【文章內(nèi)容簡介】 施肥和播種質(zhì)量較差、蓄水保墑效應(yīng)和增產(chǎn)效果不夠明顯和穩(wěn)定等問題比較突出，制約了大田生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用。在秸稈覆蓋深松和秸稈覆蓋免耕技術(shù)研究方面，已有研究初步探索了其蓄水保墑效果和增產(chǎn)效應(yīng)，但只是單項(xiàng)土壤耕作措施效應(yīng)的短期試驗(yàn)研究，缺乏長周期不同土壤耕作措施組成的輪耕模式研究，秸稈覆蓋試驗(yàn)設(shè)計(jì)忽視了生產(chǎn)實(shí)用性，其研究結(jié)果在生產(chǎn)上應(yīng)用性較差。為此，需要開展常規(guī)秸稈覆蓋量下免耕、深松和翻耕以及其輪耕模式的蓄水保墑效果和增產(chǎn)作用的長期定位試驗(yàn)研究，評價(jià)和篩選與當(dāng)?shù)亟邓Y源狀況和種植制度相適應(yīng)的保護(hù)性輪耕模式，并且長期定位試驗(yàn)具有時(shí)間的長期性和定位性等特點(diǎn)，試驗(yàn)信息量豐富，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，能為保護(hù)性輪耕技術(shù)在生產(chǎn)上大范圍推廣應(yīng)用提供決策依據(jù)。 研究目標(biāo)通過在渭北旱塬長周期定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究不同耕作模式對土壤保護(hù)性輪耕模式的蓄水保墑的影響，為渭北旱地農(nóng)業(yè)區(qū)合理耕作與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。（1）研究休閑期不同保護(hù)性輪耕模式蓄水保墑效應(yīng)和作物產(chǎn)量：在不同降水年型和肥力水平下，研究由免耕、深松、翻耕等組成保護(hù)性輪耕模式所產(chǎn)生的蓄水保墑效果和增產(chǎn)作用。（2）篩選渭北旱塬最佳夏閑期保護(hù)性輪耕模式：根據(jù)長期定位試驗(yàn)結(jié)果，篩選適合渭北旱塬降水資源狀況和種植制度的休閑期最優(yōu)蓄水保墑輪耕模式。 研究內(nèi)容（1）不同保護(hù)性耕作輪耕模式對夏閑期土壤蓄水保墑效果和小麥生育期土壤水分動態(tài)的影響； （2）不同保護(hù)性耕作輪耕模式和施肥量對小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響； 技術(shù)路線本研究技術(shù)路線見圖21。 材料和方法 研究區(qū)概況 試驗(yàn)區(qū)位于渭北黃土高原丘陵溝壑區(qū)的合陽縣甘井鎮(zhèn)（35176。20′N，110176。06′ E，海拔850 m），該區(qū)域是我國黃土高原開展旱地農(nóng)業(yè)研究較早的區(qū)域之一，也是西北農(nóng)林科技大學(xué)旱地農(nóng)業(yè)科研教學(xué)實(shí)驗(yàn)地基，在陜西東部黃土高原區(qū)具有較強(qiáng)的代表性。合陽縣甘井鎮(zhèn)在渭北旱原的東北部臺塬區(qū)，合陽縣的西北部，北以粱山為界與黃龍縣接壤，東西以徐水溝和金水溝為界。甘井鎮(zhèn)成土母質(zhì)為黃土，土壤以壚土、半壚土為主，還有黃綿土、姜石土和部分紅墡土。土地瘠薄，有機(jī)質(zhì)含量低，全鎮(zhèn)土壤缺磷和極缺面積占 98％，缺氮和極缺面積占 96％，磷、氮俱缺，土壤肥力失調(diào)[37]。該區(qū)屬于暖溫帶半濕潤半干旱的大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫 913℃，極端最高溫度 3642℃，極端最低氣溫－16－25℃。主要自然災(zāi)害是干旱和霜凍，尤以8月份的伏旱和5月的晚霜對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的威脅最大，初霜一般出現(xiàn)在10月中旬，終霜在4月中旬。全年無霜期 160200 天，≥0℃積溫 31004000℃，持續(xù)天數(shù) 240 天，≥10℃積溫 24003400℃，持續(xù) 169 天，能滿足農(nóng)作物兩年三熟或一年一熟的熱量供給。該地區(qū)保證率為 80％的年降水量自東向西遞減，西部 500600 mm，東部只有400 mm。在平衡施肥 低肥常規(guī)施肥免耕?深松深松?翻耕翻耕?免耕連續(xù)免耕連續(xù)深松連續(xù)翻耕`施肥（主處理）和耕作（副處理）二因素裂區(qū)試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論，篩選旱作麥田最適保護(hù)性耕作輪耕模式土壤水分含量變化特征的分析 旱作麥田土壤水分小麥產(chǎn)量、生產(chǎn)效益分析 產(chǎn)量與效益 圖 21 研究的技術(shù)路線 圖 21 研究的技術(shù)路線 20072012年試驗(yàn)期間，測定年平均降雨量520mm左右，冬春降水較少，夏秋降水較多，69 月約占全年降水量的 60％左右。自然降水量年際間變化較大，是渭北旱塬東部地區(qū)糧食產(chǎn)量低而又不穩(wěn)定的主要原因。該地區(qū)年平均蒸發(fā)量月為1024 mm，6月份的太陽輻射最強(qiáng)，蒸發(fā)量最大，冬季和春季干旱多風(fēng)。方日堯計(jì)算了甘井鎮(zhèn)試驗(yàn)區(qū)濕潤指數(shù)，表明當(dāng)?shù)? 和 9 月份為濕潤期，8 和 10 月份為半濕潤期，5 兩個月為半干旱期，11 月到 3 月分為干旱期，其中 12 月份為嚴(yán)重干旱期[37]。 試驗(yàn)方法本試驗(yàn)于2010年9月至2012年9月實(shí)施，2007年6月至2010年9月已經(jīng)種植了3年小麥，進(jìn)行了4年耕作處理。本研究是為期6年的連作麥田保護(hù)性輪耕效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果的一部分。2007年之前試驗(yàn)地塊都采用傳統(tǒng)翻耕的耕作方式，試驗(yàn)期間無灌溉。試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)固定區(qū)組設(shè)計(jì)，以施肥為主處理，耕作為副處理，冬小麥一年一熟制。 不同肥力處理：試驗(yàn)設(shè)置平衡施肥、常規(guī)施肥和低肥共3種肥力水平， 具體為（1）常規(guī)施肥水平，氮肥為255 kghm2，磷肥為180 kghm2；（2）平衡施肥水平，氮肥為150 kghm2，磷肥為120 kghm2，鉀肥為90 kghm2；（3）低肥水平，氮肥為75 kghm2，磷肥為60 kghm2。其中氮肥使用尿素（%）和磷酸二銨（含氮量16%），磷肥使用磷酸二銨（有效磷含量44%（以P2O5計(jì)）），鉀肥為氯化鉀（K2O含量60％）； 不同耕作方式：2007年夏閑期開始設(shè)置6種不同耕作處理（1）免耕/深松輪耕（N?S，N07→S08→N09→S10→N11→S12）；（2）深松/翻耕輪耕（S?C，S07→C08 →S09→C10→S11→C12）；（3）翻耕/免耕輪耕（C?N，C07 →N08→C09→N10→C11 →N12）；（4）6年連續(xù)免耕（NN）；（5）6年連續(xù)深松（SS）；（6）6年連續(xù)翻耕（CC）。3種不同的肥力水平和6種不同保護(hù)性輪耕處理，共組合成了 18 種不同的試驗(yàn)處理方式。試驗(yàn)小區(qū)面積大小為 m5 m= m2。每年6月中旬小麥?zhǔn)斋@后全部秸稈粉碎還田覆蓋地表，收獲一周后進(jìn)行耕作處理。具體土壤耕作措施：（1）免耕處理：收獲后不采取任何土壤耕作措施；（2）深松處理：單深松鏟耕作深度30—35 cm，寬度間隔40 cm；（3）翻耕處理：單犁鏵全面深翻20 cm。各小區(qū)的作物品種及其他管理措施均相同，冬小麥品種為晉麥47，在冬小麥播種之前，依據(jù)三種不同施肥水平劃分試驗(yàn)小區(qū)并一次性播撒化肥作為基肥，之后通過旋耕切碎殘茬物質(zhì)、混合肥料及平整地表之后用條播機(jī)統(tǒng)一播種，播種密度為150 kghm2，播種行距為20 cm；生育期間進(jìn)行人工除草，夏季休閑期用除草劑控制雜草。 測定指標(biāo)與方法 （1）土壤含水量的測定 播種期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期等關(guān)鍵生育時(shí)期和夏季休閑期用土鉆取樣，每小區(qū)分層( 20 cm為一層) 取樣測定0—200 cm 土層的土壤含水量。烘干法測定土壤水分，打開盒蓋，放在恒溫箱中，在105℃下烘10h，冷卻至室溫后，稱出烘干土加盒重。反復(fù)烘干1—2次，至恒重為止。土壤含水量=（濕土重烘干土重）/烘干土重 土壤土層蓄水量，為了將土壤含水量與降水量、蒸發(fā)量、灌溉量等進(jìn)行比較，將一定深度土層的含水量換算成水層厚度毫米數(shù)（高煥文等 2004）。換算公式如下：土層蓄水量＝取土層厚度土壤質(zhì)量含水量土壤容重(mm)作物水分利用效率的計(jì)算，水分利用效率（WUE）指某作物單位面積的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與生育期耗水量(mm)的比值。即 ：WUE=Y/（P+W1+IW2） 式中 P—作物生育期間降水量，mm； Wl—作物播種前某深度(2m)土層的水分貯存量，mm；W2—作物收割后留存在某深度(2m)土層的水分貯存量，mm； I—作物生育期間灌溉水量，mm。（2）冬小麥產(chǎn)量的測定作物產(chǎn)量測定方法：每小區(qū)在小麥成熟時(shí)沿對角線方向選取長勢均勻的三點(diǎn)， 每點(diǎn)取3m長的一行統(tǒng)計(jì)畝穗數(shù)，然后將小麥全部收割脫粒稱量。 產(chǎn)量構(gòu)成因子測定項(xiàng)目與方法：冬小麥的穗粒數(shù)和千粒重為收獲后取20個穗進(jìn)行室內(nèi)拷種，每個處理取三個重復(fù)。經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算方法：純收益（元hm2）=產(chǎn)量總收入總成本投入（元hm2），其中總成本包括耕作處理的機(jī)械費(fèi)用，種子、播種和農(nóng)藥費(fèi)用以及人力的投入等，并根據(jù)市場價(jià)格核算經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量收入。 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法 采用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行處理，采用SPSS（PASW Statistics 18）統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行多重比較。3 不同耕作模式對土壤蓄水保墑效應(yīng)的影響土壤水分狀況由于受氣候、地貌、管理措施的不同而有較大差異，進(jìn)而造成作物生長狀況的差異，最終表現(xiàn)為作物產(chǎn)量和品質(zhì)的差異。張北贏等研究認(rèn)為，降雨時(shí)間分布的不均勻性和作物水分利用的階段性差異是造成土壤水分的階段差異性和垂直剖面差異性的重要原因[38]。土壤含水量是保護(hù)性耕作措施生態(tài)效應(yīng)研究較多的一個方面，它受到土壤蒸發(fā)、植物蒸騰、降雨入滲、地表徑流等多種因素的影響。保護(hù)性耕作有利于土壤物理結(jié)構(gòu)改善，土壤具有良好的孔隙度，對增加降雨入滲量，減少土壤蒸發(fā)具有一定的作用。由于各種保護(hù)性耕作措施存在地表覆蓋物，直接影響降水的入滲和表層土壤水分蒸發(fā)，從而間接影響土壤水分的再分布過程。張海林等研究表明，保護(hù)性耕作下土壤具有較高的滲水、保水、持水和水分恢復(fù)能力，較傳統(tǒng)耕作能更有效的蓄積降水，減少蒸發(fā)，這就為實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提供了水分保障。研究不同耕作管理措施下土壤水分的動態(tài)變化規(guī)律是評價(jià)不同管理措施的重要指標(biāo)之一[15]。本章綜合對不同耕作方式下小麥生育期土壤水分動態(tài)和夏閑期土壤蓄水保墑效果進(jìn)行了研究。探明不同保護(hù)性耕作輪耕模式對水分的利用狀況。 結(jié)果與分析試驗(yàn)?zāi)甓?007年6月至2012年9月降雨量分布圖（圖 31），降雨量的高低對作物生長及產(chǎn)量有重要影響。試驗(yàn)點(diǎn)降雨主要集中在9 四個月，占年總降水量的 46%—73%，同時(shí)，且降雨的年際變化很大，干旱年份只有420mm，豐水年可達(dá)600mm以上。2010年9月至2012年9月試驗(yàn)期，%，為生育期干旱年。，%，為夏閑期豐水年。圖31 2007年6月至2012年9月降雨量分布圖降水年型劃分采用國內(nèi)較常用的降水年型劃分標(biāo)準(zhǔn)[32]劃分降水年型。豐水年: Pi +，枯水年: Pi +。式中 Pi 為當(dāng)年降水量( mm )。 為多年平均降水量( mm )。 σ為多年降水量的標(biāo)準(zhǔn)差( mm) 。表 31 20072012年度小麥種植期間的降雨量年份Years夏閑期降雨量Rainfall in summer fallow(mm)生育期降雨量Rainfall in growth period(mm)降雨量合計(jì)Total rainfall (mm)夏閑期降雨型rainfall type in summer fallow生育期降雨型rainfall type in growth period降雨年型rainfall year20072008豐水年干旱年平水年20082009平水年豐水年豐水年20092010干旱年平水年干旱年20102011平水年干旱年干旱年20112012豐水年豐水年豐水年20122013平水年Average for years 夏閑期不同耕作方式對土壤蓄水作用的影響旱作農(nóng)田經(jīng)過夏季休閑后，土壤水分得到恢復(fù)，其恢復(fù)深度與夏閑期降水多少密切相關(guān)，不同耕作方式和地表覆蓋措施對土壤蓄水效果也產(chǎn)生不同的影響。，%，為豐水年，經(jīng)過3個月的休閑期蓄水，免耕和深松的蓄水效率顯著優(yōu)于翻耕處理。2008年夏閑期為平水年，連續(xù)免耕處理蓄水效果最優(yōu)，其次是免耕/深松和深松/翻耕輪耕處理，連續(xù)翻耕和翻耕/免耕處理蓄水效率顯著低于連續(xù)免耕處理。，%，為干旱年，%，與豐水年相比，干旱年各耕作處理的蓄水效率大幅下降。蓄水效率，免耕/深松處理最高，其次是NN和SS處理，免耕/深松輪耕處理與連續(xù)翻耕相比。2010年夏閑期為平水年，夏閑期耕作試驗(yàn)進(jìn)行到第4年，各耕作處理的蓄水效率無顯著差異。3種輪耕處理中，免耕/深松處理蓄水效果優(yōu)于連續(xù)翻耕處理，夏閑期蓄水效2011年夏閑期為豐水年，%；而深松/翻耕和翻耕/免耕與連續(xù)翻耕相比，蓄水效果沒有優(yōu)勢。連續(xù)免耕和連續(xù)深松的保護(hù)性耕作處理蓄水效果優(yōu)于連續(xù)翻耕處理。且休閑期降雨集中在9月份，休閑末期土壤含水量與往年同期相比有大幅增加，休閑期6種耕作處理的土壤蓄水效率無顯著差異。3中輪耕處理中，翻耕/免耕蓄水效果優(yōu)于免耕/深松和深松/翻耕，3種輪耕處理與連續(xù)翻耕相比，蓄水效果沒有表現(xiàn)出優(yōu)勢。6種耕作處理中，連續(xù)翻耕蓄水效果最優(yōu)，說明在夏閑期豐水年份，傳統(tǒng)翻耕蓄水效果有優(yōu)勢。表32 20072012年不同耕作處理夏閑期0200cm土層水量變化年份處理夏閑期降水量Precipitation during summer fallow ( mm)夏閑期土壤蓄水量Soil water storage during summer fallow蓄水效率YearsTreatments初期Initial stage( mm)末期Terminal stage( mm)Water storage efficiency ( %)2007N177。S56177。C177。2008N?S177。S?C177。C?N177。N177。S177。C177。2009N?S177。S?C177。C?N177。N177。S177。C177。2010N?S177。S?C177。C?N177。