CN115226581A

CN115226581A - 一种小麦-玉米深免间歇耕作方法

Info

Publication number: CN115226581A
Application number: CN202210930162.XA
Authority: CN
Inventors: 朱安宁; 张先凤; 杨文亮; 信秀丽
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2022-08-03
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2022-10-25

Abstract

一种小麦‑玉米深免间歇耕作方法，深免间歇耕作周期为3年，按以下步骤实施：1）第一年，夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田，施用化肥和生物激发调节剂，深耕，秸秆翻压还田，浅旋耕镇压作业后播种冬小麦；2）第二年与第三年，夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田，秸秆地表覆盖，冬小麦免耕施肥播种；3）每年冬小麦收获后，秸秆全量粉碎覆盖还田，夏玉米免耕施肥播种。本发明适用于黄淮海平原麦玉轮作一年两熟种植系统，可实现农田高强度种植条件下的粮食生产与地力提升共济。

Description

一种小麦-玉米深免间歇耕作方法

技术领域

本发明属于农田地力提升技术领域，具体涉及一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，主要用于黄淮海平原冬小麦-夏玉米轮作一年两熟种植系统。

背景技术

高强度种植条件下如何维持农田地力与生产力的可持续，是我国当前乃至今后很长一段时间内所要面临的重要课题。黄淮海平原作为我国重要的粮食主产区和农业经济区，由于其大面积耕作土壤质地偏砂性，土壤团聚结构难以形成、有机质难以提升。黄淮海平原代表性农作物种植制度为冬小麦-夏玉米轮作一年两熟制旱作模式，习惯耕作方式为小麦旋耕播种和玉米免耕播种。而每年一次的小麦旋耕播种导致耕地土壤耕层变浅，75％的土壤耕层厚度在20cm以下；同时由于频繁的土壤扰动进一步制约了土壤团聚结构的形成，加速了土壤有机质的分解。这种长期的高强度集约化种植与频繁的土壤扰动严重阻碍了耕地的自我修复和地力的提升，产生耕地质量退化的风险。

免耕、秸秆还田等保护性耕作技术是减少土壤扰动、提升耕地质量的有效措施，但长期免耕容易导致耕层土壤板结、容重增大以及养分表聚，高量秸秆还田在培肥土壤的同时也对农业生产有不利影响。为此，针对黄淮海平原冬小麦/夏玉米轮作一年两熟种植系统，本发明公开了一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，同时集成秸秆原位促腐还田技术，以期实现粮食主产区高强度种植条件下的耕地质量持续提升和农田生产力的可持续发展。

发明内容

解决的技术问题：本发明公开一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，实现粮食主产区高强度种植条件下的耕地质量持续提升和农田生产力的可持续发展。

技术方案：一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，深免间歇耕作周期为3年，按以下步骤实施：1)第一年，夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田，施用化肥和生物激发调节剂，深耕，秸秆翻压还田，浅旋耕镇压作业后播种冬小麦；2)第二年与第三年，夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田，秸秆地表覆盖，冬小麦免耕施肥播种；3)每年冬小麦收获后，秸秆全量粉碎覆盖还田，夏玉米免耕施肥播种。

上述作物收获后将作物秸秆粉碎并均匀抛撒于地表；小麦秸秆合格粉碎长度不超过15cm，粉碎长度合格率不低于85％，秸秆粉碎作业时要求秸秆含水量为10％～25％；玉米秸秆合格粉碎长度不超过10cm，粉碎长度合格率不低于85％，秸秆粉碎作业时要求秸秆含水量不低于25％。

上述步骤1)中深耕施肥作业在夏玉米秸秆粉碎后进行，利用铧式犁对土壤进行疏松且耕作深度为25～30cm，深耕时土壤绝对含水率为15％～20％；施用的化肥为颗粒状复合肥，在土壤深耕前以均匀抛撒方式施入土壤表面。

上述步骤1)中促进秸秆腐解的生物激发调节剂在秸秆粉碎后且深耕施肥作业前加入土壤，生物激发调节剂为生物有机肥、堆肥或秸秆腐熟剂，分别按200kg/亩、300kg/亩或200kg/亩剂量施用；对于高产田，生物激发调节剂的施用可以替代15％～30％化肥；要求以均匀抛撒方式施入土壤表面。

上述步骤1)中浅旋耕镇压作业仅与深耕施肥作业相结合，在夏玉米收获、秸秆粉碎和土壤深耕施肥后、冬小麦播种前进行，利用旋耕机进行耕作深度不超过15cm的浅旋耕镇压作业，浅旋耕时土壤绝对含水率为15％～20％。

上述步骤1)中不同区域根据实地农业生产条件选择适宜的优质丰产小麦品种，在深耕施肥和浅旋耕镇压作业完成后播种；播种时土壤绝对含水率为12％～20％，播种后镇压；小麦种植行距和播种量须根据具体品种特性进行确定；播种机应选用小麦机械化播种机。

上述步骤2)和3)中不同区域应根据实地农业生产条件选择适宜的优质丰产小麦和玉米品种；根据农田土壤养分状况，选择无结块的配方肥，所述配方肥为颗粒状复合肥；播种机选用小麦或玉米机械化免耕施肥播种一体机，适时适墒播种；播种时土壤绝对含水率为12％～20％；小麦种植行距及玉米种植密度须根据具体作物品种特性进行确定；免耕小麦播种量为深耕小麦播种量的1.2倍。

有益效果：1)本发明实施机械化种肥一体免耕播种，可以通过减少耕作扰动，促进土壤团聚结构形成，降低有机碳矿化速率，节约耕作投入成本。2)本发明实施秸秆粉粹并覆盖还田，一方面可以通过有机投入实现土壤有机质积累，同时，秸秆碳输入土壤以后，能为微生物提供充足的碳基质，刺激微生物代谢活性；另一方面，秸秆还田有利于促进土壤团聚结构形成，降低土壤容重，同时通过覆盖地表，减少水分蒸发，起到保水节水作用，进而改善土壤物理性质。3)本发明实施秸秆原位促腐深还，在利用铧式犁深耕配合秸秆还田培肥土壤的过程中，人为添加某些生物激发剂(如生物有机肥、堆肥或秸秆腐熟剂等)，调节碳氮比和补充活性碳基质，驯化土壤有益微生物，促进秸秆快速腐解和转化为土壤有机质。4)本发明针对冬小麦/夏玉米轮作一年两熟种植系统，以3年为一周期，实施“头茬小麦深耕施肥播种、而后连续5茬玉米和小麦免耕施肥播种”的深免间歇耕作，既避免了连年翻耕造成的土壤结构破坏、有机质快速矿化损失问题，又防止连续免耕导致的土壤压实、养分表聚、病虫草害增加问题，还能降低能耗、实现节资增效；另一方面，通过深耕结合秸秆深还，能够增加耕层厚度、打破坚硬犁底层，提高土壤通透性、有机质含量和蓄供水肥能力，进而构建土壤优质耕作层、提升耕地产能。

附图说明

图1为本发明农田应用技术方案模式示意图；

图2为基于长期大田定位试验的本发明农田累积效益；其中图A为实施本发明技术方案对土壤团聚结构和养分库容的长期效应示意图；图B为实施本发明技术方案对土壤有机质累积的长期效应示意图；图C为实施本发明技术方案对冬小麦和夏玉米产量的长期效应示意图；

图3为基于大田验证试验的本发明农田实地验证效果；其中图A为实施本发明技术方案一个周期后农田土壤有机质含量与对照农田对比，图B为实施本发明技术方案一个周期后农田土壤紧实度与对照农田对比，图C为实施本发明技术方案一个周期内小麦产量与对照农田对比，图D为实施本发明技术方案一个周期内玉米产量与对照农田对比。

具体实施方式

以下大田试验进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明技术、流程或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，以下实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，试验中未注明的具体测定方法均采用鲁如坤等编著，土壤农业化学分析方法，中国农业科技出版社1999中所述的测定方法。

实施例1：

1、大田长期定位试验

大田长期定位试验在河南省封丘县中国科学院封丘农业生态实验站内开展，代表性生态系统类型为冬小麦-夏玉米轮作一年两熟制农田生态系统。每年6月初收获小麦、种植玉米，9月下旬收获玉米，10月中旬种植小麦。试验自2006年开始，设6种处理方式，每处理3次重复，各处理实施方法具体如下：

1)常规耕作秸秆不还田(T)：每年小麦播种前旋耕、玉米免耕播种，秸秆移除；

2)深免间歇耕作秸秆不还田(RT)：每3年小麦播前深耕一次、每年玉米免耕播种，秸秆移除；

3)完全免耕秸秆不还田(NT)：每年小麦、玉米均免耕播种，秸秆移除；

4)常规耕作秸秆还田(TS)：每年小麦播种前旋耕、玉米免耕播种，秸秆全量粉碎还田；

5)深免间歇耕作秸秆还田(RTS)：每3年小麦播前深耕一次、每年玉米免耕播种，秸秆全量粉碎还田；

6)完全免耕秸秆还田(NTS)：每年小麦、玉米均免耕播种，秸秆全量粉碎还田。

本实施例中所有试验小区水肥管理措施相同，土壤旋耕深度为12～15cm，土壤深耕深度为25～30cm。在小麦种植季，135kg N ha^-1(尿素)、150kg P₂O₅ ha^-1(磷酸二铵)和150kg K₂O ha^-1(硫酸钾)作为基肥施入，追肥为90kg N ha^-1(尿素)；在玉米种植季，施肥主要分为两次追肥，第一次追肥为78kg N ha^-1(尿素)和75kg P₂O₅ ha^-1(磷酸二铵)，第二次追肥为117kg N ha^-1(尿素)。对于所有耕作处理，小麦基肥于翻地前均匀地撒施到地表，而免耕处理采取行间开沟的方式施入肥料。小麦追肥时间为2月底，而玉米追肥时间分为7月初和7月底，并且均采取撒施方式追施尿素。

2、测产和土壤理化性质分析

从2011年开始，每季作物收获时测定不同处理方式下作物产量和0～10与10～20cm土层有机质(SOM)及氮磷钾养分(全氮TN，碱解氮AN，全磷TP，有效磷AP，全钾TK，速效钾AK)含量，经过连续13年培肥后测定不同处理方式下农田土壤0～10和10～20cm土层水稳性团聚体组成及其稳定性，进而分析实施本发明技术方案的生产效益。

3、效益分析

培肥效果：如图2A所示，深免间歇耕作、完全免耕和秸秆还田均有利于促进0～10cm土层水稳性大团聚体形成，土壤大团聚度提高24.3％～27.7％，大团聚体形成显著促进氮磷钾养分库容扩增。在秸秆不还田条件下，深免间歇耕作和完全免耕仅加速土壤有机质表聚，但不利于全耕层固碳；相比之下，实施深免间歇耕作秸秆还田制度(RTS)使耕层土壤有机质年均累积速率达0.19g C kg^-1year^-1(图2B)。在秸秆不还田条件下，深免间歇耕作和完全免耕可维持玉米稳产，实施5年后小麦开始减产，连续免耕10年后小麦产量下降超过20％；与常规耕作秸秆不还田(T)处理相比，不同耕作制度配合秸秆还田使玉米累积增产达7.2％(TS)、14.3％(RTS)和11.3％(NTS)，小麦累积增产达9.0％(TS)、7.6％(RTS)和0.8％(NTS)；与常规耕作秸秆还田(TS)处理相比，不同耕作制度配合秸秆还田使玉米累积增产6.6％(RTS)和3.9％(NTS)，小麦累积减产1.3％(RTS)和7.5％(NTS)(图2C)。

经济效益：技术实施以来，基于一个技术方案周期计算经济效益；与常规耕作秸秆不还田相比，实施本发明技术方案的经济效益累积增加705元/亩，即年均增效235元/亩；与常规耕作秸秆还田相比，实施本发明技术方案的经济效益累积增加254元/亩，即年均增效85元/亩(表1)。

表1实施本发明技术方案的经济效益分析

实施例2：

1、大田验证试验

大田验证试验在河南省许昌市禹州市范坡镇前柴村高产田进行，为期三年。种植作物为冬小麦、夏玉米，每年6月初收获小麦、种植玉米，9月下旬收获玉米，10月中旬种植小麦。试验设两种不同技术模式，每种技术模式应用20亩：

(1)对照模式：1)每年小麦收获后秸秆全量地表覆盖还田，玉米种肥一体化免耕播种；2)每年玉米收获后立即用秸秆还田机将玉米秸秆粉碎还田，地表撒施50kg/亩小麦专用复合肥(N、P₂O₅养分含量为20％、20％，其中N、P₂O₅养分施用量均为10kg/亩)，旋耕、秸秆浅层混合后播种小麦。

(2)深免间歇耕作模式：1)每年小麦收获后秸秆全量地表覆盖还田，玉米种肥一体化免耕播种；2)第一年玉米收获后立即用秸秆还田机将玉米秸秆粉碎还田，地表均匀撒施生物有机肥200kg/亩(N、P₂O₅养分含量为1.56％、2.63％)，同时配施化肥磷酸二铵(N、P₂O₅养分含量为18％、46％)和尿素(N养分含量为46.4％)，化肥用量要扣除有机肥中的氮磷养分(即有机肥替代部分化肥，本试验有机氮替代率为31.2％)，然后采用铧式犁深翻一遍(耕深为30cm)，将秸秆翻压还田，再用旋耕机旋耕一遍(旋耕深至15cm)对土壤进行镇压，最后采用常规小麦播种机播种小麦；3)第二年和第三年玉米收获后立即用秸秆还田机将玉米秸秆粉碎覆盖还田，在小麦播种时采用机械化种肥一体小麦免耕播种机免耕播种小麦，所用肥料为50kg/亩小麦专用复合肥(N、P₂O₅养分含量为20％、20％)。

2、测产和土壤理化性质分析

每季作物收获时测定两种模式下作物产量，经过三年培肥后测定两种模式下农田土壤0～30cm紧实度，分0～15和15～30cm两层采集土壤样品测定有机质含量，用于培肥效果验证。

3、效益分析

培肥效果：如图3所示，技术实施三年后，0～15cm、15～30cm耕层土壤有机质分别提高17％、16％，各层土壤紧实度显著降低，地力提升一个等级。各年小麦产量显著提高(年均提升约11.7％)；第一年深耕后玉米产量显著提高，免耕期间玉米基本维持稳产。

社会和生态效益：技术实施一个周期后，与对照模式相比，耕地地力快速提升，土壤持水能力增强，生产力可持续；此外，有机肥施用替代部分化肥，减少化肥施用，降低了氮磷养分流失风险；耕作效率大幅度提高，每年节省柴油消耗2L/亩左右，对保护生态环境具有重要意义(表2)。

表2实施本发明技术方案的节能效应和播种效率分析

Claims

1.一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，其特征在于，深免间歇耕作周期为3年，按以下步骤实施：1）第一年，夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田，施用化肥和生物激发调节剂，深耕，秸秆翻压还田，浅旋耕镇压作业后播种冬小麦；2）第二年与第三年，夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田，秸秆地表覆盖，冬小麦免耕施肥播种；3）每年冬小麦收获后，秸秆全量粉碎覆盖还田，夏玉米免耕施肥播种。

2.根据权利要求1所述一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，其特征在于，作物收获后将作物秸秆粉碎并均匀抛撒于地表；小麦秸秆合格粉碎长度不超过15cm，粉碎长度合格率不低于85%，秸秆粉碎作业时要求秸秆含水量为10%~25%；玉米秸秆合格粉碎长度不超过10cm，粉碎长度合格率不低于85%，秸秆粉碎作业时要求秸秆含水量不低于25%。

3.根据权利要求1所述一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，其特征在于，所述步骤1）中深耕施肥作业在夏玉米秸秆粉碎后进行，利用铧式犁对土壤进行疏松且耕作深度为25~30cm，深耕时土壤绝对含水率为15%~20%；施用的化肥为颗粒状复合肥，在土壤深耕前以均匀抛撒方式施入土壤表面。

4.根据权利要求1所述一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，其特征在于，所述步骤1）中促进秸秆腐解的生物激发调节剂在秸秆粉碎后且深耕施肥作业前加入土壤，生物激发调节剂为生物有机肥、堆肥或秸秆腐熟剂，分别按200kg/亩、300kg/亩或200kg/亩剂量施用；对于高产田，生物激发调节剂的施用可以替代15%~30%化肥；要求以均匀抛撒方式施入土壤表面。

5.根据权利要求1所述一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，其特征在于，所述步骤1）中浅旋耕镇压作业仅与深耕施肥作业相结合，在夏玉米收获、秸秆粉碎和土壤深耕施肥后、冬小麦播种前进行，利用旋耕机进行耕作深度不超过15cm的浅旋耕镇压作业，浅旋耕时土壤绝对含水率为15%~20%。

6.根据权利要求1所述一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，其特征在于，所述步骤1）中不同区域根据实地农业生产条件选择适宜的优质丰产小麦品种，在深耕施肥和浅旋耕镇压作业完成后播种；播种时土壤绝对含水率为12%~20%，播种后镇压；小麦种植行距和播种量须根据具体品种特性进行确定；播种机应选用小麦机械化播种机。

7.根据权利要求1所述一种小麦-玉米深免间歇耕作方法，其特征在于，所述步骤2）和3）中不同区域应根据实地农业生产条件选择适宜的优质丰产小麦和玉米品种；根据农田土壤养分状况，选择无结块的配方肥，所述配方肥为颗粒状复合肥；播种机选用小麦或玉米机械化免耕施肥播种一体机，适时适墒播种；播种时土壤绝对含水率为12%~20%；小麦种植行距及玉米种植密度须根据具体作物品种特性进行确定；免耕小麦播种量为深耕小麦播种量的1.2倍。