全 文 ：辽西半干旱地区深松中耕对作物产量的
影响及其作用机理研究*
王仕新　崔剑波　庄季屏　(中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
【摘要】　对辽宁西部半干旱地区深松中耕对作物产量影响及作用机理的研究表明, 深松
打破了犁底层,减小了土壤容重及穿透阻力, 增加了表层及亚表层土壤的孔隙度. 深松土
壤水分入渗可达80 cm, 大豆根系深度增加3. 6～4. 0 cm ,大豆产量和水分利用效率分别增
加27. 7～34. 5%和16. 1% ,在干旱年份玉米增产7. 9% .
关键词　土壤深松　半干旱区　水分利用效率　大豆　玉米
Ef fect of subsoiling on crop yield in semi-arid area of west Liaoning and its mechanism.
Wang Shix in, Cui Jianbo and Zhuang Jiping ( I nstitute of App lied Ecology , Acad emia
Sinica, Shenyang 110015) . -Chin. J . App l. Ecol. , 1996, 7( 3) : 267～272.
The study show s that subsoiling can break up tillag e pan, decrease penet ration resist ance
and so il bulk density , incr ease subsoil por osity , and result s in a deeper w ater infilt rat ion
depth, which is up to 80 cm. A fter subso iling , the ro ot length of soybean is incr eased by
3. 6～4. 0 cm, its yield and w ater use efficiency ar e respectiv ely increased by 27. 7～
34. 5% and 16. 1% , and in drought y ear, maize yield is increased by 7. 9% .
Key words　Subsoiling , Semi-ar id a rea, Water use efficiency, Soybean, M aize.
　　* 国家“八五”科技攻关项目.
　　1995年10月25日收到, 1996年5月13日改回.
1　引　　言
在辽西半干旱地区,由于长期耕种,褐
土坚硬的犁底层阻碍水分入渗和根系穿
透,不利于土壤的蓄墒, 只有通过心土深
松, 才 能 打 破 犁 底 层, 减 小 穿 透 阻
力[ 2, 4, 6, 7] . 针对辽西地区的自然条件,以玉
米和大豆为指示作物,在中耕时施以深松
处理,并在此基础上结合一次灌溉,以期通
过改善土壤的物理环境,增加土壤水库容
和根系的穿透深度, 从而达到提高作物的
水分利用效率和抗旱增产之目的.
2　自然概况与研究方法
2. 1　自然条件
辽宁西部属暖温带半干旱低山丘陵区,干旱
少雨, 自然条件较差. 喀左下河套试验区, 年降水
量为450～500 mm( 30 a 平均值480. 1 mm) ,年可
能蒸散量达600 mm, 水分亏缺严重, 而且年降雨
分配不均, 70%以上集中于6～8月份, 春季偏少,
因此春旱频繁、严重, 且常伴有伏旱和“秋吊”.降
雨的年际变化也较大, 有的年份不足400 mm . 10
年中有4年严重干旱、3年轻度干旱、3年为常年或
相对多雨年.
该地区年均温为7. 5～8. 5℃, 稳定通过10℃
的天数为 170～ 180 d, ≥ 10℃积温为 3350～
3550℃.光热资源比较充足, 利于发展玉米、大豆
等大田作物,但由于干旱少雨,水资源贫乏, 只有
少量浅层地下水可以利用.
2. 2　实验方法
小区实验在黄土母质发育的深厚褐土上进
行.土壤质地为中-重壤,具有一定的储水能力,表
层有机质含量约为10 g
kg- 1,肥力中等;以大豆
和玉米为指示作物, 实行二区轮作, 小区面积为
应 用 生 态 学 报　1996年7月　第7卷　第3期　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , July 1996, 7( 3) 267～272
19. 5 m×6. 1 m ,各小区间隔2. 7 m, 实验分为2个
处理,以常规中耕作为对照(Ⅰ) , 深松中耕(Ⅱ) ,
设3次重复, 中耕后二者都普遍灌水1次, 灌水量
为600 m 3
hm- 2; 其它管理按常规进行.
1992～1994年连续3年进行实验.分别于1992
年6月14日、1993年6月16日和1994年6月18日同时
实施常规中耕和深松中耕. 深松中耕的方法是以
12马力小型拖拉机为动力, 牵引2个深松犁,在作
物行间作业, 深松深度为30～32 cm, 不翻转土
层; 常规中耕是以马拉犁具进行, 中耕深度为7～
8 cm.
　　大豆的主根系长度和根生物量的测定方法
为每小区采样15株, 共45株; 玉米为每小区5株,
共15株, 生物量取其干重.
2. 3　土壤水分的测定和作物耗水量的估算
土壤水分测定采用打钻烘干法, 原则上15 d
测定1次.
作物耗水量的估算采用水量平衡法 :
(△W + △V ) = (P + I + U )
　　　- ( R + D + ET ) ( 1)
式中, △W= W 2- W 1,为土体的水分变化量;△V
为作物体内水分增量(因量很小, 可忽略不计) ; P
为大气降水量; I 为灌溉水量; U 为毛管上升水
量, 因当地地下水位较深( 5 m 以下) ,几乎没有上
升水, 故亦可忽略不计; R 为地面径流量; D 为土
体向下的排水量 ,此2项都可直接测定; ET 为农
田蒸散量, 包括土壤表面蒸发量和作物蒸腾量,
称之为作物耗水量. 因此上式变为
　ET = (P + I+ W 1) - (R + D+ W 2)　 ( 2)
3　结果与讨论
3. 1　中耕前后土体水分分布
　　由图1可见,常规中耕灌水后, 水分下
渗较浅,如1992年只有30 cm 左右, 而深松
灌水后,水分下渗可达80 cm 左右. 这是因
为耕作土壤在耕层以下都存在1个厚度不
大的犁底层,土壤紧实, 穿透阻力较大.它
不仅阻碍作物根系穿透,也在很大程度上
影响水分的垂直运动. 常规中耕深度较浅,
只有7～8 cm , 达不到犁底层 ( 15 cm 左
右) , 从而限制了灌溉水的下渗, 而深松达
图1　中耕灌水前后土壤水分的剖面分布
Fig. 1 Soil w ater prof ile in s oil b ody before an d af ter
subsoiling.
Ⅰ1: 中耕前 Before ti llage( 1992. 6. 13) , Ⅰ2: 中耕后 Af-
ter til lage ( 1992. 6. 17 ) , Ⅰ3: 中耕前 Befor e t il lage
( 1993. 6. 15) ,Ⅰ4: 中耕后 After t ill age ( 1993. 6. 22) ,
Ⅰ5: 中耕前 Before ti llage( 1994. 6. 17) , Ⅰ4: 中耕后 Af-
ter t il lag e ( 1994. 6. 23) , Ⅱ1:深松前 Before subsoi ling
( 1992. 6. 13) , Ⅱ2: 深松后 After subsoiling ( 1992. 6.
17) ,Ⅱ3:深松前 Before subsoi ling( 1993. 6. 15) ,Ⅱ4:深
松后 After subsoiling ( 1993. 6. 22) ,Ⅱ5: 深松前 Before
subsoiling ( 1994. 6. 17 ) , Ⅱ6: 深松后 After subsoi ling
( 1994. 6. 23) .
30 cm 时,由于犁底层被破坏,土壤变得疏
松,容重减小, 孔隙度增大(表1) ,水分易于
入渗,同时扩大了土壤水库容,所以深松灌
水后水分入渗较深,且土壤储水量显著增
加. 以1992年为例, 深松后玉米和大豆地
268 应　用　生　态　学　报 7卷
1 m 土层的储 水量分别增 加 56. 8和
52. 1 mm, 较常规中耕的16. 5和15. 2 mm
分别高出40. 3和36. 9 mm (图2) , 较充分地
满足了作物需水, 使根系发达,进而使植株
获得更多的水分和养分.
表1　深松对土壤物理性状的影响
Table 1 Effect of subsoiling on soil physical properties
土层深度
Soil depth
( cm )
容 重
Bulk
d ens ity
( mg
m - 3)
I II
孔隙度
Porosity
( % )
I II
土壤坚实度
S oil har d-
nes s
( kg
m- 2)
I II
0～10 1. 28 1. 05 51. 7 60. 4 1. 92 0. 23
10～30 1. 40 0. 99 47. 2 62. 7 4. 04 0. 35
30～50 1. 46 1. 47 44. 9 44. 5 5. 71 6. 28
Ⅰ. 常规中耕 Til lage; Ⅱ. 深松中耕 Sub soiling . 下同
T he same below .
1993年6月15～22日,由于2次测定时
间间隔较长, 水分再分配后下渗较深,且蒸
发蒸腾损失了大量水分,所以表层储水量
都接近中耕前水平,甚至有所降低(常规玉
米) .
　　从图1还可看到,中耕灌溉后几天,常
规中耕的上部土体( 30～40 cm 以上)储水
量仍较高,但下部土体水分亏损较多.因作
物在以上层土壤水库容为主要耗水来源的
同时,也吸收消耗大量的下层水分,由于土
壤水分的主要补充源为降雨和灌水,而此
阶段降雨很少,主要靠中耕后的一次灌水.
常规中耕土壤由于水分入渗较浅, 而此时
玉米正进入拔节期,大豆进入花期,需水耗
水量较大,在上部土壤水分难以满足时,必
然会大量吸收消耗下部土体中原来的土壤
水分,从而造成下层水分的较大耗损,所以
常规中耕在灌水后尽管上层增加了较多水
分,但稍后期(如至1992年6月17日) , 1 m
土体储水量与中耕前已基本持平. 而深松
土壤则因水分入渗较深,土壤水分得到充
分补充,满足了作物需要,所以灌水若干天
后整个土体储水量仍然较高(图1、2) .
3. 2　深松中耕对作物根系的影响
深松中耕破坏了犁底层, 土壤得到疏
松, 致使作物根系穿透阻力降低, 易于下
扎, 特别对直根系大豆的作用更为显著.
1993、1994年深松大豆的主根系深度分别
较常规增加4. 0 cm 和3. 6 cm (表2) , 可从
土壤中获取较多的水分供作物利用, 特别
是干旱严重的1992年效果尤其明显, 所以
深松处理的土壤储水量下降较快, 最后达
到与常规相持平(图2) . 此外,根系深扎还
可从土壤中获取较多的养分[ 3, 5] ,使深松大
豆形成较发达的根系(表2) ,从而促进作物
地上部分的生长发育,因此,作物产量与根
系长度及生物量有直接的关系.
玉米为须根系, 生长规律是以根节为
轴,呈水平分布而后向下延伸,深松对其影
响不大,根生物量比常规略有增加(表2) .
表2　深松中耕对作物根系的影响*
Table 2 Eff ect of subsoi ling on root system
作物
C rop
1993
主根长1)
( cm)
根生物量2)
( g)
1994
主根长1)
( cm )
根生物量2)
( g)
大豆 I 20. 1 4. 0 23. 1 5. 9
S oy-
bean
II 24. 1 6. 1 26. 7 6. 9
玉米 I 27. 9 36. 6
M aiz e II 29. 7 37. 7
* 表中数据均为单株平均值.
1) Length of main root ; 2) Biomass .
3. 3　作物耗水量
作物生长前期,从播种至中耕,不同处
理间作物耗水量均受相同因素影响, 在种
子萌发及幼苗期耗水量以土壤表面蒸发为
主,且经冬灌后土壤水分较充足,基本可满
足作物需要,所以这段时间同一作物2种处
理的耗水量基本相当.以1992年为例,中耕
以前玉米的总耗水量分别为77. 1 mm ( I)
和79. 2 mm ( II) ,大豆分别为76. 5 mm ( I)
和76 mm ( II ) , 1993和1994年与之类似
(表3) .
　　中耕后作物耗水量出现变化, 深松作
物耗水量增大,如1992年从6月14日中耕至
7月 23日玉米开始抽雄, 深松和常规
中耕比较, 玉米耗水量分别为177. 2mm
2693期　　　　王仕新等:辽西半干旱地区深松中耕对作物产量的影响及其作用机理研究　　　　　
表3　生长期内作物耗水量*
Table 3 Water consumption of crops in growing season (mm)
年份
Year
处　理
T reatment
萌发期
S eeding
幼苗期
Seedl ing
拔节期
J oint ing
抽穗期
Earing
灌浆成熟期
M ilkin g-
r ipenin g
累计
Total
1992 降水 Rain fall 32. 9 27. 3 33. 8 78. 7 35. 3 208. 0
玉米 M aize Ⅰ 26. 7 51. 0 142. 5 77. 9 38. 1 336. 1
Ⅱ 29. 1 50. 1 177. 2 73. 3 43. 9 373. 6
大豆 S oyb ean Ⅰ 25. 0 51. 5 110. 8 75. 6 43. 1 305. 9
Ⅱ 26. 5 49. 5 141. 7 70. 7 59. 2 347. 0
1993 降水 Rain fall 18. 3 46. 3 132. 5 106. 4 50. 0 353. 5
玉米 M aize Ⅰ 18. 2 63. 3 108. 5 126. 1 115. 5 431. 6
Ⅱ 11. 8 65. 4 112. 3 152. 8 118. 0 460. 4
大豆 S oyb ean Ⅰ 20. 8 49. 8 101. 7 145. 0 94. 3 411. 6
Ⅱ 14. 7 51. 8 127. 4 162. 0 99. 1 155. 0
1994 降水 Rain fall 88. 4 30. 7 131. 9 449. 3 27. 7 728. 0
玉米 M aize Ⅰ 29. 4 81. 5 54. 6 272. 3 127. 9 565. 7
Ⅱ 39. 9 78. 4 61. 9 293. 8 122. 4 588. 1
大豆 S oyb ean Ⅰ 39. 9 81. 7 64. 6 262. 7 129. 5 578. 4
Ⅱ 39. 9 76. 9 90. 3 283. 3 115. 1 605. 5
* 表中的生育期为玉米的生育期, 大豆相应时段的生育期应为: 萌发期 ( Seedin g)、幼苗期 ( S eedling )、花期
( Flowering)、结荚期 (Poddin g)、成熟期( Ripening) ; 常规及深松中耕的日期为1992年6月14日, 1993年 6月16日和1994
年6月17日.
图2　作物生长期内1 m 土壤储水量的变化
Fig. 2 Change of water storage w ithin 1 m soil layer dur -
ing grow th period of crop.
Ⅰ.常规中耕 T illage,Ⅱ.深松中耕 Subsoiling.
mm 和142. 5 mm; 大豆的耗水量分别为
141. 7 mm 和110. 8 mm .深松较常规中耕
分别增加了34. 7 mm 和30. 9 mm. 这是因
为深松增大了土壤水库容, 满足了土壤蒸
发和作物蒸腾所需的水分, 作物较发达的
根系促进了其生长发育,直接或间接地增
加了作物的耗水量.玉米从拔节至抽穗期,
大豆正值花期和结荚期,均是产量形成的
关键时期.此时需水较多,耗水量数值大意
味着作物需水的满足程度较高,为作物高
产奠定了基础, 尤其是1992年此时严重干
旱,深松的作用更为突出.
在作物生长发育后期, 营养生长基本
完成,需水较小, 且降水较充足,能满足作
物需水,故同一作物的耗水量基本相当.
3. 4　土壤储水量在作物生长期内的变化
　　由图2可见,在6月中旬中耕前,同一作
物深松中耕和常规中耕的土壤储水量始终
以相同的趋势变化.
　　中耕灌水后,深松中耕扩大了土壤水
库容,土壤储水量较常规中耕显著增高,但
如前所述, 深松中耕促进了作物较发达的
根系,且水源较充足,作物耗水量大,因此,
或者在降雨较少时( 1992年)致使深松的土
壤储水量下降较快, 或者在降雨较多时
( 1994年)土壤储水量上升较慢,与常规逐
渐趋于接近,最后两者几乎完全相同,完成
了一个土壤水分的循环周期.
从图2还可看到, 在不同的年份, 生长
期内水分的变化规律各不相同, 如1992年
和1993年的曲线峰谷少, 而1994年则有较
多的峰谷变化,这是由降水造成的, 1992年
270 应　用　生　态　学　报 7卷
旱情严重,土壤水分补充不足,除中耕灌水
后土壤储水量有所上升外, 整个生长期基
本处于下降趋势. 1993年比较干旱, 但在7
月份降水较多, 土壤储水量有一个明显的
峰值,然后又处于下降趋势. 1994年除早期
外,整个生长期内降水相对较多,且分布不
均,造成土壤储水量曲线峰谷交替出现.但
不管何种年份, 深松中耕使储水量增加的
趋势是一致的.
3. 5　深松中耕对作物产量的影响
正是由于深松中耕改善了土壤的物理
环境,形成深松大豆发达的根系,不仅能从
土壤中吸取较多的水分, 而且也能获得较
多的养分,因而深松大豆不仅植株高大,单
株豆粒数及百粒重较常规均有明显的提高
(表4) ,在严重干旱的1992年,增产效果最
显著, 达34. 5%, 较干旱的1993年增产27.
7%, 即使在相对多雨的1994年(水分异常
年)仍增产5. 8%.此外,深松中耕还显著提
高了大豆的水分利用效率(表4) .
表4　深松中耕对作物产量及水分利用效率的作用
Table 4 Effect of subsoiling on yield and water use efficiency of crops
年 份
Year
大豆 Soybean
单　株豆粒数
Beans num ber
of s ingle
plant
百粒重
100
beans
w eig ht
( g )
株　高
Plant
height
( cm)
产　量
Yield
( kg

hm- 2)
增　产
Inc-
rease
( % )
水分利用效率1)
( kg

hm- 2

mm- 1)
增 长
Inc-
reas e
( % )
玉米 Maiz e
产 量
Yield
( kg

hm - 2)
增 产
Inc-
rease
( % )
水分利用效率1)
( kg

hm- 2
mm- 1)
增长
Inc-
reas e
( % )
1992 I - - - 1411. 5 - 4. 6 - 9601. 5 - 28. 60 -
II - - - 1897. 5 34. 5 5. 5 16. 1 10360. 5 7. 9 28. 60 0
1993 I 52. 6 14. 5 75. 7 1269. 8 3. 1 10582. 6 - 24. 52
II 82. 3 16. 9 80. 8 1621. 5 27. 7 3. 6 16. 1 10555. 7 - 22. 92 - 6. 5
1994 I 103. 3 18. 5 81. 1 2180. 3 3. 8 10287. 8 - 18. 10
II 129. 9 19. 9 87. 0 2307. 0 5. 8 3. 8 10268. 1 - 17. 30 - 4. 4
1) Water use ef ficiency.
　　分析结果表明, 大豆产量和大豆根长
及根重之间呈显著的相关关系, 1993年产
量与根长及根重的相关系数分别为0. 987
和0. 975,达到1%的极显著水平. 1994年产
量与根长的相关系数为0. 893, 达到5%的
显著水平, 3条直线方程为:
　　Y= - 1485. 6+ 136. 7X ( 3)
　　Y= 127. 7+ 276. 4X ( 4)
　　Y= 246. 0+ 83. 3X ( 5)
　　方差分析(表5)表明,方程( 3)、( 4)回
归显著( F3= 16. 20, F 4= 13. 99, F0. 05 ( 1. 3)
= 10. 13) .
　　从表4可见,对于玉米只有干旱的1992
年深松中耕的增产作用明显, 这是因玉米
为须根系作物, 深松对其根系发育影响较
小,当降雨较多、供水相对充足时, 其作用
不明显, 故比较干旱的1993年及多雨的
1994年,深松的增产作用难以体现.
表5　大豆产量与根长及根重之关系的方差分析
Table 5 Variance analysi s of relationship between yield
and length and biomass of root
样号
No.
根　长
Length
( cm)
根　重
Biomass
( g)
小区产量
Yield
(k g)
Ⅰ 20. 1 4. 0 12. 6
Ⅱ 18. 5 3. 6 10. 2
Ⅲ 21. 9 4. 7 14. 0
Ⅳ 23. 9 5. 5 16. 8
Ⅴ 23. 8 6. 3 17. 6
　　总之, 深松中耕可明显提高大豆产量
和水分利用效率,而玉米则只有在干旱年
份才可明显体现增产效果.
4　结　　论
4. 1　深松中耕能打破犁底层,减少土壤容
重, 扩大土壤孔隙度, 减小土壤强度, 有效
地改善土壤的物理性状.
4. 2　由于深松疏松了土壤,所以深松中耕
后灌水入渗深度较常规显著增大, 同时深
松扩大了土壤孔隙度, 因而扩大了土壤水
2713期　　　　王仕新等:辽西半干旱地区深松中耕对作物产量的影响及其作用机理研究　　　　　
库容, 故深松灌水后土壤储水量较常规明
显增加.
4. 3　深松减小了根系在土壤中的穿透阻
力,从而使大豆形成深且发达的根系,主根
长度和根生物量较常规中耕明显提高.
4. 4　深松中耕能显著提高大豆的产量和
水分利用效率, 在干旱年份能显著提高玉
米的产量.
4. 5　此法简便可行,易在大田推广应用.
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