王本龍 周春生 海珍 婁雨欣

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.034

摘要：為了解決松遼平原土壤鹽堿化、玉米產(chǎn)量低下的問題，通過探討不同耕作方式對土壤理化性狀及玉米產(chǎn)量的影響，篩選出適宜松遼平原的耕作方式，以實現(xiàn)土壤良性生產(chǎn)?；谕ㄟ|市科左中旗鹽堿試驗地，設(shè)置深松耕作深度40 cm處理（SS處理）、粉壟耕作深度40 cm處理（FL處理）2個處理，以常規(guī)旋耕深度20 cm處理（CK處理）為對照，分析不同耕作方式下土壤理化性狀及玉米產(chǎn)量的變化。結(jié)果表明，SS、FL處理在播種前10～40 cm土層的土壤含水量分別較CK增加35.1%～194.7%、29.9%～98.2%；在收獲后0～40 cm土層土壤中，>0.25 mm土壤團聚體表現(xiàn)為FL處理>SS處理>CK；在7.5～20 cm土層中，SS、FL處理的土壤硬度分別較CK增加33.5%～295.6%、57.2%～180.5%；在0～40 cm土層中，SS、FL處理的土壤pH值較CK降低6.7%～12.9%、-1.1% ～-6.1%，土壤電導率分別較CK降低1.6%～26.9%、21.3%～43.9%，土壤全鹽量分別較CK降低 -20.0% ～42.9%、10.3%～47.6%；玉米產(chǎn)量分別較CK增加19.2%、39.5%。由研究結(jié)果可以看出，深松和粉壟耕作均能夠構(gòu)建合理的耕作層，改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于土壤耕作層脫堿、排堿，從而促進玉米生長發(fā)育，大幅提高玉米產(chǎn)量，從長久角度和產(chǎn)量來看，粉壟耕是最適宜的耕作方式。

關(guān)鍵詞：深松耕作；粉壟耕作；鹽堿地；土壤理化性狀；玉米產(chǎn)量；松遼平原

中圖分類號：S156.4+9；S513.061? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0247-07

收稿日期：2023-07-07

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)廳項目（編號：202076）；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學基金（編號：2022MS07008、2021MS05017、2019MS04020、2020MS05018、2020BS03001）；內(nèi)蒙古自治區(qū)直屬高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費（編號：NCYWZ22009）；內(nèi)蒙古財經(jīng)大學課題（編號：JXYB1922）。

作者簡介：王本龍（1997—），男，安徽當涂人，碩士研究生，主要從事鹽堿地及沙地修復研究。E-mail：878423846@qq.com。

通信作者：周春生，博士，教授，主要從事土壤污染防治及膨潤土應用技術(shù)方面的教學研究工作。E-mail：zhouchunsheng121@163.com。

松遼平原作為世界三大蘇打鹽堿地之一［1］，以碳酸鹽堿土為主［2］，土壤含鹽量較高，鹽堿化嚴重，此外，長期的傳統(tǒng)旋耕、連續(xù)作業(yè)使得耕層變淺［3］、土壤板結(jié)［4］、土壤保熵透氣性變差，嚴重影響了玉米的生長發(fā)育，使得玉米單產(chǎn)水平低，產(chǎn)量逐年下降。保護性耕作作為一種新興的耕作方式，能夠有效提高鹽堿地土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量［5］，其中深松耕作、粉壟耕作是保護性耕作的關(guān)鍵措施，能夠有效降低土壤容重、提高土壤孔隙度［6-7］，加深耕作層深度并改善土壤結(jié)構(gòu)［8-9］。李宇航等研究發(fā)現(xiàn)，在東北黑土區(qū)，與傳統(tǒng)翻耕相比，深松耕作的玉米產(chǎn)量顯著提高22.37%［10］。Jiao等發(fā)現(xiàn)，當深松深度為35 cm時，能夠顯著提高華北夏玉米的葉綠素含量、葉面積指數(shù)、凈光合速率及籽粒產(chǎn)量［11］。石偉業(yè)等研究發(fā)現(xiàn)，當粉壟深度為50 cm時，可以顯著提高水稻籽粒產(chǎn)量，較傳統(tǒng)旋耕提高25.45%［12］。麻仲花等研究發(fā)現(xiàn)，當粉壟為30、50 cm時，甜高粱產(chǎn)量較傳統(tǒng)旋耕顯著增加8.7%、5.2%［13］。粉壟和深松作為一種切實有效的鹽堿地改良技術(shù)，能夠改善土壤理化性狀，提高作物產(chǎn)量，因此如何篩選適宜松遼平原的一種耕作技術(shù)，實現(xiàn)土壤的良性生產(chǎn)成為研究重點。本試驗以內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科左中旗玉米農(nóng)田作為試驗區(qū)，探討不同耕作方式對玉米土壤耕層理化性狀及玉米產(chǎn)量的影響，旨在為松遼平原玉米種植選擇最佳耕作方式提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)概況

試驗于2020年4月在內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科左中旗花吐古拉鎮(zhèn)三家子村（43°92′N，122°047′E）進行，試驗區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L氣候，四季分明，海拔178.44 m，年均日照時數(shù)2 891.7 h，年均降水量269.7 mm，年均氣溫5.5 ℃，年均無霜期為 150 d?；就寥览砘誀钊缦拢?～40 cm土層土壤含鹽量1.3%～2.7%，pH值為9.0～9.3，電導率為145.8～247.3 μS/cm。

1.2? 材料及設(shè)計

供試玉米品種為京科969，于2020年4月20日播種，試驗共設(shè)3個處理：傳統(tǒng)旋耕、深松耕作、粉壟耕作，分別記為CK、SS、FL（表1）。每個處理的用地面積為0.025 hm2，保苗密度為75 000株/hm2，肥料用量如下：有機肥75 m3/hm2，腐殖酸375 kg/hm2，硅肥225 kg/hm2。各處理田間管理均一致，于2020年9月27日收獲。

1.3? 試驗樣品的測定

在播種前、生育期和收獲后按“S”形采集土樣，分別取0～5、5～10、10～20、20～40 cm土層樣品，共計4層，每層重復3次。土壤含水量采用烘干法測定，土壤團聚體采用篩濕法測定［14］，土壤硬度采用SC900土壤硬度計測定，土壤pH值用pH-2F型pH計測定，土壤電導率采用DDS-307a電導率儀測定，土壤全鹽含量采用重量法測定［15］。在玉米成熟期各小區(qū)隨機選5 m×5 m的區(qū)域用于考種，考查穗長、穗重、縱向籽粒數(shù)、橫向籽粒數(shù)、百粒鮮重、百粒干重。各試驗小區(qū)按實收穴數(shù)計產(chǎn)。

1.4? 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2019、Origin 2022進行分析和處理，用IBM SPSS Statistics 27.0進行統(tǒng)計分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同耕作方式對土壤物理性狀的影響

2.1.1? 不同耕作方式對土壤含水量的影響? 由表2可知，不同耕作方式對土壤含水量有顯著影響。在播種前，深松、粉壟耕作后土壤疏松，透氣性增加，表層土壤水分失墑較傳統(tǒng)旋耕加快。在0～5 cm 土層，深松、粉壟耕作后土壤含水量較傳統(tǒng)旋耕處理分別降低60.6%、6.1%；在5～10 cm土層，深松、粉壟耕作后土壤含水量較傳統(tǒng)旋耕處理分別降低56.5%、2.9%。深松和粉壟耕作能夠有效打破犁底層［16］，顯著增加10～40 cm土層的土壤含水量。在10～20 cm土層，深松、粉壟耕作后土壤含水量較傳統(tǒng)旋耕處理分別增加35.1%、29.9%；在 20～40 cm土層，深松、粉壟耕作后土壤含水量較傳統(tǒng)旋耕處理分別顯著增加205.3%、98.2%（P<0.05）。收獲后，在0～40 cm土層中，傳統(tǒng)旋耕處理的土壤含水量均高于深松和粉壟耕作處理，原因可能是深松、粉壟耕作提高了土壤通氣透水性，水分向深層下滲，玉米植株發(fā)育較好，使得植株、根系所需水分增加。

2.1.2? 不同耕作方式對土壤水穩(wěn)性團聚體的影響? 土壤團聚體能夠改善土質(zhì)，增加土壤肥力［17］，使鹽堿、板結(jié)土壤恢復活力［18］，從而促進作物生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量。由圖1可知，在深松和粉壟耕作處理下，各級土壤團聚體比例均呈現(xiàn)出不同的變化。在0～40 cm土層，＞1.0 mm團聚體表現(xiàn)趨向為SS處理>CK>FL處理，三者間無顯著差異（P>0.05）；0.5～1.0 mm團聚體表現(xiàn)為FL處理>CK>SS處理，僅FL處理與CK間有顯著差異（P<0.05）；0.25～0.5 mm團聚體表現(xiàn)為SS處理>FL處理>CK，且SS、FL處理分別與CK有顯著差異（P<0.05）；0.075～0.25 mm團聚體表現(xiàn)為CK>FL處理>SS處理，三者間無顯著差異（P<0.5）；＜0.075 mm團聚體表現(xiàn)為SS處理>CK>FL處理，且三者間均存在顯著差異（P<0.5）。在>0.25 mm團聚體中，深松、粉壟耕作處理的土壤團聚體均高于CK，最高增幅為42.7%。綜上，深松、粉壟耕作均能夠有效增加土壤中的大團聚體數(shù)量。

2.1.3? 不同耕作方式對土壤硬度的影響? 土壤硬度是衡量土壤緊實度的標準［19］。由圖2可知，在 0～5 cm土層，傳統(tǒng)旋耕處理的土壤硬度最大，土壤表面板結(jié)，不利于作物生長發(fā)育。深松、粉壟耕作能夠有效降低0～5 cm土層的土壤硬度；傳統(tǒng)旋耕無法打破堅硬的犁底層，導致20～40 cm土層的土壤滲透系數(shù)低，透氣性差，土壤板結(jié)，形成了致密的隔水層，在傳統(tǒng)旋耕處理下，降雨后水分無法下滲，水分堆積在5～20 cm土層中，導致土壤硬度較低，這與降雨后地表嚴重積水、形成內(nèi)澇的現(xiàn)象吻合。深松、粉壟耕作能夠打破犁底層，從而構(gòu)建合理的耕層結(jié)構(gòu)，在深松或粉壟耕作處理下，7.5～20 cm土層的土壤硬度較傳統(tǒng)旋耕顯著提高33.5%～295.6%、57.2%～180.5%。在20～40 cm 土層，深松、粉壟耕作處理的土壤硬度均低于CK，且在粉壟耕作處理下土壤硬度相對較均勻，各土層間的土壤硬度差異較小。由此可見，深松和粉壟耕作均能夠疏松土壤，有效改善土壤結(jié)構(gòu)，構(gòu)建合理的耕作層。

2.2? 不同耕作方式對土壤化學性狀的影響

2.2.1? 不同耕作方式對土壤pH值的影響? 由圖3可知， 縱觀整個生育期， 不同處理的0～40 cm土層土壤pH值整體均呈現(xiàn)下降趨勢，且深松耕作處理下0～40 cm土層的土壤pH值下降幅度最大。由圖4可知，在深松和粉壟耕作處理下，土壤pH值呈現(xiàn)不同的變化趨勢，在0～5 cm土層，深松、粉壟耕作處理的土壤pH值分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低6.7%、-3.6%；在5～10 cm土層，土壤pH值分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低8.0%、-4.5%；在10～20 cm土層，土壤pH值分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低9.6%、-6.1%；在20～40 cm土層，土壤pH值分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低12.9%、-1.1%；在0～40 cm土層，深松耕作處理的土壤pH值顯著低于傳統(tǒng)旋耕處理（P<0.05），粉壟耕作處理的土壤pH值顯著高于傳統(tǒng)旋耕處理（P<0.05）?？赡苁且驗榉蹓鸥鲿r鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，使得部分20～40 cm鹽堿土混入表層土中，導致表層土壤pH值較高，但同時也有效增加了耕作層深度。

2.2.2? 不同耕作方式對土壤電導率的影響? 土壤電導率能夠體現(xiàn)土壤溶液中可溶性鹽的狀況［20］，并在一定程度上反映土壤含鹽量［21］。由圖5可知，在整個生育期內(nèi)，不同處理的0～40 cm 土層土壤電導率均呈現(xiàn)降低趨勢，除粉壟耕作處理的0～5 cm土層外，深松、粉壟耕作處理的土壤電導率隨生育進程的推進減幅變小， 且粉壟耕作處理個別試樣的變

化幅度較大。由圖6可知，深松、粉壟耕作處理能夠顯著降低土壤電導率，在0～40 cm土層，深松、粉壟耕作處理的土壤電導率均低于傳統(tǒng)旋耕處理。在 0～40 cm土層，土壤平均電導率表現(xiàn)為CK>SS處理>FL處理，深松、粉壟耕作處理在0～5 cm土層的土壤電導率分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低26.9%、21.3%；在5～10 cm土層，土壤電導率分別較傳統(tǒng)旋耕降低15.3%、26.3%；在10～20 cm土層，土壤電導率分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低1.6%、40.9%；在20～40 cm土層，土壤電導率分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低10.4%、43.9%。從整個土壤剖面來看，電導率最大值出現(xiàn)在CK耕作處理下的20～40 cm土層，并且在0～40 cm土層，隨著土層的加深，傳統(tǒng)旋耕、深松耕作處理的土壤電導率呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

2.2.3? 不同耕作方式對土壤全鹽量的影響? 由圖7可知，在生育期內(nèi)，傳統(tǒng)旋耕、深松耕作處理在0～40 cm土層的土壤全鹽量變化趨勢相近，而粉壟耕作處理在吐絲期轉(zhuǎn)向成熟期時，土壤全鹽量呈現(xiàn)上升趨勢，可能與采樣時采樣點為堿斑有關(guān)。由圖8可知，在0～40 cm土層，與傳統(tǒng)旋耕處理相比，深松、粉壟耕作處理不同程度地降低了土壤全鹽量；在0～20 cm土層，深松、粉壟耕作處理與傳統(tǒng)旋耕處理的土壤全鹽量間差異均達顯著水平（P<0.05），土壤平均全鹽量具體表現(xiàn)為CK>SS處理>FL處理，深松耕作處理、粉壟耕作處理、CK在 0～5 cm 土層地土壤全鹽量分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低15.4%、10.3%；在5～10 cm土層，土壤全鹽量分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低42.9%、47.6%；在10～20 cm土層，土壤全鹽量分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低 -20.0%、20.0%；在20～40 cm土層，土壤全鹽量分別較傳統(tǒng)旋耕處理降低18.2%、27.3%。從垂直剖面來看，土壤全鹽量的最高值出現(xiàn)在傳統(tǒng)旋耕處理

的0～5 cm土層，為3.91 g/kg；最低值出現(xiàn)在粉壟耕作處理的20～40 cm土層，為0.82 g/kg，隨著土層的加深，土壤全鹽量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。

2.3? 不同耕作方式對玉米產(chǎn)量的影響由表3可以看出，深松、粉壟耕作處理對玉米品質(zhì)及產(chǎn)量均有明顯影響，與傳統(tǒng)旋耕處理相比，各處理的玉米穗重呈現(xiàn)不同的變化，粉壟耕作處理的玉米穗重較傳統(tǒng)旋耕處理提高10.9%。通過對玉米穗長進行分析發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)旋耕處理相比，深松、粉壟耕作處理均能提高玉米穗長， 其中粉壟耕作處

理的玉米穗長最大，達20.7 cm，較傳統(tǒng)旋耕處理長38.0%，其次為深松耕作處理，玉米穗長為19.2 cm，較傳統(tǒng)旋耕處理長28.0%。通過對玉米行粒數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)旋耕處理相比，深松、粉壟耕作處理的橫向籽粒數(shù)明顯提高，縱向籽粒數(shù)顯著提高（P<0.05），深松、粉壟耕作處理的橫向籽粒數(shù)、縱向籽粒數(shù)均相同，分別為17、32粒，分別較傳統(tǒng)旋耕處理提高21.4%、52.4%；深松、粉壟耕作處理的玉米百粒鮮重均較傳統(tǒng)旋耕處理顯著提高（P<0.05），百粒鮮重排序為SS處理>FL處理>CK，分別較傳統(tǒng)旋耕處理提高33.8%、27.7%；深松、粉壟耕作處理的玉米百粒干重較傳統(tǒng)旋耕均明顯提高，其中深松耕作處理的百粒干重較傳統(tǒng)旋耕處理提高34.7%，提高幅度最為明顯，其次為粉壟耕作處理，較傳統(tǒng)旋耕提高29.5%。粉壟耕作、深松耕作處理的玉米產(chǎn)量均較傳統(tǒng)旋耕處理明顯提高，其中粉壟耕作處理的玉米產(chǎn)量較傳統(tǒng)旋耕處理提高39.5%，提高幅度最為明顯，其次為深松耕作處理，較傳統(tǒng)旋耕處理提高19.2%，各處理的玉米產(chǎn)量排序為FL處理>SS處理>CK。整體上看，粉壟耕作處理的玉米產(chǎn)量和品質(zhì)要高于深松耕作、傳統(tǒng)旋耕處理。

3? 討論與結(jié)論

趙富貴等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作通過打破犁底層從而疏松土壤，起到蓄水作用［22］。張邦彥等研究發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作能夠顯著改善土壤耕層結(jié)構(gòu)，從而疏松土壤，合理調(diào)蓄土壤水分分配、增加入滲［23］。本研究發(fā)現(xiàn)，深松、粉壟耕作處理能夠顯著增加播種前10～40 cm土層的土壤含水量，有效打破犁底層，增加土壤孔隙度，提高水分入滲能力，而在收獲后，深松、粉壟耕作處理的0～40 cm土層土壤含水量均低于傳統(tǒng)旋耕處理，原因可能是深松、粉壟耕作處理提高了土壤通氣透水性，使得水分向深層入滲，在深松與粉壟耕作處理下玉米的長勢更好，根系、植株對水分的需求更大，從而導致土壤含水量降低。

土壤團聚體是衡量土壤肥力的重要參數(shù)［24］，Zhang等發(fā)現(xiàn)，深松耕作處理能夠提高土壤團聚體顆粒態(tài)有機碳含量［25］。曹明海研究發(fā)現(xiàn)，在粉壟耕作處理后，土壤團聚體穩(wěn)定性比傳統(tǒng)旋耕處理的效果更加明顯［26］。本研究也發(fā)現(xiàn)，在深松和粉壟耕作處理后，>0.25 mm水穩(wěn)性團聚體數(shù)量明顯高于傳統(tǒng)旋耕處理，這與前人的研究結(jié)果一致。

由于長期旋耕和連作，導致耕層松土層一般在15～20 cm［27］，20～40 cm土層的土壤滲透系數(shù)低，透氣性差。0～40 cm土壤硬度分層嚴重，水分無法下滲，形成致密的隔水層。深松、粉壟耕作處理能夠有效打破犁底層，疏松土壤，同時增加20～40 cm土壤堿化層的透水、透氣性，使得土壤水分向深層滲透，有利于鹽分向深層運移。

鹽堿脅迫是影響作物生產(chǎn)的重要制約因素［28］，高pH值、高鹽分是造成鹽堿脅迫的重要原因［29］。Zhang等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作能夠顯著降低土壤含鹽量、pH值［30-31］。楊博等發(fā)現(xiàn)，在粉壟耕作處理下，土壤可溶性全鹽量、pH值顯著降低［32］。本研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作處理能夠顯著降低0～40 cm土層土壤的pH值，而在收獲后的0～40 cm土層土壤，粉壟耕作處理的pH值高于傳統(tǒng)旋耕處理，這可能是因為粉壟耕作在作業(yè)時，鉆頭將部分20～40 cm的堿土層與0～20 cm的表層土混合，導致0～20 cm表層土的堿化度提升。但當耕作層由20 cm增加至40 cm時，耕作層深度增加，結(jié)合合理灌溉定額及多年合理耕作，0～40 cm耕作層的鹽分會隨水分運移至 40 cm 以下，既增加了耕作層深度，又能夠達到脫堿、排堿的目的。電導率與鹽分含量間的相關(guān)性較高，在某種程度上可以體現(xiàn)土壤的鹽分含量。在深松和粉壟耕作處理下，0～40 cm土層的土壤電導率和全鹽量均低于傳統(tǒng)旋耕處理，這與前人的研究結(jié)果［33-35］一致。

耿晶等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作能夠顯著增加冬小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，與傳統(tǒng)耕作相比，產(chǎn)量增加11.72%［36］。陳彥云等研究發(fā)現(xiàn)，當粉壟耕作深度為35 cm時，玉米產(chǎn)量較傳統(tǒng)旋耕（深度 20 cm）增加34.7%［37］。本研究也發(fā)現(xiàn)，在深松和粉壟耕作處理下，玉米的穗長、橫向籽粒數(shù)、縱向籽粒數(shù)、百粒鮮重和百粒干重有顯著提高（P<0.05），玉米產(chǎn)量也得到大幅度提高，二者的產(chǎn)量分別較傳統(tǒng)旋耕處理增加了19.2%、39.5%?？赡苡捎谏钏珊头蹓鸥魈幚硗ㄟ^改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤養(yǎng)分含量［38］，為玉米生長提供了舒適優(yōu)越的環(huán)境，從而使玉米產(chǎn)量大幅增加。

綜上所述，相較于傳統(tǒng)旋耕，深松和粉壟耕作可顯著提高播種前20～40 cm土層的土壤含水量，顯著提高0～40 cm土層>0.25 mm團聚體的含量，打破0～40 cm土層土壤分層現(xiàn)象，提高7.5～20.0 cm 土層的土壤硬度，降低20～40 cm土層的土壤硬度；深松和粉壟耕作均能夠打破犁底層，構(gòu)建合理耕作層，疏松土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)旋耕，深松耕作處理能夠顯著降低0～40 cm土層土壤pH值，粉壟耕作處理顯著提高0～20 cm 土層的pH值，同時加深耕作層厚度，二者均顯著降低了0～40 cm土層的土壤電導率，同時顯著降低了 0～20 cm土層的土壤全鹽量。因此，深松和粉壟耕作處理均能夠有效減低土壤鹽堿含量，有利于土壤耕作層脫堿、排堿，將鹽堿排至40 cm以下。深松和粉壟耕作處理后，玉米產(chǎn)量及品質(zhì)均顯著高于傳統(tǒng)旋耕處理，以粉壟耕作處理最為明顯，玉米增產(chǎn)率達39.5%。

綜合分析得出，在2種耕作模式下，土壤耕層處理的質(zhì)量均有顯著提高，但從長久角度考慮，粉壟耕作處理能夠增加耕層厚度。且在玉米產(chǎn)量上粉壟耕作處理明顯高于深松耕作處理，因此粉壟耕作更加適宜，既顯著改善了土壤理化性狀，又大幅提高了玉米產(chǎn)量。

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