張 凱，劉戰(zhàn)東，強(qiáng)小嫚，米兆榮，馮榮成，馬巖川，余 軒，孫景生

耕作方式和灌水處理對(duì)冬小麥-夏玉米水分利用及產(chǎn)量的影響

張 凱1，劉戰(zhàn)東1※，強(qiáng)小嫚1，米兆榮2，馮榮成3，馬巖川1，余 軒1，孫景生1

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所農(nóng)業(yè)部作物需水與調(diào)控重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，新鄉(xiāng) 453002；2. 河南科技學(xué)院，新鄉(xiāng) 453003；3. 河南省獲嘉縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新鄉(xiāng) 453800）

為探索華北平原冬小麥-夏玉米復(fù)種連作合理耕層構(gòu)建的技術(shù)途徑和技術(shù)指標(biāo)，于2015―2016年在河南新鄉(xiāng)實(shí)施了深松（ST）、深松+秸稈還田（ST＋RS）和常規(guī)旋耕（RT）3種耕作方式，在不同耕作方式中根據(jù)土壤濕潤(rùn)層有效含水量各設(shè)置3種灌水控制下限，高灌水控制下限為60%（H）、中灌水控制下限為50%（M）和低灌水控制下限為40%（L），通過(guò)對(duì)土壤和作物生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量的測(cè)定，分析各處理作物產(chǎn)量和水分利用效率的變化規(guī)律。結(jié)果表明，ST和ST＋RS處理均能降低土壤容重，增加土壤孔隙度、田間持水量和飽和含水量，且以深松+秸稈還田處理效果最佳；與RT相比，ST和ST＋RS處理0～40 cm平均土壤容重降低5.0%和6.0%，土壤孔隙度增加6.9%和8.0%，田間持水量增加6.2%和12.8%，飽和含水量增加6.2%和5.7%。耕作方式與灌水處理互作顯著增加了冬小麥-夏玉米復(fù)種連作周年0～100 cm土層的儲(chǔ)水量。ST和ST＋RS處理0～100 cm土層儲(chǔ)水量較RT分別增加11.0%和15.8%，高水分、中水分處理較低水分處理分別增加18.1%和11.1%。耕作方式對(duì)冬小麥、夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率（WUE）影響顯著，其中，ST和ST＋RS處理周年產(chǎn)量較RT分別平均增加9.2%和15.5%，WUE平均提高11.2%和15.3%；灌水處理同樣對(duì)冬小麥、夏玉米的產(chǎn)量和水分利用效率（WUE）影響顯著，產(chǎn)量隨灌水控制下限的增加而增加，即高水分>中水分>低水分，而WUE則以中水分處理最高。因此在該地區(qū)土壤和氣候條件下，深松秸稈還田輔以適宜灌水控制下限是較為理想的栽培措施，有利于土壤耕層合理構(gòu)建，并提高水分利用效率和作物產(chǎn)量。

灌溉；作物；耕作；土壤容重；產(chǎn)量；水分利用效率

0 引 言

華北平原是我國(guó)水澆地主要分布區(qū)之一，以冬小麥和夏玉米復(fù)種連作為主要種植模式，是中國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地[1-3]。該區(qū)農(nóng)作條件相對(duì)較好，常年降雨量550～650 mm，70%降水分布在7―9月，但蒸發(fā)量卻在900～1 200 mm，自然降水難以滿足作物生產(chǎn)的需要，容易受到春旱和冬旱的影響[4]。同時(shí)，在長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，單一旋耕和地面灌等方式，造成了土壤蓄水保墑能力差、三相比不協(xié)調(diào)，致使土壤性能不斷退化，嚴(yán)重制約著糧食作物產(chǎn)量的提高。突出表現(xiàn)為：農(nóng)田耕層變淺、犁底層加厚變硬、耕層結(jié)構(gòu)變差，協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱的功能弱化，作物根系分布淺層化，對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收受到明顯限制[5-6]。

已有研究表明，通過(guò)耕作方式構(gòu)建合理耕層結(jié)構(gòu)，是改善作物對(duì)水分和養(yǎng)分利用效率[7]，提升土壤生產(chǎn)能力的一種重要途徑[8]。深松的耕作方式能夠有效打破犁底層，改善土壤通透性，提高土壤蓄水能力，增強(qiáng)抗逆減災(zāi)能力，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的土壤耕層環(huán)境，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量提高[9-11]。近年來(lái)，我國(guó)為改善耕地質(zhì)量、全面提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)藏糧于地、藏糧于技，明確提出要大力推進(jìn)農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)[12-14]。同時(shí)，該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的高低與農(nóng)田土壤水分也有很大關(guān)系，調(diào)節(jié)土壤水分利用率，是提高作物產(chǎn)量的有效途徑之一。灌溉是保障農(nóng)田作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵管理措施[6]，隨著區(qū)域水資源供需矛盾的不斷加劇，高效節(jié)水灌溉已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[15]。然而，灌溉與深松結(jié)合，可以改變土壤的微環(huán)境，不同的耕作方式與灌水處理勢(shì)必會(huì)對(duì)土壤水、肥、氣、熱等環(huán)境因素產(chǎn)生影響[16]，進(jìn)而影響農(nóng)田作物的生長(zhǎng)發(fā)育及水分利用。目前，不同耕作方式和灌水控制下限結(jié)合對(duì)農(nóng)田土壤和作物生長(zhǎng)影響的研究相對(duì)不足。為此，本試驗(yàn)研究了耕作與灌溉方式相結(jié)合對(duì)華北地區(qū)冬小麥-夏玉米一年兩熟制農(nóng)田土壤特性及水分分布、作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用情況，以期為優(yōu)化華北平原的土壤耕層結(jié)構(gòu)和灌溉管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015～2016年在河南省北部的新鄉(xiāng)市獲嘉縣（35.29°N、113.64°E，a.s.l. 78 m）進(jìn)行，該區(qū)多年平均氣溫14.6℃，無(wú)霜期221 d，日照時(shí)數(shù)2 058.4 h，光熱資源豐富，以一年兩熟（冬小麥-夏玉米）種植制度為主；多年平均降雨量為557.2 mm。試驗(yàn)地是典型潮土分布區(qū)，土質(zhì)為黏壤土，0～100 cm土壤容重為1.45 g/cm3，田間持水率為25.6%，地下水埋深大于5 m，試驗(yàn)地基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地 0～20 cm土層土壤主要養(yǎng)分指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用耕作方式和灌水處理二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，耕作方式為主區(qū)，灌水處理為副區(qū)。冬小麥播種前設(shè)置3種耕作方式，常規(guī)旋耕（15 cm，RT）、深松（35 cm，ST）和深松+秸稈還田（35 cm，ST+RS）；同時(shí)在不同耕作方式中各設(shè)置高（H）、中（M）和低（L）3種灌水控制下限，對(duì)應(yīng)處理土壤濕潤(rùn)層有效含水量分別為60%、50%和40%，當(dāng)各處理濕潤(rùn)層的土壤含水量達(dá)到設(shè)定的灌溉控制下限后進(jìn)行灌溉，小區(qū)灌水到田間持水量，灌水方式為常規(guī)畦灌。試驗(yàn)區(qū)畦長(zhǎng)12 m，寬3.5 m，畦埂寬30 cm，埂高20 cm，面積42 m2，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)設(shè)有1 m寬保護(hù)行。2015年供試冬小麥品種為“矮抗58”，半冬性中熟品種，播種量為225 kg/hm2。肥料施用量為：N 180 kg/hm2、P2O590 kg/hm2和 K2O 90 kg/hm2，于整地前作為底肥1次性施入，拔節(jié)期追施N 75 kg/hm2。2016 年夏玉米品種為“登海605”，種植密度為67 500株/hm2，種肥同播，播種時(shí)一起施入玉米復(fù)合肥50 kg（N:P:K=29:6:5），即N 217.5 kg/hm2、P2O545 kg/hm2和K2O 37.5 kg/hm2，其他農(nóng)業(yè)管理措施一致。冬小麥播種日期為2015年10月22日，收獲日期為2016年6月4日，全生育期降雨量共計(jì)177.1 mm，如圖1。夏玉米播種日期為2016年6月13日，收獲日期為2016年9月24日，全生育期的降雨總量達(dá)648.7 mm。

圖1 2015?2016年冬小麥-夏玉米生育期溫度和降雨分布

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤指標(biāo)測(cè)定

土壤質(zhì)量含水量采用取土烘干法測(cè)定，各處理每7～10 d測(cè)定1次，測(cè)定深度為100 cm，每20 cm測(cè)定1次，以確定灌水時(shí)間。

玉米收獲后主要測(cè)定土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量。

土壤容重采用土壤容重鉆測(cè)定0～40 cm土層深度的容重，每10 cm為1個(gè)土層，每個(gè)處理3次重復(fù)取樣。

土壤孔隙度（%）計(jì)算公式如下[17]

土壤孔隙度=(1-1/2)×100 （1）

式中1為土壤密度，g/cm3；2為土粒密度，g/cm3；一般取值為2.56 g/cm3。

田間持水量和飽和含水率均采用環(huán)刀浸泡法測(cè)定[18]。

土壤儲(chǔ)水量（mm）計(jì)算公式如下[19]

土壤儲(chǔ)水量=×××10 （2）

式中為該土層的土壤容重，g/cm3；為土層厚度，cm；為土壤質(zhì)量含水量，g/g。

1.3.2 作物生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量測(cè)定

冬小麥和夏玉米在成熟期，測(cè)定株高、葉面積和干物質(zhì)等指標(biāo)。產(chǎn)量方面，冬小麥每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取1 m×2 m（2 m2）為樣本，夏玉米每小區(qū)選取相鄰兩行連續(xù)10 m（14 m2）為樣本，籽粒經(jīng)自然風(fēng)干后稱(chēng)質(zhì)量，換算成公頃產(chǎn)量。

1.3.3 作物水分利用效率

采用水分平衡法計(jì)算作物農(nóng)田耗水量（ET，mm）[20]，公式如下

耗水量=---（3）

式中為降水量，mm；為徑流量，mm；為深層滲漏量，mm；SW為生育時(shí)期末土壤儲(chǔ)水量與生育時(shí)期初土壤儲(chǔ)水量之差，mm。試驗(yàn)地區(qū)為潮土，疏松多孔，再加上試驗(yàn)地平整，地表徑流?。辉谟凶魑锷L(zhǎng)的農(nóng)田，多雨年份降水入滲深度不超過(guò)2 m，所以和可忽略不計(jì)。因此該公式可化簡(jiǎn)為

耗水量=-（4）

水分利用效率(WUE，kg/( hm2?mm))=/（5）

式中為作物收獲時(shí)籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)方差分析，多重比較采用LSD方法。利用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式對(duì)土壤容重、土壤孔隙度、田間持水量和飽和含水率的影響

深松（ST）和深松+秸稈還田（ST+RS）處理均能降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加土壤田間持水量和飽和含水率（圖2），且以深松+秸稈還田處理效果最佳。與常規(guī)旋耕（RT）相比，ST、ST＋RS處理0～40 cm平均土壤容重降低5.0%和6.0%，土壤孔隙度增加6.9%和8.0%，田間持水量增加6.2%和12.8%，飽和含水率增加6.2%和5.7%。通過(guò)耕作方式對(duì)土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量的結(jié)果可以看出深松處理降低了不同土層的土壤緊實(shí)狀況。

2.2 耕作方式和灌水處理對(duì)作物生長(zhǎng)指標(biāo)影響

如表2所示，深松和深松+秸稈還田均顯著增加了冬小麥和夏玉米的株高和干物質(zhì)累積量，較RT處理分別增加5.5%、7.1%和7.2%、12.0%，同時(shí)葉面積指數(shù)以ST＋RS處理顯著高于其他耕作方式。不同耕作方式對(duì)作物的影響僅在夏玉米的葉面積指數(shù)上沒(méi)有顯著差異，其它指標(biāo)均達(dá)到不同程度的顯著水平。從表中可以看出，深松條件下秸稈還田對(duì)于冬小麥和夏玉米的株高及干物質(zhì)累積有明顯促進(jìn)作用。此外，灌水處理也可以顯著提高冬小麥的株高、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量，高灌水控制下限處理（H）顯著高于其它灌水處理，作物生長(zhǎng)指標(biāo)較低灌水控制下限（L）處理分別增加11.2%、35.7%和18.1%；灌溉處理對(duì)夏玉米的影響，體現(xiàn)在不同灌水控制下限僅在夏玉米干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)為差異顯著，H處理較L處理增加13.3%，但在株高和葉面積指數(shù)方面差異不顯著。同時(shí)，耕作方式和灌水處理的交互作用對(duì)作物生長(zhǎng)指標(biāo)的影響均未達(dá)到顯著性水平。

注：ST為深松，RS為秸稈還田，RT為常規(guī)旋耕。下同。

表2 冬小麥-夏玉米復(fù)種不同耕作方式和灌水處理成熟期生長(zhǎng)指標(biāo)比較

注：同一列中不同小寫(xiě)字母表示在5%水平差異顯著。*、**和***分別表示在5%、1%和1‰水平差異顯著，NS表示差異不顯著，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 5% level. *, **, and *** indicate significant differences at the 5%, 1%, and 1‰ levels, respectively, and NS indicates that the difference is not significant, the same below.

2.3 耕作方式和灌水處理對(duì)作物不同生育期土壤剖面水分分布的影響

作物不同生育期土壤剖面水分分布在冬小麥返青期，不同處理各土層間差異明顯（圖3），0～100 cm土層ST和ST＋RS處理土壤質(zhì)量含水量較RT處理分別增加16.5%和17.2%；H和M處理土壤質(zhì)量含水量較L處理分別增加10.4%和5.0%。在拔節(jié)至成熟期，隨著氣溫的上升和冬小麥蒸騰作用的加強(qiáng)，不同處理20 cm以下土層間的土壤質(zhì)量含水量差異較小。成熟期土壤質(zhì)量含水量處于冬小麥生育期較低值，不同處理各土層間的差異明顯，0～100 cm土層ST和ST＋RS處理平均土壤質(zhì)量含水量?jī)H為16.1%和16.5%，較RT處理分別提高28.5%和31.1%；H和M水分處理平均土壤質(zhì)量含水量?jī)H為16.8%和15.3%，較L處理分別提高29.3%和17.8%。

圖3 不同耕作方式和灌水處理冬小麥各生育期剖面土壤質(zhì)量含水率分布（返青期：a、b和c；拔節(jié)期：d、e和f；成熟期：g、h和i）

夏玉米苗期，不同處理0～20 cm土層間的土壤質(zhì)量含水量差異不明顯（圖4），而20～100 cm土層ST和ST+RS處理土壤質(zhì)量含水量較RT處理分別增加31.3%和59.7%；H和M水分處理土壤質(zhì)量含水量較L處理分別增加41.2%和14.6%。拔節(jié)至成熟期是夏玉米耗水旺盛時(shí)期，其中拔節(jié)期不同處理60～100 cm土層間的土壤質(zhì)量含水量差異較??；而成熟期夏玉米耗水減少，不同處理0～100 cm土層ST和ST＋RS處理土壤質(zhì)量含水量較RT處理分別提高12.4%和28.8%；H和M水分處理土壤質(zhì)量含水量較L水分處理分別提高39.4%和52.3%。

從整體上分析，耕作方式與灌水處理互作顯著增加了冬小麥-夏玉米復(fù)種連作周年0～100 cm土層的儲(chǔ)水量。0～100 cm土層ST和ST＋RS處理的儲(chǔ)水量較RT處理分別增加11.0%和15.8%；而H和M水分處理較L水分處理分別增加18.1%和11.1%。此外，耕作方式和灌水處理主要影響了20 cm以下土層土壤水分的變化。

圖4 不同耕作方式和灌水處理夏玉米各生育期剖面土壤質(zhì)量含水率分布（苗期：a、b和c；拔節(jié)期：d、e和f；成熟期：g、h和i）

2.4 耕作方式和灌水處理對(duì)作物產(chǎn)量和水分利用效率的影響

耕作方式對(duì)冬小麥和夏玉米產(chǎn)量及水分利用效率（WUE）的影響顯著（表3），其中，ST和ST＋RS處理周年平均產(chǎn)量較RT分別增加9.2%和15.5%，WUE平均提高11.2%和15.3%；灌水處理對(duì)冬小麥和夏玉米耗水量及產(chǎn)量也具有顯著影響，作物產(chǎn)量隨著灌水控制下限的增加而增大，即H水分>M水分>L水分處理，而WUE則以M水分處理最高。耕作方式與灌水處理的交互對(duì)冬小麥季耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率不存在顯著的交互效應(yīng)。但在夏玉米季，作物的水分利用效率則存在顯著的交互效應(yīng)；其中耕作方式條件下，與RT處理相比，ST和ST＋RS處理夏玉米季作物的水分利用效率分別增加了15.3%和21.3%；灌水處理?xiàng)l件下，M水分處理較L和H水分處理的作物水分利用效率分別增加4.1%和10.7%。

表3 冬小麥-夏玉米復(fù)種不同耕作方式和灌水處理作物產(chǎn)量與水分利用效率

3 討 論

耕作方式在改善耕層和促進(jìn)作物增產(chǎn)方面的研究報(bào)道較多。相關(guān)研究表明，不同耕作措施對(duì)土壤物理性狀的影響不同[8]。然而，作物生長(zhǎng)發(fā)育需要松緊適宜的土壤環(huán)境，作物產(chǎn)量隨著土壤緊實(shí)程度的降低而增加[21]。有研究認(rèn)為，當(dāng)作物生長(zhǎng)在土壤緊實(shí)的農(nóng)田上，采用不同的深松方式可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物產(chǎn)量，且耕作的效應(yīng)能夠在土壤中長(zhǎng)期保持[22]。戰(zhàn)秀梅等[23]在連續(xù)進(jìn)行旋耕的基礎(chǔ)上采用深松和深翻的耕作措施，可以顯著提高作物花后干物質(zhì)的積累量及其占總生物量的比例和氮素吸收量，促進(jìn)較深層根系的發(fā)育，進(jìn)而顯著提高產(chǎn)量。趙紅香等[24]認(rèn)為科學(xué)的耕作能夠改善耕層土壤環(huán)境，增加土壤總孔隙度、降低毛管與非毛管孔隙度的比值，有利于作物根系在土壤中的生長(zhǎng)，增加作物根系數(shù)量和根長(zhǎng)密度。本研究結(jié)果顯示，深松可有效的降低土壤容重，增加土壤孔隙度、田間持水量和飽和含水率，同時(shí)深松還能夠增加植株的株高和葉面積指數(shù)及干物質(zhì)積累量，對(duì)作物的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，因而提高作物產(chǎn)量。秸稈還田在培肥地力方面的研究表明，秸稈還田可以促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，提高作物生物量，連續(xù)秸稈還田對(duì)小麥和玉米均表現(xiàn)出明顯增產(chǎn)效果，且隨著秸稈還田年限的延長(zhǎng)，秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的增產(chǎn)效果更為明顯[25-28]，但是也有關(guān)于秸稈還田使作物減產(chǎn)的報(bào)道[29]。而本研究中，深松+秸稈還田處理冬小麥和夏玉米產(chǎn)量均高于深松未秸稈還田處理，其中夏玉米產(chǎn)量差異顯著，說(shuō)明本試驗(yàn)中秸稈還田對(duì)作物的產(chǎn)量提升有促進(jìn)作用。

當(dāng)前，華北平原農(nóng)田的補(bǔ)水措施多采用地面灌溉方式，但由于農(nóng)田的耕作和保水措施不同，造成作物產(chǎn)量和水分利用效率也不盡相同[30]。趙亞麗等[2,31]通過(guò)在河南溫縣和商丘的研究發(fā)現(xiàn)，不同耕作方式對(duì)作物水分利用效率和產(chǎn)量有顯著影響，深松與秸稈還田能夠降低土壤容重，增加作物農(nóng)田耗水量，提高土壤貯水消耗量和水分利用效率，同時(shí)對(duì)作物的產(chǎn)量增加也有促進(jìn)作用，這與本研究相應(yīng)處理所表現(xiàn)出的結(jié)果趨勢(shì)一致。同時(shí)本研究中，深松和深松+秸稈還田處理與常規(guī)旋耕處理相比，冬小麥和夏玉米季作物水分利用效率分別增加了7.1%、8.8%和15.3%、21.3%。然而，張永麗[32]等研究灌水量對(duì)小麥產(chǎn)量影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，冬小麥產(chǎn)量與灌水量、耗水量和水分利用率不是線性相關(guān)關(guān)系，在小麥生育期間適當(dāng)減少灌水量，可以提高降水和土壤中儲(chǔ)存水的利用率亦可達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)的目的。本研究中，灌水處理對(duì)冬小麥和夏玉米耗水量及產(chǎn)量具有顯著影響，作物產(chǎn)量隨著灌水控制下限的增加而增大，即高水>中水>低水處理，水分利用效率則以中灌水控制下限（M）處理最高。

綜上所述，本研究在華北平原冬小麥-夏玉米兩熟區(qū)，耕作方式對(duì)冬小麥和夏玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響顯著，而對(duì)當(dāng)季冬小麥耗水量影響不大。深松+秸稈還田處理顯著提高了夏玉米產(chǎn)量及水分利用效率，由于華北平原降雨多集中在夏季[4]，秸稈還田方式能夠有效儲(chǔ)存土壤中的水含量。同時(shí)，本研究中灌水處理隨著灌水控制下限的增大，不同處理間作物的產(chǎn)量顯著增加。因此，在該地區(qū)土壤和氣候條件下，深松結(jié)合秸稈還田輔以適宜水分管理是較為理想的耕作栽培模式，有利于土壤耕層合理構(gòu)建，并提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。然而，如何在深松+秸稈還田方式下穩(wěn)定冬小麥和夏玉米產(chǎn)量，探明華北平原該模式周年產(chǎn)量和水分利用效率，是接下來(lái)長(zhǎng)期研究需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

4 結(jié) 論

本研究在大田不同耕作方式下（深松、深松+秸稈還田和常規(guī)旋耕），設(shè)置3種灌水控制下限（對(duì)應(yīng)處理濕潤(rùn)層土壤有效含水量高灌水控制下限為60%、中灌水控制下限為50%和低灌水控制下限為40%）對(duì)冬小麥-夏玉米復(fù)種連作農(nóng)田土壤特性及水分分布、作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用進(jìn)行了研究，獲得的主要結(jié)論如下

1）深松能降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加田間持水量和飽和含水率，且以ST＋RS處理對(duì)土壤改善效果最佳；與傳統(tǒng)旋耕對(duì)照相比，ST＋RS處理0～40 cm平均土壤容重降低6.0%，土壤孔隙度、田間持水量和飽和含水率分別增加8.0%、12.8%和5.7%。

2）深松和深松+秸稈還田處理均顯著增加了冬小麥和夏玉米的株高和干物質(zhì)量積累，同時(shí)葉面積指數(shù)以ST＋RS處理最高。ST＋RS處理對(duì)于冬小麥和夏玉米株高及干物質(zhì)量的累積均有明顯促進(jìn)作用。此外，高灌水控制下限可以顯著提高成熟期冬小麥的株高、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量，而對(duì)夏玉米的影響在干物質(zhì)量方面表現(xiàn)為差異顯著，但在株高和葉面積指數(shù)方面差異不顯著。

3）耕作方式顯著增加了冬小麥-夏玉米復(fù)種連作周年0～100 cm土層的儲(chǔ)水量。ST和ST＋RS處理0～100 cm土層儲(chǔ)水量較RT處理分別增加11.0%和15.8%；灌水處理下，高水分和中水分處理較低水分處理0～100 cm土層儲(chǔ)水量分別增加18.1%和11.1%。此外，耕作方式和灌水處理主要影響了20 cm以下土層土壤的水分變化。

4）豫北地區(qū)麥-玉兩熟種植模式，在綜合考慮產(chǎn)量、耗水量和水分利用率以及常規(guī)降雨情況下，選擇該地區(qū)主栽品種，冬小麥和夏玉米分別為“矮抗58”和“登海605”，耕作方式采用深松35 cm加秸稈還田，灌溉方式采用土壤濕潤(rùn)層有效含水量控制下限為50%進(jìn)行灌水，此耕作栽培方式對(duì)作物產(chǎn)量較為適宜。

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Effects of tillage and irrigation on water use and yield of winter wheat and summer maize

Zhang Kai1, Liu Zhandong1※, Qiang Xiaoman1, Mi Zhaorong2, Feng Rongcheng3, Ma Yanchuan1, Yu Xuan1, Sun Jingsheng1

(1.,,,,453002,;2.,453003,;3.,453800,)

Irrigation and tillage able to maintain a healthy plow layer for sustainable production of winter wheat-summer maize rotation cropping system in North China Plain was experimentally studied in this paper. We investigated three tillages: deep subsoiling (ST), deep subsoiling+ straw incorporation (ST+RS) and conventional rotary tillage (RT) from 2015 to 2016 in Xinxiang, Henan province. The irrigation for each tillage was based on soil moisture in which irrigation was assumed whenever the moisture content in the wet soil layer dropped to 60% of the field capacity (H), 50% of the field capacity (M) and 40% of the field capacity(L), respectively. In each treatment, we measured the yield and water use efficiency (WUE) of the crops. The results showed that ST and ST+RS reduced soil bulk density and increased soil porosity and field holding capacity, especially ST+RS. Compared with RT, ST and ST+RS, on average, reduced the bulk density of 0-40 cm soil by 5.0% and 6.0% respectively, and increasedits porosity by 6.9% and 8.0% respectively, field capacity by 6.2% and 12.8% respectively, and saturated water content by 6.2% and 5.7% respectively. The tillage and irrigation combined to significantly increase water storage in 0-100 cm soil in winter. In particular, ST and ST+RS increased water storage (SWS) in the 0-100 cm soil by 11.0% and 15.8%, respectively, compared to RT. SWS under H and M irrigation treatment increased by 18.1% and 11.1%, respectively, compared with L irrigation. Tillage affected yield and WUE of both winter wheat and summer maize at significant level. Compared to RT, ST and ST+RS increased annual yield by 9.2% and 15.5%, respectively, and WUEby 11.2% and 15.3%, respectively. Irrigation affected yields and WUE of the crops as well. While the yields increased with the controlled soil moisture for irrigation, the M irrigation treatment gave the highest WUE. Under the current soil and climatic condition, deep subsoiling coupled with straw incorporation and an appropriate water management appears to offer a best solution to constructing plow layer and increasing WUE and crop yield. In particular, to best balance yield, water consumption and water use efficiency of the crops under conventional rainfall condition, the optimal tillage is to loosen the soil up to a depth of 35cm combined with incorporating straw prior to sowing the winter wheat. The crops are then irrigated whenever the moisture content in the wet layer drop to 50% of the field capacity. This study is for winter wheat-summer maize rotation system in Henna province, and the lines of the wheat and the maize used in the study were “Aikang 58” and “Denghai 605” respectively, but the results have implications in other regions in North China Plain.

irrigation; crops; tillage; soil bulk density; yield; water use efficiency

2019-04- 08

2019-08-25

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201503117）；中央科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（FIRI2018-05）；國(guó)家自然科學(xué)基金（51309226）。

張凱，博士，助理研究員，研究方向?yàn)檗r(nóng)田耕作與水分高效利用研究。E-mail：zhangkai4221@foxmail.com

劉戰(zhàn)東，博士，副研究員，主要從事作物生理與水分高效利用研究。E-mail：lzddragon@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.17.013

S274

A

1002-6819(2019)-17-0102-08

張 凱，劉戰(zhàn)東，強(qiáng)小嫚，米兆榮，馮榮成，馬巖川，余 軒，孫景生.耕作方式和灌水處理對(duì)冬小麥-夏玉米水分利用及產(chǎn)量的影響. [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(17)：102－109. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.17.013 http://www.tcsae.org

Zhang Kai, Liu Zhandong, Qiang Xiaoman, Mi Zhaorong, Feng Rongcheng, Ma Yanchuan, Yu Xuan, Sun Jingsheng. Effects of tillage and irrigation on water use and yield of winter wheat and summer maize[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(17): 102－109. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.17.013 http://www.tcsae.org