休闲期耕作方式对旱地麦田土壤性状及产量的影响

金永贵，原亚琦，林 文，卫爱波，高培芳，孙 敏，高志强

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

黄土高原气候干旱且雨季与小麦生育期错位，因而造成旱作小麦产量低且不稳。为促进旱作小麦高产稳产，解决的关键在于提高休闲期的降雨利用程度[1-2]。休闲期耕作措施可以改变土壤物理性状，使土壤的蓄水能力出现差异，还能影响团粒比例，进而导致化学和生物性状的不同[3-5]。李晓龙等[6]研究表明，以浅旋休闲期耕作为对照，深翻和深松可以改善耕层土壤物理结构，其中，深翻能够显著改善20～60 cm 耕层的土壤物理结构，深松对40～60 cm土层土壤结构的改良效果较为明显，并使0～60 cm土层土壤蓄水量升高。秦红灵等[7]研究表明，深松较免耕能够降低表层土层容重，增加接纳雨水的能力，进而减少0～50 cm 土层的作物耗水量，促进根系对50～100 cm 土层土壤水分的消耗，最终增产约18.29%，水分利用效率增加约9.68%。

本研究在休闲期实施不同的休闲期耕作方式（深翻、深松和免耕），研究休闲期不同耕作方式对旱地冬小麦土壤理化性质、作物耗水规律及产量的影响，以期为晋南旱作麦区寻求合理的休闲期耕作技术体系提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

本试验于2013—2014 年在山西农业大学运城市闻喜县试验基地进行。试验地位于黄土高原南部，为丘陵旱地，属于典型的半干旱气候，无灌溉条件，夏季休闲。小麦播种前试验田0～20 cm 土层土壤含有机质10.55 g/kg，速效磷17.64 mg/kg，碱解氮37.65 mg/kg。种植制度为夏季休闲制，即从前茬小麦收获至下茬小麦播种期间，农田为裸地。图1 为试验地降水量。

1.2 试验材料

供试小麦品种为晋麦92，由山西省闻喜县农业委员会提供。

1.3 试验设计

试验设免耕（CK）、深翻（深度为15～20 cm）、深松（深度为18～23 cm）3 个休闲期耕作处理，前茬小麦收获后留高茬（20～30 cm），2013 年7 月20 日进行休闲期耕作，9 月25 日耙耱收墒，播前基施有机肥1 500 kg/hm2、纯氮150 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，每种休闲期耕作方式均设置不施肥对照。10 月4 日播种，播量97.5 kg/hm2，常规管理。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤容重、孔隙度测定 采用环刀法分别测定休闲期耕作处理前和麦收后0～40 cm 土壤容重，并计算孔隙度[8]。

1.4.2 团聚体各粒级含量测定 采用湿筛法分别测定休闲期耕作处理前和麦收后0～40 cm 土壤团聚体粒径[9]。

1.4.3 土壤微生物C、N 含量测定 采用氯仿-K2SO4测定分别测定休闲期耕作处理前和麦收后0～40 cm土壤微生物C、N 含量[10]。

1.4.4 土壤水分测定 分别于小麦播种期、越冬期、拔节期、开花期和成熟期，采用土钻法取0～300 cm（每20 cm 一个土层）土壤，烘干法测定土壤含水量[11]。

1.4.5 成熟期考种 在未扰动样区内取样，每小区测定2 m2小麦产量，折算公顷产量。

1.5 数据统计

采用Execl 2003 整理数据，SPSS 22.0 进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 休闲期耕作对麦田土壤物理性质的影响

2.1.1 对容重、孔隙度的影响 由表1 可知，休闲期耕作处理较免耕（CK）显著降低了麦田土壤容重、显著提高了土壤孔隙度。其中，深翻、深松处理容重较CK 分别降低1.61%和1.61%，孔隙度分别较CK提高1.41%和1.41%；CK 的容重低于处理前，孔隙度则高于处理前，但二者间差异均不显著。可见，休闲期耕作处理能够显著降低麦田土壤容重、显著提高土壤孔隙度。

表1 休闲期耕作对麦田土壤容重和孔隙度的影响

2.1.2 对团粒结构的影响 由表2 可知，处理前和免耕（CK）、休闲期耕作处理的麦田土壤团粒结构粒径占比最大的是分别是0.25～0.5、0.5～1.0 mm。与CK 相比，深翻、深松处理土壤中＞2 mm 团粒粒径所占比例下降，但差异不显著；1～2 mm 团粒粒径所占比例分别增加34.32%、93.30%，其中，深松处理与CK 差异显著；0.5～1.0 mm 团粒粒径所占比例显著增加，增幅分别是38.85%、32.12%，其中，深翻处理高于深松处理，二者间差异不显著；0.25～0.50 mm 团粒粒径所占比例显著降低，降幅分别是44.27%、41.96%；＜0.25 mm 团粒粒径所占比例显著降低，降幅分别是32.74%、27.43%。CK 较处理前，0.5～1.0 mm 团粒粒径所占比例显著增加，增幅达29.44%；0.25～0.50 mm 团粒粒径所占比例显著降低，降幅达19.84%。可见，休闲期耕作处理麦田土壤≥0.25 mm团粒粒径比例显著增加。

表2 休闲期耕作对麦田不同粒径团粒结构的影响 %

2.2 休闲期耕作对麦田生物性状的影响

由表3 可知，休闲期耕作处理较免耕（CK）显著增加麦田微生物碳和氮含量。深翻、深松处理较CK 微生物碳含量分别增加35.88%、67.60%，微生物氮含量分别增加117.02%、155.44%；深翻处理微生物碳、氮含量低于深松处理，但二者间差异不显著；CK 微生物碳、氮含量高于处理前，但与处理前差异不显著。可见，休闲期耕作可以显著提高麦田土壤微生物碳、氮含量。

表3 休闲期耕作对麦田微生物碳、氮含量的影响 mg/kg

2.3 休闲期耕作对小麦阶段耗水及总耗水的影响

2.3.1 对小麦阶段耗水的影响 从表4 可以看出，小麦全生育期耗水量呈先增加后降低的趋势，休闲期耕作处理较CK 显著增加越冬期—拔节期、开花期—成熟期耗水量。其中，深翻和深松处理播种期—越冬期的耗水量及其所占比例与CK 间差异不显著；越冬期—拔节期的耗水量较CK 显著增加，但其所占比例间差异不显著；拔节期—开花期的耗水量与CK 间差异不显著，但其所占比例显著降低；开花期—成熟期的耗水量及其所占比例均较CK 显著增加，增幅分别为34.77%和35.13%、23.27%和22.77%。可见，休闲期耕作处理可以显著提高花后小麦耗水量及其占总耗水的比例。

表4 休闲期耕作对小麦生育阶段耗水量的影响

2.3.2 对小麦总耗水、土壤水分的影响 由表5 可知，土壤蓄水占总耗水的比例大于降水占总耗水的比例，休闲期耕作较CK 播种期土壤蓄水量、总耗水量和土壤耗水量显著增加。深翻、深松较CK，土壤总耗水显著增加，增幅分别是9.33%、10.07%；播种期土壤蓄水量显著增加，增幅分别是15.26%、20.14%；土壤播种期蓄水消耗量显著增加，增幅分别是16.18%、21.30%，其比例显著增加；降水量比例显著降低。可见，休闲期耕作显著增加播种期土壤蓄水量，进而使土壤耗水量和总耗水量显著增加。

表5 休闲期耕作对旱地小麦总耗水量的影响

2.4 休闲期耕作对小麦产量及水分利用率的影响

表6 休闲期耕作对小麦产量及水分利用效率的影响

从表6 可以看出，休闲期耕作处理小麦产量、降水利用效率较CK 处理显著增加，土壤水分利用效率显著降低。其中，深翻、深松处理产量较CK 分别显著增加5.06%、7.68%；土壤水分利用效率显著降低；降水利用效率显著增加，增幅分别是5.07%、7.70%。可见，休闲期耕作能够显著增加降水利用效率，显著降低土壤水分利用效率，同时显著增产。

2.5 土壤性状与产量、耗水的关系

以产量为母序列，以土壤的物理、生物性状及小麦阶段耗水量为子序列进行关联度分析，得到表7。关联系数能反映出子序列和母序列之间的紧密程度[13]。从表7 可以看出，关联系数大小依次为X8＞X3＞X9＞X7＞X2＞X5＞X10＞X1＞X4＞X6。选取关联系数＞0.5 的因子作为与产量关系较为紧密的变量，符合要求的因子有X8（越冬期—拔节期阶段耗水量）、X3（≥0.25 mm 的团粒结构）、X9（拔节期—开花期阶段耗水量）、X7（播种期—越冬期阶段耗水量）。可见，土壤≥0.25 mm 的团粒结构和播种期—开花期阶段耗水量与产量关联系数较大。

表7 土壤性状、小麦阶段耗水量与产量的灰色关联分析

3 结论与讨论

休闲期耕作可以减少风蚀，增加土壤有效蓄水；降低水蚀，有利于降雨过程中水分入渗。休闲期耕作还可以改良土壤[14]，例如，在北京和内蒙古武川县，长期休闲期耕作分别使农田土壤表层（0～10 cm）有机质含量提高21.70%和10.50%；提高土壤固碳能力，土壤碳储量上升，农田化肥使用量减少10%～20%，进而提高作物产量和收益，旱地作物产量提高5%以上，农民收益增加20%～30%[15]。本研究表明，与免耕相比，休闲期耕作可以改善土壤物理性状，深翻、深松处理土壤容重分别降低1.61%和1.61%、土壤孔隙度分别提高1.41%和1.41%；＜0.25 mm 团粒粒径显著降低，降幅分别是32.74%、27.43%，增加了土壤≥0.25 mm 团粒粒径比例。这与张仁陟等[16]、冯跃华等[17]研究结果相同，不同休闲期耕作方式下耕层土壤容重、孔隙度差异显著，团粒结构差异极显著。与CK 相比，休闲期耕作可以改善土壤生物性状，深翻和深松处理的微生物碳含量、氮含量分别显著提高了35.88%和67.60%、117.02%和155.44%，这与前人研究结果一致，休闲期耕作可以提高微生物碳含量[18]和氮含量[19]。

本研究表明，休闲期耕作处理较免耕处理显著提高花后小麦耗水量及其占总耗水的比例，深翻、深松处理开花期—成熟期阶段的耗水量及其比例显著增加，幅度分别是34.77%和35.13%、23.27%和22.77%，这与刘庆建等[20]和褚鹏飞等[21]的研究结果一致，深松和深翻可以提高小麦花后耗水量。同时，休闲期耕作可以显著提高播种期土壤蓄水量，深翻和深松处理较免耕处理分别增加15.26%、20.14%；显著增加土壤耗水量16.18%、21.30%，且使总耗水量显著增加9.33%、10.07%[20]；休闲期耕作显著提高降水利用效率，深翻和深松处理分别较CK 增加5.07%和7.70%。这与前人休闲期耕作能够增加播前底墒[20]和土壤耗水量[22]、提高自然降水利用效率[23]的研究结果一致。

刘左军等[24]研究表明，增加粒径＞0.25 mm 团聚体总数，能提高小麦千粒质量和淀粉含量。原亚琦等[11]和刘庆建[20]等研究表明，增加旱地小麦花前耗水，能够提高小麦产量。本试验以产量为母序列、以土壤的物理、生物性状以及小麦阶段耗水量为子序列进行关联度分析，结果显示，土壤≥0.25 mm 的团粒结构及播种期—越冬期、越冬期—拔节期、拔节期—开花期阶段耗水量关联系数较大。

本试验结果表明，与免耕相比，休闲期耕作可以改善土壤物理性状，降低土壤容重、提高土壤孔隙度，增加土壤≥0.25 mm 团粒粒径比例；休闲期耕作可以改善土壤生物性状，提高麦田土壤微生物碳、氮含量。休闲期耕作可以增加播前底墒，显著增加小麦花后的耗水，进而显著增加土壤耗水量，使总耗水量显著增加，显著增加降水利用效率，同时小麦产量显著增加5.06%～7.08%。