輪耕對(duì)冬春休閑旱地土壤結(jié)構(gòu)及團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

趙 冀，王 維,2，張 鵬,侯賢清,賈志寬，韓清芳

(1.農(nóng)業(yè)部西北黃土高原作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100；2.宣化科技職業(yè)學(xué)院， 河北 張家口 075100)

我國(guó)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)主要分布于年降水350～550 mm的半干旱地區(qū)，其中大量旱耕地以“春種秋收”一熟制為主要的種植制度，具有長(zhǎng)達(dá)6個(gè)多月(10月中旬—翌年4月)的冬春休閑期，傳統(tǒng)的土壤耕作技術(shù)以單一的翻耕或免耕為主，給土壤帶來(lái)不利影響，阻礙作物增產(chǎn)及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。長(zhǎng)期免耕會(huì)導(dǎo)致土壤出現(xiàn)有機(jī)碳和養(yǎng)分表層富集層化等質(zhì)量問(wèn)題[1-2]；而長(zhǎng)期翻耕則會(huì)導(dǎo)致表層土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和團(tuán)聚體質(zhì)量下降，加劇農(nóng)田表層土壤的流失和風(fēng)蝕[3-4]。尤其近年來(lái)推廣休耕、少耕、免耕為主的保護(hù)性耕作后，出現(xiàn)了土壤變硬、容重增大的問(wèn)題，影響作物根系發(fā)育及對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，產(chǎn)量出現(xiàn)下降的趨勢(shì)[5]。針對(duì)連續(xù)翻耕和連續(xù)少免耕帶來(lái)的諸多問(wèn)題，合理組合土壤耕作措施，建立旱地適宜的翻耕、深松、免耕等輪耕技術(shù)體系對(duì)農(nóng)田土壤健康發(fā)展具有重要意義。

旱地土壤耕作的目的是建立適宜作物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境條件，通過(guò)土壤的“蓄水保墑”促進(jìn)作物增產(chǎn)。在干旱和半干旱地區(qū)，土壤團(tuán)聚體的分布和穩(wěn)定性與水分利用和土壤風(fēng)蝕都有密切的聯(lián)系[6]，不同大小的團(tuán)聚體在營(yíng)養(yǎng)元素的保持、供應(yīng)及轉(zhuǎn)化能力等方面發(fā)揮著不同的作用[7]，其組成和穩(wěn)定性直接影響土壤肥力和農(nóng)作物的生長(zhǎng)[8-9]。有研究表明，耕作與施肥等農(nóng)田管理措施不僅影響團(tuán)聚體的形成與數(shù)量，而且還對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性有重要的影響[10]。耕作方式會(huì)影響微團(tuán)聚體與大團(tuán)聚體之間的轉(zhuǎn)化和再分布[11]，進(jìn)而影響土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗侵蝕能力[12]。Dalal等[13]認(rèn)為保護(hù)性耕作措施能使土壤表層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和有機(jī)碳含量得到一定程度的恢復(fù)。與常規(guī)耕作相比，保護(hù)性耕作可以降低土壤侵蝕，增加水穩(wěn)性大團(tuán)聚體及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善土壤結(jié)構(gòu)。耕作擾動(dòng)不僅不利于團(tuán)聚體的形成，而且會(huì)降低大團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[14]。王殿武等[15]認(rèn)為，少免耕較傳統(tǒng)耕作土壤緊實(shí)度增加，>0.05 mm微團(tuán)聚體含量、結(jié)構(gòu)系數(shù)和團(tuán)聚水平明顯高于傳統(tǒng)耕作，明顯促進(jìn)了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，提高了土壤的保水性能。周虎等[16]研究認(rèn)為免耕使土壤的容重明顯增加，翻耕可使耕層土壤保持較低的容重值，但不利于土壤團(tuán)聚體，尤其是水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成。大量研究認(rèn)為，免耕、少耕等保護(hù)性耕作措施有利于增加團(tuán)聚體含量，改善表層土壤結(jié)構(gòu)[17-18]。

近年來(lái)，由于保護(hù)性耕作在我國(guó)的推廣應(yīng)用加快，對(duì)保護(hù)性耕作技術(shù)的研究已不再僅關(guān)注土壤耕作技術(shù)本身及對(duì)當(dāng)季作物生長(zhǎng)的影響，而更注重耕作制度的周期、土壤輪耕及作物輪作等綜合技術(shù)配置及其效應(yīng)[19]。為此，本文在西北黃土高原半干旱區(qū)的寧南山區(qū)，研究不同輪耕模式對(duì)旱地土壤物理性狀、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)特征及其穩(wěn)定性的影響，為完善旱地耕作技術(shù)體系，改良土壤物理結(jié)構(gòu)、提高旱作農(nóng)田生產(chǎn)力提供理論參考及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2007年10月—2010年9月在寧夏回族自治區(qū)彭陽(yáng)縣白陽(yáng)鎮(zhèn)旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行。該區(qū)海拔1 800 m，年平均氣溫6℃～8.5℃，無(wú)霜期147～168 d，年降雨量350～450 mm，全年56%降水集中分布在7—9三個(gè)月，無(wú)效、微效降水日數(shù)多，氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤蓄墑率不足30%。土壤質(zhì)地為黃綿土，試驗(yàn)前耕層0～40 cm有機(jī)質(zhì)含量為7.2 g·kg-1，堿解氮50.3 mg·kg-1，速效磷8. 6 mg·kg-1，速效鉀84.8 mg·kg-1，pH值為8.5，屬低等肥力水平。試驗(yàn)期間化肥施用水平：純氮375 kg·hm-2(尿素825 kg·hm-2)，P2O590 kg·hm-2(過(guò)磷酸鈣750 kg·hm-2)為基肥，播種時(shí)一次施入。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)耕作處理，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積40 m2(10 m×4 m)，3次重復(fù)。試驗(yàn)地前茬作物為糜子，試驗(yàn)前一直采用傳統(tǒng)翻耕，試驗(yàn)期間無(wú)灌溉，試驗(yàn)3年種植作物依次為糜子(2008年)-谷子(2009年)-糜子(2010年)，均為春季播種。2010年糜子收獲后田間每重復(fù)小區(qū)取土樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。具體試驗(yàn)處理見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 土壤耕作與田間管理

前茬作物收獲后留茬3～5 cm，免耕處理無(wú)任何耕作，來(lái)年4月下旬直接免耕播種；深松處理采用冀鏟式深松機(jī)，進(jìn)行間隔深松，耕作深度30～35 cm，間隔40 cm；傳統(tǒng)翻耕處理采用專(zhuān)用鏵犁翻耕，耕深為20 cm，耕后耙耱。谷子品種為大同10號(hào)，糜子為當(dāng)?shù)仄贩N，播種深度3～5 cm，行距20 cm，密度35萬(wàn)株·hm-2，采用可控制深度(壓輪)的免耕250型播種機(jī)分別于2008年4月21日、2009年4月27日和2010年4月26日播種，播種時(shí)基施尿素(N≥46%)825 kg·hm-2、過(guò)磷酸鈣(P2O5≥12%)750 kg·hm-2，試驗(yàn)期間進(jìn)行人工除草。分別于2008年9月27日、2009年9月24日和2010年9月30日收獲。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 土壤容重與孔隙度 每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)以梅花形布置5個(gè)采樣點(diǎn)，按0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm進(jìn)行土壤分層，用環(huán)刀取樣，測(cè)定各土層土壤容重并計(jì)算孔隙度[20]；土壤孔隙度(%)=(1-容重/比重)×100%，土壤比重近似值取2.65 g·cm-3。

1.4.2 土壤團(tuán)聚體數(shù)量及大小

(1) 取樣方法 分0～10、10～20、20～30 cm和30～40 cm 4個(gè)土層各采集原狀土樣2 kg左右，自然風(fēng)干后除去粗根及小石塊，并將大土塊按自然裂痕剝離為1 cm3左右的小土塊，裝入長(zhǎng)、寬、高20 cm左右的硬紙盒無(wú)擠壓運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。將風(fēng)干土樣過(guò)孔徑為5 mm、2 mm的篩子，分為>5 mm、5～2 mm、<2 mm三個(gè)級(jí)別。然后按三個(gè)級(jí)別土樣在原狀土中所占比例取2份200 g的混合土樣。

(2) 測(cè)定方法 土壤團(tuán)聚體徑級(jí)分布和穩(wěn)定性利用干篩法和濕篩法測(cè)定。

機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體(干篩法[20])：用震蕩式機(jī)械篩分儀。取(1)中準(zhǔn)備好的200 g混合土樣，放入孔徑依次分別為5、2、1、0.5 mm及0.25 mm的套篩，篩分稱重得到>5 mm、5～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm和0.5～0.25 mm的土壤團(tuán)聚體，計(jì)算出各徑級(jí)及>0.25 mm團(tuán)聚體的重量百分含量(R0.25D)、機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均重量直徑(MWDD)及機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體幾何平均直徑(GMDD)。

水穩(wěn)性團(tuán)聚體(濕篩法[20])：用團(tuán)粒分析儀。取(1)中準(zhǔn)備好的200 g混合土樣，放置在孔徑依次分別為5、2、1、0.5 mm和0.25 mm的套篩最上層。篩分得到不同徑級(jí)團(tuán)聚體含量，計(jì)算>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的重量百分含量(R0.25W)、水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑(MWDW)、水穩(wěn)性團(tuán)聚體幾何平均直徑(GMDW)及團(tuán)聚體破壞率(PAD)。

1.4.3 土壤團(tuán)聚狀況指標(biāo)及計(jì)算方法

(1) 團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)[16]計(jì)算

(1)

(2)

(1)式中，MWD為團(tuán)聚體平均重量直徑(mm)；(2)式中，GMD為團(tuán)聚體幾何平均直徑(mm)；Xi為任一徑級(jí)范圍內(nèi)團(tuán)聚體的平均直徑(mm)；Wi為對(duì)應(yīng)于Xi的團(tuán)聚體重量百分含量。

(2) 團(tuán)聚體破壞率(PAD)[21]計(jì)算

(3)

式中，PAD為團(tuán)聚體破壞率(%)；R0.25D為>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量(%)，R0.25W為>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體(%)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003、SAS 8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作模式對(duì)土壤容重及土壤孔隙度的影響

經(jīng)過(guò)3年不同耕作處理后，不同耕作模式0～60 cm土層土壤容重出現(xiàn)了差異，且差異主要在0～20cm和20～40 cm土層(圖1A)。2010年糜子收獲后，免耕/深松/深松(N/S/S)輪耕模式的容重較其它耕作模式降低，0～20 cm土層分別較連續(xù)免耕(NT)和連續(xù)翻耕(CT)降低3.1%和2.6%(P<0.05)，與深松/免耕/免耕(S/N/N)模式無(wú)顯著差異。在20～40 cm土層，N/S/S處理較S/N/N處理的容重顯著降低2.7%(P<0.05)，CT、NT、S/N/N三種耕作模式土壤容重?zé)o顯著差異。不同耕作模式對(duì)40～60 cm土層土壤容重?zé)o顯著影響。與耕作處理前相比(表2)，N/S/S處理顯著降低了0～20 cm土層土壤容重，其它耕作處理的0～20 cm土層土壤容重與處理前無(wú)顯著差異；不同耕作處理20～60 cm土層土壤容重較處理前基礎(chǔ)值變化不大。

不同耕作處理的土壤孔隙度差異主要在0～40 cm土層(圖1B)，NT/S/S處理土壤孔隙度最高。0～20 cm土層N/S/S與S/N/N輪耕處理無(wú)顯著差異，較NT和CT處理增加幅度分別為3.0%和2.5%(P<0.05)。20～40 cm土層，土壤孔隙度仍以NT/S/S處理最高，較S/N/N提高幅度為2.8%(P<0.05)，較NT和CT耕作模式提高不顯著。與耕作處理前相比，NT和CT耕作處理0～60 cm孔隙度變化不明顯，NT/S/S處理顯著增加了0～20 cm土層的土壤孔隙度，S/N/N輪耕處理顯著降低了40～60 cm土層的土壤孔隙度。

以上分析表明，N/S/S 輪耕處理顯著降低0～40 cm土壤容重，增加了0～20 cm土層土壤孔隙度，改善了耕層土壤結(jié)構(gòu)。

表2 耕作處理前0～60 cm土層的土壤容重及孔隙度

圖1不同耕作處理0～60 cm土層的土壤容重及土壤孔隙度

Fig.1 Soil bulk density and soil porosity of different tillage treatments

2.2 不同耕作模式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

從圖2可以看出，經(jīng)過(guò)3年的不同耕作處理，2010年糜子收獲后，在0～20 cm土層，S/N/N輪耕模式的有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到8.37 g·kg-1，較CT增加了15.5%(P<0.05)，且顯著高于其它各處理；NT處理的有機(jī)質(zhì)含量較CT處理增加了2.9%。20～40 cm土層，S/N/N和NT處理有機(jī)質(zhì)含量較CT分別顯著增加了13.5%和9.4%(P<0.05)。0～40 cm土層各處理有機(jī)質(zhì)含量總體次序?yàn)镾/N/N>NT>CT>N/S/S。由此可見(jiàn)，1年深松后連續(xù)2年免耕能夠顯著增加土壤0～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力。

圖2不同耕作處理0～40 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量

Fig.2 The content of soil organic matter in 0～40 cm soil layer of different tillage treatments

2.3 不同耕作模式對(duì)土壤團(tuán)聚體數(shù)量的影響

>0.25 mm的團(tuán)聚體稱為土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體，其數(shù)量與土壤肥力狀況呈正相關(guān)[22]。表3為不同耕作處理0～40 cm土層>0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量。0～10 cm土層，NT和S/N/N處理>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體(R0.25D)重量百分含量較CT分別提高15.4%和14.9%(P<0.05)；10～20 cm土層，NT、S/N/N和N/S/S處理R0.25D含量較CT分別提高10.3%、8.5%(P<0.05)和6.5%；0～20 cm土層R0.25D含量依次為NT>S/N/N>N/S/S>CT。20～30 cm土層，NT和S/N/N處理R0.25D含量顯著(P<0.05)高于其它各處理，較CT分別提高12.9%和10.4%(P<0.05)；30～40 cm土層R0.25D含量高低依次為S/N/N>NT>CT>N/S/S，處理S/N/N的R0.25D含量達(dá)70.53%，較CT提高23.5%(P<0.05)。以上分析說(shuō)明，連年免耕和一年深松后連續(xù)2年免耕的輪耕模式均顯著地提高了0～40 cm土層內(nèi)>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量。

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量能夠更好地反映土壤結(jié)構(gòu)保持和供應(yīng)養(yǎng)分能力的強(qiáng)弱。從表3可以看出，>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(R0.25W)含量遠(yuǎn)小于機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量。經(jīng)過(guò)3 a不同耕作處理后，R0.25W含量在0～40 cm各土層均以NT處理和S/N/N輪耕處理顯著(P<0.05)高于CT及N/S/S處理，NT處理從上往下依次分別為8.56%、8.73%、8.63%和5.72%，較CT分別提高192.2%、566.4%、442.8%和201.1%(P<0.05)，S/N/N輪耕處理分別為4.55%、3.11%、3.34%和2.22%。0～40 cm土層內(nèi)N/S/S處理的R0.25W含量最低。說(shuō)明免耕有利于土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，而深松由于對(duì)土壤結(jié)構(gòu)擾動(dòng)可能導(dǎo)致團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞，致使>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量減少。

以上分析表明，耕作模式使旱作農(nóng)田土壤團(tuán)聚體的含量發(fā)生顯著變化，連續(xù)兩年以上免耕有利于耕層(0～40 cm)土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，NT處理和S/N/N輪耕處理有利于耕層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，而深松不利于團(tuán)聚體的形成。

2.4 不同耕作模式對(duì)土壤團(tuán)聚體大小的影響

不同徑級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的保持和供應(yīng)、孔隙組成、水力性質(zhì)和生物運(yùn)動(dòng)具有不同的作用[4-5]，土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD)與幾何平均直徑(GMD)是反映土壤團(tuán)聚體大小分布狀況的常用指標(biāo)。MWD和GMD值越大，團(tuán)聚體的團(tuán)粒直徑越大，穩(wěn)定性越強(qiáng)[21]。如表4所示，0～10 cm土層土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的MWDD、GMDD均以S/N/N處理與NT處理最高，較CT處理分別增加了26.4%、23.7%與23.0%、24.4%(P<0.05)；10～20 cm土層大小次序?yàn)镹T>S/N/N>N/S/S>CT，20～40 cm土層大小次序?yàn)镹T>S/N/N>CT>N/S/S，在10～40 cm土層，MWDD和GMDD以NT處理最高。0～40 cm土層，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWDW和GMDW不同耕作處理間差異不顯著。

表3 不同耕作處理>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性(R0.25D)和水穩(wěn)定性(R0.25W)團(tuán)聚體含量/%

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。下同。

Note：Different letters in same line indicate significant differences(P<0.05) under different tillage treatments . The same as below.

表4 不同耕作處理0～40 cm土層土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)/mm

注：MWDD/MWDW和GMDD/GMDW分別為干/濕篩法下團(tuán)聚體平均重量直徑和幾何平均直徑。

Note: MWDD/MWDWand GMDD/GMDWmeans mean weight and geometric diameter in dry/wet sieving.

2.5 不同耕作處理對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞率的影響

團(tuán)聚體破壞率與作物產(chǎn)量之間有顯著的相關(guān)性，其值越大，土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越差，相反，土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越強(qiáng)[22]。從圖3可看出，不同耕作處理在0～20 cm土層破壞率以NT處理顯著低于其它耕作處理(P<0.05)，N/S/S和CT處理無(wú)顯著差異；20～30 cm土層則以CT和N/S/S處理間無(wú)顯著差異，均顯著高于S/N/N和NT處理；30～40 cm土層CT、N/S/S和S/N/N處理間無(wú)顯著差異，均顯著高于NT處理(P<0.05)。以上分析表明，一年深松兩年免耕和連續(xù)免耕處理有利于減少旱作農(nóng)田耕層土壤團(tuán)聚體的破壞率，而連年翻耕及一年免耕兩年深松處理則由于對(duì)土壤的擾動(dòng)大，增加了土壤團(tuán)聚體的破壞率，降低了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖3不同耕作處理下0～40 cm土層土壤團(tuán)聚體破壞率

Fig.3 Aggregates deterioration rate in 0～40 cm soil layer of different tillage treatments

3 討 論

團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在土壤中具有協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱等因子之間的平衡、影響土壤酶的種類(lèi)和活性、維持和穩(wěn)定土壤的疏松及孔隙性[4]的作用。不同耕作模式會(huì)導(dǎo)致土壤體積質(zhì)量、孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量等方面存在差異，它們與團(tuán)聚體的含量及穩(wěn)定性關(guān)系密切。傳統(tǒng)的頻繁耕作是導(dǎo)致農(nóng)田土壤質(zhì)量下降的主要原因[23]。近年來(lái)，免耕、深松等保護(hù)性耕作措施在農(nóng)田的應(yīng)用得到廣泛重視。一般認(rèn)為，免耕是保護(hù)性耕作最主要的技術(shù)之一，但連年免耕后會(huì)出現(xiàn)土壤變硬，容重增大，影響作物根系發(fā)育及對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，從而使產(chǎn)量呈下降的趨勢(shì)[24]。而深松由于田間操作需要較大動(dòng)力，且勞作強(qiáng)度大，往往限制了其應(yīng)用面積。可以通過(guò)免耕與深松輪耕來(lái)克服連續(xù)單一耕作的弊端[25-26]。

Cassel[27]的研究表明免耕使土壤容重增大，而Aase[28]和Karlen[29]的研究卻得出了相反的結(jié)論，認(rèn)為免耕使土壤容重降低。本研究通過(guò)3年不同耕作方式的研究表明：一年免耕兩年深松(N/S/S)耕作模式0～20 cm土層的土壤容重較NT和CT處理顯著降低，可有效防止表層土壤板結(jié)，而連年免耕(NT)處理有增加0～60 cm土層的土壤容重的趨勢(shì)。一年免耕兩年深松處理較連年翻耕和連年免耕均顯著提高了0～40 cm土層土壤孔隙度，較一年深松兩年免耕輪耕處理提高了20～60 cm的土壤孔隙度。這可能是由于經(jīng)過(guò)免耕和深松輪耕，通過(guò)免耕減少對(duì)土壤的劇烈擾動(dòng)，而深松通過(guò)打破長(zhǎng)期翻耕形成的犁底層，相對(duì)于連年翻耕降低了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞，從而增強(qiáng)了土壤的通氣能力，使根系及微生物的活動(dòng)能力增強(qiáng)，土壤孔隙度增加，土壤容重降低。

已有研究表明[1,30-31]常規(guī)耕作使團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低，機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量均比其它耕作方式有不同程度下降，且以大直徑團(tuán)聚體的下降最為明顯。本研究在寧南旱作農(nóng)田土壤進(jìn)行3 a不同輪耕處理后發(fā)現(xiàn)，連年免耕和一年深松后連續(xù)2年免耕的輪耕模式均比連年翻耕顯著地提高了0～40 cm土層內(nèi)>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量。就連續(xù)3年的效果來(lái)看，耕作模式使旱作農(nóng)田土壤團(tuán)聚體的含量發(fā)生顯著變化，連續(xù)兩年以上免耕有利于耕層(0～40 cm)土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，NT處理和S/N/N輪耕處理有利于耕層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，但隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜脑黾悠鋵?duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響效果尚有待于進(jìn)一步研究。對(duì)一個(gè)具體地區(qū)和土壤類(lèi)型來(lái)說(shuō)，輪耕周期多長(zhǎng)最有利于土壤結(jié)構(gòu)的良性發(fā)展，也有待于各地在實(shí)踐中繼續(xù)探索。

土壤團(tuán)聚體的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)以及生物化學(xué)過(guò)程。有人認(rèn)為大團(tuán)聚體首先形成，小團(tuán)聚體再形成于大團(tuán)聚體內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)顆粒周?chē)虍?dāng)有機(jī)質(zhì)分解，大團(tuán)聚體破碎后直接形成小團(tuán)聚體[8]。耕作對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響主要是通過(guò)機(jī)械擾動(dòng)使土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生破碎、分散和混合，直接或間接地造成土壤有機(jī)質(zhì)含量下降[32]。土壤機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量分別反映了侵蝕發(fā)生后土壤團(tuán)聚體的分布特征及土壤潛在的抗蝕能力[33]。研究表明[8,34]，水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量和穩(wěn)定性均與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體的形成主要依靠有機(jī)質(zhì)的膠結(jié)作用。本研究在旱地的研究表明，不同耕作處理后有機(jī)質(zhì)含量在0～20 cm和20～40 cm土層均以S/N/N處理最高，而連年免耕處理較連年翻耕增加了20～40 cm土層的有機(jī)質(zhì)。NT和S/N/N處理下R0.25、MWD和GMD均高于連年翻耕處理，說(shuō)明實(shí)施免耕有利于犁底層的消失，使土壤團(tuán)聚體含量增加，有助于土壤結(jié)構(gòu)的改善，這與在灌溉農(nóng)田的研究結(jié)果[16]一致。

土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)與團(tuán)聚體含量成正比，其值越大說(shuō)明團(tuán)聚體含量越高、穩(wěn)定性較好。楊劍波等[35]認(rèn)為，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率與>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)分別為-0.899和-0.959(P<0.05)。楊如萍[36]等研究表明，土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性與MWD、GMD和破壞率密切相關(guān)，團(tuán)聚體的平均粒徑團(tuán)聚度越高，破壞率越小，穩(wěn)定性越強(qiáng)。本研究表明，在0～10 cm土層，S/N/N處理的MWD、GMD值最高，10～30 cm土層以NT最高。而在0～40 cm土層土壤團(tuán)聚體的破壞率以NT最小，其次為S/N/N處理，這與上述研究結(jié)論一致，說(shuō)明大粒徑團(tuán)聚體的數(shù)量越少，結(jié)構(gòu)破壞率就越大，反之則越小。目前關(guān)于耕作對(duì)團(tuán)聚體破壞率的研究報(bào)道并不多見(jiàn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)該方面的研究，并分析團(tuán)聚體R0.25、MWD、GMD和PAD等指標(biāo)的相關(guān)性，為全面評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)、通過(guò)耕作管理措施改善農(nóng)田土壤環(huán)境提供參考。

4 結(jié) 論

一年免耕兩年深松的輪耕模式較傳統(tǒng)連年翻耕和連年免耕顯著降低了冬春休閑旱作農(nóng)田0～20 cm土層的土壤容重；經(jīng)過(guò)免耕和深松輪耕，通過(guò)免耕減少對(duì)土壤的劇烈擾動(dòng)，而深松通過(guò)打破長(zhǎng)期翻耕形成的犁底層，相對(duì)于連年翻耕降低了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞，從而增強(qiáng)了0～20 cm土層土壤孔隙度。耕作模式使旱作農(nóng)田土壤團(tuán)聚體的含量發(fā)生顯著變化，連年免耕和一年深松后連續(xù)2年免耕的輪耕模式均比連年翻耕顯著提高了0～40 cm土層內(nèi)>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量，增加了土壤團(tuán)聚體平均重量直徑和幾何平均直徑，降低了土壤團(tuán)聚體的破壞率，提高了土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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