深松耕作和不同灌水量對通遼蘇打鹽堿地土壤理化性狀和玉米產量的影響

王本龍 周春生 海珍 婁雨欣

摘要：為解決通遼蘇打鹽堿地土壤耕層變淺、理化性狀惡化、產量低下等問題，基于通遼市科左中旗鹽堿試驗地，設置僅旋耕+2 100 m3/hm2灌水量（CK）、深松+1 500 m3/hm2灌水量（A1）、深松+2 100 m3/hm2灌水量（A2）、深松+2 700 m3/hm2 灌水量（A3）4組處理，比較深松耕作和不同灌水量對于通遼蘇打鹽堿地土壤含水量、pH值、電導率、全鹽量及玉米產量的影響。結果表明，相較于傳統旋耕，深松耕作能夠打破犁底層，播種前20～40 cm土層中，A1、A2、A3處理的土壤含水量較CK分別增加了-14.41%、23.42%、37.84%；收獲后0～5、5～10、10～20 cm土層中，A2和A3處理的土壤pH值較CK分別降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%，而A1處理較CK明顯升高；收獲后0～5、5～10、10～20 cm土層中，A1、A2、A3處理的電導率較CK明顯降低，多數差異達顯著水平（P<0.05）；收獲后0～40 cm土層中，A1、A2、A3處理的全鹽量較CK明顯降低，多數差異達顯著水平；在玉米的產量構成要素中，A1、A2、A3處理的穗長、十穗鮮質量、穗周長、軸質量、縱向籽粒數、百粒鮮質量、百粒干質量和玉米產量較CK均有明顯提升，其中以玉米產量提升最為顯著，較CK分別提升了32.12%、27.98%、63.18%。深松耕作能夠有效打破土壤犁底層，配合合理灌水量能夠顯著降低耕作層土壤鹽分，同時大幅提升玉米產量。綜上所述，深松耕作配合 2 700 m3/hm2 灌溉量（A3）為本試驗鹽堿地玉米種植的適宜處理。對于合理確定通遼鹽堿地深松方案具有一定技術參考。

關鍵詞：深松耕作；蘇打鹽堿地；玉米產量；灌水量

中圖分類號：S156.4；S513.04? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）03-0247-07

蘇打鹽堿地作為一種中低產農田，在對生態造成嚴重影響的同時，也遏制了農村農業經濟的健康發展。土壤鹽堿化使得土壤的理化性狀發生惡化，致使土壤板結［1］、滲透性差［2］、水鹽運動受阻［3］。大片土地因此荒廢無法種植作物，嚴重阻礙了當地農業農村經濟的可持續發展，因此，如果能夠找出有效的治理措施，將大大緩解農業用地壓力和促進農村農業發展。深松作為保護性耕作的關鍵措施，可以增強團聚體的穩定性，改善土壤緊實度［4］，提升水分利用效率以及土壤結構的穩定性［5］，提升土壤生產力［6］。深松是構建合理耕層結構的有效改良技術，鄭培峰等研究發現，40 cm深松可以明顯提升土壤水分含量，延長綠葉期［7］；齊鵬等研究發現，深松耕作能顯著提升地上生物量，同時顯著降低根、葉的氮磷比［8］；焦鳳麗研究發現，深松35 cm結合拔節期灌溉60 mm處理可明顯提升華北平原冬小麥碳排放效率和水分利用效率［9］。張凱等研究發現，相較于常規旋耕，深松處理使0～40 cm土層平均土壤容重降低5.0%，土壤孔隙度增加6.9%，田間持水量增加6.2%，飽和含水量增加6.2%［10］。表明深松耕作可以有效改善土壤性狀，并提升水分利用效率。通遼蘇打鹽堿地存在土壤結構差、高pH值、高鹽含量等問題，玉米因為具有一定的耐鹽堿性，成為了當地的主要作物，但是多年連作和傳統旋耕導致玉米產量連年下降。本試驗通過與常規旋耕相比，研究深松耕作和不同灌水量對通遼蘇打鹽堿地土壤含水量、pH值、電導率、全鹽量的影響，因地制宜地探尋出一種適合當地的深松耕作模式，實現土壤的良性生產，改善蘇打鹽堿地的土壤性狀，提升玉米產量，增加農民收入，為深松耕作在蘇打鹽堿地上的改良提供理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于內蒙古自治區通遼市科左中旗花吐古拉鎮三家子村，屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明。春季回暖快，多風沙；夏季雨熱同步，雨量集中；秋季短促，降溫快；冬季干冷漫長。地理坐標為122°08′59″E，43°49′51″N，高程178.444 m，全年日照時數2 891.7 h，年平均降水量269.7 mm，年平均蒸發量 2 027 mm，年平均氣溫為5.6 ℃。試驗區土壤基本理化性質詳見表1。

1.2 試驗設計

試驗設計4個試驗小區（表2），試驗區總面積為 7 000 m2。CK、A1、A2、A3試驗小區面積分別為252.0、927.3、1 816.7、1 149.3 m2。耕作前施底肥：腐熟牛糞5 m3/667 m2、硅肥15 kg/667 m2、腐殖酸15 kg/667 m2、尿素40 kg/667 m2、磷酸二銨 40 kg/667 m2。耕作方式為深松，耕作深度為 40 cm。深松耕作后進行聯合整地整平。試驗玉米品種為京科969，大小壟種植，大壟寬80 cm、小壟寬40 cm，于2019年4月20日播種，種植密度 5 000 株/667 m2，在2019年10月14日收獲，結合內蒙古自治區地方標準DB15/T 1382—2018《露地玉米淺埋滴灌技術規程》，按生育期進行設計灌水次數及灌溉定額，灌溉制度詳見表3。

1.3 測定指標及方法

分別在玉米播前、生育期、收獲后使用土鉆進行取樣，取樣點布置在垂直滴灌帶方向上，距滴灌帶中心15 cm處，取樣點在實驗處理小區的中央。取樣深度為0～40 cm，縱向間隔為0～5、5～10、10～20、20～40 cm。取樣后帶到內蒙古財經大學資源環境監測試驗室進行相關指標檢測。室內主要測定土壤含水量、pH值、電導率、全鹽量。利用烘干法測定土壤含水量［11］。用PHS-3C型pH計測定pH值；用DDSJ-308A電導率儀測定電導率；用殘渣烘干法測定可溶性全鹽含量［12］。玉米產量測定時，成熟期在各小區中心5 m×5 m的區域采樣用于考種，考查穗長、穗鮮質量、穗周長、軸質量、縱向籽粒數、橫向籽粒數、百粒鮮質量、百粒干質量。各試驗小區按實收穴數計產。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel和Origin 2022等軟件進行分析處理，用IBM SPSS Statistics 27.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 深松和灌水量對土壤含水量的影響

由表4可知，深松耕作和不同灌水量對土壤含水量有明顯影響。深松耕作后土壤容積質量降低，增加了土壤孔隙，土壤疏松透氣，土壤含水量也隨之發生變化。種植前，深松耕作后土壤疏松犁底層被打破，表層0～20 cm土層的土壤水分失墑較快。0～5 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低66.67%、89.08%、89.66%；5～10 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低72.22%、50.00%、47.22%；10～20 cm土層土壤含水量較CK分別顯著降低87.78%、90.00%、84.44%；20～40 cm土層土壤含水量較CK分別提高-14.41%、23.42%、37.84%；深松處理與CK相比，播種前0～40 cm土層的土壤含水量均達到顯著差異水平。收獲后，不同深松灌水量處理相較于CK呈現不同變化，0～5 cm 土層土壤含水量較CK分別提升1.89%、-28.3%、5.66%；5～10 cm土層土壤含水量較CK分別提升-6.50%、-8.94%、4.07%；10～20 cm土層土壤含水量較CK分別提升-10.21%、-5.11%、5.11%；20～40 cm土層土壤含水量較CK分別提升-21.42%、-27.97%、1.79%。播種前深松耕作有效打破了土壤犁底層，表層土壤水分能夠滲入深層土壤，鹽分隨著水分向深層土壤運移，有利于土壤進行排堿脫堿。收獲后，CK在0～40 cm土層的土壤含水量明顯高于A1和A2處理（0～5 cm土層的A1處理除外），原因可能是在同等灌水量下，深松耕作打破了土壤犁底層，土壤疏松多孔，水分向更深層土壤滲入，同時玉米植株發育成熟，所需水分增加。

2.2 深松和灌水量對土壤pH值的影響

圖1為整個生育期內不同處理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土層的土壤pH值變化，由圖1可以看出，在出苗期（4月27日），CK在0～40 cm土層的土壤pH值明顯高于深松處理；不同處理0～40 cm土層的土壤pH值在生育期結束時基本都小于生育期開始時。圖2為收獲后不同處理土壤pH值變化，由圖2可知，A2、A3處理較CK不同程度地降低了土壤pH值，收獲后0～20 cm的土層中，A1處理的pH值較CK有明顯提升，增幅分別為1.51%、1.42%、0.83%，A1處理的pH值峰值集中在0～5 cm土層中，可能是A1處理灌水量較低，為1 500 m3/hm2，較低的灌水量沒有多余的水分將鹽分向深層運移，因此鹽堿在該層間聚集，導致該土層pH值較高。0～10 cm土層中，A2、A3處理的土壤pH值均顯著低于CK，A2、A3處理在0～20 cm土層的pH值較CK分別降低了0.83%、2.14%、0.71%和0.70%、2.50%、1.06%，說明深松耕作搭配合理灌水量可顯著降低耕層土壤pH值。

2.3 深松和灌水量對土壤電導率的影響

圖3為整個生育期不同處理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土層土壤電導率的變化，由圖3可以看出，CK、A2處理、A3處理各土層在生育期間內電導率相對較均勻，差異較小。圖4為收獲后不同處理土壤電導率的變化，由圖4可知，深松耕作處理較對照不同程度降低了0～40 cm 土層的土壤電導率。0～20 cm土層中，A1、A2、A3處理的土壤電導率均顯著低于CK。深松處理搭配合理灌水量可有效降低土壤電導率，0～40 cm 土層土壤平均電導率表現為CK>A1處理>A2處理>A3處理。A1、A2、A3處理在0～5 cm土層的土壤電導率較CK分別顯著降低66.87%、50.31%、55.62%，5～10 cm土層土壤電導率較CK分別顯著降低66.42%、50.92%、53.87%，10～20 cm 土層土壤電導率較CK分別顯著降低30.68%、34.47%、35.98%，20～40 cm土層土壤電導率較CK分別降低12.13%、27.81%、49.11%。

2.4 深松和灌水量對土壤全鹽量的影響

圖5為整個生育期不同處理0～5、5～10、10～20、20～40 cm土層土壤全鹽量變化，由圖5可以看出，在7月24日以后，深松耕作和對照旋耕呈現出2種不同的全鹽量變化趨勢，對照旋耕呈現先降低后增加的趨勢，深松耕作則呈現出先增加后降低的趨勢，深松耕作有效降低了生育期內0～40 cm土層的土壤全鹽量（8月11日除外，可能是深松耕作取樣點為鹽斑所致）。圖6為收獲后不同處理土壤全鹽量變化，在 0～40 cm土層中，深松耕作處理較CK不同程度降低了0～40 cm土層全鹽量。0～40 cm土層中，A2、A3處理的土壤全鹽量與CK均達顯著差異水平，A1處理由于灌水量較低，鹽分堆積在 20～40 cm土層中，無法淋洗到更深層土壤。當灌水量為 2 700 m3/hm2 時，土壤0～40 cm土層全鹽量均在1.0 g/kg以下。深松處理搭配合理灌水量可以顯著降低土壤全鹽量，在0～40 cm土層中土壤平均全鹽量表現為CK>A1處理>A3處理>A2處理，A1、A2、A3處理在0～5 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低42.11%、94.74%、84.21%，在5～10 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低42.11%、81.58%、73.68%，在10～20 cm土層的土壤全鹽量較CK分別顯著降低25.81%、74.19%、67.74%，在20～40 cm土層的土壤全鹽量較CK分別降低6.67%、63.33%、73.33%。

2.5 深松和灌水量對玉米產量和產量組成因素的影響

在玉米收獲后，對玉米植株進行了考種分析，由表5可知，在玉米產量的組成因素中，深松耕作和不同灌水量處理的十穗鮮質量、穗周長、縱向籽粒數、產量明顯提高。對玉米穗部分析可知，A2處理的穗長最大（19.5 cm），其次是A1處理（18.3 cm），最后是A3處理（18.0 cm），均明顯高于CK，增幅分別為19.63%、12.27%、10.43%；A2處理的十穗鮮質量最大（2.7 kg） 其次是A3處理（2.3 kg），最后是A1處理（2.1 kg），均明顯高于CK，增幅分別為50.00%、 27.78%、 16.67%；A2處理的穗周長最大 （9.1 cm），A1、A3處理間差異不大，分別為8.6、8.5 cm，較CK分別顯著提升19.74%、13.16%、11.84%；A2處理的三軸質量最大（106.4 g），其次是A3處理（105.6 g），最后是A1處理（100.6 g），較CK分別提升29.00%、28.00%、21.94%。對玉米籽粒分析可知，A2處理的縱向籽粒數最大（36粒/列），其次是A1處理（33粒/列），最后是A3處理（32粒/列），較CK分別提升33.33%、22.22%、18.52%；A2、A3處理的橫向籽粒數相同，均為16粒/行，A1處理的橫向籽粒數為 15粒/行，較CK分別提升14.29%、14.29%、7.14%；A1處理的百粒鮮質量最大（47.0g），其次是A2處理（46.7 g），最后是A3處理（44.9 g），較CK分別提升9.81%、9.11%、4.91%；A2處理的百粒干質量最大（39.8 g），其次是A1處理（38.2 g），最后是A3處理（35.8 g），較CK分別提升12.11%、7.61%、0.85%。從產量上看，A3處理的產量最高（1 021.7 kg/667 m2），其次是A1（827.2 kg/667 m2），最后是A2處理（801.3 kg/667 m2），均顯著高于CK，增產率分別為63.18%、32.12%、27.98%。

3 討論與結論

深松耕作可以降低耕層土壤容重和土壤緊實度，增加土壤總孔隙度，保持深層土壤水分［13］，土壤含水量是反映土壤水分狀況的重要指標［14］。崔文芳等研究發現，深松配合秸稈還田能有效提升蓄水能力，4年間，土壤含水量年均增長1.32%，土壤含水量比CK提升2.09%［15］；高鵬等研究發現，河套平原在秋季進行深松且深松深度為50 cm時水分利用效率提升了29.63%［16］。本研究發現，只有當深松配合2 700 m3/hm2灌水量時收獲后各土層的土壤含水量較常規旋耕有所提升，原因可能是通遼蘇打鹽堿地屬于較特殊的鹽堿土壤，表層（0～20 cm）土層的土壤為后天人為移植來的生土 而20～40 cm土層的土壤為鹽堿地，土壤板結嚴重，水分無法下滲，因此表層的土壤含水量較高，深松耕作打破了原有犁底層，增加了土壤的透水性和孔隙度，水分向深層的土壤滲透，因此表層的土壤水分失墑較快，只有在深松耕作配合大灌水量時才可以增加收獲后土壤含水量，這與其他研究結果［7，10］不完全一致。高鹽、高pH值的鹽堿地對于種子萌發和作物生長有著鹽堿脅迫作用［17］。聶朝陽等研究發現，深松耕作協同物料添加可以顯著降低0～40 cm土層的土壤pH值，改善耕層土壤結構，促進耕層土壤降堿排鹽［18］；李瑞平研究發現，與免耕相比，深松降低了10～30 cm土層的土壤pH值［19］。本研究也發現，在同一灌水量條件下，深松（A2處理）與常規旋耕（CK）的土壤pH值在0～5、5～10 cm土層中均存在顯著差異，深松有效降低了土壤pH值，這與前人的研究結果［18-19］一致。土壤電導率是反映鹽堿化程度的一個綜合性參考指標，在一定濃度范圍內，水溶性含鹽量與電導率呈正相關［20］。本研究發現，在深松耕作的條件下，收獲后當灌水量小于常規旋耕處理時，0～40 cm土層的土壤電導率仍明顯低于常規旋耕處理，表明深松耕作可以通過疏通土層，將鹽分排至耕作層以下，從而明顯降低土壤電導率，這與前人的研究結果［21-22］保持一致。土壤全鹽量作為衡量土壤鹽堿度的一個重要指標，全鹽量越高，土壤鹽堿化程度越嚴重［23］。Casas等研究發現，阿根廷平原西北部的納特拉夸爾夫地區深松耕作能夠顯著降低0～30 cm土層的土壤電導率及全鹽量［24］；夏婷等研究發現，灌水定額2 700 m3/hm2+排鹽溝+深松耕模式全鹽和分鹽的淋洗效果最佳［25］；本研究也發現，在深松耕作條件下，當灌水定額為2 700 m3/hm2時，收獲后0～40 cm土層的土壤全鹽量均顯著低于常規旋耕處理，深松耕作能夠有效降低土壤全鹽量從而達到改良鹽堿地的目的。

前人關于深松耕作對作物生長發育的影響做了大量研究。韓固等研究發現，深松30～40 cm 覆蓋秸稈處理可改善土壤水熱狀況，實現馬鈴薯增產增收［26］；Yu等研究發現，深松耕作可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，進而提高玉米的籽粒產量［27］；Jiao等研究發現，深松35 cm顯著提高了玉米的行粒數和千粒質量，進而提高了玉米的產量及葉片的水分利用效率［28］。本研究也發現，深松耕作促進了玉米的生長發育，穗長、穗鮮質量和產量提高，其中深松配合2 700 m3/hm2灌水量處理下的產量提升最大，增幅達到63.18%。主要原因是深松耕作以后土壤變得疏松，土壤透水透氣性增加，鹽堿度降低，較大的灌水量也進一步加快了鹽分的運移，為玉米的生長發育提供了有利條件。

因此，綜合上述討論可以得出以下結論：（1）在第1次收獲后的0～40 cm土層中，同為 2 100 m3/hm2 灌水量時，深松耕作相較于旋耕，能夠顯著降低土壤的pH值和全鹽量，促進蘇打鹽堿耕地脫堿排堿，改善土壤理化性狀。（2）深松耕作能夠促進玉米生長發育，提升通遼蘇打鹽堿地玉米產量。不同處理的玉米產量均明顯高于CK，尤其以A3處理最為明顯，產量顯著提升63.18%。綜合試驗數據，考慮深松耕作及不同灌水量對鹽堿地土壤水鹽分布及玉米產量的影響，研究認為在深松深度 40 cm 的條件下灌水2 700 m3/hm2比較適宜，既可淋洗鹽分至耕作層以下，亦可大幅提高玉米產量及節約當地水資源。

參考文獻：

［1］孫 雪，董永華，王 娜，等. 耐鹽堿促生菌的篩選及性能［J］. 生物工程學報，2020，36（7）：1356-1364.

［2］屈忠義，孫慧慧，楊 博，等. 不同改良劑對鹽堿地土壤微生物與加工番茄產量的影響［J］. 農業機械學報，2021，52（4）：311-318，350.

［3］徐 璐. 耕作及石膏對蘇打鹽堿土改良作用研究［D］. 哈爾濱：中國科學院研究生院（東北地理與農業生態研究所），2012：5-6.

［4］鄧子正，黃明鏡，張吳平，等. 旱作條件下保護性耕作對土壤結構和容重影響試驗研究［J］. 土壤通報，2023，54（1）：46-55.

［5］何 進，李洪文，高煥文. 中國北方保護性耕作條件下深松效應與經濟效益研究［J］. 農業工程學報，2006，22（10）：62-67.

［6］崔建平，程 強，陳 平，等. 深松條件下滴灌頻次對土壤理化指標及棉花產量的調節效應［J］. 水土保持學報，2019，33（1）：263-269，276.

［7］鄭培峰，張曉龍，司 雨，等. 深松對三江平原春玉米田土壤水分和產量的影響［J］. 水土保持研究，2023，30（1）：297-303.

［8］齊 鵬，王曉嬌，郭高文，等. 深松耕對玉米根莖葉氮磷比及地上生物量的影響［J］. 農業工程學報，2021，37（17）：82-89.

［9］焦鳳麗. 深松及灌溉制度對冬小麥碳水利用效率的影響［D］. 泰安：山東農業大學，2022：15-16，19-20.

［10］張 凱，劉戰東，強小嫚，等. 耕作方式和灌水處理對冬小麥—夏玉米水分利用及產量的影響［J］. 農業工程學報，2019，35（17）：102-109.

［11］張甘霖，龔子同. 土壤調查實驗室分析方法［M］. 北京：科學出版社，2012.

［12］王 杰，黑玉龍，黃文娟等. 不同生境下胡楊樹體離子平衡及其與土壤因子關系［J/OL］. 生態學雜志（2023-04-10）［2023-06-01］. https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=jeDOxXNM7l4tftd29VSorOVtqeR-Qbf6fPqyet3uuWh1EPz-S080 DrRf0z7lc0O9Pz-aO85g7Ceeuhc0ib9pu59BusHNTK6rcC4aDnE0J zERnRzFKZeytw==&uniplatform=NZKPT&language=gb.

［13］李永賢，張曉云，吳開賢，等. 深松耕對石灰巖紅壤物理性狀和玉米生長發育的影響［J］. 云南農業大學學報（自然科學），2021，36（2）：189-196.

［14］王東磊. 施肥對科爾沁退化草地植被功能群特征及土壤理化性質的影響［D］. 呼和浩特：內蒙古農業大學，2022：23.

［15］崔文芳，于曉芳，王志剛，等. 秸稈還田與耕作方式對內蒙古平原灌區玉米田土壤質量的影響［J］. 江蘇農業科學，2023，51（2）：217-224.

［16］高 鵬，孫繼穎，高聚林，等. 深松對春玉米田土壤貯水性能及玉米子粒水分利用效率的影響［J］. 玉米科學，2022，30（4）：90-96.

［17］劉江漢，何文壽. 粉壟耕作對土壤性質及馬鈴薯產量的影響［J］. 東北農業科學，2020，45（2）：20-25.

［18］聶朝陽，楊 帆，王志春，等. 耕作協同物料添加對蘇打鹽堿化耕地土壤理化性質的影響［J］. 干旱地區農業研究，2023，41（1）：235-243.

［19］李瑞平. 吉林省半濕潤區不同耕作方式對土壤環境及玉米產量的影響［D］. 哈爾濱：東北農業大學，2021：41-42.

［20］劉月華，位曉婷，鐘夢瑩，等. 甘南高寒草甸草原不同海拔土壤理化性質分析［J］. 草原與草坪，2014，34（3）：1-7.

［21］原 程. 不同中耕措施對土壤理化性質及大豆生長的影響［D］. 大慶：黑龍江八一農墾大學，2022：24-26.

［22］王 研. 暗管改良蘇打鹽堿土機理與技術［D］. 長春：吉林農業大學，2017.

［23］李 凱. 硅酸鈣與生物有機肥配施對鹽堿土改良效果研究［D］. 呼和浩特：內蒙古農業大學，2018：17.

［24］Casas R R，Baridón J E. Salinity dynamics in subsoiled soils of the northwest of the Argentine Pampean Plain［J］. International Journal of Plant & Soil Science，2021，33（15）：51-59.

［25］夏 婷，楊建國，魏玉清.旱作鹽堿農田洗鹽措施效果評價［J］. 江蘇農業科學，2017，45（9）：228-231.

［26］韓 固，苗芳芳，王 楠，等. 寧南旱區耕作覆蓋對馬鈴薯產量及土壤水熱特征的影響［J］. 應用生態學報，2022，33（12）：3352-3362.

［27］Yu X F，Qu J W，Hu S P，et al. The effect of tillage methods on soil physical properties and maize yield in Eastern Inner Mongolia［J］. European Journal of Agronomy，2023，147：126852.

［28］Jiao F L，Hong S Z，Zhang Q F，et al. Subsoiling before winter wheat cultivation increases photosynthetic characteristics and leaf water-use efficiency of summer maize in a double-cropping system［J］. Archives of Agronomy and Soil Science，2023，69（6）：847-860.