全 文 :免耕套种与秸秆还田对农田生态环境及小麦生长的影响 3
刘世平 张洪程 3 3 戴其根 霍中洋 许 轲 阮慧芳
(扬州大学农学院 ,扬州 225009)
Effects of no2tillage plus inter2planting and remaining stra w on the f ield on cropland eco2environment and
wheat growth. L IU Shiping ,ZHAN G Hongcheng ,DAI Qigen ,HUO Zhongyang ,XU Ke ,RUAN Huifang ( Col2
lege of A griculture , Yangz hou U niversity , Yangz hou 225009 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (2) :
393~396.
The studies showed that under no2tillage plus inter2planting rice and wheat ,the height of rice stubble remained
on the field significantly affected light transmission rate ,with an optimal height of 20~30 cm. No2tillage and
straw2remaining decreased soil temperature at noon in sunny days ,but slightly increased it in the morning and
evening ,led to a less diurnal difference of soil temperature. The average diurnal soil temperature under no2tillage
was higher in cloudy but lower in sunny days. Under no2tillage and straw2remaining ,both the bulk density and
the penetration resistance of topsoil increased , but no apparent adverse effect of them was observed on wheat
growth. Under no2tillage ,soil water content was higher under drought condition ,and soil permeability after irri2
gation was better ,which was propitious to the wheat growth. Straw2remaining significantly inhibited weeds ,but
led to the decrease of basic seedlings and enhanced the damage of freezing. Under no2tillage plus inter2planting ,
the individuals of effective ears decreased ,while the kilo2grain weight increased. The grain yield was slightly but
not significantly low under no2tillage plus inter2planting.
Key words No2tillage plus inter2planting , Straw2remaining on field , Wheat , Cropland eco2environment .
文章编号 1001 - 9332 (2005) 02 - 0393 - 04 中图分类号 S34 ;S51211 文献标识码 A
3 国家农业科技成果转化基金资助项目 (02 EFN3200230) .3 3 通讯联系人.
2003 - 11 - 12 收稿 ,2004 - 04 - 09 接受.
1 引 言
免耕作为低耗持续农业生产和保护性耕作的一项重要
手段 ,越来越受到国内外学者的重视. 在国外 ,免耕最早是
20 世纪 30 年代为防治土壤风蚀而采取的措施 ,60 年代得到
迅速发展 ,且随着研究的不断深入 ,免耕的作用逐渐扩
大[10 ,18 ] . 我国自 70 年代后期开始免耕的系统研究 ,在免耕
和秸秆覆盖对土壤理化性质、微生物区系及生态环境的影响
等方面都有不少报道[2 ,11 ,16 ,17 ,23 ] . 秸秆还田在提高土壤肥
力 , 增 加 作 物 产 量 等 方 面 已 被 许 多 研 究 所 证
实[3 ,5~8 ,12 ,13 ,19~21 ] . 随着社会和生产的发展 ,秸秆还田的方
式 ,方法和数量都在不断变化 ,尤其是部分地区禁烧秸秆和
留高茬直接还田技术的推广 ,使秸秆直接还田的数量增加.
李全圣等[9 ]认为 ,下垫面性状对农林系统微生态环境有较大
的影响 ,稻麦免耕套种和秸秆留高茬还田是一种新型的耕作
栽培方式 ,它改变了农田的下垫面 ,但其对农田生态系统的
结构与功能影响还不清楚 ,探讨这种方式对农业生态系统结
构、功能、生产力的影响具有重要的实践意义 ,并丰富耕作和
生态学的理论 ,为稻套麦的高产栽培和秸秆科学还田提供理
论依据.
2 材料与方法
211 试验处理
试验在扬州大学实验农场进行 ,供试土壤为砂壤土 ,稻
麦两熟 ,分大田试验和网室水泥池微区试验. 供试土壤的主
要化学性状见表 1. 大田试验设置免耕套种与秸秆覆盖 (No2
tillage ,inter2planting and straw cover ,N IS)和常耕 (Convention
tillage ,CT)两个处理. 网室微区试验设置免耕套种与秸秆覆
盖 (No2tillage ,inter2planting and straw cover ,N IS) 、免耕套种
无秸秆覆盖 (No2tillage and inter2planting ,N I) 、常耕秸秆覆盖
(Convention tillage and straw cover ,CTS) 、常耕无秸秆覆盖
(Convention tillage ,CT) 四个处理. 免耕时留高茬 30 cm 左
右 ,免耕套种与秸秆覆盖的还田秸秆量为 4500 kg·hm - 2 ,免
耕套种无秸秆覆盖和常耕秸秆覆盖的还田秸秆量为 3 000
kg·hm - 2 ,覆盖秸秆为机收切碎的秸秆. 大田小区面积为 50
m
2
,网室微区面积 2 m2 ,随机排列 ,重复 3 次. 大田 10 月 31
日套播 ,套播后即收割水稻 ,耕翻田 11 月 2 日播种 ,网室分
别迟两天播种. 小麦品种为扬麦 11 号 ,播量 135 kg·hm - 2 ,
整个小麦生育期施纯 N 180 kg·hm - 2 ,P2O5 和 K2O 各 10715
kg·hm - 2 .
表 1 供试土壤的主要化学性状
Table 1 Chemical properties of tested soil
项目
Item
有机质
Organic matter
(g·kg - 1)
全 氮
Total N
(g·kg - 1)
水解氮
Hydrolysable N
(mg·kg - 1)
速效磷
Available P
(mg·kg - 1)
速效钾
Available K
(mg·kg - 1)
大田 Field plot 1212 0181 8219 2018 5515
水泥池 Trough 2110 1133 12312 4913 8716
应 用 生 态 学 报 2005 年 2 月 第 16 卷 第 2 期
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2005 ,16 (2)∶393~396
212 测定项目及方法
在小麦生育前期测定透光率、土壤温度. 透光率用 JD23
型数字式照度计测定 ,在预留不同高度 (20 、30、40 cm) 水稻
茬的行间选定 20 点 ,水稻茬为东西行向 ,选择无云的晴天和
阴天分别测定留茬顶部和离地 5 cm 高度 (贴地层) 的光照强
度 ,多点平均求算不同留茬高度的透光率. 土壤温度用曲管
地温计测量 ,自小麦播后将地温计埋入田内 ,分 0 、5 、10、15
cm4 个深度 (0 cm 地温测定将温度计斜放在地表 ,用支架固
定) ,在每天的 8 :00 ,14 :00 和 20 :00 观测 3 次 ,连续记录 1
个月. 在小麦生育后期灌水前后用土钻取样 ,烘干法测定耕
层土壤含水量 ,在苗期和成熟期测定耕层土壤容重和穿透阻
力 ,土壤容重测定采用环刀法 ,穿透阻力用 TE23 型土壤硬
度计测定. 小麦主要生育期考苗 ,成熟期考种计产.
3 结果与分析
311 不同留茬高度对光照强度的影响
在小麦苗期 ,我们于一天中的 8 : 00 , 10 : 00 , 12 : 00 ,
14 :00 ,16 :00 等时段对不同留茬高度的透光率进行了测定
(表 2) ,结果表明 ,在晴天 ,光照强 ,留茬高度 20 cm 的透光率
较高 ,达 2/ 3 以上 ,30 cm 的达 1/ 2 以上 ,留茬高度 40 cm 时
透光率较差 ,仅 1/ 3 ;在阴天 ,光照弱 ,透光率受留茬高度的
影响变小. 因此 ,从透光对小麦生长的影响和秸秆自然还田
两方面考虑 ,留茬高度在 20~30 cm 较为适宜.
312 不同处理对土壤温度的影响
在小麦生育前期测定不同处理耕层的土壤温度 (表 3) ,
结果表明 ,温度高的晴天 ,日均土温免耕低于耕翻 ,主要是免
耕中午土温较低 ,而早晚的土温略高 ,免耕土温的日较差较
小 ,可能与免耕土壤比较紧实 ,土壤含水量较高有关. 而从秸
秆还田方面看 ,温度高的晴天 ,秸秆覆盖降低日均土温 ,主要
是降低了中午的土温 ,而早晚土温略升 ,尤其上层差异明显 ,
秸秆覆盖处理的土温日较差变小 ,耕翻与免耕的日均土温差
距也变小. 阴天日均土温免耕高于耕翻 ,秸秆覆盖高于无覆
盖 ,主要是阴天表层土壤缺少太阳辐射的增温 ,秸秆覆盖发
挥了保温的作用. 晴天温度低时 ,日均土温免耕高于耕翻 ,秸
秆覆盖高于无覆盖 ,覆盖具有一定保温作用 ,与温度高时阴
天的趋势一致. 因此 ,免耕与覆盖的增温效应主要发生在阴
天和低温时期 ,而降温效应主要发生在晴天的高温时期 ,秸
秆覆盖具调温作用 [3 ] . 免耕与秸秆覆盖的温度效应是免耕与
覆盖改变了大气与土壤热交换的界面状况引起的 [1 ] . 在小麦
生长前期 ,免耕与覆盖处理使高温晴天的日均土温降低 ,日
较差变小 ,而在阴天和越冬前后气温下降后 ,免耕与覆盖的
土温较高 ,遇寒流或低温时 ,可减轻小麦根系的冻害.
表 2 不同留茬高度对透光率的影响
Table 2 Effect of rice stubble height on light transmission rate ( %)
留茬高度
Height of rice
stubble (cm)
时 间 Time
8 :00 10 :00 12 :00 14 :00 16 :00
平均 3
Mean
Ⅰ 20 69140 63141 74197 71147 80113 71190A
30 51119 42126 62134 58195 72170 57149B
40 38120 27198 30113 34164 62124 38164C
Ⅱ 20 89181 90108 91142 86139 89113 89137a
30 75167 78186 81114 72192 78117 77135ab
40 69156 68168 70158 62130 69177 68118b3 同一天中不同小写字母数值间差异显著 ( P < 0105) ,不同大写字母数值间
差异极显著 ( P < 0101) Different capital or small letters in the same day indicate
significant differences at 0101 or 0105 level ,respectively. 下同 The same below.
Ⅰ1 晴天 Sunny day 2002111120 ; Ⅱ1 阴天 Cloudy day 200211217.
表 3 不同处理对土壤温度的影响
Table 3 Effects of different treatments on soil temperature( ℃)
处理
Treatment
8 :00
0 cm 5 cm 10 cm 15 cm 平均
Mean
14 :00
0 cm 5 cm 10 cm 15 cm 平均
Mean
20 :00
0 cm 5 cm 10 cm 15 cm 平均
Mean
平均
Mean
备注 3
Note
NIS 918 1019 1113 1211 1110 1619 1414 1319 1311 1416 1011 1213 1215 1311 1210 1215 晴天①
NI 916 1010 1019 1115 1015 1619 1512 1413 1314 1510 1011 1210 1218 1217 1119 1215 Sunny
CTS 915 1011 1017 1117 1015 1815 1418 1413 1313 1512 915 1213 1218 1310 1119 1215 day
CT 911 910 1012 1018 918 1919 1617 1510 1317 1613 913 1118 1219 1312 1118 1216
NIS 1219 1314 1316 1318 1314 1510 1414 1414 1510 1414 1219 1317 1318 1319 1316 1318 阴天②
NI 1215 1218 1316 1315 1311 1418 1414 1415 1411 1414 1214 1314 1318 1317 1313 1316 Cloudy
CTS 1216 1219 1315 1316 1312 1510 1414 1416 1412 1415 1219 1316 1411 1410 1316 1318 day
CT 1119 1214 1311 1311 1216 1510 1416 1414 1411 1415 1118 1310 1318 1318 1311 1314
NIS 711 719 811 819 810 1219 1013 1010 914 1016 515 813 815 915 719 819 晴天③
NI 613 711 719 815 714 1410 1019 1012 915 1112 510 719 911 914 718 818 Sunny
CTS 616 711 717 816 715 1410 1019 1012 915 1112 514 812 818 913 719 819 day
CT 518 517 619 715 614 1515 1213 1014 919 1210 415 715 818 911 715 8173 ①200211118~10 三天平均值 ; ②2002111113~15 三天平均值 ; ③2002111125~27 三天平均值. Data in ①are the mean of three days from
Nov18 th to 10 th ,2002 ;Data in ②are the mean of three days from Nov. 13 th to 15th ,2002 ;Data in ③are the mean of three days from Nov. 25 th to 27 th ,
2002.
313 不同处理对土壤水分的影响
在小麦生长的后期对土壤水分进行了多次测定 (表 4) ,结
果表明 ,在比较干旱的情况下 ,土壤的上层含水率 ,免耕处理明
显高于常耕 ,但灌水后 ,常耕上层土壤含水率明显提高 ,免耕的
上层也略有增加 ,而下层有较大提高 ,说明免耕透水性较好.晴
好的天气使常耕的水分很快蒸发 ,恢复到原来水平 ,免耕上层也
有一定下降.免耕覆盖有助于防止土壤水分蒸发 ,降低地表径
流 ,增加水分渗透 ,使水分利用率提高[1 ,24] .
493 应 用 生 态 学 报 16 卷
表 4 不同处理对土壤含水率的影响 3
Table 4 Effect of different treatments on the contents of soil moisture
( %)
处 理
Treatment
土 层
Soil layer
(cm)
日期 Date
5. 16 5. 18 5. 20 5. 30
NIS 0~7 27100 28117 25155 26193
7~14 24147 26117 26130 26133
14~21 21170 24127 23175 25190
CT 0~7 23173 29145 23192 23154
7~14 25143 26183 24151 25118
14~21 22185 21197 22180 231553 5 月 17 日灌水 Irrigation on May 17 th.
314 不同处理对土壤物理性质的影响
31411 土壤容重 容重是土壤物理性质的重要指标 ,我们在
小麦生长前期和收获后分别测定了大田土壤容重 ,测定结果
见表 5. 在苗期和成熟期耕层土壤容重免耕均高于常耕 ,主
要是上中层差异造成的 ,下层土壤的容重相差不大 ,均未超
过 114 g·cm - 3 ,不至于影响小麦根系的生长.
表 5 不同处理对土壤容重的影响
Table 5 Effect of different treatments on soil bulk density ( g·cm - 3)
处理
Treatment
苗期 Emergence stage
0~7
cm
7~14
cm
14~21
cm
0~21
cm
成熟期 Ripening stage
0~7
cm
7~14
cm
14~21
cm
0~21
cm
N IS 1132 1133 1138 1134 1130 1131 1135 1132
CT 1121 1120 11371126 1125 1126 11361129
31412 穿透阻力 穿透阻力和土壤容重都是反映土壤松紧
状况的指标 ,关系到土壤养分的供应和作物根系的生长. 小
麦苗期和成熟期的土壤穿透阻力的测定结果见表 6 ,结果表
明 ,免耕的上中层穿透阻力较大 ,而下层的免耕与常耕相差
不大 ,当然大田下层比较紧实 ,而水泥池的耕层土壤比较均
匀. 总的来说 ,耕层的紧实度以免耕较高 ,尤其大田苗期更为
紧实. 也就是说耕翻对降低土壤容重和紧实度有一定的作
用 ,而免耕也并未达到抑制根系生长的程度 [4 ] .
表 6 不同处理对土壤穿透阻力的影响
Table 6 Effect of different treatments on penetration resistance of soil
( N·cm - 2)
处理
Treatment
苗期 Emergence stage
0~7
cm
7~14
cm
14~20
cm
0~20
cm
成熟期 Ripening stage
0~7
cm
7~14
cm
14~20
cm
0~20
cm
Ⅰ NIS 14710 15118 25214 18317 14415 18111 23015 18514
CT 9615 8616 23315 13711 10310 11717 26110 16016
Ⅱ NIS 9715 10515 11116 10419 12612 12318 11519 12210
CT 7510 9313 10815 9213 8814 10413 11212 10116
Ⅰ1 大田 Field plot ; Ⅱ1 水泥池 Trough.
315 不同处理对小麦植株生长的影响
31511 株高 不同时期株高的测定结果表明 (表 7) ,秸秆覆
盖处理苗期麦苗细长 ,株高较高 ,越冬期后各处理的差异不
大 ,到了生育后期 ,秸秆覆盖的处理株高较低 ,常耕处理的株
高明显高于免耕. 株高的降低 ,有利于提高小麦的抗倒伏能
力 ,但对生物产量影响较大 ,对经济产量也有一定影响.
31512 叶面积 小麦生育前期 ,免耕套种单株叶面积明显
高于常耕 ,主要由于苗期免耕的叶片需穿出覆盖草层 ,叶片
伸长较长 ,加上单株茎蘖数较多 ,故叶面积较大.
小麦生育后期 ,免耕套种的上三叶叶面积明显大于常耕
(表 8) ,说明免耕覆盖后期土壤肥力较好 ,有利于叶片和小
麦植株的生长.
表 7 不同处理的小麦株高
Table 7 Wheat plant height in different treatments ( cm)
处 理
Treatment
苗期
Emergence
越冬期
Wintering
返青期
Raising
拔节期
Jointing
开花期
Flowering
成熟期
Ripening
大田 NIS 2515 2718 4213 7913 8710 8510B
Field plot CT 1710 2812 4312 8210 9019 8813A
水泥池 NIS 1813 2411 3912 7819 8111 8114C
Trough NI 1611 2213 3810 7717 8413 8312B
CTS 1817 2218 3618 7516 8418 8214BC
CT 1617 2311 3814 7819 8716 8515A
表 8 不同处理小麦后期上三叶叶片大小
Table 8 Area of wheat upper2three2leaf in later stage in different treat2
ments ( cm)
处 理
Treatment
倒 1叶(长×宽)
1st leaf from
the top
(Length×width)
倒 2叶(长×宽)
2nd leaf from
the top
(Length×width)
倒 3叶(长×宽)
3rd leaf from
the top
(Length×width)
单茎叶面积
Leaf area per
stem(cm2)
开花期 NIS 19120 ×2101 25198 ×1187 24120 ×1157 61168A
Flowering stage CT 17195 ×1176 24120 ×1159 21193 ×1140 51165B
乳熟期 NIS 18188 ×1188 25153 ×1166 40136A
Milky stage CT 16198 ×1166 23123 ×1136 30107B
316 不同处理对小麦安全性的影响
小麦冻害、倒伏及病虫害的发生情况可作为衡量小麦安
全生长的指标. 由表 9 可以看出 ,由于秸秆覆盖 ,免耕套种的
麦苗细长 ,越冬初期 (元月上旬) 受寒流影响 ,茎蘖死亡率较
高 ,套种小麦稻草覆盖较多的地方主茎冻死严重. 套种小麦
在密度控制较好的情况下 ,茎秆挺拔 ,后期抗倒性较强 ,倒伏
率较低. 受螟虫影响 ,各处理后期均出现了少部分白穗 ,但两
处理无显著差异. 小麦赤霉病发生也无明显差异 ,但蚜虫似
乎在免耕套播田发生较重 (免耕套播的后期嫩绿 ,绿叶数较
多) ,经过一次防治 ,即控制住了赤霉病和蚜虫的危害. 对于
田间杂草 ,在未使用除草剂的情况下 ,后期杂草常耕处理的
数量明显高于免耕套种的杂草数 ,因为免耕覆盖抑制了部分
杂草的发生. 由于免耕处理条件下杂草的单株生长好 ,所以
常耕的杂草重量只是略高于免耕的杂草重.
表 9 不同处理对小麦安全性的影响
Table 9 Effect of different treatments on wheat safety
处 理
Treat2
ment
茎蘖冻害死亡率
Tiller death
percentage from
frozen
( %)
倒伏率
Lodging
rate
( %)
白穗率
White head
rate
( %)
杂草数
Weed number
(ind·m - 2)
杂草干重
Dry weed
weight
(g·m - 2)
NIS 2812A 119B 0123a 4913B 13171a
CT 115B 29A 0121a 13417A 14133a
317 不同处理对小麦产量及构成因素的影响
我国人多地少 ,农产品需求压力大 ,产量效应是我国耕
法选择的首要依据. 试验结果表明 (表 10) ,大田免耕套种由
于基本苗较少 ,冻害较重 ,最后成穗数较低 ,而粒数和千粒重
较高 ,实际产量免耕套种略低 ,但未达到显著水平 ;网室的常
耕覆盖穗数 (出苗率降低)和粒数减少 ,免耕覆盖穗数也略降
低 ,但粒数增加 ,千粒重较高 ,其他 3 个处理相差不大 ;实际
5932 期 刘世平等 :免耕套种与秸秆还田对农田生态环境及小麦生长的影响
产量以常耕处理最高 ,免耕覆盖最低 ,差异也未达显著水平.
表 10 免耕套种对小麦产量及构成因素的影响
Table 10 Wheat yield and its components in different treatments
处 理
Treatment
穗数
Ear
(104·hm - 2)
粒数
Grain number
per ear
千粒重
103 grain
weight (g)
理论产量
Theory yield
(kg·hm - 2)
实际产量
Actual yield
(kg·hm - 2)
大田 NIS 45816 28175 43130 570910 553518
Field plot CT 48610 28110 41195 572811 569710
水泥池 NIS 41812 26116 45150 497718 470615
Trough NI 42310 24152 46163 483614 477010
CTS 43119 24180 45136 485816 471115
CT 43717 25176 45140 511819 500410
4 讨 论
稻麦免耕套种留茬高度超过 30 cm ,对晴天透光率影响
较大 ,影响小麦苗期生长. 从透光对小麦生长和秸秆自然还
田两方面考虑 ,留茬高度在 20~30 cm 较为适宜. 免耕与覆
盖降低了高温晴天中午土壤的温度 ,而早晚的土温略高 ,土
温的日较差比较小 ,日均土温降低 ,与亢青选等 [6 ]在夏玉米
上的研究结果一致 ;而低温晴天和阴天的土温却较高 ,因此 ,
遇寒流或温度较低时 ,免耕与覆盖可能会减轻小麦根系的冻
害.免耕套种的耕层土壤容重和穿透阻力均有所增加 ,但不
会影响小麦的生长. 干旱时免耕覆盖土壤含水率较高 ,而灌
水后透水性又较好 ,有助于防止土壤水分蒸发 ,降低地表径
流 ,增加水分渗透. 覆盖影响小麦种子发芽出苗 ,基本苗减
少 ,冻害较重. 在江苏沿江地区 ,使用春性小麦品种 ,秸秆覆
盖还田量不宜过大 ,以不超过 3 000 kg·hm - 2为宜. 在同期播
种、相同播量情况下 ,免耕套种小麦穗数较少 ,千粒重较高 ,
实际产量略低 ,但未达到显著水平. 在实际生产中 ,掌握适宜
播量 ,提高基本苗 ,采取相应的栽培技术 ,免耕与秸秆覆盖也
能获得较高产量[14 ,15 ,22 ] ,尤其比常规迟播麦增产显著 ,且节
本省工 ,培肥改土 ,避免秸秆田间焚烧造成的环境污染 ,具有
较好的经济和生态效益.
参考文献
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作者简介 刘世平 ,男 ,1963 年生 ,副教授 ,博士研究生 ,主
要从事土壤耕作和农业生态研究 ,发表论文 20 余篇. Tel.
051427325809 ; E2mail :lsp123 @yzcn. net
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