高 偉，張 俊，郝 西，劉 娟，崔亞男，張 曼，張朋磊，臧秀旺

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河南 鄭州 450002)

花生是我國重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物，也是我國最具國際競爭力的出口農(nóng)產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位。目前我國花生種植呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢，花生已成為不少地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民致富的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。

北方地區(qū)為花生的主要產(chǎn)區(qū)，種植方式多為一年一季或花生小麥輪作，連年旋耕作業(yè)，耕作層逐年變淺，犁底層變厚上移，土壤的透氣、透水等理化性能變差，致使土地生產(chǎn)力下降，嚴(yán)重制約了花生豐收增產(chǎn)。土壤耕作是調(diào)控土壤水肥氣熱的重要措施，通過改進(jìn)耕作措施實現(xiàn)對土壤理化性狀的改善，提高土壤生產(chǎn)力，是農(nóng)業(yè)研究的一個重要方向。研究表明，耕作均有利于提高土壤含水量并提高作物產(chǎn)量。但是傳統(tǒng)的旋耕導(dǎo)致犁底層的存在，阻礙水分傳輸和根系下扎，而且因耗能多，作業(yè)深度一般為15 cm左右，效果并不理想[2]。

粉壟耕作技術(shù)是利用專門機(jī)械垂直螺旋形鉆頭，將土壤旋磨粉碎并自然懸浮，粉壟面上種植作物，整個作業(yè)幅寬上緊湊排列7個可方便安裝和拆卸的鉆頭，使用長度不同的鉆頭或通過控制鉆頭的入土深度，完成不同作業(yè)深度，目前最深可至1 m，其實現(xiàn)了犁翻耕與旋耕機(jī)旋耕的有機(jī)結(jié)合，立式旋耕作業(yè)一次，相當(dāng)于翻耕、旋耕兩道作業(yè)，從而達(dá)到土壤疏松透氣、蓄水保墑的目的，且較傳統(tǒng)耕作程序簡單，實用方便，可不同程度提高耕地生產(chǎn)力。該技術(shù)為打破犁底層提供了新的方法，目前已開始在眾多作物生產(chǎn)中應(yīng)用[3]。

粉壟能夠打破堅硬的犁底層，改善土層結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，較長時間保持耕層相對疏松的狀態(tài)，有利于作物根系形態(tài)的發(fā)育，從而促進(jìn)根系對水肥的吸收[4]。根系是作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)[5-7]，其活力、形態(tài)、干物質(zhì)積累與花生產(chǎn)量及各器官的生長發(fā)育均有顯著的相關(guān)性[8-9]。通過改善土壤環(huán)境，增加根系數(shù)量和提高吸收能力，可以提高作物產(chǎn)量。深耕整地可改善土壤環(huán)境，促進(jìn)作物根系的生長發(fā)育，從而促進(jìn)作物產(chǎn)量的增加[10-11]。

近幾年隨著研究儀器及研究技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)于作物根系的研究成果日益豐富[12-13]，但相比其他作物，有關(guān)花生根系方面的文獻(xiàn)報道相對較少[14]，關(guān)于粉壟對花生田土壤性狀及花生根系影響的相關(guān)研究更是鮮有報道。為此，本研究將粉壟耕作措施引入黃淮海平原花生產(chǎn)區(qū)，發(fā)現(xiàn)一次粉壟耕作能改善之后連續(xù)兩年花生田的土壤物理性狀，促進(jìn)花生根系的生長發(fā)育，為通過新型耕作措施改善土壤環(huán)境、促進(jìn)花生生長，進(jìn)而提高花生產(chǎn)量提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018、2019年在河南省焦作市溫縣進(jìn)行。土壤類型為壤土，有機(jī)質(zhì)含量14.3 g/kg、堿解氮90.47 mg/kg、速效磷18 mg/kg、速效鉀119 mg/kg、交換性鈣4.68 g/kg。試驗田各處理均在同一地塊，為地勢平坦、灌排良好、土壤肥沃的高產(chǎn)田，前茬作物為小麥。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)3個處理，2017年秋收后小麥播種前各處理的耕作方式為：① 旋耕(CK)，用旋耕機(jī)旋耕2遍(12～16 cm)，施肥，播種；② 粉壟25 cm，直接用粉壟機(jī)械深耕一遍，粉壟深度為25 cm，然后用旋耕機(jī)輕度(耕深2～3 cm)旋耕平整一遍，施肥，播種；③ 粉壟40 cm，直接用粉壟機(jī)械深耕一遍，粉壟深度為40 cm，然后用旋耕機(jī)輕度(耕深2～3 cm)旋耕平整一遍，施肥，播種。種植制度為小麥、花生一年兩熟輪作，之后各處理2018-2019年間兩季花生一季小麥播前整地方式均為旋耕(12～16 cm)。各處理除首年耕作方式不同外，其他試驗條件如品種、施肥、灌溉、除草等均保持一致。

選用高產(chǎn)珍珠豆型花生品種豫花22號，小麥?zhǔn)斋@后整地，平播種植。花生播種行距33 cm，穴距16.7 cm，每穴2粒，密度180 000 穴/hm2，每小區(qū)12行，行長30 m，完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。播種前基施復(fù)合肥1 200 kg/hm2(N∶P∶K=14∶16∶15)，其他栽培管理按花生高產(chǎn)要求進(jìn)行。2018年6月6日播種，10月7日收獲，2019年6月8日播種，10月8日收獲。

1.3 土壤相關(guān)指標(biāo)及測定方法

0～40 cm深度的土壤容重用環(huán)刀法測定[15]；土壤孔隙度/%=(1-土壤容重/土壤比重)×100；土壤水分張力用YM-ZLJ型土壤水分張力計測定[16]。

1.4 根系指標(biāo)測定

收獲前花生整株(包括根系及地上部)取樣，每個處理選取3塊長勢均勻的區(qū)域，以平行于花生行方向，取50 cm的雙行花生，于取樣行及其相鄰一側(cè)的行間進(jìn)行挖掘，取至地面以下50 cm深(深度大于耕層最深的處理)的土層，放入40目尼龍網(wǎng)袋中緩慢沖去根系上的泥土[17-18]，從每區(qū)域取樣中選取3株具有代表性的植株，用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)測定不同處理根系總根長、根表面積、根體積、根平均直徑；烘干法測定根質(zhì)量。

1.5 產(chǎn)量指標(biāo)測定

按小區(qū)收獲，收獲晾曬后調(diào)查各處理單株結(jié)果數(shù)、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率、飽果率，并計算產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013處理數(shù)據(jù)和作圖；采用DPS數(shù)據(jù)分析處理軟件做統(tǒng)計分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤物理性狀的影響

不同耕作方法對土壤物理性狀的影響明顯(表1)，兩年數(shù)據(jù)均顯示，粉壟25 cm和粉壟40 cm均可顯著降低土壤容重和土壤水分張力，增加土壤孔隙度，變化幅度隨粉壟深度的增加而增加。以2018年測定結(jié)果為例，粉壟40 cm土壤容重和土壤水分張力較粉壟25 cm分別降低9%、19.61%，均達(dá)到顯著水平，較CK降低了12%、48.10%，達(dá)極顯著水平；粉壟25 cm土壤容重和土壤張力分別較CK降低了3%、35.44%。粉壟40 cm土壤孔隙度比粉壟25 cm提高了12.25%，比CK提高了17.20%，差異均達(dá)極顯著水平。

表1 不同處理對土壤物理性狀的影響 Table 1 Effect of different treatments on soil physical properties

2.2 不同處理對花生根系形態(tài)的影響

不同處理下花生根系形態(tài)差異顯著，粉壟可明顯增加根系的長度、表面積、體積(圖1～圖3)。2018年、2019年調(diào)查結(jié)果趨勢一致，隨粉壟深度的增加，根系發(fā)育更好，粉壟40 cm的根系最為發(fā)達(dá)。兩年調(diào)查平均結(jié)果顯示，粉壟40 cm總根長、根表面積、根體積較對照分別增加111.90%、93.37%、42.09%，粉壟25 cm總根長、根表面積、根體積較對照分別增加80.71%、82.41%、32.59%。不同處理對根系平均直徑的影響與對根系長度的影響相反，隨粉壟深度的增加，根系平均直徑降低(圖4)，2018年、2019年調(diào)查結(jié)果趨勢一致。粉壟40 cm根平均直徑較CK降低12.98%；粉壟25 cm根平均直徑較CK降低8.40%。連年旋耕會抑制花生根系的發(fā)育，粉壟耕作會減輕這種抑制作用。

2.3 不同處理對花生根質(zhì)量和根冠比的影響

粉壟不僅對根系形態(tài)產(chǎn)生影響，同時也影響了干物質(zhì)的積累和分配。表2可見，隨耕作深度增加，根冠比增加，兩年數(shù)據(jù)趨勢一致。粉壟后根系的干質(zhì)量較對照增加明顯，根冠比也顯著增加，粉壟深度越深，增加幅度越大。兩年結(jié)果顯示，粉壟40 cm根質(zhì)量較粉壟25 cm、對照分別高11.84%、54.55%，粉壟25 cm根質(zhì)量較對照高38.18%。不同處理對根冠比的影響與對根質(zhì)量的影響相似。粉壟40 cm根冠比較粉壟25 cm、對照分別提高26.87%、88.89%，粉壟25 cm根冠比較對照提高48.89%。連年耕作，耕層變淺，根系發(fā)育受到影響，而粉壟則可緩解這種影響。

表2 不同處理對花生根質(zhì)量和根冠比的影響 Table 2 Effect of different treatments on root mass and root-shoot ratio of peanut

2.4 不同處理對花生產(chǎn)量性狀的影響

粉壟處理促進(jìn)了花生莢果和籽仁成熟，兩年結(jié)果表現(xiàn)一致，粉壟后花生百果質(zhì)量、飽果率增加，且提高了百仁質(zhì)量和出仁率。以2018年為例，粉壟40 cm處理的花生百果質(zhì)量、飽果率分別較對照提高6.75%、8.70%；百仁質(zhì)量、出仁率分別較對照提高7.25%、4.15%。粉壟25 cm處理百果質(zhì)量、飽果率分別較對照提高4.67%、5.35%；百仁質(zhì)量、出仁率分別較對照提高4.83%、2.47%。粉壟對土壤性狀及花生根系形態(tài)產(chǎn)生影響，最終體現(xiàn)在產(chǎn)量上，由表3和表4可知，不同處理對產(chǎn)量各性狀影響不同。粉壟后，花生單株結(jié)果數(shù)顯著增加，粉壟深度越深，單株結(jié)果數(shù)越多，兩年平均結(jié)果，粉壟40 cm單株結(jié)果數(shù)比對照高22.77%，比粉壟25 cm高7.58%；粉壟25 cm單株結(jié)果數(shù)比對照高14.12%。粉壟后增產(chǎn)效果顯著，兩年平均結(jié)果顯示，粉壟40 cm花生比對照增產(chǎn)21.55%，比粉壟25 cm增產(chǎn)7.96%；粉壟25 cm花生比對照增產(chǎn)12.58%。

表3 不同處理對花生莢果、籽仁性狀的影響 (2018年) Table 3 Effect of different treatments on traits of peanut pod and kernel (2018)

表4 不同處理對花生莢果、籽仁性狀的影響 (2019年) Table 4 Effect of different treatments on traits of peanut pod and kernel (2019)

3 討論與結(jié)論

粉壟技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)耕作方法，對土壤進(jìn)行“深耕細(xì)作”，相較傳統(tǒng)整地方式，顯著改善了土壤理化性狀。傳統(tǒng)旋耕耕作方式，易將耕作土層打亂，土壤呈塊狀和粉狀，耕后土壤通透性較差，易板結(jié)；而粉壟耕作為橫向快速旋磨切割碎土，土層不打亂，土壤粉碎自然懸浮成壟，U型松土槽及槽底的W型小槽可有效集聚和利用天然降水，在改善土壤性狀的同時， 還具有活土、保水、透氣、保肥及節(jié)能減耗等功效。本研究結(jié)果表明，粉壟后土壤性狀明顯改善，表現(xiàn)為土壤容重和土壤張力降低，土壤孔隙度增加，且粉壟深度越深，其改善效果越好[4]。

根系是植物的重要器官，功能主要在于從土壤中獲取水分、養(yǎng)分供植物生長發(fā)育和植株的支撐固定等[5-6]。不同的種植模式、耕作方式、土壤性狀均可影響根系的建成[19-20]。在生產(chǎn)上通過栽培措施促進(jìn)根系發(fā)育，增強(qiáng)其水分和養(yǎng)料的吸收能力，增加植株的干物質(zhì)積累，對于花生的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義[21]。粉壟后，使作物根系垂直分布下移，深層土壤的群體根系活性相對提高，根質(zhì)量增加，總根數(shù)增多，根系分布范圍更廣，利于養(yǎng)分的吸收和維持地上部的生長和功能[22-24]。本研究顯示，粉壟后花生單株根系長度、體積和表面積、根干質(zhì)量、根冠比等均明顯提高，根系發(fā)育顯著好于對照，粉壟40 cm處理根系發(fā)育優(yōu)勢更為明顯?？梢?，粉壟在改善土壤性狀的同時，很大程度上促進(jìn)了花生根系的形態(tài)建成。因此，粉壟耕作為花生根系的生長提供了優(yōu)越的環(huán)境條件，促進(jìn)了根長度及側(cè)根數(shù)的增加，提高了花生根系總長度和根系吸收面積，保證了花生在生育期內(nèi)有強(qiáng)大的根系吸收水分和養(yǎng)料，從而促進(jìn)了地上部的生長，為實現(xiàn)花生高產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

產(chǎn)量變化是形態(tài)變化的體現(xiàn)，良好的土壤環(huán)境造就了發(fā)達(dá)的根系、合理的根冠比，進(jìn)而促進(jìn)了產(chǎn)量的提升。已有研究表明，深耕可提高作物產(chǎn)量并改善土壤理化性質(zhì)[25]，本研究亦表明，應(yīng)用粉壟方式增產(chǎn)效果要好于傳統(tǒng)的旋耕方式，且粉壟深度越深，增產(chǎn)效果越好。這可能是因為土壤的疏松和良好的通透性使更多的果針入土膨大，發(fā)育更為充實，因此各產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)均得到不同程度的改善，大幅提高了產(chǎn)量水平。粉壟作為一種新型的耕作方式和技術(shù)，實現(xiàn)了犁地、耙地的有機(jī)統(tǒng)一，作業(yè)一次相當(dāng)于翻耕、旋耕兩道作業(yè)，程序簡單，實用方便，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)省工、省力、省時的發(fā)展需求，相信在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全、土壤可持續(xù)利用等方面將發(fā)揮重要作用。