宁南旱区休闲期不同轮耕模式的农田生态效应

宁南山区地处我国西北黄土高原半干旱区,长期土壤耕作以翻耕为主,水分无效蒸发强烈,水土流失严重,导致土壤肥力显著下降,农业生产力水平低下。为此,研究宁南旱地保护性耕作措施下不同耕作模式的农田生态效应,对完善旱地耕作技术体系,改良土壤物理结构、提高旱作农田生产力具有重要的理论及应用价值。本研究于2007～2010年在宁夏固原西北农林科技大学旱作试验站开展了深松(ST)、免耕(NT)、翻耕(CT)不同组合耕作措施的耕作试验,分析了不同轮耕方式对土壤理化性状和作物生长的影响。主要研究结果如下： 1.经过三年冬闲期轮耕试验,各轮耕处理较CT均降低土壤容重,提高土壤孔隙度。0～20cm土层土壤容重降低最明显,连年深松(ST)、免耕/深松/深松(NT/ST/ST)、深松/免耕/深松(ST/NT/ST)、连年免耕(NT)和深松/免耕/免耕(ST/NT/NT)处理分别较传统翻耕(CT)降低4.8%、4.7%、3.9%(P<0.05)、1.5%和1.2%(P>0.05),20～40cm和40～60cm土层处理间土壤容重差异不显著。各处理间土壤孔隙度在0～20cm土层差异不显著,20～40cm和40-60cm土层均以NT处理最高,较CT提高3.7%和5.1%(P<0.05)。 2.连年不同休闲期的定位轮耕试验结果表明,不同轮耕处理体现出较明显的贮水保墒优势,在平水年(2009),夏闲期不同耕作处理的冬小麦从返青期到成熟期0～200cm土层土壤含水量大小均为NT>ST>CT,而冬闲期不同耕作处理的谷子各生育时期均以NT/ST处理水分含量最高,其次为ST处理；在丰水年(2010),冬小麦不同生育时期以NT/ST(?)口ST处理水分含量最高,其次是ST/NT和NT处理；糜子不同生育时期则以ST/NT/NT和NT处理的土壤水分含量显著高于其他耕作处理。 3.3年的冬闲期轮耕试验结果表明,0～40cm土层,NT/ST/ST处理有机质较CT提高了14.5%(P<0.05)；NT处理提高土壤碱解氮的含量,轮耕各处理均降低了土壤碱解氮含量,ST处理碱解氮含量在0～20cm降低而20～40cm增加；土壤速效磷含量ST/NT/ST处理最高,ST、NT、NT/ST/ST和ST/NT/NT处理较CT处理均降低(P<0.05)：土壤速效钾含量在0～20cm土层以ST/NT/NT处理最高,较CT处理提高13.1%(P<0.05),CT处理在20～40cm土层最高,显著高于其他各耕作处理。2年夏闲期定位试验结果表明,0～20cm土层,NT和NT/ST处理的有机质含量较CT分别提高10.9%(P<0.05)和4.1%(P>0.05),NT/ST、NT和ST/NT处理土壤碱解氮含量均显著高于ST和CT处理(P<0.05)：ST/NT和NT/ST处理速磷含量分别较CT处理提高31.7%(P<0.05)和7.4%(P>0.05),NT和ST处理均显著低于CT处理(P<0.05)；轮耕和NT处理均较CT处理显著提高了速钾含量(P<0.05)。在20～40cm土层,各处理间碱解氮含量差异不显著；速磷含量以ST/NT处理显著高于CT处理,较CT处理提高16.2%(P<0.05)；ST/NT和ST2个处理速钾含量显著低于CT处理。 4.三年的冬闲期轮耕定位试验结果表明,连年免耕处理可促进0～30cm土壤机械稳定性团聚体的形成,增加其团聚体直径,并促进0～40cm土壤水稳性团聚体的形成；连年翻耕和连年深松土壤团聚体的数量(重量百分含量)较低,直径较小,破坏率较高,以连年深松最为明显。NT处理10～30cm土层大于0.25mm机械稳定性团聚体含量、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均高于其它轮耕处理和翻耕处理；0-40cm土层水稳性团聚体的MWD和GMD均以NT处理最高,ST处理最低。连续两年以上免耕处理(NT和ST/NT/NT)能够促进土壤团聚体的形成,并提高其稳定性；连年深松和翻耕处理对土壤的强烈扰动,增加了土壤团聚体的破坏率,降低了土壤结构的稳定性。 5.与传统翻耕相比,连年深松、免耕/深松、深松/免耕和连年免耕处理小麦开花期和灌浆期的旗叶叶绿素相对含量较CT平均显著提高32.2%、27.6%、13.5%和11.1%；旗叶日均光合速率平均分别提高1.63、1.19、0.96μmol·m-2·s-1和0.60μmol·m-2`s-1(P<0.05)；旗叶日均蒸腾速率平均分别提高1.22、0.86、0.70mmol·s-1口0.27mmol·m-2.s-1(P<0.05),连年深松和免耕/深松处理叶片瞬时水分用效率较CT显著提高；两个生育期4种耕作模式PS Ⅱ最大光化学效率、PS Ⅱ潜在活性、实际光化学效率、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数值比传统翻耕明显提高,光抑制程度减小。 6.连年定位试验研究表明,轮耕措施能够增加作物产量,提高作物水分利用效率NT/ST/ST、NT、ST、ST/NT/NT和ST/NT/ST处理2010年糜子籽粒产量较CT分别增加29.4%、25.9%、23.9%、20.3%(P<0.05)和3.5%(P>0.05)；水分利用效率大小为NT/ST/ST>NT>ST>ST/NT/NT>ST/NT/ST>CT。夏闲期轮耕试验结果表明,冬小麦产量和水分利用效率高低均依次为NT/ST>ST>ST/NT>NT>CT,各处理分别较CT处理增产42%、35%、30%和24%(P<0.05)；水分利用效率较CT处理提高51%、38%、20%和15%(P<0.05)。