楊婷婷 張海生 古曉紅 李方舟 王軍

摘? ? 要：玉米/高粱-小麥-大豆兩年三熟是山西省晉中盆地主要的傳統(tǒng)農(nóng)作制度。近年來(lái)，該地的旋耕面積不斷增大，隨著深耕次數(shù)的減少，土壤上松下緊、容重增加、孔隙度下降，嚴(yán)重阻礙了作物根系的生長(zhǎng)，影響作物水分與養(yǎng)分的吸收與利用，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降。因此，通過(guò)在晉中盆地玉米/高粱-小麥-大豆兩年三熟區(qū)進(jìn)行種植模式培肥土壤試驗(yàn)，分析不同種植模式對(duì)土壤養(yǎng)分及作物產(chǎn)量的影響，探求能夠快速培肥土壤、提高作物產(chǎn)量的種植模式，為該地區(qū)實(shí)現(xiàn)土壤肥力培育、探尋合理的種植模式提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：晉中;玉米;高粱;小麥;大豆;高產(chǎn);土壤創(chuàng)建

文章編號(hào)： 1005-2690（2020）20-0002-04? ? ? ?中圖分類號(hào)： S565.1;S514;S512.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

土壤是一切作物生長(zhǎng)的根本，土壤質(zhì)量的高低直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。近年來(lái)，由于大田農(nóng)業(yè)單純追求產(chǎn)出利益，農(nóng)民輕投入、重產(chǎn)出，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)田土壤質(zhì)量持續(xù)降低，主要表現(xiàn)在農(nóng)民缺乏科學(xué)合理的土壤耕作制度作指導(dǎo)。山西省晉中兩年三熟區(qū)大田作物種植多采用“燒秸稈-旋耕-播種”和“秸稈粉碎還田-旋耕播種一體化”的耕種方式，使得大面積的耕地存在耕層變淺、犁底層上升、土壤理化性狀變差、保水保肥能力降低等一系列土壤生產(chǎn)能力降低的問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙糧食作物產(chǎn)量潛力的正常發(fā)揮。因此，如何建立適合農(nóng)民生產(chǎn)需要的土壤耕作制度，達(dá)到改善土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤保水保肥能力、實(shí)現(xiàn)土壤持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)，是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。

良好的農(nóng)田耕層結(jié)構(gòu)可以協(xié)調(diào)土壤中的水分和養(yǎng)分狀況，為作物高產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)[1];而適宜的耕作措施可以建立良好的農(nóng)田耕層結(jié)構(gòu)，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成。土壤輪耕技術(shù)通過(guò)對(duì)翻耕、深松與免耕等土壤耕作措施的有機(jī)組合，可以揚(yáng)長(zhǎng)避短、有效改善土壤孔隙度和容重等重要理化性狀，調(diào)節(jié)土壤肥力，克服單一耕作方式帶來(lái)的不利影響，是用地養(yǎng)地相結(jié)合的農(nóng)田生產(chǎn)技術(shù)[2]。通過(guò)對(duì)土壤耕作、秸稈粉碎還田、增施畜禽糞肥等技術(shù)相結(jié)合，研究出“高粱-小麥-大豆”的輪作模式，可以顯著提高耕層深度達(dá)23.65 cm，同時(shí)，0～20 cm土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均有顯著提高。研究結(jié)果證明，在生土農(nóng)田上結(jié)合深耕、有機(jī)無(wú)機(jī)配施，種植高粱、大豆等先鋒作物可以達(dá)到快速培肥土壤的效果。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年進(jìn)行，試驗(yàn)地設(shè)在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽(yáng)基地，該地區(qū)屬于二年三熟區(qū)，平均日照時(shí)數(shù)2 662 h，年均氣溫10.1 ℃，極端最低氣溫-21.2 ℃，極端高溫37 ℃，>0 ℃積溫3 990 ℃;無(wú)霜期158 d;年均降水量395.8 mm，降水變率27%，6—9月份降水占全年降水的71%～75%;試驗(yàn)地為石灰性褐土，質(zhì)地中壤，pH值為6.9。

1.2? ?供試材料

供試大豆品種為晉豆19，高粱品種為晉雜12號(hào)，玉米品種為鑫豐盛966號(hào)，小麥品種為山農(nóng)129號(hào)。

1.3? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018年4月26日播種第一茬作物玉米，5月13日播種第一茬作物高粱，撒施腐熟有機(jī)肥（牛糞）4 m3/667 m2，隨播種條施硝酸磷復(fù)合肥600 kg/hm2，種植高粱密度120 000株/hm2、玉米密度67 500株/hm2。9月10日收獲第一茬作物，進(jìn)行全田秸稈還田（玉米秸稈還田量為637.03 kg/667 m2，高粱秸稈還田量為1 097.94 kg/ 667 m2），分別撒施腐熟有機(jī)肥（牛糞）4 m3/ 667 m2，再進(jìn)行分區(qū)深耕30 cm和旋耕15 cm作業(yè)，10月8日播種小麥，隨播種條施硝酸磷復(fù)合肥600 kg/hm2，小麥播量300 kg/hm2。6月2日收獲小麥后，小麥秸稈全部粉碎還田，深耕20～30 cm。于6月10日復(fù)播大豆，10月10日收獲測(cè)產(chǎn)。

1.4? ?樣品采集及分析方法

在小麥播種前、大豆復(fù)播前和大豆收獲后，分別在每個(gè)試驗(yàn)處理區(qū)采集0～20 cm土樣，每處理采集3個(gè)樣品，分別裝袋并作標(biāo)記，帶回室內(nèi)分析其土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀。同時(shí)在等距離采樣點(diǎn)附近采集3 m2小麥樣品（地上部），每處理采集10個(gè)樣方，分析小麥的產(chǎn)量。種植大豆的試驗(yàn)處理，與小麥的采集方法相同。

有機(jī)質(zhì)采用H2SO4- K2Cr2O7 外加熱法測(cè)定[3]，土壤全氮采用開(kāi)氏定氮法測(cè)定[4]，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定[5-6]，速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定[7-8]，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定[9-10]。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田耕層的影響

不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田土壤耕層深度的影響見(jiàn)圖1。圖1顯示：第一茬玉米、高粱收獲后深耕和旋耕處理均較農(nóng)民習(xí)慣耕層深度小，分別為20.5 cm和15.0 cm，兩者差異達(dá)顯著水平，這與生土農(nóng)田耕層質(zhì)地堅(jiān)硬有關(guān)，也與實(shí)際田間操作相符，導(dǎo)致犁深達(dá)不到設(shè)計(jì)深度;第二茬小麥?zhǔn)斋@后深耕和旋耕處理均較農(nóng)民習(xí)慣耕層深度大，設(shè)計(jì)深耕深度為30 cm，旋耕深度為20 cm，田間調(diào)查深耕后耕層深度可達(dá)23.65 cm，旋耕后耕層深度可達(dá)16.35 cm。

2.2? ?不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響

（1）有機(jī)質(zhì)：不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。圖2顯示：有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)與全氮的變化趨勢(shì)一致?！坝衩?小麥-大豆”模式和“高粱-小麥-大豆”模式均高于CK，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量增加幅度分別為13.45%和14.30%。

（2）全氮：不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田0～20 cm土壤全氮的影響見(jiàn)圖3。從圖3可以看出：無(wú)論是“玉米-小麥-大豆”模式還是“高粱-小麥-大豆”模式，表層土壤的全氮變化幅度均不明顯，統(tǒng)計(jì)分析顯示“玉米-小麥-大豆”模式和“高粱-小麥-大豆”模式的試驗(yàn)處理與對(duì)照裸地處理比較，差異均達(dá)到顯著水平（P>0.05），但后者在一個(gè)輪作周期后，對(duì)0～20 cm耕層全氮的提高幅度大于前者，從而說(shuō)明在該區(qū)域選用高粱為先鋒作物輪作，能明顯提高生土農(nóng)田0～20 cm土壤的全氮含量，其中“高粱-小麥-大豆”模式0～20 cm土壤全氮含量增加幅度最高，為34.62%。

（3）堿解氮：不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田0～20 cm土壤堿解氮的影響見(jiàn)圖4。從圖4可以看出：“玉米-小麥-大豆”模式和“高粱-小麥-大豆”模式的試驗(yàn)處理后二茬的堿解氮變化幅度小，但較第一茬的堿解氮增加幅度達(dá)8.70%。從而說(shuō)明，在該區(qū)域選用“玉米-小麥-大豆”模式和“高粱-小麥-大豆”模式，均能明顯提高生土農(nóng)田0～20 cm土壤堿解氮。其中“高粱-小麥-大豆”模式0～20 cm土壤堿解氮含量增加幅度最高，為18.64%。

（4）速效磷：不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田0～20 cm土壤速效磷的影響見(jiàn)圖5。圖5顯示：該區(qū)域的基礎(chǔ)耕層土壤速效磷含量較低，“玉米-小麥-大豆”模式和“高粱-小麥-大豆”模式的試驗(yàn)處理后均比對(duì)照裸地處理的土壤速效磷含量高，統(tǒng)計(jì)分析顯示，差異達(dá)到顯著水平（P>0.05）。同時(shí)，“高粱-小麥-大豆”模式的試驗(yàn)處理和“玉米-小麥-大豆”模式速效磷平均增幅分別為55.90%和70.50%。說(shuō)明“高粱-小麥-大豆”模式較“玉米-小麥-大豆”模式提高生土農(nóng)田耕層土壤速效磷的含量幅度大，“高粱-小麥-大豆”模式0～20 cm土壤速效磷含量增加幅度最高，為181.54%。

（5）速效鉀：不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田0～20 cm土壤速效鉀的影響見(jiàn)圖6。從圖6可以看出：“高粱-小麥-大豆”模式和“玉米-小麥-大豆”模式均能提高生土農(nóng)田表層土壤速效鉀的含量，但“玉米-小麥-大豆”模式增加不顯著，“高粱-小麥-大豆”模式對(duì)土壤速效鉀含量的提高達(dá)顯著水平。說(shuō)明“高粱-小麥-大豆”模式能顯著提高生土農(nóng)田耕層土壤速效鉀的含量，“高粱-小麥-大豆”模式0～20 cm土壤速效鉀含量增加幅度最高，為29.36%。

2.3? ?不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田作物產(chǎn)量的影響

不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田小麥、大豆產(chǎn)量的影響見(jiàn)圖7。從圖7可以看出：“玉米-小麥-大豆”模式和“高粱-小麥-大豆”模式農(nóng)田的小麥產(chǎn)量低于農(nóng)民正常農(nóng)田的產(chǎn)量，統(tǒng)計(jì)分析差異達(dá)顯著水平。但“高粱-小麥-大豆”模式的大豆產(chǎn)量與農(nóng)民正常農(nóng)田的產(chǎn)量差異不顯著，均高于“玉米-小麥-大豆”模式的大豆產(chǎn)量。

2.3? ?不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)效益分析

不同耕作輪作模式對(duì)生土農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)效益分析見(jiàn)表1。表1顯示：“高粱-小麥-大豆”模式中高粱茬投入成本為835.00元/667 m2，產(chǎn)出效益為1 380.00元/667 m2，凈效益為545.00元/667 m2;小麥茬投入成本為880.00元/667 m2，產(chǎn)出效益為1 049.40元/667 m2，凈效益為169.40元/667 m2;大豆茬投入成本為450.00元/667 m2，產(chǎn)出效益為312.80元/667 m2，凈效益為-137.20元/667 m2;合計(jì)凈收益577.20元/667 m2?！坝衩?小麥-大豆”模式中玉米茬的投入成本為890.00元/667 m2，產(chǎn)出效益為1 040.60元/667 m2，凈效益150.60元/667 m2;小麥茬投入成本900.00元/667 m2，產(chǎn)出效益994.40元/667 m2，凈效益94.40元/667 m2;大豆茬投入成本為450.00元/667 m2，產(chǎn)出效益為271.40元/667 m2，凈效益為-178.60元/667 m2;合計(jì)凈收益66.40元/667 m2。農(nóng)民習(xí)慣“玉米+玉米”模式中第一茬玉米投入成本為665.00元/667 m2，產(chǎn)出效益為545.60元/667 m2，凈效益為-119.40元/667 m2;第二茬玉米投入成本525.00元/667 m2，產(chǎn)出效益為690.80元/667 m2，凈效益為165.80元/667 m2;合計(jì)凈收益46.40元/667 m2。

不同耕作輪作模式試驗(yàn)處理的經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)農(nóng)民習(xí)慣處理，“高粱-小麥-大豆”模式和“玉米-小麥-大豆”模式分別增收475.80元/667 m2、20.00元/667 m2。其中，以高粱茬的凈收益最高，達(dá)545.00元/667 m2，大豆茬的凈收益為負(fù)值，但考慮大豆是綠肥作物，可通過(guò)固氮機(jī)制有效提高土壤氮素。就其經(jīng)濟(jì)效益而言，選用“高粱-小麥-大豆”模式可以達(dá)到快速培肥土壤的效果，又能滿足經(jīng)濟(jì)收益提升的需求。

3? ?結(jié)論與討論

晉中盆地位于山西省中部，適合兩年三熟區(qū)大田作物種植，但是農(nóng)作物連作的問(wèn)題日益嚴(yán)重，長(zhǎng)期連作使土壤的有機(jī)質(zhì)含量下降、微生物活性降低，作物生長(zhǎng)勢(shì)減弱、病害嚴(yán)重、產(chǎn)量下降，一定程度上影響了山西省農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，秸稈直接還田技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，導(dǎo)致大面積耕地存在耕層變淺、犁底層上升、土壤理化性狀變差、保水保肥能力降低等一系列土壤生產(chǎn)能力降低問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙糧食作物產(chǎn)量潛力的正常發(fā)揮。

合理輪作可以有效改善土壤的耕層結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，克服單一耕作方式帶來(lái)的不利影響。本研究結(jié)果顯示：采用“高粱/玉米-小麥-大豆”的種植模式，深耕后耕層深度可達(dá)23.65 cm，旋耕后耕層深度可達(dá)16.35 cm，能夠有效改善土壤的耕層結(jié)構(gòu)，為作物的高產(chǎn)提供一定的有利條件，“高粱-小麥-大豆”種植模式下，0～20 cm土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均有顯著提高。因其基地土壤肥力低下，導(dǎo)致經(jīng)過(guò)一個(gè)輪作周期后，耕層土壤的肥力指標(biāo)增加幅度較大，增幅最小的是有機(jī)質(zhì)，達(dá)14.30%;增幅最大的是速效磷，達(dá)181.54%，表明“高粱-小麥-大豆”種植模式比“玉米-小麥-大豆”種植模式和連作模式更加有利于土壤養(yǎng)分的積累。對(duì)于農(nóng)民而言，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益是確定是否輪作的決定性因素，本研究表明，“高粱-小麥-大豆”模式和“玉米-小麥-大豆”模式分別增收475.80元/667 m2、20.00元/667 m2?？梢?jiàn)，“高粱-小麥-大豆”模式在生土農(nóng)田上結(jié)合深耕、有機(jī)無(wú)機(jī)配施，可以達(dá)到快速培肥土壤的目的，同時(shí)還能提升一定的經(jīng)濟(jì)收益。若與山西省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整相結(jié)合，建立合理的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)農(nóng)民抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力，可有效促進(jìn)農(nóng)民增收。

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