不同耕作深度与施肥量对江汉平原稻田土壤紧实度和水稻产量的影响

彭成林 袁家富 赵书军 佀国涵 贾平安 徐祥玉 徐大兵 李金华 吴鹏飞

摘要：连续两年（2014—2015年）在湖北省潜江市浩口镇进行大田试验，研究了3个耕作深度和4个施肥水平对稻田土壤紧实度和水稻产量的影响。结果表明，水稻栽插前深耕（30 cm）相对于浅耕（10 cm）和中耕（20 cm）对土壤的扰动较大，但经过整个水稻大田期沉降之后，对表层土壤的紧实度影响很小，能明显降低中层土壤的紧实度，能明显增加下层土壤的紧实度，形成“上松下紧”的结构，但耕作深度对水稻产量没有显著影响。在氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）按1∶0.5∶0.8配比的条件下，用线性+平台模型确定的中稻氮肥最合理用量为156.5 kg/hm2。

关键词：江汉平原;耕作深度;施肥量;土壤紧实度;水稻

中图分类号：S511         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）06-0030-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.008           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： The field experiment was conducted to study the impract of different tillage depths and fertilizer rates on soil compaction and grain yield in paddy fields in Jianghan plain in two consecutive years（2014—2015）. The results indicated that the effect of deep plowing prior to planting on paddy soil were significant for the soil as compared with shallow plowing and tillage， but after settling throughout the field， the compactness of topsoil was affected weakly， the compaction degree of middle soil was obviously reduced，the compaction degree of the lower soil was obviously increased， then form the structure of “up-loose-down-tightness”， but which had no significant effect on the yield of rice. The reasonable N application rate for mid-rice was 156.5 kg/hm2 determined by linear+platform model under the condition of 1∶0.5∶0.8 ratio of nitrogen， phosphorus（P2O5） and potassium （K2O）.

Key words： Jianghan plain; tillage depth; fertilizer rate; soil compaction; rice

江汉平原是长江、汉水及其支流交汇的三角洲地带的冲积平原，位于湖北省南部，面积49 266 km2，占全省总面积的26.3%，耕地面积165.85万hm2，占全省耕地面积的44.0%，其中水田95.97万hm2，旱田69.88万hm2，是全国重点商品粮、棉生产基地[1]。江汉平原由于所处的地理位置、地形条件和多变气候等特殊因素，洪、涝灾害频繁发生，现有涝渍地76.4万hm2，成为阻碍本地区农业持续稳定发展的主要因子[2]。涝渍地按照土壤母质及地貌类型可分为湖积型和冲积型两种。江汉平原湖积型涝渍地土壤深厚，结构性和渗透性较差，三相比例失调，水多气少，固相率偏高，多项物理指标需要改良[3]。耕作能增加土壤孔隙，调节土壤中的固体、液体和气体的3项比例，改善耕层土壤的物理、化学和生物学性质，协调土壤中水、肥、气和热之间的关系，促进作物的生长，进而增加土壤生产力[4，5]。但如果缺乏合理的耕作深度、频度和强度等指标，耕作便导致土壤物理结构进一步破坏，同时也加速了土壤有机质氧化，土壤肥力下降。在很多情况下，农业耕作实践能够导致土壤物理性质的恶化，改变土壤的水量平衡[6，7]。近几十年来，有关耕作深度的研究主要针对旱地土壤，而针对稻田土壤的研究鲜有报道。本研究通过连续两年（2014—2015年）的定位试验，针对江汉平原湖积型涝渍水稻田开展耕作深度与施肥量的双因子试验，探讨了两种措施对土壤紧实度和水稻產量的持续影响，以期对该区域水稻耕作与施肥技术进行客观评估，为土壤改良和水稻的合理、高效施肥提供参考数据。

1  材料与方法

1.1  试验概况

试验于2014—2015年在湖北省潜江市浩口镇——农业农村部潜江农业环境与耕地保育科学观测实验站（北纬30°22.721 2′，东经112°37.472 2′）进行，属江汉平原低湖区，北亚热带季风湿润气候，土壤类型为湖积物发育而成的潮土性水稻土，土壤剖面各层次厚度为耕作层（A）10 cm，夹锈潜育层（Ag）6 cm，犁底层（P）8 cm，水稻生育季节地下水位高度约45 cm。2014年5月26日取基础土样，其土壤pH为6.74，有机质21.14 g/kg，碱解氮114.90 mg/kg，速效磷6.16 mg/kg，速效钾109.00 mg/kg，阳离子交换量（CEC）为16.64 cmol/kg。两年种植的水稻品种均为荆优6510。

1.2  试验设计

采用双因子裂区设计，耕作深度（A）设3个水平，A1=10 cm（浅耕）、A2=20 cm（中耕）、A3=30 cm（深耕）。施氮量（B）设4个水平，每公顷施氮量分别为B1=75.0 kg、B2=120.0 kg、B3=165.0 kg、B4=210.0 kg，根据刘冬碧等[8，9]、丁亨虎等[10]的研究结果，该区域水稻P2O5/N基本合理值为0.3～0.6，K2O/N相对合理值为0.4～1.2，结合当地测土配方推荐施肥，施磷（P2O5）、施钾（K2O）量与施氮量按1∶0.5∶0.8进行配比，即施肥量（N、P2O5、K2O总量，下同）分别为172.5、276.0、379.5、483.0 kg/hm2。小区面积26 m2，每处理重复3次。

1.3  测定项目与方法

水稻全小区收割测产。水稻收割后采用CP40Ⅱ数显式土壤紧实度仪在田间直接原位测定土壤紧实度，测定土层范围为0～30 cm，每1 cm记录1 次数据，每个小区重复测定3次，每个处理测定9次。

1.4  水稻推荐施肥量模型选择

运用SAS 8.1软件，同时采用二次型和线性+平台模型拟合施肥量与水稻产量之间的关系[11，12]，二次型模型函数式为y=b0+b1x+b2x2，式中，y为水稻产量（kg/hm2），x为施肥量（kg/hm2），b0、b1和b2分别为基础产量（不施肥时产量）、线性系数和二次方系数;线性+平台模型函数式为y=b0+b1x（x

1.5  数据统计分析

数据采用DPS软件进行统计分析。用Microsoft Excel 2007进行其他数据的处理与计算。

2  结果与分析

2.1  不同耕作深度对土壤紧实度的影响

土壤紧实度由土壤抗剪力、压缩力和摩擦力等构成，是衡量土壤致密强度的一个合成指标，它可预测土壤承载量、耕性和根系伸展阻力，是一个重要的土壤物理特性指标，用于评价土壤的耕性[4，13-15]。两年中稻收割后，不同耕作深度的土壤紧实度测定结果表现出了类似的规律性，以2014年测定结果进行重点分析，从图1各处理的变化趋势来看，对于浅耕处理，在6 cm土层以内，各点的测定值变化很平缓，从7 cm土层开始迅速增加，至20 cm土层时达最大值，然后逐步下降。对于中耕处理，在7 cm土层以内，各点的测定结果变化很平缓，从8 cm土层开始迅速增加，至22 cm土层时达最大值，然后逐步下降。对于深耕处理，在12 cm土层以内，各点的测定结果变化很平缓，从13 cm土层开始迅速增加，至23 cm土层时达最大值，然后逐步下降。从整体来看，在0～7 cm土層深度，各处理的土壤紧实度变化很小，图1的3条线基本重叠在一起;从8 cm土层深度开始，3条线表现出明显的分离现象，至20 cm处又基本重合，在此区间内，各测定值表现为浅耕>中耕>深耕;从21 cm土层开始，3条线又表现出明显的分离现象，且表现为深耕>中耕>浅耕。对5、10、15、20和25 cm土层土壤紧实度的统计分析（表1）显示，在5和20 cm土层点的土壤紧实度均无显著差异，在10 cm土层，浅耕处理显著高于其他两处理;在15 cm土层，深耕处理显著低于其他两处理;在25 cm土层，深耕处理显著高于其他两处理。

2015年中稻收割后不同耕作深度的土壤紧实度测定结果（表2）与2014年总体变化趋势表现出相似的规律性，只是重叠与分离的位点有区别。各土层点土壤紧实度的统计分析（表2）显示，在5、15和20 cm土层的土壤紧实度均无显著差异，而在10 cm土层，浅耕处理显著高于其他两处理，在25 cm土层，深耕处理显著高于其他两处理。

2.2  对水稻产量的影响

由表3可知，不同耕作深度处理之间产量差异不显著。由表4可知，无论是2014、2015年还是两年的水稻平均产量，随施肥量的增加均表现出先增加后下降的趋势，且施肥量为379.5 kg/hm2时水稻产量最大。可见，对产量而言，施肥量是主要影响因素，而耕作深度影响不明显。

2.3  水稻最佳施肥量的确定

两年试验中，由于耕作深度对水稻平均产量没有显著影响，因此只对施肥量与水稻平均产量之间的关系进行分析。为进一步明确水稻的适宜施肥量，参考陈新平等[11]、刘冬碧等[12]的方法，同时采用二次型和线性+平台模型拟合施肥量与水稻产量之间的关系。结果表明，采用二次型模型拟合得到水稻产量的肥料效应方程为y=-0.027x2+22.97x+4 631;根据方程求出两个年度水稻的平均最高产量施肥量为425.4 kg/hm2，此时的最高产量为9 516 kg/hm2;以N、P2O5、K2O和稻谷价格分别为4.35、8.33、6.00和2.4元/kg计算，最佳经济施肥量为380.6 kg/hm2，此时的最佳经济产量为9 462 kg/hm2。最佳经济施肥量和最佳经济产量分别为最高产量施肥量和最高产量的89.5%和99.4%。可见，在最高产量施肥量基础上减去约10%的用量，水稻几乎不会减产，因此采用二次型模型时，宜将最佳经济施肥量作为水稻的合理施肥量。

采用线性+平台模型拟合施肥量与水稻产量之间的关系见图4，结果表明，两年试验水稻平均平台产量为9 436 kg/hm2，施肥临界用量为359.9 kg/hm2;施肥量低于临界用量且高于172.5 kg/hm2时，产量用方程y=8.53x+6 365来确定。采用线性+平台模型得到的施肥临界用量和平台产量分别为采用二次型模型得到的最佳经济施肥量和最佳经济产量的94.6%和99.7%。由此可见，采用线性+平台模型得到的水稻合理施肥量大大低于二次型模型，从而更有利于降低肥料投入成本和提高肥料利用效率。根据两年的试验结果，用线性+平台模型确定的中稻最合理施肥总量为359.9 kg/hm2，即在氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）按1∶0.5∶0.8配比的条件下，用线性+平台模型确定的中稻氮肥最合理用量为156.5 kg/hm2。

3  小结与讨论

深耕相对于浅耕虽然对土壤的扰动较大，但经过水稻整个大田期沉降之后，对表层的土壤紧实度的影响很小，能明显降低中层土壤的紧实度，且能明显增加下层土壤的紧实度，形成“上松下紧”结构，这种结构可能有利于水稻根系的发育和提高保水保肥能力。

每年在水稻栽插之前进行深耕对当季水稻产量的影响不明显，但从水稻收割后的土壤緊实度结果来看，有可能会对下茬作物或下一年度作物产生有利影响，因此有必要在该区域开展隔年深耕对作物产量影响的研究。

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