祝飛華，王益權(quán)，石宗琳，張潤霞，冉艷玲，王亞城

西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院， 楊凌 712100

輪耕對關(guān)中一年兩熟區(qū)土壤物理性狀和冬小麥根系生長的影響

祝飛華，王益權(quán)*，石宗琳，張潤霞，冉艷玲，王亞城

西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院， 楊凌 712100

針對關(guān)中地區(qū)土壤連續(xù)單一耕作存在的主要問題，進行了土壤輪耕效應(yīng)研究。2009年至2012年在關(guān)中一年兩熟區(qū)采用連續(xù)4a旋耕(RT)、翻耕-免耕-翻耕-免耕(PNT)和深松-免耕-深松-免耕(SNT)3種耕作處理，對土壤容重、緊實度及小麥根系生長進行了研究。結(jié)果表明，與試驗前相比，夏玉米收獲后(2013年10月)兩種輪耕處理顯著(P<0.05)降低了0—10、10—20 cm土壤容重，旋耕處理在0—10 cm處差異不顯著，而10—20 cm土壤容重顯著增大；與旋耕處理相比，兩種輪耕處理0—10、10—20 cm土壤容重在第4季冬小麥整個生育期內(nèi)變異系數(shù)較小，土壤緊實度較低，且改善效果在冬小麥生育中后期10—20 cm土層體現(xiàn)更為顯著；旋耕處理0—10、10—20 cm土壤緊實度與含水量均呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.89、-0.85，兩種輪耕處理相關(guān)性不顯著；0—40 cm土層根重密度和根系活力表現(xiàn)為：兩種輪耕處理>連年旋耕?？梢?，長期旋耕后進行輪耕(免耕與翻耕、深松)有利于改善土壤物理狀況，促進作物根系生長。

輪耕；容重；緊實度；動態(tài)變化；根系生長

土壤物理性狀決定著土壤水、肥、氣、熱的循環(huán)和供應(yīng)，這些都直接影響著根系的生長發(fā)育和生理功能，且預示著土壤供給作物養(yǎng)分的能力[1-2]。近15年來，陜西關(guān)中地區(qū)大面積采用冬小麥旋耕條播-夏玉米免耕條播的種植方式[3]，長年連續(xù)旋耕導致土壤亞表層緊實化，土體的通透性變差，加之有機肥施用越來越少，致使關(guān)中地區(qū)農(nóng)田土壤肥力日趨下降，糧食產(chǎn)量徘徊不前，經(jīng)濟效益不明顯[4- 7]。因此，尋求合適的耕作技術(shù)體系對維持土壤肥力，保證穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)有著重要意義。

現(xiàn)國內(nèi)外大多數(shù)的研究表明，長期翻耕則會導致表層土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和團聚體質(zhì)量下降，加劇農(nóng)田表層土壤退化[8]，而以免耕、少耕為代表的保護性耕作措施能夠有效的增強土壤特性，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進土壤有機質(zhì)的積累，從而提高了土壤的供水供肥能力，增加了作物產(chǎn)量[9-10]。張國盛等[11]的研究認為，長期免耕有利于于提高表層土壤有機碳含量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而改善土壤的供肥供水能力；陳浩等[12]研究表明，保護性耕作可以改善土壤容重，促進水穩(wěn)定性團聚體的形成，提高土層蓄水能力。然而，也有一些學者認為過分強調(diào)少耕、免耕等保護性耕作措施并不有利于改善土壤理化性狀[13-14]。在這一背景下，國內(nèi)外學者積極研究探尋翻耕、深松、免耕等土壤耕作措施的合理搭配模式和周期，形成與種植制度相適應(yīng)的土壤耕作技術(shù)體系，以解決長期的單一耕作措施所帶來的問題[15-16]。陜西關(guān)中地區(qū)長期采用單一旋耕制度，亞表層土壤嚴重緊實化，土壤質(zhì)量明顯下降[17-18]。鑒于此，本研究以陜西關(guān)中具有代表性的楊凌區(qū)一年兩熟制農(nóng)田為基點，通過4a的定位試驗，分析了翻耕-免耕-翻耕-免耕、深松-免耕-深松-免耕與連續(xù)4a旋耕3種耕作模式對麥田土壤物理性質(zhì)和冬小麥根系生長及生理活性的影響，旨在尋求能夠改善土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、培肥地力的有效耕作模式，維持土壤的持續(xù)生產(chǎn)力，為該地區(qū)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

該地區(qū)海拔540 m，年平均降水量為650 mm左右，且年內(nèi)降水分配不均，主要集中在7、8、9三個月，年蒸發(fā)量平均在800 mm左右，年平均溫度在11.0—14.0 ℃，無霜期228 d，屬于半干旱偏濕潤易旱地區(qū)，常年實行冬小麥旋耕條播-夏玉米免耕條播，土壤類型為塿土(系統(tǒng)分類命名為土墊旱耕人為土, Earth-cumuli-orthic-anthrosols)。試驗開始前(2009年10月2日)測定土壤基本理化性狀見表1。

表1 試驗區(qū)土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic soil properties of experiment field

1.2 試驗設(shè)計

試驗于陜西關(guān)中地區(qū)楊凌頭道塬進行，試驗田種植制度為冬小麥→夏玉米輪作，一年兩熟，在2009年至2012年夏玉米季各小區(qū)均采用小麥秸稈留茬(10 cm)覆蓋、免耕播種玉米的方式，而在冬小麥播種前設(shè)置3種耕作處理，具體見表2。隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復，每個小區(qū)面積300 m2(10 m×30 m)。

表2 試驗設(shè)計Table 2 Experimental design

1.3 田間管理

試驗期間，所有試驗地除小麥季耕作模式不同外，其他管理模式與當?shù)亓晳T相同。具體耕作方法如下：①翻耕處理，在前茬玉米收獲及秸稈移除后，用拖拉機帶三鏵犁進行翻耕，深度為25 cm，然后條播冬小麥。②深松處理，冬小麥在前茬玉米收獲及秸稈移除后，用冀鏟式深松機進行間隔深松整地，深松深度30 cm，寬度間隔40 cm，然后播種冬小麥；③常規(guī)旋耕處理，冬小麥在前茬玉米連秸稈收獲后，使用拖拉機帶旋耕機進行，旋耕深度為5 cm。④免耕處理，玉米秸稈全部移出，10月中旬直接免耕條播冬小麥。冬小麥品種為西農(nóng)2611，播種量為120 kg/hm2。采用2BF-14行圓盤式小麥播種機(西安播種機械廠生產(chǎn))分別與2009年10月12日、2010年10月18日、2011年10月14日、2012年10月10日播種。播種時基尿素(N≥46%) 600 kg/hm2，過磷酸鈣(P2O5≥12%) 750 kg/hm2，并結(jié)合冬灌施尿素150 kg/hm2，除草劑為乙阿合劑。

1.4 研究方法

1.4.1 農(nóng)田土壤容重變化研究

分別在實驗處理前(2009-10-02)、第4年冬小麥主要生育期(播種2012-10-10、出苗2012-11-15、越冬2013-01-15、返青2013-02-15、拔節(jié)2013-03-15、抽穗2013-04-15、開花2013-05-15、灌漿2013-05-30、成熟2013-06-15)及第4季夏玉米收獲后(2013-10-09)，在每試驗小區(qū)按S形布設(shè)了5個樣點，每個樣點分別用環(huán)刀法采取0—10 cm和10—20 cm 2個土層的土樣測定土壤容重。

1.4.2 土壤緊實度與含水量測定關(guān)系研究

在第4年冬小麥主要生育期(播種、出苗、拔節(jié)、抽穗、開花、成熟)間，在每個試驗小區(qū)按S形布設(shè)7個樣點，用SC-900型土壤緊實度儀按照2.5 cm的間距現(xiàn)場測定0—20 cm范圍內(nèi)的土壤緊實度。并用土鉆采取0—10 cm、10—20 cm土層土樣，以測定相應(yīng)時刻土壤的含水量。

1.4.3 根重密度與根系活力測定

分別在第4年冬小麥返青期(2013-02-15)、拔節(jié)期(2013-03-15)、開花期(2013-05-15)和成熟期(2013-06-15)調(diào)查不同土層耕重密度及根系活力。

根重密度：選取生長正常、分布均勻的植株作為測試對象，用根系取土鉆采取直徑10 cm，深度20 cm土壤容積內(nèi)的小麥根系量。為了消除小麥根系分布的水平空間差異性，每個小區(qū)選定3個點作為重復，每個樣點的每個土層取3鉆，第1鉆設(shè)在小麥行的正下方，第2鉆設(shè)在小麥行距正中央，第3鉆設(shè)在與麥行緊相切的一邊。將3個鉆點樣品合在一起作為同一土層的根系樣品，采樣深度為40 cm，共分為0—20 cm和20—40 cm共2層，以探索小麥根系垂直分布。將采取的帶根土樣裝入100目的尼龍網(wǎng)中，用水浸泡0.5 h，充分沖洗并去除雜質(zhì)后，在80 ℃條件下烘至恒重。在室溫平衡0.5 h，用平稱重(g)，然后計算單位體積土壤內(nèi)的小麥根系干重即根重密度。

根系活力：選定具有活力和代表性的待測鮮根樣，運用改良TTC法測定根系活力。即用1%的TTC溶液使根系還原著色，產(chǎn)生不溶于水的TTCH；用95%的甲醇溶液作為提取液，提取TTCH，在485 nm處比色，讀取OD值。與標準曲線對照，計算出根系活力(μg g-1鮮重h-1)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPASS 18.0進行單因素方差(ANOVA)分析，并ORIGIN 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作處理對土壤物理性狀的影響

2.1.1 不同耕作模式對土壤穩(wěn)定容重的影響

不同耕作措施對土壤穩(wěn)定容重的影響較為明顯(圖1)，試驗開始前(2009年10月2日)供試土壤0—10 cm、10—20 cm土層容重分別為1.39、1.50 g/cm3，經(jīng)過4a的不同輪耕處理，夏玉米收獲后(2013年10月9日)PNT和SNT處理下土壤容重均顯著(P<0.05)降低。

圖1 不同耕作模式下0—10，10—20 cm土壤穩(wěn)定容重的變化 Fig.1 The change of soil bulk density at 0—10, 10—20 cm depth under different tillage systems注: RT: 連續(xù)4a旋耕Rotary tillage for 4 years;PNT: 翻耕與免耕隔年交替進行Deep plowing followed by a non-tillage year alternation；SNT: 深松與免耕隔年交替進行Subsoiling followed by a non-tillage year alternation

0—10 cm土層，SNT和PNT處理土壤容重分別降低到1.32和1.31 g/cm3，降幅分別為5.10%、6.18%；10—20 cm土層容重降低到1.42和1.41 g/cm3，降幅分別達到了5.01%、5.67%，而RT處理在0—10 cm和10—20 cm處的土壤容重有繼續(xù)增大趨勢，其中在10—20 cm處已達顯著水平。與RT處理的相比，0—10 cm土層SNT和PNT處理土壤容重分別降低了7.49%和8.26%；10—20 cm土層分別降低了8.13%和8.78%，差異達到顯著水平(P<0.05)，但SNT與PNT間差異不顯著。可見，旋耕處理有增大0—10、10—20 cm土壤容重的趨勢，而兩種輪耕能在一定程度上能降低耕層土壤容重，改善土壤通透性能。

2.1.2 不同耕作模式下土壤容重的動態(tài)變化

從試驗的第4年度冬小麥整個生育期來看，不同耕作模式下0—10 cm、10—20 cm土壤容重變化趨勢大體一致，均呈現(xiàn)先增大后減小再增大，最后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律(圖2)，這與季節(jié)變化具有一定的相似性。小麥生育期間不同耕作處理的土壤容重增幅不同，0—10 cm土層，SNT與PNT處理土壤容重增幅相對較小，二者從1.25和1.24 g/cm3分別增大到1.32和1.30 g/cm3，漲幅分別為5.43%和5.40%，處理間差異不顯著(P>0.05)，RT處理的土壤容重在播種期顯著小于SNT和PNT處理，但從苗期便開始增大，到小麥孕穗期就已顯著高于兩種輪耕處理，容重從1.06 g/cm3增大到1.43 g/cm3，漲幅為35.35%，顯著高于兩種輪耕處理。10—20 cm土層，SNT和PNT處理的土壤容重在整個生育期維持在基本穩(wěn)定的水平，二者漲幅分別為7.32%和7.09%，差異不顯著，RT處理的土壤容重在整個生育期都顯著高于SNT和PNT處理，平均容重高達1.49 g/cm3，漲幅為8.17%。以上結(jié)果可以看出RT處理下，土壤容重僅在播種期到苗期且只有表層0—10 cm處于較低水平，剩余生育期均維持著較高的水平，尤其是在亞表層10—20 cm處，土壤容重最大值可達到1.55 g/cm3，同時土壤容重變化幅度較大。

圖2 不同時期0—10，10—20 cm土壤容重的動態(tài)變化Fig.2 The dynamic changes of soil bulk density at 0—10, 10—20 cm depth in different time

2.1.3 不同耕作模式下土壤緊實度的動態(tài)變化

從表3可以看出，各耕作處理10—20 cm土層緊實度在整個生育期都顯著高于0—10 cm土層(P<0.05)。從冬小麥整個生育期來看，0—10 cm土層，3種不同耕作處理土壤緊實度均呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，RT處理漲幅達到224%，顯著高于PNT和SNT處理的72%、54%，SNT和PNT處理間差異不顯著；10—20 cm土層，3種不同耕作處理土壤緊實度也呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，RT、SNT和PNT處理的漲幅分別達到57%、53%和78%，各

表3 不同耕作模式下0—10，10—20 cm土壤緊實度動態(tài)變化(kPa)Table 3 The dynamic change of soil compaction under four treatments in the 0—10, 10—20 cm soil profile (kPa)

同行不同小寫字母表示冬小麥生育期內(nèi)的差異顯著性(P<0.05)，括號內(nèi)的小寫字母表示處理間的差異顯著性(P<0.05)，RT: 連續(xù)4a旋耕；SNT: 深松-免耕；PNT: 翻耕-免耕

處理間差異不顯著，而RT處理的土壤緊實度在整個生育期都顯著高于SNT和PNT處理，SNT和PNT處理差異不顯著，3種耕作處理在整個生育期的平均值依次為1445、991kPa和981kPa?？芍?，RT處理0—10 cm土層緊實度僅在小麥生長前較低，生長中后期逐漸增大，且10—20 cm緊實度在整個生育均較高，而SNT和PNT處理在小麥整個生育期對0—10、10—20 cm土層緊實度均有所改善。

2.1.4 不同耕作模式下土壤緊實度與水分的關(guān)系

從圖3和圖4可以看出，RT、PNT和SNT處理的0—20 cm土壤緊實度在一定含水量的范圍內(nèi)均隨含水量的減小而增大。在0—10 cm、10—20 cm土層，RT處理土壤緊實度與含水量均呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.886、-0.854，而PNT和SNT處理的相關(guān)性不顯著，相關(guān)系數(shù)分別為-0.605、-0.622和-0.464、-0.672。這說明了RT處理0—20 cm土壤的緊實度對含水量的變化較SNT和PNT處理敏感。

圖3 不同耕作模式下0—10 cm土壤緊實度與含水量的關(guān)系Fig.3 The relationship between soil compaction and moisture at 0—10 cm depth under different tillage systems

圖4 不同耕作模式下10—20 cm土壤緊實度與含水量的關(guān)系Fig.4 The relationship between soil compaction and moisture at 10—20 cm depth under different tillage systems

2.2 不同耕作處理對小麥根系生長的影響

2.2.1 不同耕作模式對小麥根重密度的影響

土壤物理狀態(tài)的直接效應(yīng)就在于影響作物根系的延伸，從圖5可以看出，各生育期小麥根系集中在0—20 cm范圍內(nèi)，其下層根系量極少，對于增加作物抗旱性極為不利。3種耕作處理在返青期前0—20 cm和20—40 cm土層的根重密度差異不顯著，在返青期以后，0—40 cm土層SNT和PNT處理根系量均高于RT處理，而SNT和PNT處理間差異不顯著。

圖5 不同耕作模式下小麥根重密度和根系活力的動態(tài)變化Fig.5 The dynamic changes of wheat root weight density and vigor under different tillage systems

與RT處理相比，0—20 cm土層SNT和PNT處理在拔節(jié)期、開花期和成熟期根系增幅分別達到15.99%—18.40%和19.88%—21.07%；0—40 cm土層SNT和PNT處理的增幅分別為180.00%—192.39%和150.01%—243.96%。表明SNT和PNT處理能夠增加冬小麥生育過程中、后期根系密度，尤其是增加了深層土壤中根系的量，有助于提高作物抗旱性能。

2.2.2 不同耕作模式對小麥根系活力的影響

小麥生育期間3種耕作處理根系活力的變化趨勢大體一致(圖5)，均呈現(xiàn)出在拔節(jié)期前逐漸遞增然后遞減的趨勢。0—20 cm土層不同耕作處理的根系活力在全生育期差異均不顯著；但在20—40 cm土層內(nèi)SNT和PNT處理在小麥開花期前均高于RT處理，而SNT和PNT處理間差異不顯著。到了小麥成熟期不同耕作處理間根系活力差異逐漸縮小，均未達到顯著水平。表明SNT和PNT兩種耕作處理均能有效地提高小麥根系活力，對延緩20—40 cm小麥生育后期根系衰老有積極作用。

3 討論

3.1 不同耕作模式對土壤穩(wěn)定容重的影響

研究表明，保護性耕作、深耕和深松均能夠降低土壤容重[19-20]，姜桂英等[21]認為不同耕作措施下土壤容重的變化趨勢表現(xiàn)為免耕>旋耕>翻耕，而長期單一耕作會導致土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和團聚體質(zhì)量下降，土壤通透性變差[22]，本研究的結(jié)果與上述相似，與試驗前相比，經(jīng)過4a不同耕作處理后，0—10、10—20 cm土壤容重均表現(xiàn)為連年旋耕>試驗前>翻耕-免耕、深松-免耕處理，這說明了長期采用單一旋耕措施能夠增大土壤容重，降低通透性；同時孔凡磊等[23]研究認為多年免耕后進行土壤耕作(翻耕)可以顯著降低土壤容重，朱利群等[24]研究表明1a免耕1a深耕+秸稈還田處理能夠有效的降低土壤容重，本試驗的輪耕模式與其不盡相同，但結(jié)論基本一致，免耕和翻耕、深松的輪耕處理能夠改善0—10、10—20 cm土壤容重；這主要由于免耕結(jié)合翻耕、深松的輪耕處理既可以疏松土壤，又減少了因機械頻繁操作而造成的土壤壓實，有效改善土壤結(jié)構(gòu)[16]。

3.2 不同耕作模式下土壤容重的動態(tài)變化

可以看出3中耕作處理下土壤容重均呈現(xiàn)季節(jié)性動態(tài)變化，從播種到冬前，容重從擾動以后的最小值逐漸因為土壤沉實而增大，從越冬期到孕穗期間受冬季凍融交替過程的影響，土壤容重有所減小，從孕穗期開始到小麥收獲期間因土壤逐漸失水，土壤收縮作用使得土壤容重又呈現(xiàn)出增大的過程，到開花期土壤容重基本趨于穩(wěn)定并逐漸達到最大值。這種土壤容重隨季節(jié)的動態(tài)變化過程在一定程度上說明了土壤結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性[25]，旋耕處理0—10、10—20 cm土壤容重變異系數(shù)顯著高于兩種輪耕處理，且僅在生育前期只有表層0—10 cm處于較低水平，其余生育期均維持著較高的水平，尤其是在亞表層10—20 cm處，土壤容重最大值可達到1.55 g/cm3。這在一定程度上表明旋耕處理下土壤對環(huán)境變化過程更加敏感，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較兩種輪耕處理差[26-27]，由于連年旋耕，表層土壤受到頻繁的擾動，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，而在亞表層形成緊實的底土層[28]。

3.3 不同耕作模式下土壤緊實度的動態(tài)變化

相關(guān)研究表明，播前施行旋耕處理的土壤緊實度較高，在亞表層表現(xiàn)得較為明顯，而深耕松土處理能夠有效降低各層土壤的緊實度[29-30]。本研究也表明，免耕結(jié)合翻耕、深松的輪耕處理10—20 cm土壤緊實度明顯小于旋耕處理，其改善效果在小麥整個生育期間都能得到明顯的體現(xiàn)；而旋耕處理的改善效果多體現(xiàn)在作物生育前期，且僅限0—10 cm土層。這主要是因為緊實度與土壤粘結(jié)力和孔性有關(guān)，旋耕僅能使表層土壤疏松，增加擴散率，但同時也能使耕區(qū)以下形成堅硬的緊實層[31]，而免耕結(jié)合翻耕、深松的輪耕處理有效的打破了犁底層，增加了土壤總孔隙度，增強了土壤的通氣能力[32]，根系及微生物的活動能力增強，使耕層土壤孔隙度增加，在整個生育期，土壤結(jié)構(gòu)都得到一定程度的改善[33]。

3.4 不同耕作模式下土壤緊實度與水分的關(guān)系

3種耕作處理土壤緊實度在一定含水量的范圍內(nèi)的變化趨勢相同，均隨含水量的減小而增大，這與Hoefer等[34]人的研究結(jié)果相一致，土壤緊實度增加的原因之一是孔隙空間降低導致土壤顆粒排列更為緊密，當含水量降低時，土壤結(jié)構(gòu)空間收縮，所以緊實度呈現(xiàn)增大的趨勢。而連年旋耕耕作處理的0—10、10—20 cm土壤緊實度對含水量的變化比兩種輪耕處理(翻耕-免耕、深松-免耕)更敏感，呈顯著負相關(guān)，這可能是因為旋耕處理頻繁擾動土壤，使團聚體被擠壓破碎，穩(wěn)定性低，土壤結(jié)構(gòu)性能較差[35]；兩種輪耕處理減少了耕作次數(shù)，從而減少對土壤結(jié)構(gòu)體的機械破壞，能夠在一定程度上改善土壤結(jié)構(gòu)性能，對增加跑外界環(huán)境變化的緩沖能力，對環(huán)境抵抗能力更強[36]。

3.5 不同耕作處理對小麥根系生長的影響

王群等[37]研究認為土壤物理性狀對作物根系時空分布及活力都有較大影響，本研究表明，與連續(xù)4a旋耕相比，兩種輪耕處理能夠有效提高冬小麥生育中、后期20—40 cm根重密度及根系活力，這不僅擴大了根系的吸收范圍，而且能夠延緩根系衰老，提高作物抗旱能力。這與前人研究結(jié)果一致，其中韓賓[38]等研究認為，連續(xù)免耕造成亞表層土壤容重接近闕值，嚴重阻礙了根系正常下扎，而耕翻1a、免耕2a的周期輪換模式，能促進根系下扎。這有可能是由于免耕與翻耕、深松輪耕使土壤容重減小、緊實度降低，有效改善了耕層團聚體含量與穩(wěn)定性[39]，增強了土壤的蓄水保墑能力[31]，使得根系生長處于適宜的環(huán)境[40-41]。

孔凡磊研究認為，免耕與深松的輪耕模式改善了土壤的孔隙狀況，播種前土壤水分較高，有利于根系生長，形成了適宜小麥生長發(fā)育的種床，促進了冬小麥籽粒的萌發(fā)和生長發(fā)育，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著增加，小麥平均產(chǎn)量較單一耕作顯著增加了12%[23]。李濤研究表明，免耕與翻耕輪耕處理增強了土壤通透性，有利于根系下扎和吸收深層土壤水分，小麥根系發(fā)達，葉面積系數(shù)大，干物質(zhì)積累較多[42]。

可見，與連年旋耕相比，免耕結(jié)合翻耕、深松的輪耕處理能有效改善土壤物理狀況，促進根系生長發(fā)育，改善作物根系數(shù)量、活性以及分布狀況，對提高冬小麥地上部生長發(fā)育和產(chǎn)量具有一定效果[43]。

4 結(jié)論

通過4a定位試驗表明，免耕與翻耕、深松的輪耕處理與連年旋耕處理相比，可有效小降低0—10、10—20 cm土壤容重，改善土壤緊實狀況，且改善效果在冬小麥整個生育期均有體現(xiàn)；與兩種輪耕處理相比，連年旋耕處理0—10、10—20 cm土壤容重、緊實度的變異系數(shù)較大，緊實度與含水量呈現(xiàn)顯著負相關(guān)，且根系密度和活力較差，這表明關(guān)中地區(qū)連年旋耕土壤物理性狀較差，不利與作物根系生長，而適時采用免耕結(jié)合傳統(tǒng)耕作(翻耕、深松)的輪耕模式有利于改善土壤物理性狀，促進冬小麥根系生長，能在一定程度上提高農(nóng)作物產(chǎn)量。本文初步研究了關(guān)中旱地麥玉兩熟區(qū)長期旋耕土壤輪耕的物理效應(yīng)及根系生長效應(yīng)，以期為進一步研究土壤輪耕提供參考。

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Effects of rotational tillage on soil physical properties and winter wheat root growth on annual double cropping area

ZHU Feihua, WANG Yiquan*, SHI Zonglin, ZHANG Runxia, RAN Yanling, WANG Yacheng

CollegeofResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China

Rotary tillage is a very common practice in the Guanzhong area. However, many problems occur for winter wheat fields with long-term rotary tillage, including poor soil water vapor transmission and low soil fertility, which are not favorable to winter wheat growth. To solve these problems, a 4-year field experiment was carried out from 2009 to 2012 in Yangling, Shaanxi Province of China, which is an annual double cropping area. The experiment compared three tillage patterns: RT (rotary tillage for 4 years), PNT (a deep plowing followed by a non-tillage year alternation) and SNT (a subsoiling year followed by a non-tillage year alternation). This study evaluated the impacts of the three tillage patterns on soil bulk density, soil compaction across the 0—40 cm soil profile, and winter wheat root growth. Results showed that after the summer maize harvest (October, 2013), the soil bulk density under the SNT and PNT treatments significantly (P<0.05) decreased at 0—10 and 10—20 cm compared with the previous treatment, but the soil bulk density significantly increased under the RT treatment at 10—20 cm, with no significant difference at 0—10 cm. The dynamic changes of soil bulk density at 0—10 and 10—20 cm at different times were a measure of the ability of the soil to maintain structural stability. During the whole growth period of the fourth season winter wheat, the variation coefficient of soil bulk density under the SNT and PNT treatments at 0—10 and 10—20 cm was lower than that under the RT treatment. The soil compaction under the SNT and PNT treatments at 0—10 and 10—20 cm was also lower than that under the RT treatment. The improved efficiency of the SNT and PNT treatments on soil physics was more evident at 10—20 cm during the late growth period of winter wheat. There was a significant negative correlation between the soil compaction and soil water content under the RT treatment at 0—10 and 10—20 cm, with correlation coefficients of -0.89 and -0.85, respectively, but there was no significant correlation at these depths between the SNT and PNT treatments. This indicated that the soil structure in the RT treatment was more sensitive to the change in environment than in the SNT and PNT treatments. Soil aggregates were decomposed into smaller aggregates and particles during the frequent tillage, and this would be the main factor causing the reduced porosity and poor soil structure performance. The SNT and PNT treatments were more effective in increasing root weight density and root vigor of winter wheat in the 0—40 cm soil layer than the RT treatment. The results suggested that the effects of the SNT and PNT treatments on soil physical properties and root development were better than those of the RT treatment. After long-term rotary tillage, deep plowing and subsoiling alternated with non-tillage can improve soil physical properties and increase crop yield.

alternate tillage; bulk density; compaction; dynamic changes; root development

陜西省農(nóng)業(yè)廳項目(k332021312)；陜西省科研推廣項目(413020211203533)

2014- 04- 14;

日期:2015- 04- 20

10.5846/stxb201404140716

*通訊作者Corresponding author.E-mail: Soilphysics@163.com

祝飛華，王益權(quán)，石宗琳，張潤霞，冉艷玲，王亞城.輪耕對關(guān)中一年兩熟區(qū)土壤物理性狀和冬小麥根系生長的影響.生態(tài)學報,2015,35(22):7454- 7463.

Zhu F H, Wang Y Q, Shi Z L, Zhang R X, Ran Y L, Wang Y C.Effects of rotational tillage on soil physical properties and winter wheat root growth on annual double cropping area.Acta Ecologica Sinica,2015,35(22):7454- 7463.