聶良鵬+李增嘉+寧堂原郭利偉+馮宇鵬+李娜+丁娜

摘要：在華北平原小麥—玉米兩熟區(qū)，設(shè)置6種年內(nèi)輪耕模式，即小麥季免耕玉米季免耕（WZ-MZ）、小麥季免耕玉米季深松（WZ-MS）、小麥季深松玉米季免耕（WS-MZ）、小麥季深松玉米季深松（WS-MS）、小麥季翻耕玉米季免耕（WC-MZ）、小麥季翻耕玉米季深松（WC-MS），探討年內(nèi)輪耕模式對土壤水穩(wěn)性團聚體碳、氮分布的影響。結(jié)果表明，MS的年內(nèi)輪耕模式比MZ有利于0～40 cm土層微團聚體聚成更大粒級的團聚體和保護大團聚體免受破壞；無論玉米季免耕還是深松條件下，與WZ、WC相比，WS能提高10～40 cm土層>0.25 mm粒級的大團聚體含量；WZ和WS比WC能顯著提高土壤表層有機碳及全氮，使更多的碳、氮在土壤表層聚集；MS比MZ能降低0～10 cm和提高10～40 cm 土層團聚體中有機碳及全氮含量；WZ能顯著提高土壤0～10 cm土壤團聚體中C/N；無論小麥季采用哪種耕作方式，MS比MZ能降低0～10 cm和提高10～40 cm土層團聚體中C/N。

關(guān)鍵詞：年內(nèi)輪耕；小麥-玉米兩熟；土壤水穩(wěn)性團聚體；碳、氮分布

中圖分類號：S158.3文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）09-0063-06

團聚體是維持土壤質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，對土壤的理化性質(zhì)有著重要影響[1]。土壤有機碳是評價土壤質(zhì)量的一個重要因子，它影響著土壤的結(jié)構(gòu)和團聚[2]。土壤有機質(zhì)是團聚體分級的主要膠結(jié)劑，水穩(wěn)性團聚體的形成，必須有賴于土壤中的有機質(zhì)[3，4]，它的積累與分解是維持與提高耕地質(zhì)量、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項重要任務(wù)[5]。土壤有機氮的礦化過程是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮素循環(huán)的核心，影響礦化過程的各種人為和自然因素都直接對土壤氮素供給和作物生長產(chǎn)生重要影響[6]。王勇等[7]研究表明，與傳統(tǒng)耕作相比，深松、旋耕、免耕措施能提高土壤0～40 cm深度大團聚體含量及有機碳貢獻率。劉瑋等[6]研究表明壟作免耕顯著促進了土壤中氮素礦化作用的進行。Angers等[8]認為耕作方式和強度影響有機碳和氮素的礦化速率及碳、氮在土壤中的積累。前人對不同耕作措施對土壤水穩(wěn)性團聚體及碳、氮的分布和穩(wěn)定性做了較多研究[9～11]。而關(guān)于小麥—玉米兩熟區(qū)年內(nèi)采用不同耕作方式組合的輪耕模式對土壤團聚體碳、氮分布的研究較少。隨著保護性耕作技術(shù)在華北平原的應(yīng)用，多年少、免耕后，出現(xiàn)了土壤變硬、容重增大、孔隙變小等土壤質(zhì)量下降的問題[12]。適宜的輪耕模式能改善土壤質(zhì)量[13]。因此，在華北平原小麥—玉米兩熟區(qū)開展年內(nèi)輪耕模式試驗研究，分析年內(nèi)輪耕對土壤團聚體碳、氮分布的影響，為該地區(qū)選取適宜的年內(nèi)輪耕模式和提高土壤質(zhì)量提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2010～2012年在山東省滕州市西崗鎮(zhèn)半閣村（34°95′N， 117°04′E）進行。研究區(qū)為華北平原典型的小麥—玉米一年兩熟區(qū)，屬暖溫帶季風氣候，四季分明，年均日照時數(shù)2 383.0 h，年平均氣溫13.6℃，年平均降水量 773.1 mm，且主要集中在7～9月。供試土壤為砂姜黑土，質(zhì)地粘壤，地下水在5 m以下。試驗前 0～20 cm土壤 pH值6.77，容重1.36 g/cm3，有機質(zhì)25.08 mg/g，全氮1.48 mg/g，速效磷50.16 mg/kg，速效鉀192.33 mg/kg；20～40 cm 土壤 pH值7.48，容重1.45 g/cm3，有機質(zhì)16.87 mg/g，全氮0.96 mg/g，速效磷4.11 mg/kg，速效鉀155.67 mg/kg。

1.2試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為小麥季耕作，分為小麥季免耕（WZ）、小麥季深松（WS）、小麥季翻耕（WC）。副區(qū)為玉米季耕作，分為玉米季深松（MS）和玉米季免耕（MZ）兩種。兩因素相互組合共6個年內(nèi)輪耕處理（表1）。試驗采用冬小麥—夏玉米輪作體系，各處理統(tǒng)一田間管理，小麥季基施氮磷鉀三元復(fù)混肥（18-15-12）750 kg/hm2，后期不追肥，玉米季基施氮磷鉀（30-5-5）配方肥 300 kg/hm2，大喇叭口期追施尿素 600 kg/hm2。小區(qū)面積 15 m×50 m=750 m2，重復(fù)3次。小麥玉米秸稈等量還田，小麥還田量 8 974 kg/hm2，玉米還田量9 968 kg/hm2。深松采用間隔深松，間隔60 cm，深松取樣地點為深松作業(yè)處，其他耕作處理為隨機取樣，重復(fù)5次。

1.3測定項目及方法

于2012年6月7日小麥收獲后在田間用直徑10 cm環(huán)刀（避免外力擠壓，以保持原來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)）按“S”形分布5點分層采集有代表性的原狀耕層土壤，取樣深度分別為0～10、10～20、20～40 cm。運回室內(nèi)后（運輸時避免震動和翻倒），沿土壤的自然結(jié)構(gòu)輕輕地剝開，將原狀土剝成小土塊，同時防止外力的作用而變形，過7 mm篩，并剔去根茬和石塊。土樣平攤在透氣通風處，自然風干。

小麥季免耕玉米季免耕

（WZ-MZ）前茬玉米秸稈全部粉碎還田，2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)前茬小麥秸稈全部粉碎還田，2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)

小麥季免耕玉米季深松

（WZ-MS）前茬玉米秸稈全部粉碎還田，2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)前茬小麥秸稈全部粉碎還田，ZS-180型震動深松機深松1遍（深度35～40 cm），2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)

小麥季深松玉米季免耕

（WS-MZ）前茬玉米秸稈全部粉碎還田，ZS-180型震動深松機深松1遍（深度35～40 cm），2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)前茬小麥季秸稈全部粉碎還田，2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)endprint

小麥季深松玉米季深松

（WS-MS）前茬玉米秸稈全部粉碎還田，ZS-180型震動深松機深松1遍（深度35～40 cm），2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施底基肥、播種作業(yè)前茬小麥秸稈全部粉碎還田，ZS-180型震動深松機深松1遍（深度35～40 cm），2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)

小麥季翻耕玉米季免耕

（WC-MZ）前茬玉米秸稈全部粉碎還田，鏵式犁翻耕1遍（深度15-18 cm），2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)前茬小麥季秸稈全部粉碎還田，2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)

小麥季翻耕玉米季深松

（WC-MS）前茬玉米秸稈全部粉碎還田，鏵式犁翻耕1遍（深度15～18 cm），2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)前茬小麥秸稈全部粉碎還田，ZS-180型震動深松機深松1遍（深度35～40 cm），2BMF-7/14型多功能免耕播種機一次性完成旋耕（深度6 cm）、施基肥、播種作業(yè)

土壤水穩(wěn)定性團聚體含量采用濕篩法[14]。將25 g風干土樣放入水穩(wěn)性團聚體分析儀的套篩（5、2、1、0.5、0.25、0.053 mm）頂層，浸潤10 min，開啟團聚體分析儀，使之達到 20次/min（上下篩動時套篩不能露出水面），定時2 min。篩好后，將套篩拆開，留在篩子上的各級團聚體用細水流通過漏斗分別洗入鋁盒，待澄清后倒去上面的清液，烘箱55℃烘干，空氣中平衡2 h后稱重[15]，計算水穩(wěn)性團聚體的質(zhì)量分數(shù)[16]，重復(fù)3次。土壤團聚體中有機碳、全氮的測定采用常規(guī)分析方法[17]。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 和DPS 7.05軟件進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1土壤團聚體分布狀況

由表2可以看出，不同年內(nèi)輪耕措施對0～10 cm土層水穩(wěn)性團聚體分布的影響不同。MZ、MS條件下，小麥季三種耕作方式對5～7 mm粒級水穩(wěn)性團聚體分布的影響均表現(xiàn)為WZ>WS>WC，差異顯著（P<0.05），且小麥季深松和翻耕條件下5～7 mm粒級水穩(wěn)性團聚體在總團聚體中的分布最少。0～10 cm土層的水穩(wěn)性團聚體多集中在2～5 mm，且數(shù)量顯著高于其他粒級水穩(wěn)性團聚體的分布，各處理之間差異不顯著。在1～2 mm粒級，WS-MS水穩(wěn)性團聚體分布與WS-MZ無顯著性差異，均顯著高于其他處理。不同年內(nèi)輪耕措施在0.5～1 mm和0.25～0.5 mm粒級水穩(wěn)性團聚體的分布表現(xiàn)為WC的年內(nèi)輪耕模式顯著高于WS和WZ。在0.05～0.25 mm粒級，玉米季免耕條件下，小麥季三種耕作方式對水穩(wěn)性團聚體分布無顯著差異；玉米季深松條件下，WZ顯著高于WS和WC。在玉米季免耕條件下，小麥季三種耕作方式對<0.05 mm粒級水穩(wěn)性團聚體分布的影響表現(xiàn)為WZ的年內(nèi)輪耕模式顯著高于WS和WC；玉米季深松條件下，WZ對<0.05 mm粒級水穩(wěn)性團聚體分布顯著大于WS。比較玉米季耕作方式對水穩(wěn)性團聚體數(shù)量的影響發(fā)現(xiàn)，MS的年內(nèi)輪耕模式條件下5～7 mm和<0.05 mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量小于MZ，說明MS有利于0～10 cm土層微團聚體團聚成更大粒級的團聚體和保護大團聚體免受破壞的作用。

由表3可以看出，不同年內(nèi)輪耕措施對10～20 cm土層水穩(wěn)性團聚體分布影響不同。無論玉米季采用哪種耕作方式，在5～7 mm和1～2 mm粒級，小麥季三種耕作方式對團聚體數(shù)量的影響為WS>WZ>WC；而在2～5 mm、0.05～0.25 mm和<0.05 mm粒級卻表現(xiàn)為WC顯著高于WS。無論玉米季采用哪種耕作方式，在0.5～1 mm粒級團聚體分布中，小麥季免耕與小麥季深松的年內(nèi)輪耕模式無顯著差異，均顯著大于小麥季翻耕的年內(nèi)輪耕模式。在0.25～0.5 mm粒級水穩(wěn)性團聚體分布中，玉米季免耕條件下，小麥季三種耕作方式對該粒級團聚體數(shù)量的影響為WS>WC>WZ，玉米季深松條件下表現(xiàn)出相同的趨勢。無論MZ還是MS的年內(nèi)輪耕模式下，WS比WZ、WC能降低10～20 cm土層<0.25 mm粒級的微團聚體數(shù)量。無論小麥季采用哪種耕作方式，MS比MZ能降低2～7 mm和<0.05 mm水穩(wěn)性團聚體數(shù)量。說明MS有利于10～20 cm土層微團聚體團聚成更大粒級的團聚體并具保護大團聚體免受破壞的作用。

不同年內(nèi)輪耕措施對20～40 cm土層水穩(wěn)性團聚體分布影響不同（表4）。20～40 cm土壤水穩(wěn)性團聚體分布要比0～20 cm更為廣泛。WZ處理的年內(nèi)輪耕模式水穩(wěn)性團聚體主要集中在2～5 mm粒級，WS為2～5 mm和0.5～1 mm，而WC模式為0.5～1 mm粒級。無論玉米季采用哪種耕作方式，在0.5～1 mm粒級，小麥季三種耕作方式對水穩(wěn)性團聚體數(shù)量的影響表現(xiàn)為WC>WS>WZ；而在<0.05 mm粒級，則表現(xiàn)為WC>WZ>WS。在5～7 mm和1～2 mm粒級，無論玉米季采用哪種耕作方式，WZ處理的年內(nèi)輪耕模式水穩(wěn)性團聚體數(shù)量比WS和WC多；而在2～5 mm粒級，則表現(xiàn)為WS>WZ>WC，差異顯著。無論MZ還是MS的年內(nèi)輪耕模式下，WS比WZ、WC能降低20～40 cm土層<0.25 mm粒級的微團聚體數(shù)量。無論小麥季采用哪種耕作方式，MS比MZ能降低5～7 mm和<0.05 mm水穩(wěn)性團聚體數(shù)量，顯著降低1～2 mm水穩(wěn)性團聚體分布。說明MS有利于20～40 cm土層微團聚體團聚成更大粒級的團聚體和具保護大團聚體免受破壞的作用。

2.2年內(nèi)輪耕對團聚體有機碳的影響

由表5可以看出，不同年內(nèi)輪耕措施對0～40 cm土層團聚體中有機碳含量產(chǎn)生了較大影響，使之表現(xiàn)出不同含量的分布趨勢。在0～40 cm土層，WZ和WS的年內(nèi)輪耕模式下，有機碳含量隨著土層的加深，含量逐漸降低；WC的年內(nèi)輪耕模式下，由于WC對0～18 cm土層的翻轉(zhuǎn)作用，0～20 cm土層內(nèi)有機碳含量并無顯著變化，20～40 cm土層內(nèi)有機碳含量降低。無論玉米季采用哪種耕作方式，小麥季三種耕作方式對0～10 cm土層團聚體中有機碳的影響表現(xiàn)為WZ>WS>WC。在10～20 cm土層，WS和WC年內(nèi)輪耕模式下有機碳含量顯著高于WZ，WS和WC之間無顯著差異。在20～40 cm土層，無論玉米季采用哪種耕作方式，小麥季三種耕作方式對20～40 cm土層團聚體中有機碳的影響表現(xiàn)為WS>WC>WZ。無論小麥季采用哪種耕作方式，MS比MZ能降低0～10 cm和提高10～40 cm土層團聚體中有機碳含量，但差異不顯著。endprint

2.3年內(nèi)輪耕對團聚體全氮的影響

由表6可以看出，不同年內(nèi)輪耕措施對0～40 cm土層團聚體中全氮含量影響不同。在0～10 cm土層，無論玉米季采用哪種耕作方式，WZ和WS的年內(nèi)輪耕模式比WC能顯著提高團聚體中全氮含量，WZ和WS兩者之間無顯著性差異。在10～20 cm土層，各種年內(nèi)輪耕模式對團聚體中全氮含量影響無顯著差異。在20～40 cm 土層，無論玉米季采用哪種耕作方式，WS和WC的年內(nèi)輪耕模式比WZ能顯著提高團聚體中全氮含量。無論小麥季采用哪種耕作方式，MS比MZ能降低0～10 cm和提高10～40 cm 土層團聚體中全氮含量，但差異不顯著。

2.4年內(nèi)輪耕對土壤團聚體C/N的影響

不同年內(nèi)輪耕對0～40 cm土層團聚體中C/N影響不同（表7）。在0～10 cm土層，無論玉米季采用哪種耕作方式，小麥季三種耕作方式對C/N的影響表現(xiàn)為WZ>WS>WC，三者之間差異顯著。在10～20 cm土層，無論玉米季采用哪種耕作方式，WS和WC的年內(nèi)輪耕模式比WZ顯著提高團聚體中C/N，WS和WC之間無顯著差異。在20～40 cm土層，各年內(nèi)輪耕措施對團聚體中C/N無顯著差異。無論小麥季采用哪種耕作方式，MS比MZ能降低0～10 cm和提高10～40 cm土層團聚體中C/N，但差異不顯著。

3結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，不同年內(nèi)輪耕措施處理的水穩(wěn)性大團聚體在0～40 cm土層表現(xiàn)出不同的分布趨勢（表2～表4），這可能是不同耕作方式對土壤的耕作深度、擾動程度等方面的差異，造成水穩(wěn)定團聚體分布的差異[18]。無論小麥季采用哪種耕作方式，MS的年內(nèi)輪耕模式比MZ有利于0～40 cm土層微團聚體聚成更大粒級的團聚體和保護大團聚體免受破壞。王勇等[7]研究表明，與傳統(tǒng)耕作相比，深松能提高土壤0～40 cm深度大團聚體含量。本研究表明，無論玉米季免耕還是深松條件下，WS比WZ、WC能降低10～40 cm土層<0.25 mm粒級的微團聚體數(shù)量，說明與WZ、WC相比，WS能提高10～40 cm土層>0.25 mm粒級的大團聚體含量。

土壤團聚體和不同土層中的有機碳、全氮含量在免耕處理中都顯著高于傳統(tǒng)耕作，且免耕對土壤碳、氮的分布產(chǎn)生分層現(xiàn)象，使碳、氮主要集中在0～10 cm土層，而傳統(tǒng)耕作使土壤碳、氮在0～30 cm均勻分布[19]。本研究表明，年內(nèi)輪耕能顯著影響0～40 cm土層土壤團聚體有機碳、全氮含量及C/N。無論玉米季采用哪種耕作方式，WZ和WS比WC能顯著提高土壤表層有機碳及全氮，使更多的碳、氮在土壤表層聚集，但隨著土層的加深，有機碳、全氮含量逐漸降低（表5，表6），這可能是由于免耕、深松處理不翻動土壤，秸稈還田后土壤有機質(zhì)及全氮在表層土壤富集。無論小麥季采用哪種耕作方式，MS比MZ能降低0～10 cm和提高10～40 cm土層團聚體中有機碳、全氮含量及C/N，這可能是由于MS能增加根系等殘留物在10～40 cm的分布。前人研究表明，不同耕作措施不僅對土壤有機碳、全氮影響的機理不同，而且不同生態(tài)環(huán)境條件下所得結(jié)論不完全一致[20，21]。結(jié)合目前的研究現(xiàn)狀，需要進一步研究和闡明不同環(huán)境條件下年內(nèi)輪耕對土壤團聚體的作用及土壤固碳減排增效機制。

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