不同耕作方式对松辽平原盐碱地土壤理化性状及玉米产量的影响

王本龙 周春生 海珍 娄雨欣

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.034

摘要：为了解决松辽平原土壤盐碱化、玉米产量低下的问题，通过探讨不同耕作方式对土壤理化性状及玉米产量的影响，筛选出适宜松辽平原的耕作方式，以实现土壤良性生产。基于通辽市科左中旗盐碱试验地，设置深松耕作深度40 cm处理（SS处理）、粉垄耕作深度40 cm处理（FL处理）2个处理，以常规旋耕深度20 cm处理（CK处理）为对照，分析不同耕作方式下土壤理化性状及玉米产量的变化。结果表明，SS、FL处理在播种前10～40 cm土层的土壤含水量分别较CK增加35.1%～194.7%、29.9%～98.2%；在收获后0～40 cm土层土壤中，>0.25 mm土壤团聚体表现为FL处理>SS处理>CK；在7.5～20 cm土层中，SS、FL处理的土壤硬度分别较CK增加33.5%～295.6%、57.2%～180.5%；在0～40 cm土层中，SS、FL处理的土壤pH值较CK降低6.7%～12.9%、-1.1% ～-6.1%，土壤电导率分别较CK降低1.6%～26.9%、21.3%～43.9%，土壤全盐量分别较CK降低 -20.0% ～42.9%、10.3%～47.6%；玉米产量分别较CK增加19.2%、39.5%。由研究结果可以看出，深松和粉垄耕作均能够构建合理的耕作层，改善土壤结构，有利于土壤耕作层脱碱、排碱，从而促进玉米生长发育，大幅提高玉米产量，从长久角度和产量来看，粉垄耕是最适宜的耕作方式。

关键词：深松耕作；粉垄耕作；盐碱地；土壤理化性状；玉米产量；松辽平原

中图分类号：S156.4+9；S513.061  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）10-0247-07

收稿日期：2023-07-07

基金项目：内蒙古自治区农牧业厅项目（编号：202076）；内蒙古自治区自然科学基金（编号：2022MS07008、2021MS05017、2019MS04020、2020MS05018、2020BS03001）；内蒙古自治区直属高校基本科研业务费（编号：NCYWZ22009）；内蒙古财经大学课题（编号：JXYB1922）。

作者简介：王本龙（1997—），男，安徽当涂人，硕士研究生，主要从事盐碱地及沙地修复研究。E-mail：878423846@qq.com。

通信作者：周春生，博士，教授，主要从事土壤污染防治及膨润土应用技术方面的教学研究工作。E-mail：zhouchunsheng121@163.com。

松辽平原作为世界三大苏打盐碱地之一［1］，以碳酸盐碱土为主［2］，土壤含盐量较高，盐碱化严重，此外，长期的传统旋耕、连续作业使得耕层变浅［3］、土壤板结［4］、土壤保熵透气性变差，严重影响了玉米的生长发育，使得玉米单产水平低，产量逐年下降。保护性耕作作为一种新兴的耕作方式，能够有效提高盐碱地土壤质量和作物产量［5］，其中深松耕作、粉垄耕作是保护性耕作的关键措施，能够有效降低土壤容重、提高土壤孔隙度［6-7］，加深耕作层深度并改善土壤结构［8-9］。李宇航等研究发现，在东北黑土区，与传统翻耕相比，深松耕作的玉米产量显著提高22.37%［10］。Jiao等发现，当深松深度为35 cm时，能够显著提高华北夏玉米的叶绿素含量、叶面积指数、净光合速率及籽粒产量［11］。石伟业等研究发现，当粉垄深度为50 cm时，可以显著提高水稻籽粒产量，较传统旋耕提高25.45%［12］。麻仲花等研究发现，当粉垄为30、50 cm时，甜高粱产量较传统旋耕显著增加8.7%、5.2%［13］。粉垄和深松作为一种切实有效的盐碱地改良技术，能够改善土壤理化性状，提高作物产量，因此如何筛选适宜松辽平原的一种耕作技术，实现土壤的良性生产成为研究重点。本试验以内蒙古自治区通辽市科左中旗玉米农田作为试验区，探讨不同耕作方式对玉米土壤耕层理化性状及玉米产量的影响，旨在为松辽平原玉米种植选择最佳耕作方式提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  研究区概况

试验于2020年4月在内蒙古自治区通辽市科左中旗花吐古拉镇三家子村（43°92′N，122°047′E）进行，试验区域属温带大陆性季风气候，四季分明，海拔178.44 m，年均日照时数2 891.7 h，年均降水量269.7 mm，年均气温5.5 ℃，年均无霜期为 150 d。基本土壤理化性状如下：0～40 cm土层土壤含盐量1.3%～2.7%，pH值为9.0～9.3，电导率为145.8～247.3 μS/cm。

1.2  材料及设计

供试玉米品种为京科969，于2020年4月20日播种，试验共设3个处理：传统旋耕、深松耕作、粉垄耕作，分别记为CK、SS、FL（表1）。每个处理的用地面积为0.025 hm2，保苗密度为75 000株/hm2，肥料用量如下：有机肥75 m3/hm2，腐殖酸375 kg/hm2，硅肥225 kg/hm2。各处理田间管理均一致，于2020年9月27日收获。

1.3  试验样品的测定

在播种前、生育期和收获后按“S”形采集土样，分别取0～5、5～10、10～20、20～40 cm土层样品，共计4层，每层重复3次。土壤含水量采用烘干法测定，土壤团聚体采用筛湿法测定［14］，土壤硬度采用SC900土壤硬度计测定，土壤pH值用pH-2F型pH计测定，土壤电导率采用DDS-307a电导率仪测定，土壤全盐含量采用重量法测定［15］。在玉米成熟期各小区随机选5 m×5 m的区域用于考种，考查穗长、穗重、纵向籽粒数、横向籽粒数、百粒鲜重、百粒干重。各试验小区按实收穴数计产。

1.4  数据分析

用Excel 2019、Origin 2022进行分析和处理，用IBM SPSS Statistics 27.0进行统计分析。

2  结果与分析

2.1  不同耕作方式对土壤物理性状的影响

2.1.1  不同耕作方式对土壤含水量的影响  由表2可知，不同耕作方式对土壤含水量有显著影响。在播种前，深松、粉垄耕作后土壤疏松，透气性增加，表层土壤水分失墒较传统旋耕加快。在0～5 cm 土层，深松、粉垄耕作后土壤含水量较传统旋耕处理分别降低60.6%、6.1%；在5～10 cm土层，深松、粉垄耕作后土壤含水量较传统旋耕处理分别降低56.5%、2.9%。深松和粉垄耕作能够有效打破犁底层［16］，显著增加10～40 cm土层的土壤含水量。在10～20 cm土层，深松、粉垄耕作后土壤含水量较传统旋耕处理分别增加35.1%、29.9%；在 20～40 cm土层，深松、粉垄耕作后土壤含水量较传统旋耕处理分别显著增加205.3%、98.2%（P<0.05）。收获后，在0～40 cm土层中，传统旋耕处理的土壤含水量均高于深松和粉垄耕作处理，原因可能是深松、粉垄耕作提高了土壤通气透水性，水分向深层下渗，玉米植株发育较好，使得植株、根系所需水分增加。

2.1.2  不同耕作方式对土壤水稳性团聚体的影响  土壤团聚体能够改善土质，增加土壤肥力［17］，使盐碱、板结土壤恢复活力［18］，从而促进作物生长发育、提高作物产量。由图1可知，在深松和粉垄耕作处理下，各级土壤团聚体比例均呈现出不同的变化。在0～40 cm土层，＞1.0 mm团聚体表现趋向为SS处理>CK>FL处理，三者间无显著差异（P>0.05）；0.5～1.0 mm团聚体表现为FL处理>CK>SS处理，仅FL处理与CK间有显著差异（P<0.05）；0.25～0.5 mm团聚体表现为SS处理>FL处理>CK，且SS、FL处理分别与CK有显著差异（P<0.05）；0.075～0.25 mm团聚体表现为CK>FL处理>SS处理，三者间无显著差异（P<0.5）；＜0.075 mm团聚体表现为SS处理>CK>FL处理，且三者间均存在显著差异（P<0.5）。在>0.25 mm团聚体中，深松、粉垄耕作处理的土壤团聚体均高于CK，最高增幅为42.7%。综上，深松、粉垄耕作均能够有效增加土壤中的大团聚体数量。

2.1.3  不同耕作方式对土壤硬度的影响  土壤硬度是衡量土壤紧实度的标准［19］。由图2可知，在 0～5 cm土层，传统旋耕处理的土壤硬度最大，土壤表面板结，不利于作物生长发育。深松、粉垄耕作能够有效降低0～5 cm土层的土壤硬度；传统旋耕无法打破坚硬的犁底层，导致20～40 cm土层的土壤渗透系数低，透气性差，土壤板结，形成了致密的隔水层，在传统旋耕处理下，降雨后水分无法下渗，水分堆积在5～20 cm土层中，导致土壤硬度较低，这与降雨后地表严重积水、形成内涝的现象吻合。深松、粉垄耕作能够打破犁底层，从而构建合理的耕层结构，在深松或粉垄耕作处理下，7.5～20 cm土层的土壤硬度较传统旋耕显著提高33.5%～295.6%、57.2%～180.5%。在20～40 cm 土层，深松、粉垄耕作处理的土壤硬度均低于CK，且在粉垄耕作处理下土壤硬度相对较均匀，各土层间的土壤硬度差异较小。由此可见，深松和粉垄耕作均能够疏松土壤，有效改善土壤结构，构建合理的耕作层。

2.2  不同耕作方式对土壤化学性状的影响

2.2.1  不同耕作方式对土壤pH值的影响  由图3可知， 纵观整个生育期， 不同处理的0～40 cm土层土壤pH值整体均呈现下降趋势，且深松耕作处理下0～40 cm土层的土壤pH值下降幅度最大。由图4可知，在深松和粉垄耕作处理下，土壤pH值呈现不同的变化趋势，在0～5 cm土层，深松、粉垄耕作处理的土壤pH值分别较传统旋耕处理降低6.7%、-3.6%；在5～10 cm土层，土壤pH值分别较传统旋耕处理降低8.0%、-4.5%；在10～20 cm土层，土壤pH值分别较传统旋耕处理降低9.6%、-6.1%；在20～40 cm土层，土壤pH值分别较传统旋耕处理降低12.9%、-1.1%；在0～40 cm土层，深松耕作处理的土壤pH值显著低于传统旋耕处理（P<0.05），粉垄耕作处理的土壤pH值显著高于传统旋耕处理（P<0.05）。可能是因为粉垄耕作时钻头高速旋转，使得部分20～40 cm盐碱土混入表层土中，导致表层土壤pH值较高，但同时也有效增加了耕作层深度。

2.2.2  不同耕作方式对土壤电导率的影响  土壤电导率能够体现土壤溶液中可溶性盐的状况［20］，并在一定程度上反映土壤含盐量［21］。由图5可知，在整个生育期内，不同处理的0～40 cm 土层土壤电导率均呈现降低趋势，除粉垄耕作处理的0～5 cm土层外，深松、粉垄耕作处理的土壤电导率随生育进程的推进减幅变小， 且粉垄耕作处理个别试样的变

化幅度较大。由图6可知，深松、粉垄耕作处理能够显著降低土壤电导率，在0～40 cm土层，深松、粉垄耕作处理的土壤电导率均低于传统旋耕处理。在 0～40 cm土层，土壤平均电导率表现为CK>SS处理>FL处理，深松、粉垄耕作处理在0～5 cm土层的土壤电导率分别较传统旋耕处理降低26.9%、21.3%；在5～10 cm土层，土壤电导率分别较传统旋耕降低15.3%、26.3%；在10～20 cm土层，土壤电导率分别较传统旋耕处理降低1.6%、40.9%；在20～40 cm土层，土壤电导率分别较传统旋耕处理降低10.4%、43.9%。从整个土壤剖面来看，电导率最大值出现在CK耕作处理下的20～40 cm土层，并且在0～40 cm土层，随着土层的加深，传统旋耕、深松耕作处理的土壤电导率呈现逐渐增大的趋势。

2.2.3  不同耕作方式对土壤全盐量的影响  由图7可知，在生育期内，传统旋耕、深松耕作处理在0～40 cm土层的土壤全盐量变化趋势相近，而粉垄耕作处理在吐丝期转向成熟期时，土壤全盐量呈现上升趋势，可能与采样时采样点为碱斑有关。由图8可知，在0～40 cm土层，与传统旋耕处理相比，深松、粉垄耕作处理不同程度地降低了土壤全盐量；在0～20 cm土层，深松、粉垄耕作处理与传统旋耕处理的土壤全盐量间差异均达显著水平（P<0.05），土壤平均全盐量具体表现为CK>SS处理>FL处理，深松耕作处理、粉垄耕作处理、CK在 0～5 cm 土层地土壤全盐量分别较传统旋耕处理降低15.4%、10.3%；在5～10 cm土层，土壤全盐量分别较传统旋耕处理降低42.9%、47.6%；在10～20 cm土层，土壤全盐量分别较传统旋耕处理降低 -20.0%、20.0%；在20～40 cm土层，土壤全盐量分别较传统旋耕处理降低18.2%、27.3%。从垂直剖面来看，土壤全盐量的最高值出现在传统旋耕处理

的0～5 cm土层，为3.91 g/kg；最低值出现在粉垄耕作处理的20～40 cm土层，为0.82 g/kg，随着土层的加深，土壤全盐量呈现逐渐减小的趋势。

2.3  不同耕作方式对玉米产量的影响由表3可以看出，深松、粉垄耕作处理对玉米品质及产量均有明显影响，与传统旋耕处理相比，各处理的玉米穗重呈现不同的变化，粉垄耕作处理的玉米穗重较传统旋耕处理提高10.9%。通过对玉米穗长进行分析发现，与传统旋耕处理相比，深松、粉垄耕作处理均能提高玉米穗长， 其中粉垄耕作处

理的玉米穗长最大，达20.7 cm，较传统旋耕处理长38.0%，其次为深松耕作处理，玉米穗长为19.2 cm，较传统旋耕处理长28.0%。通过对玉米行粒数进行分析发现，与传统旋耕处理相比，深松、粉垄耕作处理的横向籽粒数明显提高，纵向籽粒数显著提高（P<0.05），深松、粉垄耕作处理的横向籽粒数、纵向籽粒数均相同，分别为17、32粒，分别较传统旋耕处理提高21.4%、52.4%；深松、粉垄耕作处理的玉米百粒鲜重均较传统旋耕处理显著提高（P<0.05），百粒鲜重排序为SS处理>FL处理>CK，分别较传统旋耕处理提高33.8%、27.7%；深松、粉垄耕作处理的玉米百粒干重较传统旋耕均明显提高，其中深松耕作处理的百粒干重较传统旋耕处理提高34.7%，提高幅度最为明显，其次为粉垄耕作处理，较传统旋耕提高29.5%。粉垄耕作、深松耕作处理的玉米产量均较传统旋耕处理明显提高，其中粉垄耕作处理的玉米产量较传统旋耕处理提高39.5%，提高幅度最为明显，其次为深松耕作处理，较传统旋耕处理提高19.2%，各处理的玉米产量排序为FL处理>SS处理>CK。整体上看，粉垄耕作处理的玉米产量和品质要高于深松耕作、传统旋耕处理。

3  讨论与结论

赵富贵等研究发现，深松耕作通过打破犁底层从而疏松土壤，起到蓄水作用［22］。张邦彦等研究发现，粉垄耕作能够显著改善土壤耕层结构，从而疏松土壤，合理调蓄土壤水分分配、增加入渗［23］。本研究发现，深松、粉垄耕作处理能够显著增加播种前10～40 cm土层的土壤含水量，有效打破犁底层，增加土壤孔隙度，提高水分入渗能力，而在收获后，深松、粉垄耕作处理的0～40 cm土层土壤含水量均低于传统旋耕处理，原因可能是深松、粉垄耕作处理提高了土壤通气透水性，使得水分向深层入渗，在深松与粉垄耕作处理下玉米的长势更好，根系、植株对水分的需求更大，从而导致土壤含水量降低。

土壤团聚体是衡量土壤肥力的重要参数［24］，Zhang等发现，深松耕作处理能够提高土壤团聚体颗粒态有机碳含量［25］。曹明海研究发现，在粉垄耕作处理后，土壤团聚体稳定性比传统旋耕处理的效果更加明显［26］。本研究也发现，在深松和粉垄耕作处理后，>0.25 mm水稳性团聚体数量明显高于传统旋耕处理，这与前人的研究结果一致。

由于长期旋耕和连作，导致耕层松土层一般在15～20 cm［27］，20～40 cm土层的土壤渗透系数低，透气性差。0～40 cm土壤硬度分层严重，水分无法下渗，形成致密的隔水层。深松、粉垄耕作处理能够有效打破犁底层，疏松土壤，同时增加20～40 cm土壤碱化层的透水、透气性，使得土壤水分向深层渗透，有利于盐分向深层运移。

盐碱胁迫是影响作物生产的重要制约因素［28］，高pH值、高盐分是造成盐碱胁迫的重要原因［29］。Zhang等研究发现，深松耕作能够显著降低土壤含盐量、pH值［30-31］。杨博等发现，在粉垄耕作处理下，土壤可溶性全盐量、pH值显著降低［32］。本研究发现，深松耕作处理能够显著降低0～40 cm土层土壤的pH值，而在收获后的0～40 cm土层土壤，粉垄耕作处理的pH值高于传统旋耕处理，这可能是因为粉垄耕作在作业时，钻头将部分20～40 cm的碱土层与0～20 cm的表层土混合，导致0～20 cm表层土的碱化度提升。但当耕作层由20 cm增加至40 cm时，耕作层深度增加，结合合理灌溉定额及多年合理耕作，0～40 cm耕作层的盐分会随水分运移至 40 cm 以下，既增加了耕作层深度，又能够达到脱碱、排碱的目的。电导率与盐分含量间的相关性较高，在某种程度上可以体现土壤的盐分含量。在深松和粉垄耕作处理下，0～40 cm土层的土壤电导率和全盐量均低于传统旋耕处理，这与前人的研究结果［33-35］一致。

耿晶等研究发现，深松耕作能够显著增加冬小麦的穗数、穗粒数和千粒重，与传统耕作相比，产量增加11.72%［36］。陈彦云等研究发现，当粉垄耕作深度为35 cm时，玉米产量较传统旋耕（深度 20 cm）增加34.7%［37］。本研究也发现，在深松和粉垄耕作处理下，玉米的穗长、横向籽粒数、纵向籽粒数、百粒鲜重和百粒干重有显著提高（P<0.05），玉米产量也得到大幅度提高，二者的产量分别较传统旋耕处理增加了19.2%、39.5%。可能由于深松和粉垄耕作处理通过改善土壤结构、提高土壤养分含量［38］，为玉米生长提供了舒适优越的环境，从而使玉米产量大幅增加。

综上所述，相较于传统旋耕，深松和粉垄耕作可显著提高播种前20～40 cm土层的土壤含水量，显著提高0～40 cm土层>0.25 mm团聚体的含量，打破0～40 cm土层土壤分层现象，提高7.5～20.0 cm 土层的土壤硬度，降低20～40 cm土层的土壤硬度；深松和粉垄耕作均能够打破犁底层，构建合理耕作层，疏松土壤，改善土壤结构。相较于传统旋耕，深松耕作处理能够显著降低0～40 cm土层土壤pH值，粉垄耕作处理显著提高0～20 cm 土层的pH值，同时加深耕作层厚度，二者均显著降低了0～40 cm土层的土壤电导率，同时显著降低了 0～20 cm土层的土壤全盐量。因此，深松和粉垄耕作处理均能够有效减低土壤盐碱含量，有利于土壤耕作层脱碱、排碱，将盐碱排至40 cm以下。深松和粉垄耕作处理后，玉米产量及品质均显著高于传统旋耕处理，以粉垄耕作处理最为明显，玉米增产率达39.5%。

综合分析得出，在2种耕作模式下，土壤耕层处理的质量均有显著提高，但从长久角度考虑，粉垄耕作处理能够增加耕层厚度。且在玉米产量上粉垄耕作处理明显高于深松耕作处理，因此粉垄耕作更加适宜，既显著改善了土壤理化性状，又大幅提高了玉米产量。

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