CN109348767A

CN109348767A - 华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法

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Publication number: CN109348767A
Application number: CN201811109656.1A
Authority: CN
Inventors: 刘世亮; 姜桂英; 龙潜; 董士刚; 刘芳; 赵颖
Original assignee: Henan Agricultural University
Current assignee: Henan Agricultural University
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-02-19

Abstract

本发明公开了一种华北潮土区小麦‑玉米轮作体系下的土壤改良方法，旨在解决土壤耕层变浅、土壤水肥保蓄能力低的技术问题。该方法为小麦种植季，将上季玉米秸秆粉碎后结合土壤旋耕进行秸秆全量还田，旋耕深度控制为15～18 cm，基肥施用、播种以小麦专用肥进行小麦种、肥同播的方式进行；在小麦返青期追施尿素，撒施后及时浇水；玉米种植季，先将上季小麦秸秆粉碎后结合土壤间隔深松行秸秆全量还田，且依玉米播种行距定深松间距，肥料施用、播种以玉米专用肥进行种、肥同播，在相邻的两深松沟之间或沟内的免耕区播种玉米。本发明可改善土壤耕层结构，促进耕层扩容，提高土壤生产性能，保证养分在耕层间均匀分布，促进作物的生长，提高单产。

Description

华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法

技术领域

本发明涉及土壤耕作技术领域，具体涉及一种华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法。

背景技术

华北平原是由黄河、淮河和海河冲积物长期沉积而成的平原，因而又称黄淮海平原，其土壤类型主要是由黄土性冲积物发育的潮土。在成土过程中，受到母质、地下水、耕作熟化的深刻影响。潮土大多数含有碳酸钙，具有石灰样反应，盐基饱和度高，有机质含量较低，还有很大的土壤改良潜力。

黄淮海平原是我国重要的粮食生产基地，其广袤的平原以及四季分明、光照充足的优势十分有利于农作物的生长。黄淮海平原耕地面积179.5万 hm²，粮、棉、油总产分别约占全国的22%、36%和24%，是我国最重要的农业区之一，但该地区的中、低产田面积近70%，这些中低产田的改良与生产力提升是当地农业增产、增效的关键，也是我国粮食增产的潜力所在。研究表明，土壤耕作是农业生产中重要的增产技术措施。但自20世纪90 年代起，为提高复种指数，提高产量增加经济效益，赶农时且低成本的免耕、少耕等耕作技术在我国黄淮海地区大面积推广应用。然而长期的免耕和旋耕导致了该区域的农田耕层的土壤质量普遍且明显的下降，主要表现在土壤耕层变浅、结构紧实、土壤水肥保蓄能力降低、盐渍化等方面，进而导致了农田土壤水、肥、气、热供给不协调，限制作物根系生长发育，阻碍了作物产量的增产、稳产，农田可持生产能力难以为继。

为了让农田拥有可持续的产粮能力，传统上多采用休耕或少耕措施，以维护或改善土壤生态，是保护土地质量、提高农作物单产最简单有效的办法。但是随着耕地面积面临逐年减少的严峻形势以及人口总量的增加，粮食需求量仍持续的上升，作物播种面积的稳定以及产量的稳定、提高上还要依靠改良耕地土壤性能、提高土壤复种指数。因而传统的农田休耕或轮耕措施难以在当前我国农业生产中推广实施。

因此，研究因地制宜的农田土壤改良措施是农业可持续发展的重中之重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，适用于河南省黄淮海潮土区，以期在不改变总体种植制度和不影响粮食产量的前提下，解决长期的免耕和旋耕导致土壤耕层变浅、结构紧实、土壤水肥保蓄能力降低等问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术思路为：

发明人大量研究发现，在黄淮海潮土区的小麦-玉米轮作体系中对玉米季潮土土壤进行间隔深松耕作，在玉米深松沟内或深松沟间种植玉米并合理施肥，可达到耕层容量扩增，促进玉米生长，提高玉米产量，并保证后茬作物小麦种植土壤养分及其容量的增加。

具体采用如下技术方案如下：

设计一种华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法：

小麦季，土壤旋耕，采用小麦专用肥进行小麦种肥同播；在小麦返青期（3月中上旬）通过撒施追施尿素，撒施后并及时浇水；

玉米季，土壤深松，依玉米播种行距定深松行距，采用玉米专用肥进行种肥同播，在深松沟间播种玉米；

其它管理同常规。

再设计一种华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法：

玉米季，土壤深松，依玉米播种行距定深松行距，采用玉米专用肥进行种肥同播，在深松沟沟内播种玉米；

其它管理同常规。

冬小麦和夏玉米成熟后，分别将作物秸秆粉碎，并结合耕作方式混入土壤中进行秸秆全量还田，能够增加和更新土壤有机质，培肥土壤，改善土壤中碳氮比结构。

在小麦种植季，在土壤旋耕前均匀施用粉煤灰900～1700/666.7m²；粉煤灰、秸秆配合施用，可以显著地改良土壤质地，减小土壤容重，增加土壤孔隙度，调节土壤三相比，促进土壤中徽生物活性提高，有利于养分转化和保温保墒，使水、肥、气、热走向协调，以避免传统的秸秆大量还田所造成的“烧苗”现象的发生，为当季及后季作物生长创造良好的土壤环境。

本发明土壤深松是指采用深松铲、无壁犁或凿形犁等松土农具疏松土壤而不翻转土层的一种深耕方法，能够促成纵向的“虚实并存”的耕层结构，既不过分地扰动土壤，在其虚部（即深松部位）又可以接纳大量的水分，而且还可打破犁底层，将过多的水分储存在底土层中，进而达到改善耕层构造，蓄水保墒的目的，该种耕作方式能够节省动力，降低耕作成本。

优选的，所述旋耕的深度控制为15～18 cm。

在所述小麦种植季，综合考虑到该区的土壤肥力条件及光照等气候条件，小麦播量优选为200～250 kg•hm^-2。

在所述小麦种植季，综合考虑到该区土壤养分的承载量、各类养分丰盈度等土壤条件及降雨等气候条件，基肥施用优选小麦专用肥（N：P₂O₅：K₂O=20：16：16），施用量730～770 kg•hm^-2。

在所述小麦种植季，综合考虑该区当季土壤的供氮能力及小麦返青期生长特性，尿素追施量优选为130～170kg•hm^-2。

在综合考虑该区土壤耕层的发育情况及作物根系发育情况，所述土壤深松深度为30～40 cm。

在所述玉米种植季，综合考虑到该区的土壤肥力条件及夏季光照强、降雨集中等气候条件，所述玉米播种量优选为67000～68000株•hm^-2。

在所述玉米种植季，综合考虑到该区土壤养分的夏季承载量、各类养分丰盈度等土壤条件及降雨集中等气候条件，基肥施用优选玉米专用肥（N：P₂O₅：K₂O=28：10：12），施用量730～770 kg•hm^-2。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

1.本发明方法科学合理，在不改变当前种植模式的情况可以使耕层容量扩增，并促进玉米生长，提高玉米产量，还可保证后茬作物小麦种植土壤养分及其容量的增加；

可提高玉米苗期耕层土壤速效养分含量，为玉米正常生长发育提供有效养分；并可以提高其中可溶性碳和可溶性氮含量，促进玉米根系的生长发育，为提高玉米产量打下良好基础；玉米收获后仍可以提高耕层土壤速效养分，降低土壤容重，从而扩大耕层土壤养分的保蓄能力。

可提高下一季小麦季土壤速效磷、速效氮和速效钾等速效养分含量，从而对土壤耕层养分的容量有增容作用，降低耕层土壤的容重，可促进小麦根系的下扎；可提高小麦的产量构成要素，从而提高了小麦产量。

2.本发明的方法可改善土壤耕层结构，促进耕层扩容，提高土壤生产性能，保证养分在耕层间均匀分布，提高土壤复种指数，从而实现作物高产。

3.本发明的方法可以更好地改善土壤耕作层，促进作物的生长，提高单产，从而可为保障粮食安全，提高农田土壤质量，实现农业生产的可持续发展。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的试剂如无特别说明，均为市售常规试剂；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例一：华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良试验（玉米季）

1. 试验材料

小麦品种为周麦18或郑麦369，玉米品种为浚单29。

2. 试验时间和地点

于2016年10月至2017年10月在河南省原阳县、河南省民权县等黄淮海地区进行了试验研究。

3. 试验处理

在小麦-玉米轮作制度下，作物秸秆全量还田，小麦季按正常旋耕播种，小麦收获后秸秆全量还田，玉米季设置3个耕作处理。玉米收获后，玉米秸秆全量粉碎还田。

3个耕作处理如下：

对照组CK（农民习惯）：小麦收获后玉米免耕播种；

试验组T1：小麦收获后进行松深，松深深度35 cm左右，玉米播种于松深沟中间；

试验组T2：小麦收获后进行松深，松深深度35 cm左右，玉米播种于松深沟沟内。

试验机械操作过程如下：

（1）玉米免耕播种（CK）：小麦机械收获后小麦秸秆全量还田，使用玉米免耕播种机进行种肥同播直接贴茬播种玉米；

（2）玉米深松后在深松沟间播种玉米（行间深松T1）：小麦机械收获后小麦秸秆全量还田，使用深松机进行田间深松作业，深松深度为35cm左右，根据玉米播种行距定深松行距，然后玉米播种机进行种肥同播在深松沟之间播种玉米。

（3）玉米深松后在深松沟沟内播种玉米（行内深松T2）：小麦机械收获后小麦秸秆全量还田，使用深松机进行田间深松作业，深松深度为35cm左右，根据玉米播种行距定深松行距，然后玉米播种机进行种肥同播在深松沟内播种玉米。

施肥处理如下：

2016年10月小麦季，试验地进行施肥后正常旋耕，旋耕深度为15～18 cm，然后进行小麦种肥同播，小麦播量为232.5 kg•hm^-2；小麦季施肥量如下：基肥为N:P₂O₅:K₂O=20:16:16的河南心连心化肥有限公司生产的小麦专用肥750 kg•hm^-2（合计150 N kg•hm^-2，120 P₂O₅kg•hm^-2，120 K₂O kg•hm^-2），于2017年3月中上旬在小麦返青期通过撒施追施尿素（含N 46%）150 kg•hm^-2。

2017年6月小麦成熟收获后，根据试验要求进行田间深松，深度35 cm左右，然后按试验要求进行深松沟内和深松沟间进行播种，播种方式为种肥同播，播量67500株•hm^-2；玉米施肥量为N:P₂O₅:K₂O=28:10:12的河南心连心化肥有限公司生产的玉米专用肥750 kg•hm^-2（合计210 N kg•hm^-2，75 P₂O₅kg•hm^-2，90 K₂O kg•hm^-2）。

4. 检测指标

于玉米苗期取0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm，30- 40 cm深度土层，于玉米大喇叭口期0-20 cm，20- 40 cm对土壤样品进行了取样，于玉米成熟期0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm，30- 40 cm，40-50 cm深度土层进行取样。对土壤样品硝态氮、铵态氮、可溶性有机碳氮、土壤容重、玉米根生长状况等进行了监测，玉米收获后对产量经济系数进行分析。

5. 检测不同耕作方式对玉米苗期土壤硝态氮和硝态氮含量的影响

不同耕作方式对玉米苗期土壤硝态氮和硝态氮含量的影响如表1和表2所示。

表1 不同耕作方式对玉米苗期土壤硝态氮含量的影响

。

表2 不同耕作方式对玉米苗期土壤铵态氮含量的影响

。

注:采用邓肯新复极差法在P<0.05水平下进行比较，下同。

由表1、表2可以看出，行间深松T1和行内深松T2的耕作方法对土壤铵态氮含量在0-10 cm和30-40 cm土层均有提高，而且土壤0-30 cm深度土层的土壤硝态氮含量有显著提高升，其中行内深松提升效果最明显。这说明，行间深松T1和行内深松T2的方法的使用可以在玉米前期生长过程中，为苗株提供充足的速效氮源，从而促进苗株的生长发育。

6. 检测不同耕作方式玉米苗期根系生长发育的影响

不同耕作方式对玉米苗期根系生长发育的影响如表3所示。

表3 不同耕作方式玉米苗期根系生长发育的影响

。

通过表3可以得知，与常规耕作相比，行内深松T2能显著提高根系体积和根尖数。对于根长和根总表面积、根直径有一定的增加。行间深松T1对根系指标有一定的提高。说明行内深松T2在一定程度上能提升根系的生长发育，从而为玉米的生长发育打下良好的基础。

7. 检测不同耕作方式对玉米大喇叭口期土壤可溶性有机碳、氮含量的影响

玉米大喇叭是玉米生长发育最旺盛的时期，土壤可溶性有机碳（DOC）、可溶性有机氮（DON）是土壤微生物的生命活动和土壤有机物转化的中间产物，其含量高低是土壤微生物分解及利用的综合性反映。

不同耕作方式对对玉米大喇叭口期土壤可溶性有机碳、氮含量的影响如表4所示。

表4 不同耕作方式对玉米大喇叭口期土壤可溶性有机碳、氮含量的影响

。

从表3可知，行内深松T2和行间深松T1均能显著提升0-20 cm土壤可溶性有机碳含量，行间深松T2效果最明显。20-40 cm深度土层行间深松T1能显著提升土壤可溶性有机碳含量。与常规耕作相比，行内深松T2能显著提升玉米大喇叭口期0-20 cm和20-40 cm土层的可溶性有机氮含量。

8. 检测不同耕作方式对玉米成熟期土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响

速效养分是土壤供肥性的重要指标，表征土壤供肥强度。

不同耕作方式对玉米成熟期土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响如表5、6、7所示。

表5 不同耕作方式对玉米成熟期土壤碱解氮含量的影响

。

表6 不同耕作方式对玉米成熟期土壤速效磷含量的影响

。

表7 不同耕作方式对玉米成熟期土壤速效钾含量的影响

。

由表5可见，行内深松T2和行间深松T1的方法能在10-20 cm和20-30 cm深度土层提升土壤碱解氮含量。

从表6可以看出，行内深松T2能在0-50 cm土层增加土壤速效磷含量，行间深松T1能在20-50 cm深度土层增加土壤速效磷含量。

由表7可见，行内深松T2和行间深松T1的方法能在0-30 cm深度土层显著提升土壤速效钾含量，其中行间深松T1在10-20 cm和20-30 cm效果显著，行内深松T2在0-10 cm提升效果显著。

总体说明行内深松T2和行间深松T1的方法能显著提升耕层土壤速效养分含量，为玉米生长发育提供充足的养分，从而能够培肥地力，增加玉米产量。

9. 检测不同耕作方式对玉米成熟期土壤容重的影响

不同耕作方式对玉米成熟期土壤容重的影响如表8所示。

表8 不同耕作方式对玉米成熟期土壤容重的影响

。

由表8可见，与常规耕作相比，行内深松T2和行间深松T1的方法能在0-10 cm深度土层显著降低土壤容重，在10-30 cm深度土层，行间深松T1能显著降低土壤容重，行内深松T2能一定程度降低土壤容重，在30-40 cm深度土层，行内深松T2能显著降低土壤容重。说明行内深松T2和行间深松T1的方法能显著降低土壤耕层的容重，促进根部下扎，从而促进作物的生长发育。

10. 检测不同耕作方式对玉米产量指标、产量的影响

玉米收获指数是衡量玉米产量的重要指标。

不同耕作方式对玉米产量指标、产量的影响如表9、10所示。

表9 不同耕作方式对玉米产量指标的影响

。

表10 不同耕作方式对玉米产量的影响

。

由表9可知，与常规耕作方式相比，行间深松T1能显著提升各个收获指数。行内深松T2能显著提升玉米穗行数、和百粒重穗粗。

由表10可知，与常规耕作相比，行间深松T1和行内深松T2都能增加玉米产量，其中行间深松T1效果更显著。

说明行内深松T2和行间深松T1的方法能够显著提升玉米产量，从而增加农民的经济。

实施例二：华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法对下一小麦季的影响试验

1. 试验材料、试验时间和地点、试验处理同实施例一。

2. 检测指标

2017年10月，玉米收获后，秸秆全量粉碎还田，施用粉煤灰900～1200/666.7m²，然后根据2016年10月小麦季种植的程序进行相同的耕作（旋耕）、播种、施肥等小麦高产栽培技术进行。生长期间正常管理，在小麦成熟期（2018年6月）对不同层次（0-10 cm、10-20 cm，20-30 cm、30-40 cm、40-50 cm）土壤样品进行了取样，测定不同层次土壤速效养分含量；同时对小麦植物样品进行了取样，按照国标方法进行了拷种。根据测定数据考查行间深松和行内深松对土壤的后效。

3. 检测不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响

不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响如表11、12、13所示。

表11 不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤碱解氮含量的影响

。

表12 不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤速效磷含量的影响

。

表13 不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤速效钾含量的影响

。

由表11可见，行内深松T2和行间深松T1的方法能在0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm深度土层提升土壤碱解氮含量，处理间差异达显著性差异，特别是行内深松T2操作效果更好，在30-40 cm和40-50 cm两个层次中，行内深松T2和行间深松T1的方法同样可以提高土壤碱解氮含量。

从表12可以看出，行内深松T2能在0-50 cm土层增加土壤速效磷含量。在0-10 cm层次中，行间深松T1和行内深松T2速效磷含量显著地高于常规耕作；在20-30 cm和30-40cm两个层次中，行间深松T1土壤速效磷含量最高，同时对行内深松T2土壤速效磷含量也有明显地提高。

由表13可见，行内深松T2和行间深松T1的方法能在0-50 cm深度土层显著提升土壤速效钾含量，其中在0-10 cm和10-20 cm两个层次中，对提高土壤速效钾含量更为显著，还能提高深层土壤速效钾含量。

由表11、表12和表13总体来看，行内深松T2和行间深松T1的方法能显著提升深松后下一季小麦耕层（0-30 cm）土壤速效养分含量，即可以提高耕作后小麦季耕层土壤速效养分的容量，同样为小麦的生长发育提供充足的养分，增加小麦产量，具有较强的后效效果。

4. 检测不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤容重的影响

不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤容重的影响如表14所示。

表14 不同耕作方式对下一季小麦成熟期土壤容重(g•cm^-3)的影响

。

由表14可见，与常规耕作相比，行内深松T2能在0-10 cm深度土层显著降低土壤容重，而行间深松T1在10-20 cm深度土层的容重明显低于常规耕作；同时可以看出，行内深松T2和行间深松T1的方法在20-50 cm层次中明显降低了土壤容重，特别是在30-40 cm和40-50 cm土层中，土壤容重降低的更显著。说明能显著降低土壤耕层的容重，促进根部下扎，从而促进作物的生长发育。

5. 检测不同耕作方式对下一季小麦成熟期拷种指标的影响

不同耕作方式对下一季小麦成熟期拷种指标的影响如表15所示。

表15 不同耕作方式对下一季小麦成熟期拷种指标的影响

。

由表15可见，行内深松T2和行间深松T1的方法可以明显提高后效小麦的株高、穗长、穗粒数、千粒重等指标；而行内深松T2则明显提高小麦的有效穗数；行间深松T1明显提高小麦的生物产量。

总体来讲，行内深松T2或行间深松T1的方法比常规耕作方法更有利提高耕作后下一季小麦的产量构成要素，为提高小麦产量打下基础。

5. 检测不同耕作方式对下一季小麦产量的影响

不同耕作方式对下一季小麦产量的影响如表16所示。

表16 不同耕作方式对下一季小麦产量的影响

。

由表16可见，行内深松T2和行间深松T1的方法可有效地提高深松耕作后下一季小麦产量，其中行间深松T1效果更明显，比常规耕作提高5%左右，而行内深松T2同样可以提高小麦产量。说明深松不仅提高当季玉米的产量，而对后效小麦的产量也具有明显的效果。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims

1.一种华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于：

小麦种植季，先将上季玉米秸秆粉碎后全量还田，再进行土壤旋耕，旋耕深度控制为15～18 cm，以种肥同播的方式施基肥、播种；且在小麦返青期追施尿素，撒施或条施后1～2天内及时浇水；

玉米种植季，先将上季小麦秸秆粉碎后全量还田，再进行土壤间隔深松，且依玉米播种行距定深松间距，然后以种肥同播方式施基肥、播种，且玉米播种于各相邻的两深松沟之间的免耕区内；

其它田间管理同常规。

2.一种华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于：

小麦种植季，先将上季玉米秸秆粉碎后全量还田，再进行土壤旋耕，旋耕深度控制为15～18 cm，然后以种肥同播的方式施基肥、播种；且在小麦返青期追施尿素，撒施或条施后1～2天内及时浇水；

玉米种植季，先将上季小麦秸秆粉碎后全量还田，再进行土壤隔深松，且依玉米播种行距定深松间距，然后以种肥同播方式施基肥、播种，且玉米播种于各深松沟的沟内；

其它田间管理同常规。

3.根据权利要求1或2所述的华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于，在小麦种植季，在土壤旋耕前均匀施用粉煤灰900～1700/666.7m²。

4.根据权利要求1或2所述的华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于，在所述小麦种植季，小麦的播种量为200～250 kg•hm^-2。

5.根据权利要求1或2所述的华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于，在所述小麦种植季，所施基肥为小麦专用肥，施用量为730～770 kg•hm^-2，且小麦专用肥中N：P₂O₅：K₂O=20：16：16。

6.根据权利要求1或2所述的华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于，在所述小麦种植季，尿素追施量为130～170kg•hm^-2。

7.根据权利要求1或2所述的华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于，所述土壤深松深度为30～40 cm。

8.根据权利要求1或2所述的华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于，在所述玉米种植季，玉米播种量为67000～68000株•hm^-2。

9.根据权利要求1或2所述的华北潮土区小麦-玉米轮作体系下的土壤改良方法，其特征在于，在所述玉米种植季，所施基肥为玉米专用肥，施用量为730～770 kg•hm^-2 ，且玉米专用肥中N：P₂O₅：K₂O=28：10：12。