小麦—玉米一年两熟农田高产高效轮耕模式研究

为确定能够改善小麦、玉米两熟农田土壤理化性状、改善地上部植株性状，提高作物产量、品质和经济效益的适宜年内轮耕模式，2010-2013连续三年设置小麦季免耕玉米季免耕（WZ-MZ）、小麦季免耕玉米季深松（WZ-MS）、小麦季深松玉米季免耕（WS-MZ）、小麦季深松玉米季深松（WS-MS）、小麦季翻耕玉米季免耕（WC-MZ）、小麦季翻耕玉米季深松（WC-MS）6种年内轮耕模式，研究了年内轮耕对作物生长发育、土壤物理化学性状、土壤酶活性以及作物产量、籽粒品质、经济效益的影响，主要研究结果如下： 1年内轮耕对作物产量的影响 小麦深松（WS）可以提高小麦的千粒重、穗粒数、公顷穗数和产量，小麦翻耕处理（WC）次之，小麦免耕（WZ）最低。WS处理的小麦千粒重平均比WZ和WC高出8.60%和5.86%，穗粒数高出12.54%和8.76%，公顷穗数高出16.09%和5.73%，产量高出25.46%和11.96%。MS处理的小麦千粒重、穗粒数、公顷穗数、产量平均比MZ处理高出1.24%、3.04%、5.02%、12.21%。玉米季的耕作方式影响着小麦的产量穗粒数和产量，表现为MS优于MZ。小麦季采用相同的耕作方式下，MS处理的玉米千粒重、穗粒数显著高于MZ。MZ条件下，WS处理的玉米千粒重、穗粒数显著高于WC、WZ；MS条件下，小麦季三种耕作方式对玉米千粒重影响不显著；WS处理的玉米穗粒数显著高于WC和WS。MS比MZ有利于周年产量的提高。WS比WC、WZ有利于周年产量的提高。小麦、玉米周年产量表现为WS-MS最高，WS-MS分别比WZ-MZ、WZ-MS、WS-MZ、WC-MZ、WC-MS高出42.23%、25.58%、11.40%、25.27%、16.97%。 2年内轮耕对作物品质的影响 WZ条件下，MS比MZ能显著提高小麦籽粒中蛋白质含量。MZ条件下，小麦季三种耕作方式对小麦各品质指标的影响表现为WS＞WC＞WZ。MS条件下，小麦季三种耕作方式对小麦各品质指标的影响表现为WS优于WC、WZ。WZ条件下，MS比MZ显著提高玉米籽粒品质。WS、WC条件下，与MZ相比，MS能提高玉米籽粒品质；MZ条件下，WS比WZ显著提高玉米籽粒品质；WC比WZ能显著提高玉米淀粉含量和支链淀粉含量。MS条件下，WS比WZ能显著提高玉米籽粒蛋白质含量。 3年内轮耕对作物生长发育的影响 不同处理的小麦、玉米叶面积指数均呈单峰变化曲线，最大值出现在开花期。开花期时，MZ、MS条件下，小麦季三种耕作方式均表现为WS处理的小麦、玉米叶面积指数最大，WC次之，WZ最低。WZ、WS、WC条件下，MS均比MZ显著提高开花期期的小麦、玉米的叶面积指数。MZ、MS条件下，小麦季三种耕作方式均表现为WS处理的小麦干物质积累量最大，WC次之，WZ最低。WZ、WS、WC条件下，MS均比MZ提高收获期小麦、玉米单株干物质积累量。玉米季的耕作方式显著影响玉米生育期的单株干物质积累，而小麦季耕作方式的影响不显著。6种年内轮耕模式氮素积累总量、籽粒氮素积累量、秸秆氮素积累量大小均表现为WS-MS＞WS-MZ＞WC-MS＞WC-MZ＞WZ-MS＞WZ-MZ。小麦、玉米籽粒产量主要取决于叶片的干物质分配量。 4年内轮耕对土壤理化性状的影响 土壤孔隙影响土壤水分的分布，较大的土壤总孔隙度有利于作物根系对土壤水分的吸收。与小麦季免耕玉米季免耕轮耕模式相比，其他各种年内轮耕模式0-40cm土壤周年总孔隙度有大幅度提高。玉米季深松比免耕能大幅度提高0-40cm土壤周年总孔隙度。小麦季免耕不利于改善土壤孔隙状况，而小麦季翻耕和深松可以改善土壤孔隙状况，常年免耕土壤下层孔隙比较稳定。不同年内轮耕措施的水稳性大团聚体在0-40cm土层表现出不同的分布趋势。无论小麦季采用哪种耕作方式，MS的年内轮耕模式比MZ有利于0-40cm土层微团聚体团聚成更大粒级的团聚体和保护大团聚体免受破坏。与WZ、WC相比，WS能提高10-40cm土层＞0.25mm粒级的大团聚体含量。不同处理土壤0-40cm的SOC、TN含量均随土层加深，含量降低。WC在0-10cm土壤的SOC含量显著低于WS和WZ。在10-40cm土层，MZ、MS条件下，小麦季三种耕作方式对小麦、玉米收获期SOC、TN含量表现为WC＞WS＞WZ。MS比MZ能显著提高10-40cm土层SOC、TN含量、降低土壤碳氮比。年内轮耕能显著影响0-40cm土层土壤团聚体有机碳、全氮含量及C/N。无论玉米季采用哪种耕作方式，WZ和WS比WC能显著提高土壤表层有机碳及全氮，使更多的碳、氮在土壤表层聚集，但随着土层的加深，团聚体中有机碳、全氮含量逐渐降低。无论小麦季采用哪种耕作方式，MS比MZ能降低0-10cm和提高10-40cm土层团聚体中有机碳、全氮含量及C/N 5年内轮耕对土壤酶活性的影响 各年内轮耕模式下土壤脲酶、蔗糖酶活性随着土层的加深逐渐降低。在10-40cm土层，MS比MZ能提高土壤脲酶、蔗糖酶活性。在0-10cm土层，小麦季三种耕作方式对脲酶、蔗糖酶活性的影响为WZ＞WS＞WC。10-40cm土层土壤脲酶、蔗糖酶活性均以WS-MS最高，WZ-MZ最低。 6年内轮耕对经济效益的影响 小麦季三种耕作方式对小麦季经济成本的影响表现为WC＞WS＞WZ，玉米季两种耕作方式对玉米季经济成本的影响为MZ＞MS。无论小麦季采用哪种耕作方式，MS比MZ显著提高小麦、玉米季单季和周年收入。无论玉米季采用哪种耕作方式，WS比WC、WC比WZ能提高小麦、玉米季单季和周年收入。6种年内轮耕模式对周年利润的影响为WS-MS最高，WS-MS的周年利润分别比WS-MZ、WC-MS、WZ-MS、WC-MZ、WZ-MZ提高12.23%、27.13%、34.19%、34.74%、54.20%。