半湿润区秸秆覆盖还田对玉米田土壤温度、水分的影响

寿春光，王景发，赵艺源

(吉林师范大学 旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000)

农业生产实践证实，以铧式犁翻耕为主的传统农业耕作方式，作物秸秆几乎就地焚烧或全部移走，导致土壤暴露，进而地表温度和水分损失严重，加剧了土壤贫瘠化和生态环境恶化[1]；而实施秸秆覆盖免耕技术，可有效减缓农田土壤风蚀和水蚀、增加土壤有机质含量、减轻秸秆焚烧对空气的污染[2-3]，尤其针对雨养农业区，可切实提高土壤持水率、保证粮食稳产高产[4]。目前，国内外学者就秸秆覆盖免耕降低土壤表层温度[5]、保持土壤水分含量[6]、提高作物水分利用率[7-8]等问题已开展了大量研究，但尚缺少不同秸秆覆盖量下土壤表层温度、水分及有机质空间差异的研究。

为证实半湿润区秸秆覆盖还田条件下，春季苗期土壤表层温度与水分的差异特征，试验以吉林省梨树县高家村黑土免耕试验田为研究对象，利用土壤温度水分测量仪测定不同秸秆覆盖量土壤表层温度和水分参数，分析不同秸秆覆盖量对土壤表层温度、水分的影响，为合理推广秸秆覆盖免耕技术、保护与开发中国东北黑土资源提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验始于2007年，在吉林省梨树县高家村进行，系中国科学院沈阳应用生态研究所保护性耕作研发基地，地理坐标43°18′51″～43°19′12″N，124°14′26″～124°14′31″E。属温带半湿润季风气候，年均气温5.8 ℃，年均日照时数2 698.5 h，年均降水量577.2 mm，无霜期152 d，降水主要集中在6—8月。土壤母质为壤质黏土，土壤类型为中层黑土。试验开始前该样地经历了以玉米连作为主的多年传统耕作。

种植的玉米品种为先玉335。播种所用机械为吉林康达2BMZF-4型免耕播种机，可在秸秆覆盖地表的情况下一次性完成精确播种、施肥和镇压作业。使用的仪器为德国IMKO公司的TRIME便携式土壤温度水分测量仪。

1.2 处理设计

4个处理，免耕无秸秆覆盖(NT-0)、免耕+33%秸秆量覆盖(NT-33)、免耕+67%秸秆量覆盖(NT-67)和免耕+100%秸秆量覆盖(NT-100)，小区面积8.7 m×30 m，采用随机区组设计，重复4次。试验区北侧设有30 m保护行，西侧设有15.5 m保护行。试验选取样地周边常规传统垄作为对照(CK)。

免耕秸秆不同覆盖处理为每年秋收后留茬约30 cm，秸秆按不同覆盖量(秸秆覆盖量100%约为7 500 kg·hm-2，NT-67、NT-33、NT-0分别为秸秆总量的67%、33%、0)均匀覆盖地表，剩余秸秆移走，春季直接播种，不再整地。常规耕作处理秋季收获后留茬约30 cm，秸秆全部移出，灭茬旋耕，起垄作业，除播种、追肥外，不再扰动土壤，垄高约15 cm，垄距约60 cm。

1.3 测定项目及方法

测定日期为2016年5月22日，玉米苗期。采用“三角形”三点测量法，测量时避开样区边缘，每个测量点重复3次，测量时间为13:00—14:00，风速2.5 m·s-1，风向NEE，空气温度29 ℃。

采用时域反射(Time Domein Reflectometry)法测定土壤含水量[9]，测量深度为地下0～16 m，水分用体积含水量表示。温度测量为地表温度。

试验数据采用Excel 2013软件处理。

2 结果与分析

2.1 表层土壤温度特征

处理(NT-0、NT-33、NT-67、NT-100)土壤表层温度均低于对照(表1)。随着秸秆覆盖量的增加，土壤表层温度呈下降趋势，总体趋势为NT-100

表1 不同秸秆覆盖量条件下土壤表层温度与水分特征

2.2 表层土壤水分特征

处理(NT-0、NT-33、NT-67、NT-100)土壤表层含水量均高于对照(表1)，秸秆覆盖对土壤表层含水量影响明显。其变化趋势为NT-100>NT-67>NT-33>NT-0>CK，即随着秸秆覆盖率的增加，土壤含水量也随之增加。NT-0处理土壤表层水分含量比对照提高了28%；NT-33、NT-67处理比NT-0处理增加了31%、34%；NT-100处理与对照差异明显，水分含量提高了40%。

3 小结与讨论

土壤温度状况决定着土壤中物质迁移转化过程和肥力特征，对区域水分循环过程具有重要影响[10]。春季土壤表层温度随着玉米秸秆覆盖量的增加而降低，秸秆覆盖量影响土壤表层温度变化率。秸秆覆盖阻止太阳直接辐射，减小了土壤热量散失[11]。王兆伟等研究表明，秸秆覆盖量越大对温度影响越明显[11-13]，本试验结果与其结论一致。但也应指出，高秸秆覆盖量，土壤表层所接受到的太阳辐射量减少，温度也随之降低，会减缓春季播种期地温的回升[14]。因此，在秸秆覆盖免耕基础上，可尝试发展宽窄行播种、秸秆还田年限控制以及秸秆非均匀还田的模式。

土壤水分含量的多少及存在形式，决定着土壤形成发育过程及肥力水平与自净能力[15]。耕层土壤含水量受耕作方式影响较大，随秸秆覆盖量增加土壤表层含水量增加明显。秸秆覆盖可在不同程度上提升表层土壤的持水能力[6]、蓄水抑蒸、促进作物生长，从而有利于雨养农业区作物的生长发育，提高农作物的产量。