东北地区不同耕作方式下土壤温度的动态变化

东北地区不同耕作方式下土壤温度的动态变化马春梅;邸伟;赵泽松;宋秋来;刁晓林;曾祥亮;杨悦乾;龚振平【摘要】针对东北地区常见的4种耕作方式(留茬覆盖、留茬无覆盖、旋耕和翻耕起垄)，测定了玉米田土壤温度的动态变化.结果表明:留茬覆盖处理土壤温度较低，但并未低于出苗的最低界限温度;由于土壤含水量较高，出苗效果良好,秸秆全量还田，有利于土壤肥力的恢复与提高.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷)，期】2009(031)010【总页数】5页(P146-149,214)【关键词】耕作方式;土壤温度;留茬覆盖;东北地区【作者】马春梅;邸伟;赵泽松;宋秋来;刁晓林;曾祥亮杨悦乾;龚振平【作者单位】东北农业大学，农学院,哈尔滨150030;黑龙江省农业科学院，土壤巴料研究所,哈尔滨150086;东北农业大学，农学院,哈尔滨150030;东北农业大学，农学院,哈尔滨150030;东北农业大学，农学院,哈尔滨150030;东北农业大学，农学院,哈尔滨150030;东北农业大学，农学院,哈尔滨150030;东北农业大学，农学院,哈尔滨150030;东北农业大学，农学院,哈尔滨150030【正文语种】中文【中图分类】S3440引言传统耕作方法对土壤多次耕翻和耙耱，使农田土壤裸露，导致水土流失。保护性耕作是指能够保持水土、培肥地力和保护生态环境的耕作措施与技术体系，以秸秆覆盖和少耕免耕为中心内容，其技术的实质性特点是历年的作物秸秆不断地在土壤表层累积，逐渐形成肥沃的腐殖层。黑龙江省水蚀面积为8.65x104km2，风蚀面积为0.89x104km2,土壤侵蚀面积在全国32个省市自治区排名第9位，仅次于西北。保护性耕作有残茬覆盖，可以减轻耕地水蚀和风蚀，培肥地力，改善生态环境［1-5］。黑龙江省是农业大省，耕地面积约占全国耕地的1/10，是典型的寒地旱作农业区。东北黑土区是世界上三大黑土区之一，开垦历史已有100-300a之久［6］。黑土开垦后，黑土的肥力性状发生了变化，有部分土壤向着不断培肥熟化的方向发展，但大量的、比较普遍的则是土壤肥力呈不断下降趋势。黑土退化主要表现在土壤水土流失严重、有机质含量下降，作物养分减少并失去平衡、土壤理化性状恶化和动植物区系减少等，严重影响黑龙江省农业持续高效发展。因此，开展保护性耕作土壤肥力动态及调控机理的研究，充分利用保护性耕作抗风蚀、减少径流、改善土壤结构和增加土壤肥力的优势，对于黑龙江省黑土区的保护与培肥及优质高效农业的持续发展具有重大的现实意义和长远意义。本试验对4种耕作方式下的土壤温度动态变化进行测定，以阐明耕作方式与土壤温度动态变化的关系，为保护性耕作的实施提供理论参考和依据。1材料与方法1.1试验材料供试作物为玉米，品种为平安18。1.2试验设计自2005年起，在东北农业大学香坊农场试验地进行试验，前茬为豆茬，秋翻起垄。设置留茬覆盖（秋季人工收割玉米，留茬越冬，春季免耕播种后将铡成40~50cm长的玉米秸秆均匀覆盖）、留茬无覆盖（秋季人工收割玉米，留茬越冬，春季免耕播种）、旋耕（秋季人工收割玉米，留茬越冬，春季用旋耕机整地后机械播种）和翻耕起垄（秋季人工收割玉米，留茬越冬，春翻后起垄机械播种）等4种模式大区定位试验区。每个处理20垄，100m行长，秸秆覆盖量相当于全部秸秆产量，在玉米5~6叶期中耕培土一次。2007年4月30日播种玉米，株距25cm，行距70cm。肥料施用量为尿素100kg/hm2，磷酸氢二铵150kg/hm2，硫酸钾150kg/hm2。1.3测定方法在玉米出苗前，用曲管地温计测不同处理和不同土壤深度（5cm、10cm、15cm、20cm、25cm）条件下的土壤温度，每次观测时间分别为早6:00、中午13:00和晚17:00。2结果与分析作物种子萌发、出苗和根系吸收养料等都需要适宜的土壤温度范围，过高或过低都会影响根系吸收能力，从而影响作物生长发育。2.1不同土层温度动态变化东北地区玉米播种季节地温普遍偏低，播种过早，若遭遇〃倒春寒”天气，极易发生〃粉种”现象。研究表明，秸秆覆盖会降低土壤温度，尤以全量秸秆覆盖时的土壤温度较低。本文在玉米播种后的早晨6:00测定了不同处理、不同土壤层次的温度。结果表明，留茬覆盖处理是春季免耕播种后将铡成40~50cm长的玉米秸秆均匀覆盖于地表，但由于采用的是垄作方式，在春风的作用下，秸秆基本是覆盖在垄沟中，其土壤温度处于较低水平，尤其是在5月22日空气温度没有明显升高之前表现明显。在此之后，土壤温度与其他处理间差异不明显，但在20cm以下层次，留茬覆盖处理的土壤温度一直处于最低水平，与其他处理相差较多。这种作业方式虽然地温略低，但保墒效果较好，并且秸秆全部还田，有利于增加土壤有机质含量，减少农田生态系统的物质流损失，如能采用机械收获玉米同时粉碎抛撒秸秆的方式，对于春旱严重地区来说是非常好的耕作方式。留茬无覆盖处理是秋季留茬越冬、春季采用免耕播种机播种，一次完成开沟、施肥、播种、覆盖和镇压的作业。这种作业方式动土量小，对土壤的扰动少，土壤温度表现为5，15cm层次最高，其他层次处于较高水平。可见，留茬无覆盖处理的土壤温度不是种子萌发与作物生长的障碍因素，并且其土壤墒情较好，适合在缺少燃料和不能机械收获的地区采用。旋耕是目前东北地区春季整地中常见的耕作方式，所需动力较大、细碎土壤效果好，但如在容易发生春旱地区采用，常常会加深旱情，并且土质过于细碎，在春风较大地区会造成风蚀现象。旋耕处理的土壤温度在10，20和25cm层次最高，尤其是由于旋耕机作业深度可达20cm左右，旋过的土壤疏松且孔隙度较大，在土壤深层次的增温效果更为明显。翻耕起垄的作业方式在东北地区也较常见，在春季顶浆打垄播种或是扣空垄播种，若是玉米连作地块，还需事先人工或机械清除玉米残茬。由于增加了翻地环节，在农时较紧或是机械紧缺的地区，此种耕作方式显得力不从心，其土壤温度一直处于较低的水平，仅高于留茬覆盖秸秆的处理，如表1所示。表1土壤温度（早6:00）Tab.1Soiltemperature°C土层深度处理5月9日5月15日5月22日6月3日6月9日6月16日6月22日5cm留茬覆盖4.57.515.515.217.520.924.0留茬无覆盖7.89.418.515.519.521.924.9旋耕翻耕起垄7.28.516.815.818.521.622.210cm留茬覆盖5.08.415.316.118.021.221.4留茬无覆盖7.08.515.715.318.020.919.5旋耕7.39.816.816.018.521.222.3翻耕起垄6.88.715.515.818.020.920.715cm留茬覆盖5.07.713.815.517.020.020.8留茬无覆盖8.011.217.716.919.021.921.5旋耕8.210.516.416.518.521.321.4翻耕起垄7.29.014.715.617.520.420.120cm留茬覆盖5.78.013.315.517.019.719.7留茬无覆盖8.010.215.316.518.521.221.0旋耕9.511.516.816.819.021.621.7翻耕起垄7.99.514.816.118.020.820.825cm留茬覆盖6.18.012.615.316.519.419.1留茬无覆盖8.59.814.215.717.519.920.0旋耕9.712.617.217.520.022.122.8翻耕起垄8.59.714.217.017.020.420.7与早晨的测定结果相比，各处理间的土壤温度变化规律相似，但中午13:00所测得的土壤温度波动较大，5cm土层在5月22日之前以留茬无覆盖处理温度最高，留茬覆盖处理温度最低。由于空气温度的升高，近地面空气与土壤空气间交换频繁，5月22日以后，这种差异已不明显。在10cm土层，留茬覆盖处理在前期土壤温度最低，但后期土壤温度与其他处理间差异不明显；在15cm土层，以留茬无覆盖和翻耕处理的土壤温度较高，留茬覆盖处理同样表现为前期最低、后期有所回升的现象；在20，25cm土层，基本呈现为翻耕处理土壤温度最高、留茬覆盖处理土壤温度最低的现象，如表2所示。表2土壤温度（中午13:00）Tab.2Soiltemperature°C土层深度处理5月9日5月15日5月22日6月3日6月9日6月16日6月22日5cm留茬覆盖20.218.226.230.024.134.538.0留茬无覆盖27.223.731.630.025.237.338.8旋耕23.120.628.331.225.436.041.2翻耕起垄24.021.028.433.225.035.034.810cm留茬覆盖15.315.022.125.923.530.032.0留茬无覆盖17.916.523.925.122.828.630.8旋耕18.317.024.627.524.030.834.1翻耕起垄16.515.422.825.723.027.527.815cm留茬覆盖10.711.218.820.620.624.726.4留茬无覆盖15.515.922.823.123.226.827.9旋耕15.014.321.123.422.126.628.9翻耕起垄12.011.818.520.320.323.124.120cm留茬覆盖留茬无覆盖11.812.018.019.220.122.824.0旋耕11.912.718.720.020.823.825.8翻耕起垄10.210.716.818.119.421.222.225cm留茬覆盖7.58.713.715.517.519.721.2留茬无覆盖9.210.015.216.118.019.821.1旋耕11.712.918.219.020.323.024.7翻耕起垄9.19.815.016.018.219.821.1随着大气温度的降低，土壤温度也随之降低。晚17:00的测定结果表明，各处理的表层土壤温度差异不显著（5cm和10cm）。在15cm土层以下，留茬覆盖处理的土壤温度最低，在5月22日以前表现更为明显，此时期正是玉米苗期阶段，田间观察玉米苗初期长势略弱；但在后期温度回升以后，由于土壤未动土，墒情较好，生长迅速，且田间出苗率高。可见，虽然留茬覆盖处理土壤温度略低，但由于土壤水分含量较高，反而更有利于出苗，在玉米5~6叶期进行中耕培土作业，更进一步疏松了垄侧与垄沟土，增加了雨水入渗的能力，如表3所示。表3土壤温度的变化（晚17:00）Tab.3Soiltemperature°C土层深度处理5月9日5月15日5月22日6月3日6月9日6月16日5cm留茬覆盖留茬无覆盖15.516.723.324.526.527.3旋耕15.516.623.026.926.526.9翻耕起垄14.715.822.327.726.526.510cm留茬覆盖14.014.921.225.227.527.4留茬无覆盖15.215.522.323.625.525.8旋耕15.816.022.926.126.026.8翻耕起垄14.814.921.725.525.525.6续表3土层深度处理5月9日5月15日5月22日6月3日6月9日6月16日15cm留茬覆盖11.812.518.722.124.525.0留茬无覆盖旋耕15.015.321.624.224.526.4翻耕起垄13.313.120.623.123.024.020cm留茬覆盖10.511.216.820.521.523.3留茬无覆盖13.213.519.320.822.523.9旋耕13.514.120.121.222.524.5翻耕起垄12.012.118.220.321.523.025cm留茬覆盖8.78.714.917.519.021.3留茬无覆盖10.911.416.517.719.021.5旋耕13.014.019.520.021.524.0翻耕起垄10.510.816.318.019.521.52.2与土壤含水量的关系在播种后10d，测定了20cm土层的土壤含水量，结果表明：以留茬覆盖〉留茬无覆盖＞翻耕起垄〉旋耕，且留茬覆盖处理的土壤含水量远远高于其它处理，如图1所示。在温度正常的年份，采用留茬覆盖处理土壤含水量较高，保墒效果好，实现苗全苗齐，减少机械作业次数，节约燃油，节本增效。图1土壤含水量Fig.1Soilmoisture3结论土壤温度对作物生育影响是多方面的，如种子发芽、生长、开花结果、养分的释放和吸收都需要一定的温度。土壤温度过高或过低都不利于作物的生长发育。土壤温度高，化学反应速度快，有效养分释放多，土壤中有益微生物在高温季节活动旺盛，从而促进有机质矿化作用的进行，使土壤有效养分增多。温度上升可加强气体扩散作用，昼夜温差变化使气体热胀冷缩，这些都能加速土壤空气的更新。温度对水分运动影响也很大。温度高时，土壤水分运动加快；相反，土温下降，水分移动缓慢，甚至冻结［7］。土壤温度可直接或间接地影响土壤巴力各因素作用的发挥，是土壤肥力因素之一