黑土區不同耕作措施對土壤水分和玉米產量的影響

摘要： 【目的】研究東北黑土區不同保護性耕作措施對土壤養分、玉米產量及水分利用的影響，為該區旱作農田耕作技術應用提供理論支持。【方法】于2019 年在黑龍江省齊齊哈爾進行田間試驗，設置4 個耕作措施處理：1） 秋季清理玉米秸稈并旋耕整地玉米連作（傳統耕作）；2） 玉米飼草間作，飼草盛期刈割覆蓋，秋天深翻還田（糧草間作）；3） 玉米單作，秸稈覆蓋還田免耕（覆蓋免耕）；4） 休耕3 年后旋耕整地，次年播種玉米并傳統方法整地（休耕再耕作）。3 年后（2022 年） 于播種前取樣，分析0—20 cm 土層土壤養分含量和0—100 cm 土層土壤容重。在玉米出苗前、苗期、抽雄期和成熟期，每20 cm 為1 層，分析0—100 cm 土層土壤水分含量，調查玉米產量和水分利用效率。【結果】與傳統耕作比，糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作3 個耕作處理0—20 cm 土壤容重顯著降低，以休耕再耕作容重最低；苗前0—20 cm 土層土壤儲水量分別顯著增加了6.36%、13.17% 和23.09%，糧草間作與休耕再耕作20—100 cm 土層土壤儲水量顯著低于傳統耕作。糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作3 個耕作處理玉米田間耗水量較傳統耕作分別減少14.18%、9.26% 和10.96%，水分利用效率分別提高48.51%、26.22% 和42.46%，土壤有機碳含量分別增加2.24%、11.52% 和15.68%。與傳統耕作方式相比，糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作對玉米穗行數無顯著影響，但顯著提高玉米行粒數，因此產量分別提高27.46%、14.54%和26.87%。【結論】保護性耕作可有效提高土壤有機碳含量，增加土壤水分，減少玉米田間耗水量，顯著提高玉米產量14%～28% 和水分利用效率26%～49%。因此，在東北黑土區旱作農田推廣保護性耕作是一種增產、節水的有效途徑。

關鍵詞： 保護性耕作； 儲水量； 玉米耗水； 水分利用效率； 作物產量

東北黑土區是我國重要的糧食生產基地，糧食產量和商品糧調出量分別占全國總量的近1/4 和1/3[1]。同時，該地區是典型的雨養農業區，生育季土壤水分和養分的有效利用會直接影響作物產量[2]。旋耕是當前東北黑土區農業生產中最常見的一種傳統耕作方式，但連年旋耕加秸稈離田，易造成農田耕層淺薄，并導致土壤通氣、透水、養分供應能力變差[3]，嚴重制約黑土地產能的可持續性[4]。耕作管理措施通過改變土壤擾動和地表覆蓋來調控農田水、養分供應能力，進而影響作物生長及產量構成[5]。因此，合理耕作管理措施對充分發揮耕地生產力并實現土壤水、養分資源高效利用十分必要，對東北黑土區乃至國家糧食安全保障具有重要的戰略意義。

糧草間作、覆蓋免耕以及耕地（自然） 休耕是保護性耕作的重點工作內容，也是東北黑土區耕地保育和糧食產能提升的有效措施。糧草間作在旱區坡耕地上可通過其水土保持效應，顯著提高土壤水分和養分供應能力，從而實現糧食增產[6?7]。然而，在東北黑土區，糧草間作對作物產量影響不一致[8?10]；宿慶瑞[8]在東北中低產黑土區的研究發現，糧草間作導致土壤容重降低、玉米減產；但田慧梅[9]和許芳維[10]的研究卻發現，合理糧草間作通過光、水、肥互補，產量高于單作模式。覆蓋免耕通過減少土壤擾動提升土壤蓄水保墑[11?12]和養分供應能力[13?14]，并提高作物光合作用[15]，進而實現作物增產，但增產方式并不一致。魯悅等[14]研究表明，覆蓋免耕結合秸稈還田能夠通過增加玉米光合作用，提高籽粒產量；而焦曉光等[15]研究發現，秸稈覆蓋通過提高氮肥利用效率提高玉米產量及其構成因子。休耕是一種通過自然植被恢復耕地地力和鞏固糧食產能的農田管理措施[16]。自然休耕不僅能影響土壤剖面水分分布[17]，而且能顯著增加土壤表層養分含量[ 1 8 ]，從而實現用地和養地相結合的目的[19]。鄒文秀等[17]研究發現，休耕處理下土壤剖面含水量從表層到深層表現為先增加后減小的趨勢。周偉等[18]研究發現，長期撂荒有利于表層土壤碳積累和穩定，而深層土壤固碳能力會變弱。

綜上可知，保護性耕作通過調控生育季土壤水分和養分供應，進而影響作物產量，但不同保護性耕作方式下影響因素并不明確。本研究從玉米生育期土壤水、養分供應入手，結合土壤水分動態以及玉米生長性狀指標的變化，對糧草間作、覆蓋免耕、休耕再耕作的增產效果展開分析，通過測定不同保護性耕作方式下土壤容重、水分和養分等理化指標以及玉米生長和產量構成，明確保護性耕作對玉米產量及其構成的影響和驅動因素，以期為東北黑土區耕地可持續利用和玉米的穩產增產提供科學依據。

1 材料與方法

田間試驗布設在黑龍江省水利科學研究院齊齊哈爾梅里斯試驗站（123°75′E，47°31′N）。該區地處松嫩平原中西部，屬中溫帶大陸性季風氣候，雨熱同期。近10 年（2010—2020 年） 年平均氣溫5.7oC，大于10oC 積溫為2556℃～914℃，月平均氣溫7 月最高（約為24°C），1 月最低（約為?18°C）。2022 年5—10 月（玉米生育季） 大于10℃ 積溫為1416℃，占全年有效積溫98%，作物積溫利用充分。試驗地地下水水位埋深20—40 cm，是典型的雨養農業區。據梅里斯試驗站氣象站監測數據（圖1） 顯示，2022 年度玉米生育季內降雨量為441 mm （占全年總降雨量83.8%），較近10 年同期降雨量均值降低5.8%。

1.1 試驗設計

試驗始于2019 年，試驗區供試土壤是黑鈣土，試驗前土壤基本理化性質為：容重1.34 g/cm3，含水量0.29 g/g，pH 7.5，有機質14.9 g/kg，全氮1.77 g/kg，全磷1.64 g/kg，全鉀24.7 g/kg，速效氮15.74 mg/kg，速效磷43.5 mg/kg，速效鉀131 mg/kg。供試玉米品種為天育108，壟臺寬為65 cm，壟溝寬為35 cm，小區平均種植密度為8.46 萬株/hm2。共設置傳統耕作（對照）、糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作4 個處理。試驗小區長200 m、寬150 m，每個處理3 次重復，且各試驗小區間設置6 壟隔離帶。具體實施方法見表1。

1.2 測試指標及方法

1.2.1 土壤樣品采集及理化指標測定

2022 年，在玉米出苗前，用柴油動力土鉆，按五點取樣法，在每小區采集0—20 cm土層土樣，混勻得到土樣1 份。共計采集到混合土樣12 份，將土樣裝入自封袋帶回實驗室風干并剔除雜質過篩。同時于每個小區用環刀法在0—100 cm 的剖面上，每20 cm 采集1 個樣品，共采集5 個原狀土樣，參照《土壤農化分析》[20]進行表層土壤理化性質的測定。

采用電位法測定土壤pH，土水比為1∶5；用KCl 浸提—流動分析儀測定土壤銨態氮和硝態氮含量；用濃硫酸消煮—半微量開氏法測定土壤全氮含量；用NaOH 熔融—鉬銻抗比色法測定全磷含量；用NaOH 熔融—火焰光度計法測全鉀含量；用NH4OAC 提取比色法測定速效鉀含量；用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；用H2SO4?K2Cr2O7 油浴氧化—滴定法測定有機質含量；采用環刀法測定土壤容重。

1.2.2 土壤水分測定及計算

在玉米出苗前、苗期、抽雄期和成熟期，每個小區按五點取樣法用土鉆分別采集0—20、20—40、40—60、60—80 和80—100 cm 5 個土層的土樣，每層土樣混合后，烘干法測定土壤含水量。

土壤儲水量計算公式[11]：

W= 10×h×ρ×ω （1）

式中，W—土壤儲水量，mm；h—土層深度，cm；ρ—土壤容重，g/cm3；ω—土壤含水率，g/g。

玉米田間耗水量公式[21]：

ET = ΔS +P （2）

式中，ET—農田耗水量，mm；P—作物生育期≥5 mm的降雨量，mm；ΔS=（W1?W2），即播種（苗前，W1）和收獲季（W2） 1 m 土體內土壤儲水量變化，mm。

產量水分利用效率公式[22]：

WUE = Y=ET （3）

式中，WUE—產量水分利用效率，kg/（hm2·mm）；Y—作物產量，kg/hm2；ET—作物生育期耗水量，mm。

1.2.3 玉米植株生長性狀測定

在玉米苗期、拔節期、抽雄期和成熟期動態監測玉米植株生長性狀，包括株高、莖粗和葉面積。在小區去除邊行及兩端5 m 后（排除邊行效應），在6 m×2 壟的范圍內，選取長勢均勻且具有代表性的玉米8 株，用卷尺測量從玉米植株基部至植株頂部的高度，表征株高（cm）；測定地面上部近地面第三節間的周長，表征莖粗（cm）；測量植株第三片葉子的長、寬（量取葉片的最長、最寬部位），單株葉面積計算公式如下[23]：

單株葉面積=Σ（L×B×K）/N （4）

式中：L 表示葉長，cm；B 表示葉寬，cm；K 表示校正系數，K=0.75，用求積儀實測面積，再與量取的葉面積相比求得；N 表示實測株數，葉面積單位為cm2。

1.2.4 玉米產量及其構成測定

在玉米成熟期，各小區去除邊行后于中間選取長勢均勻面積為36 m2 樣區（6 壟×6 m） 測產。玉米穗全部收獲后脫粒稱重，并用國家認定且經校準的谷物水分測定儀（PM-8188-A） 測定籽粒含水量，按國家（玉米） 糧食標準水分14.0% 計算產量；此外，各小區選取具有代表性的玉米穗20 個，作為產量構成分析樣本，測定玉米穗行數、百粒重、行粒數等指標，分析不同耕作方式下玉米產量構成的差異[24]。

1.3 數據分析

數據分析使用Excel 2021 和SPSS 26 軟件，繪圖采用Origin 2023 （柱狀圖和折線圖） 和R4.2.2 （RDA雙序圖） 軟件。采用單因素方差分析（ANOVA） 比較4 種耕作方式間土壤理化性質、水分和作物產量的差異，并利用最小顯著差數法（LSD 法） 進行事后檢驗，顯著性水平選取0.05；采用冗余分析法（RDA）明確各耕作方式下土壤養分和水分等環境因素對玉米產量的影響。

2 結果與分析

2.1 不同耕作措施對土壤容重的影響

2022 年為自然休耕地塊休耕3 年后再次耕作的年份。不同耕作措施對剖面各層土壤的容重影響不同。玉米出苗前，傳統耕作各層土壤容重為1.26 ～1.42 g/cm3，0—60 cm 土層間無顯著差異，但顯著大于60—100 cm 土層；糧草間作處理0—60 cm 土層土壤容重也顯著大于60—100 cm 土層；而覆蓋免耕和休耕再耕作處理20—40 cm 土層土壤容重顯著大于其他土層容重（Plt;0.05）。糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作較傳統耕作均顯著降低1 m 土層土壤容重的平均值，分別降低1.37%、0.61% 和3.84% （Plt;0.05）。經過3 年自然恢復后，休耕再耕作處理0—20 cm 土層的土壤容重顯著小于其他3 種處理（圖2）。糧草間作在20—40 cm 土壤容重小于傳統耕作和休耕再耕作，并極顯著小于覆蓋免耕處理（Plt;0.01）。在40—60 cm 土層土壤，糧草間作與覆蓋免耕顯著降低土壤容重，較傳統耕作分別顯著降低13.46% 和12.73% （Plt;0.05）。

2.2 不同耕作措施對土壤水分的影響

結合玉米出苗前土壤含水量和土壤容重（圖2），苗前1 m 土層的土壤總儲水量（W1） 表現為覆蓋免耕gt;傳統耕作gt;休耕再耕作和糧草間作（表2）。與傳統耕作比，糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作在表層（0—20 cm） 的苗前土壤儲水量分別顯著增加了6.36%、13.17% 和23.09%；而糧草間作和休耕再耕作在20—100 cm 土層的苗前土壤儲水量分別顯著降低了4.83%和6.17%。對于成熟期1 m 土層的土壤總儲水量（W2），3 種保護性耕作較傳統耕作分別增加21.58%（糧草間作）、19.18% （覆蓋免耕） 和17.47% （休耕再耕作）。

比較玉米苗前和成熟期土壤儲水量差值（ΔS，W1?W2；表2） 發現，較傳統耕作，糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作的作物田間耗水量（ET） 分別減少14.18%、9.26% 和10.96%。此外，本研究還發現，傳統耕作1 m 土體內各土層都處于耗水狀態，且該耕作方式下玉米在0—20 cm 土層的水分消耗要顯著大于20 cm 以下的4 個土層（Plt;0.05）；糧草間作消耗的主要是20—40 和40—60 cm 兩個土層的水分，而覆蓋免耕（近90%） 和休耕再耕作的作物田間耗水由0—20、20—40 和40—60 cm 這3 個土層供應（圖2）。

在作物苗期，各土層土壤儲水量變化值（Δ1） 大于0 （圖2）。自苗期至玉米抽雄前（即5 月下旬—7 月下旬），傳統耕作1 m 土層和3 個保護性耕作20—100 cm 土壤儲水量變化值 Δ2gt;0，而3 種保護性耕作措施下表層（0—20 cm） 土壤儲水量有所增加（Δ2lt;0）。從抽雄至玉米成熟期（7 月下旬—9 月下旬），各耕作處理均顯著消耗了表層（0—20 cm） 土壤水分，但深層（20—100 cm） 的土壤水分得到了補充（Δ3lt;0）。糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作處理均顯著提高作物水分利用效率（Plt;0.05），較傳統耕作增幅分別為48.51%、26.22%、42.46%。

2.3 不同耕作措施對土壤養分的影響

不同耕作措施下，0—20 cm 土壤pH 無顯著差異。與傳統耕作相比，糧草間作土壤有機碳含量無顯著增加，僅增加2.24%，覆蓋免耕和休耕再耕作有機碳含量分別增加了11.52% 和15.68%。不同耕作方式土壤全氮含量依次為休耕再耕作gt;覆蓋免耕gt;糧草間作≥傳統耕作，相較傳統耕作，休耕再耕作和覆蓋免耕土壤全氮含量分別增加20.94% 和11.62%；休耕再耕作耕層速效氮含量較傳統耕作顯著增加了57.69%；覆蓋免耕耕層全磷含量顯著提高了34.59%；覆蓋免耕和休耕再耕作耕層分別顯著降低了土壤全鉀含量7.74% 和6.92%；糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作顯著減少了耕層速效磷以及速效鉀含量（Plt;0.05），速效磷含量的降幅分別為31.47%、6.02% 和25.60%，速效鉀含量的降幅分別為12.67%、22.17%和32.25% （圖3）。

2.4 不同耕作措施對玉米產量的影響

如表3 所示，休耕再耕作下玉米成苗率顯著高于傳統耕作、糧草間作和覆蓋免耕（Plt;0.05），增幅分別為5.43%、7.63% 和7.63%。玉米拔節期、抽雄期的植株生長指標結果顯示，與傳統耕作相比，玉米株高和葉面積在3 種保護性耕作方式下均顯著增加（表3），玉米莖粗糧草間作和覆蓋免耕措施在拔節期分別增加了6.65% 和9.36%，糧草間作和休耕再耕作處理在抽雄期分別顯著增加6.88% 和12.27% （表3）。與傳統耕作相比，保護性耕作對成熟期玉米穗行數無顯著影響，但顯著提高玉米行粒數（Plt;0.05），玉米百粒重和秸稈量也有一定程度的提高，糧草間作和休耕再耕作處理的玉米百粒重分別提高20.36%和11.31%，糧草間作和休耕再耕作的秸稈量分別提高了11.11% 和12.8%。最終，玉米產量分別提高了27.46% （糧草間作）、14.54% （覆蓋免耕） 和26.87%（休耕再耕作）。

2.5 不同耕作措施下玉米產量的影響因素分析

本研究發現，土壤pH、有機碳、全氮和速效氮等養分指標與玉米成苗率呈顯著正相關（表4），這說明保護性耕作調控土壤的養分供應，保障玉米基本成苗率，為作物產量收獲奠定基礎。此外，在營養生長頂峰期（即玉米抽雄期），全鉀、速效磷含量與株高呈顯著正相關（Plt;0.05）；與此同時，土壤pH、有機碳含量、全氮和速效氮含量與葉面積和產量均呈顯著正相關（表4）。這表明，保護性耕作能通過改變土壤的養分環境，調節作物生長性狀（株高和莖粗），尤其是顯著提高葉面積，從而貢獻于產量（表3和表4，Plt;0.05）。

如表4 所示，0—40 cm 土層的苗前土壤儲水量[W1（1）] 對玉米生長性狀和產量均無顯著影響，但在抽雄期40—60 cm 土層苗前土壤儲水量[W1（2）] 與莖粗和葉面積、60—100 cm 土層苗前土壤儲水量[W1（3）]與莖粗和株高呈顯著正相關（Plt;0.05），這一結果說明深層土壤儲水有利于作物生長，尤其是40—60 cm土層苗前土壤儲水量[W1（ 2 ）] 與產量呈顯著正相關（Plt;0.05）。本研究土壤的供水能力由生育季土壤儲水量變化值表征。由表4 可知，苗期（Δ1） 和抽雄期（Δ2）土壤儲水量變化值與抽雄期莖粗和葉面積呈顯著正相關（Plt;0.05），而各生育期土壤儲水量變化值（Δ1、Δ2 和Δ3） 與產量均呈顯著相關（Plt;0.05）。這一結果說明營養生長期的土壤供水能力直接作用于作物生長從而影響了玉米產量（表4）。與此同時，土壤供水和降雨保障了作物生育所需耗水。本研究發現，作物田間耗水量（ET） 與抽雄期莖粗和葉面積、成熟期穗行數、百粒重和產量均呈顯著正相關（表4），這一結果進一步說明保護性耕作在降低土壤水分消耗的同時，提高了水分的利用效率（WUE），最終提高作物產量（表2 和表4）。

為進一步了解不同保護性耕作方式下土壤水分和養分供應對玉米生長及其產量構成的貢獻，本研究以玉米抽雄期生長指標、產量及其構成指標為響應變量，以土壤水分、養分為環境因子變量進行冗余分析（RDA，圖4）。冗余分析的RDA1 和RDA2軸累計解釋量為66.45%，能充分反映水分和養分等環境因子對玉米生長及產量的影響。傳統耕作與3種保護性耕作（糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作）在RDA1 軸顯著分開（圖4 左），造成這一分異的原因主要是保護性耕作能夠通過調控生育季土壤水分（Δ1、Δ2 和Δ3） 和養分（速效磷和速效鉀） 的供應（RDA1 軸第一、二象限），影響作物生長發育和產量形成（圖4 右，RDA1 軸第三、四象限）。覆蓋免耕和休耕再耕作處理在RDA2 軸上顯著分開（圖4 左），造成這一分異的原因主要是玉米成苗率、抽雄期莖粗、速效氮含量 和40—60 cm 土層苗前土壤儲水量[W1（2）] 的差異，這說明休耕再耕作土壤有更多的速效養分，而覆蓋免耕則能更充分的利用土壤深層水分，以保障玉米成苗和生長。

3 討論

3.1 不同耕作措施對土壤水分的影響

保護性耕作在改善土壤結構的同時，也影響了各層土壤儲水量。糧草間作和覆蓋免耕降低土壤表層 （0—20 cm） 土壤容重，提高表層土壤的蓄水保墑能力[8， 25?26]。宿慶瑞[8]在中低產黑土區為期3 年研究發現，糧草間作較單作（傳統耕作） 土壤容重降低，田間持水能力增加；劉爽等[25]和張興義等[26]在松嫩黑土區的長期研究發現，免耕覆蓋并未顯著增加土壤容重，但提高了土壤結構穩定性，增加土壤蓄水保水能力[26]，尤其可提高作物播種期表層土壤含水量[25]。我們的研究也發現，糧草間作和覆蓋免耕措施下苗前0—20 cm 土層土壤儲水量與傳統耕作比分別增加6% 和13% （圖2），與上述研究結論相同。輪作休耕能顯著改善干旱區土壤物理性狀[27?28]，從而減少作物水分消耗[29]。近年因水資源限制和水土流失加劇，東北黑土區也逐漸采取輪作休耕措施；但對這一保護性耕作措施的關注目前還主要集中在種植結構優化[30?31]和耕地障礙消減上[32]，對休耕措施的保水效應關注較少。在本研究中，休耕再耕作的表層0—20 cm土壤容重低于傳統耕作，但苗前土壤儲水能力卻增加23% （圖2），休耕后再耕作耕地土壤蓄水保水能力得到較大提升，這一結論與劉斐耀等[27]在干旱區綠洲耕地以及任雯麗等[28]在黃土高原的研究結果一致。

保護性耕作能減少玉米生育期內作物田間耗水，提高作物水分利用效率，從而提高土壤剖面儲水量（圖2， 表2）。在本研究中，3 種保護性耕作較傳統耕作比，作物田間耗水量（ET） 分別減少9.26% （覆蓋免耕）、10.96% （休耕再耕作） 和14.18% （糧草間作），而水分利用效率（WUE） 分別提高26.22% （覆蓋免耕）、48.51% （糧草間作） 和42.46% （休耕再耕作），最終成熟期1 m 土層土壤儲水量（W2） 依次表現為：糧草間作gt;覆蓋免耕和休耕再耕作gt;傳統耕作（表2）。糧草間作通過合理的糧草配比和秸稈深翻還田，提高土壤吸收并保持水分能力，并通過增加葉面積降低玉米棵間蒸發量（表2， 表3）。這一結論與路海東等[6]在寧夏南部旱區坡地上的研究結果一致，他們通過連續兩年的研究發現糧草帶狀間作增加生育后期單株葉面積，提高作物水分利用效率。覆蓋免耕則通過秸稈覆蓋減少了陽光對地面的直接輻射，有效地減少了土壤水分蒸發，進而提高作物水分利用效率，實現增產；齊智娟等[33]、田肖肖等[34]和李友軍等[5]研究都驗證了這一觀點；但胡錦昇等[35]通過對連續3 個平水年3 m 剖面土壤水分消耗深度的監測發現，覆蓋免耕與傳統耕作0—100 cm 土體的土壤水分消耗量無顯著差異，但覆蓋免耕增加了水分在下個生長年向土壤深層補給的可能性。休耕再耕作措施下因整地、施肥等人為田間作業活動使土壤水分響應機制復雜。馬濤等[36]在黃土高原輪作休耕的研究中發現，休耕2 年和休耕4 年后再耕作的土地0—40 cm為土壤水分的弱利用層，而40 cm 以下則是土壤水分利用層，且休耕4 年的土壤水分利用層厚度（40—180 cm） 要大于休耕2 年（40—180 cm） 的處理；本研究中也發現，40—60 cm 土層的土壤水分對保障休耕再耕作的苗前土壤儲水和生育季耗水至關重要，休耕再耕作生育季耗水表現為40—60 cmgt;20—40 cmgt;0—20 cmgt;60—80 cm 和80—100 cm （圖2），且40—60 cm 苗前土壤儲水[W1（2）] 直接作用于玉米生長從而保障作物產量（表4，圖4）。

3.2 不同耕作措施對玉米產量的影響

保護性耕作能通過調控土壤水分和養分的供應能力改善農田土壤環境；而土壤水分和養分狀況又是影響作物生長的重要因素，因此不同保護性耕作措施下作物產量的主控環境影響因子可能有所差異。宿慶瑞[8]通過對玉米和草木樨間作的土壤養分研究發現，糧草間作較單作的土壤有機質、速效養分含量及田間持水能力均有所提高，但玉米產量卻降低，這可能是由于研究中草木樨占比過大，光、水、肥不協調所致；而田慧梅[9]研究發現，合理糧草間作通過光、水、肥互補，能得到比單作更高的產量；路海東等[6]研究也表明，糧草間作處理可增加糧食作物生育后期的單株葉面積和生物量，從而實現糧食增產。在本研究中，糧草間作較傳統耕作提高土壤有機碳和全氮含量，減少作物田間耗水，從而獲得更大的葉面積和水分利用效率，最終糧草間作產量較傳統耕作增加27.46% （表2，表3）。

覆蓋免耕通過增加地表覆蓋度，減少土壤水分蒸發、降低土壤有機質礦化[37?38]；與此同時，覆蓋秸稈的還田分解增加了土壤養分[33， 37?38]；此外，覆蓋免耕通過減少土壤擾動，提升土壤蓄水保墑和養分供應能力，提高作物光合作用，進而實現作物增產。本研究發現，與傳統耕作相比覆蓋免耕措施下土壤有機碳、全氮和全磷含量均顯著提高，且葉面積和水分利用效率與作物生長和產量構成密切相關（表4，圖4），最終玉米產量較傳統耕作增加14.54%；齊翔鯤等[13]和魯悅等[14]的研究結果進一步支持了本研究這一結論，齊翔鯤等[13]在黑龍江半干旱區的研究發現，免耕秸稈覆蓋和秸稈還田均能通過養分分配調控玉米產量構成，從而提高了作物產量；而魯悅等[14]在探究長期免耕及不同秸稈覆蓋還田量下玉米光合性能及產量變化規律時，也發現覆蓋免耕能提高玉米抽雄期凈光合速率和蒸騰速率，提高光、水利用效率從而實現增產。

休耕的目的是使耕地得以休養生息，為以后作物生長創造良好的土壤環境和條件[ 3 9 ? 4 0 ]。宋淑均等[39]通過3 年連續研究表明，與休耕前的基礎養分相比，休耕后土壤養分含量顯著增加，其中有機質、全氮和全鉀增幅依次為19.5%、23.0% 和9.2%；王建國等[40]在探索大興安嶺西麓輪作休耕對土壤水分含量和作物產量的影響時發現，休耕后翌年種植小麥的農田土壤體積含水量、水分利用效率和產量均大于連作。本研究則發現，休耕再耕作的土壤有機碳、全氮和速效氮含量較傳統耕作和其他兩種保護性耕作（糧草間作和覆蓋免耕） 更高，該措施下充足的養分供應保障了玉米成苗和生長發育，最終作物產量增幅為26.87%。

4 結論

1） 保護性耕作通過改變土壤容重，減少玉米生育期內作物田間耗水，提高作物水分利用效率，影響剖面土體的土壤儲水量。與傳統耕作相比，3 種保護性耕作（糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作） 方式下出苗前表層（0—20 cm） 土壤容重降低、土壤蓄水保墑能力提高；糧草間作與休耕再耕作方式下深層（20—100 cm 土層） 土壤儲水量均顯著低于傳統耕作。且糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作處理的作物田間耗水量（ET） 分別減少14.18%、9.26% 和10.96%。

2） 糧草間作、覆蓋免耕和休耕再耕作3 種保護性耕作方式均顯著提高玉米產量，但對玉米生長及其產量構成的主導影響因素各不相同。與傳統耕作相比，糧草間作通過提高土壤有機碳和全氮含量、減少土壤耗水，獲得更大的葉面積和水分利用效率，玉米產量增加27.46%；覆蓋免耕則通過提高土壤有機碳、全氮和全磷含量、葉面積和水分利用效率，實現光、水高效和玉米增產14.54%；休耕再耕作方式下土壤有機碳、全氮和速效氮含量較傳統耕作和其他兩種保護性耕作方式（糧草間作和覆蓋免耕） 更高，有充足的養分保障玉米成苗和生長發育，作物產量提高26.87%。

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基金項目：國家重點研發計劃項目（2021YFD1500700）。