摘要：為促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，采用田間定位試驗(yàn)，研究不同耕作［免耕（NT）、淺耕（ST）、深耕（DT）］及秸稈還田方式［秸稈還田（-T）、秸稈離田）］下，黑土區(qū)土壤剖面（0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm］養(yǎng)分及微生物量碳、微生物量氮的變化。結(jié)果表明，不同耕作方式處理的土壤理化性質(zhì)存在顯著差異，在各耕層中土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的處理依次為NT-T、DT、ST-T和DT；全氮含量最高的處理依次為ST-T、DT、NT-T和NT-T；速效氮含量最高的處理依次為DT-T、DT-T、DT和NT；土壤各耕層pH均為ST處理最高；土壤含水率在0～10 cm土層中NT-T處理最高，其他土層中均為ST-T處理顯著高于其他處理；土壤微生物生物量碳、氮含量均表現(xiàn)為ST-T處理最高。不同的耕作方式下，土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、含水率在秸稈還田方式下表現(xiàn)最高；而土壤微生物生物量碳氮含量無(wú)論在秸稈是否還田下，淺耕和深耕的方式均優(yōu)于免耕。

關(guān)鍵詞：耕作方式；秸稈還田；不同耕層；土壤養(yǎng)分；微生物生物量碳；微生物生物量氮

合理的耕作方式和秸稈還田是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的技術(shù)措施，也是確保農(nóng)業(yè)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的有效措施和途徑之一[1]。耕作方式能夠改變土壤表層的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而影響土壤養(yǎng)分；秸稈還田是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)資源充分利用的一種重要手段，它對(duì)保持土壤肥力的良性循環(huán)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

我國(guó)主要的耕作方式為免耕、淺耕、深耕（翻耕）。相關(guān)研究表明不同耕作方式對(duì)土壤容重、孔隙度和含水量、pH、碳、氮養(yǎng)分含量及土壤微生物的影響差異顯著[3-5]。秸稈還田主要為秸稈覆蓋還田的方式，有研究表明，小麥秸稈直接還田后能夠有效提高后季稻田土壤有機(jī)質(zhì)和有效態(tài)氮、磷、鉀的含量[6-8]。但這種秸稈還田方式只改善了表層土壤，并未促進(jìn)底土質(zhì)量的提升。加之不合理的耕作方式、秸稈焚燒、化肥的過(guò)量施用、過(guò)度開墾，使得土壤結(jié)構(gòu)變差、養(yǎng)分降低、土壤酸化，且頻繁使用重型機(jī)械耕地會(huì)造成土壤壓實(shí)，嚴(yán)重阻礙作物吸收土壤養(yǎng)分，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。因此，亟需選取一套合理的耕作及秸稈還田模式來(lái)保護(hù)珍貴的黑土地[9-11]。由于耕作和秸稈還田配合實(shí)施在我國(guó)推行開展的較晚，且目前得到的研究結(jié)果是在較短的時(shí)間獲得的，不同地區(qū)試驗(yàn)地的土壤特性、環(huán)境溫度、降雨情況等都不盡相同。近年來(lái)，一種秸稈深還田新模式（即秸稈深層還田技術(shù)）逐漸發(fā)展成熟，不僅能夠充分利用秸稈，還能培肥于土壤亞表層，全面改善土壤質(zhì)量[3，12-14]。Zheng等[15]在東北黑土地開展的研究發(fā)現(xiàn)秸稈深層還田可將土壤有機(jī)碳含量提高27.47%。因此本研究通過(guò)在牡丹江地區(qū)開展長(zhǎng)期的定位試驗(yàn)來(lái)監(jiān)測(cè)實(shí)施不同耕作和秸稈還田方式土壤質(zhì)量變化，探究土壤養(yǎng)分、微生物量碳和微生物量氮變化，反映特定區(qū)域內(nèi)土壤肥力情況，為該地區(qū)采取適宜的耕作及秸稈還田方式，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2022年9月至2023年11月在牡丹江市溫春鎮(zhèn)（44°60′N，129°58′E）的碳酸鹽性草甸土上進(jìn)行，該地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，海拔高度267.9 m，年均氣溫6.1 ℃，年均降水量700～800 mm，土壤含水量平均為37.2%， 有機(jī)質(zhì)33.28 g·kg-1， 全氮1.51 g·kg-1， 全磷0.71 g·kg-1，全鉀2.53 g·kg-1，pH7.63。

1.2 材料

玉米品種為當(dāng)?shù)剡m宜種植的品種綠單4號(hào)，播種量為25 kg·hm-2，株距是28 cm，行距65 cm，種植密度為5.5萬(wàn)～6.0萬(wàn)株·hm-2。氮肥選用尿素（N46%），磷肥選用磷酸氫二銨（N18%，P2O5 46%），鉀肥選用氯化鉀（ K2O 60%）。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，NT：免耕秸稈不還田；NT-T：免耕秸稈還田覆蓋；ST：淺耕秸稈不還田，淺翻20 cm；ST-T：淺耕秸稈還田，淺翻20 cm；DT：深耕秸稈不還田，深翻35 cm；DT-T：深耕秸稈還田，深翻35 cm（表1）。各處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為234 m2（40 m×9行×0.65 m），總計(jì)18個(gè)小區(qū)，共4 212 m2。采用裂區(qū)試驗(yàn)，前茬為玉米。小區(qū)試驗(yàn)全部采用常規(guī)施肥，玉米常規(guī)施肥中底肥尿素50 kg·hm-2、磷酸二銨200 kg·hm-2、氯化鉀125 kg·hm-2，追肥尿素200 kg·hm-2。除耕作模式不同外，其他田間管理方式全部一致。

試驗(yàn)于每年秋季進(jìn)行秋整地，在作物收獲后利用6B1404約翰迪爾（六缸）拖拉機(jī)＋滅茬機(jī)（1JH-350型秸稈粉碎還田機(jī)），在聯(lián)合收割機(jī)滅茬的基礎(chǔ)上，繼續(xù)將玉米根茬口和未粉碎的秸稈繼續(xù)二次滅茬，將作物玉米秸稈粉碎5～10 cm，然后利用7M-2204約翰迪爾拖拉機(jī)+德國(guó)雷肯液壓五鏵翻轉(zhuǎn)犁（Europa18/5型），將秸稈耕翻埋至20和35 cm耕層中。免耕處理實(shí)行免耕下秸稈全量還田、不還田的方法，于2022年10月25日進(jìn)行還田，中期結(jié)合追肥深松1次。翻耕、中耕、除草時(shí)間：分別2022年10月25日、2023年6月5日和2023年5月20日；試驗(yàn)期間不進(jìn)行任何灌溉，所有處理年際間同一作物的施肥、品種及其他管理措施（耙地、旋地、起壟、播種鎮(zhèn)壓、除草和防病等）均相同。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于2023年10月25日進(jìn)行采樣。用土鉆鉆取各小區(qū)0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm耕層的新鮮土樣500 g，用四分法將土壤充分混勻，裝入自封袋內(nèi)，保存于4 ℃冰箱中待測(cè)。測(cè)定前除去土壤中可見(jiàn)植物殘?bào)w、根系及動(dòng)物殘?bào)w，過(guò)20目篩。

于2023年12月9日采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用凱氏法測(cè)定土壤全氮含量；采用氯化鉀浸提法測(cè)定速效氮含量[16]。采用電極法測(cè)定pH；采用烘干法測(cè)定含水率；采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法測(cè)定微生物生物量碳和微生物生物量氮[17]。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素（ANOVA）和Duncans法進(jìn)行方差分析，利用Origin 2019軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期不同耕作及秸稈還田方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 土壤有機(jī)質(zhì)

由圖1可知，3種耕作方式下在0～10 cm耕層中，NT-T 處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，為 17.9 g·kg-1，且顯著高于其他處理（P＜0.05），NT-T分別較DT-T、ST-T、DT、NT、ST增加了11.18%、11.88%、13.29%、14.74%和19.33%?？梢钥闯?，秸稈還田方式下有機(jī)質(zhì)含量均高于秸稈離田，說(shuō)明秸稈還田方式下進(jìn)行不同耕作處理更有利于有機(jī)質(zhì)的積累。

在10～20 cm耕層中，DT有機(jī)質(zhì)含量最高，為16.3 g·kg-1，NT有機(jī)質(zhì)含量最低，DT較NT有機(jī)質(zhì)含量提高了15.6%，其中，NT-T、ST-T處理有機(jī)質(zhì)含量顯著高于NT、ST，但DT有機(jī)質(zhì)含量顯著高于DT-T，說(shuō)明在免耕和淺耕方式下，秸稈還田更有利于有機(jī)質(zhì)含量積累，而在深耕方式下，秸稈離田優(yōu)于秸稈還田。

在20～30 cm耕層中，ST-T有機(jī)質(zhì)含量為16.6 g·kg-1，顯著高于其他處理，說(shuō)明在該耕層中，淺耕秸稈還田的耕作方式最有利于有機(jī)質(zhì)的積累。

在30～40 cm耕層中，DT、ST-T的有機(jī)質(zhì)含量較高，二者差異不顯著，但與ST、DT-T、NT-T、NT差異顯著，DT較ST、DT-T、NT-T、NT分別提高了8.11%、15.11%、20.30%和23.08%，說(shuō)明在30～40 cm耕層中DT、ST-T兩種耕作方式有利于有機(jī)質(zhì)的積累。

2.1.2 土壤全氮

由圖2可知，在0～10 cm耕層中，土壤全氮含量呈ST-Tgt;STgt;NT-Tgt;NT＞DT＞DT-T的趨勢(shì)，ST-T較ST、NT-T、NT、DT和DT-T 增加了1.40%、8.21%、8.21%、14.17%和39.42%，ST-T與 ST 間差異不顯著，ST-T與NT-T、NT、DT、DT-T 存在顯著差異。

在10～20 cm耕層中，土壤全氮含量呈DTgt;NT-Tgt;STgt;DT-T＞ST-T＞NT的趨勢(shì)，DT和NT-T與其他各處理存在顯著差異。

在20～30 cm耕層中，NT-T處理土壤全氮含量最高，各耕作方式下秸稈離田與秸稈還田之間差異顯著，在免耕和深耕方式下秸稈還田，土壤全氮含量較高，而在淺耕的方式下，秸稈離田好于秸稈還田。

在30～40 cm耕層中，土壤全氮含量呈NT-Tgt;STgt;DT-T＞NT＞ DT＞ST-T的趨勢(shì)，且秸稈離田與秸稈還田之間也存在顯著差異，NT-T土壤全氮含量較ST-T提高了21.43%。從總體上看，隨著耕層深度的增加，各耕作處理土壤全氮含量變化不大。

2.1.3 土壤速效氮

由圖3可知，0～10 cm耕層中，DT-T速效氮含量最高，其次是DT、NT、NT-T、ST-T、ST。

在10～20 cm耕層中，土壤速效氮含量呈現(xiàn)的趨勢(shì)與0～10 cm耕層相同，但速效氮含量較0～10 cm下降，說(shuō)明隨著耕層深度的增加，土壤速效氮呈下降的趨勢(shì)。

在20～30 cm耕層中，土壤速效氮含量大小依次為DT＞NT＞NT-T＞ST-T＞ST＞DT-T，其中，免耕和深耕均在秸稈離田的耕作方式下，速效氮含量較高，NT、DT速效氮含量分別較NT-T、DT-T提高了5.63%和32.98%。

在30～40 cm耕層中，NT處理速效氮含量最高，為69.46 mg·kg-1，較NT-T、ST、ST-T、DT、DT-T分別調(diào)高了18.49%、37.00%、7.44%、3.58%和34.48%，各耕作方式速效氮變化趨勢(shì)與20～30 cm耕層相似。

2.1.4 土壤pH

土壤pH是作物生長(zhǎng)的重要指標(biāo)之一，適宜的pH能提高作物對(duì)各種元素的利用，一般土壤pH在6.5～7.5之間。由圖4可知，從總體上看，各耕層之間土壤pH變化不大。在0～10 cm耕層，各處理呈ST＞ST-T＞NT＞DT＞DT-T＞NT-T的趨勢(shì)，ST處理pH最高，為7.73，與ST-T處理差異不顯著，與其他各處理存在顯著差異，NT-T處理pH最低，為7.34。

在10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm耕層中pH最高的也為ST處理，說(shuō)明ST處理在一定程度上能使土壤pH升高，但較高的pH不利于作物生長(zhǎng)，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的耕作方式。

2.1.5 土壤含水率

由圖5可知，隨著土壤耕層深度的增加，土壤含水率呈逐漸上升的趨勢(shì)。在土壤0～10 cm耕層，土壤含水率大小為

NT-T＞ST-T＞DT＞ST＞DT-T＞NT，ST-T與NT間差異顯著，ST-T相較于NT處理增長(zhǎng)了12.71%；在土壤10～20 cm耕層，ST-T＞DT-T＞ST＞DT＞NT-T＞NT，ST-T與NT之間也存在顯著差異；在20～30 cm耕層，各處理土壤含水量表現(xiàn)為ST-T＞DT＞NT-T＞DT-T＞NT＞ST，ST-T與NT間差異顯著，含水量提高了6.3%；在30～40 cm耕層，含水量大小表現(xiàn)為ST-T＞DT-T＞ST＞NT-T＞DT＞NT，ST-T較NT提高了13.38%。由此可以看出，采取秸稈還田淺耕處理后土壤能儲(chǔ)存較多水分，該土壤層也是作物生長(zhǎng)的主要區(qū)域，可以持續(xù)吸收水分促使作物的成熟。

2.2 長(zhǎng)期不同耕作還田方式對(duì)土壤微生物生物量碳氮的影響

土壤微生物是衡量土壤質(zhì)量狀況的重要指標(biāo)，土壤微生物的種類數(shù)量與有機(jī)質(zhì)分解、礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)換有直接關(guān)系，進(jìn)而影響了作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用，耕作方式不僅導(dǎo)致土壤理化指標(biāo)及生物學(xué)指標(biāo)發(fā)生改變，也會(huì)使土壤微生物群落組成發(fā)生改變，并且使耕作方式的響應(yīng)速度加快。由表2可知，在0～10 cm、10～20 cm耕層中，ST-T處理微生物生物量碳含量最高，DT處理微生物生物量氮最高，且與其他處理存在顯著差異。在20～30 cm、30～40 cm耕層中，DT-T處理微生物生物量碳最高，ST處理微生物量氮最高，說(shuō)明淺耕還田和深耕還田能在一定程度上提高微生物生物量碳，深耕秸稈離田和淺耕離田能提高微生物生物量氮進(jìn)而提高土壤質(zhì)量，這些結(jié)果表明淺耕和深耕的方式在提高土壤微生物生物量碳氮上要顯著優(yōu)于免耕的耕作方式。

3 討論

本研究結(jié)果表明在0～10 cm耕層中NT-T的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于淺耕和深耕處理，而隨著耕層深度的增加，DT和ST-T處理有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高，與李玉梅等[18]的研究一致，這可能是由于在土壤表層翻耕會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)改變，從而降低表層養(yǎng)分，因此表層中NT-T的處理有機(jī)質(zhì)較高，而秸稈還田后由于連續(xù)翻耕，秸稈可以深入中層和深層土體，導(dǎo)致有機(jī)碳含量增加。張素瑜等[19]指出，秸稈翻耕還田相較秸稈還田在土壤中腐解速度更快，在提高土壤養(yǎng)分含量方面作用更為顯著。本研究得出淺耕、深翻配合秸稈還田對(duì)土壤全氮含量提高也較為顯著；大多數(shù)研究顯示深耕可以提高15～40 cm耕層有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷和速效鉀含量[14，20-23]，這與本研究結(jié)果大致相同。不同耕作方式對(duì)土壤物理性狀影響不同，平翠枝等[24]研究表明深松耕作可以有效降低土壤容重，提高土壤含水量，促進(jìn)土壤滲透能力，而本研究中得出淺耕秸稈還田的耕作方式含水量較高，這可能是由于秸稈還田會(huì)使土壤表層水分蒸發(fā)減少，淺耕有利于水分保持，因此保水效果明顯[25]。本研究中免耕、深耕處理pH均低于淺耕處理，是因?yàn)闇\耕的耕作方式促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，使土壤微生物活動(dòng)更加頻繁，提高微生物群落多樣性，進(jìn)而使得土壤pH發(fā)生變化，這種耕作方式可以改善土壤酸化現(xiàn)象；淺耕和深耕的方式能顯著提高微生物生物量碳氮含量，這與李曉莎等[26]的研究結(jié)果相似。程教擘等[27]研究也表明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(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和豐富度指數(shù)比翻耕和旋耕均顯著下降。這些結(jié)果均表明淺耕、深耕兩種耕作方式可以使下部耕層土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，創(chuàng)造出適宜微生物生長(zhǎng)繁殖的土壤環(huán)境，使土壤耕層的微生物數(shù)量增加，進(jìn)而提高土壤中微生物生物量碳氮含量。

4 結(jié)論

土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的處理在（0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm）耕層中表現(xiàn)依次為NT-T、DT、ST-T和DT；全氮含量最高的處理各耕層依次為ST-T、DT、NT-T和NT-T；速效氮含量最高處理依次為DT-T、DT-T、DT和NT；土壤pH各耕層均為ST處理最高；土壤含水量在0～10 cm土層中NT-T處理最高，其他土層中均為ST-T處理顯著高于其他處理。

不同的耕作與秸稈還田方式下，土壤微生物生物量碳氮存在顯著差異，在0～10 cm、10～20 cm耕層中，微生物生物量碳氮含量最高的分別是ST-T和DT；在20～30 cm、30～40 cm耕層中，微生物生物量碳氮含量最高的為DT-T和ST，從總體上看，無(wú)論秸稈是否還田，淺耕和深耕的方式在提高土壤微生物生物量碳氮含量上要優(yōu)于免耕。

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