于曉芳，趙曉宇，胡樹平，高聚林，崔 濤，王富貴

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，呼和浩特 010019）

內(nèi)蒙古河套平原位于巴彥淖爾市，是內(nèi)蒙古自治區(qū)糧食主產(chǎn)區(qū)之一，每年生產(chǎn)糧食445.0萬噸[1]。其中，玉米種植面積為25.0萬公頃，產(chǎn)量為221.0萬噸(2016年)，占該區(qū)玉米總產(chǎn)量的10.68%。耕地質(zhì)量是耕地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，其中包含土壤的養(yǎng)分含量和物理結(jié)構(gòu)等，不同的耕地質(zhì)量作物的產(chǎn)量存在較大差異[2]。作物產(chǎn)量是反映土壤肥沃性的一個(gè)重要指標(biāo)，是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合反映。內(nèi)蒙古河套平原地域?qū)拸V、農(nóng)田土壤肥力分布不均勻、玉米產(chǎn)量差異較大[3]。加之，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)以小農(nóng)機(jī)具連年淺旋耕作方式為主，導(dǎo)致耕層變淺、犁底層變硬、土壤保水保肥能力下降[4]，次生鹽漬化加重，從而限制了玉米產(chǎn)量的提高[5]。

前人研究表明，深松和深翻均可打破犁底層，降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的孔隙度，提高土壤肥力，從而有利于作物生長發(fā)育和提高產(chǎn)量[6-7]。兩種耕作方式不同，深翻是通過鏵式犁疏松土壤，擾動(dòng)土層，使得上下土層翻轉(zhuǎn)、混合，是一種傳統(tǒng)的農(nóng)田耕作方式；深松是利用專用深松旋耕機(jī)深松鏟，將土壤耕松而不翻轉(zhuǎn)表土層，進(jìn)而打破傳統(tǒng)耕作留下的堅(jiān)實(shí)犁底層，但不會(huì)造成上下土層的混合。因此，二者對土壤的作用效果不盡相同。目前，關(guān)于兩種耕作方式作用效果及其機(jī)理的研究主要集中在相鄰地塊同等土壤肥力條件下的土壤理化性狀和作物產(chǎn)量的比較分析，而對不同土壤肥力水平下二者作用效果的研究結(jié)果鮮見報(bào)道。

近年來內(nèi)蒙古河套平原部分地區(qū)小面積開展了深松及深翻耕作，但其作用效果及其機(jī)制尚未見報(bào)道。因此，本研究在該地區(qū)選擇采取深松和深翻的不同肥力地塊，進(jìn)行取樣測試分析，以期探究兩種耕作方式對河套平原不同肥力水平的土壤理化特性與玉米產(chǎn)量的作用效果，為該地區(qū)針對不同土壤肥力水平采取適宜的深耕方式來改善土壤結(jié)構(gòu)、提高玉米產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)，也為我國其他地區(qū)相同土質(zhì)采取適宜的深耕措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

2015年在內(nèi)蒙古河套平原進(jìn)行調(diào)研取樣，該地區(qū)地形平緩，平均坡度約0.02%；土壤以粉質(zhì)黏土、輕粉質(zhì)黏土為主，還有少量細(xì)粉砂土；屬于干旱—半干旱氣候，年均降雨量160 mm，年均蒸發(fā)量2000 mm，年平均氣溫7℃[3]。灌區(qū)內(nèi)以引黃灌溉為主，全年灌水3～7次，年均引黃水量約1.17 × 109m3[8]。綜合考慮灌區(qū)玉米分布、灌溉、土壤、地下水等狀況，試驗(yàn)取樣點(diǎn)分布在巴彥淖爾市的烏拉特前旗、烏拉特中旗、五原縣、杭錦后旗、臨河區(qū)、磴口縣等地 (圖1)。

圖 1 取樣點(diǎn)分布示意圖Fig. 1 Schematic diagram of sampling sites

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與土壤取樣方法

每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別選低產(chǎn)土壤 (玉米產(chǎn)量低于7500 kg/hm2)、中產(chǎn)土壤 (玉米產(chǎn)量在7500～12000 kg/hm2)和高產(chǎn)土壤 (玉米產(chǎn)量高于12000 kg/hm2)，分別采取淺旋耕 (10—15 cm)、傳統(tǒng)翻耕 (20—30 cm) 和深松(30—35 cm) 3種耕作方式，共組成9個(gè)處理。每取樣點(diǎn)地塊為100 cm × 80 cm，分別取0—20 cm、20—35 cm、35—50 cm土層土樣。

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 土壤含水量、容重和三相比 1)土壤含水量和容重采用環(huán)刀法測定，于收獲后選擇具有代表性的地塊，挖長度為100 cm、寬80 cm、深60 cm的剖面，用修土刀刮平后，用環(huán)刀取0—20 cm、20—35 cm、35—50 cm土樣，稱重后，裝入密封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，在80℃烘箱內(nèi)烘干，再稱重，計(jì)算土壤容重和土壤含水量。

土壤容重 (g/cm3) = (烘干后帶土環(huán)刀重-環(huán)刀重) /環(huán)刀容積

土壤含水率 (g/kg) = (烘干前帶土環(huán)刀重-烘干后帶土環(huán)刀重) / (烘干后帶土環(huán)刀重-環(huán)刀重) × 1000

2) 土壤三相比的測定在取土樣同時(shí)，用DIK-1601土壤三相儀測定各土層土壤三相比[9]。所測定土壤樣品三相比與農(nóng)田土壤理想狀態(tài)下三相比 (固相50%，液相25%，氣相25%) 的偏離值[10]為R值，計(jì)算如下：

式中：R為所測定土壤樣品三相比與土壤理想狀態(tài)下三相比的偏離值；X為所測定土壤樣品固相的數(shù)值；Y為所測定土壤樣品液相的數(shù)值；Z為所測定土壤樣品氣相的數(shù)值；50為土壤理想狀態(tài)下固相的數(shù)值；第一個(gè)25為土壤理想狀態(tài)下液相的數(shù)值；第二個(gè)25為土壤理想狀態(tài)下氣相的數(shù)值。

1.3.2 土壤養(yǎng)分指標(biāo) 將取回的土壤樣品放置陰涼處通風(fēng)晾干，研磨后過0.15～0.25 mm土篩[9]，分別測定不同粒徑土樣的土壤養(yǎng)分含量。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—容量法測定；全氮采用半微量凱氏定氮法，用K-9840 型凱氏定氮儀測定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰光度法測定[11]。

1.3.3 土壤質(zhì)量指數(shù) 土壤質(zhì)量指數(shù)能夠綜合有效地反映土壤質(zhì)量的變異信息，采用加權(quán)求和模型對深松條件下土壤含水量、土壤容重、土壤全氮、土壤速效鉀等指標(biāo)，進(jìn)行土壤質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算[12]。

式中：FQI是土壤質(zhì)量指標(biāo)；Wi為第i個(gè)因子的權(quán)重；Fi為第i個(gè)因子的隸屬度；n為參評(píng)因子數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2003與Sigma Plot 12.5進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和繪制統(tǒng)計(jì)圖表，用SPSS 20.0 進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式對不同產(chǎn)量水平地塊土壤含水量、容重和三相比R值的影響

2.1.1 土壤含水量 由表1可知，0—50 cm以內(nèi)土層土壤含水量隨著土層深度與地塊產(chǎn)量水平的遞增而逐漸增加；在高、中、低三個(gè)產(chǎn)量水平下，土壤含水量均表現(xiàn)為旋耕 ＜ 翻耕 ＜ 深松；土壤含水量在不同產(chǎn)量水平土壤間和不同耕作方式間差異均達(dá)到極顯著水平，且耕作方式和土壤肥力水平間互作效應(yīng)達(dá)到顯著或極顯著水平。

進(jìn)一步對不同土壤肥力條件下各耕作方式對土壤含水量的作用效果進(jìn)行分析可知，在低、中、高產(chǎn)土壤下，深松均較旋耕顯著提高了0—50 cm土層的土壤含水量，低產(chǎn)土壤0—20、20—35、35—50 cm土層分別提高13.59%、21.22%、20.59%，中產(chǎn)土壤分別提高7.25%、16.58%、20.07%，高產(chǎn)土壤分別提高13.24%、11.35%、32.11%。而傳統(tǒng)翻耕在低產(chǎn)土壤下較旋耕顯著提高了0—20 cm和20—35 cm土層的土壤含水量，提高幅度分別為10.45%和16.07%；在中產(chǎn)土壤下僅20—35 cm土層的含水量較旋耕顯著提高了9.60%；在高產(chǎn)土壤下較旋耕顯著提高了20—35 cm和35—50 cm土層的含水量，提高幅度為5.36%和21.91%。進(jìn)一步將深松與傳統(tǒng)翻耕的作用效果進(jìn)行對比分析表明，在低產(chǎn)土壤下深松在35—50 cm土層的土壤含水量較傳統(tǒng)翻耕顯著高出14.00%，在中產(chǎn)土壤下0—50 cm土層二者的土壤含水量均無顯著差異，在高產(chǎn)土壤下深松在20—35 cm、35—50 cm土層的含水量較傳統(tǒng)翻耕分別顯著高出5.69%和8.37%。

2.1.2 土壤容重 由表2可以看出，土壤容重隨著土壤產(chǎn)量水平的提升而下降，各土層土壤容重的變化規(guī)律均表現(xiàn)為 20—35 cm ＞ 0—20 cm ＞ 35—50 cm。不同產(chǎn)量水平下，耕作方式對土壤容重的影響均表現(xiàn)為深松 ＞ 傳統(tǒng)翻耕 ＞ 旋耕；土壤容重在不同產(chǎn)量水平地塊間和不同耕作方式間均存在顯著差異 (P＜0.05) 或極顯著差異 (P＜ 0.01)，且耕作方式與產(chǎn)量水平間的互作效應(yīng)達(dá)顯著或極顯著水平。各產(chǎn)量水平地塊的耕作方式對土壤容重作用效果進(jìn)行分析表明，在低、中、高產(chǎn)田，深松較旋耕顯著降低了0—50 cm土層的土壤容重，低產(chǎn)田條件下0—20、20—35、35—50 cm各土層分別降低了5.73%、8.59%、5.23%，中產(chǎn)田分別降低5.81%、6.92%、5.96%，高產(chǎn)田分別降低6.71%、8.61%、7.59%。而傳統(tǒng)翻耕在低產(chǎn)田條件下0—20 cm和20—35 cm土層的土壤容重分別較旋耕顯著降低2.55%和4.91%；中產(chǎn)田水平下僅在20—35 cm土層較旋耕顯著降低3.14%；在高產(chǎn)田條件下0—50 cm土層的土壤容重與旋耕相比差異均不顯著。且傳統(tǒng)翻耕降低的幅度均小于同產(chǎn)量水平條件下深松對土壤容重的作用效果。

表 1 不同產(chǎn)量水平和耕作方式下的土壤含水量(g/kg)Table 1 Soil water content under different maize yield levels and tillage methods

表 2 不同產(chǎn)量水平和耕作方式下的土壤容重 (g/cm3)Table 2 Soil bulk density under different maize yield levels and tillage methods

深松和傳統(tǒng)深翻對土壤容重的作用效果對比分析表明，在低產(chǎn)田條件下深松在0—20 cm和20—35 cm土層的土壤容重較傳統(tǒng)翻耕顯著降低了3.27%和3.87%，在中產(chǎn)田條件下35—50 cm土層較傳統(tǒng)翻耕顯著降低3.40%，在高產(chǎn)田條件下的0—20、20—35、35—50 cm土層較傳統(tǒng)翻耕分別顯著降低5.44%、7.38%和6.94%。

2.1.3 土壤三相比R值 農(nóng)田理想的土壤三相比為固相50%、液相25%、氣相25%[10]，合理調(diào)控三相比為作物生長發(fā)育提供良好的水、熱、氣、肥條件，從而促進(jìn)玉米的根系下扎能力和營養(yǎng)吸收速率。R值為所測定土壤樣品三相比與土壤理想狀態(tài)下三相比的偏離值[9]。由表3可以得出，不同產(chǎn)量水平地塊的土壤三相比R值表現(xiàn)出隨著產(chǎn)量的提高土壤三相比越趨近于理想三相比；各產(chǎn)量水平條件下耕作方式對R值的影響均為深松 ＞ 傳統(tǒng)翻耕 ＞ 旋耕。土壤三相比R值在不同產(chǎn)量水平地塊間和不同耕作方式間均存在顯著差異 (P＜ 0.05) 或極顯著差異(P＜ 0.01)，且耕作方式與產(chǎn)量水平間的互作效應(yīng)達(dá)到顯著或極顯著水平。

由表3可知，在各產(chǎn)量水平下，深松均較旋耕顯著降低了0—50 cm土層的土壤三相比R值。在低產(chǎn)田條件下0—20、20—35、35—50 cm各土層深松較旋耕分別降低了17.70%、40.22%、52.79%，中產(chǎn)田條件下分別降低了12.24%、37.19%、56.81%，高產(chǎn)田條件下分別降低了24.79%、33.97%、89.97%。傳統(tǒng)翻耕在中產(chǎn)田和高產(chǎn)田條件下0—20、20—35、35—50 cm土層的R值均較旋耕顯著降低，中產(chǎn)田條件下分別降低了10.47%、18.63%、18.79%，高產(chǎn)田條件下分別降低了11.84%、17.35%、57.74%，而在低產(chǎn)田條件下僅20—35、35—50 cm土層的土壤三相比R值較旋耕顯著降低19.82%、13.73%，且傳統(tǒng)翻耕降低的幅度均小于同產(chǎn)量地塊條件下深松對該土層土壤容重的作用效果。

分析比較深松和深翻的作用效果表明，在低產(chǎn)田條件下深松處理下的0—20、20—35、35—50 cm土層的土壤三相比R值均較傳統(tǒng)翻耕顯著降低了11.22%、25.45%、45.28%，在中產(chǎn)田和高產(chǎn)田條件下深松處理下的20—35 cm和35—50 cm土層土壤三相比R值較傳統(tǒng)翻耕分別顯著降低了22.81%、46.82%和20.11%、76.27%。

表 3 不同產(chǎn)量水平和耕作方式下的土壤三相比R值Table 3 R values of the solid/liquid/gaseous phases under different yield levels and tillage methods

2.2 耕作方式對不同產(chǎn)量水平地塊土壤養(yǎng)分含量的影響

由圖2可以看出，隨著產(chǎn)量水平的提高，耕地土壤中全氮、速效磷、速效鉀與有機(jī)質(zhì)的含量逐漸增加，土壤養(yǎng)分含量隨土層深度增加而呈現(xiàn)降低趨勢。高、中、低田水平下，耕作方式對土壤提升的作用效果表現(xiàn)為深松 ＞ 傳統(tǒng)翻耕 ＞ 旋耕。

2.2.1 土壤全氮含量 由圖2可知，低產(chǎn)田水平下0—50 cm土層，深松與旋耕間土壤全氮含量差異不顯著；中產(chǎn)田水平下0—35 cm土層土壤全氮含量二者間仍差異不顯著，在35—50 cm土層深松土壤全氮較旋耕顯著增加了0.22 g/kg；高產(chǎn)田水平，深松使20—35 cm和35—50 cm土層的土壤全氮較旋耕顯著提高了0.22 g/kg和0.23 g/kg，而在0—20 cm土層二者間差異不顯著。各產(chǎn)量水平條件下傳統(tǒng)翻耕處理的0—50 cm土層土壤全氮與旋耕相比差異均不顯著。深松與傳統(tǒng)翻耕相比較，在低產(chǎn)和中產(chǎn)田條件下土壤全氮含量二者間差異不顯著，在高產(chǎn)田條件下土壤全氮含量二者在35—50 cm土層差異顯著，深松較傳統(tǒng)翻耕顯著增加了24.05%，由此說明低產(chǎn)和中產(chǎn)田水平下采取各耕作方式對土壤全氮量的影響不明顯，而高產(chǎn)田水平下采取深松處理有利于提高土壤全氮含量。

2.2.2 土壤速效磷含量 在低、中、高產(chǎn)田水平下，深松較旋耕均顯著提高了0—50 cm土層的土壤速效磷含量。低產(chǎn)田條件下0—20、20—35、35—50 cm各土層分別提高了2.01、3.07、2.29 mg/kg，中產(chǎn)田條件下分別提高了2.80、2.86、2.12 mg/kg，高產(chǎn)田條件下分別提高了4.17、3.15、2.56 mg/kg。傳統(tǒng)翻耕在低、中產(chǎn)田條件下0—50 cm各土層的土壤速效磷含量與旋耕間差異不顯著，高產(chǎn)田條件下在0—20、20—35、35—50 cm各土層傳統(tǒng)翻耕處理下的土壤速效磷含量較旋耕顯著提高2.47、1.34、1.21 mg/kg，提高的幅度小于深松。對深松和傳統(tǒng)翻耕比較分析表明，深松與傳統(tǒng)翻耕間在低產(chǎn)和中產(chǎn)田條件下0—50 cm土層土壤速效磷含量差異不顯著，在高產(chǎn)田條件下深松較傳統(tǒng)翻耕顯著提高了12.48%、16.94%和14.25%。由此說明，在高、中、低產(chǎn)田水平下采取深松耕作方式均能提高土壤速效磷含量；高產(chǎn)田水平采取深翻耕作也能顯著提高土壤速效磷含量，但作用效果不如深松。

圖 2 耕作方式對不同產(chǎn)量水平土壤養(yǎng)分含量的影響Fig. 2 Effect of tillage methods on soil nutrient contents under different yield levels

2.2.3 土壤速效鉀含量 低、中、高產(chǎn)田水平下，深松較旋耕均顯著提高了0—50 cm土層的速效鉀含量，低產(chǎn)田條件下0—20、20—35、35—50 cm各土層分別提高了65.23、53.39、32.03 mg/kg，中產(chǎn)田條件下分別提高58.53、39.03、38.82 mg/kg，高產(chǎn)田條件下分別提高 51.96、45.28、42.94 mg/kg。在低、中產(chǎn)土壤條件下，傳統(tǒng)翻耕0—20、20—35 cm土層的速效鉀含量較旋耕顯著提高了48.10、29.73 mg/kg和36.57、28.50 mg/kg；高產(chǎn)田條件下傳統(tǒng)翻耕處理的0—20 cm和35—50 cm土層速效鉀含量較旋耕顯著提高了35.99 mg/kg和20.05 mg/kg。對深松和傳統(tǒng)翻耕的對比分析表明，深松在低高產(chǎn)田條件下0—50 cm土層的速效鉀含量與傳統(tǒng)翻耕間差異不顯著，中產(chǎn)田水平下深松在0—20 cm土層速效鉀含量較傳統(tǒng)翻耕顯著提高了9.02%，高產(chǎn)田條件下深松在35—50 cm土層速效鉀含量較傳統(tǒng)翻耕顯著提高了24.32%。

2.2.4 土壤有機(jī)質(zhì)含量 低、中、高產(chǎn)田水平下，深松較傳統(tǒng)翻耕均顯著提高了0—50 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量，低產(chǎn)田條件下0—20、20—35、35—50 cm各土層分別提高4.88、3.60、3.55 g/kg，中產(chǎn)田條件下分別提高3.43、3.91、4.08 g/kg，高產(chǎn)田條件下分別提高4.23、3.28、4.00 g/kg。在低產(chǎn)和中產(chǎn)田條件下傳統(tǒng)翻耕處理在0—20、20—35、35—50 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量較傳統(tǒng)翻耕顯著提高了2.77、2.64、1.72 g/kg和2.39、2.61、2.74 g/kg，在高產(chǎn)田條件下傳統(tǒng)翻耕較旋耕在0—20和35—50 cm土層顯著提高了1.96 g/kg和2.67 g/kg。深松與傳統(tǒng)翻耕作用效果比較表明，二者在低產(chǎn)田水平下0—20和35—50 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量差異顯著，深松較傳統(tǒng)翻耕提高16.92% 和18.58%；中產(chǎn)田水平下深松較傳統(tǒng)翻耕在20—35 cm土層有機(jī)質(zhì)含量顯著提高10.52%；高產(chǎn)田水平下 深松較傳統(tǒng)翻耕在0—20和35—50 cm土層有機(jī)質(zhì)含量顯著提高14.84%和11.78%。由此說明，在高、中、低產(chǎn)田水平下采取深松和深翻耕作均顯著提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量，但深松的作用效果好于深翻。

2.3 耕作方式與土壤肥力互作對玉米產(chǎn)量的影響

根據(jù)各取樣點(diǎn)玉米產(chǎn)量調(diào)查結(jié)果(圖3) 可見，玉米產(chǎn)量在不同肥力水平間和不同耕作方式間均表現(xiàn)出極顯著差異，且耕作方式和土壤肥力水平間互作效應(yīng)達(dá)到顯著或極顯著水平。三個(gè)產(chǎn)量水平土壤下，三種耕作方式下的玉米產(chǎn)量由高到低均為深松 ＞傳統(tǒng)翻耕 ＞ 旋耕，不同耕作方式之間差異顯著 (P＜0.05) 。具體來說，低、中、高產(chǎn)土壤上，深松和傳統(tǒng)翻耕處理的玉米產(chǎn)量較旋耕分別顯著提高了47.97%、40.74%、16.27% 和32.79%、23.46%、8.03%，且深松耕作較深翻的增產(chǎn)效果在各土壤肥力水平下均達(dá)到顯著。

圖 3 耕作方式與土壤肥力互作對玉米產(chǎn)量的影響Fig. 3 Effect of tillage methods on maize yield under different farmland fertility levels

2.4 耕作方式與土壤肥力互作的玉米增產(chǎn)潛力分析

圖4表明，采用翻耕，低產(chǎn)土壤肥力的拐點(diǎn)出現(xiàn)在土壤質(zhì)量指數(shù)為0.289左右，此時(shí)，玉米產(chǎn)量最高，達(dá)到9.551 t/hm2，較低產(chǎn)土壤最高玉米產(chǎn)量增加22.75%；中產(chǎn)土壤肥力的拐點(diǎn)出現(xiàn)在土壤質(zhì)量指數(shù)為0.329左右，此時(shí)玉米產(chǎn)量最高，達(dá)到13.333 t/hm2，較中產(chǎn)土壤最高玉米產(chǎn)量增加了16.96%；高產(chǎn)土壤肥力的拐點(diǎn)出現(xiàn)土壤質(zhì)量指數(shù)為0.322左右，此時(shí)玉米產(chǎn)量達(dá)到16.667 t/hm2，較高產(chǎn)土壤最高玉米產(chǎn)量增加了16.55%。因此可知，采取傳統(tǒng)翻耕措施的玉米增產(chǎn)潛力表現(xiàn)為低產(chǎn)土壤＞中產(chǎn)土壤＞高產(chǎn)土壤。采用深松，低產(chǎn)土壤肥力的拐點(diǎn)出現(xiàn)在土壤質(zhì)量指數(shù)為0.321左右，此時(shí)玉米產(chǎn)量最高，達(dá)到10.077 t/hm2，較低產(chǎn)土壤最高玉米產(chǎn)量增加29.56%；中產(chǎn)土壤肥力的拐點(diǎn)出現(xiàn)在土壤質(zhì)量指數(shù)為0.348左右，此時(shí)，玉米產(chǎn)量最高，達(dá)到15.647 t/hm2，較中產(chǎn)土壤肥力水平下最高玉米產(chǎn)量增加了25.37%；高產(chǎn)土壤肥力的拐點(diǎn)出現(xiàn)在土壤質(zhì)量指數(shù)為0.366左右，此時(shí)，玉米產(chǎn)量最高，達(dá)到18.114 t/hm2，較高土壤肥力水平下最高玉米產(chǎn)量增加了16.13%。由此可知，采取深松措施的玉米增產(chǎn)潛力表現(xiàn)為低產(chǎn)土壤＞中產(chǎn)土壤＞高產(chǎn)土壤。

3 討論

3.1 深耕對土壤肥力及玉米產(chǎn)量的影響

圖 4 不同玉米產(chǎn)量水平地塊采用翻耕與深松的增產(chǎn)潛力Fig. 4 Potential productivity of different yield level farmlands under plowing and subsoiling

我國耕地土壤淺、實(shí)、少，犁地層增厚變硬，蓄水保墑能力差，土壤養(yǎng)分不均衡等現(xiàn)象已經(jīng)成為限制我國作物產(chǎn)量提高的主要因素之一[13]。據(jù)此，本課題組自2011年以來一直開展深松對土壤理化特性及玉米產(chǎn)量影響的研究，尹斌[14]和張鳳杰[15]在河套平原灌區(qū)開展關(guān)于深松對土壤理化特性和玉米產(chǎn)量影響的研究表明，深松措施較淺旋可以顯著降低0—40 cm土層的緊實(shí)，改善土壤緊實(shí)環(huán)境，增強(qiáng)生育后期土壤深層 (40—60 cm) 的蓄水能力和增大后期深層(20—40 cm) 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑的效果，改善根系生長及構(gòu)型，延緩葉片衰老，提高玉米產(chǎn)量8.90%～21.98%[14-15]；張峰[16]也在該地區(qū)開展的深翻對土壤理化特性及玉米產(chǎn)影響研究結(jié)果表明，深翻措施較淺旋能降低土壤容重和緊實(shí)度，增加氣相和液相的比例，增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)性，改善土壤物理性質(zhì)，并能優(yōu)化根系的垂直分布，減緩葉片的衰老速度，可增產(chǎn)12.90%。且國內(nèi)也有其他學(xué)者對深耕措施的作用機(jī)理做了大量的研究[17-19]，研究結(jié)果與本課題組研究結(jié)果相一致。因此，本課題在此研究基礎(chǔ)上，對深松及深翻技術(shù)在河套灌區(qū)推廣應(yīng)用，并對深松及深翻對不同產(chǎn)量水平耕地的作用效果進(jìn)行調(diào)研和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明在河套灌區(qū)高、中、低不同產(chǎn)量水平的耕地，采用深松和翻耕措施后較淺旋均能降低土壤容重，提高土壤含水量，改善土壤固液氣三相，提升土壤養(yǎng)分，提高玉米產(chǎn)量，且總體表現(xiàn)為深松的效果顯著好于深翻。

3.2 深耕對不同土壤類型耕地肥力及玉米產(chǎn)量的作用效果

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)從1980年開始使用小四輪農(nóng)機(jī)進(jìn)行旋耕滅茬農(nóng)事操作，迄今為止已有40年的歷史，導(dǎo)致耕層變薄，耕層與犁底層之間形成較為明顯的犁底層[20]，嚴(yán)重影響了土壤和作物生產(chǎn)潛力的充分發(fā)揮[21]。本研究對比河套地區(qū)淺旋耕、深松和深翻三種耕作措施對不同產(chǎn)量水平地塊的土壤物理特性、養(yǎng)分含量及玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，與本地區(qū)近些年廣泛使用的淺旋耕相比，深松和深翻均顯著降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度，提高了0—60 cm土壤蓄水能力，提升土壤養(yǎng)分，提高了玉米產(chǎn)量，深松的效果又優(yōu)于翻耕。但是，不同地區(qū)和土壤上深松與深翻的作用不盡一致。戰(zhàn)秀梅等[22]對東北黑土的研究結(jié)果表明，翻耕改善土壤理化性質(zhì)和提高玉米產(chǎn)量的效果顯著優(yōu)于深松，秸稈連年還田條件下，這種優(yōu)勢更加顯著。何鑫[23]在黑土的研究也表明，深松更利于改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤速效養(yǎng)分，促進(jìn)苗期玉米生長。王淑蘭等[24]在渭北旱塬質(zhì)地較重的土壤研究表明，深松改善土壤環(huán)境質(zhì)量、提升土壤肥力和增產(chǎn)增收的作用好于連續(xù)翻耕與淺旋耕。王旭東等[25]對黃土高原黑壚土的研究結(jié)果表明，深松比翻耕能更好地提高土壤碳庫和玉米產(chǎn)量。本研究所在的河套平原，土壤質(zhì)地主要為粉質(zhì)黏土，深松后土壤的固液氣三相比更趨近于理想狀態(tài)，土壤養(yǎng)分含量提高，產(chǎn)量水平越低的土壤，深松的效果越顯著。本研究對深松和深耕措施對玉米的增產(chǎn)潛力進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明深松對低、中、高土壤肥力水平的作用潛力分別為29.56%、25.37%和16.13%，翻耕分別為22.75%、16.96%和16.55%。這為推動(dòng)這兩項(xiàng)技術(shù)在河套平原地區(qū)的大面積應(yīng)用提供了理論支持。

4 結(jié)論

在河套平原地區(qū)低、中、高肥力水平的耕地，采用深松和翻耕耕作方式較農(nóng)戶常規(guī)淺旋耕均顯著提高了0—50 cm土層的土壤含水量、土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和有機(jī)質(zhì)含量，降低了土壤容重，使固液氣三相比更趨近于理想狀態(tài)，但二者作用效果存在不同程度的差異。深松和翻耕使低、中、高產(chǎn)田的玉米產(chǎn)量較農(nóng)戶常規(guī)淺旋耕增加47.97%和32.79%，40.74%和23.46%，16.27%和8.03%。深松對低、中、高產(chǎn)田增產(chǎn)潛力為16.13%～29.56%，翻耕增產(chǎn)潛力為16.55%～22.75%。綜合分析不同肥力水平下的土壤理化特性、玉米產(chǎn)量及其增產(chǎn)潛力，內(nèi)蒙古河套灌區(qū)低肥力與中肥力水平下宜采取深松耕作，高肥力水平下深松與翻耕均可。