旱地自然免耕技术对土壤肥力的影响朱波,马志勤,张克婉摘要本文研究了钙质紫色土在连续四年免 耕、垄作、秸杆覆盖下的土壤水肥状况的变化。结果表明,免耕使土壤容重下降,秸杆覆盖提高土 壤田间持水量、抑制水分蒸发、增加养分积累,垄作可形成深厚的土壤结构层,有利于土壤养分活 化。免耕、垄作、秸杆覆盖相结合能改善并维护土壤结构,提高土壤肥力。关键词免耕,垄作,秸 杆覆盖,紫色土自然免耕技术是在土壤肥力热力学研究基础上提出的一种新耕作方法[’j,南方 水田自然免耕推广面积达333万公顷,增产幅度15%~30%。旱地自然免耕未能推广;其技 术及机理方面的研究尚待深入。本研究根据四川省盆地北部低山深丘的特点,在中国科学院盐事农 业生态试验站定位研究连续免耕、垄作、覆盖高产的可能性及其条件,同时比较研究垄作、覆盖的 保水抗旱效益,对土壤肥力变化的影响等。l试验设计l·1处理水平在免耕基础上,设计平作( B),平作秸秆覆盖(豆)、垄作(A)、垄作秸杆覆盖(瓦)等4个处理。小区面积为Zm’, 垄、沟宽60cm,垄高25cm,覆盖物厚度3cm,各处理3次重复,随机排列。l·2试验 基本条件l.2.l气候条件本区气候为中亚热带湿润季风气候,年均温17.3C,>10:C 的积温5000~6000C,年降雨量为828.7mm,降雨分布不均,春夏旱、伏旱交替发 生,无霜期297天。1.2.2供试土壤试验土壤为株罗系蓬莱镇组残积母质发育的钙质紫色土 ,为高台位旱坡地,质地中壤,CaCo。7.5%,pHS.50,有机质0.95%,全NO .105%,全PO.062%,全KZ.29%。2试验结果与分析2·l自然免耕增产效益表 1为自然免耕试验连续四年的农作物产量。由表1可见,平作覆盖产量最高,垄作不覆盖最低,产 量基本趋势为豆>瓦>B>A,垄作、平作均以覆盖产量最高。四川省重点科研项目的一部分作者 单位:中国科学院成都山地灾害与环境研究所成都610041以不覆盖产量为100%,比较垄 作、平作产量(表1),垄作、平作各处理均以覆盖产量最高,垄作覆盖比不覆盖增产7.4~3 8.7%,平均增产21%,平作覆盖比不覆盖平均增产25%,覆盖有利于提高农作物产量。表 1自然免耕备处理产且对照表TablelYieldofvarlousnaturalno- tlllage注:(l)1994年为地上生物量.(2)1995年小春为油菜,大春为玉米 巨(3)以不覆盖产量为100%的产量对比率.Note:(l)肋massabovegro undIn1994·(2)In1995summerseasoncroPwascorna ndautummcroPwasraPe(3)YieldcontrastNrcentag ecompared—thmmulching2.2自然免耕对土壤结构的影响土壤容重是土壤 结构变化的重要指标,由表2可见,自然免耕备处理均使土壤容量在一定程度下降,说明免耕有利 于土壤结构改善。表2垄作一秸秆覆盖对土壤容三的影响Tab2Effectsofridae andmulcholantonso[lbulkdensity比较1992~1995各处 理土壤容重发现(表2),垄作明显降低土壤容重,与平作相比,表层(0~15cm)
土壤容重 下降3.5~24%,中层(15~30)下降2~16%。垄作总孔度较高,为47·5~54 ·9%,平作为40~46.4%,垄作有利于排渍,垄作还使土壤中层毛管孔隙度较平作平均提 高32.8%。覆盖也使表层土壤容重下降,但覆盖处理土壤容重变化较小(表2),如垄作覆盖 表层上壤容重从1993年始起一直维持在1.30g/cm’水平上,而不覆盖土壤容重变幅较 大,如四年来平作表层土壤容重累积变幅(凸V.W)为0.23g/cm’,垄作达0.30g /cm’,而覆盖各处理土壤容重累积变幅最高仅为0.】屹/cm’,对中壤质土壤而言,容重 在l.10~1.35g/cm’之间,土壤能保持适宜的透水性和持水性[‘],当容重大于1 .40g/cm’时,土壤饱和导水力低于1.om/日,土壤透水性差,而容重小于1.10g /cm’,土壤大孔隙过多,其持水性又差。可见,土壤容重的稳定对于土壤水、气的供应十分重 要,而秸杆覆盖避免了雨滴对地表的直接挤拍击,使土壤结构免遭破坏和板结。垄作可改善土壤结 构,覆盖有利于维护土壤结构.二者结合可改善并维护土壤物理性能,为作物高产所需的养分、水 分提供良好的物理环境。2.3垄作回盖对土壤并分含且的影响连续自然免耕,垄作出现稳定的好 气和嫌气兼存条件,在相同施肥条件下,土壤中有机质,氮素均高于平作,表层有机质、氮素、磷 均呈稳定上升趋势(图1),说明垄作有利于土壤培肥,垄作还使土壤中层(15~35cm)养 分含量升高,以垄作覆盖突出。土壤有机质、氮、磷增长幅度为三>瓦>B>A,表明秸杆覆盖对 土壤养分的积累有重要作用。用1自然免耕土@养分变化FiglChangeofsoilnu trentsundernaturalno-tlllage2.4秸圩覆盖的保水抗旱作用2 ‘4·1水分为农业生产的主要限制因素本区内干旱频繁,据统计,春旱发生频率为71.4%, 夏旱为sl%,伏旱为47.6%,连旱情况也时有发生(28.5%)[‘j,严重制约了当地 农业的发展。尽管年降雨达828.7mm,但分配不均匀,以1992~1995年四年看(表 3),5~8月雨量占全年62.8%,冬春雨量稀少,仅占年降雨量14.3%,不能满足小春 作物需水,夏季常出现夏旱、伏旱,严重影响大春作物正常生长,如1994年,全年降雨量67 1.3mm,大春作物(水稻)生育期(5~8月)降雨量为全年45.5%,造成试验大春作物 无收,因此,水分已成为本地区农业生产的主要限制因素。衣31992~1995年降雨分配T ab.3Distrbutionofrainfallfronl1992!o19952.4 .2覆盖的抗旱保墒作用1993年表层土壤的田间持水量分别为15.59%(A)、17.6 3%(x)14.61%(B)、16.89%(豆),秸杆覆盖高于不覆盖,其他各年均有类似 情况(表4),可见,覆盖能提高田间持水量,有利于土壤水分保持。秸杆覆盖还通过抑制蒸发保 持土壤水分。据报道[’],scm麦糠覆盖抑制蒸发率50~70%,比裸地多保墒水分68m m,本试验1995年秸杆覆盖比不覆盖提高土壤水分1.4~6.2%,在极度干旱的1994 年6月底,不覆盖表层土壤水含量为7.5%(平作),6.8%(垄作),作物萎焉,而秸杆覆 盖土壤水分为13.2%(平作)、13%(垄作),作物尚可生长。可见,覆盖的节水效益十分 明显。麦4垄作一稿杆覆盖的土@*分特征Tab.4Characterofsoilmois turenuderidge—mulchfarming注:·
田间持水量、水分单位为%,H ;()为土壤水分含量。Nate,.Isfieldwatercapac。ty(%).H。 ()IstheW8tesContentofSoil2.51盖、垄作土壤的热特性变化土壤 温度变化是土壤热学特征和热量流动的表现形式,若土温变化过大或高于35’:C,不利于土壤 腐殖化且使作物根系早衰或死亡。表5列出了1994年夏季高温期6月28日自然免耕土壤0~ 20cm温度变化情况。由表可见,不覆盖土壤,尤其垄作,整个土体温度高,scm土温高达3 5.7C,土壤温差为11.5“C,而秸杆覆盖土体最高温度不超过31C,0~20cm平均 上温比不覆盖低2C,并且整个土壤表面温度变化也较稳定,最大温差不超过6C,以平作覆盖尤 为显著,说明盛夏高温天气,秸秆覆盖能显著降低土壤温度,确保作物根系免受温度过高的影响。 覆盖和平作使土温处于稳定少变状态,也有利于土壤有机物料的腐殖化,提高土壤生产力。表5秸 杆覆盖、垄作的土田温度Tab.5Soiltemperatureundercultiva tionofridgeandstrawmulch3问题与讨论覆盖能够维制土壤结构,增加 土壤有机质、氮、磷等养分含量,提高田间持水量,抑制水分蒸发,从而提高作物产量,与试验结 果相符。垄作能改善并形成深厚的土壤结构层,有利于土壤养分活化土壤培肥,有较大的增产潜力 ,然而实际情况却相反。笔者分析,有三个方面的原因;一是垄作免耕时间短,未能使土壤腐殖化 、细菌化、温润化;二是垄作表面积大,蒸发强烈,造成田间持水量较平作高,而土壤含水量却低 于平作的现象,试验表明通过与覆盖相结合能够缓解;三是水稻旱作免耕免灌高产困难大,本地区 干旱突出,高台位旱地供水更加困难,尤其是水稻抽穗扬花时正值夏旱,伏旱期,造成水稻无法抽 穗或抽穗不实[’],试验产量最高的处理为平作覆盖,亩产仅为240kg(1993年),1 993年年降雨量1158.smm,水稻生育期6~8月曾灌水10次,每次每小区灌水0.2 5m’,而1995年种玉米,在相同施肥善和免灌条件下,亩产超过500公斤,而且覆盖和垄 作的增产潜力都有所反映。因此,笔者认为,自然免耕技术应选择旱地作物,覆盖、垄作措施相结 合,有利于土壤一植物共生体的相互促进,使土壤肥力、植物抗逆性提高,从而充分发挥其增产潜 力。4结论1覆盖提高土壤田间持水量,抑制水分蒸发,保水抗旱效益显著,使作物产量提高。’ 2覆盖与垄作相结合能改善并维护土壤结构,提高土壤肥力,有较大的增产潜力。3自然免耕应根 据气候、土地、农田水利建设条件,因地制宜地确定轮作方式,鉴于本地区干旱严重,供水困难旱地自然免耕技术适宜早作,水稻难以获得高产。参考文献||1候光炯著.候光炯土壤学论文选集.四川,科学技术出版社,1990,377~3922严少华,黄东迈.免耕与覆盖施肥对水稻土结构的影响.江苏农业学报,1989.5(3):20~273张志田等.旱地麦田保护性耕
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