# 乌兹别克斯坦玉米耕作方式与残茬管理对土壤物理性质及籽粒产量的短期效应

《Advances in Agriculture》：An Investigation of Maize Tillage and Residue Management in Uzbekistan

　　

耕作与作物残茬管理可显著改变半干旱环境下的土壤物理状况、水分储量及玉米生产力。2020—2022年，研究人员在乌兹别克斯坦撒马尔罕农业开发研究站开展了一项固定田间试验（stationary field experiment），在永久玉米小区上比较了常规耕作、浅耕和免耕三种残茬管理体系。试验采用随机完全区组设计（randomized complete block design），包含4个区组，并在3个生长季内对同一小区进行重复观测。研究人员在播前、V12–V13期和籽粒成熟期测定了0–15 cm和15–30 cm土层的土壤容重（bulk density）、重力含水率（gravimetric moisture content）和穿透阻力（penetration resistance）。同时计算了0–30 cm剖面的土壤储水量（soil–water storage），籽粒产量统一校正至14%含水量。结果表明，免耕在播前和V12–V13期维持了最高的土壤储水量，而常规耕作在籽粒成熟期储水量最大。常规耕作始终产生最低的容重和穿透阻力；在籽粒成熟期15–30 cm土层，常规耕作、浅耕和免耕的穿透阻力分别为3.74 MPa、4.07 MPa和4.17 MPa。模型估算的边际平均籽粒产量在常规耕作下为6.25 t ha^?1，浅耕下为5.94 t ha^?1，免耕下为5.73 t ha^?1，处理间排序在3年内保持稳定。在本试验的短期条件下，常规耕作获得了最高玉米产量，浅耕在土壤物理性质和作物生产力方面表现出中间响应。

## 一、研究背景与意义

耕作是影响土壤结构、孔隙连续性、容重、穿透阻力、水分再分配、根系发育和作物生产力的关键农艺措施之一。在玉米生产中，常规铧式犁翻耕可疏松并翻转土壤、掩埋残茬并创造疏松的种床，但反复的强烈扰动会削弱团聚体稳定性并减少残茬对土壤的保护。浅耕或减少耕作仅扰动上层土壤并使部分残茬留在表面，在疏松土壤与残茬保护之间取得折中。免耕或直接播种避免全幅翻耕并将残茬保留为覆盖层，具有保水潜力，但短期过渡期内可能增加近地表容重和穿透阻力。

在半干旱环境中，水分供应是限制玉米产量的主要因素，耕作与残茬管理的权衡会显著影响作物生产力。已有研究表明，免耕并不一定在短期内产生最高玉米产量，较高的表层容重、较慢的土壤增温、种床条件改变或穿透阻力增加都可能抵消土壤储水量的潜在收益。此前关于耕作制度对土壤物理性质及玉米产量影响的研究多集中于单一因素，对耕作—残茬管理综合系统的短期集成效应关注不足。

撒马尔罕地区具有典型的半干旱气候特征，夏季高温且玉米生长季水资源受限。在此条件下，土壤疏松、残茬处置、水分保持与机械阻力之间的平衡可能对作物生产力产生实质性影响。为此，研究人员于2020—2022年在乌兹别克斯坦撒马尔罕农业开发研究站开展了为期3年的固定田间试验，系统比较常规耕作、浅耕和免耕三种耕作—残茬管理体系对土壤储水量、容重、穿透阻力及玉米籽粒产量的短期影响，以回答半干旱灌溉条件下何种耕作—残茬管理模式能在短期内兼顾土壤物理环境与作物产量这一关键科学问题。

## 二、研究的主要技术方法

试验于2020—2022年在乌兹别克斯坦撒马尔罕农业开发研究站（39°58′ N，66°18′ E）进行，供试土壤为砂壤质灌溉典型灰钙土（58%砂粒、32%粉粒、10%黏粒），播前0–30 cm土层pH 7.2，有机质含量2.3%，速效P₂O₅为22 mg kg^?1，速效K₂O为145 mg kg^?1。试验采用随机完全区组设计，设4个区组，每区组含3个永久小区（10 m × 5 m）。处理包括常规耕作（铧式犁翻耕25–27 cm，残茬全量还田）、浅耕（圆盘耙+凿式犁作业12–14 cm，约30%–40%残茬覆盖地表）和免耕（残茬永久覆盖地表，锚式播种机直接播种）。分别于播前、V12–V13期和成熟期测定0–15 cm与15–30 cm土层容重、重力含水率及穿透阻力，收获时测定籽粒产量并校正至14%含水量。数据采用线性混合效应模型（linear mixed-effects model）分析，并用Tukey法进行多重比较。

## 三、主要研究结果

### 3.1 土壤重力含水率与土壤储水量

土壤储水量对耕作—残茬管理体系的响应因玉米生育阶段而异，混合效应分析显示体系×生育期互作显著（p < 0.001）。免耕在播前和V12–V13期维持了0–30 cm剖面最高的土壤储水量，而常规耕作在成熟期储水量最高。免耕播前储水量较常规耕作增加约29.6%，V12–V13期增加26.1%；成熟期常规耕作储水量较免耕高约3.1%、较浅耕高3.5%。浅耕与免耕在成熟期无显著差异。

### 3.2 土壤容重

常规耕作的容重在两个土层中始终低于浅耕和免耕，免耕则产生最高容重，浅耕居中。容重随土层深度增加而增大，并普遍从播前到成熟期逐渐升高。成熟期15–30 cm土层常规耕作、浅耕和免耕的容重分别为1.300 g cm^?3、1.348 g cm^?3和1.405 g cm^?3；免耕较常规耕作在0–15 cm和15–30 cm土层均增加约8.1%。

### 3.3 土壤穿透阻力

穿透阻力随生育进程持续增加，且15–30 cm土层始终高于0–15 cm土层。常规耕作在每个采样时期均产生最低的穿透阻力，免耕则最高，所有处理间配对比较均达显著水平（p < 0.001）。成熟期15–30 cm土层常规耕作穿透阻力为3.736 MPa，浅耕为4.070 MPa，免耕为4.169 MPa；免耕较常规耕作增加约11.6%，浅耕增加约8.9%。

### 3.4 玉米籽粒产量

混合效应分析显示，耕作—残茬管理体系与年份对玉米籽粒产量均有显著影响，体系×年份互作不显著（χ² = 4.84，df = 4，p = 0.304），表明处理间产量排序在3年内保持稳定。常规耕作在每年均获得最高产量，其模型估算边际平均产量为6.254 ± 0.041 t ha^?1，浅耕为5.943 ± 0.041 t ha^?1，免耕为5.729 ± 0.041 t ha^?1。常规耕作较浅耕增产5.2%，较免耕增产9.2%。

## 四、讨论与结论

讨论部分指出，免耕在生育前期较高的土壤储水量并未转化为更高的籽粒产量，表明水分储量优势可能被较高的机械阻力所抵消。常规耕作通过翻耕有效降低了容重和穿透阻力，改善了种床条件和根区机械环境，从而在短期内支撑了最高的玉米产量。浅耕在土壤物理性质和产量上均表现出中间响应，可视为完全翻耕与免耕之间的一种折中方案，但其长期可持续性仍需更多指标加以评估。研究同时强调，免耕较低的产量不应被过度推广至其他环境，其效果受残茬管理、灌溉制度、土壤类型和采用年限等多种因素制约。此外，试验未测定根系性状、养分吸收、土壤有机碳、温室气体排放及经济效益等指标，结论仅限于所测定的短期效应。

研究结论可概括为：在撒马尔罕地区半干旱条件下，免耕在播前和V12–V13期维持了0–30 cm剖面最高的土壤储水量，但常规耕作在籽粒成熟期储水量最大，土壤管理方式对水分有效性的影响取决于玉米生育阶段。常规耕作在两个土层中始终产生最低的容重和穿透阻力，免耕则最高，浅耕居中。3年平均籽粒产量以常规耕作最高（6.254 t ha^?1），浅耕次之（5.943 t ha^?1），免耕最低（5.729 t ha^?1）；常规耕作较浅耕和免耕分别增产5.2%和9.2%。在本试验短期条件下，常规耕作提供了降低土壤机械阻力与维持玉米生产力的最有利组合。未来研究应探讨优化残茬管理、灌溉调度、养分定位、覆盖作物、有机改良、控制性耕作或定期深松等措施能否缓解免耕的减产效应，并在更广泛的轮作体系中验证上述结论的适用性。