保護(hù)性耕作措施對農(nóng)田土壤健康狀況的影響及作物響應(yīng)研究.pdf

1、保護(hù)性耕作技術(shù)自20世紀(jì)60年代傳入我國后，國內(nèi)科研工作者開展了大量關(guān)于保護(hù)性耕作的研究工作。但現(xiàn)有研究、示范大多是在我國北方干旱、半干旱地區(qū)開展，其目的也多以減少風(fēng)蝕、水蝕或在缺水條件下保證作物不減產(chǎn)為主。而在半濕潤灌區(qū)，以減少農(nóng)業(yè)用水量，提高作物產(chǎn)量為目的的保護(hù)性耕作研究較少。半濕潤區(qū)保護(hù)性耕作條件下農(nóng)田養(yǎng)分、水分時空分布及作物響應(yīng)規(guī)律也較為缺乏。有鑒與此，本研究于2004年-2006年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站展開，試驗(yàn)以華北平原小

2、麥一玉米兩熟農(nóng)作制下保護(hù)性耕作田為研究對象，探尋保護(hù)性耕作條件下農(nóng)田土壤健康狀況的變化規(guī)律及作物對保護(hù)性耕作措施的響應(yīng)情況，并以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)有關(guān)方法，對不同耕作模式下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進(jìn)行評判、篩選，以便于資源的合理利用，為行政決策提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1麥-玉兩熟農(nóng)作制下，利用翻耕后效，在兩年內(nèi)秋季可以采用以旋、耙代耕，或采用深松措施打破犁底層，并結(jié)合玉米、小麥秸稈還田，從而促進(jìn)農(nóng)田土壤健康

3、狀況的改進(jìn)。 試驗(yàn)結(jié)果表明，連續(xù)兩個小麥-玉米生長季后，耙耕、常規(guī)耕作模式下土壤表層0-20cm土層容重均在1.5g/cm<'3>以下，可以滿足作物生長需要。但20-40cm底土層容重均超過1.6g/cm<'3>，且有繼續(xù)增大的趨勢。尤其免耕模式下土壤容重在10-20cm就超過1.5g/cm<'3>，升高趨勢明顯，不利于作物根系生長。但深松模式下各層土壤容重均在1.55g/cm<'3>以下，且無明顯升高趨勢。 在適宜耕作

4、期限內(nèi)，旋、耙、深松3種保護(hù)性土壤耕作措施配合秸稈還田具有合理的孔隙結(jié)構(gòu)，較高的表層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷累積量，微生物量碳、活躍微生物量較高。但保護(hù)性耕作模式下存在一定的田間營養(yǎng)成分分層現(xiàn)象，土壤下層養(yǎng)分指標(biāo)低于常規(guī)耕作，雖未對作物產(chǎn)量造成負(fù)面影響，但對農(nóng)田養(yǎng)分累積價值評價有顯著的負(fù)效應(yīng)。 秸稈還田有助于創(chuàng)造松緊適宜的土壤環(huán)境，減小保護(hù)性耕作模式下土壤容重增加的幅度。可以顯著改善土壤水分條件，有良好的蓄水、保水能力。有效地降低了農(nóng)

5、田蒸散，提高了土壤含水率和土壤貯水量，有利于有限灌溉條件下，作物產(chǎn)量的提高。此外，秸稈還田對表層5cm地溫有顯著影響，越冬期低溫條件下，秸稈還田可以顯著提高表層土壤溫度，小麥返青氣溫回升期，秸稈還田具有“降溫效應(yīng)"。但小麥開花后氣溫較高時，免耕表現(xiàn)出“增溫效應(yīng)”，這應(yīng)與免耕處理群體小，太陽輻射截獲率低有關(guān)。 2適宜耕作期限內(nèi)，旋耕、耙耕、深松結(jié)合秸稈還田可以顯著提高小麥產(chǎn)量，兩年平均增產(chǎn)8.6％，10.6％，8.2％，但免耕小麥

6、兩年平均減產(chǎn)7.1％，產(chǎn)量顯著低于對照。旋耕、耙耕、深松三種耕作模式作業(yè)質(zhì)量基本可以達(dá)到田間農(nóng)藝出苗要求，能夠形成適宜的田間群體，且穗粒數(shù)、千粒重指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)耕作，產(chǎn)量顯著高于對照。免耕處理田間出苗率僅達(dá)60.2％，田間群體過小，難以達(dá)到適宜的公頃穗數(shù)，減產(chǎn)嚴(yán)重。 旋耕、耙耕、深松3種保護(hù)性耕作模式配合秸稈還田有利于提高小麥生育期內(nèi)干物質(zhì)積累速率，延長小麥干物質(zhì)積累活躍期，這為小麥高產(chǎn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。在花后保持較高的葉面積指數(shù)，

7、葉綠素含量，從而保持較高光化學(xué)效率與光合速率，這有利于花后小麥光合產(chǎn)物的累積，有效地提高了籽粒灌漿速率，對小麥粒重的提高十分有效。但免耕模式由于下層容重過高，不利于小麥根系的生長，導(dǎo)致小麥花后養(yǎng)分、水分供應(yīng)的不足，各項(xiàng)測定指標(biāo)均為各處理最低值。 采用作用力分析的方法可以發(fā)現(xiàn)，土壤耕作措施的獨(dú)立效應(yīng)對試驗(yàn)有顯著影響。耕作措施對基本苗，冬前、春季最大分蘗、公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量的作用力均大于秸稈因素的獨(dú)立效應(yīng)；受秸稈×耕

8、作交互效應(yīng)顯著影響的指標(biāo)有冬前最大分蘗與穗粒數(shù)，交互作用力達(dá)到6.17％和28.87％。 3夏玉米對保護(hù)性耕作模式下土壤容重的增加無明顯不良反應(yīng)，免耕、旋耕、耙耕、深松四種土壤耕作模式的后效配合小麥秸稈還田覆蓋可以顯著提高直播玉米產(chǎn)量，兩年平均比常規(guī)耕作增產(chǎn)5.3％，6.5％，6.3％，3.4％。 小麥秸稈覆蓋后，其雨水浸出物中所含的化感物質(zhì)對夏玉米出苗率有顯著的影響，同種耕作模式下秸稈還田處理田間出苗率均低于對應(yīng)無秸稈

9、還田處理，平均降幅2005年為7.37％，2006年為6.05％。就耕作模式間分析，常規(guī)耕作出苗率最高，免耕模式出苗率最低，兩種耕作模式下各處理平均出苗率兩年分別相差6.2％、9.2％。因此，小麥秸稈覆蓋田應(yīng)適當(dāng)增加播量以保證夏玉米田間群體密度。 試驗(yàn)結(jié)果表明，4種保護(hù)性耕作措施配合小麥秸稈覆蓋可以提高夏玉米干物質(zhì)積累速率，延長干物質(zhì)積累時間，同時灌漿速率也有類似的提高，這為保護(hù)性耕作模式下夏玉米籽粒飽滿，粒重的提高有積極的作用

10、。 對夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成進(jìn)行作用力分析可以發(fā)現(xiàn)，耕作措施夏玉米產(chǎn)量構(gòu)成的作用力大于秸稈的獨(dú)立效應(yīng)及耕作、秸稈交互效應(yīng)。其中土壤耕作措施對夏玉米2005年產(chǎn)量的作用力為48.8％，達(dá)到顯著水平。 4經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價，耙耕秸稈還田處理、深松秸稈還田處理服務(wù)功能價值分別高出對照7270.9元/hm<'2>，5587.9元/hm<'2>，是各處理中表現(xiàn)較優(yōu)的處理，有較高的經(jīng)濟(jì)收益及生態(tài)效益，具有較好的推廣價值。

11、通過對試驗(yàn)中10種處理所處農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)功能價值及大氣調(diào)節(jié)功能價值是各處理服務(wù)功能價值中最重要的組成部分。保護(hù)性耕作模式秋耕時減少了土壤作業(yè)工序，節(jié)約了機(jī)械動力成本，有利于保護(hù)性耕作模式下農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)功能價值的提高。而旋耕、耙耕、深松模式下秸稈還田處理擁有更高生物產(chǎn)量，對應(yīng)的大氣調(diào)節(jié)功能也高于對照。保護(hù)性耕作模式配合秸稈還田可以提高土壤貯水量，從而提高土壤農(nóng)田土壤水分涵養(yǎng)價值，其中秸稈還田措施可平均增加農(nóng)