靳海洋，謝迎新，李夢達，劉宇娟，賀德先，馮 偉，王晨陽，郭天財

（河南農業(yè)大學農學院/小麥玉米作物學國家重點實驗室/國家小麥工程技術研究中心/河南糧食作物協同創(chuàng)新中心，鄭州 450002）

連續(xù)周年耕作對砂姜黑土農田蓄水保墑及作物產量的影響

靳海洋，謝迎新，李夢達，劉宇娟，賀德先，馮 偉，王晨陽，郭天財

（河南農業(yè)大學農學院/小麥玉米作物學國家重點實驗室/國家小麥工程技術研究中心/河南糧食作物協同創(chuàng)新中心，鄭州 450002）

【目的】篩選利于改善黃淮區(qū)砂姜黑土農田蓄水保墑效果及提高作物產量的夏玉米-冬小麥周年耕作方式?！痉椒ā吭诮斩捜窟€田條件下設置 5個夏玉米季-冬小麥季周年耕作方式處理：免耕-旋耕（對照）、免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕、免耕-免耕，通過多年定位試驗研究周年耕作方式對砂姜黑土農田土壤容重、土壤水分及作物籽粒產量的影響?！窘Y果】與對照處理相比，免耕-深耕處理顯著降低夏玉米收獲期15—25 cm土層土壤容重和冬小麥收獲期20—35 cm土層土壤容重，深松-免耕和深松-旋耕處理顯著降低夏玉米收獲期15—40 cm土層土壤容重和冬小麥收獲期20—25 cm土層土壤容重，而免耕-免耕處理顯著增大夏玉米收獲期0—10 cm土層土壤容重和冬小麥收獲期5—20 cm土層土壤容重。免耕-深耕、深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米收獲期0—40 cm土壤貯水量，而深松-旋耕和免耕-免耕處理卻降低冬小麥收獲期0—40 cm土壤貯水量。與對照免耕-旋耕處理相比，深松-免耕處理提高夏玉米-冬小麥整個周年內20—40 cm土層土壤含水量，免耕-免耕處理提高作物收獲期40—160 cm土壤含水量，而深松-旋耕處理在冬小麥收獲期則降低40—160 cm各土層土壤含水量。深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產量，增幅分別為7.67%和10.21%，免耕-深耕處理冬小麥籽粒產量增加而夏玉米產量降低，最終周年籽粒產量降低 0.44%，免耕-免耕處理夏玉米-冬小麥周年籽粒產量降低 2.19%。【結論】深松-旋耕和深松-免耕處理能夠降低土壤容重、提高作物籽粒產量，其中深松-免耕處理能夠改善土壤蓄水保墑能力，產量及經濟效益增加效果較優(yōu)，可作為相對較適宜的黃淮區(qū)砂姜黑土農田夏玉米-冬小麥周年耕作方式。

耕作方式；砂姜黑土；土壤水分；土壤容重；籽粒產量；夏玉米-冬小麥

0　引言

【研究意義】黃淮海平原是中國重要的糧食主產區(qū)，在糧食安全戰(zhàn)略中具有舉足輕重的地位，該地區(qū)受北溫帶大陸性季風氣候的影響，降水季節(jié)分配極度不均，糧食高產需水與水資源短缺的矛盾日益突出［1-2］。砂姜黑土是一種古老的耕作土壤，主要分布于黃淮海平原南部，是當前主要中低產土壤類型之一。砂姜黑土土質黏重，結構性差，耕作層在經過冬季冰凍之后會形成非水穩(wěn)性棱角碎粒狀結構，心土層在干旱時容易產生結構體間裂隙而切斷毛管水，不利于蓄水保墑，農田抗旱能力較差［3］。耕作措施對土壤物理特性影響很大，通過篩選適宜耕作方式改善砂姜黑土農田蓄水保墑效果，增加作物產量，具有重要的實踐意義。【前人研究進展】免耕覆蓋能夠降低土壤容重、提高土壤孔隙度、促進土壤水穩(wěn)性團聚體的形成，進一步提高土壤保水能力，增加作物產量［4］，深松可打破犁底層，降低深層土壤容重和土壤緊實度，增大土壤接納灌溉和降水的能力，擴大土壤水庫容［5-6］，還可促進根系下扎，增加根系縱深分布，提高作物產量［7-8］。然而，由于土壤性質和環(huán)境條件的不同，耕作方式對土壤水分分布與利用的研究結論并不一致，不同耕作方式的影響存在明顯的地域特點，關于免耕深松等保護性耕作的負面影響也不容忽視。有研究表明，免耕對土壤容重和土壤緊實度的改善效果較差，土壤含水量低，限制了作物產量的提高［6，9］，深松雖然有較好的擴蓄增容和增產效果，但在干旱時土壤持水能力相對減弱［10］，且耕層松緊不一，土塊較大，會給作物生長發(fā)育帶來不利影響［11］。前人研究指出，將保護性耕作納入一定的輪耕體系，進行合理的組合和配置，選擇推廣較為適宜的輪耕制度，可減輕單一耕作方式的弊端［11-12］?！颈狙芯壳腥朦c】對于分布面積較大的冬小麥-夏玉米一年兩熟制農田，前人對冬小麥季和夏玉米季采用不同耕作方式組合的周年耕作方式研究較少，且砂姜黑土農田適耕性差，對于不同耕作方式的響應具有自身的特點，有必要開展相關研究。【擬解決的關鍵問題】本研究基于多年定位試驗，分析周年耕作方式對砂姜黑土農田土壤容重、水分和作物產量的影響，篩選利于改善砂姜黑土農田蓄水保墑效果且提高作物產量的周年耕作方式，為該地區(qū)周年適宜耕作方式的選擇與推廣應用提供理論和技術支撐。

1　材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河南省駐馬店市西平縣二郎鄉(xiāng)張堯村（33°19′48″N，114°01′01″E），地處黃淮海平原南部，平均海拔49 m，年平均日照時數2 157.2 h，年平均氣溫14.8℃，無霜期221 d，年平均降雨量852 mm，正常年份的自然降水基本能滿足周年作物生長發(fā)育的需求，一般不灌溉，屬典型的雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)。該區(qū)域常年進行冬小麥-夏玉米一年兩熟的種植制度，小麥季旋耕、玉米季免耕是當地主要的耕作方式。供試土壤屬于砂姜黑土土類、砂姜黑土亞類、覆泥黑姜土土屬，土壤質地為黏土。

1.2 試驗設計

試驗以夏玉米-冬小麥一年兩熟的周年輪作種植制度為研究對象，在兩季秸稈全量粉碎（3—5 cm）還田條件下，于2011年10月冬小麥季開始設置長期不同耕作方式定位試驗。耕作方式試驗處理前農田為河南省西平縣土肥站多年進行統(tǒng)一供種、統(tǒng)一供肥以及統(tǒng)一農田管理的“全國新增千億斤糧食生產能力西平縣2010年耕地質量監(jiān)測區(qū)域站土壤地力長期定位監(jiān)測點”（編號hnxpdljc2010-001），試驗開始前農田耕層土壤基礎養(yǎng)分為有機質14.83 g·kg-1，全氮 1.07 g·kg-1，有效磷 17.7 mg·kg-1，速效鉀 94 mg·kg-1，pH 6.62。

試驗設置 5個夏玉米季-冬小麥季周年耕作方式處理，即免耕-旋耕（NRT，對照）、免耕-深耕（NDT）、深松-旋耕（SRT）、深松-免耕（SNT）和免耕-免耕（NNT），秸稈在前茬作物機械收獲時粉碎覆蓋地表，在作物播種前進行相應耕作機械作業(yè)，旋耕的作業(yè)深度平均為15 cm，深松、深耕的作業(yè)深度平均為35 cm，播種方式采用機械播種，各處理播種量一致（小麥、玉米播量分別按照300 kg·hm-2和45 kg·hm-2進行）。為了更接近農田實際情況和方便大型農機具進行田間農事操作，各處理采用大區(qū)對比設置，每耕作方式處理面積為60 m×6 m=360 m2，待玉米或小麥出苗后將每處理均分為3個20 m×6 m=120 m2的小區(qū)，為3次重復。夏玉米季和冬小麥季各施氮225 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 90 kg·hm-2，夏玉米季種肥異位同播，冬小麥季氮肥50%于整地時底施，其余50%于拔節(jié)期追施。氮、磷、鉀肥分別用尿素、磷酸二銨和氯化鉀。

本研究為2014年6月至2015年6月夏玉米-冬小麥一個輪作周期的監(jiān)測試驗結果，為長期定位試驗的第4個周年。其中，2014年夏玉米品種選用國審鄭單958，6月10日播種，9月26日收獲；2014年冬小麥品種選用鄭麥7698，10月10日播種，2015年6月5日收獲。

1.3 測定項目與方法

在夏玉米和冬小麥收獲期，每個小區(qū)在作物的行間選取較為平整的地段3個，除去土壤表層的秸稈等雜物，用容重鉆和100 cm3環(huán)刀每5 cm一層取0—40 cm原狀土，用小刀切去環(huán)刀外的多余土，用自封袋密封帶回實驗室稱量濕重，將環(huán)刀中的土壤混勻后測定土壤含水量，根據環(huán)刀內濕土重、土壤含水量和環(huán)刀容積計算土壤容重［12］，根據土壤容重和含水量計算土壤貯水量。

土壤貯水量的計算公式［13-14］：Wi=hi×ai×bi× 10/100。式中，Wi為第i層的土壤貯水量（mm），hi為第i層的土層深度（cm），ai為第i層的土壤容重（g·cm-3），bi為第i層的土壤重量含水量（%），多層土壤的總土壤貯水量為W=∑Wi。

在夏玉米和冬小麥的關鍵生育時期，保證前1周內無降水和灌溉前提下進行取樣，具體取樣時間為夏玉米苗期（2014-6-27）、大口期（2014-7-21）、開花期（2014-8-1）、灌漿期（2014-8-22）、收獲期（2014-9-26），冬小麥苗期（2014-11-4）、越冬期（2014-12-30）、起身期（2015-3-5）、開花期（2015-4-28）、收獲期（2015-6-5），每個小區(qū)隨機選5個樣點，用土鉆取0—20 cm、20—40 cm土樣，去除石塊和秸稈等雜物，每個小區(qū)的同一土層土樣混勻成為該小區(qū)該土層的土壤樣品，帶回實驗室用烘干法測定土壤含水量。

在夏玉米和冬小麥收獲期，每20 cm一層取0—160 cm土樣，烘干法測定剖面土壤含水量。

在冬小麥收獲期對各試驗小區(qū)收獲10 m2測產，并對1 m雙行調查單位面積成穗數、穗粒數、千粒重產量構成要素；在夏玉米收獲期于每個試驗處理中間選取2行（長20 m，平均行距0.6 m），調查成穗數，收獲全部果穗曬干脫粒計產，并隨機選取20果穗調查穗粒數、測定百粒重。

1.4 數據統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行試驗數據處理和分析，采用LSD法進行多重比較，顯著性水平取P＜0.05。

2　結果

2.1 耕作方式對0—40 cm土層容重的影響

如表1所示，在夏玉米收獲期，0—40 cm土層土壤容重以免耕-免耕處理較高，深松-免耕和深松-旋耕處理較低，免耕-免耕處理的土壤容重顯著高于深松-免耕和深松-旋耕處理。其中，免耕-旋耕、免耕-深耕、深松-旋耕和深松-免耕4個處理之間0—10 cm土層土壤容重無顯著差異，均顯著低于免耕-免耕處理。在15—25 cm土層，免耕-深耕、深松-免耕和深松-旋耕處理土壤容重較低，與免耕-旋耕和免耕-免耕處理差異達顯著水平。免耕-旋耕、免耕-深耕和免耕-免耕 3個處理間25—40 cm土層土壤容重無顯著差異，均顯著高于深松-免耕和深松-旋耕處理。與對照免耕-旋耕處理相比，免耕-深耕處理顯著降低15—25 cm土層的土壤容重，深松-免耕和深松-旋耕處理顯著降低15—40 cm土層土壤容重，而免耕-免耕處理顯著增加0—10 cm土層土壤容重。

在冬小麥收獲期，深松-免耕和免耕-免耕處理0—5 cm土層土壤容重顯著低于其他處理，5—25 cm土層土壤容重以免耕-免耕處理最高，與免耕-深耕和深松-旋耕處理差異均達顯著水平，在 25—35 cm土層，免耕-深耕與其他各處理相比能夠顯著降低土壤容重，耕作方式處理對冬小麥收獲期35—40 cm土層土壤容重的影響較小，各處理間差異不顯著。與對照免耕-旋耕處理相比，免耕-深耕處理顯著降低20—35 cm土層土壤容重，深松-旋耕和深松-免耕處理顯著降低20—25 cm土層土壤容重，而深松-免耕處理的10—15 cm土層土壤容重增大，免耕-免耕處理顯著增加5—20 cm土層土壤容重。另外，深松-免耕處理和免耕-免耕處理小麥季免耕顯著降低0—5 cm土層土壤容重，這與夏玉米季結果相反，可能與小麥季免耕處理使土壤表層玉米秸稈量高且分解較慢有關。

表1　不同耕作方式0—40 cm土層容重Table 1 Soil bulk density in 0-40 cm layer under different tillage practices

2.2 耕作方式對0—40 cm土層貯水量的影響

由圖1可以看出，播前耕作方式處理對作物收獲期0—40 cm土層貯水量影響顯著。在夏玉米收獲期，由于生育期內的集中降雨，0—40 cm土層貯水量較高，各耕作方式處理以深松-免耕處理0—40 cm土層貯水量最高，與對照免耕-旋耕處理相比增加8.47%，差異達顯著水平；免耕-深耕處理與深松-旋耕處理無顯著差異，分別較對照免耕-旋耕處理增加 4.64%和4.42%，而免耕-免耕處理與對照免耕-旋耕處理差異不顯著。受季風氣候的影響，試驗地所處區(qū)域降雨多集中在夏玉米季（每年6—9月，近4個月平均降雨量占全年70%以上），冬小麥季降雨量較小，冬小麥收獲期0—40 cm土層貯水量明顯低于夏玉米收獲期；免耕-旋耕、免耕-深耕和深松-免耕處理0—40 cm土層貯水量較大，3個處理之間差異不顯著，但均顯著高于深松-旋耕和免耕-免耕處理；免耕-免耕處理0—40 cm土層貯水量最小，深松-旋耕和免耕-免耕處理0—40 cm土層貯水量與對照免耕-旋耕處理相比分別降低6.89%和12.11%。

2.3 主要生育時期0—40 cm土層含水量的動態(tài)變化

由圖2可知，在0—20 cm土層，夏玉米苗期和大口期，土壤含水量受耕作方式處理的影響較小，各處理之間差異不明顯；夏玉米開花期和灌漿期，以夏玉米季免耕的處理（免耕-旋耕、免耕-深耕和免耕-免耕處理）土壤含水量最高，深松-旋耕和深松-免耕處理土壤含水量較低，在開花期分別較對照免耕-旋耕處理降低 14.4%和 16.9%，夏玉米收獲期各處理間差異不明顯。在冬小麥生育前期（苗期、越冬期和起身期），各處理以深松-免耕處理土壤含水量最高，在越冬期和起身期與對照免耕-旋耕處理差異達顯著水平，在冬小麥生育后期（開花期和收獲期），以免耕-深耕處理0 —20 cm土層土壤含水量最高，但各處理間差異未達顯著水平。

在20—40 cm土層，在夏玉米-冬小麥整個周年內，各處理均表現為深松-免耕處理的土壤含水量最高，與對照免耕-旋耕處理相比，增幅為4.71%—16.56%，其中在冬小麥起身期增幅最大。在夏玉米大口期及冬小麥的苗期、越冬期、起身期和開花期，均以對照免耕-旋耕處理土壤含水量最低，而在夏玉米灌漿期和冬小麥收獲期以免耕-免耕處理土壤含水量最低。在夏玉米-冬小麥整個周年內，免耕-深耕、深松-旋耕、免耕-免耕處理均與對照免耕-旋耕處理無顯著差異。

圖1　不同耕作方式0—40 cm土層貯水量Fig. 1 Soil water storage in 0-40 cm layer under different tillage practices

圖2　不同耕作方式0—40 cm土層含水量Fig. 2 Soil water content in 0-40 cm layer under different tillage practices

2.4收獲期0—160 cm剖面土壤含水量

如圖3所示，在夏玉米收獲期，各處理0—160 cm土壤剖面含水量在 40—60 cm出現最高峰，而在80—120 cm出現最低谷。與對照免耕-旋耕處理相比，免耕-深耕處理降低80—160 cm土壤含水量，其中在80—140 cm差異達顯著水平，深松-免耕處理增加0—80 cm土壤含水量，其中在20—60 cm差異達顯著水平，免耕-免耕處理增加了40—160 cm土層含水量，而深松-旋耕處理與對照免耕-旋耕處理0—160 cm各土層土壤含水量無顯著差異。

在冬小麥收獲期，與對照免耕-旋耕處理相比，深松-免耕處理增加20—60 cm土層含水量，免耕-免耕處理與對照免耕-旋耕處理相比降低0—40 cm土層含水量，而40—160 cm各土層土壤含水量有所增加，免耕-深耕、深松-旋耕處理與對照免耕-旋耕處理相比，增加0—40 cm土層含水量，降低40—160 cm各土層土壤含水量，與免耕-免耕處理規(guī)律相反，這表明不同耕作方式可改變土壤水分在不同土層的分布，采用深耕深松等方式能夠改善0—40 cm土層的土壤結構，增加其土壤含水量。

圖3　不同耕作方式0—160 cm土層含水量Fig. 3 Soil water content in 0-160 cm layer under different tillage practices

2.5 收獲期不同耕作處理0—40 cm土層主要養(yǎng)分狀況

從土壤耕作層養(yǎng)分狀況（表2）分析認為，在全量秸稈還田條件下，經歷 4周年定位耕作試驗后，與對照免耕-旋耕處理相比，免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕和免耕-免耕處理0—20 cm土層土壤有機碳、全氮、有效磷含量均有所增加，深松-免耕、免耕-免耕處理明顯增加 0—20 cm土層速效鉀含量。在20—40 cm土層，深松-旋耕處理的土壤有機碳、全氮含量顯著增加，免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕和免耕-免耕處理的土壤有效磷含量與對照免耕-旋耕處理相比，差異均達顯著水平。

2.6 夏玉米籽粒產量及其構成要素由表 3可知，與對照免耕-旋耕處理相比，免耕-深耕和免耕-免耕處理籽粒產量有所降低，分別降低了7.86%和2.88%，深松-旋耕和深松-免耕處理的籽粒產量有所增高，分別增加了 2.17%和 4.63%，由籽粒產量構成因素分析，耕作方式主要通過增減玉米穗粒數從而影響夏玉米籽粒產量。

2.7 冬小麥籽粒產量及其構成要素

從表4可以看出，與對照免耕-旋耕處理相比，免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕處理均可顯著增加冬小麥籽粒產量，增產率分別為 7.34%、13.45% 和16.07%，而免耕-免耕處理籽粒產量降低1.46%。進一步從產量構成因素分析，各處理之間成穗數和穗粒數無顯著差異，各處理主要是籽粒千粒重的改變而引起籽粒產量的差異。耕作方式處理同時對小麥籽粒品質性狀產生影響，各處理間以深松-免耕處理籽粒容重最大，對照免耕-旋耕處理籽粒容重最小，免耕-深耕、深松-旋耕、免耕-免耕處理間無顯著差異。

表2　小麥玉米收獲期不同耕作處理0—40 cm土層主要養(yǎng)分狀況Table 2 Contents of main soil nutrients in 0-40 cm layer under different tillage practices at harvest of wheat and maize

表3　不同耕作方式夏玉米籽粒產量及其構成要素Table 3 Grain yield and its components of summer maize under different tillage practices

表4　不同耕作方式冬小麥籽粒產量及其構成要素Table 4 Grain yield and its components of winter wheat under different tillage practices

2.8 夏玉米-冬小麥周年籽粒產量

如圖4所示，由于兩季作物產量的提高，深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產量，增幅分別為7.67%和10.21%，免耕-深耕處理冬小麥籽粒產量增加而夏玉米產量降低，最終周年籽粒產量降低0.44%，與對照免耕-旋耕處理差異未達顯著水平，免耕-免耕處理夏玉米-冬小麥籽粒產量均有所降低，最終周年籽粒產量降低2.19%。

圖4　不同耕作方式周年籽粒產量Fig. 4 Annual grain yield under different tillage practices

3　討論

3.1 耕作方式對土壤容重的影響

土壤容重與農田的持水保水能力相關，且直接影響作物根系的生長發(fā)育，進一步影響作物的水分吸收利用和產量形成。前人研究結果表明，深耕和深松有利于降低20—40 cm土層土壤容重，加深耕層［15-16］，小麥、玉米兩季均深松或深耕降低土壤容重的效果優(yōu)于小麥單季深松或深耕［17］，而免耕可增加5—20 cm土層土壤容重［18］，連續(xù)免耕4年以后土壤容重顯著增加［19］；不同耕作方式下土壤容重表現為免耕＞旋耕＞深松，深松處理對犁底層土壤容重的降低作用最為明顯［6］，深松結合秸稈還田利于作物根系下扎和對土壤深層水分的利用，提高作物抵御季節(jié)性干旱的能力［20］。也有研究表明，與免耕相比，機械耕作降低作物生育前期土壤容重，經過生育期內自然沉降和淋溶作用，收獲期土壤容重達到或接近免耕水平［21］。本試驗中，冬小麥季深耕顯著降低冬小麥收獲期20—35 cm土層土壤容重，對夏玉米收獲期 15—25 cm土層土壤容重也產生了顯著影響，夏玉米季深松顯著降低夏玉米收獲期15—40 cm土層土壤容重，同時降低冬小麥收獲期 20—25 cm土層土壤容重，以上結果表明，經過多年定位處理，耕作方式不僅對當季作物收獲期土壤容重產生影響，同時對后茬作物收獲期土壤容重影響顯著，但作用效果減弱，作用土層變淺。另外，冬小麥季免耕處理顯著降低0—5 cm土層土壤容重，表明秸稈還田條件下免耕可降低表層土壤容重，這與高建華等［22］研究結果一致。

3.2 耕作方式對土壤水分的影響

前人研究表明，與旋耕相比，免耕能夠有效增加0—30 cm土層貯水量和水分含量［23-24］，土壤含水量較旋耕處理增加 10.3%［24］，免耕時間越長，土壤剖面含水量增加效果越明顯［25］。旋耕和深松分別有利于表層和深層土壤的水分儲蓄［16］，深松處理20—40 cm土層土壤含水量比旋耕提高3.4%［6］。也有研究表明，與連續(xù)免耕相比，兩年免耕后進行深松顯著提高50—100 cm土壤水分含量［5］。本試驗中，深松-免耕處理增加玉米季0—40 cm土壤貯水量和周年內20—40 cm土壤水分含量，深松與免耕結合表現出較好的蓄水保墑效果，與柏煒霞等［26］的研究結果一致，而深松-旋耕處理在冬小麥收獲期與對照相比，0—40 cm土壤貯水量有所降低，分析認為主要在于本研究地區(qū)降雨多集中在夏玉米季（每年6—9月份，降雨量占全年70%以上），深松-旋耕處理有利于在玉米季貯存水分，而在降雨較少的小麥季可能加劇地面水分蒸發(fā)，最終導致冬小麥收獲期貯水量較對照降低。另外，本試驗結果顯示，免耕-免耕處理在作物收獲期增加40—160 cm土壤含水量，而0—40 cm土層土壤含水量較低，且顯著降低冬小麥收獲期 0—40 cm土壤貯水量，這除了與該處理蓄水能力相對較弱外，還可能與該處理作物根系主要利用0—40 cm層水分有關，這與前人研究結果有異。彭文英［27］研究指出，長期實施免耕和秸稈覆蓋只有在達到一定程度時，免耕的增水效果才會明顯。因此，本試驗中免耕-免耕處理的土壤水分條件較差可能還與實施年限有關，各耕作方式的效果在不同年際間可能存在差異，尚需深入研究。

3.3 耕作方式對作物產量的影響

關于耕作方式對作物產量的影響，前人研究很多但結果并不一致。謝瑞芝等［28］通過統(tǒng)計得出，中國保護性耕作的產量結果多顯示為增產，但也有10.92%的減產數據報道。研究表明，深松有利于延長小麥光合功能期，增強籽粒灌漿速率，最終提高穗粒數和千粒重［29］，深松處理的夏玉米穗粒數與旋耕相比增加2.5%［6］，與傳統(tǒng)耕作方式相比，深耕和深松分別提高周年作物產量10.7%和9.8%［15］，免耕處理年均產量增加6.1%［30］。周年輪耕試驗結果表明，在秸稈還田條件下，小麥季播前深松和深耕可顯著增加夏玉米籽粒產量［15］，免耕-免耕較免耕-旋耕處理夏玉米籽粒產量連續(xù)兩年平均增產7.35%［31］，免耕-深松可創(chuàng)造良好的土壤耕層結構，促進作物生長發(fā)育，增加作物產量［11］。本試驗中，與對照免耕-旋耕處理相比，夏玉米季深松（SRT和SNT處理）增加夏玉米穗粒數和冬小麥千粒重，從而增加了夏玉米-冬小麥籽粒產量，其中以深松-免耕處理產量增加效果最優(yōu)，而免耕-免耕處理雖然未出現文獻［32-33］報道的出苗率較低、成穗數較小，但與對照免耕-旋耕處理相比，周年籽粒產量降低2.19%，該試驗結果與陳寧寧等［34］研究結果一致。值得注意的是，免耕-深耕處理顯著增加冬小麥籽粒產量，但夏玉米籽粒產量降低7.86%，與前人［15］研究不一致。雖然深松-旋耕、深松-免耕處理較對照免耕-旋耕處理增加了機械成本，但能夠增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產量和提高耕層土壤基礎肥力，按深松費用450元/hm2、旋耕費用300 元/hm2［35］、小麥售價2.2 元/kg、玉米售價1.6 元/kg計算，深松-旋耕、深松-免耕處理與對照相比經濟效益分別增加 2 295 元/hm2、3 413 元/hm2，籽粒產量增加帶來的收益足以彌補機械投入的增加。從長遠來看，深松-旋耕、深松-免耕處理具有一定的推廣應用價值。

此外，通過進一步分析發(fā)現，雖然免耕-免耕處理在兩季作物收獲期土壤有機碳、全氮、有效磷以及速效鉀含量均較其他耕作方式處理高，但其周年產量表現為最低。因此，分析耕作處理作物增產原因不僅要考慮土壤養(yǎng)分供應狀況，還應考慮其他如土壤水分狀況、適耕性、作物出苗情況及產量構成等因素，這需要進一步深入研究。

4　結論

在夏玉米季-冬小麥季周年耕作中，免耕-深耕處理顯著降低夏玉米收獲期15—25 cm土層和冬小麥收獲期20—35 cm土層的土壤容重，深松-免耕和深松-旋耕處理顯著降低夏玉米收獲期15—40 cm土層和冬小麥收獲期20—25 cm土層的土壤容重。免耕-深耕、深松-旋耕和深松-免耕處理能夠增加夏玉米收獲期0—40 cm土壤貯水量。深松-免耕處理增加夏玉米-冬小麥整個周年內20—40 cm土層土壤含水量，免耕-免耕處理增加作物收獲期40—160 cm土層的土壤含水量。深松-旋耕和深松-免耕處理顯著增加夏玉米-冬小麥周年籽粒產量。綜上所述，深松-旋耕和深松-免耕處理能夠降低土壤容重、增加夏玉米-冬小麥輪作體系作物籽粒產量，特別是深松-免耕處理能夠改善土壤蓄水保墑效果，且產量增加效果較優(yōu)，可作為相對較適宜的黃淮砂姜黑土區(qū)周年耕作方式。

致謝：在試驗過程中得到河南省農業(yè)科學院李向東研究員、夏來坤博士和河南省西平縣農業(yè)技術推廣中心謝耀麗高級農藝師的大力支持和幫助，在此深表感謝！

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（責任編輯 趙伶俐）

Effects of Annual Continuous Tillage on Soil Water Conservation and Crop Yield in Lime Concretion Black Soil Farmland

JIN Hai-yang， XIE Ying-xin， LI Meng-da， LIU Yu-juan， HE De-xian， FENG Wei，WANG Chen-yang， GUO Tian-cai
（College of Agronomy， Henan Agricultural University/State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science/National Engineering Research Center for Wheat/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops， Zhengzhou 450002）

【Objective】 The aim of this study is to select the appropriate tillage practices for improving soil water conservation and increasing crop yield of lime concretion black soil farmland in the summer maize and winter wheat rotation system. 【Method】Under straw returning conditions， the effects of five summer maize-winter wheat annual tillage practices （no tillage-rotary tillage， no tillage-deep tillage， subsoiling tillage-rotary tillage， subsoiling tillage-no tillage， no tillage-no tillage） on soil bulk density， soil water content and grain yield were studied through field location experiment in summer maize and winter wheat rotation system of Huanghuai region， China. 【Result】 Compared with no tillage-rotary tillage， no tillage-deep tillage significantly decreased soil bulk density in 15-25 cm soil layer during the maize harvest period and in 20-35 cm soil layer during the wheat harvest period. Subsoilingtillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage significantly decreased soil bulk density in 15-40 cm soil layer during the maize harvest period and in 20-25 cm soil layer during the wheat harvest period. No tillage-no tillage significantly increases soil bulk density in 0-10 cm soil layer during the maize harvest period and in 5-20 cm soil layer during the wheat harvest period. No tillage-deep tillage， subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage significantly increased soil water storage in 0-40 cm layer during the maize harvest period， but subsoiling tillage-rotary tillage and no tillage-no tillage significantly decreased soil water storage in 0-40 cm layer during the wheat harvest period. Compared with no tillage-rotary tillage， subsoiling tillage-no tillage increased soil water content in 20-40 cm soil layer during the whole growth period， no tillage-no tillage increased soil water content in 40-160 cm soil layer during the crop harvest period， but subsoiling tillage-rotary tillage decreased soil water content in 40-160 cm soil layer during the wheat harvest period. Compared with no tillage-rotary tillage， subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage significantly increased annual grain yield by 7.67% and 10.21%， respectively. No tillage-deep tillage decreased maize yield but increased wheat yield that finally resulted in decrease of the annual grain yield by 0.44%. The grain yield of summer maize and winter wheat decreased by no tillage-no tillage， the annual yield decreased by 2.19%. 【Conclusion】 Subsoiling tillage-rotary tillage and subsoiling tillage-no tillage could decrease soil bulk density， increase grain yield of summer maize and winter wheat. Especially， subsoiling tillage-no tillage could improve the potential of soil water conservation， and also could have the optimum effects on increasing grain yield and economic benefit. Therefore， subsoiling tillage-no tillage can be selected as an appropriate tillage practice in lime concretion black soil farmland.

tillage practice； lime concretion black soil； soil moisture； soils bulk density； grain yield； summer maize and winter wheat

2016-03-24；接受日期：2016-06-01

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2015BAD26B01）、“國家糧食豐產科技工程”河南課題（2013BAD07B07）；國家公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201303102）

聯系方式：靳海洋，E-mail：jinhaiyang321@163.com。通信作者謝迎新，E-mail：xieyingxin@tom.com。通信作者賀德先，E-mail：hedexian@126.com