耕作方式對農田土壤理化性質、微生物學特性及小麥營養品質的影響

賈夢圓，黃蘭媚，李琦聰，趙建寧，張艷軍，楊殿林，王 慧

（1 農業農村部環境保護科研監測所，天津 300191；2 天津市農田生態與環境修復技術工程中心，天津 300191）

土壤健康是保障耕地質量提升的先決條件，是實現農業可持續發展的基礎，土壤物理、化學性質及生物學特性與土壤健康密切相關[1]。現代農業以不斷提高土地集約化利用的方式來獲得作物高產，嚴重危及土壤健康和糧食安全[2]。小麥作為人類主要糧食作物之一，在人類膳食結構中占據重要地位[3]，隨著生活水平的提高，人們對小麥營養品質的要求日益增加。華北平原地區作為我國糧食作物的主產區，由于長期采用傳統耕作方式，使得耕作層變淺，養分利用率降低[4]，不斷凸顯的土壤問題嚴重影響小麥的生長，小麥籽粒營養品質隨之失去保證。

耕作方式是改善土壤耕層質量、培肥地力的重要途徑，對土壤健康、作物營養品質的提升具有關鍵作用[5]。目前，我國農田耕作方式主要有傳統耕作(翻耕)、少耕 (淺耕、旋耕)、免耕 (留茬覆蓋)和休耕等模式。研究表明，不同耕作方式對土壤容重、孔隙度和含水量、土壤pH、碳氮養分含量及土壤微生物的影響差異顯著[6]。與傳統耕作方式相比，免耕對土壤物理性質的改善效果最為明顯，有助于形成良好的土壤結構，減少土壤侵蝕[7]。少、免耕等保護性耕作可改變土壤pH，提高土壤緊實度，增加土壤持水性，從而影響土壤微生物的多樣性和土壤對作物生長的適宜性[8]。頻繁翻耕會加速土壤微生物對有機質的消耗，導致土壤有機碳含量降低[9]，不利于土壤健康的維持。而休耕則有利于土壤儲存更多的碳[10]，促進土壤有機碳的增加與積累，從而提高土壤質量。史功賦[11]認為休耕利于作物的生長發育和土壤生產力的穩定維持。土壤微生物數量和種類與耕作方式密切相關，不同耕作方式對土壤微生物群落代謝和功能多樣性產生影響[12]。少耕耕作措施增加了土壤微生物生物量，免耕條件下微生物多樣性指數、優勢度指數和豐富度指數比翻耕和旋耕均顯著下降[13]。

小麥籽粒中富含很多有益于人體健康的營養物質，包括蛋白質、氨基酸、維生素、微量元素等[14]，不同營養物質在小麥籽粒中的積累與分布受到遺傳、栽培條件及土壤質量的影響。小麥生長所需礦物養分來源于土壤，不同耕作方式會導致土壤養分、水分狀況發生改變，從而影響營養元素的吸收和利用，影響小麥籽粒營養物質的積累與分配[15–16]。少耕和免耕常應用于有機種植模式中，減少土壤擾動的耕作方式能增加土壤有機質含量并有效減少水分流失，對作物生長及營養品質的形成起到積極作用[17]。目前已有研究多集中在耕作方式對部分土壤理化性質或微生物學特性指標的影響，以及常見土壤環境因子對小麥蛋白質、淀粉含量影響的分析，而針對不同耕作模式下土壤健康和小麥氨基酸、微量元素等營養品質指標的變化規律以及各指標之間相互關系的研究關注較少。因此，本研究以華北小麥–玉米輪作農田為對象，研究了傳統耕作、旋耕、休耕和免耕對土壤理化性質、微生物學特性的影響，探索耕作方式對小麥營養品質的影響機制，為小麥營養品質的提升和農業可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

試驗地位于山東省德州市齊河縣宋坊農場 (116°46'E，36°47'N)，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區，四季分明，氣候溫和，冷熱季和干濕季明顯，海拔20 m，年平均氣溫13.4℃，年降水量622 mm，無霜期217天。試驗地土壤類型為濕潮土，土壤表層0—20 cm土壤 pH 7.93，有機質 9.47 g/kg，銨態氮 4.48 mg/kg，硝態氮 15.15 mg/kg，全氮1.44 g/kg，有效磷 16.1 mg/kg。種植制度以小麥–玉米輪作為主。

1.2 試驗設計

田間試驗共設置4個耕作措施處理：1）傳統耕作，自2012年起每年使用深耕犁深翻1次，深度約30 cm；2）旋耕，自2012年起每年采用旋耕機旋耕1次，深度約10 cm，每3年使用深耕犁深翻1次，深度約30 cm；3）休耕，自2015年麥收后休耕4年種植苜蓿，于2019年6月清除苜蓿并旋耕土壤后種植玉米，之后常規輪作小麥、玉米；4）免耕，自2012年起每3年深松一次，深度約30 cm。

每個耕作處理地塊面積不小于1335 m2，小麥品種為濟麥22號，施肥方式均為基施復合肥 (N–P2O5–K2O 質量分數為 18%–18%–18%) 750 kg/hm2，后期不追肥。各處理秸稈還田方式相同，均在小麥收獲后將秸稈粉碎直接還田，還田量為3000 kg/hm2。

1.3 樣品采集

于2020年6月采集土壤樣品和小麥籽粒樣品。每個小區沿“S”形隨機取10個點，使用100 cm3環刀在剖面10 cm處采集土壤樣品放置冰盒內，用于土壤容重及孔隙度測定；用直徑3 cm的土鉆鉆取耕層 (0—20 cm)土壤樣品，混合均勻后剔除雜物，利用“四分法”選取500 g樣品放置冰盒帶回實驗室，一部分風干過篩用于理化性質分析，一部分4℃冷藏用于速效氮的測定，其他部分放置于?80℃冷凍用于微生物的測定。每個小區隨機選取150穗小麥，采集后自然風干脫粒并磨成粉狀，過0.15 mm篩后測定籽粒淀粉、蛋白質、氨基酸、微量元素等營養品質指標。

1.4 測定方法

1.4.1 土壤理化性質 土壤容重及土壤孔隙度采用環刀法測定，其中土壤密度取耕地土壤表土平均密度 (2.65 g/cm3)；土壤含水量采用烘干法測定 (烘箱105℃，24 h)；土壤有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定；土壤pH采用玻璃電極法 (水土質量比2.5∶1)測定；土壤銨態氮、硝態氮、全氮采用AA3-全自動連續流動分析儀 (AA3 Bran+Luebbe Corp)測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定。

1.4.2 土壤微生物學特性 土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸，硫酸鉀浸提，TOC自動分析儀測定；使用試劑盒 (MIO-BIO PowerSoil DNA Isolation Kit)提取土壤DNA，利用瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取純度，當OD260/OD280達1.6～1.8時，進行DNA文庫構建并采用Illumina MiSeq高通量測序，分析土壤微生物群落組成及多樣性。

1.4.3 小麥籽粒營養品質測定 籽粒蛋白質采用濃硫酸消煮—半微量凱式定氮法測定；總淀粉采用酶水解法轉化為還原糖，再利用滴定法測定還原糖總量；水解氨基酸含量采用氨基酸自動分析儀 (日立LA8080)測定；微量元素使用硝酸消解后用電感耦合等離子體質譜儀 (鈣元素optima 8000，鐵鋅硒元素iCAPQ)測定。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用SPSS 22.0進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，細菌菌群與土壤理化性質間的相關性采用Pearson相關分析，作圖軟件包括Origin 2017、Canoco for Windows 5.0 及 AI2018。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式下土壤理化性質分析

2.1.1 不同耕作方式對土壤物理性質的影響 如表1所示，休耕處理較傳統耕作顯著提高了土壤容重，降低了土壤孔隙度 (P<0.05)。土壤含水量各處理間差異顯著，高低順序為：休耕>旋耕>免耕>傳統耕作，休耕處理的土壤含水量比傳統耕作提高了37.05% (P<0.05)。

表1 不同耕作方式下土壤物理性質Table 1 Soil physical properties under different tillage methods

2.1.2 耕作方式對土壤化學性質的影響 由表2可知，4種耕作模式下土壤pH均呈現弱堿性，且處理間沒有顯著差異 (P<0.05)。與傳統耕作相比，旋耕、休耕、免耕處理顯著增加了土壤銨態氮含量，分別提高14.48%、27.83%和11.76%，且休耕處理高于旋耕和免耕處理 (P<0.05)。土壤硝態氮與有效磷含量在4種處理下變化趨勢一致，且差異性顯著，均表現為休耕>免耕>旋耕>傳統耕作 (P<0.05)。此外，與傳統耕作相比，其他3個耕作處理顯著提高了土壤全氮和有機質含量，土壤有機質提升達35.28%～56.00% (P<0.05)。

表2 不同耕作方式下土壤化學性質Table 2 Soil chemical properties under different tillage methods

2.2 不同耕作方式下土壤微生物學特性分析

2.2.1 耕作方式對微生物量碳、氮的影響 由圖1可知，4種耕作模式下土壤微生物量碳、氮差異顯著，且變化趨勢一致。與傳統耕作相比，減少土壤擾動的耕作處理土壤微生物量碳、氮有增加趨勢，其中休耕、旋耕和免耕處理的微生物量碳含量分別提高了100.70%、75.86%和14.23%，而微生物量氮含量則分別提高79.85%、48.40%和23.70% (P<0.05)。

圖1 不同耕作方式下土壤微生物量碳氮的變化Fig.1 Changes in soil microbial biomass carbon and nitrogen under different tillage methods

2.2.2 耕作方式對土壤細菌結構的影響 利用高通量測序技術分析土壤細菌群落結構，基于細菌16S rRNA序列分析，經過質控后平均得到 89604條有效數據，質控有效數據量達65429 (有效率72.33%)。按照97%的一致性將序列聚類成為OTUs，共得到8430個OTUs，將OTU均一化處理后繪制Venn圖(圖2)，可以直觀反映出各處理之間土壤細菌群落OTUs組成的差異性及重疊關系。結果表明，傳統耕作、旋耕、休耕和免耕處理的土壤分別獲得5404、5523、5645、5650個OTUs；特異性OTU數分別為403、387、404、410個；共有的OTU數為3741個，占OUT總數的44.38%。

在門分類水平上對細菌群落組成和相對豐度進行分析，得到物種相對豐度柱形圖 (圖2)。小麥季不同耕作方式處理的優勢細菌門 (相對豐度>5%)有：變形菌門 (Proteobacteria，38.12%～41.50%)、酸桿菌門 (Acidobacteria，16.69%～19.80%)、擬桿菌門 (Bacteroidetes，11.32%～12.90%)、放線菌門 (Actinobacteria，6.73%～8.93%)和芽單胞菌門 (Gemmatimonadetes，5.65%～6.45%)。從門分類水平上對物種相對豐度排名前10的數據進行Duncan’s多重比較分析 (圖3)，結果顯示，與旋耕處理相比，休耕、免耕處理顯著降低了放線菌門的相對豐度 (P<0.05)。同時，免耕、休耕處理顯著提高了厚壁菌門 (Firmicutes)和疣微菌門 (Verrucomicrobia)的相對豐度 (P<0.05)。除此之外，在其他菌門中，4種耕作方式處理間沒有顯著差異 (P<0.05)。

圖2 不同耕作方式下土壤細菌OUTs分布Venn圖、在門分類水平下物種相對豐度Fig.2 Venn diagram of OTUs distribution of soil bacteria and column diagram of bacterial relative abundance at phylum level under different tillage methods

圖3 不同耕作方式下土壤細菌門相對豐度變化Fig.3 Changes of relative abundance of soil bacteria categories under different tillage methods

2.2.3 耕作方式對土壤細菌Alpha多樣性的影響土壤細菌群落豐富度 (Chao1指數和ACE指數)和細菌群落多樣性 (Shannon指數和Simpson指數)分析結果顯示 (表3)，旋耕、休耕、免耕處理的Shannon指數分別較傳統耕作提高了1.54%～2.16% (P<0.05)，同時Simpson指數也有顯著提升。Chao1指數范圍在3883.78～4098.70，ACE指數范圍在3925.58～4169.06，與傳統耕作相比，旋耕、休耕和免耕處理土壤細菌群落豐富度增加，且休耕處理提高最多(P<0.05)。

表3 不同耕作方式下土壤細菌Alpha多樣性指數的影響Table 3 The diversity index of soil bacteria at alpha under different tillage methods

2.3 不同耕作方式對小麥籽粒營養品質的影響

2.3.1 耕作方式對小麥籽粒氨基酸含量的影響 如圖4所示，與傳統耕作相比，休耕處理小麥氨基酶總含量有顯著增加趨勢，旋耕和免耕處理的氨基酸總含量有增加趨勢，但均未達到顯著水平。不同耕作方式處理下小麥籽粒17種氨基酸含量變化呈現不同趨勢。其中各處理小麥籽粒氨基酸含量最高的是谷氨酸，比例高達34.55%～34.89%，4種處理間差異顯著，表現為休耕>免耕>旋耕>傳統耕作 (P<0.05)。休耕處理顯著降低了天冬氨酸含量，與傳統耕作相比減少了5.09% (P<0.05)，除此之外，其他氨基酸含量變化趨勢與總氨基酸基本一致，但休耕對各組分氨基酸影響程度不同，其中4種耕作處理下蘇氨酸、絲氨酸、丙氨酸、纈氨酸、賴氨酸、組氨酸含量沒有顯著變化 (P<0.05)。

圖4 不同耕作方式下小麥籽粒氨基酸總量及17種氨基酸含量Fig.4 The total amino acids and 17 kinds of amino acids in wheat grains under different tillage methods

2.3.2 耕作方式對小麥籽粒蛋白質、淀粉含量的影響 由圖5可知，旋耕、休耕和免耕處理下小麥籽粒的蛋白質含量顯著高于傳統耕作，分別增加了2.99%、4.90%和4.05%，3種處理間沒有顯著差異(P<0.05)。休耕處理下小麥籽粒的淀粉含量較傳統耕作顯著增加，旋耕與免耕處理對小麥籽粒淀粉含量影響不顯著 (P<0.05)。

圖5 不同耕作方式下小麥籽粒蛋白質、淀粉含量Fig.5 Protein and starch contents in wheat grain under different tillage methods

2.3.3 耕作方式對小麥籽粒微量元素含量的影響 如表4所示，與傳統耕作相比，休耕和免耕處理下小麥籽粒中鈣元素含量有增加趨勢，但沒有顯著差異 (P<0.05)。減少對土壤擾動的耕作模式下小麥籽粒鐵元素含量提高，且在休耕處理下最高，與傳統耕作相比提高了7.27% (P<0.05)。旋耕、休耕、免耕處理顯著增加了小麥籽粒鋅元素含量，分別較傳統耕作高出了14.89%、23.01%和10.00% (P<0.05)。此外，休耕處理還顯著增加了硒元素含量 (P<0.05)。

表4 耕作方式對小麥籽粒微量元素含量的影響(mg/kg)Table 4 Effects of tillage methods on trace element content in wheat grain

2.4 土壤環境對小麥營養品質的影響

由土壤環境因子與小麥營養品質相關性熱圖(圖6)可知，小麥籽粒淀粉、鋅元素、硒元素與土壤銨態氮、硝態氮、有效磷、微生物量碳均呈顯著正相關關系。同時，小麥籽粒淀粉、鋅元素與土壤微生物量氮顯著正相關。小麥籽粒蛋白質與土壤含水量、硝態氮、有效磷顯著正相關，而氨基酸總量與土壤銨態氮、硝態氮、有效磷呈顯著正相關關系。

圖6 土壤環境因子與小麥籽粒營養品質相關分析Fig.6 Correlation analysis between soil environmental factors and wheat nutrient quality

為進一步明確不同耕作方式下土壤細菌群落與小麥籽粒營養品質的相關性，對門分類水平相對豐度排名前10位的菌門與小麥籽粒營養品質指標進行Pearson相關性分析 (表5)，結果表明，有7個細菌門類與小麥籽粒營養品質有顯著相關關系，其中變形菌門與小麥籽粒淀粉含量顯著正相關，厚壁菌門與鈣、鋅、硒元素呈顯著正相關關系，變形菌門和擬桿菌門與硒元素顯著正相關，綠彎菌門與氨基酸總量顯著正相關，疣微菌門與小麥淀粉、氨基酸總量、鐵、鋅、硒元素呈極顯著或顯著正相關關系；而奇古菌門與氨基酸總量極顯著負相關，放線菌門與蛋白質、氨基酸總量均呈極顯著負相關關系。

表5 土壤細菌群落與小麥籽粒營養品質相關性分析Table 5 Pearson correlation analysis between main bacterial flora in soil and wheat nutrient quality

對土壤環境因子、土壤細菌群落及小麥營養品質進行冗余分析 (圖7)，結果表明，第一排序軸與第二排序軸分別貢獻了79.69%和8.3%的小麥籽粒營養品質變化。土壤孔隙度與小麥籽粒營養品質成負相關，其他土壤環境因子及土壤細菌多樣性、豐富度指數與小麥籽粒營養品質均呈正相關。其中銨態氮 (F=25.7，P=0.002)、微生物量碳 (F=4.9，P=0.008)、全氮 (F=3.3，P=0.028)、pH (F=3.1，P=0.036)是影響小麥籽粒營養品質的主要環境因子。利用結構方程模型將耕作方式影響作物營養品質的作用路徑進行定量化 (圖8)。不同的耕作方式對小麥季土壤環境因子以及土壤細菌多樣性具有顯著的正效應 (P=0.637**，P=0.346**)，同時土壤環境因子也會顯著影響土壤細菌多樣性 (P=0.663***)，土壤環境因子極顯著影響小麥籽粒營養品質 (P=0.896***)。此外，土壤環境因子、土壤細菌多樣性以及營養品質的解釋量r2分別為40.6%，75.2%以及81.4%。

圖7 土壤環境因子、土壤細菌群落與小麥籽粒營養品質冗余分析Fig.7 Redundancy analysis (RDA) of soil environmental factors, soil bacterial communities, and nutrient quality of wheat grains

圖8 土壤環境因子、土壤細菌群落多樣性與小麥籽粒營養品質結構方程模型Fig.8 Structural equation model of soil environmental factors, bacterial community diversity and wheat grain nutritional quality

3 討論

減少土壤擾動的耕作方式能夠改善土壤物理結構，進而影響土壤蓄水保墑能力以及對小麥的養分供應[18–19]。土壤容重、孔隙度是表征土壤物理性質的關鍵指標，不同耕作方式對土壤物理性質的影響由于地區土壤類型、耕作管理年限及機械操作不同而產生差異。本研究中對土壤進行休耕處理后發現土壤容重、土壤含水量較傳統深翻處理有顯著提高，而土壤孔隙度則相反。這與前人研究結果一致，降低對土壤的擾動頻次使得土壤蓄水保肥力增強，土壤容重及含水量變大，與此同時土壤孔隙度隨之下降[11, 20]。可能是由于本試驗地區采用小麥–玉米輪作的種植制度，傳統深翻耕作會對土壤表層進行頻繁機械擾動，造成土壤孔隙變大從而提高了土壤孔隙度。

土壤化學性質的變化會直接影響土壤健康及作物生長狀況，不同耕作方式對土壤化學性質影響程度不同。硝態氮和銨態氮是小麥易于吸收的速效氮形態。本研究表明，傳統翻耕處理的硝態氮、銨態氮含量顯著低于其他3種處理，休耕處理下硝態氮、銨態氮含量達到最高。這可能是由于對土壤擾動變大從而使土壤孔隙度增大，導致硝態氮發生淋溶作用而蒸發，進而使得傳統深翻、旋耕的硝態氮含量下降[21]。頻繁、持續的犁翻土壤，會導致表層土壤有機質含量下降，從而加劇農田表層土壤流失和養分損失，郭曉霞[22]試驗表明，免耕較傳統耕作更有利于土壤的碳儲存，增加有機質含量，促進作物生長。這與本研究結果相同，耕作強度降低導致土壤與外界空氣接觸較少，降低了土壤養分礦化分解速率。但本研究中旋耕處理下有機質含量較高，這可能是因為旋耕僅打破0—10 cm土壤犁底層，秸稈仍然保留在表層并充分腐解，使表層土壤有機質含量得到顯著改善。本研究結果表明，傳統深翻處理下土壤全氮含量最低，由于秸稈在休耕、免耕、旋耕處理下腐解轉化效率更快，釋放出更多氮素儲存在土壤，導致土壤全氮有所提升[23]。表層土壤的有效磷受不同耕作方式影響顯著[24]。本研究中，4種耕作處理間有效磷含量具有顯著性差異，耕作方式通過改變土壤物理結構及氧化還原電位，從而影響磷在土壤中的含量及轉移變化。

土壤微生物多樣性及豐富度與土壤生態系統的健康密切相關[25]。休耕能夠增加土壤微生物量碳、氮含量，調節土壤微環境、培肥地力[26–27]。本研究發現，休耕處理下微生物量碳、氮含量顯著高于其他3種耕作處理，這可能是由于種植作物的殘體遺留在土壤表層，而旋耕、休耕和免耕對土壤表層土壤擾動較小，導致其微生物活性和生物量有所增加。土壤細菌群落結構組成受種植作物和土壤養分環境的影響，不同耕作方式下細菌種群的組成和豐度存在一定差異。本研究4種耕作方式處理中菌門的相對豐度含量不盡相同，休耕處理與免耕深松處理下的放線菌門相對豐度較低，這可能是由于兩種處理下土壤質地、養分環境較好，降低了其豐度[28–29]。研究發現免耕、休耕措施能夠增加厚壁菌門的相對豐度，Rodrigues等[30]的研究表明厚壁菌門是可快速繁殖生長的喜好高營養環境的細菌門類，而免耕、休耕模式恰好較傳統深翻耕作具有更良好的養分狀況。土壤細菌群落結構及其多樣性有利于維持穩定的土壤生態系統，進而為小麥生長提供更有利條件。本研究表明，免耕、休耕處理的土壤細菌群落多樣性指數及細菌群落豐富度指數顯著高于傳統翻耕處理。與前人研究結果一致，這可能是由于減少對土壤擾動的保護性耕作改變了土壤理化性質，減少土壤環境異質性，進而增加土壤細菌群落多樣性[31]。

小麥的營養品質不僅與品種、區域環境和生態條件有關，還與栽培措施、耕作方式關系密切。土壤水肥情況對小麥籽粒營養品質的形成有顯著影響，不同耕作方式能夠顯著改變土壤水肥條件和土壤性狀[32]，因此，耕作方式勢必對小麥品質產生一定的影響。關于耕作方式對小麥營養品質影響的研究較少，Salem等[33]表示，長期免耕處理小麥籽粒蛋白質含量顯著低于常規耕作和少耕。還有研究表明，深松覆蓋和免耕覆蓋可以顯著提高小麥籽粒淀粉含量[34]。江曉東[35]研究表明，少耕有利于改善籽粒蛋白質質量，且籽粒氨基酸含量變化趨勢與蛋白質基本一致。本研究發現，傳統深翻處理下蛋白質含量顯著低于免耕深松處理、休耕處理和旋耕。這可能是由于在一定閾值范圍內，小麥蛋白質含量與土壤中氮素含量呈正相關關系，且小麥蛋白質含量對土壤水分含量降低的響應表現為先降低后升高[31,36–37]。淀粉含量表現為休耕處理顯著高于其他3種耕作處理，且傳統深翻處理最低，這與前人的研究結果相一致。原因是淀粉含量高低與土壤質量相關指標變化密不可分，尤其是氮、磷等速效養分及土壤含水量[35, 38]。同時，作物中微量元素的積累受到栽培管理方式的影響，本試驗結果中，休耕下微量元素含量較其他3種耕作處理具有優勢。這與沈浦等[39]研究結果一致，作物各微量營養元素吸收量均以深耕和淺耕最低，免耕最高。

土壤是作物生長所需養分的直接來源，不同耕作方式通過改變土壤養分狀況直接影響作物生長及發育，從而影響小麥籽粒營養品質。小麥籽粒營養品質的形成與土壤群落多樣性、土壤環境因子密切相關。通過相關性分析發現土壤理化性質、土壤細菌群落與小麥籽粒營養品質之間均存在一定的內在聯系。休耕通過減少對土壤擾動，提升土壤速效養分及微生物量碳、氮含量，為細菌群落提供更適宜的土壤環境，進而提升富營養細菌門類的相對豐度，促進作物生長發育及營養物質吸收，改善小麥營養品質。土壤pH的降低會活化土壤中的Ca2+，促進小麥對鈣的吸收，從而增加小麥籽粒中鈣元素含量[40]。與此同時，鐵元素含量與土壤含水量相關，小麥籽粒鋅元素的吸收會受到土壤有機質含量的影響[41]，氮素的增加會提高籽粒中鋅、鐵的積累量[42]。小麥籽粒硒元素含量與有效磷含量呈顯著正相關關系[43]，與本研究結果一致。冗余分析發現，影響小麥籽粒營養品質形成的主要因素并非土壤細菌群落多樣性。同樣，結構方程的結果也印證了這一點，不同耕作方式通過影響土壤環境因子與細菌群落多樣性，進而影響小麥籽粒營養品質。在結構方程模型中，從標準總效應來看，小麥籽粒營養品質受到土壤環境因子的影響最大，其次為耕作方式，而土壤細菌多樣性對小麥籽粒營養品質的影響系數較低。SEM進一步量化了耕作方式影響小麥營養品質的路徑系數，耕作方式對小麥籽粒營養品質的總解釋率達到81.4%。耕作方式通過調節土壤環境因子對作物籽粒營養品質起到積極效應，而休耕通過減少對土壤擾動，提升土壤速效養分及微生物量碳、氮含量，為細菌群落提供更適宜的土壤環境，促進小麥生長發育及營養物質吸收，改善小麥營養品質。這一結果進一步證實了耕作方式以土壤環境為中介，對小麥籽粒營養品質起到調控作用。

4 結論

1)免耕、休耕和旋耕措施能夠提高土壤含水量、銨態氮、硝態氮、有機質、全氮及有效磷含量，并能夠改善土壤細菌群落多樣性及豐富度。休耕還可提高土壤容重，降低土壤孔隙度，通過調節土壤細菌群落結構進而改善土壤。減少對土壤擾動的耕作方式更有利于培肥農田土壤，增強土壤蓄水能力，提高土壤細菌群落多樣性，為小麥生長提供有利條件。

2)小麥籽粒淀粉含量、微量元素含量、氨基酸及其組分含量在休耕處理下顯著提高，而小麥籽粒蛋白質含量在減少土壤擾動的耕作模式下均顯著提高。土壤環境因子極顯著影響了小麥籽粒營養品質，土壤銨態氮、微生物量碳、全氮、pH是影響小麥營養品質的主要環境因子。

3)少耕、免耕等耕作方式對土壤環境因子及土壤細菌群落具有顯著的正效應，通過改變土壤環境因子、細菌群落結構進而影響小麥籽粒營養品質的形成。因此，在保證糧食安全的前提下，合理選擇和搭配耕作措施，適時休耕養地是改善土壤健康狀況和提升小麥籽粒營養品質的有效途徑。