不同耕作方式與增施有機(jī)肥對麥田土壤有機(jī)碳庫及小麥產(chǎn)量的影響

張黛靜 王艷杰 陳倩青

摘要：為了解不同耕作方式與增施有機(jī)肥對麥田土壤有機(jī)碳庫及小麥產(chǎn)量的影響，改善土壤質(zhì)量，提高小麥產(chǎn)量，特設(shè)置本試驗(yàn)。在前6年定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以百農(nóng)207為試驗(yàn)材料，采用二因素區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置深耕（DTF0）、淺耕（STF0）、免耕（NTF0）、深耕有機(jī)肥（DTF1）、淺耕有機(jī)肥（STF1）和免耕有機(jī)肥（NTF1）6個(gè)處理。結(jié)果表明，0～5 cm土層，與其他處理相比，NTF1處理下土壤有機(jī)碳和土壤活性有機(jī)碳的含量較高;5～20 cm土層，STF1處理下土壤有機(jī)碳和土壤活性有機(jī)碳的含量高于其他處理;40～60 cm土層，NTF1處理下土壤有機(jī)碳和土壤活性有機(jī)碳含量均顯著高于STF1與DTF1處理（P<0.05）。就小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素而言，DTF1處理下穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均最高。

關(guān)鍵詞：耕作方式;有機(jī)肥;土壤有機(jī)碳庫;小麥產(chǎn)量;深耕;淺耕;免耕

中圖分類號： S512.104;S311? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0128-05

土壤有機(jī)碳是評價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，其直接關(guān)系著土壤質(zhì)量與作物生長，但土壤有機(jī)碳含量僅是其礦化分解與合成過程之間動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果，不能十分準(zhǔn)確地反映出土壤有機(jī)碳的質(zhì)量變化和轉(zhuǎn)化速率[1-2]。Blair等研究表明，土壤活性有機(jī)碳（微生物量碳、可溶性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳等）能在土壤有機(jī)碳變化之前敏感地反映出土壤微弱的改變，且其與土壤生產(chǎn)力密切相關(guān)，被認(rèn)為是評價(jià)土壤質(zhì)量早期變化和土壤潛在生產(chǎn)力的敏感性指標(biāo)[3-6]。

耕作是促進(jìn)土壤有機(jī)碳庫變化的重要人為因素，其頻率和強(qiáng)度等直接影響土壤有機(jī)碳庫的周轉(zhuǎn)速率[7]。呂瑞珍等研究顯示，與翻耕相比，深耕與秸稈覆蓋能顯著提高0～40 cm 土層活性有機(jī)碳占總有機(jī)碳比率[8];Kahlon等認(rèn)為，淺耕、免耕只能提高表層土壤有機(jī)質(zhì)含量，但對深層土壤有機(jī)質(zhì)含量影響不大[9];王丹丹等研究發(fā)現(xiàn)，與翻耕相比，免耕可以顯著提高活性有機(jī)碳的含量[10]。Lal研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的固碳潛力，通過增施有機(jī)肥可提高固碳量，約占總固碳量的1/6[11];Liang等研究得出，與施用無機(jī)肥和不施肥相比，增施有機(jī)肥能顯著提高土壤微生物量碳和易氧化有機(jī)碳含量[12];宋震震等研究認(rèn)為，增施有機(jī)肥可增加土壤易氧化有機(jī)碳含量，同時(shí)易氧化有機(jī)碳含量隨有機(jī)肥施用量的增加而增加[13]。陳歡等研究表明，適宜的施肥模式不僅可提高土壤有機(jī)碳含量，還有利于作物生長發(fā)育，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[14]。

因此，耕作方式和施肥模式的改變均可影響土壤有機(jī)碳庫的變化及小麥產(chǎn)量的提高。小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位[15]。豫中補(bǔ)灌區(qū)是河南省小麥主產(chǎn)區(qū)之一，如何通過改變耕作方式及施肥模式，增強(qiáng)土壤碳固定，改善土壤質(zhì)量和提高小麥生產(chǎn)力，成為生產(chǎn)上亟待解決的問題。本研究通過大田試驗(yàn)，研究不同耕作方式與增施有機(jī)肥處理，對該地區(qū)麥田土壤有機(jī)碳庫及小麥產(chǎn)量的影響，分析土壤有機(jī)碳庫之間的相互轉(zhuǎn)化、其含量和小麥產(chǎn)量的變化，探尋適合該區(qū)的耕作施肥模式，進(jìn)而改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提高作物生產(chǎn)力，為豫中補(bǔ)灌區(qū)冬小麥高產(chǎn)栽培技術(shù)的改進(jìn)提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于河南省建安區(qū)陳曹鄉(xiāng)史莊村高產(chǎn)試驗(yàn)田（113°85′E、34°03′N）。該區(qū)域主要作物種植制度為冬小麥-夏玉米一年兩熟制。土壤基礎(chǔ)肥力（0～20 cm土層）見表1。本試驗(yàn)在2010年耕作與增施有機(jī)肥定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于2016—2017年以半冬性中晚熟品種百農(nóng)207為試驗(yàn)材料，采用2個(gè)因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，將耕作與有機(jī)肥相結(jié)合，設(shè)置深耕（DTF0）、淺耕（STF0）、免耕（NTF0）、深耕有機(jī)肥（DTF1）、淺耕有機(jī)肥（STF1）和免耕有機(jī)肥（NTF1）6個(gè)處理，小區(qū)面積為280 m2（20 m×14 m），3次重復(fù)。

深耕（30～40 cm）和淺耕（15～25 cm）均是大型旋耕機(jī)旋耕后耙地，用播種機(jī)播種，免耕是前茬玉米收獲后不進(jìn)行土壤翻耕和犁耙，用多功能播種機(jī)一次性完成機(jī)播、覆土和鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)。前茬玉米秸稈粉碎后還田（還田量 8 000 kg/hm2），播前施入復(fù)合肥900 kg/hm2（折合施純N 180 kg/hm2、P2O5 180 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2）及有機(jī)肥料950 kg/hm2（有機(jī)質(zhì)含量492.69 g/kg），整地時(shí)翻入地下，拔節(jié)期追施純N 90 kg/hm2。行距20 cm，播量為135 kg/hm2，基本苗280萬株/hm2，2016年10月10日播種，2017年6月1日收獲。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

于小麥季的拔節(jié)期（2017年3月16日）、開花期（2017年4月23日）、成熟期（2017年6月1日）分別用土鉆采集 0～5、5～20、20～40、40～60 cm土層的土壤樣品，除去植株殘根和石礫等雜質(zhì)后分成2份，1份放于溫室內(nèi)自然風(fēng)干后過0.25 mm篩，用于測定土壤有機(jī)質(zhì)和土壤易氧化性碳含量，另一份鮮土?xí)r過2 mm篩，凍結(jié)在4 ℃冰箱里用于土壤微生物量碳和土壤可溶性碳含量的測定，存放時(shí)間不超過2周。

1.2.1 土壤有機(jī)碳庫的測定 土壤有機(jī)碳含量的測定采用TOC測定儀[16];土壤微生物量碳含量的測定采用三氯甲烷熏蒸浸提法[17];土壤可溶性有機(jī)碳含量的測定采用水萃取法[18];土壤易氧化性有機(jī)碳含量的測定采用高錳酸鉀氧化法[19]。

1.2.2 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 小麥季成熟期（2017年6月1日）人工收獲1 m2的麥穗，裝入網(wǎng)袋自然風(fēng)干，脫粒，稱質(zhì)量并計(jì)算產(chǎn)量;同時(shí)隨機(jī)選取30株長勢一致的小麥單莖進(jìn)行考種，測定穗粒數(shù)、穗數(shù)、千粒質(zhì)量、不孕小穗數(shù)和穗長。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2010及SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncans新復(fù)極差法（SSR）進(jìn)行處理間差異的顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式與增施有機(jī)肥對麥田土壤有機(jī)碳含量的影響

由圖1可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)逐漸升高趨勢。各生育時(shí)期，土壤有機(jī)碳含量均隨土層的加深呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

拔節(jié)期：0～5 cm土層，NTF1處理下土壤有機(jī)碳含量顯著高于DTF1處理（P<0.05）;5～20 cm土層，土壤有機(jī)碳含量變化范圍為16.68～24.35 g/kg;20～40 cm土層，增施有機(jī)肥處理下土壤有機(jī)碳含量大于未增施有機(jī)肥處理;40～60 cm土層，DTF1處理下土壤有機(jī)碳含量顯著高于DTF0處理（P<0.05），NTF1處理下土壤有機(jī)碳含量顯著高于NTF0處理。

開花期：0～5 cm土層，免耕處理下土壤有機(jī)碳含量顯著高于深耕處理（P<0.05）;5～20 cm土層，各處理土壤有機(jī)碳含量大小順序依次為STF1處理>NTF1處理>DTF1處理>STF0處理>DTF0處理>NTF0處理;20～40 cm土層，DTF1、STF1和NTF1處理下土壤有機(jī)碳含量均大于與之對應(yīng)的DTF0、STF0和NTF0處理，且兩者間差異性均顯著（P<0.05）;40～60 cm土層，與其他處理相比，NTF1處理下土壤有機(jī)碳含量最高，為13.24 g/kg。

成熟期：0～5 cm土層，與其他處理相比，NTF1處理下土壤有機(jī)碳含量最高，為29.77 g/kg，STF1處理次之，為 26.58 g/kg;5～20 cm土層，土壤有機(jī)碳含量變化范圍為 22.11～26.67 g/kg;20～40 cm土層，就增施有機(jī)肥而言，土壤有機(jī)碳含量大小順序依次為STF1處理>DTF1處理>NTF1處理，但三者間差異不顯著;40～60 cm土層，DTF1、STF1和NTF1處理下土壤有機(jī)碳含量均大于與之對應(yīng)的DTF0、STF0和NTF0處理。

2.2 不同耕作方式與增施有機(jī)肥對麥田土壤微生物量碳含量的影響

由圖2可知，各生育時(shí)期，土壤微生物量碳含量均隨土層的加深呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

拔節(jié)期：0～5 cm土層，NTF1和NTF0處理下土壤微生物量碳含量分別為383.17、392.47 mg/kg，且NTF1和NTF0處理下土壤微生物量碳含量顯著高于其他處理（P<0.05）;5～20 cm土層，與其他處理相比，STF1處理下土壤微生物量碳含量最高，為246.28 mg/kg，STF0處理次之，為211.97 mg/kg，且兩者間差異顯著（P<0.05）;40～60 cm土層，NTF1處理下土壤微生物量碳含量比STF1、DTF1處理分別增加 34.02%、318.63%。

開花期：0～5 cm土層，與其他處理相比，DTF1處理下土壤微生物量碳含量最高，為 327.35 mg/kg;5～20 cm 土層，DTF1處理下土壤微生物量碳含量顯著高于與之對應(yīng)的DTF0處理（P<0.05）;20～40 cm土層，就耕作方式而言，土壤微生物量碳含量大小順序依次為深耕處理>淺耕處理>免耕處理，且深耕處理與免耕處理之間差異顯著（P<0.05）。

成熟期：0～5 cm土層，就增施有機(jī)肥而言，土壤微生物量碳含量大小順序依次為NTF1處理>STF1處理>DTF1處理，且三者間差異顯著（P<0.05）;5～20 cm土層，STF0處理下土壤微生物量碳比DTF0、NTF0處理分別增加30.02%、4.54%;20～40 cm土層，DTF1、STF1和NTF1處理下土壤微生物量碳含量均顯著高于與之對應(yīng)的DTF0、STF0和NTF0處理（P<0.05）;40～60 cm土層，與其他處理相比，NTF1處理下土壤微生物量碳含量最高，為94.22 mg/kg，DTF0處理下土壤微生物量碳含量最低，為13.27 mg/kg，且二者間差異顯著（P<0.05）。

2.3 不同耕作方式與增施有機(jī)肥對麥田土壤可溶性碳含量的影響

由圖3可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，土壤可溶性碳含量整體呈先降低后升高的趨勢。開花期和成熟期土壤可溶性碳含量隨土層的加深，呈現(xiàn)先增后減的趨勢。

拔節(jié)期：0～5 cm土層，土壤可溶性碳含量變化范圍是118.08～181.01 mg/kg;5～20 cm土層，就耕作方式而言，NTF0處理顯著高于DTF0和STF0處理（P<0.05）;20～40 cm 土層，DTF1、STF1、NTF1處理分別比與之對應(yīng)的DTF0、STF0、NTF0增加1.87%、23.71%、0.98%;40～60 cm土層，NTF1處理下土壤可溶性碳含量顯著高于其他處理（P<0.05）。

開花期：0～5 cm土層，NTF1處理下土壤可溶性碳含量顯著高于DTF1和STF1處理（P<0.05）;5～20 cm土層，DTF0、STF0和NTF0處理下土壤可溶性碳平均含量分別為 159.24、144.99、159.20 mg/kg;20～40 cm土層，STF1處理下土壤可溶性碳含量顯著高于其他處理（P<0.05）;40～60 cm土層，與其他處理相比，NTF1處理下土壤可溶性碳含量較高。

成熟期：0～5 cm土層，從增施有機(jī)肥角度來分析，各處理土壤可溶性碳含量大小順序依次為STF1處理>NTF1處 理> DTF1處理;5～20 cm土層，NTF0處理下土壤可溶性碳含量顯著高于DTF0和STF0處理（P<0.05）;20～60 cm土層，從耕作方式來分析，各處理土壤可溶性碳含量大小順序依次為免耕處理>淺耕處理>深耕處理，且三者間差異顯著（P<0.05）。

2.4 不同耕作方式與增施有機(jī)肥對麥田土壤易氧化性有機(jī)碳含量的影響

由圖4可知，隨生育時(shí)期推進(jìn)，除NTF1處理外，土壤易氧化性有機(jī)碳含量整體呈先升高后降低的趨勢。各生育時(shí)期，隨土層的加深，土壤易氧化性有機(jī)碳含量整體逐漸減少。

拔節(jié)期：0～5 cm土層，NTF1處理下土壤易氧化性有機(jī)碳含量分別比DTF1、STF1處理增加47.33%、24.52%，且三者間差異顯著（P<0.05）;5～20 cm土層，增施有機(jī)肥處理，土壤易氧化性有機(jī)碳含量STF1處理顯著高于DTF1和NTF1處理（P<0.05）;20～40 cm土層，DTF1、STF1、NTF1處理下土壤易氧化性有機(jī)碳含量分別高于與之對應(yīng)的DTF0、STF0、NTF0處理;40～60 cm土層，土壤易氧化性有機(jī)碳含量變化范圍為1.50～1.75 g/kg。

開花期：0～5 cm土層，與其他處理相比，NTF1處理下土壤易氧化性有機(jī)碳含量較高;5～20 cm土層，STF1處理下土壤易氧化性有機(jī)碳含量顯著高于其他處理（P<0.05）;20～40 cm土層，就耕作方式而言，免耕與淺耕、深耕處理差異顯著（P<0.05）;40～60 cm土層，增施有機(jī)肥處理下土壤易氧化性有機(jī)碳含量均大于與之對應(yīng)的未增施有機(jī)肥處理。

成熟期：0～5 cm土層，就耕作方式而言，NTF0處理下土壤易氧化性有機(jī)碳含量最高，分別比STF0和DTF0處理提高 10.84%、6.73%;20～40 cm土層，STF1處理顯著高于其他處理（P<0.05）;40～60 cm土層，NTF1處理下土壤易氧化性有機(jī)碳含量顯著高于其他處理（P<0.05）。

2.5 不同耕作方式與增施有機(jī)肥對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，增施有機(jī)肥處理下穗長均高于未增施有機(jī)肥處理。各處理的結(jié)實(shí)小穗數(shù)的變化范圍為17.93～19.67個(gè)。DTF0、STF0和NTF0處理下不孕小穗數(shù)分別比與之對應(yīng)的DTF1、STF1和NTF1處理增加4.87%、2.33%、11.25%，但各處理間差異不顯著。不同耕作方式間，NTF0處理穗粒數(shù)高于DTF0與STF0處理。增施有機(jī)肥處理下千粒質(zhì)量均高于未增施有機(jī)肥處理，且STF1與STF0處理間差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。就小麥產(chǎn)量而言，增施有機(jī)肥處理高于未增施有機(jī)肥處理;DTF1和STF1處理顯著高于NTF1處理（P<0.05），但DTF1與STF1處理之間差異不顯著。耕作方式與增施有機(jī)肥及二者交互對小麥產(chǎn)量的影響均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。

3 討論與結(jié)論

土壤有機(jī)碳庫作為評價(jià)土壤肥力與土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，其在優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤理化性質(zhì)、調(diào)節(jié)作物養(yǎng)分、作物產(chǎn)量維持與質(zhì)量保證等方面有著至關(guān)重要的作用[20-21]。合理的耕作措施能夠有效提高土壤有機(jī)碳庫水平[22]。增施有機(jī)肥可直接為土壤提供有機(jī)碳源，使土壤微生物活性增加，促進(jìn)土壤有機(jī)碳與養(yǎng)分之間的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而提高土壤有機(jī)碳的固定量[23]。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，免耕和增施有機(jī)肥有利于土壤有機(jī)碳和土壤活性碳含量的提高。0～5 cm土層和40～60 cm土層，與其他處理相比，NTF1處理能較好地提高土壤有機(jī)碳、土壤微生物有機(jī)碳、土壤可溶性碳、土壤易氧化性碳的含量，究其原因可能是一方面免耕減少了土壤擾動(dòng)，且秸稈覆蓋表層，有利于表層土壤有機(jī)碳和土壤活性有機(jī)碳的積累，而DTF1和STF1處理引起深層農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，使不同深度的土壤暴露在空氣中，土壤通透性增加，提高了微生物活性，加速了土壤有機(jī)碳的氧化;另一方面，增施有機(jī)肥為土壤微生物提供了充足的碳源，微生物大量繁殖，形成優(yōu)勢群體，提高了土壤微生物活性，能加速對土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化。王碧勝等研究認(rèn)為，免耕處理下表層土壤有機(jī)碳含量較傳統(tǒng)耕作處理雖有所提高，但兩者間差異不顯著[24]，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致;Chen等認(rèn)為可能是免耕沒有擾動(dòng)土壤，土壤中微生物的保護(hù)性物質(zhì)釋放減慢，土壤有機(jī)質(zhì)的氧化和礦化緩解[25];楊景成等研究認(rèn)為，免耕對土壤擾動(dòng)較少，減少了深層土壤接觸空氣的機(jī)會(huì)，減弱了土壤原有有機(jī)質(zhì)的礦化與氧化，且田間殘留的秸稈等有機(jī)物的降解也使土壤中有機(jī)碳數(shù)量增多，而深耕處理將新土壤暴露于土壤表面，使土壤的通氣性及水分等狀況發(fā)生變化，引起有機(jī)碳累積條件發(fā)生了改變，從而使有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化加快[26]。本試驗(yàn)中，增施有機(jī)肥處理下土壤有機(jī)碳和土壤活性碳含量均高于與之對應(yīng)的未增施有機(jī)肥處理，這與張貴龍等的研究結(jié)果[27]一致。張瑞等研究表明，短期施肥能使土壤活性有機(jī)碳含量增加，這可能是增施有機(jī)肥可增加作物生物量和根際分泌物，使得微生物活動(dòng)及其降解活動(dòng)加速，于短期內(nèi)生成高濃度水溶性有機(jī)物，增加土壤溶解性有機(jī)碳含量[28]。史康婕等研究認(rèn)為，高量有機(jī)、無機(jī)肥配施或增施高量有機(jī)肥可極顯著提高土壤有機(jī)碳含量和易氧化有機(jī)碳含量，有利于有機(jī)碳的固存[29]。

與其他處理相比，DTF1處理下穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均最高，這可能是因?yàn)樯罡麑⑸蠈油寥婪胂聦樱瑑?yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，為小麥根系吸收養(yǎng)分、水分以及微生物的呼吸創(chuàng)造了良好的條件;且增施有機(jī)肥使得土壤微生物活性提高，進(jìn)而提高小麥產(chǎn)量。梁金鳳等研究顯示，深耕能打破犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)根系向下生長，從而擴(kuò)大營養(yǎng)吸收范圍，使得穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量增加，最終增產(chǎn)效果明顯[30]。本試驗(yàn)顯示，增施有機(jī)肥處理下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均高于與之對應(yīng)的未增施有機(jī)肥處理，這可能是有機(jī)肥能改良土壤中速效養(yǎng)分的狀況，使得土壤的根系分泌物與有機(jī)殘?bào)w數(shù)量增加，進(jìn)而促進(jìn)作物根系和地上部生長，這與Kong等的研究結(jié)果[31]一致。Li等認(rèn)為可能是多年有機(jī)肥料的添加，大大提高了土壤質(zhì)量，進(jìn)一步提高了養(yǎng)分利用率，提升作物產(chǎn)量[32]。

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