麦拔节期以前(图2略)。小麦苗期，覆盖秸秆处理区NTS、 NTS 30000-20 cm土层温度显著低于其余3种处理区(PNTS3000RTRTSNT，不同耕作处理区515 cm土壤容重差异较小；从15-20 cm土壤容重看，2种旋耕处理区(RTS、RT)容重显著大于3种免耕处理区(NT、NTS3000、NTS6000)。22不同耕作方式对小麦田主要杂草的影响试验区小麦田发生量大的杂草主要有麦家公(Lithospermum alVellSe L)、播娘蒿(DescurainiaSophia(L_)webb)和荠菜(Capsella bursa-pastozis(L)Medic)(表2略)，不同耕作处理对3种杂草密度、株高、鲜重均有较大影响。与RT相比，NT、NTS3000、NTS6000可明显降低麦家公的发生密度、株高及鲜重，其中，NTS6000对麦家公的抑制作用最强，株防效、株高抑制率及鲜重抑制率分别为613、325、705，RTS可显著降低麦家公的发生密度，但单株平均株高及鲜重高于RT。不同耕作处理对播娘蒿的影响基本同麦家公，与RT相比，NTS6000对播娘蒿的株防效、株高抑制率及鲜重抑制率分别为415、468、895 。RT与RTS区荠菜发生密度、株高及鲜重差异不显著，但均明显低于3种免耕处理区(NT、NTS3000、NTS6000)，其中，以NT区荠菜发生量最大，其发生密度、株高及鲜重分别是RT区的106倍、33倍和107倍。23不同耕作方式对小麦产量及其构成因素的影响不同耕作方式间小麦产量及其构成因素有明显的差异(表3略)。小麦籽粒产量由高到低的顺序为：NTS3000NTRTRTSNTS6000，与RT相比，NTS3000、NT区小麦产量分别增加l30、83，RTS、NTS6000区小麦产量分别降低91和174。从产量构成因素分析，NTS3000区虽然有效穗数较低，但穗粒数及千粒重显著大于RT区，因此表现为增产，NT区表现为增产则主要是因为有效穗数及千粒重的显著增加，而RTS区虽然穗粒数及干粒重较大，但有效穗数却显著低于RT区，因此表现为减产，NTS 3000区表现为减产则主要与有效穗数及穗粒数的显著减少有关。3结论与讨论适宜的土壤条件是发挥旱区土壤生产潜力的重要因素，土壤肥力的下降和农田生态环境的恶化，直接制约粮食的优质、稳产、高产。保护性耕作技术对于改善土壤环境具有多种独特的生态经济作用 ，强调有机培肥，注重秸秆还田，是世界农业可持续发展的必然趋势 。不同耕作方式动土程度不同，形成了不同的土壤环境。笔者研究结果表明，免耕及覆盖秸秆可显著提高小麦拔节前表层土壤含水量，覆盖秸秆处理可显著降低小麦拔节期以前尤其是苗期的土壤温度，随着小麦的生长发育，作物覆盖度增加，处理问土壤含水量及温度差异逐渐减小。小麦生育前期水分充足有利于根系发育，是小麦获得高产的重要基础，在拔节期NT、NTS3000、 NTS6000区土壤含水量较低，可能是因为小麦生长后期耗水量增加，免耕及覆盖秸秆在有效减少棵间蒸发的同时增加了作物的蒸腾量，变非生产性耗水为有效耗水，有利于水分利用效率和小麦产量的提高嘲。与RT相比，小麦收获后，免耕及覆盖秸秆可明显增加05 cm表土层容重、降低1520 cm土层容重，主要原因是旋耕耕深较浅(12 cm左右)，而免耕处理不对土壤进行翻耕扰动，同时有前茬玉米残茬留田，有利于蚯蚓等土壤生物的生存和活动，从而使土壤容重降低、孔隙度增加，有利于土壤的蓄水保墒及作物增产。农田杂草作为农田生态系统的组成部分，是长期适应气候、土壤等因素及与作物竞争的结果。笔者研究结果表明，不同耕作方式对试验区3种主要杂草有不同的影响，与旋耕处理相比，免耕及覆盖秸秆可明显降低麦家公、播娘蒿的发生，而加重荠菜的发生危害，旋耕秸秆还田对荠菜的影响不显著，可降低麦家公、播娘蒿的发生密度，但有使其单株平均株高、鲜重增加的趋势。究其原因可能是不同耕作方式导致杂草生存的外部环境条件不同，特别是土壤受扰动程度和光温水肥条件不同，而不同杂草的生长习性、对土壤理化性质的响应、种子大小及在土壤中的垂直分布、生态位宽度等有差异，从而影响了杂草的生长。耕作措施的差异，导致水、肥、气、热及杂草发生危害的变化，进而影响小麦的生长状况。笔者研究结果表明，秸秆覆盖或混土还田处理均会造成小麦有效穗数降低，这主要是因为有秸秆存在情况下播种质量差、缺苗断垄严重、单位面积苗数不足，且有效穗数随秸秆量的增加而降低 。与RT处理相比，NTS3000处理因有较大的穗粒数及千粒重、NT因有较大的有效穗数及于粒重均表现为增产效果，而RTS处理因秸秆浅混土后小麦有效穗数会显著降低，表现为减产，NTS6000处理则因覆盖秸秆量较大，小麦出苗率低且后期贪青晚熟，造成小麦有效穗数及穗粒数显著降低，减产明显。现代农业越来越强调高产和高效，如何在生产过程中减少不必要的物质、机械和人工投入，而又不影响作物生长和