全 文 ：机械作业下土壤理化性质和生态因子的变化 3
夏　萍 3 3 　任　丽2
(1 安徽农业大学农业工程系 ,合肥 230036 ;2 安徽省霍邱县农机学校 ,霍邱 237400)
【摘要】　通过 3 年对黄淮海农业机械化推广的研究 ,探讨了机械综合作业对旱作农业的影响. 结果表明 ,
机械化秸秆还田、化肥深施、土壤深松和免耕覆盖等综合技术的合理配套实施 ,可以改善土壤理化性状 ,具
有明显的生物学效应. 与传统作业相比 ,机械综合作业使土壤容重减少 0. 08g·cm - 3 ,有机质含量增加
12 % ,水分利用率提高 10. 1 %～13. 6 % ,小麦玉米产量增加 1218kg·hm - 2 .
关键词 　机械作业 　土壤 　生态因子 　生物效应
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 03 - 0319 - 04 　中图分类号 　Q15414 ,S233 　文献标识码 　A
Changes of soil physical ,chemical and ecological factors under mechanized cultivation. XIA Ping ( A nhui A2
gricultural U niversity , Hef ei 230036) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (3) :319～322.
Three2years agricultural mechanization extension project in Huang2Huai2Hai regions showed that the application
of comprehensive agricultural technologies which included the return of straw and stalk to field by mechanization ,
deep application of fertilizer , deep plough and soil no2tillage with mulch , had an obvious biological effects. In
comparing with traditional cultivation ,the comprehensive mechanized cultivation could decrease soil bulk density
by 0. 08 g·cm - 3 ,increase soil organic mater by 12 % ,improve moisture utilization by 10. 1～13. 6 % ,and in2
crease the grain yields of wheat and corn by 1218 kg·hm - 2 .
Key words 　Mechanized cultivation , Soil , Ecological factors , Biological effect .
3 安徽省农业综合开发项目 (962005) .3 3 通讯联系人.
2000 - 06 - 13 收稿 ,2001 - 01 - 16 接受.
1 　引 　　言
在我国现行的农业生产中 ,由于不合理的农作
措施和施用化学肥料 ,造成土壤肥力衰退 ,土壤物理
性状劣化 ,部分农业土壤干旱严重[7 ] . 为了使农业
生产良性循环 ,必须对传统的农业机械生产模式进
行改革 ,将现有的先进耕作机械和栽培技术进行重
组配套 ,使农机和农艺相结合 ,探索和创造适合于机
械化综合作业的科学生产模式. 机械化综合作业是
一项综合技术 ,主要有机械化深松、秸秆还田、化肥
深施、精量播种、免耕灭茬、节水喷灌、联合收割等技
术. 目前国内对实施秸秆还田[9 ,14 ] 、深松[3 ] 、化肥深
施[1 ,6 ] 、免耕覆盖[2 ,3 ,5 ,8 ,11～13 ]等单项作业的研究较
多 ,而对综合作业的研究较少. 本文主要研究机械化
综合作业对黄淮海平原壤质潮土养分、水分及产量的
影响 ,为机械化综合作业示范、推广提供科学依据.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
试验示范区位于地下水位低、干旱比较严重的淮北平原
西北部的孙圩乡. 该区属暖温带半湿润季风气候区 ,常年平
均气温为 14. 5 ℃,年降水量 750～800mm ,主要分布于 5～8
月.地形属废黄河滩地 ,土壤为近代黄泛冲积物发育的壤质
潮土[10 ] . 该区粮经作物以旱粮为主 ,主要有小麦、玉米等 ,种
植习惯一般为一年两熟制 ,即冬小麦2夏玉米连作.
近年来 ,示范区有一定的机械化生产基础 ,耕整地、播
种、施肥、收割均采用小型拖拉机配套农机具作业. 由于长期
采用小型动力耕作 ,使耕作层变浅 ,犁底层坚硬 ;同时大量施
用化肥 ,土壤板结 ,土壤有机质含量下降.
212 　主要技术措施
21211 秸秆还田 ,免耕灭茬 　为了防止风干引起部分秸秆被
风吹走 ,对秋季小麦秸秆采用联合收割机留高茬收割 ,并配
以免耕灭茬播种作业 ,割茬高度为 25～35cm ,秸秆部分还
田 ,还田量为 3000kg·hm - 2 ;夏季玉米秸秆采用旋耕灭茬机
粉碎还田 ,还田量为 6000kg·hm - 2 .
21212 深施化肥 　常规施肥采用表施或浅施 ,深度为 4～
7cm ;深施化肥一般结合秋耕采用带施肥器的铧式犁深施底
肥 ,深度为 10～15cm ,生育期不再施肥.
21213 深松 　深松是指超过正常犁耕深度的松土作业. 深松
宜在 6～7 月收获后的雨季进行或闲置土地上实施 ,一般 3
年一次 ,深度为 30～40cm.
213 　试验地播种、施肥
试验选种如表 1 ,土壤施肥水平如表 2 所示.
214 　研究方法
试验于 1996～1998 年进行. 试验地土壤肥力中等 ,小区
应 用 生 态 学 报 　2002 年 3 月 　第 13 卷 　第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Mar. 2002 ,13 (3)∶319～322
表 1 　试验地播种状况
Table 1 Sowing of the experimental f ields
作 物
Crops
种子品种
Cultivars
播种期
Seeding
stage
常规播量
Traditional
sowing
amount
精播播量
Precision
drilling
amount
小 麦 徐州 8913 10. 13 150 95
Wheat Xuzhou 8913 kg·hm - 2 kg·hm - 2
玉 米 掖单 13 6. 15 6. 5 ×104 4. 5 ×104
Corn Yedan 13 holes·hm - 2 holes·hm - 2
表 2 　试验地施肥状况
Table 2 Fertilization for the experimental f ields( kg·hm - 2)
处　理
Treatment
基肥 Basal fertilizer
饼肥
Cake
fertilizer
尿素
Urea
　
追肥 Top dressing
普钙
Super2
phosphate
尿素
Urea
　
浅施化肥 300 520 750 200
Gallows application of fertilizer
深施化肥 280 480 720 150
Deep application of fertilizer
面积 667m2 . 试验设两个处理 :处理 1 ,综合耕作模式 (简称
综合 CT) ,将先进的耕作机械和栽培技术进行重组 ;处理 2 ,
传统耕作模式 (简称传统 CK) . 重复 3 次. 种植模式为冬小麦2夏玉米连作 ,田间作业除试验处理外 ,其它措施一致. 土壤
理化性质分析按文献 [4 ]进行测定 ,产量测算采用常规方法进
行. 作业流程如图 1.
3 　结果与分析
311 　对土壤养分的影响
秸秆还田使土壤水分状况得到改善 ,土壤微生
物数量增加 ,有利于 0～20cm 耕层有机质和全 N 的
增加 ,有利于缓效性 K向速效性 K转化 ,对 P、K的
活化和供应有一定作用. 免耕不能提高有机质 ,长期
免耕会引起土壤板结 ,但免耕灭茬覆盖不会引起土
壤板结. 秸秆还田降低了土壤容重 ,免耕覆盖使土壤
表层容重降低. 从表 3 可以看出 ,连续 3 年实施秸秆
还田、免耕覆盖等综合技术 ,可以改变土壤团粒结构
和土壤理化性能 ,增加土壤有机质含量 ,疏松土壤 ,
提高通气性能 ,培肥地力 ,改良土壤 ,减少土壤侵蚀.
与传统耕作模式相比 ,3 年后综合耕作模式实测耕
作层有机质含量增加 12 % ,全 N 增加 11. 7 % ,速效
P 增加 53. 2 % ,速效 K增加 25 % ,总孔隙增加4. 4 % ,
小麦机械作业流程 :
耕整地、施肥　　　　　
Soil preparation ,fertilization 　
　 耕整地、浅施化肥 (CK)Soil preparation gallows application of fertilizer 　
深施化肥、整肥 (CT)
Soil preparation with deep application of fertilizer
小麦播种　　　　　　
Wheat sowing　　　　　
　　　　　　常规播种 (CK)Traditional sowing 　　　　　　
精量播种 (CT)
Precision sowing
田间管理　　　　　　　　
Field mangaeinent 　　　　　
　　　 手工除草、漫灌 (CK)To weed by hand ,basin irrigaiton 　　 　
喷除草齐、喷灌 (CT)
To weed by herbicide spinkled ,sprinkler
小麦收获　 　　　　　
Wheat harvest 　　　　　
割晒机两段收获 ,秸秆不还田 (CK)
Harvest by machine ,without the retun of straw and stalk
联合收获 ,根茬还田 (CT)
Harvest by combine ,return of stubble
玉米机械作业流程 :
耕整地、玉米播种　　　　　　
Soil preparation ,com sowing　　　
　　　　　 耕整地、播种 (CK)Soil preparation ,sowing 　　 　　　
深松、免耕灭茬播种 (CT)
Deep plough and sowing with no2tillage
田间管理　　　　　　　　
Field management 　　　　　
　　　 手工除草、漫灌 (CK)To weed by hand ,basin irrigation 　　　
喷除草剂、喷灌 (CT)
To weed by herbicide sprinkled ,sprinkler
玉米收获　 　　　
Corn harvest 　　　
手工收获、秸秆不还田 (CK)
Harvest by hand ,wihout the retun of strawandstalk
联合收获、秸秆粉碎还田 (CT)
Harvest by combine ,return of pulvrized straw and stalk
图 1 　机械作业流程图
Fig. 1 Mechanization cultivation processes.
土壤容重减少 0. 08g·cm - 3 ,团粒结构增加 5. 6 %.
312 　对土壤水分及化肥利用率的影响
　　深松作业时土壤只松不翻 ,可保持上下土层不
乱 ,对地表覆盖破坏小. 深松与免耕覆盖 ,形成了一
种独特的虚实并存耕层结构 ,改善了土壤通透性 ,增
加了土壤渗水速度 ,减少了雨水径流量 ,提高了土壤
蓄水能力 ,以便接纳更多的雨水 ,形成“天然土壤水
库”. 秸秆还田 ,免耕灭茬覆盖增加了地表附着物 ,减
少了田间水分无效蒸发 ,提高了水分利用率和抗旱
保墒能力. 深施化肥减少了 N 肥挥发 ,有利于土壤
对 N、P 肥吸收利用 ,提高化肥利用率. 由表 4 可见 ,
综合作业土壤蓄水量、生育期的含水量均高于传统 ,
生育期土壤含水量增加 14. 1 %～43. 5 % ,水分利用
率增加 1011 %～1316 % ,蓄水能力增加 3517 %～
4811 % ,渗水速度增加 92. 8 %～11519 %.
表 3 　不同耕作条件下土壤肥力状况
Table 3 Soil nutrient content under different cultivation( 0～20cm)
时 间
Time
处　理
Treatment
有机质含量
O. M
(g·kg - 1)
全 N
Total N
(g·kg - 1)
速效 P( P2O5)
Available P
(g·kg - 1)
速效 K( K2O)
Available K
(g·kg - 1)
容　重
Bulk density
(g·cm - 3)
总孔隙度
Total porosity
( %)
水稳性团聚体
Water2stable aggregate
( > 0. 25mm) ( %)
1996. 10. 1 CT 13. 3 0. 66 7. 84 92. 3 1. 29 51. 3 27. 8
CK 13. 1 0. 64 6. 63 85. 1 1. 30 50. 9 28. 9
1997. 10. 1 CT 14. 1 0. 71 8. 94 103. 9 1. 24 53. 2 34. 3
CK 13. 4 0. 63 6. 61 89. 4 1. 29 51. 3 31. 4
1998. 10. 1 CT 14. 9 0. 76 10. 76 115. 5 1. 20 54. 7 36. 1
CK 13. 3 0. 68 7. 02 92. 4 1. 28 51. 7 30. 5
023 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
表 4 　不同耕作条件下土壤含水量
Table 4 Soil moisture content under different cultivation( 0～20cm)
作物
Crops
处 理
Treatment
拔节期
Elongation stage
( %)
抽穗期
Earring stage
( %)
灌浆期
Milking stage
( %)
水分利用率
Utilization ratio of moisture
(kg·mm - 1·hm - 2)
渗水速度
Permeation speed
( %)
平均贮水量
Average water storage
(mm)
小麦 CT 15. 1 14. 9 15. 5 14. 50 3. 78 36. 8
Wheat CK 13. 2 12. 1 10. 8 13. 17 1. 82 31. 6
增加率1) 14. 1 23. 1 43. 5 10. 1 92. 8 48. 1
玉米 CT 15. 4 16. 3 17. 8 19. 51 3. 52 36. 7
Corn CK 12. 8 13. 1 13. 2 17. 18 1. 63 34. 4
增加率1) 20. 3 24. 9 33. 3 13. 6 115. 9 35. 7
1) Increase rate ( %) .
313 　对小麦、玉米生育状况的影响
31311 对小麦生育状况的影响 　秸秆还田配以秋深
施肥 ,可提高土壤有机质含量 ,缓解秸秆腐解与幼苗
争夺养分的矛盾 ,使肥料养分得到充分利用 ,深施化
肥 ,肥料与种子相距较远 ,使烧种烧苗现象减少 ,出苗
率提高 ,幼苗根系发达.精播通风通光好 ,可充分利用
地表积温和光照 ,使小麦出苗期、成熟期均提前 3～
4d.秸秆还田 ,深施化肥 ,精播促进了下层根系的生
长 ,起到秋保春墒的作用 ,使小麦发育状况得到改善.
31312 对玉米生育状况的影响 　深松增加了土壤蓄
水保墒能力 ,有利于根系对深层水分的吸收利用. 免
耕灭茬覆盖因地表有秸秆覆盖 ,阳光难以直接照射
到地表 ,加上下层土相对结实 ,与空气交换较少 ,地
温低 ,使出苗期迟后 ,但秸秆覆盖可减少水分蒸发 ,
增加土壤保墒能力 ,对玉米成熟期没有影响 ,深松、
免耕灭茬、精播有利于对深层水分的吸收利用 ,减少
水分蒸发 ,使玉米发育状况得到改善. 由表 5 可见 ,
综合耕作使作物成熟期提前 ,株高、穗长、穗粒数、千
粒重等均高于传统耕作方式.
314 　对小麦、玉米产量的影响
从表 6 可以看出 ,实施综合耕作后小麦、玉米单
产均高于传统耕作. 1) 1996 年 6 月首次实施深松、
免耕覆盖灭茬播种技术后 ,产量不但没有提高 ,反而
下降 ,与李洪文[3 ]的报道相符. 但深松对后期作物
产量的增加影响显著 ,是因为深松虽打破了犁底层 ,
提高了土壤渗水能力 ,但也带来了漏水漏肥等负作
用 ,一般深松应在雨水充足或闲置土地上实施 ,以达
到充分接纳雨水的目的. 2) 1997 年 5～8 月 ,该区降
水量偏少 ,干旱严重 ,传统耕作小麦玉米产量普遍下
降 ,但实施综合技术提高了土壤蓄水保墒能力 ,产量
有大幅度提高 ,小麦单产提高 12. 5 % ,玉米单产提
高18. 7 %. 3) 1998 年 6～9 月 ,该区降雨量偏多 ,发
生大面积洪涝灾害 ,粮食产量普遍下降 ,但实施综合
作业增加了渗水速度 ,减少了地表径流 ,产量也有大
幅度提高 ,小麦单产提高 17. 4 % ,玉米单产提高
18. 1 %. 可见 ,综合作业可以旱涝保收 ,高产稳产.
表 5 　不同耕作条件下小麦生育状况
Table 5 Growing of wheat under different cultivation
作物
Crops
处　理
Treatment
播种期
Seeding
stage
出苗期
Emerging
stage
返青期
Turning2
green stage
成熟期
Ripening
stage
有效穗数
Number of
fertile spike lets
( ×104·hm- 2)
株高
Plant height
(cm)
穗长
Spike length
(cm)
穗粒
Kernels
per spike
千粒重
10002grain
weight
(g)
小麦 CT 10. 13 11. 02 2. 12 6. 05 534 70. 2 6. 5 26. 9 38. 9
Wheat CK 10. 13 10. 31 2. 13 6. 06 517 67. 1 5. 6 24. 5 37. 5
玉米 CT 6. 15 7. 01 8. 20 9. 25 4. 63 194. 3 19. 6 446. 5 320
Corn CK 6. 15 7. 02 8. 22 9. 28 4. 50 174. 8 18. 8 410. 5 305
表 6 　不同耕作条件下小麦、玉米产量 3
Table 6 Yield of wheat and corn under different cultivation( kg·hm - 2)
作物
Crops
处　理
Treatment
1996
产量
Yield
变化量
Variation
1997
产量
Yield
变化量
Variation
1998
产量
Yield
变化量
Variation
平均 Average
产量
Yield
变化量
Variation
小麦 CT 4720 + 525 5017 + 742 4769 + 634
Wheat CK 4195 4275 4235
玉米 CT 5080 - 50 5744 + 884 5988 + 918 5704 + 584
Corn CK 5130 4860 5070 50503 1996 年 6 月实施深松 ,玉米免耕覆盖技术 Apply to deep plough and sowing with no2tillage in J une 1996 ;1997 年、1998 年实施综合作业Apply to
comprehensive cultivation with mechanization in 1997～1998.
4 　结 　　论
4 . 1 　旱作农业机械化综合作业是一项用养结合的
高产农业技术 ,对小麦、玉米连作试验表明 ,秸秆还
田增加了土壤的有机质含量 ,避免了因焚烧秸秆造
成的大气污染. 深松提高了土壤渗水能力 ,增加了土
1233 期 　　　　　　　　　　　　夏 　萍等 :机械作业下土壤理化性质和生态因子的变化 　　　　　　　　
壤蓄水保墒能力. 化肥深施可以避免肥料挥发 ,提高
化肥利用率 ,减少因径流引起的水源污染. 免耕灭茬
可以减少水分蒸发 ,提高抗旱保墒能力. 精播小麦 ,
减少了种子用量 ,改善了植株光照、光合条件 ,使单
株产量提高 ,因此 ,机械化综合作业技术为旱作农业
创造了一个良好的土壤水分和营养环境 ,使农业持
续发展.
4 . 2 　机械化综合作业不仅具有一定的生态效应 ,还
将产生可观的经济效益和社会效益 ,3 年黄淮海农
业机械化示范结果表明 ,综合作业节约种子 60～
90kg·hm - 2 ,节约化肥 105～150kg·hm - 2 ,小麦单产
提高 634kg·hm - 2 ,玉米单产提高 584kg·hm - 2 ,综
合作业改变了传统的生产方式 ,减少了劳力投资 ,抢
得农时 ,使大量的农村剩余劳力转向第三产业.
参考文献
1 　Ai Y2W(艾应伟) . 1997. Effect of N application depths on absorp2
tion and utilization of nitrogen by wheat . Acta Pedol S in (土壤学
报) ,34 (2) :146～151 (in Chinese)
2 　Bai D2P(白大鹏) . 1997. Effects of whole stalk mulching and no2till
on the nutrient balance and fertility of the day loess plateau. Acta
Pedol S in (土壤学报) ,34 (1) :103～106 (in Chinese)
3 　Li H2W(李洪文) . 2000. Study on sub soiling technique for conser2
vation tillage field. Trans Chin Soc A gric M ach (农业机械学报) ,
31 (6) :42～45 (in Chinese)
4 　Li Y2K(李酉开) . 1984. Routine Analysis Methods of Agro2Che2
mistry. Beijing :Science Press. (in Chinese)
5 　Liu S2P (刘世平) . 1998. Influence of no2tillage on soil structure.
Acta Pedol S in (土壤学报) ,35 (1) :31～36 (in Chinese)
6 　Lui C2Y(刘昌玉) . 1997. Compound eco2agricultural model and its
engineering techniques for high yield farmland in Changtu county ,
Liaoning Province. Eco2A gric Res (生态农业研究) ,5 (4) :68～74
(in Chinese)
7 　Luo G2L (骆光林) . 1999. Technical innovations in agricultural en2
gineering and sustainable agriculture. Trans CSA E (农业工程学
报) ,15 (1) :22～26 (in Chinese)
8 　Ma D2M (马大敏) . 1997. Analysis of ecological and economic bene2
fits of different tillage systems in arid and semi2arid regions. Eco2A2
gric Res (生态农业研究) ,5 (4) :33～35 (in Chinese)
9 　Mu L2J (穆丽君) . 1996. Experiment research on technology apply2
ing fertilizer for crops in sandy and infertile land. Trans CSA E (农
业工程学报) ,12 (4) :113～117 (in Chinese)
10 　Soil Surveying Office of Anhui Province (安徽省土壤调查办公
室) . 1994. Anhui Soil. Beijing : Science Press. 253～275 (in Chi2
nese)
11 　Sun H2G(孙海国) . 1997. Effect of conservation tillage and crop
residues on soil nutrient contents. Eco2A gric Res (生态农业研究) ,
5 (1) :47～51 (in Chinese)
12 　Zhang Z2G(张志国) . 1998. Influences of long2term mulched no2
tillage treatment on some soil physical and chemical properties and
corn yields. Acta Pedol S in (土壤学报) ,35 (3) :384～391 (in Chi2
nese)
13 　Zhang Z2X(张忠学) . 2000. Yield increasing and water saving effect
under different soil fertility improvements in wheat2corn inters2
cropping field in Huabei plain. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,
11 (2) :215～222 (in Chinese)
14 　Zhong Z2Z (钟兆占) . 1998. Ecological effect of grassy fiber rim
mulch on spring corn field in dry land. Eco2A gric Res (生态农业研
究) ,6 (3) :25～29 (in Chinese)
作者简介 　夏 　萍 ,女 ,1964 年生 ,副教授 ,主要从事农业工
程与环境研究 ,发表论文 10 余篇. Tel : 055122828324 , E2
mail :xiapin0551 @163. net
223 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷