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作物杂志, 2025, 41(6): 240-247 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.06.030

生理生化·植物营养·栽培耕作

垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆产量形成及土壤有机碳组分的影响

范国华,, 冯晓敏,, 高翔, 吕慧卿, 杨静, 张旭丽, 郝志萍, 周忠宇, 张力, 李洪

山西农业大学高粱研究所， 030600， 山西榆次

Effects of Ridge Mulching and Organic Fertilizer Application on Yield Formation and Soil Organic Carbon Components of Small Black Bean

Fan Guohua,, Feng Xiaomin,, Gao Xiang, Lü Huiqing, Yang Jing, Zhang Xuli, Hao Zhiping, Zhou Zhongyu, Zhang Li, Li Hong

Sorghum Research Institute, Shanxi Agricultural University, Yuci 030600, Shanxi, China

通讯作者: 冯晓敏，主要从事作物栽培与农田生态方向研究，E-mail：fengxiaomin.1986@163.com

修回日期: 2024-12-5   网络出版日期: 2025-01-15

基金资助: 河曲特优农业产业发展研究院项目(XDHZHQYY2023-04)
山西省博士来晋工作科研项目(SXBYKY2022069)
山西农业大学博士人才引进科研启动项目(2022BQ03)

Revised: 2024-12-5   Online: 2025-01-15

作者简介 About authors

范国华，主要从事作物栽培与产业经济研究，E-mail：fgh0808@163.com

摘要

为明确垄作覆膜及有机肥施用对黄土高原旱作农区小粒黑豆土壤保水改土效果及产量形成的影响，设置CK、无膜+复合肥（NPK）、平作覆膜+复合肥（C+NPK）、平作覆膜+有机无机肥配施（C+NPKM）、垄作覆膜+复合肥（R+NPK）和垄作覆膜+有机无机肥配施（R+NPKM）6种方式开展田间试验，分析了不同种植方式对小粒黑豆田间土壤水分利用效率、土壤有机碳含量、土壤酶活性和产量的影响。研究表明，与CK相比，覆膜显著提高了小粒黑豆产量，尤其是R+NPKM处理显著提高了小粒黑豆的株高、产量及其构成因子；与CK相比，R+NPKM处理的产量在2022年和2023年分别提高24.82%和40.31%。2022年和2023年小粒黑豆地上部干物质积累量表现为随着生育期的延长呈先升高后降低的趋势，垄作覆膜和有机肥无机配施处理的地上部干物质积累量显著高于不覆膜处理。此外，R+NPKM处理的水分利用效率最高，2022年和2023年分别达5.64和6.45 kg/(mm∙hm2)，同时R+NPKM处理增加了土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量，但与C+NPKM处理相比差异不显著。与C+NPKM处理相比，R+NPKM处理的碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别提高13.16%、10.77%和9.20%。与NPK处理相比，C+NPKM和R+NPKM处理的土壤酶活性均有提高。总之，垄作覆膜与有机肥施用在产量和土壤水分利用率方面均优于其他覆膜方式。

关键词： 垄作覆膜; 小粒黑豆; 产量; 土壤有机碳; 土壤酶; 土壤含水量

Abstract

In order to determine the effects of ridge mulching and organic fertilizer application on the water retention and soil improvement effect and yield formation of small black bean under dry farming soil in the loess plateau area, CK, no film+compound fertilizer (NPK), plain mulching+compound fertilizer (C+NPK), plain mulching+organic fertilizer inorganic combination (C+NPKM), ridge film mulching+inorganic combination (R+NPK), and ridge film mulching and organic and inorganic combined application (R+NPKM) were conducted to analyze the effects of different planting methods on soil water use efficiency, soil organic carbon content, soil enzyme activity and yield of small black beans. The results showed that compared with CK, film mulching treatment significantly increased the yield of small black beans, and R+NPKM treatment significantly increased the plant height, yield and its components of small black beans. Meanwhile, compared with CK, the yield of R+NPKM treatment increased by 24.82% and 40.31% in 2022 and 2023, respectively. The aboveground dry matter accumulation of small black beans in 2022 and 2023 showed a trend of first increasing and then decreasing with the extension of growth period, and the aboveground dry matter accumulation of ridge mulching and inorganic fertilizer combined treatment was significantly higher than that of non-mulched treatments. In addition, the water use efficiency of R+NPKM treatment was the highest, reaching 5.64 kg/(mm∙hm2) in 2022 and 6.45 kg/(mm∙hm2) in 2023. The contents of organic carbon, soluble organic carbon and microbial biomass carbon of soil were increased under R+NPKM treatment, but the differences were not significant compared with that of C+NPKM treatment. Compared with C+NPKM treatment, the alkaline phosphatase, sucrase and catalase activity of R+NPKM treatment were increased by 13.16%, 10.77% and 9.20%, respectively. Compared with NPK treatment, soil enzyme activities of C+NPKM and R+NPKM treatments were increased. In conclusion, ridge mulching and organic fertilizer application are superior to other mulching methods in terms of yield and soil water utilization.

Keywords： Ridge mulching; Small black beans; Yield; Soil organic carbon; Soil enzyme; Soil water content

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本文引用格式

范国华, 冯晓敏, 高翔, 吕慧卿, 杨静, 张旭丽, 郝志萍, 周忠宇, 张力, 李洪. 垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆产量形成及土壤有机碳组分的影响. 作物杂志, 2025, 41(6): 240-247 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.06.030

Fan Guohua, Feng Xiaomin, Gao Xiang, Lü Huiqing, Yang Jing, Zhang Xuli, Hao Zhiping, Zhou Zhongyu, Zhang Li, Li Hong. Effects of Ridge Mulching and Organic Fertilizer Application on Yield Formation and Soil Organic Carbon Components of Small Black Bean. Crops, 2025, 41(6): 240-247 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.06.030

黑豆（Glycine max L.）为豆科大豆属作物，其种皮为黑色。我国黑豆种质资源较为丰富，包括大黑豆、小黑豆、肾型黑豆和花黑豆等，其中小粒黑豆的百粒重多在6~12 g[1]。黑豆具有耐瘠、耐旱以及对环境适应范围广等特点，且含有丰富的蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素以及异黄酮等营养物质，其主要产区集中在东北和河北、山西、陕西等地[2]，是我国一种具有较大开发潜力的特色植物资源。

如何提高水资源的利用率是黄土丘陵区亟待解决的难题。地膜覆盖作为旱作农区抗旱节水的重要模式，能够提高土壤温度和含水量[2-5]，在小麦[6]、玉米[7]、马铃薯[8]等作物上已有应用，且增产效果较为明显。垄沟地膜覆盖栽培技术已成为旱作农业领域研究的热点，其能将<5 mm的无效降雨聚集并转化为作物可利用的水资源，提高土壤温度、含水量及养分利用效率[9-11]，孙梦媛等[8]研究表明，垄作栽培技术可改善土壤质量，提高作物产量和降雨利用率。靳乐乐等[11]和崔志强等[12]研究发现，垄作覆膜能提高土壤全氮及有机碳含量，具有集水集肥的效果。此外，覆膜和垄作栽培技术能够改善土壤水热环境，提高作物叶片光合能力和根系活力，延缓植株衰老[12]。

土壤有机碳含量降低是土壤退化的主要特征之一[13]。施肥、耕作及土地利用方式等因素影响着土壤有机碳含量和结构状况[14-16]，其中，施用有机肥对土壤有机碳和土壤结构有重要影响[17]。Li等[18]研究表明，长期施用化肥对轻组有机碳、颗粒有机碳、水溶性碳和微生物量碳均没有显著影响，但显著增加了易氧化性碳，而有机无机配施可以增加以上组分的有机碳含量。Aula等[19]研究也表明，有机肥施用能显著提高土壤有机碳含量及活性有机碳含量。匡恩俊等[20]研究发现，施用有机肥增加了土壤的养分，提高了不同土层的土壤微生物量碳含量。近年来，关于优化施肥的研究主要集中于覆膜和垄作对植株生长和土壤有机碳的影响，对土壤水分利用率的研究较少，关于地膜覆盖对土壤肥力影响的研究较多，然而结果仍有差异，而有关垄作覆膜及有机肥施用是否利于旱作农区小粒黑豆的产量提高及土壤有机碳增加尚不明确。为此本研究选取典型山西旱作丘陵区作为试验地，探讨垄作覆膜和有机肥施用对小粒黑豆产量及土壤特性的影响，旨在为小粒黑豆高产稳产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2022-2023年在山西省河曲县曲峪旱作农业示范基地开展（111°26′52″ E，39°15′28″ N），属于典型的温带半干旱季风气候，平均海拔1367 m，年均气温7.1 ℃、年蒸发量1121 mm、年降水量447.5 mm（图1）。春季干旱较严重。土壤类型为壤土，耕层0~20 cm，pH 8.3，全氮含量1.61 g/kg，有机质6.40 g/kg，全磷644.04 g/kg，速效磷63.56 g/kg。小粒黑豆全生育期所需水分均靠自然降水。

图1

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图1   2022-2023年平均气温与降水量

Fig.1   Average temperature and precipitation during the 2022-2023


1.2 试验设计

以当地推广的连枷条黑豆品种为试验材料，该品种生育期约140 d。试验设置6个处理，分别为无膜+不施肥（CK）、无膜+复合肥（NPK）、平作覆膜+复合肥（C+NPK）、平作覆膜+有机肥无机配施（C+NPKM）、垄作覆膜+复合肥（R+NPK）和垄作覆膜+有机无机肥配施（R+NPK），垄作覆膜的垄高为8 cm（图2）。每个处理4个重复，随机区组排列，小区面积60 m2（5 m×12 m），共28个小区，种植密度为4500株/667 m2，2022年和2023年小粒黑豆分别于5月10日和5月13日播种，收获期分别为10月15日和10月17日。复合肥（N、P2O5、K2O为28:12:10）作为底肥，施肥量为600 kg/hm2。有机肥为羊粪，施用量为7500 kg/hm2。肥料均在播种前一次性施入。小粒黑豆全生育期所需水分均靠自然降水，且生长期内不使用农药和除草剂，其他田间管理按当地农户常规管理。

图2

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图2   试验布置示意图

Fig.2   Test layout diagram


1.3 测定指标

1.3.1 产量及其构成因素

小粒黑豆成熟后收获小区全部植株，脱粒后晾干至含水量低于13%后称量，并测定单株荚数和百粒重等产量构成因素。在小粒黑豆成熟收获期，选取具有代表性的健康单株收获并单独脱粒，称其重量，测定单株粒重；每个小区取10株长势均匀的样品测定单株荚数，结果取平均值；每个小区数300粒种子测定其百粒重。

1.3.2 土壤特性

采用高锰酸钾外加热法[21]测定土壤有机碳（SOC）含量；采用去离子水浸提法[22]测定可溶性有机碳（DOC）含量；采用氯仿熏蒸－K2SO4溶液浸提法[23]测定微生物生物量碳（MBC）含量；采用磷酸苯二钠比色法[24]测定土壤磷酸酶活性；采用高锰酸钾滴定法[25]测定过氧化氢酶活性；采用3,5-二硝基水杨酸比色法[25]测定蔗糖酶活性。

1.3.3 地上部干物质积累量

在不同生育期（幼苗期、始花期、开花期、结荚期和成熟期）取小粒黑豆地上部植株样品（包括茎、叶、荚），放置于干燥箱105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒重，称量地上部各部分的干物质重量。

1.3.4 土壤水分利用效率

土壤贮水量计算公式为Sw=d∙r∙w∙10/100，式中，Sw、d、r和w分别为土壤贮水量、土层厚度、土壤容重和土壤含水量；作物耗水量（mm）=播种前的土壤贮水量+年均降雨量-作物收获之后土壤贮水量；土壤水分利用效率[kg/(mm∙hm2)]=黑豆籽粒产量（kg/hm2）/耗水量（mm）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 21.0软件进行分析和制图，应用单因素方差（ANOVA）分析不同处理对小粒黑豆产量及土壤特性的影响。用Duncan法进行多重比较，差异显著性为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆农艺性状和产量及其构成因素的影响

如表1所示，2022年和2023年R+NPKM和C+NPKM处理的小粒黑豆产量、株高、单株荚数、单株粒数及百粒重均显著高于无膜处理，其中R+NPKM处理的百粒重和产量2年均为最高，与CK相比，R+NPKM处理显著提高了小粒黑豆的株高、产量及其构成因子；与CK相比，R+NPKM处理的产量在2022年和2023年分别提高24.82%和40.31%，2022年单株粒重和单株荚数的平均值分别提高27.75%、63.90%，2023年分别提高58.21%、61.24%。2022年和2023年，C+NPKM处理的产量与NPK相比分别显著提高16.76%和20.94%，R+NPKM处理分别显著提高29.10%和33.92%。总之，与CK、NPK处理相比，R+NPKM处理显著提高了小粒黑豆的株高、百粒重和产量。

表1   垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆农艺性状及产量的影响

Table 1  Effects of ridge mulching and organic fertilizer application on agronomic characteristics and yield of small black bean

年份
Year		处理
Treatment		株高
Plant height (cm)		单株荚数
Pods per plant		单株粒重
Seed weight per plant (g)		百粒重
100-grain weight (g)		产量
Yield (kg/hm2)
2022CK86.75±3.56c180.00±7.85c35.60±1.83b8.03±0.76c1618.06±198.78c
NPK90.90±3.12bc192.00±8.93bc37.31±1.34b9.61±1.05bc1670.00±320.15bc
C+NPK93.12±2.75b229.00±11.52b40.72±2.89ab10.24±0.84b1788.81±181.30b
C+NPKM103.30±4.61a286.00±16.78a44.72±2.18a11.27±0.57a1950.00±415.21a
R+NPK101.60±3.59ab236.00±13.25b41.70±3.11a10.18±1.13b1829.55±246.88ab
R+NPKM106.10±5.42a295.00±18.52a45.48±3.25a12.06±0.73a2019.70±525.34a
2023CK89.90±3.39b178.00±12.33c30.25±1.55b7.90±0.55c1499.40±269.86d
NPK90.80±4.18b187.00±10.24c34.10±2.14b8.76±0.69c1571.04±186.74c
C+NPK95.42±3.77ab231.00±10.86b41.63±3.25ab10.45±1.21b1739.25±311.53b
C+NPKM101.58±4.78a273.00±8.92a46.52±2.11a11.50±0.95a2028.21±368.19a
R+NPK99.92±3.77a244.00±10.11b43.85±3.24b10.80±1.00b1885.52±210.54ab
R+NPKM103.36±5.14a287.00±13.52a47.86±3.86a12.77±0.63a2103.88±457.88a
方差分析Analysis of variance
肥料Fertilizer (F)*****
覆膜Film mulching (M)*****
F×Mnsnsnsnsns

不同小写字母表示差异显著（P < 0.05）。“*”表示在P < 0.05水平差异显著，“ns”表示无显著差异，下同。

Different lowercase letters indicate significant difference (P < 0.05).“*”indicates significant difference at P < 0.05 level,“ns”indicates no significant difference, the same below.

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2.2 垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆地上部干物质积累量的影响

不同处理对小粒黑豆不同生育时期地上部干物质积累量的影响如图3所示，2022年和2023年小粒黑豆地上部干物质积累量均表现为随着生育期的延长呈先升高后降低的趋势。2022年和2023年在小粒黑豆成熟期，R+NPKM处理的小粒黑豆地上部干物质积累量较CK分别增加了96.61%和134.02%，较C+NPKM处理分别增加了6.23%和8.70%。与CK相比，覆膜显著提高了小粒黑豆在开花结荚期和成熟期的干物质积累量，且R+NPKM处理的干物质积累量在开花结荚期和成熟期达到最大。与C+NPKM相比，2023年R+NPKM处理的干物质积累量在开花期和结荚期分别提高了8.70%和5.20%，成熟期提高了2.03%；与NPK相比，C+NPKM处理2年的干物质积累量在结荚期分别显著提高69.43%、84.17%，R+NPKM处理分别提高了58.72%和66.99%。R+NPKM处理的小粒黑豆地上部干物质积累量在2年不同生育期均达到最大。

图3

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图3   不同处理对小粒黑豆地上部干物质积累量的影响

“*”表示在P < 0.05水平差异显著，下同。

Fig.3   Effects of different treatments on aboveground dry matter accumulation of small black bean

“*”indicates significant difference at P < 0.05 level, the same below.


2.3 垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆土壤水分利用效率的影响

不同处理对小粒黑豆土壤水分利用效率的影响如表2所示，与CK相比，覆膜显著提高了水分利用效率，2022年和2023年C+NPKM处理分别提高30.95%和44.33%，R+NPKM处理分别提高34.28%和55.87%；与C+NPKM相比，R+NPKM处理的水分利用效率在2022年和2023年分别提高2.55%和10.07%。与NPK相比，C+NPKM处理的水分利用效率2022年和2023年分别提高26.73%和44.33%，R+NPKM处理分别提高29.95%和58.86%。2022年和2023年各处理的水分利用效率均表现为R+NPKM>C+NPKM>R+NPK>C+NPK>NPK>CK。R+NPKM处理2年的水分利用效率分别高达5.64和6.45 kg/(mm∙hm2)。而R+NPKM处理2023年的总耗水量最低，仅为326.12 mm。

表2   垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆土壤水分利用效率的影响

Table 2  Effects of ridge mulching and organic fertilizer application on soil water use efficiency of small black bean

年份
Year		处理
Treatment		播时贮水量
Water storage before
planting (mm)		生育期降水量
Precipitation during the
growth period (mm)		收获时贮水量
Water storage during
harvest (mm)		总耗水量
Total water
consumption (mm)		水分利用效率
Water use efficiency
[kg/(mm∙hm2)]
2022CK170.66±2.16bc401.20±0.00a130.51±1.96d385.15±3.89a4.20±0.62b
NPK163.52±1.43c401.20±0.00a123.78±2.38c384.74±5.12a4.34±0.38b
C+NPK180.78±1.89b401.20±0.00a160.62±2.66b365.16±3.06a4.90±1.05ab
C+NPKM195.62±2.89a401.20±0.00a186.23±1.89a354.39±2.97a5.50±0.83a
R+NPK189.56±2.99ab401.20±0.00a185.15±2.95a349.41±2.69a5.24±0.69a
R+NPKM203.51±1.69a401.20±0.00a190.26±1.46a358.25±3.69a5.64±0.93a
2023CK163.22±1.54b242.70±0.00a100.35±0.98d368.87±4.15a4.06±0.22b
NPK160.62±2.85b242.70±0.00a100.56±1.39d366.06±3.74a4.29±0.48b
C+NPK186.30±2.11ab242.70±0.00a143.85±2.05c348.45±4.69a4.99±0.78ab
C+NPKM200.68±3.01a242.70±0.00a160.28±1.75b346.40±2.05a5.86±0.57a
R+NPK196.98±2.67a242.70±0.00a160.47±1.80b342.51±4.14ab5.51±0.85a
R+NPKM210.35±1.48a242.70±0.00a190.23±2.68a326.12±5.02b6.45±1.02a
方差分析Analysis of variance
肥料Fertilizer (F)*****
覆膜Film mulching (M)*****
F×Mnsnsnsnsns

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2.4 垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆土壤特性的影响

如图4所示，与CK相比，覆膜提高了土壤的全氮、有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量，各处理的有机碳及其组分的含量均表现为R+ NPKM>C+NPKM>R+NPK>C+NPK>NPK>CK，与CK相比，R+NPKM处理显著提高了小粒黑豆土壤全氮、有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量。与C+NPKM相比，R+NPKM处理的土壤全氮、有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量分别提高4.56%、7.10%、15.63%和6.29%，但差异不显著。与NPK相比，C+NPKM和R+NPKM处理的土壤各指标均不同程度增加。其中R+NPKM各土壤指标均最高，与CK和NPK处理相比差异显著，土壤有机碳含量分别提高38.30%和2.61%，可溶性有机碳含量分别提高146.67%和105.55%，微生物量碳含量分别提高59.10%和28.26%，但与C+NPKM处理相比差异不显著。

图4

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图4   不同处理对土壤全氮、有机碳及有机碳组分的影响

不同小写字母表示处理间差异显著（P < 0.05），下同。

Fig.4   Effects of different treatments on soil total nitrogen, organic carbon and organic carbon components

Different lowercase letters indicate significant difference at P < 0.05 level among treatments, the same below.


2.5 垄作覆膜与有机肥施用对小粒黑豆土壤酶活性的影响

不同处理对小粒黑豆结荚期土壤酶活性的影响如图5所示，与CK相比，覆膜处理显著提高了小粒黑豆的土壤酶活性，其中R+NPKM处理的土壤酶活性最高，与C+NPKM处理相比，R+NPKM处理的碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别提高13.16%、10.77%和9.20%。与NPK处理相比，C+NPKM和R+NPKM处理的土壤酶活性均有所提高。各处理的土壤酶活性均表现为R+NPKM>C+ NPKM>R+NPK>C+NPK>NPK>CK。与CK和NPK处理相比，R+NPKM处理碱性磷酸酶活性分别提高258.33%和152.94%，蔗糖酶活性分别提高64.96%和55.21%，过氧化氢酶活性分别提高79.25%和68.64%，但与C+NPKM处理相比差异不显著。

图5

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图5   不同处理对土壤酶活性的影响

Fig.5   Effects of different treatments on soil enzyme activity


2.6 小粒黑豆产量与土壤含水量、土壤特性的相关性

由图6可知，土壤含水量、土壤酶活性和土壤有机碳含量等均影响小粒黑豆的产量，水分利用效率与小粒黑豆产量的相关系数较大，小粒黑豆产量与土壤全氮、有机碳含量、微生物量碳及过氧化氢酶活性均呈显著正相关关系。

图6

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图6   小粒黑豆产量与土壤含水量、土壤特性的相关性

Fig.6   Correlation between yield of small black bean and soil water content and soil characteristics


3 讨论

3.1 垄作覆膜对小粒黑豆地上部生长及土壤特性的影响

在黑豆生长发育期，地膜覆盖能够提高其光合能力，增加黑豆产量，本研究结果与前人研究结果一致[3]，叶片在花前利用光合作用产生有机物，并于花后转移到作物籽粒中，因此干物质积累量对作物产量的形成有显著影响[26]。覆膜可以提高土壤温度和土壤含水量，与不覆膜相比，覆膜改善了土壤理化性状，促进黑豆的营养生长和生殖生长，最终提高黑豆产量和品质。同时垄膜沟播使得垄面膜上自然降雨向沟内富集，有效地集蓄自然降水，特别是提高小于10 mm农田的降水资源，改善作物根际土壤水分状况，在正常雨水和干旱年份均能提高作物产量及水分利用效率，是旱作区进一步挖掘降水潜力和旱田创建的有效途径。前人研究[27]发现地膜覆盖大豆后，既能提高膜下土壤含水量，又能提高土壤温度，为大豆生长发育创造了良好的外部环境，因而达到增产、节水和增效的目的。虽然地膜覆盖能改善土壤水分条件，但由于平作覆盖往往造成作物根区极端高的土壤温度，特别是在作物旺盛生长期，导致根系及叶片发生早衰现象，影响产量。因此，垄作覆膜小粒黑豆栽培不但具备地膜覆盖的蓄水保墒优点，而且还通过垄沟栽培显著地改善土壤表层的热量条件，解决了地膜平铺覆盖的盛夏极端高温制约因子和传统陆地条播的低温制约因子，并将前者的保水蓄水优势转化为最终的产量优势[28]。

3.2 有机肥施用对小粒黑豆地上部生长及土壤特性的影响

作物干物质积累量与养分吸收等因素紧密相关，适量的N/P可提高黑豆地上部干物质积累量以及产量[26]。前人研究[29]发现有机肥的投入提高了大豆产量及其构成因素。张晨阳等[30]研究表明，有机肥施用显著增加了土壤有机碳含量，本研究结果与其研究结果一致。有机肥的施用能够提高土壤可溶性有机碳及轻组有机碳在有机碳中的比重，并能增加土壤有机碳含量[31-32]，本研究结果与其一致。有机无机肥配施有效提高了土壤中有机碳含量，土壤有机碳含量在垄作覆膜与有机肥施用协同处理下显著高于CK处理，主要由于有机肥是外源碳的主要来源之一，其含量远高于土壤自身的有机碳含量，且有机肥的施用促进了作物根系的生长，导致根系生物量和根系分泌物增加，促进了土壤总有机碳的积累。张丽敏[33]研究发现有机肥的使用可以增加土壤颗粒有机碳含量，利于土壤大团聚体的形成和颗粒有机碳的积累。本试验结果表明，土壤可溶性有机碳含量表现为垄作覆膜与有机无机肥配施结合的处理最高，表明地膜覆盖和有机肥在增加土壤水分和温度的同时，增加了土壤的活性有机碳，使得根系以光合产物的形式被输入到地表，提高了土壤中的有机碳含量，从而对作物生长产生有利影响。过低或者过高的土壤含水量均会通过影响根系生长进而对作物产量造成影响，如土壤含水量较高时，土壤的含氧量和通气性降低[34-35]。

4 结论

地膜覆盖与有机无机肥配施处理下，土壤有机碳含量、水分利用效率和土壤酶活性均显著增加，缓解了土壤养分的消耗，提高了小粒黑豆的产量及土壤的可持续生产力。总体来看，旱作农区在小粒黑豆种植过程中适宜采用有机无机肥配施+地膜覆盖的种植方式。

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为筛选适宜于西北旱作区沟垄集雨系统下马铃薯生长和产量提高的降解地膜类型,于2015&#x02014;2016年设置两年田间试验,以平作不覆盖为对照(CK),研究生物地膜(DS)、麻纤维地膜(DM)和液态地膜(DY)的降解特征、土壤水热效应及其对马铃薯生长、产量的影响。结果表明,两年试验期内不同类型降解地膜的降解失重率整体表现为DY&gt;DM&gt;DS,DY完全降解,DM和DS两年平均降解失重率达72.3%和38.3%。两年生育期平均土壤蓄水量各处理表现为DS&gt;DM&gt;DY&#x02248;CK,DM和DS在生育关键期(播后70 d)有效增加0~160 cm层土壤蓄水量,2015年较CK分别增加29.0%和15.6%,2016年分别增加17.8%和11.6%;而DY与CK无显著差异。与CK相比,DY在播后30~50 d土壤保温效应显著,DM 在播后0~70 d土壤增温效果尤为显著;在播后110 d各处理土壤增温效应差异不显著。土壤水分、温度与马铃薯总产量Pearson相关分析表明,播后30 d土壤水分、温度对马铃薯总产量的形成至关重要,且播后70~90 d土壤水分对总产量的影响高于土壤温度。与CK相比,DM、DS和DY的马铃薯产量2015年分别显著增加20.3%、17.4%和9.2%,2016年分别显著增加18.1%、17.0%和12.2%;DS、DM的水分利用效率2015年分别显著增加24.1%和24.5%,2016年分别显著增加23.1%和15.2%。两年马铃薯纯收益均以DM最高,较CK分别显著增加47.8%和32.4%。综上,沟垄集雨种植下可降解地膜沟覆盖能显著改善旱地土壤水热环境,提高马铃薯产量、水分利用效率和纯收益,以沟覆盖麻纤维地膜处理效果最佳。本研究结果为降解地膜覆盖种植应用于西北旱作区马铃薯农业生产提供了理论依据和技术参考。

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探究风蚀区草地、林地和农田土壤有机碳物理组分及其影响机制,可为风蚀区土地的碳固定与科学利用、防风措施制定以及坡耕地农田肥力修复提供科学依据。本研究在黑龙江省齐齐哈尔市梅里斯区风沙土风蚀区选取相邻近的草地、林地和坡长约350 m、坡度约5°的坡耕地农田(自下而上每100 m分别设为下坡段、中坡段和上坡段),研究0～15 cm土层团聚体有机碳和密度分组有机碳的分异。结果表明: 风蚀区草地、林地和农田土壤&gt;2 mm团聚体均遭到破坏,&lt;0.053 mm团聚体显著高于其他粒级团聚体;与草地和林地土壤相比,农田各粒级土壤团聚体、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均显著减少。农田上坡段&gt;2 mm团聚体被完全破坏,各粒级团聚体及密度分组有机碳含量均随坡面的上升逐渐下降,重组有机碳占比逐渐减小,轻组有机碳占比逐渐增加。土壤有机碳和速效钾是影响团聚体稳定性、团聚体有机碳含量和密度分组有机碳含量的关键因子,且团聚体有机碳的流失使团聚体稳定性下降。综上,相比草地和林地,东北风蚀区农田土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低,坡耕地随坡段的上升,团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低。在风蚀区植树、保护与扩大草原面积、增加坡耕地有机物料施用等是稳固和提高土壤碳储量、改善土壤结构、提升土壤质量的有效途径。

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探讨玉米-大豆轮作条件下，降低生产成本、减少环境污染的大豆施肥模式，是目前东北大豆生产需要解决的技术问题。本研究基于建立的玉米-大豆轮作体系设置了5种施肥处理，分别为：T1：玉米施用化肥，大豆不施肥；T2：玉米施用化肥，大豆施用有机肥；T3：玉米施用化肥，大豆施用1/2量的化肥；T4：玉米施用化肥，大豆施用化肥；T5：玉米与大豆所需化肥总量一次性全部施入到玉米种植年份，大豆不施肥。分析了不同施肥模式对大豆不同生育期0~10、10~20、20~30cm土层深度内大豆根系干物质积累、根系形态特征时空变化以及与产量的关系。结果表明，经两个轮作周期，T2处理大豆产量最高为 2959kg&middot;hm-2，比T4处理显著高出7.3%，产量提高主要体现在大豆的株高、主茎节数、单株荚数和单株粒数等性状的改善，而T1、T3、T5处理的大豆产量比T4处理显著低出15.4%，8.5%和5.0%。T2处理显著增加了大豆R6期0~10cm土层的根重密度，比T4处理显著高出42.3%，且与产量呈显著正相关，相关系数为0.655(p &lt; 0.01)；T2处理也明显增加了大豆R1期0~10、10~20cm土层以及R6期20~30cm土层的根长密度，分别比T4处理显著高出25.3%、71.3%和27.6%，且与产量呈显著正相关，相关系数为0.692 (p &lt; 0.01)。与T4处理相比，尽管T3处理显著增加了大豆R1期10~20、20~30cm土层的根重密度和R6期10~20cm土层的根长密度及根表面积密度，但均与产量呈显著负相关。T4处理只显著增加R1期单位体积的根表面积，而对大豆根平均直径和其它时期单位体积的根表面积的影响不大。因此，不同施肥措施影响大豆根系特征及其产量的关系问题比较复杂。施用有机肥可通过增加表土层根的重量以及深土层根的长度从而提高大豆的产量。因此在有机肥源供应充足的地区，玉米、大豆两区轮作基础上，玉米收获后秋施15t&middot;hm-2有机肥，是提高大豆产量，降低生产成本，减轻化肥应用负面环境影响的替代措施。

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