甘肃引黄灌区玉米茬耕层土壤状况调查

霍琳 王成宝 杨思存 姜万礼 温美娟

摘要：在甘肃引黄灌区选择60 个典型玉米地，对其土壤耕层状况进行了调查分析。结果表明，甘肃引黄灌区玉米地平均耕层深度为22.5 cm，比我国土壤平均耕层（16.5 cm）高6.0 cm，犁底层平均厚度为 9.1 cm。0～40 cm土层容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右。0～45 cm土壤紧实度200～2 450 kPa，靖会灌区显著高于其他灌区，景电、兴电、刘川灌区相差不大。土壤有机质含量为12.94～15.64 g/kg，全氮含量为0.84～1.24 g/kg，碱解氮含量为47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量为14.28～33.57 mg/kg，速效钾含量为156.50～185.84 mg/kg，除速效磷和速效钾含量较高外，其它指标均属于中等偏下水平。

关键词：玉米地;土壤耕层;犁底层;养分状况;甘肃引黄灌区

中图分类号：S158         文献标志码：A         文章编号：1001-1463（2019）10-0051-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.10.012

Abstract：Based on 60 typical corn fields， the soil plough layers and soil nutrients were investigated in Gansu Yellow River Irrigation District. The results showed that the thickness of the mean plough layer in Gansu Yellow River Irrigation District was 22.5 cm， which was 6.0 cm shallower than that of nationwide plough layer， the average thickness of plough pan was 9.1 cm. the soil bulk density of 0～40 cm layer was about 1.36 g/cm3， and the soil porosity was about 48.5%. The soil compactness of 0～45 cm layer ranged from 200～2 450 kPa， Jinghui irrigated area were significantly higher than others， Jingdian， Xingdian and Liuchuan Irrigated Areas had little difference. The soil organic matter contents ranged from 12.94～15.64 g/kg， total nitrogen ranged from 0.84～1.24 g/kg， alkaline-hydrolyzed nitrogen ranged from 47.14～60.56 mg/kg， available phosphorus ranged from 14.28～33.57 mg/kg， and available potassium ranged from 156.50～185.84 mg/kg. Except for the high content of available phosphorus and potassium， all the other indexes were in the lower middle level.

Key words：Corn field;Soil plough layer;Plough pan;Nutrients status;Gansu Yellow River Irrigation District

引黄灌区是甘肃省继河西走廊之后的第2个综合农业商品生产基地，辖19个县区，区域面积约4.5万km2，土地面積占全省的10.54%，区域人口占全省的24.7%。由于有黄河及其众多支流水源，从20世纪60年代开始，该区域相继建成了景电、兴电、刘川、靖会、引大、皋兰西岔、榆中三角城等多处电力提灌工程，农田实灌面积达38.45万hm2，极大地改善了这一区域的农业生产条件，产生了良好的经济和社会效益[1 - 3 ]。但在这一过程中，由于不合理灌溉、小型农机具反复碾压、长期单一浅耕作业和秸秆还田利用率低等因素，导致一些农田土壤出现了耕层薄化、犁底层压实、结构变劣等问题，严重影响作物根系深层分布和肥水资源高效利用[4 ]。我们通过大范围采样调查，对甘肃引黄灌区玉米田耕层状况进行了分析，旨在建立适宜玉米生长的合理耕层结构、提高土壤综合生产能力及土壤深松机具的研发提供依据。

1   材料与方法

1.1   研究区概况

研究区位于甘肃省白银市的景电、兴电、刘川、靖会灌区（E103° 42′ 18″～105° 10′ 25″，N36° 21′ 29″～37° 36′ 32″），分别隶属于景泰、靖远、会宁3个县，海拔高度为1 408～1 792 m，旱地农业向荒地牧地过渡线的北部。由于受青藏高原和腾格里沙漠的影响，形成大陆性干旱荒漠气候，年降水量只有200～300 mm，而蒸发量却在2 000 mm以上，蒸发量是降水量的5～10倍。区域内年平均气温6.6 ℃，大于0 ℃ 和10 ℃的积温分别为3 200 ℃和2 600 ℃左右，无霜期160～170 d，年日照时数2 900 h左右。土壤类型主要是灰钙土。景电、兴电、刘川、靖会4个灌区的总控制灌溉面积分别为6.51万 hm2、2.13万 hm2、0.79万 hm2、2.03万 hm2，区域内耕地均呈梯级分布，耕地以     1 300 m2以下的小地块为主，主要采用大水漫灌和串灌等方式，种植作物有小麦、玉米、向日葵、马铃薯、露地蔬菜等，耕作方式有翻耕、旋耕、免耕、深松等，也有不同耕作方式的年际间组合（轮耕），农业机械以66 kW以下的小型为主[5 - 6 ]。

1.2   调查时间和地点

调查采样时间为2015年秋季玉米收获时，共筛选60个代表性地块。其中景电灌区30个，分布在草窝滩、上沙窝、漫水滩、红水、喜泉、寺滩、芦阳7个乡（镇）和条山农场、白银公司农场;兴电灌区20个，分布在北滩、东升、五合、靖安4个乡（镇）;刘川灌区5个;靖会灌区5个，分布在大芦、乌兰2个乡（镇）。所选样地种植的玉米品种以先玉335为主，灌溉量和施肥量相近，农田管理方式基本相似，耕作方式兼有翻耕、旋耕、免耕、深松等。

1.3   调查项目和方法

1.3.1    耕层深度    每地块选择3个代表性区域，与玉米种植行垂直方向挖调查剖面，剖面长120 cm、宽50 cm、深40 cm，横向包含了种植带（40 cm）和空白行（80 cm），竖向与地面垂直。用直尺直接测量地面到犁底层的距离，每个剖面在0、30、60、90、120 cm长度处测量5次，其平均值代表该点的耕层深度，3个剖面的平均值代表该地块的耕层深度。

1.3.2    犁底层厚度    用直尺直接测量，每地块3个剖面，每个剖面5个点，取其平均值。

1.3.3    土壤容重和孔隙度    每地块选择3个代表性区域，用环刀法测定0～10、10～20、20～40 cm 土壤容重，以相同层次3个点的平均值代表该地块的土壤容重，同时计算相应土层的土壤孔隙度，土壤密度按2.65 g/cm3计 [7 ]。

1.3.4    土壤紧实度    每个地块选择10个代表性区域，用美国产SC900土壤紧实度仪测定0～45 cm 土壤紧实度，每隔2.5 cm 1个读数，以相同层次10个点的平均值代表该地块的土壤紧实度[7 ]。

1.3.5    土壤养分    每地块选择3个代表性区域，采集0～20 cm土壤样品，测定土壤养分含量。土壤有机质用重铬酸钾外加热容量法，全氮用半微量凯氏定氮法测定，碱解氮用碱解扩散法，速效磷用Olsen 法测定，速效钾用火焰光度法测定。以3个点的平均值代表该地块土壤的养分含量[8 ]。

1.4   数据统计

采用Excel 2016 软件进行数据统计分析和绘图。

2   结果与分析

2.1   土壤耕作层和犁底层状况

耕层是耕地生产力的核心，良好的耕层能保证农作物生长发育所需水分和养分供 应[9 ]。国家玉米产业技术体系首席专家黄世煌指出，适合玉米生长的最低耕层深度为22 cm。从表1 可以看出，甘肃引黄灌区玉米地平均耕层深度为22.5 cm，虽然都高于22 cm，但也接近玉米最适生长对耕层深度的最低要求。这个深度虽比我国土壤平均耕层（16.5 cm）高了6.0 cm，但远远低于美国土壤的平均耕层（35 cm）。从不同灌区来看，景电灌区的平均耕层深度最高，为22.9 cm;其次为刘川灌区、兴电灌区，分别是22.8 cm和22.6 cm;靖会灌区最低，为22.2 cm。甘肃引黄灌区玉米地平均犁底层厚度为9.1 cm，兴电灌区和刘川灌区较高，平均厚度分别是9.9 cm和9.8 cm;靖会灌区和景电灌区略低，平均厚度分别是8.8 cm和8.6 cm;在景电和兴电灌区均发现没有犁底层和犁底层厚度最高15 cm的地块。

从表1还可以看出，甘肃引黄灌区耕层深度的变异性相对较弱，变异系数为10.3%～27.0%，源于其耕层深度的最小值为16.0 cm，最大值也只有32.0 cm。犁底层厚度的变异性相对较强，变异系数为16.7%～47.5%，其原因是有些地块没有发现犁底层，但有些地块的犁底层高仅有1 5 cm。

2.2   土壤容重和孔隙度状况

容重是最重要的土壤物理性质之一，它直接或间接影响着土壤水肥气热的协调供应和土壤养分、水分的运移，对维持土壤肥力、保证作物高产稳产有重要意义[10 - 11 ]。土壤容重的变化与土壤孔隙度密切相关，可较好地反映土壤透气性、入渗性能、持水能力和溶质迁移潜力等[12 - 13 ]。一般作物根系生长适宜的土壤容重范围为1.1～1.3 g/cm3，当土壤容重大于1.4 g/cm3时，根系穿透阻力大于15 kg/cm2，开始对根系生长产生影响;而当土壤容重大于1.5 g/cm3时，穿透阻力将大于25 kg/cm2，将会严重阻碍根系生长[14 ]。从表2可以看出，甘肃引黄灌区玉米地0～40 cm土层平均容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右，偏高的土壤容重和偏低的孔隙度反映了該区农田土壤长期处于较为坚硬的状态，会影响玉米根系下扎，降低土壤蓄水、保肥能力，还可能导致倒伏、早衰等现象发生，对玉米产量影响较大。具体到不同灌区、不同土层，土壤容重和孔隙度的变化规律也不完全一致。0～10 cm土层土壤容重为1.26～1.35 g/cm3，景电 > 刘川 > 兴电 > 靖会;10～20 cm土层土壤容重为1.37～1.44 g/cm3，靖会 > 景电 > 兴电 > 刘川;20～40 cm土层土壤容重为1.38～1.46 g/cm3，靖会 > 兴电 > 刘川 > 景电。0～10、10～20、20～40 cm土层孔隙度分别是48.91%～52.44%、45.64%～48.41%和44.92%～47.93%，与各层土壤容重的变化趋势相反。

2.3   土壤紧实度状况

土壤紧实度是土壤管理的重要指标，它与秸秆还田、化肥利用、土壤养分循环、土壤微生物、作物生长及产量、土壤耕作、水土流失、土壤碳氮管理及农业面源污染等关系密切，是影响农田土壤质量和作物生长的关键障碍因子之一，也是当前土壤功能及农田生态健康研究领域的重点，欧盟委员会也把土壤紧实度列为作物产量降低的主要因素之一[15 - 17 ]。从图1可以看出，甘肃引黄灌区60块样地0～45 cm土壤紧实度为200～   2 450 kPa，不同灌区、不同土层间差异较大，这也反映了土壤质地、耕作方式、施肥灌溉水平、农业机械动力等对土体构型的不同影响。从整体来看，靖会灌区0～45 cm土壤紧实度的平均值最大，为1 834 kPa;景电、兴电、刘川灌区相差不大，分别为       1 395、1 271、1 268 kPa。从不同土层来看，0～10 cm的平均值景电灌区最大，为1 005 kPa;其次是刘川、靖会、兴电灌区，分别为842、839、821 kPa。10～20 cm土层靖会灌区最大，为1 954 kPa，其次是景电、刘川、兴电灌区，分别为1 359、1 318、1 289 kPa。20～40 cm土层也是靖会灌区最大，为2 326 kPa;其次是景电、兴电、刘川灌区，分别为1 646、1 467、1 460 kPa。

2.4   土壤养分状况

土壤养分是影响作物生长发育的重要因素之一，也是评价土壤肥力的重要指标，同时也是合理施肥的重要依据[18 ]，只有深入了解并掌握了土壤养分状况，才能更好地对农田进行管理和利用。从表3可以看出，甘肃引黄灌区的土壤有机质含量为12.94～15.64 g/kg，全氮含量为0.84～1.24 g/kg，碱解氮含量为47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量为14.28～33.57 mg/kg，速效钾含量为156.50～185.84 mg/kg，按照第二次全国土壤普查土壤养分含量分级标准评价，分别属于4级、3～4级、5级、2～3级和2级，除速效磷和速效钾含量较高外，其它指标都属于中等偏下水平。从各指标平均值来看，有机质平均为13.85 g/kg，碱解氮平均为53.22 mg/kg，均表现为刘川 > 景电 > 靖会 > 兴电;全氮平均为1.08 g/kg，兴电 > 景电 > 刘川 > 靖会;速效磷平均为22.14 mg/kg，刘川 > 靖会 > 兴电 > 景电;速效钾平均为170.74 mg/kg，景电 > 兴电 > 靖会 > 刘川。从土壤养分变异强度来看，甘肃引黄灌区总体表现为速效磷 > 速效钾 > 碱解氮 > 有机质 > 全氮，景电灌区为速效磷 > 碱解氮 > 全氮 > 有机质 > 速效钾，兴电灌区为速效磷 > 速效钾 > 碱解氮 > 有机质 > 全氮，靖会灌区为速效钾 > 速效磷 > 碱解氮 > 有机质 > 全氮，刘川灌区为速效钾 > 有机质 > 全氮 > 速效磷 > 碱解氮。

3   结论

甘肃引黄灌区玉米田平均耕层深度为22.5 cm，接近了玉米最适生长对耕层深度的最低要求（22 cm），虽然比我国土壤平均耕层（16.5 cm）高6.0 cm，但远远低于美国土壤的平均耕层（35 cm）。景电灌区的平均耕层深度最高，其次为刘川灌区、兴电灌区，靖会灌区最低。犁底层平均厚度为9.1 cm，兴电灌区和刘川灌区较高，靖会灌区和景电灌区略低。

0～40 cm土层容重在1.36 g/cm3左右，孔隙度在48.5%左右。0～10 cm土层土壤容重为1.26～1.35 g/cm3，景电 > 刘川 > 兴电 > 靖会;10～20 cm土层土壤容重为1.37～1.44 g/cm3，靖会 > 景电 > 兴电 > 刘川;20～40 cm土层土壤容重为1.38～1.46 g/cm3，靖会 > 兴电 > 刘川 > 景电。

0～45 cm土层土壤紧实度为200～2 450 kPa，靖会灌区最大，为1 834 kPa;景电、兴电、刘川灌区相差不大，分别为1 395、 1 271、1 268 kPa。0～10 cm土层土壤紧实度景电灌区最大，为1 005 kPa;10～20 cm土层和20～40 cm土层土壤紧实度都是靖会灌区最大，分别为1 954 kPa和2 326 kPa。

甘肃引黄灌区土壤有机质含量为12.94～15.64 g/kg，全氮含量为0.84～1.24 g/kg，碱解氮含量为47.14～60.56 mg/kg，速效磷含量为14.28～33.57 mg/kg，速效钾含量为156.50～185.84 mg/kg，除速效磷和速效钾含量较高外，其它指标均属于中等偏下水平。

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（本文责编：陈   珩）