基于冬小麦土壤含水率分析的河南省舞阳县保护性耕作模式

白卫卫 张艳华 徐振豪 黄振辉 郗昊 冯玉晓

摘 要： 保护性耕作是提高土壤蓄水保墒能力、增加作物产量的重要措施之一。长期试验监测了不同耕作层土壤含水率及冬小麦作物生长变化，分析不同土壤耕作层的水分变化对作物生长的影响，对比保护性耕作模式与传统耕作模式的经济效益、社会效益和生态效益，探索了适宜河南省舞阳县秸秆覆盖还田的保护性耕作技术模式。结果表明，随着保护性耕作技术实施年份的增加，作物的生长环境及旱涝情况呈现不同效果，深松作业模式下耕深10～20 cm 的土壤含水率最大，达到15.3%；对潮土的影响次之。深松免耕播种模式耕深0～10 和10～20 cm 的土壤含水率平均值分别为14.2% 和16.1%。不同的作业模式对砂姜黑土的影响最小，作物的次生根数量大，根系发达长约12.5 cm，平均分蘖7.3 个，并且个体均匀。说明实施保护性耕作的冬小麦，年限越长，土壤水分和增产效果越显著。

关键词：保护性耕作；深松整地；秸秆覆盖还田；土壤含水率；冬小麦

中图分类号：S512文献标识码：A文章编号：2095-1795（2023）11-0133-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.11.025

0 引言

目前，耕地质量的退化和耕地总量的下降对我国粮食生产安全造成重要影响，同时土地的过度开垦使得耕地资源加速恶化，温室气体的排放加剧气候变暖的进程[1-2]。长期采用翻耕、免耕、深松耕等任何单一耕作措施均会对土壤特性产生不利影响，极容易造成犁底层变厚，土壤养分分布不均衡等问题；合理的耕作方式可以改良土壤物理性状、改善作物生长条件、更好地满足作物需求及提高作物产量[3-5]。不同的耕作方式各有其优势，如深松作业可以有效打破犁底层、改善土壤环境、增加土壤持水量、提高作物水分利用效率及改善作物出苗率[6-12]。有研究表明，不同的地区、作业季节所采取的耕作模式会对作物产生较大影响[13-15]。所以需要根据地区实际，对适宜地区的耕地模式进行探究，因地制宜开展土地耕作。舞阳县位于河南省中南部，中心位置约在东经113.5°、北纬33.2°，属温热带季风型大陆性气候。2010—2022 年连续实施保护性耕作技术，取得了明显成效。本研究选取舞阳县有代表性的黄褐土、砂姜黑土、褐土和潮土4 种土壤进行耕作试验，记录分析0～10 和10～20 cm 两种耕深土壤含水率、作物根系、分蘖情况及作物生长过程数据和状态，以此探究不同的土壤环境下适宜的耕作模式，为粮食增产、农业增效提供支撑。

1 材料与方法

在舞阳县南部岗区的黄褐土区、中部的砂姜黑土与潮土区及北部的潮土与褐土区3 大区域，根据农机化示范园区所处的位置，选择具有代表性的保和乡、莲花镇、北舞渡镇和吴城镇4 个示范园区，采用不同作业模式对比（表1），分别对不同耕作层取样调查土壤水分和作物生长情况。开展不同耕层土壤的含水率、不同耕作模式冬小麦的出苗率，不同耕作模式冬小麦作物根系和生长情况，以及小麦的分蘖情况。

2 结果与分析

对试验地块不同耕作层土壤含水率和冬小麦作物生长期的数据采集记录，对比分析不同耕作模式对于作物生长的影响，总结作业规律，为后期的农耕作业提供指导。

由表2 可知，T1 模式耕深0～10 cm 沙姜黑土的土壤含水率优于其他3 种模式；耕深10～20 cm 潮土的土壤含水率优于其他3 种模式。舞阳县每年降水量多集中在7—9 月，根据相关数据，示范园区保护性耕作地块的土壤含水率明显高于舞阳县的平均值3 个百分点，耕深0～10 cm 表层土壤含水率较高，优势比较明显。特别是T1 模式下不同土壤含水率优于其他3 种模式，作物根系发育等情况表现明显。

由表3 可知，CK 模式冬小麦的出苗率大于其他3种模式，CK 模式出苗群体过大，在适墒高温的情况下，植株较高，有旺长情况的较多。在2 月调查期间多已覆盖严地面，虫害较多。出苗率的高低不作为保护性耕作技术模式优势的依据。

由表4 可知，CK 模式冬小麦作物根系次生根数量平均9.5 个，并且根系较瘦弱，分蘖数最多但是小蘖较多后期不成穗，特别是遇干旱情况下分蘖会逐渐发黄死亡。T1 模式次生根数量大，根系发达，根系长约12.5 cm；T2 模式次生根数平均10.5 个，根系发达，根系长约6.5 cm；T3 模式次生根数平均10 个，其根系发育与T1 和 T2 模式相比稍差些，但表现不明显。T1、T2和T3 模式作物的分蘖平均都在4 个，主茎平均6 叶、株高25 cm，茎秆粗壮基本上后期都能成穗。

由表5 和图1 可知，保护性耕作模式与传统耕作模式越冬后期小麥生长情况相比有5 个方面优势。

（1）分蘖较壮且匀。保护性耕作模式的麦苗平均分蘖7 个，个体均匀，传统耕作模式的麦苗平均分蘖6 个，而且较瘦弱。

（2）根系发育较好。保护性耕作模式的麦苗次生根平均12.2 个，根系相对扎的较深；传统耕作模式的麦苗次生根平均6 个。

（3）土壤含水率较高。保护性耕作模式的土壤含水率13.3%，其中深松地块明显较高，为13.8%，传统耕作模式麦田的土壤含水率12%。

（4）叶尖枯黄长度和完全干枯个数。保护性耕作模式明显少于传统耕作模式。

（5）从整体外观上看，传统耕作模式麦苗枯黄程度较为严重，播量多、群体大，并且由于长期用传统耕作模式，田块的伏脊、山沟明显，麦苗长势不均。

由表6 和图2 可知，保护性耕作模式与传统耕作模式返青期小麦生长情况相比有5 个方面优势。

（1）分蘖较多。保护性耕作模式麦苗平均分蘖7.3 个，个体均匀、发育良好，只有平均0.75 个的较小麦苗。传统耕作模式的麦苗平均分蘖6.7 个，并且瘦弱枯死的麦苗较多，平均2.6 个。

（2）根系发育较好。保护性耕作模式麦苗次生根平均18.2 个，根系相对扎的较深；传统耕作模式的麦苗次生根平均10.2 个。

（3）土壤含水率较高。保护性耕作模式麦田的土壤含水率14.3%。其中深松地块土壤含水率明显较高，为14.7%，传统耕作模式麦田的土壤含水率13.9%。

（4）叶尖枯黄长度和完全干枯个数。保护性耕作模式明显少于传统耕作模式的麦田。

（5）从整体外观上看，保护性耕作模式麦田长势较好，颜色深绿，个体强壮；传统耕作模式麦田枯黄程度较为严重，并且瘦弱枯死的植株多，平均占2.6 个，麦苗弱而高，由于长期用传统耕作模式，田块的伏脊、山沟明显，长势不均。

3 讨论

3.1 耕作模式对土壤含水率的影响

通过对舞阳县南部岗区、中部澧河沿澧河岸壤土区，以及北部泥河洼、闫湾、玉皇庙等部分示范园区采样，进行結果分析。

（1）南部岗区黄褐土耕深0～20 cm 土壤含水率平均14.2%，其中，0～10 cm 土壤含水率13.1%，10～20 cm 土壤含水率15.3%。夏秋两季深松耕作模式土壤含水率15.8%，免耕播种模式土壤含水率13.2 %，传统耕作模式土壤含水率13.7%，相比之下深松地块分别高于其他两种模式2.6 和2.1 个百分点。

（2） 中部沙姜黑土0～ 20 cm 土壤平均含水率13.4%。夏季深松地块土壤含水率13.2%；免耕播种的土壤含水率13.6%；常规播种的土壤含水率12.4%。相比之下，深松、免耕播种地块0～20 cm 土壤含水率比常规模式分别高0.8 和1.2 个百分点。

（3）北部潮土0～20 cm 土壤平均含水率15.3%，其中，0～10 cm 土壤含水率14.4%，10～20 cm 土壤含水率16.1%。夏季深松地块土壤含水率15.4%，深翻腐熟剂常规播种的土壤含水率15.1%。深松、免耕地块比深翻常规播种的土壤含水率高0.3 个百分点。

（4）北部褐土0～20 cm 土壤平均含水率14.2%，其中，0～10 cm 土壤含水率13.7%，10～20 cm 土壤含水率14.5%。秋季深松地块土壤含水率为13.8%，免耕播种的土壤含水率14.6%， 常规播种的土壤含水率14.1%。相比之下，深松、免耕播种地块0～20 cm 土壤含水率比常规模式高?0.3 和0.5 个百分点。

（5） 全县示范园区平均含水率14.4%， 其中，0～10 cm 土壤平均含水率13.4%，10～20 cm 土壤含水率15.3%。南部岗区土壤含水率14.3%，中部园区土壤含水率14.7%，北部泥河洼治洪区土壤含水率15.4%。

夏季深松地块土壤平均含水率15.7%；秋季深松地块土壤平均含水率14.7%； 免耕播种的土壤平均含水率14.3%；常规播种的土壤平均含水率13.7%。在连续60多d 没有降雨过程中根据监测，全县土壤平均含水率12%。其中， 0～ 10 cm 土壤平均含水率9.6%， 10～20 cm 土壤含水率14.3%。

从以上数据看出，机械化示范园区实施保护性耕作模式的地块土壤含水率明显高于舞阳县的平均值，特别是耕深0～10 cm 表层土壤含水率较高，优势明显。根据多年的实践与分析，总结出一套适宜舞阳县的保护性耕作模式，即玉米联合收获→秸秆覆盖还田（离田）→深松（2～3 年/次）→免耕施肥播种→机械化植保→小麦联合收获，并形成可推广、可复制的技术规程和技术路线。

3.2 耕作模式对小麦长势的影响

从小麦现阶段长势、分蘖情况看，并无明显差别。具体差别：传统耕作模式的麦田出苗率较高，但群体过大，在适墒高温的情况下，植株较高，旺长情况较多，分蘖时多已覆盖严地面，虫害较多。如在南部岗区的某块地中，只有其中传统耕作模式麦田发生蚜虫，其他保护性耕作模式的地块都没有。保护性耕作模式小麦植株健壮，根系发育较深、次生根较多，但有个别地块由于机手操作原因出苗不好。主要原因：一是播种过深；二是由于田间有大土块和块田有多年形成的伏脊，用平滚免耕播种机播种时一边压不实而出现了缺苗断垄现象。保护性耕作模式除了机手操作原因外，最主要的是小型拖拉机播种后土壤镇压不实，容易形成种子棚架，冬小麦后期生长出现冻害和死苗现象，这种情况并非是保护性耕作导致的。

3.3 气象条件的影响

根据气象信息，舞阳县每年的降水量比较适中，多集中在7—9 月，历年平均降水量743.2～845.2 mm。2010 年4 季度全市降水总量仅3.1 mm，与往年同期平均值相比减少100 mm，10 月以来漯河市基本没有有效降雨，降雨量比常年同期减少8 成左右。截至12 月底，耕深0～ 10 cm 土壤含水率多在12% 以下； 耕深10～20 cm 土壤含水率15%～16%。2011 年2 月3 日，针对近4 个月来舞阳县一直未有明显降雨的情况，对园区内的个别地块进行了含水率测试，结果表明，深松地块的抗旱能力明显好于未实施过深松直接免耕播种的地块， 土壤含水率较高。夏季深松地块耕深0～10 cm 土壤含水率10.7%，耕深10～20 cm 土壤含水率15.3%；秋季深松地块耕深0～10 cm 土壤含水率10.1%，耕深10～20 cm 土壤含水率11.4%；未实施过深松直接免耕播种的地块，耕深0～10 cm 土壤含水率7.5%，耕深10～20 cm 土壤含水率12.3%。0～10 cm表层土含水率下降较多，由2022 年12 月测量的12.1% 下降到7.5%，下降了4.6 个百分点。而夏季深松和秋季深松的地块表层土的含水率较上年12 月测量数值分别下降了3.4 和4.6 个百分点。2021 年舞阳县秋季（7—9 月）遭遇特殊年份降雨，平均降水量229 mm。根据调查南部岗区和北部农机化示范园区都出现不同程度的涝灾，但深松地块地表没有出现过积水现象，雨水下渗速度较快，20～30 cm 蓄水量最大，含水率达30%；中部地区出现严重涝灾，没有深松的地块表层出现径流，耕作层严重板结。

3.4 效益分析

3.4.1 经济效益

小麦播种过程投入按2022 年连片作业价格计算。传统耕作模式：种子1 350 元/hm2、化肥1950 元/hm2，还田2 遍750 元/hm2， 犁、耙地675 元/hm2， 播种600 元/hm2（不含施肥），合计共5 325 元/hm2。保护性耕作模式（以T1 模式为例）：种子1 350 元/hm2，化肥1950 元/hm2，秸秆还田2 遍750 元/hm2，免耕施肥播种750 元/hm2，合计共4 800 元/hm2。保护性耕作模式比传统耕作模式在播种时投入少525 元/hm2，全县保护性耕作总面积1.66 万hm2，共节约成本875 万元。此外，保护性耕作模式与传统耕作模式相比，就小麦播种而言，至少可减少农机进地次数2 次，可节油约45 L/hm2，以2022 年为例实施保护性耕作面积1.66 万hm2，可节油75 万L，实现节能减排。

3.4.2 社會效益

相比传统耕作模式下冬小麦保护性耕作模式的社会效益主要表现在以下3 方面。一是保护性耕作省时、省工，节约45～75 工时/hm2，促进了农村劳动力转移。二是保护性耕作模式促进了农机具的升级换代，提高了农机装备水平，提高了作业效率。三是经过对从事小麦免耕播种作业机手的调查，大部分机手的玉米、小麦免耕播种作业量平均23.33 hm2，玉米播种作业600 元/hm2、小麦播种作业750 元/hm2，毛收入3 万元以上，2～3 年即可收回机具的投入成本。

3.4.3 生态效益

一是有效减少耕地的风蚀、水蚀。通过试验对比分析，保护性耕作模式比传统耕作模式减少扬尘60%，减少水蚀80% 左右。二是提高土壤含水率。试验测试结果显示，保护性耕作模式比传统耕作模式土壤含水率有明显提高，年均提高0.933%～0.467%。三是提高土壤肥力，改善土壤结构。保护性耕作模式把大量秸秆通过覆盖的方式还田，秸秆腐烂后可增加土壤有机质含量并改善结构。而且覆盖层阻滞了养分挥发和肥沃表土被水径流冲走，测试表明，土壤有机质含量年增加0.020%～0.047%。四是减少秸秆焚烧，保护生态环境。既给秸秆的利用找到了出路，充分利用了资源，还有效抑制了秸秆焚烧，减少环境污染，保护了生态环境。五是促进农业可持续发展。保护性耕作技术是一种新型耕作技术，可有效减少土壤风蚀、水蚀、防止水土流失；秸秆覆盖，可减少水分蒸发和保蓄更多天然降水，有效减少地下水消耗；覆盖的秸秆腐烂可增加土壤中的有机质含量，培肥地力；秸秆覆盖还田，可防止秸秆焚烧，减少环境污染。保护性耕作技术的示范应用，改善了农业生产条件。保护了生态环境，促进了农业可持续发展。

4 结束语

通过对保护性耕作技术的试验对比分析，相比传统耕作模式和免播种作业对比，机械化示范园区实施保护性耕作地块的土壤含水率明显高于舞阳县的平均值，特别是耕深0～10 cm 表层土壤含水率较高，优势明显。夏季深松地块耕深0～20 cm 土壤含水率13.5%；秋季深松地块0～20 cm 土壤含水率10.75%；未实施过深松直接免耕播种地块，耕深0～20 cm 土壤含水率9.9%，比夏季实施保护性耕作下降了3.6 个百分点。而夏季深松和秋季深松地块表层土壤含水率较2021 年12 月测量数值分别下降了3.4 和4.6 个百分点。根据多年的实践与分析，总结出一套适宜舞阳县的保护性耕作模式玉米联合收获→秸秆覆盖还田（离田）→深松（2～3 年/次）→免耕施肥播种→机械化植保→小麦联合收获，并形成可推广、可复制的技术规程和技术路线。

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