冬小麦-夏玉米周年轮作条件下的砂姜黑土耕层改良方法与流程

本发明涉及土壤耕作技术领域，具体涉及一种适用于黄淮南部冬小麦-夏玉米周年轮作条件下的砂姜黑土耕层改良的方法。

背景技术

黄淮海平原是我国重要的粮食生产基地，粮食产量约占全国粮食总产的三分之一。砂姜黑土是黄淮海平原的主要土壤类型，面积达5000万亩，且主要分布在黄淮南部区域，在黄淮海区域粮食生产中占有重要地位。

砂姜黑土具有土壤粘粒含量高、质地粘重、结构和孔隙性较差、有机质含量较低等特点，其在生产上表现为耕性差，适耕期短，土壤肥力总体偏低，供肥强度不足。因此，构建砂姜黑土合理耕层并使其持续保持良好产能，对于提升砂姜黑土地力和作物持续增产具有重要意义。

但是，在长期的农业生产实践中，由于农机技术与农艺技术融合度低，长期不合理的耕作方式进一步造成砂姜黑土的土壤蓄水保水及缓冲能力差、固液气三相比不协调，致使土壤性能不断退化，严重制约着作物产能的提高。

现有耕作方式由于缺乏针对砂姜黑土的合理耕层构建技术的指导，使单项技术不能合理实施并发挥应有的作用。长期不合理的耕作方式导致砂姜黑土水浇地存在的耕层“浅、实、少”问题尤其严重，严重阻碍了作物根系的深层分布和水肥吸收功能，致使作物水肥资源利用率降低、产出能力变弱，成为制约砂姜黑土作物高产稳产和土地可持续利用的主要障碍。

因此，亟待建立具有针对性的砂姜黑土合理耕层构建的耕作方法，这对黄淮南部砂姜黑土耕层改良和作物持续增产具有重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种尤其适用于黄淮南部区域的冬小麦-夏玉米周年轮作条件下的砂姜黑土耕层改良的耕作方法，有针对性的综合采用各种耕作措施（如秋季深耕、夏季侧位深松、全年秸秆还田等），能够有效改良砂姜黑土耕层结构，并改善其理化特性，长期的实践研究表明，本发明技术方案能够对黄淮南部砂姜黑土的改良和作物增产起到显著的推动作用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下具体技术方案：

设计一种冬小麦-夏玉米周年轮作条件下的砂姜黑土耕层改良方法，包括以下步骤：

在秋季冬小麦播种前，将上季夏玉米秸秆粉碎后，均匀覆盖田间地面，并结合秋季深耕处理（可采用翻转犁实施）进行玉米秸秆全量翻埋还田；

在夏季夏玉米播种前，将上季冬小麦秸秆粉碎后，均匀覆盖田间地面进行小麦秸秆全量覆盖还田，夏玉米播种时（可采用深松施肥播种一体机）或播种后进行侧位深松处理。

优选的，所述秋季深耕处理的耕作深度控制为30～35cm。

优选的，所述夏季侧位深松处理的深松深度控制为30～35cm。

优选的，所述侧位深松的位置为距离播种带横向距离8～12cm。

优选的，所述作物秸秆粉碎至碎秸秆的长度为5～10cm。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

1.本发明的深耕和深松方法能够加深、改良砂姜黑土耕层结构，改善其理化和生物性能，降低土壤紧实度，改善土壤通透性，优化土壤固、液、气三相比，增加作物根系的深层分布和水肥吸收能力，提高水分利用率，作物增产效果和经济效益显著。

2.本发明的不同季节的秸秆还田措施不但能够补充砂姜黑土土壤营养，增加土壤有机质，改善土壤团粒结构，促进微生物活力和酶活性，持续提高土壤的供肥保肥能力，进而促进作物的根系生长和产量形成，还可实现节水增效，在环境保护和农业可持续发展中发挥重要作用。

3.本发明的秋季深耕+夏季侧位深松结合周年秸秆还田，同时具备深耕和深松、秸秆还田的优点，对黄淮南部砂姜黑土耕层具有显著的改良效应，有利于周年作物的增产和水资源的高效利用。秋季深耕结合秸秆翻埋还田，不仅可以改良砂姜黑土耕层结构，还可以促进秸秆的腐解，有利于冬小麦的播种和生长；夏季侧位深松结合秸秆覆盖还田，不仅可以改良耕层，有利于夏玉米的生长，还可以抑制土壤蒸发，蓄水保墒，提高水资源的利用效率。秋季深耕+夏季侧位深松结合周年秸秆还田是黄淮南部适宜的砂姜黑土耕层改良方法。

附图说明

图1为深松（耕）时间和方式对土壤紧实度的影响图；

图2为深松（耕）时间和方式对土壤三相比r值的影响图；

图3为深松（耕）时间和方式对土壤呼吸的影响图；

图4为深松（耕）时间和方式对作物根系生物量的影响图；

图中，a为2015年冬小麦根系干重密度；b为2016年冬小麦根系干重密度；c为2015年夏玉米根系干重密度；d为2016年夏玉米根系干重密度；

图5为深松（耕）时间和方式对作物产量的影响图；

图6为深松（耕）时间和方式对水分利用效率（wue）的影响图。

具体实施方式

下面结合附图和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工具设备如无特别说明，均为常规工具设备；所涉及的原料如无特别说明，均为市售常规原料；所涉及的试验及耕作方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例：黄淮南部砂姜黑土耕层改良方法验证试验

（1）试验处理

试验于2014～2016年在河南省驻马店西平县二郎乡张尧村河南农业大学试验基地进行。试验地为冬小麦-夏玉米两熟区农田，土壤类型为砂姜黑土。

试验设置5个处理：

秋季旋耕+夏季免耕（art+snt，对照）、秋季深松+夏季免耕（ass+snt）、秋季深耕+夏季免耕（admp+snt）、秋季深耕+夏季下位深松（admp+ssss）和秋季深耕+夏季侧位深松（admp+sssl）。其中，侧位深松即在播种带横向距离一定位置处疏松土壤；下位深松即沿播种带正下方的位置处疏松土壤。

其中，秋季先将夏玉米秸秆粉碎至5～10cm小段，均匀覆盖地面，并结合耕作方式翻入土壤中进行秸秆全量还田。夏季先将冬小麦秸秆粉碎至5～10cm小段，均匀覆盖地面进行秸秆全量还田。秋季旋耕+夏季免耕处理的秸秆不还田。

所有秋季耕作处理均在每年冬小麦播前进行，夏季耕作处理在每年夏玉米播种时进行。

采用旋耕机进行秋季旋耕处理，耕作深度控制为10～15cm；采用振动式深松机进行秋季深松处理，耕作深度控制为30～35cm；采用悬挂液压翻转犁进行秋季深耕处理，耕作深度控制为30～35cm；夏季侧位深松和下位深松在夏玉米播种时采用深松施肥播种一体机进行原位疏松，侧位深松位置为距离播种带横向距离10cm，下位深松带位于播种带正下方。

检测土层相关数据的深度分组为0～15cm、15～30cm、30～40cm、40～50cm、50～60cm。

（2）检测深松（耕）时间和方式对土壤紧实度的影响

由图1可知，深松（耕）显著降低了土壤紧实度。与秋季旋耕+夏季免耕（对照）相比，深松（耕）土壤紧实度降低19.3%。与单一秋季深松（耕）相比，秋季深耕+夏季深松处理的土壤紧实度分别降低8.4%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松处理的土壤紧实度最低。秋季深耕+夏季侧位深松处理的土壤紧实度比对照显著降低30.7%。

（3）检测深松（耕）时间和方式对土壤三相比r值的影响

如图2所示，土壤三相比r值随耕作年份整体呈降低趋势，以秋季旋耕+夏季免耕（对照）的土壤三相比r值最高，表明秋季旋耕+夏季免耕的土壤固、液、气三相比最不协调，土壤结构最差。深松（耕）主要降低了15～60cm土壤三相比r值。与对照相比，深松（耕）15～60cm土壤三相比r值降低了13.7%。与单一秋季深松（耕）相比，秋季深耕+夏季深松15～60cm土壤三相比r值降低18.1%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松处理的土壤三相比r值最小。秋季深耕+夏季侧位深松土壤三相比r值比对照降低24.5%。

（4）检测深松（耕）时间和方式对土壤有机质含量的影响

如表1所示，深松（耕）可以增加土壤有机质含量。与秋季旋耕+夏季免耕（对照）相比，深松（耕）处理土壤有机质含量增加22.2%。与单一秋季深松（耕）相比，秋季深耕+夏季深松使处理土壤有机质含量增加11.9%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松处理的土壤有机质含量最高。秋季深耕+夏季侧位深松处理土壤有机质含量比对照显著增加35.1%。

表1深松（耕）时间和方式对土壤有机质含量的影响（g·kg^-1）

。

（5）检测深松（耕）时间和方式对土壤呼吸的影响

如图3所示，深松（耕）能够显著提高土壤呼吸速率，在冬小麦-夏玉米两熟区农田，土壤呼吸速率均在冬小麦开花期和夏玉米开花期出现高峰。与秋季旋耕+夏季免耕（对照）相比，深松（耕）使冬小麦季、夏玉米季和周年土壤呼吸速率分别提高28.5%、29.7%和29.2%。与单一秋季深松（耕）相比，秋季深耕+夏季深松使冬小麦季、夏玉米季和周年土壤呼吸速率分别提高2.3%、11.7%和7.4%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松处理土壤呼吸速率最高，且与对照差异显著，秋季深耕+夏季侧位深松冬小麦季、夏玉米季和周年土壤呼吸速率比对照分别提高35.4%、46.1%和41.4%。

（6）检测深松（耕）时间和方式对作物根系生物量的影响

如图4所示，深松（耕）不仅促进了0～15cm冬小麦根系生长，且主要促进了15～30cm根系生长。与秋季旋耕+夏季免耕（对照）相比，深松（耕）15～30cm冬小麦根系干重密度增加31.0%。与单一秋季深松（耕）相比，秋季深耕+夏季深松15～30cm冬小麦根系干重密度增加26.5%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松处理的冬小麦根系干重密度最大。秋季深耕+夏季侧位深松15～30cm冬小麦根系干重密度比对照增加57.7%。

深松（耕）不仅促进了冬小麦根系生长，还促进了夏玉米根系生长。与对照相比，深松（耕）处理夏玉米根系干重密度增加29.6%。秋季深耕+夏季深松根系干重密度比单一秋季深松（耕）增加9.2%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松处理的夏玉米根系干重密度最大。秋季深耕+夏季侧位深松处理夏玉米根系干重密度比对照增加49.5%。

（7）检测深松（耕）时间和方式对作物产量的影响

如图5所示，深松（耕）可以增加作物产量，且对冬小麦的增产效应大于夏玉米。与秋季旋耕+夏季免耕（对照）相比，深松（耕）使冬小麦、夏玉米和周年产量分别增加22.0%、8.8%和15.2%。夏季免耕基础上的3个耕作处理中，秋季深松+夏季免耕冬小麦、夏玉米和周年产量分别比对照增加14.6%、7.9%和11.1%。秋季深耕+夏季免耕处理冬小麦、夏玉米和周年产量分别比对照增加21.2%、7.9%和14.3%。

与单一秋季深松（耕）比较，秋季深耕+夏季深松处理冬小麦、夏玉米和周年产量分别增加7.0%、1.7%和4.4%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松的作物产量最高，但与秋季深耕+夏季下位深松的差异不显著。与秋季旋耕+夏季免耕对照相比，秋季深耕+夏季侧位深松处理使冬小麦、夏玉米和周年产量分别增加27.8%、11.6%和19.4%。

（8）检测深松（耕）时间和方式对水分利用率的影响

如图6所示，深松（耕）显著增加了冬小麦和夏玉米水分利用效率。与秋季旋耕+夏季免耕（对照）相比，深松（耕）使冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率分别增加18.2%、7.9%和14.0%。夏季免耕基础上的3个耕作处理中，秋季深松+夏季免耕处理冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率比对照分别增加17.1%、7.0%和10.2%，秋季深耕+夏季免耕处理冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率比对照分别增加16.6%、6.9%和13.4%。

与单一秋季深松（耕）相比，秋季深耕+夏季深松处理冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率分别增加2.3%、1.8%和4.0%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松的水分利用效率最高，且显著高于其他处理。秋季深耕+夏季侧位深松处理冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率比秋季旋耕+夏季免耕对照分别增加20.9%、10.7%和18.1%。

（9）检测深松（耕）时间和方式对经济效益的影响

如表2所示，深松（耕）可以增加经济效益。与秋季旋耕+夏季免耕（对照）相比，秋季深松（耕）+夏季免耕的经济效益增加19.8%。秋季深耕+夏季免耕、秋季深松+夏季免耕处理的经济效益比对照分别增加20.3%和15.5%，且与对照差异显著。与单一秋季深松（耕）比较，秋季深耕+夏季深松的经济效益增加3.3%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松的经济效益最高。与秋季旋耕+夏季免耕对照相比，秋季深耕+夏季侧位深松的经济效益增加24.4%。

表2深松（耕）时间和方式对作物产值和经济效益的影响（元·hm^-2）

。

上面结合附图和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。