耕作方式及有机物还田对黑土坡耕地土壤物理性质和玉米生长的影响

摘要

黑土区坡耕地的可持续利用对东北乃至全国的粮食安全保障具有重大意义。近年来由于土地分散经营，农民长期采用小型农机浅旋、浅翻，导致土壤耕层变浅、紧实层上移、犁底层加厚，造成土壤蓄水能力变差，作物根系下扎受阻，严重影响作物的生长和产量形成。因此，亟需采用合理的耕作措施，保障黑土坡耕地的可持续利用。本文依托课题组在黑龙江省海伦市布设的田间定位试验，定期采集不同耕作方式(免耕，T0;旋耕，T15;翻耕，T20和T30;深松，ST15和ST20)以及有机物还田处理(无还田，NO;秸秆还田，St;牛粪还田，Cm)下不同层次的土壤样品，分析土壤孔隙度、团聚体等土壤物理指标在玉米生育期内动态变化以及不同耕作和有机物还田技术下玉米根系、产量等农学性状的影响情况，旨在探索适宜黑土坡耕地玉米生产的耕作还田技术。研究结果表明: (1)与常规旋耕相比，免耕不利于改善耕层土壤物理性质;深松、深翻可显著降低耕层土壤紧实度，增加深层土壤孔隙度并提高土壤持水与导水能力，且增加效果能够维持整个玉米生育季。所有处理中以翻耕20cm+深松(ST20)改善效果最好。 (2)有机物还田能够稳定土壤结构，增加团聚体稳定性，提高土壤含水量、孔隙度和饱和导水率，其中秸秆还田的增加幅度大于牛粪还田。秸秆还田在常规旋耕条件下显著影响0～20cm土层土壤物理性质，而深松和深翻条件下能够影响至30cm土层，影响效应能够维持整个玉米生育季。牛粪还田仅在0～10cm土层对土壤物理性质产生显著影响，对土壤孔隙度和饱和导水率的增加效果能够维持至玉米生育后期。 (3)不同耕作方式和有机物还田显著影响玉米茎秆及根系的生长。与常规旋耕相比，免耕处理不利于玉米茎秆及根系生长。深松、深翻对玉米株高和茎粗无显著影响，但促进玉米根系生长，增加根体积、根条数、根干重，降低根幅，其中以翻耕20cm+深松(ST20)处理影响程度晟大。有机物还田对玉米根系影响程度小于耕作处理，其中秸秆还田可增加根角，但降低根干重;牛粪还田增加根系干重和根冠比，但差异不显著。 (4)不同耕作方式下玉米产量构成表现为:免耕提高玉米出苗率和穗数，但显著降低穗粒数;翻耕和深松对玉米出苗率、穗数和百粒重均无显著影响。各耕作方式间玉米产量为9699～10093kg·hm-1，但均无显著差异。有机物还田间表现为:秸秆还田降低玉米穗数和产量，降幅分别为6.8％和8.5％;牛粪还田增加玉米产量，但差异不显著。 综合来看，采用翻耕20cm+深松30cm并增施牛粪(ST20-Cm)的处理可在稳定玉米产量的基础上改善耕层结构，构建出适合玉米生长的耕层环境，是黑土坡耕地玉米生产的最佳耕作还田方式。