摘要：為研究高寒黑土區(qū)不同輪作模式對(duì)土壤質(zhì)量及馬鈴薯產(chǎn)量的影響，通過(guò)田間定位試驗(yàn)，對(duì)比分析當(dāng)?shù)?種傳統(tǒng)種植模式［2年輪作處理：馬鈴薯—小麥—甜菜—馬鈴薯（St—Ta—Bv—St），馬鈴薯—水飛薊—小麥—馬鈴薯（St—Smt—Ta—St）；3年輪作處理：小麥—甜菜—小麥—馬鈴薯（Ta—Bv—Ta—St），油菜—小麥—甜菜—馬鈴薯（Bn—Ta—Bv—St），小麥—油菜—大麥—馬鈴薯（Ta—Bn—Hv—St）；馬鈴薯2年連作處理：油菜—小麥—馬鈴薯—馬鈴薯（CK）］，探討不同輪作模式對(duì)土壤容重、孔隙度、團(tuán)聚體及馬鈴薯產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明，與CK相比，不同輪作模式有利于降低0～20、20～40 cm土層土壤容重，增加土壤孔隙度；輪作對(duì)土壤團(tuán)聚體具有正向作用，提高了 0.50～1.00 mm粒徑土壤團(tuán)聚體含量，降低了＜0.25 mm粒徑土壤團(tuán)聚體含量，5種輪作模式均增加了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。其中，0～20 cm土層中，與CK相比，Ta—Bv—Ta—St處理土壤容重顯著降低10.53%，孔隙度和R0.25分別顯著提高18.01%和36.07%。Ta—Bv—Ta—St處理＞2.00 mm粒徑團(tuán)聚體比例最高，較St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St、Bn—Ta—Bv—St、Ta—Bn—Hv—St和CK分別提高了12.47%、30.55%、3.62%、104.43%和 105.88%。20～40 cm土層中，與CK相比，Ta—Bv—Ta—St處理土壤容重降低，孔隙度、平均重量直徑（MWD）和gt;0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（R0.25）提高。Ta—Bv—Ta—St處理0.50～1.00 mm 粒徑團(tuán)聚體比例最高，較St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St、Bn—Ta—Bv—St、Ta—Bn—Hv—St和CK分別增加了13.92%、37.03%、38.89%、42.07%和193.33%。不同輪作模式間馬鈴薯產(chǎn)量差異顯著，較CK提高35.6%～75.5%，其中Ta—Bv—Ta—St處理更有利于馬鈴塊莖產(chǎn)量的提高。綜上，Ta—Bv—Ta—St輪作模式較其他處理更能改善土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)提高馬鈴薯高產(chǎn)高效栽培技術(shù)效果更為顯著，適宜在高寒黑土區(qū)推廣。

關(guān)鍵詞：高寒黑土區(qū)；輪作模式；土壤團(tuán)聚體；馬鈴薯；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S532.04" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2025）03-0191-08

王籽懿，韓nbsp; 偉，金鴻飚，等. 高寒黑土區(qū)不同輪作模式對(duì)土壤團(tuán)聚體及馬鈴薯產(chǎn)量的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2025，53（3）：191-198.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.026

收稿日期：2024-01-25

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古科技計(jì)劃（編號(hào)：2022YFDZ0010）；河北省科技計(jì)劃結(jié)轉(zhuǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：21326320D）；內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(xiàng)（編號(hào)：2021ZD0005）。

作者簡(jiǎn)介：王籽懿（1996—），女，河北張家口人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楹谕恋乩门c保護(hù)。E-mail：1754899519@qq.com。

通信作者：黃修梅，博士，教授，主要從事作物栽培研究。E-mail：huangxm0404@126.com。

土壤侵蝕是土壤剝蝕、搬運(yùn)和沉積的過(guò)程，影響土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，降低土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤容重［1］，還會(huì)顯著降低土壤的養(yǎng)分供應(yīng)能力，造成作物減產(chǎn)，已成為一個(gè)嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)，會(huì)導(dǎo)致土地退化、降低土地生產(chǎn)力及威脅生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和人類的糧食安全［2-3］。在我國(guó)高寒黑土區(qū)，由于其種植模式單一且化肥施用過(guò)量，使得當(dāng)?shù)赝寥澜Y(jié)構(gòu)惡化，制約了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。據(jù)報(bào)道，2021年?yáng)|北地區(qū)水土流失面積達(dá)21.41萬(wàn)km2，占區(qū)域國(guó)土面積的19.68%［4］。作物種植和管理對(duì)土壤侵蝕的發(fā)生和發(fā)展有顯著影響，而實(shí)行輪作可有效改善土壤環(huán)境、提升地力并提高土壤質(zhì)量及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性［5-6］。評(píng)估土壤質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)是土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。團(tuán)聚體穩(wěn)定性反映了土壤結(jié)構(gòu)的健康程度和抗侵蝕能力。因此，研究不同輪作模式下團(tuán)聚體的分形特征對(duì)于高寒黑土區(qū)農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用以及實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)具有重要意義。

團(tuán)聚體既是重要的土壤物理因子［7］，也是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，其數(shù)量多少和穩(wěn)定性是土壤肥力水平的重要指標(biāo)［8］，在提高土壤生產(chǎn)力、抵抗侵蝕能力和促進(jìn)植物生長(zhǎng)等方面有重要作用［9-10］。土壤學(xué)將當(dāng)量粒徑10.00～0.25 mm的團(tuán)聚體稱為大團(tuán)聚體，其含量越高，說(shuō)明土壤團(tuán)聚性越好；將＜0.25 mm 的團(tuán)聚體稱為微團(tuán)聚體，這一級(jí)別團(tuán)聚體所占比重越高，表明土壤越分散［11］。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性反映土壤結(jié)構(gòu)，是評(píng)價(jià)土壤退化易損性的重要指標(biāo)［12］。一般認(rèn)為，平均重量直徑（MWD）和 gt;0.25 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（R0.25）越高，團(tuán)聚體穩(wěn)定性越強(qiáng)，土壤的抗侵蝕和抗耕作性能越好；土壤分形維數(shù)（D）越小，表明土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定［13-15］。孫濤等研究認(rèn)為，東北黑土區(qū)玉米大豆輪作有增加土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量、降低黏粉粒含量的趨勢(shì)，其土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量（R0.25）顯著高于玉米連作［16］。趙紅等運(yùn)用元素分析和紅外光譜技術(shù)研究了我國(guó)東北地區(qū)黑土中腐殖酸（HA）的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)免耕增加了黑土腐殖酸的聚合程度，使腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，從而增強(qiáng)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性［17］。朱錕恒等的研究表明，秸稈還田后其腐熟過(guò)程中產(chǎn)生的多糖等代謝物可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成［18］。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越重視維持和提高土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這對(duì)于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

本研究以高寒黑土區(qū)大興安嶺西麓為研究區(qū)，該區(qū)域氣候獨(dú)特，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，有“高寒禁區(qū)”之稱，氣候濕潤(rùn)，夏季多雨，溫差較大，年有效積溫2 100 ℃，受積溫影響，大田種植主要作物有小麥、甜菜、油菜、水飛薊、大麥與馬鈴薯，土壤以黑鈣土和草甸土為主，結(jié)構(gòu)良好、質(zhì)地疏松，晝夜溫差大，非常適宜馬鈴薯種薯的生產(chǎn)，地理緯度位置也是國(guó)際上公認(rèn)的馬鈴薯最佳種植帶，因此馬鈴薯為當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)作物，其余作物為其輪作倒茬作物。研究高寒黑土區(qū)不同輪作模式對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響及馬鈴薯產(chǎn)量的影響，對(duì)于加強(qiáng)黑土地保護(hù)、提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，推進(jìn)“糧食安全”戰(zhàn)略措施和“質(zhì)量興農(nóng)”戰(zhàn)略實(shí)施具有重要意義。因此，采用科學(xué)方法分析高寒黑土區(qū)輪作模式，對(duì)實(shí)現(xiàn)黑土區(qū)耕地資源可持續(xù)利用和提高糧食產(chǎn)量至關(guān)重要。

1" 材料與方法

1.1" 試驗(yàn)地概

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾區(qū)哈克鎮(zhèn)下轄社區(qū)謝爾塔拉農(nóng)牧場(chǎng)（49°25′N，119°57′E），屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，無(wú)霜期90～100 d，年平均氣溫-2.1 ℃左右，晝夜溫差大，年均降水量 300 mm 左右，降水集中在7—9月。

1.2" 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大田試驗(yàn)，受無(wú)霜期限制，當(dāng)?shù)卮竺娣e種植的作物主要為小麥（Ta）、甜菜（Bv）、油菜（Bn）、水飛薊（Sm）、大麥（Hv）與馬鈴薯（St），根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植模式，設(shè)6種不同處理，分別為2年輪作處理：馬鈴薯—小麥—甜菜—馬鈴薯（St—Ta—Bv—St），馬鈴薯—水飛薊—小麥—馬鈴薯（St—Sm—Ta—St）；3年輪作處理：小麥—甜菜—小麥—馬鈴薯（Ta—Bv—Ta—St），油菜—小麥—甜菜—馬鈴薯（Bn—Ta—Bv—St），小麥—油菜—大麥—馬鈴薯（Ta—Bn—Hv—St）；馬鈴薯2年連作處理：油菜—小麥—馬鈴薯—馬鈴薯（CK）。于2023年5月初播種馬鈴薯，株距為25 cm，行距為90 cm，施肥用量、耕作措施、田間管理遵從當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣。

1.3" 樣品采集

馬鈴薯收獲期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取3點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)量及結(jié)薯個(gè)數(shù)測(cè)定。商品薯率：薯塊重量大于150 g的為商品薯，商品薯率=大于150 g薯塊重量/總重量×100%；結(jié)薯個(gè)數(shù)分別為單薯重大于150 g的薯塊個(gè)數(shù)、50～150 g的薯塊個(gè)數(shù)和小于50 g的薯塊個(gè)數(shù)，每個(gè)處理重復(fù)3次。

于2023年9月馬鈴薯收獲前，采用“S”形5點(diǎn)取樣法，使用環(huán)刀分別采集每個(gè)小區(qū) 0～20 cm和20～40 cm 2個(gè)土層的原狀土樣，去除雜質(zhì)后，盡量保持原狀土壤結(jié)構(gòu)帶回實(shí)驗(yàn)室，然后在通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干、過(guò)篩，用于土壤團(tuán)聚體組成的測(cè)定。

1.4" 指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算

土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤孔隙度=（1-土壤容重/比重）×100%；采用團(tuán)聚體濕篩法［19］測(cè)定團(tuán)聚體粒徑組成，將通過(guò)干篩法獲得的各粒徑團(tuán)聚體按比例配制50 g土樣用于濕篩，篩選出 gt;2.00、1.00～2.00、0.25～1.00、lt;0.25 mm 這 4 個(gè)粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)計(jì)算公式如下［20］。

gt;0.25 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（R0.25）：

R0.25=Mrgt;0.25MT×100%。

式中：Mrgt;0.25為粒徑gt;0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體重量，g；MT為水穩(wěn)性團(tuán)聚體總重量，g。

平均重量直徑（MWD）：

MWD=∑ni=1（wi×xi）。

式中：xi為第i級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均直徑，mm；wi為第i級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體重量百分比，%。

分形維數(shù)（D）中從下式求得：

Mrlt;RiMT=RiRmax3-D。

式中：Ri為i級(jí)團(tuán)聚體平均直徑，mm；Mrlt;Ri為粒徑小于Ri的團(tuán)聚體重量，g；MT為團(tuán)聚體總重量，g；Rmax為團(tuán)聚體最大粒徑，mm。

1.5" 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016 和SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與分析，利用單因素方差分析（One-way ANOVA）評(píng)價(jià)不同處理間各指標(biāo)的差異顯著性。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 不同輪作模式對(duì)土壤容重和孔隙度的影響

如表1所示，隨著土壤深度的增加，土壤容重呈升高趨勢(shì)。0～20 cm土層土壤容重維持在1.40～1.68 g/cm3之間，CK最高，為1.68 g/cm3，極顯著高于其余處理；St—Sm—Ta—St、Ta—Bv—Ta—St、Bn—Ta—Bv—St和Ta—Bn—Hv—St處理間差異不顯著；與St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St、Ta—Bv—Ta—St、Bn—Ta—Bv—St和Ta—Bn—Hv—St處理相比，CK分別提高了27.27%、13.51%、10.53%、20.00%和12.00%。20～40 cm土層，CK土壤容重最高，為 1.79 g/cm3，顯著高于St—Sm—Ta—St和Ta—Bn—Hv—St處理，極顯著高于St—Ta—Bv—St和Bn—Ta—Bv—St處理；Ta—Bv—Ta—St處理次之，為 1.61 g/cm3，與其余處理未形成顯著差異；與St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St、Ta—Bv—Ta—St、Bn—Ta—Bv—St和Ta—Bn—Hv—St處理相比，CK分別提高了22.60%、15.48%、11.18%、23.45%和14.01%。

如表1所示，土壤孔隙度整體呈現(xiàn)與容重相反的趨勢(shì)。0～20 cm土層，St—Ta—Bv—St處理土壤孔隙度最高，為49.14%，與St—Sm—Ta—St、Ta—Bn—Hv—St處理呈顯著差異，但未達(dá)到極顯著差異，極顯著高于Ta—Bv—Ta—St和CK，較CK提高了39.17%；Bn—Ta—Bv—St處理土壤孔隙度處于較高水平，為46.09%，極顯著高于CK，較CK提高了30.53%，與其余處理差異不顯著；St—Sm—Ta—St、Ta—Bv—Ta—St和Ta—Bn—Hv—St處理間差異不顯著，均極顯著高于CK，較CK分別提高了21.81%、18.01%和19.99%。20～40 cm 土層，Bn—Ta—Bv—St和St—Ta—Bv—St處理土壤孔隙度處于較高水平，分別為44.11%和43.95%，均極顯著高于CK，較CK分別提高了41.92%和41.41%，與其余處理未形成顯著差異；St—Sm—Ta—St和Ta—Bn—Hv—St處理差異不顯著，均顯著高于CK，但未達(dá)到極顯著差異，較CK分別提高了30.31%和27.96%；Ta—Bv—Ta—St和CK處理未達(dá)到顯著性差異，但較CK提高了22.49%。綜上，5種輪作模式與CK相比，對(duì)土壤容重和孔隙度均有明顯促進(jìn)作用。

2.2" 不同輪作模式下土壤團(tuán)聚體組成分布特征

如圖1所示，不同輪作模式下土壤團(tuán)聚體粒徑組成存在極顯著差異。0～20 cm土層中，＞2.00 mm 土壤團(tuán)聚體含量以Ta—Bv—Ta—St處理最高，為20.3%，較CK顯著提高了105.88%，與除Ta—Bn—Hv—St和CK外的其余處理差異不顯著；1.00～2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量以Bn—Ta—Bv—St處理最高，為26.24%，較CK極顯著提高了425.85%，并極顯著高于St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St與Ta—Bn—Hv—St處理，與Ta—Bv—Ta—St處理差異不顯著；0.50～1.00 mm土壤團(tuán)聚體含量以 Bn—Ta—Bv—St處理最高，為26.73%，較CK極顯著提高了179.90%，顯著高于St—Ta—Bv—St處理，與其余處理未形成顯著差異；0.25～0.50 mm 土壤團(tuán)聚體含量以CK最高，為36.27%，極顯著高于其余處理；＜0.25 mm 土壤團(tuán)聚體含量以CK最高，為39.33%，與Ta—Bn—Hv—St處理差異不顯著，但極顯著高于其余處理。

隨著取樣深度的增加，20～40 cm土層中，＞2.00 mm 團(tuán)聚體含量以Bn—Ta—Bv—St處理最高，為29.16%，較CK極顯著提高了108.14%，并極顯著高于其余處理；1.00～2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量以 Bn—Ta—Bv—St處理最高，為28.51%，較CK極顯著提高了74.1%，并極顯著高于其余處理；0.50～1.00 mm土壤團(tuán)聚體含量以Ta—Bv—Ta—St處理最高，為28.57%，較CK極顯著提高了193.33%，并極顯著高于除St—Ta—Bv—St和CK外的其余處理；0.25～0.50 mm土壤團(tuán)聚體含量以CK最高，為32.65%，顯著高于 Ta—Bv—Ta—St與Ta—Bn—Hv—St，并極顯著高于Bn—Ta—Bv—St；＜0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量以CK最高，為40.21%，顯著高于St—Sm—Ta—St處理，并極顯著高于其余處理。

綜上，與CK相比，0～20 cm土層，不同輪作方式顯著提高了0.50～1.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量，降低＜0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量；20～40 cm土層，不同輪作方式顯著提高了0.50～1.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量，降低 0.25～0.50 mm和＜0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量。

2.3" 不同輪作模式下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性變化特征

不同輪作模式下0～20 cm土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性存在極顯著差異（圖2）。R0.25以Bn—Ta—Bv—St處理最高，為85%，與Ta—Bv—Ta—St處理差異不顯著，但極顯著高于其余處理，較CK極顯著提高了39.30%；Ta—Bv—Ta—St處理的R0.25為83%，極顯著高于除Bn—Ta—Bv—St外的其余處理，較CK極顯著提高了36.10%；St—Ta—Bv—St和St—Sm—Ta—St處理差異不顯著，但極顯著高于CK，較CK分別提高了19.70%與23.0%；CK R0.25含量最低，為61%，與Ta—Bn—Hv—St處理未形成顯著差異。平均重量直徑（MWD）以Bn—Ta—Bv—St處理最高，為 8.23 mm，極顯著高于St—Ta—Bv—St與 Ta—Bn—Hv—St處理，顯著高于 St—Sm—Ta—St與CK，較CK提高了14.30%，與Ta—Bv—Ta—St處理差異不顯著；CK的MWD為 7.2 mm，與St—Sm—Ta—St處理未形成顯著差異。分形維數(shù)（D）以CK最高，為9.78，與Ta—Bn—Hv—St處理未形成顯著差異；Bn—Ta—Bv—St處理的D最低，為3.76，與Ta—Bv—Ta—St處理差異不顯著，但極顯著低于其余處理，較CK極顯著降低了61.60%；Ta—Bv—Ta—St處理的D為4.51，較CK極顯著降低了53.90%；St—Ta—Bv—St和 St—Sm—Ta—St處理差異不顯著，但極顯著低于CK，較CK分別降低了31.50%、30.50%。因此，與對(duì)照相比，0～20 cm 土層，不同輪作方式顯著提高土壤大團(tuán)聚體含量（R0.25），降低分形維數(shù)（D）。

不同輪作模式下20～40 cm土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性存在極顯著差異（圖2）。R0.25以Bn—Ta—Bv—St處理最高，為86%，顯著高于Ta—Bv—Ta—St處理，但未達(dá)到極顯著水平，極顯著高于其余處理，較CK極顯著提高了43.30%；CK R0.25最低，為60%；Ta—Bv—Ta—St處理的R0.25為79%，極顯著高于St—Sm—Ta—St和CK，較二者分別提高了19.70%、31.70%，與St—Ta—Bv—St和Ta—Bn—Hv—St處理未形成顯著差異。MWD以Ta—Bv—Ta—St處理最高，為 8.72 mm，與St—Ta—Bv—St、Bn—Ta—Bv—St處理差異不明顯，顯著高于其余處理，但未形成極顯著差異，較CK提高了35.40%；CK的MWD為 6.44 mm，與 St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St、Bn—Ta—Bv—St、Ta—Bn—Hv—St處理未形成顯著差異。分形維數(shù)（D）以CK最高，為9.28；Bn—Ta—Bv—St處理的D最低，為1.29，極顯著低于其余處理，較CK極顯著降低了86.10%；Ta—Bv—Ta—St處理的D為7.58%，顯著低于CK，較CK降低了18.30%；St—Ta—Bv—St和Ta—Bn—Hv—St處理差異不顯著，但顯著低于CK，較CK分別降低了18.20%與25.20%。因此，與對(duì)照相比，20～40 cm土

層，不同輪作方式顯著提高土壤大團(tuán)聚體含量（R0.25）和平均重量直徑（MWD），降低分形維數(shù)（D）。

2.4" 不同輪作模式下土壤團(tuán)聚體對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量與商品薯率的影響

不同輪作模式下馬鈴薯產(chǎn)量存在極顯著差異（圖3）。Ta—Bv—Ta—St處理產(chǎn)量最高，為 58.02 t/hm2，與St—Sm—Ta—St、Ta—Bn—Hv—St處理未形成顯著差異，與Bn—Ta—Bv—St處理差異顯著，并極顯著高于St—Ta—Bv—St與CK，較CK提高了75.50%。Ta—Bn—Hv—St處理顯著高于 St—Ta—Bv—St處理，并極顯著高于CK，較CK提高了62.89%，與其余處理差異不顯著。St—Ta—Bv—St和St—Sm—Ta—St處理與Bn—Ta—Bv—St處理差異不顯著，但均極顯著高于CK，較CK分別提高了35.63%、61.95%和43.92%。綜上，不同輪作模式下馬鈴薯產(chǎn)量為Ta—Bv—Ta—St＞Ta—Bn—Hv—St＞St—Sm—Ta—St＞Bn—Ta—Bv—St＞St—Ta—Bv—St＞CK。

不同輪作模式下馬鈴薯商品薯率存在極顯著差異（圖4）。Ta—Bn—Hv—St處理商品薯率最高，為88.76%，顯著高于Ta—Bv—Ta—St處理，并極顯著高于CK，較CK的提高了38.90%，與其余處理未形成顯著差異；Bn—Ta—Bv—St處理顯著高于Ta—Bv—Ta—St處理，并極顯著高于CK，較CK的提高了33.20%，與其余處理差異不顯著；Ta—Bv—Ta—St處理極顯著高于CK，較CK提高了24.18%；St—Ta—Bv—St和 St—Sm—Ta—St處理均極顯著高于CK，較CK分別提高了29.24%和27.71%。

3" 討論

3.1" 不同輪作模式下團(tuán)聚體在黑土地保護(hù)方面的生態(tài)學(xué)意義

土壤關(guān)系到作物的健康成長(zhǎng)。土壤容重代表

了土壤松緊程度和孔隙狀況。合理的輪作制度能夠提高土壤肥力，為馬鈴薯高質(zhì)量生產(chǎn)提供有力保障。本研究發(fā)現(xiàn)，輪作處理后的土壤容重較CK明顯降低，而土壤孔隙度則明顯升高，這可能是由于連作不重視養(yǎng)地，使得土壤板結(jié)，最終導(dǎo)致土壤容重增加、土壤孔隙度下降，而不同的輪作作物因其根系生長(zhǎng)發(fā)育特性不同，促使土壤物理性狀發(fā)生變化?？梢姡喿髂軌蚋纳仆寥浪删o度，增加其通透性。

土壤團(tuán)聚體是土壤微生物的生境及養(yǎng)分儲(chǔ)存場(chǎng)所。土壤團(tuán)聚體含量及粒級(jí)分布不僅影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，還對(duì)土壤的一系列物理、化學(xué)及生物學(xué)過(guò)程有著重要影響。孫濤等研究認(rèn)為，東北黑土區(qū)玉米大豆輪作有增加土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量、降低黏粉粒含量的趨勢(shì)，土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量顯著高于玉米連作［16］。白怡婧等在黃壤土上的研究表明，輪作處理對(duì)于改善土壤團(tuán)聚體組成、提高土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與平均重量直徑的效果十分顯著［21］。魏艷春等研究認(rèn)為，長(zhǎng)期輪作能顯著提高土壤大團(tuán)聚體數(shù)量和團(tuán)聚體的平均質(zhì)量直徑，顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)穩(wěn)定性［22］。本研究結(jié)果表明，輪作促進(jìn)了大團(tuán)聚體形成，不同輪作模式下水穩(wěn)定性團(tuán)聚體均以大團(tuán)聚體為優(yōu)勢(shì)團(tuán)聚體。在0～20 cm 土層，5種輪作模式較CK能夠顯著提高 ＞0.50 mm 的團(tuán)聚體含量，在20～40 cm土層較CK 能夠顯著提高0.50～2.00 mm的團(tuán)聚體含量，尤以Bn—Ta—Bv—St與Ta—Bv—Ta—St輪作效果最佳，St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St與Ta—Bn—Hv—St次之。這與其他研究結(jié)果［11，21，23-27］一致。土壤大團(tuán)聚體含量（R0.25 mm）的提高，可能是由于本研究區(qū)域作物秸稈還田后，秸稈中的多糖、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素等膠結(jié)物質(zhì)促進(jìn)了水穩(wěn)性微團(tuán)聚體向大團(tuán)聚體的合成［28］。秸稈還田增加了土壤有機(jī)物含量，促進(jìn)土壤碳氮循環(huán)和作物生長(zhǎng)，增加了作物根系分泌物等新鮮有機(jī)物的輸入，同時(shí)刺激了土壤微生物的種群數(shù)量及活性［29］，這些均有助于增加土壤膠結(jié)物質(zhì)含量，進(jìn)而促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成。

土壤團(tuán)聚體在土壤結(jié)構(gòu)中扮演著重要的角色，其粒級(jí)分布和變化對(duì)土壤的孔隙結(jié)構(gòu)、水分保持能力以及微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)生顯著影響。土壤團(tuán)聚體MWD和R0.25值越高，分形維數(shù)（D）越低，團(tuán)聚體穩(wěn)定性越強(qiáng)。鄭梅迎等指出，＞0.25 mm粒徑團(tuán)聚體是土壤中最好的結(jié)構(gòu)體［30］。本研究結(jié)果表明，輪作提高了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，5種輪作模式均提高了大團(tuán)聚體含量（R0.25），降低了分形維數(shù)（D），0～20 cm土層，Bn—Ta—Bv—St與Ta—Bv—Ta—St土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）較CK明顯提高；20～40 cm土層，Bn—Ta—Bv—St、Ta—Bv—Ta—St與St—Ta—Bv—St較CK明顯提高。這可能是因?yàn)榻斩掃€田提高土壤大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，從而提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。秸稈還田后促進(jìn)作物地下部生長(zhǎng)，作物根系及其分泌物和真菌菌絲等粘結(jié)形成大團(tuán)聚，從物理方面保護(hù)大團(tuán)聚體有機(jī)碳不被分解，進(jìn)而增加大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)和生物膠結(jié)作用，有利于團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定。水飛薊茬的分解速度較快，茬秸中的有機(jī)物質(zhì)容易被微生物降解。當(dāng)有機(jī)物質(zhì)被降解后，原本存在于土壤團(tuán)聚體中的有機(jī)質(zhì)可能會(huì)釋放出來(lái)，導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性降低，進(jìn)而影響平均重量直徑。大麥茬中纖維素含量較小麥茬高，可能導(dǎo)致了土壤團(tuán)聚體平均幾何直徑的降低。

因此，重視作物多樣性，可以改善土壤理化性質(zhì)，提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力，不同作物的輪換種植可以達(dá)到使土地休養(yǎng)生息、恢復(fù)地力和保持水土的效果。

3.2" 不同輪作模式下團(tuán)聚體對(duì)作物產(chǎn)能提高的意義

輪作制度是一種提高作物多樣性的有效方式，輪作制度能夠均衡利用土壤養(yǎng)分，改善土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤肥力，從而提高作物產(chǎn)量［31-32］。不同作物的生理生態(tài)性狀不同，根系伸展、導(dǎo)水能力不同，地下部分根際土壤結(jié)構(gòu)不同。田秀平等研究發(fā)現(xiàn)，與連年連作區(qū)作物產(chǎn)量相比，隨著種植年限的增加，輪作區(qū)的作物產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯［33］。梁淑敏等研究發(fā)現(xiàn)，在稻—麥輪作田中，免耕增加了小麥產(chǎn)量及提高了小麥的穩(wěn)產(chǎn)性［34］。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同輪作模式的馬鈴薯產(chǎn)量均高于馬鈴薯連作。這是因?yàn)樾←湹母的軌驖B透土壤并與土壤顆粒結(jié)合，形成穩(wěn)定的根系團(tuán)聚體，在東北地區(qū)的麥田實(shí)施免耕耕作，免耕覆蓋可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，減少地表徑流，提高土壤導(dǎo)水率，減少土壤水分散失，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)［35］。甜菜擁有較深的根系，能夠穿透土層，并通過(guò)根系活動(dòng)改善土壤結(jié)構(gòu)和促進(jìn)土壤顆粒團(tuán)聚。其根系殘留物富含碳元素，可以增加土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，在其深翻收獲過(guò)程中增加了有機(jī)質(zhì)含量，更有利于馬鈴薯生長(zhǎng)。水飛薊屬于深根植物，其根系能夠滲透并疏松土壤，根系分泌物中含有黏土膠質(zhì)和其他黏合物質(zhì)，能夠粘結(jié)土壤顆粒，增加土壤大團(tuán)聚體數(shù)量。油菜生長(zhǎng)迅速，根系發(fā)達(dá)，可以有效地改善土壤結(jié)構(gòu)，其根系分泌物中含有有機(jī)酸等溶解性物質(zhì)，能夠溶解和釋放土壤中的礦物質(zhì)，促進(jìn)團(tuán)聚體形成。由此說(shuō)明，不同的前期作物會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)存在差異，進(jìn)而影響產(chǎn)量。

黑土地所在的生態(tài)系統(tǒng)具有獨(dú)特性，必須在保護(hù)和利用之間取得平衡，以實(shí)現(xiàn)糧食安全和生態(tài)安全這2個(gè)重要目標(biāo)的協(xié)同發(fā)展。作物多樣性對(duì)黑土地所在生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生積極影響。多樣化的作物種植具有較好的土壤覆蓋能力，可以減少水土流失和土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，并為土壤微生物、有機(jī)質(zhì)的形成和循環(huán)提供更好的條件。作物多樣性還有助于增加農(nóng)田中的氮素固定和養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程，提升生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)效率。因此，黑土地的生態(tài)保護(hù)對(duì)于作物多樣性的維護(hù)至關(guān)重要，而作物多樣性的保護(hù)又可以增強(qiáng)黑土地所在生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4" 結(jié)論

本試驗(yàn)在高寒黑土區(qū)低溫環(huán)境下研究不同輪作模式種植馬鈴薯后土壤團(tuán)聚體的變化特征及馬鈴薯產(chǎn)量。結(jié)果顯示，在0～20 cm土層中，與CK相比，不同輪作方式顯著提高了0.50～1.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量，降低＜0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量；20～40 cm土層，不同輪作方式顯著提高了 0.50～1.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量，降低0.25～0.50 mm 和＜0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量。St—Ta—Bv—St、St—Sm—Ta—St、Ta—Bv—Ta—St、Bn—Ta—Bv—St和Ta—Bn—Hv—St這5種輪作模式均可降低全土層土壤容重，增加孔隙度，提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及增加作物產(chǎn)量，其中Ta—Bv—Ta—St處理在 0～20 cm和 20～40 cm土層中孔隙度、MWD和R0.25分別提高18.01%～22.49%、7.08%～35.40%、31.67%～36.07%，對(duì)增加馬鈴薯產(chǎn)量效果表現(xiàn)最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

［1］Ran Y G，Wu S J，Zhu K，et al. Soil types differentiated their responses of aggregate stability to hydrological stresses at the riparian zones of the Three Gorges Reservoir［J］. Journal of Soils and Sediments，2020，20（2）：951-962.

［2］Li H Q，Zhu H S，Wei X R，et al. Soil erosion leads to degradation of hydraulic properties in the agricultural region of Northeast China［J］. Agriculture，Ecosystems amp; Environment，2021，314：107388.

［3］Zhu X A，Liu W J，Yuan X，et al. Aggregate stability and size distribution regulate rainsplash erosion：evidence from a humid tropical soil under different land-use regimes［J］. Geoderma，2022，420：115880.

［4］張興義，胡" 偉，李建業(yè)，等. 水土流失防控是黑土地保護(hù)的重點(diǎn)［J］. 科學(xué)通報(bào)，2024，69（11）：1401-1405.

［5］李守華. 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)提高小麥—玉米輪作耕層土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量分析［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2022，38（14）：60-64.

［6］王小紅，楊智杰，劉小飛，等. 天然林轉(zhuǎn)換成人工林對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及有機(jī)碳分布的影響［J］. 水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（6）：177-182，189.

［7］Zhang P，Wei T，Jia Z K，et al. Soil aggregate and crop yield changes with different rates of straw incorporation in semiarid areas of Northwest China［J］. Geoderma，2014，230：41-49.

［8］王" 麗，李" 軍，李" 娟，等. 輪耕與施肥對(duì)渭北旱作玉米田土壤團(tuán)聚體和有機(jī)碳含量的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（3）：759-768.

［9］何" 宇，盛茂銀，王" 軻，等. 土地利用變化對(duì)西南喀斯特土壤團(tuán)聚體組成、穩(wěn)定性以及C、 N、 P化學(xué)計(jì)量特征的影響［J］. 環(huán)境科學(xué)，2022，43（7）：3752-3762.

［10］王" 興，鐘澤坤，張欣怡，等. 長(zhǎng)期撂荒恢復(fù)土壤團(tuán)聚體組成與有機(jī)碳分布關(guān)系［J］. 環(huán)境科學(xué)，2020，41（5）：2416-2424.

［11］張" 欽，于恩江，林海波，等. 連續(xù)種植不同綠肥作物耕層的土壤團(tuán)聚體特征［J］. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，32（1）：148-153.

［12］Ye L P，Tan W F，F(xiàn)ang L C，et al. Spatial analysis of soil aggregate stability in a small catchment of the Loess Plateau，China：Ⅰ. Spatial variability［J］. Soil and Tillage Research，2018，179：71-81.

［13］張翰林，鄭憲清，何七勇，等. 不同秸稈還田年限對(duì)稻麥輪作土壤團(tuán)聚體和有機(jī)碳的影響［J］. 水土保持學(xué)報(bào)，2016，30（4）：216-220.

［14］劉" 威，張國(guó)英，張" 靜，等. 2種保護(hù)性耕作措施對(duì)農(nóng)田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響［J］. 水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（3）：117-122.

［15］Zhang Q Q，Song Y F，Wu Z，et al. Effects of six-year biochar amendment on soil aggregation，crop growth，and nitrogen and phosphorus use efficiencies in a rice-wheat rotation［J］. Journal of Cleaner Production，2020，242：118435.

［16］孫" 濤，馮曉敏，高新昊，等. 多樣化種植對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及其有機(jī)碳和全氮含量的影響［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，56（15）：2929-2940.

［17］趙" 紅，鄭殷恬，呂貽忠，等. 免耕與常規(guī)耕作下黑土腐殖酸含量與結(jié)構(gòu)的差異［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19（5）：1238-1241.

［18］朱錕恒，段良霞，李元辰，等. 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳研究進(jìn)展［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2021，37（21）：86-90.

［19］劉曉利，何園球，李成亮，等. 不同利用方式旱地紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及其碳、氮、磷分布特征［J］. 土壤學(xué)報(bào)，2009，46（2）：255-262.

［20］鄧" 華，高" 明，龍" 翼，等. 生物炭和秸稈還田對(duì)紫色土旱坡地土壤團(tuán)聚體與有機(jī)碳的影響［J］. 環(huán)境科學(xué)，2021，42（11）：5481-5490.

［21］白怡婧，劉彥伶，李" 渝，等. 長(zhǎng)期不同輪作模式對(duì)黃壤團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳的影響［J］. 土壤，2021，53（1）：161-167.

［22］魏艷春，馬天娥，魏孝榮，等. 黃土高原旱地不同種植系統(tǒng)對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及碳氮分布的影響［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（2）：305-313.

［23］宋麗萍，羅珠珠，李玲玲，等. 苜?！魑镙喿髂Ｊ綄?duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及有機(jī)碳的影響［J］. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，24（1）：27-35.

［24］陳寧寧，李" 軍，呂" 薇，等. 不同輪耕方式對(duì)渭北旱塬麥玉輪作田土壤物理性狀與產(chǎn)量的影響［J］. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，23（9）：1102-1111.

［25］劉" 丹. 不同種植制度下耕作措施對(duì)黑壚土物理性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響［D］. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2018：1-51.

［26］陳文超，朱安寧，張佳寶，等. 保護(hù)性耕作對(duì)潮土團(tuán)聚體組成及其有機(jī)碳含量的影響［J］. 土壤，2014，46（1）：35-40.

［27］金雯暉，楊勁松，侯曉靜，等. 輪作模式對(duì)灘涂土壤有機(jī)碳及團(tuán)聚體的影響［J］. 土壤，2016，48（6）：1195-1201.

［28］高會(huì)議，郭勝利，劉文兆，等. 不同施肥處理對(duì)黑壚土各粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量分布的影響［J］. 土壤學(xué)報(bào)，2010，47（5）：931-938.

［29］何" 冰，劉" 璐，魏" 靜，等. 長(zhǎng)期施用氮肥對(duì)麥玉輪作體系土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體和有機(jī)碳的影響［J］. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，46（5）：1-7.

［30］鄭梅迎，劉玉堂，張忠鋒，等. 秸稈還田方式對(duì)植煙土壤團(tuán)聚體特征及烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響［J］. 中國(guó)煙草科學(xué)，2019，40（6）：11-18.

［31］于臺(tái)澤，賈" 偉，安曉慧，等. 輪作種植制度的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益分析及發(fā)展建議［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2022，38（26）：150-157.

［32］王" 娜，王" 璐，宋昌海，等. 輪作對(duì)黑土區(qū)作物產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響［J］. 農(nóng)業(yè)科技通訊，2022（9）：71-74.

［33］田秀平，張之一，翟瑞常. 輪作、連作對(duì)白漿土養(yǎng)分及農(nóng)作物產(chǎn)量的影響［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2002（5）：82-84.

［34］梁淑敏，謝瑞芝，湯永祿，等. 不同耕作措施對(duì)成都平原稻麥輪作區(qū)土壤蓄水抗蝕性及產(chǎn)量的影響［J］. 中國(guó)水稻科學(xué)，2014，28（2）：199-205.

［35］李" 龍，郝明德，王纏軍，等. 渭北旱塬保護(hù)性耕作對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響［J］. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，42（12）：46-52.