保护性耕作措施的综合效应研究及其生态与经济效益评价

本文采用综合试验的研究方法，研究了保护性耕作对土壤水分变化规律及水分利用效率、对土壤养分及地温、对作物生长发育和产量构成的影响，并从防止土壤水蚀、风蚀的角度评价了保护性耕作的生态效应。取得了如下主要结论： 1．旱作农田土壤水分变化动态可分为雨季增墒期、缓慢失墒期和作物生长耗水期3个时期。作物收获前至8月中旬为土壤增墒期，其长短和土壤贮水量的多少与降水特征、地表状况（覆盖材料的有无及其种类）、土壤耕作等有关，免耕秸秆覆盖有利于增加此期土壤的贮水量；雨季增墒期结束至来年作物播种季节为表层土壤缓慢失墒期，此期失墒多少受地表状况的影响较大，免耕秸秆覆盖有很好的抑蒸保墒作用。作物生长期土壤水分状况主要受自然降水、地表蒸发和作物蒸腾耗水3个因素控制，作物生长苗期因受降水和地表蒸发的影响，贮水量呈波动式变化；作物快速生长期，贮水量迅速下降，开花末期达谷值；贮水量下降的幅度主要受作物长势的影响。小麦-豌豆序列比豌豆-小麦序列有利于土壤表层水分的蓄积。 旱作农田整个土壤剖面（0～200cm）贮水量的变化规律总体与表层0～30cm贮水量的变化动态相似，但就整个土壤剖面上贮水量而言，免耕秸秆覆盖并无明显优势，其抑蒸保墒作用仅表现在耕层0～30cm；序列间在作物生长期0～200cm土壤剖面的贮水量变化幅度差异较大，豌豆一生的耗水量要小于春小麦。 2．河西灌区水浇地土壤水分状况变化及节水效应研究表明，采用秸秆覆盖是充分利用麦秸资源节水改土、保护生态环境的非工程性的高效生态节水措施。储水定额在900m3／hm2较适宜，储水灌溉时期在9月中旬到11月上旬为好。秸秆还田配合适当灌溉量具有很好的节水、保墒作用，以灌溉量600m3／hm2+秸秆还田的节水保墒作用最好。 3．不同保护性措施提高了土壤中氮的含量。试验期间各处理土壤不同层次铵态氮含量均显著增加，特别是表层0～30cm，平均增加至试验初期的6.69倍。耕作处理铵态氮含量增长幅度大于相应的免耕处理，小麦-豌豆轮作模式下T、TP、TS各处理0～30cm铵态氮含量分别增至试验初期的9.78、7.19、8.14倍，而NT、NTP、NTS在0～30cm铵态氮含量则分别增至试验初期的5.00、4.01、6.52倍。轮作模式对铵态氮的变化影响不大。不同轮作模式硝态氮的变化迥然不同，小麦～豌豆轮作中各处理0～30cm硝态氮的平均减少至试验初期的0.97倍，而豌豆-小麦轮作各处理0～30cm硝态氮含量平均增至试验初期的1.42倍。 保护性耕作措施可以增加土壤速效磷含量。轮作方式对O一30cm土壤速效磷的变 化影响较大，豌豆一小麦轮作各处理平均速效磷含量在试验期间平均增加了193.59%， 而小麦一豌豆轮作各处理平均增长幅度仅153.66%。在0～200cm土壤速效磷的变化无 明显差异。在不同耕作方式中，以NTP和NTS表层O一30cm有效磷含量增长较快， 特别是在表层O一30cm，NTP和NTS处理的绝对增长量和相对增长量都较高。 不同耕作制度、不同轮作方式降低了土壤速效钾的含量。表层O30cm速效钾减 少的幅度大于深层，各处理0一30cm速效钾含量平均减少了巧.24%，0一ZO0cm剖 面土壤速效钾含量平均减少了2.32%。轮作方式对表层土壤速效钾的变化有明显的作 用，豌豆一小麦轮作方式使得O一30cm速效钾损失严重，各处理速效钾平均含量减少 了18.98%;小麦一豌豆轮作各处理O30cm速效钾含量减少了12.04%。 4.在播种出苗期间降雨较多的情况下，未覆盖处理及秸秆覆盖处理，水分入渗较 好，有利于小麦保苗率的提高。但传统耕作结合秸秆还田（Ts）和免耕秸秆覆盖（NTs） 处理保苗效果较好，有利于总穗数的增加。免耕地膜覆盖处理有利于旱地作物春小麦 根系发育，叶面积增加和干物质积累强度加大，穗粒数和穗粒重增加，产量提高。与 传统耕作处理（T）比较，产量提高51.12%（p<0.01），与免耕秸秆覆盖处理（NTs） 比较，产量提高17.22%（p<0.01）;免耕秸秆覆盖处理有利于豌豆每株英数和每株粒 数的增加，使豌豆最高产量达1269.47～1789.72kg小mZ，比免耕不覆盖处理产量提高 26.37%（加02年，p<0 .05）和58.06%（2003年，p<0.01）。 在早作雨养条件下，NTP虽然有利于作物产量的增加，但由于种植成本的增加使 纯收益下降。NTS有利于提高种植作物的纯收益。NTS和N仰比较，春小麦产值降 低344.4元小mZ（14.64%），纯收益增加60.15元爪mZ（22.71%）;豌豆产值增加651.00 元小mZ（57.87%），纯收益增加1056.00元小mZ（l .64倍）;NT和T也有利于提高旱 地作物的纯收益和产投比。在荒漠绿洲水地条件下，常规耕作、秸秆还田及免耕秸杆 覆盖3种耕作方式的产值、纯收益和产投比表现出较大差异。秸秆还田方式下产值最 高，比常规耕作高3.40%，比免耕覆盖高13.02%;免耕覆盖的纯收益和产投比最高， 比秸秆还田处理分别高74.43%和41 .98%，比常规耕作处理分别高102.71%和46.46 %。免耕覆盖还具有良好的节水效益。 5.甘肃中部人工降雨模拟试验和大田实际观测数据分析结果表明:径流量和侵蚀 量的大小与降雨强度及降雨量的关系非常密切。在较低覆盖度条件下（裸地），降雨 强度对土壤侵蚀的影响是主因。不同用地的径流和侵蚀速率随雨强的增加而迅速增 加，坡耕