王志強(qiáng) 劉 英 楊文亭 周 泉 Aamer Muhammad 王 海黃國(guó)勤? 趙其國(guó)

（1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心/江西省高校生態(tài)學(xué)學(xué)科聯(lián)盟，南昌 330045）

（2 南昌職業(yè)學(xué)院，南昌 330500）

（3 江西科技學(xué)院，南昌 330098）

（4 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008）

近年來(lái)，我國(guó)南方雙季稻區(qū)的土壤質(zhì)量問(wèn)題日漸顯著，土壤酸化、板結(jié)和肥力退化等問(wèn)題加劇［1］。影響土壤質(zhì)量的因素眾多，有研究表明，稻田土壤團(tuán)聚體構(gòu)成比例失衡及團(tuán)聚體水穩(wěn)定性下降是土壤質(zhì)量退化的主要表現(xiàn)形式之一，對(duì)稻田的健康可持續(xù)性生產(chǎn)具有重要影響［2］。

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，對(duì)土壤的理化性質(zhì)有著重大影響［3］。土壤團(tuán)聚體有大團(tuán)聚（＞0.25mm）體和微團(tuán)聚體（＜0.25mm）之分［4］，其數(shù)量及分布，一方面，可以在一定程度上反映土壤的持水性［5］、供儲(chǔ)養(yǎng)分［6］等能力的高低；另一方面，也是土壤肥力的基礎(chǔ)及評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量高低的關(guān)鍵指標(biāo)之一［7］。已有研究，如耕作方式、種植方式及年限［2,8］、秸稈還田［9］（添加物）和微生物［10］等均會(huì)影響稻田土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)及組分。秸稈還田是目前國(guó)內(nèi)外大力推行的一種保護(hù)性耕作措施，水稻秸稈還田有利于提高稻田土壤機(jī)械及水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)水平，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量［9,11］，但這些研究主要集中在水稻秸稈還田對(duì)土壤質(zhì)量的影響［12］，而對(duì)于在復(fù)種輪作休耕方式下的冬季作物及水稻秸稈雙重還田對(duì)稻田土壤的團(tuán)聚體組分及水穩(wěn)定性的影響研究較少，尤其是雙季稻田土壤對(duì)此的響應(yīng)特征，未曾見(jiàn)較多報(bào)道。

我國(guó)土壤質(zhì)量持續(xù)下降，亟需采取措施提高土壤質(zhì)量，以確保我國(guó)糧食安全［13］。研究表明，長(zhǎng)期保護(hù)性耕作［14］和常規(guī)耕作和水旱輪作［15］等耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體有重要影響，有利于改善土壤質(zhì)量。土壤質(zhì)量的改善和保護(hù)對(duì)稻田可持續(xù)發(fā)展具有重要作用［16］，實(shí)施輪作休耕又是稻田可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一［16］。因此，針對(duì)當(dāng)前僅僅稻草還田或耕作方式等單一因素對(duì)稻田土壤團(tuán)聚體影響研究的不足，本文在復(fù)種輪作模式及冬種作物和水稻秸稈雙重還田條件下對(duì)我國(guó)南方雙季稻區(qū)的早稻和晚稻土壤團(tuán)聚體分布及其水穩(wěn)定性展開(kāi)了較為深入的研究，為科學(xué)評(píng)價(jià)不同種植方式及秸稈還田應(yīng)用中的可行性及指導(dǎo)、管理我國(guó)南方稻田健康發(fā)展提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年4月—2017年12月，選擇在地處贛東北典型雙季稻區(qū)的江西省萬(wàn)年縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所陳營(yíng)鎮(zhèn)試驗(yàn)田（28°41′N，116°55′E）進(jìn)行。試驗(yàn)地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候濕潤(rùn)，光照充足，熱量資源豐富，氣溫季節(jié)性變化顯著。試驗(yàn)期間年平均氣溫18.6℃，極端最高氣溫38.3℃，極端最低氣溫-5℃。年平均降雨量1 906 mm。年平均日照時(shí)長(zhǎng)1 662 h。年平均風(fēng)速1.3 m·s-1。年無(wú)霜期260 d。試驗(yàn)基地土壤為第四紀(jì)亞紅黏土母質(zhì)發(fā)育的潴育土，試驗(yàn)前表層土壤（0～15 cm）肥力狀況為：pH 6.08，有機(jī)質(zhì)41.81 g·kg-1，全氮1.97 g·kg-1，有效磷16.38 mg·kg-1，速效鉀130.00 mg·kg-1，有機(jī)碳24.25 g·kg-1，C/N比為12.31，陽(yáng)離子交換量5.89 cmol·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)始于2012年春季早稻，采取單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置5個(gè)處理，分別為WF-R-R（CK）處理：冬閑—早稻—晚稻；MV-R-R處理：紫云英—早稻—晚稻；RP-R-R處理：油菜—早稻—晚稻；GC-R-R處理：大蒜—早稻—晚稻；PO-R-R處理：馬鈴薯（輪）—早稻—晚稻，此處理的冬季種植作物自2012年冬季開(kāi)始在馬鈴薯、大蒜、油菜和紫云英之間循環(huán)輪作。試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)周圍設(shè)置寬1.5 m的保護(hù)帶進(jìn)行保護(hù)行隔離，每個(gè)小區(qū)的面積為66.7 m2，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，總計(jì)15個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，試驗(yàn)前每個(gè)小區(qū)的土壤肥力狀況基本一致。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Trial design

1.3 供試品種及田間管理

本試驗(yàn)作物品種及施肥量（表2），冬種作物品種分別為余江大葉籽、“綿豐油18”、山東“金鄉(xiāng)”蒜和馬鈴薯“克新18號(hào)”，冬種紫云英僅施用尿素37.5 kg·hm-2；冬種油菜、大蒜和馬鈴薯苗期施用尿素分別為24、270和225 kg·hm-2，基肥均施用“三元”牌復(fù)合肥600 kg·hm-2。冬季作物秸稈還田，其中，紫云英還田量為鮮重22 500 kg·hm-2（N、P2O5、K2O的含量分別為0.36%、0.11%、0.28%），油菜秸稈還田量為鮮重19 500 kg·hm-2（N、P2O5、K2O的含量分別為0.38%、0.15%、0.51%），馬鈴薯秸稈還田量為鮮重10 500 kg·hm-2（N、P2O5、K2O的含量分別為0.53%、0.13%、0.32%）。

早稻品種為“株兩優(yōu)09”，晚稻為“天優(yōu)華占”。早、晚稻（Oryza sativa）化肥施肥量相等，為:尿素（N 46%）193.2 kg·hm-2，過(guò)磷酸鈣（P2O512%）420 kg·hm-2，氯化鉀（K2O 60%）202 kg·hm-2，分基肥、蘗肥、穗肥3次撒施。磷肥全部作基肥在水稻移栽前一次性施入，分蘗肥在移栽后5～7 d 施用，穗肥在主莖幼穗長(zhǎng)1～2 cm時(shí)施用；水稻鉀、氮肥施用比例為基肥：分蘗肥：穗肥=4︰3︰3，早稻秸稈切碎全量還田，晚稻秸稈覆蓋還田。

表2 試驗(yàn)品種及肥料用量Table 2 Trial varieties and fertilizer usage

1.4 樣品采集

本試驗(yàn)分別于2017年7月20日早稻及2017年10月25日晚稻收獲時(shí)，在每個(gè)小區(qū)用土壤采集器采集0～50 cm土柱，并按稻田耕作表層、耕作亞表層、犁底層和滲育層取0～15 cm、15～30 cm、30～40 cm和40～50 cm的土樣，分別裝入自封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室，挑去動(dòng)、植物殘?bào)w、根系和石塊后，置于實(shí)驗(yàn)室陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干之后裝袋保存。

1.5 土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體測(cè)定

將土樣置于孔徑依次為2、1、0.5、0.25 mm的套篩頂部，用繩子固定好，確保套篩在水中不會(huì)分離，之后將套篩放入桶中，向桶中慢慢注水，使水面離套篩頂部約3 cm，在水中靜置浸泡15 min，浸泡的同時(shí)用重物壓住套篩使之不會(huì)移動(dòng)。浸泡結(jié)束后，雙手固定套篩，以30 次·min-1的速率在水中上下振蕩3 min，上下移動(dòng)的垂直距離不超過(guò)3 cm，將各級(jí)粒徑的土樣，洗入潔凈的燒杯中，待烘干后分別稱量，相應(yīng)記為Mi。

本試驗(yàn)的參數(shù)指標(biāo)主要有土壤團(tuán)聚體百分含量Wi、土壤粒徑＞0.25 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體的百分含量R0.25、土壤分型維數(shù)D、土壤平均質(zhì)量直徑MWD（mm）和土壤平均幾何直徑GMD（mm）。土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體百分含量計(jì)算方法參考《土壤理化分析方法》［18］。MWD、GMD和D的計(jì)算分別采用邱莉萍等［19］和楊培嶺等［20］推導(dǎo)出的公式：

式（3）兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)，可知：

式中，Ri為經(jīng)過(guò)篩分出來(lái)的某一級(jí)別土壤團(tuán)聚體的MWD（mm），MT為各個(gè)粒級(jí)土壤團(tuán)聚體的總質(zhì)量（g），Rmax為土壤團(tuán)聚體的最大粒級(jí)（mm），M（r小于）為粒級(jí)小于的土壤團(tuán)聚體的質(zhì)量（g），D為土壤分型維數(shù)，Wi為該級(jí)別團(tuán)聚體的相應(yīng)重量占土壤樣品干重的分?jǐn)?shù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用單因素方差分析進(jìn)行方差分析；采用Origin8.5.1作圖。

2 結(jié) 果

2.1 復(fù)種輪作休耕方式對(duì)土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量的影響

在2 0 1 7年早、晚稻生長(zhǎng)季，試驗(yàn)各處理均表現(xiàn)出土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（如圖1，圖中R代表雙季稻，如MVR代表冬種紫云英雙季稻）以0.25～0.5 mm和＜0.25 mm土壤粒級(jí)（“較小”）團(tuán)聚體為主，各處理含量之和分別介于78.1%～84.8%和85.6%～91.1%；1～2 mm和0.5～1 mm土壤粒級(jí)（“較大”）含量較少，各處理含量之和分別介于13.1%～21.9%和8.9%～14.4%。其次，與冬閑處理相比，冬季復(fù)種輪作處理早、晚稻的“較小”土壤團(tuán)聚體累積含量差異顯著（P＜0.05），同時(shí)晚稻的“較小”團(tuán)聚體累積含量較早稻的累積含量要高，而“較大”土壤團(tuán)聚體的累積含量呈相反變化趨勢(shì)。再次，在各土層中，從各粒級(jí)團(tuán)聚體的變化幅度來(lái)看，早稻各復(fù)種輪作休耕處理較晚稻顯著，同時(shí)早、晚稻中“較小”團(tuán)聚體也要較“較大”團(tuán)聚體變化顯著。由此可見(jiàn)，這說(shuō)明冬季復(fù)種輪作更有利于早稻土壤大團(tuán)聚體的形成。從圖2可以看出，一方面，與冬閑處理相比，除＜0.25 mm粒徑和30～40 cm土層的0.25～0.5 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體外，冬季復(fù)種輪作處理早、晚稻土壤團(tuán)聚體含量提高顯著，同時(shí)，復(fù)種輪作休耕方式下，早稻較晚稻的不同土層不同粒徑的土壤團(tuán)聚體含量提高更顯著（P＜0.05）；另一方面，復(fù)種輪作休耕方式下，0～30 cm較40～50 cm土層土壤團(tuán)聚體的含量的差異更顯著（P＜0.05）。

圖1 2017年早、晚稻不同處理下不同土層土壤團(tuán)聚體含量Fig. 1 The contents of soil aggregates in different soil layers under different treatment of early and late rice in 2017

圖2 2017年早、晚稻收獲期土壤不同粒徑不同土層團(tuán)聚體百分含量Fig. 2 Distribution of soil aggregates with different particle sizes at early and late rice harvesting stages in 2017

2.2 復(fù)種輪作休耕方式對(duì)MWD和GMD的影響

稻田復(fù)種輪作休耕后，早稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD和GMD表現(xiàn)為在0～15 cm、15～30 cm、30～40 cm和40～50 cm土層顯著上升（P＜0.05）（表3），其中，MWD隨土層深度變化各冬季種植各處理的上升幅度依次為7.4%～18.2%、1.6%～6.1%、0～6.1%和0.29%～13.6%，0～50 cm土層中MWD冬季種植各處理上升幅度依次為6.7%、7.8%、6.4%和4.1%，以冬種油菜和紫云英處理表現(xiàn)的尤其突出；GMD隨土層深度變化冬季種植各處理的上升幅度依次為0.4%～1.9%、1.4%～3.7%、0～2.1%和0～1.1%，0～50 cm土層中MWD冬季種植各處理上升幅度依次為1.6%、2.3%、0.5%和1.6%，以冬種油菜處理表現(xiàn)的尤其突出。說(shuō)明稻田冬季復(fù)種輪作顯著提高了0～50 cm土層的早稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。

稻田復(fù)種輪作休耕后，晚稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD和GMD（表4）與早稻類似，表現(xiàn)為在0～15 cm、15～30 cm、30～40 cm和40～50 cm土層顯著上升（P＜0.05），其中，MWD隨土層深度各冬季種植處理的上升幅度依次為1.1%～5.8%、0.3%～1.9%、1.6%～5.4%和1.2%～2.4%，0～50 cm土層中MWD冬季種植各處理上升幅度依次為2.0%、3.8%、1.2%和2.6%，以冬季種植油菜和輪作處理表現(xiàn)的尤為突出；GMD隨土層深度變化各冬季種植處理的上升幅度依次為2.2%～7.8%、1.1%～3.0%、0～2.6%和0.2%～1.9%，0～50 cm土層中MWD冬季種植各處理上升幅度依次為2.6%、3.8%、0.7%和2.9%，以冬季種植油菜和輪作處理表現(xiàn)的尤為突出。說(shuō)明稻田冬季復(fù)種輪作顯著提高了0～50 cm 土層的晚稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。

綜上所述，稻田冬季不同復(fù)種輪作模式顯著提高了0～50 cm 土層的稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性（P＜0.05），這一變化趨勢(shì)與早、晚稻的水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體的含量變化一致，與稻田土壤微團(tuán)聚體的含量變化相反。

2.3 復(fù)種輪作休耕方式對(duì)分型維數(shù)D和R0.25的影響

稻田冬季復(fù)種輪作休耕后，早稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)D（表3），除30～40 cm冬種各處理增加了0.9%～6.8%外，土層0～15 cm、15～30 cm和40～50 cm中，冬季種植紫云英、油菜、大蒜和輪作（馬鈴薯、紫云英、油菜和大蒜之間）處理依次降低了0.3%～3.5%、0.8%～2.7%和0.2%～2.4%，0～50 cm土層冬季種植各處理依次平均降低了0.8%、1.1%、0.4%和1.0%；在差異顯著性方面，除冬季種植大蒜和油菜處理外，其余各冬季種植處理與冬閑田處理相比，早稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)D表現(xiàn)出顯著差異，其中以冬季種植油菜和輪作處理較為突出（P＜0.05）。

稻田冬季復(fù)種輪作休耕后，早稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體R0.25（表3），土層0～15 cm、15～30 cm、30～40 cm和40～50 cm中，紫云英、油菜、大蒜和輪作處理依次增加了8.%～10.2%、2.0%～4.3%、3.9%～13.9%和6.5%～10.0%，0～50 cm土層冬季種植各處理依次平均增加了6.8%、7.9%、5.9%和6.7%，各處理與冬閑田處理相比，均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。

稻田冬季復(fù)種輪作休耕后，晚稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)D（表4），除40～50 cm冬季種植各處理增加了0.3%～1.1%外，土層0～15 cm、15～30 cm和30～40 cm中，冬季種植紫云英、油菜、大蒜和輪作處理依次降低了0.3%～1.0%、0.08%～0.4%和0～0.2%，0～50 cm土層除冬季種植大蒜處理外，各處理均降低了0.2%，但各處理與冬閑田處理相比，晚稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)D差異不顯著（P＜0.05）。

稻田冬季復(fù)種輪作休耕后，晚稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體R0.25（表4）與早稻類似，土層0～15 cm、15～30 cm、30～40 cm和40～50 cm中，冬種紫云英、油菜、大蒜和輪作（紫云英、油菜和大蒜之間）處理依次增加了3.9%～7.6%、0.2%～4.7%、4.0%～11.4%和0.7%～4.0%，0～50 cm土層各處理依次平均增加了2.4%、1.3%、1.8%和1.9%，各處理與冬閑田處理相比，均表現(xiàn)出顯著差異，但晚稻各處理間除冬種油菜處理外，其他各處理之間差異不顯著（P＜0.05）。

2.4 復(fù)種輪作休耕方式下團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性的相關(guān)性

稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體各粒徑百分含量及其穩(wěn)定性參數(shù)（MWD、GMD、D和R0.25）之間的關(guān)系（表5）表明，MWD、GMD和R0.25之間均顯著相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.95以上，并且三者均與分形維數(shù)D呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)均在-0.85以上；＜0.25 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體含量與MWD、GMD和R0.25均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與分形維數(shù)D呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），即當(dāng)?shù)咎锿寥繰0.25升高時(shí)，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性指標(biāo)MWD和GMD增大，分形維數(shù)指標(biāo)D減少；反之，當(dāng)土壤粒徑＜0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量升高時(shí)，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性指標(biāo)MWD和GMD均減小，分形維數(shù)指標(biāo)D增大。

表3 早稻收獲期土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）、平均幾何直徑（GMD）、R0.25和分形維數(shù)（D）Table 3 Mean weight diameter（MWD），Mean geometric diameter（GMD），R0.25 and fractal dimension（D）of soil water-stable aggregates in early paddy field

表4 晚稻收獲期土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）、平均幾何直徑（GMD）、R0.25和分形維數(shù)（D）Table 4 Mean weight diameter（MWD），Mean geometric diameter（GMD），R0.25 and fractal dimension（D）of soil water-stable aggregates in late paddy field

續(xù)表

表5 團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性的相關(guān)性Table 5 The correlation of aggregate composition and stability

2.5 復(fù)種輪作休耕模式對(duì)水稻產(chǎn)量的變化

圖3a表明不同復(fù)種輪作休耕模式下2012—2017年早稻產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化，同一處理不同年份早稻產(chǎn)量的變化較大，在冬季作物種植后的前三年，同一年份不同處理間早稻的產(chǎn)量差異不明顯，而在冬季作物種植后的后三年，同一年份不同處理間早稻的產(chǎn)量差異在第四年時(shí)達(dá)到最大（冬種大蒜處理的產(chǎn)量＞紫云英處理＞冬種輪作處理＞油菜處理），冬種作物的最后兩年的差異在逐步下降，但從6年的產(chǎn)量變化趨勢(shì)來(lái)看，冬季種植作物有利于提高水稻的早稻產(chǎn)量，以冬種大蒜和輪作處理較好。

圖3b表明不同復(fù)種輪作休耕模式下2012—2017年晚稻產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化，在冬季作物種植后的前三年，水稻產(chǎn)量增幅緩慢，而在冬季作物種植后的后三年，同一年份不同處理間早稻產(chǎn)量差異在第四年時(shí)達(dá)到最大（冬種大蒜處理的產(chǎn)量＞紫云英處理＞冬種輪作處理＞油菜處理），這與早稻產(chǎn)量的變化趨勢(shì)一致，但由于2015年晚稻的極端天氣和成熟期倒伏而引起了晚稻大幅度的減產(chǎn)，從6年的產(chǎn)量變化趨勢(shì)上看，各冬種作物處理有利于提高晚稻的產(chǎn)量（冬種大蒜處理的產(chǎn)量＞輪作處理＞油菜處理＞紫云英處理），而冬閑處理晚稻的產(chǎn)量則具有緩慢下降的趨勢(shì)。因此，南方雙季稻田冬季種植作物，較冬季作物及水稻秸稈雙重還田更有利于提高晚稻產(chǎn)量。

圖3 不同復(fù)種輪作休耕模式下早、晚稻產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 Dynamic changes of early and late rice yield by different pattern of multiple cropping, rotation, fallow

3 討 論

3.1 復(fù)種輪作休耕方式對(duì)稻田土壤及水稻生長(zhǎng)的影響

有研究表明，冬種油菜、小麥秸稈翻壓還田，在水稻生長(zhǎng)前期降低了分蘗數(shù)和干物質(zhì)重，但在曬田初期提高了電導(dǎo)率、降低了土壤溶液pH，同時(shí)還認(rèn)為油菜、小麥秸稈翻壓還田對(duì)水稻前期生長(zhǎng)的影響主要與土壤溶液pH、電導(dǎo)率降低、氧化還原電位變化等因素有關(guān)［21］。在中國(guó)南方雙季稻區(qū)，通過(guò)組合秸稈還田與耕作制度（免耕、常規(guī)翻耕和旋耕）方式，認(rèn)為秸稈還田條件下其土壤有機(jī)碳（SOC）、全氮（TN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK）均呈增加的趨勢(shì)，與免耕與秸稈還田相比，翻耕與秸稈還田土壤容重降低了9%，早、晚稻產(chǎn)量分別提高了5.2%和6.4%［12］。還有研究表明，小麥、水稻、油菜秸稈還田及配施秸稈腐熟劑后秸稈還田有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量、陽(yáng)離子交換量、降低土壤容重和增加＞0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量增加，對(duì)稻田土壤質(zhì)量具有明顯的改良作用，有利于提高水稻產(chǎn)量［9］。本研究中，冬種作物有利于提高雙季稻田早、晚稻的產(chǎn)量，同時(shí)晚稻較早稻提高更為顯著，這與秸稈還田可以提高稻田土壤中的養(yǎng)分含量及酶活性［22］，且秸稈還田后增加稻田土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤通透性［23］，提高水分利用率，增加作物產(chǎn)量［24］等研究基本吻合。由此可見(jiàn)，冬季復(fù)種輪作方式及秸稈還田對(duì)土壤質(zhì)量和結(jié)構(gòu)均有有利影響，這也是冬季復(fù)種輪作方式下秸稈還田之后雙季稻增產(chǎn)的另一重要原因。

3.2 復(fù)種輪作休耕方式對(duì)稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成的影響

本試驗(yàn)中，復(fù)種輪作休耕方式對(duì)南方早、晚稻田土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體百分含量的影響均表現(xiàn)出0～50 cm土層土壤大粒級(jí)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體百分含量均出現(xiàn)增多的趨勢(shì)，這一結(jié)論符合Six等［25］的土壤大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)及土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）變化的胚胎發(fā)育模型。本試驗(yàn)中冬季不同作物秸稈還田的同時(shí)，上年晚稻秸稈覆蓋還田，有利于水稻秸稈的加速腐解，可以加快促進(jìn)團(tuán)聚體中顆粒有機(jī)質(zhì)（POM）的形成，POM 被黏土礦物質(zhì)和微生物分泌的黏液包裹，形成新微團(tuán)聚體的核心，促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體數(shù)量的增加。在水稻生長(zhǎng)季，田間管理采用干濕交替法管理，已有研究表明，在干濕交替的稻田中秸稈還田有利于豐富稻田土壤微生物數(shù)量級(jí)種類，從而促進(jìn)稻田土壤團(tuán)聚體的形成［26］，這是本試驗(yàn)早、晚稻土壤水穩(wěn)定大團(tuán)聚體增加的一個(gè)重要原因，但這一結(jié)論與安婉麗等［27］研究的早稻秸稈還田對(duì)土壤水穩(wěn)定團(tuán)聚體大團(tuán)聚體影響不顯著（P＜0.05）的結(jié)果不一致，這可能與早稻秸稈還田時(shí)，福建稻田冬季處于休閑、寒冷濕潤(rùn)淹水的環(huán)境狀況有關(guān)，影響了早稻有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量和微生物數(shù)量，從而影響了土壤大團(tuán)聚體的形成。

此外，有研究表明，輸入土壤的植物殘?bào)w主要通過(guò)真菌菌絲體生長(zhǎng)和其他微生物的分解活動(dòng)，使土壤顆粒與礦物質(zhì)相結(jié)合［28］。本試驗(yàn)中，在冬季不同種植方式下，晚稻的秸稈以覆蓋冬季作物的方式還田，增加了冬季稻田的地表溫度，加速了有機(jī)質(zhì)的分解，增加了土壤微生物數(shù)量和種類，同時(shí)冬季作物的秸稈還田，增加了早稻季土壤養(yǎng)分的輸入，這是本研究在冬季復(fù)種輪作方式下秸稈還田促進(jìn)早、晚稻稻田土壤大團(tuán)體形成的另一原因。結(jié)合以上研究結(jié)果，冬季作物秸稈覆蓋還田后，稻田0～30 cm 土層土壤中的有機(jī)碳、膠結(jié)物質(zhì)和微生物等的數(shù)量及微生物的種類較稻田30～50 cm土層多，因此，在早、晚稻生長(zhǎng)期，稻田不同復(fù)種輪作后0～30 cm稻田土層水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量增多，而微團(tuán)聚體減少的現(xiàn)象較30～50 cm 土層顯著（P＜0.05）。

3.3 復(fù)種輪作休耕方式對(duì)稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

稻田土壤平均質(zhì)量直徑MWD和平均幾何直徑GMD指標(biāo)可以反映土壤團(tuán)聚體的大小及百分含量的分布狀況［19］，稻田土壤大團(tuán)聚體的含量越高，其MWD值越大，說(shuō)明土壤團(tuán)聚體的平均粒徑團(tuán)聚程度越高［29］；稻田土壤團(tuán)聚體越穩(wěn)定，其GMD值越大［4］。分形維數(shù)D也能較好地描述稻田土壤團(tuán)聚體數(shù)量組成，D指標(biāo)值越小說(shuō)明其土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好［30,31］。本研究表明，MWD、GMD和R0.25指標(biāo)之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），并且三者均與分形維數(shù)D指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），表明MWD、GMD、R0.25和分形維數(shù)D四項(xiàng)指標(biāo)均可以用來(lái)表征稻田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，且其在表征稻田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的過(guò)程中也具有一致性。

本研究中，南方稻田復(fù)種輪作休耕方式下秸稈還田后，早、晚稻土壤在0～50 cm土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD和GMD總體顯著增大，分形維數(shù)顯著減小，說(shuō)明復(fù)種輪作休耕對(duì)早、晚稻土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性提高，這主要是因?yàn)榻斩掃€田（包括冬季作物秸稈）使早、晚稻田水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量增多（表3和表4）的緣故，由于稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性與大團(tuán)聚體含量呈顯著正相關(guān)，與分形維數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤中較大粒級(jí)團(tuán)聚體越多，團(tuán)聚體的MWD和GMD值越大，分形維數(shù)值越小［21］，這一研究結(jié)論與安婉麗等［27］、高飛等［31］的研究結(jié)果類似。在本研究中，稻田土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量提高的原因主要有：首先，稻田早晚稻種植期間主要通過(guò)人工灌溉，存在干濕交替灌溉現(xiàn)象，有利于稻田土壤團(tuán)聚體形成；其次，冬季種植不同作物促進(jìn)稻田微生物、菌根的生長(zhǎng)，同時(shí)冬季作物秸稈還田提供了豐富的活性碳源，加快了稻田土壤大團(tuán)聚體形成，這與李景等［14］認(rèn)為在冬季種植小麥且秸稈還田條件下，長(zhǎng)期保護(hù)性耕作（包括免耕覆蓋和深松覆蓋），可顯著提高表層土壤大團(tuán)聚體含量，降低微團(tuán)聚體含量，提高團(tuán)聚體的水穩(wěn)性，改善土壤結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果基本一致；第三，施入稻田土壤中的秸稈可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體中顆粒POM的形成，在微生物的作用下，促使水穩(wěn)性新團(tuán)聚體核心的形成。本試驗(yàn)中增加土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量的比例與王麗等［2］的研究結(jié)果不一致，這主要可能與試驗(yàn)條件、土壤肥力、耕作措施和試驗(yàn)?zāi)晗薜纫蛩赜嘘P(guān)。因此，還需進(jìn)一步長(zhǎng)期跟蹤定位分析稻田復(fù)種輪作休耕方式對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響及其程度。

4 結(jié) 論

南方稻田復(fù)種輪作及秸稈雙重還田，0～50 cm土層中早、晚稻田土壤團(tuán)聚體含量均以“較小”團(tuán)聚體為主，“較大”團(tuán)聚體含量較少，復(fù)種輪作后有利于早晚稻田大團(tuán)聚體的形成，相應(yīng)地減少了“較小”團(tuán)聚體的百分含量，早稻季相對(duì)與晚稻季更為顯著，同時(shí)還顯著增加了早、晚稻田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性（P＜0.05），這對(duì)我國(guó)南方稻田可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。