黑龙江西部半干旱区土壤类型为典型的风沙土壤，受冬春季节大风天气影响，该地干燥疏松的土壤表层易遭受强烈的风蚀作用[1]。土壤风蚀是引发水土流失、导致土壤变薄、加剧土壤退化及造成粮食减产的重要原因之一[2]。土壤团聚体作为土壤结构的组成单元，对土壤结构与养分状况具有重要影响，其稳定性是衡量土壤结构稳定性的关键指标[3]。其中，水稳定性团聚体是决定土壤抗风蚀能力的关键因素。土壤团聚体的稳定不仅有助于减少水土流失、降低土壤养分损耗，还能提升土壤固碳能力，而团聚体的形成和稳定与土壤有机碳密切相关[4-5]。土壤有机碳是土壤的重要组成部分，对土壤肥力起决定性作用，对维持土壤生产力至关重要[6]。土壤团聚体与有机碳相互作用，团聚体为有机碳的形成与转化提供载体；有机碳则作为胶结物质，通过吸附作用增强土粒间的团聚性，进而提升团粒结构的稳定性[7-8]。
为降低土壤风蚀，明确黑龙江省半干旱地区在免耕秸秆覆盖还田条件下土壤结构稳定性的变化特征，本研究设置不同免耕秸秆覆盖还田年限的田间定位试验，通过分析不同处理下0~30 cm土层土壤容重、含水量、土壤团聚体分布以及团聚体有机碳含量的变化规律，旨在为改善该地区农田土壤质量以及促进玉米增产提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县（45.53°~47.87° N，123.45°~124.42° E）进行，平均海拔152 m，属温带季风气候。年均气温3.6~ 4.4 ℃，年均日照2852 h，年均降水量400 mm，无霜期158 d，处于第一积温带，全年有效积温可达2800~2900 ℃。该地为典型的西部半干旱区，土壤类型为风沙土，0~30 cm耕层土壤基础肥力为有机质25.60 g/kg、全氮1.03 g/kg、碱解氮44.60 mg/kg、速效磷19.04 mg/kg、速效钾178.42 mg/kg。粮食作物主要以玉米为主，熟制为一年一熟，种植密度6.75万株/hm2，田间管理同当地管理。
1.2 试验设计
以当地主栽玉米品种美豫815为供试材料开展田间定位试验，设置4个处理：1年免耕秸秆覆盖还田处理，开始于2022年秋收后（T1）；连续3年免耕秸秆覆盖还田处理，开始于2020年秋收后（T2）；连续7年免耕秸秆覆盖还田处理，开始于2016年秋收后（T3）；常规旋耕垄为对照（CK）。T1、T2和T3在处理开始后均为连年秸秆覆盖还田。于2023年统一进行取样。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 土壤样品采集
于2023年玉米完熟期，每小区随机取多个点混合，采集0~10、10~20和20~30 cm 3个土层原状土放入塑料取样盒，除去采集土壤样品中的植物残体和石块等其他杂物。带回实验室后，在通风干燥处自然风干。
1.3.2 土壤团聚体结构
参照Elliott[17]的土壤团聚体湿筛法，采用LBF-100土壤团粒结构分析仪（杭州绿博仪器有限公司）分析土壤团聚体结构，将自然风干后的土壤样品掰成直径约为1 cm的团块，随机取200 g样品分别放入孔径大小为5.00、2.00、1.00、0.50和0.25 mm的团粒结构分析仪套筛，浸泡15 min后上下振动15 min，收集各筛层土壤分别转移至铝盒中，60 ℃烘干至恒重，称量烘干后各粒级团聚体质量，每个样品3次重复。对烘干后的各粒级团聚体研磨过筛，以测定各粒级团聚体的有机碳含量。
计算各粒级水稳性土壤团聚体百分比含量（Wi），公式[18]为：
式中，Mi表示第i级团聚体的质量（g）；M表示测定土壤团聚体的总质量（g）。
计算各土样平均重量直径（mean weight diameter，MWD）和几何平均重量直径（geometric mean diameter，GWD），公式[19]为：
式中，Xi表示聚集在每个尺寸筛子的土壤团聚体平均直径（mm）；Wi表示该粒径范围内土壤团聚体的百分比含量（%）；n表示分离出的团聚体份数；i表示第i个团聚体。
计算各粒级土壤水稳性团聚体有机碳贡献率Y，公式[20]为：
式中，Ci表示该粒级团聚体中有机碳含量（g/kg）；Cw表示土壤中有机碳含量（g/kg）；Wi为该粒级团聚体含量（%）。
1.3.3 土壤容重
采用环刀法[21]测定土壤容重，用容积为100 cm3的环刀在取样点分层取原状土样，每小区取样土层依次为0~10、10~20和20~30 cm，3次重复。
1.3.4 土壤水分含量
采用铝盒烘干称重法[21]测定土壤水分含量，用土钻按取样土层取土样，分装到铝盒中，就地称量，3次重复，带回实验室烘干后进行称量计算。
1.3.5 产量及其构成因素
于玉米成熟期，随机从每个大区选取3个样点，从每个样点中间选取2行（长5 m），收获全部果穗，对株数和果穗数进行计数，测量果穗行数、行粒数和百粒重，采用PM8818水分测定仪（北京和信昌吉科技发展有限公司）测定其含水量，折算出实际产量。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2013软件对试验数据进行整理，采用SPSS 29.0软件进行方差分析，采用Origin 2021软件绘图。
2 结果与分析
2.1 不同年限免耕秸秆覆盖还田的土壤容重和含水量
如表1所示，各处理土壤容重随土层加深而增大。在0~10 cm土层，与CK处理相比，T2和T3处理土壤容重显著降低，T1处理差异不显著，T3、T2和T1处理降低幅度分别为17.29%、6.01%和0.75%；在10~20 cm土层，与CK处理相比，T3处理容重显著降低13.10%，T1处理升高3.45%；在20~30 cm土层，与CK处理相比，T3、T2和T1处理容重降低幅度分别为9.80%、5.88%和0.65%。各处理不同土层土壤含水量表现为T3>T2>T1>CK，含水量随土层加深而降低。在0~10 cm土层，与CK处理相比，T3、T2和T1处理增幅分别为101.16%、43.13%和21.06%。在0~10 cm土层，各处理含水量较10~20 cm土层升高了21.36%~ 40.30%；在20~30 cm土层，各处理含水量明显低于0~20 cm土层。
表1 不同年限免耕秸秆覆盖还田下土壤容重和含水量的变化
Table 1
| 土层深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 容重 Bulk density (g/cm3) | 含水量 Moisture content (%) |
|---|---|---|---|
| 0~10 | CK | 1.33±0.10a | 12.01±0.27d |
| T1 | 1.32±0.03a | 14.54±0.10c | |
| T2 | 1.25±0.02b | 17.19±1.01b | |
| T3 | 1.10±0.02c | 24.16±0.46a | |
| 10~20 | CK | 1.45±0.02a | 8.56±0.35c |
| T1 | 1.50±0.02a | 11.98±0.28b | |
| T2 | 1.42±0.04a | 13.85±0.07b | |
| T3 | 1.26±0.01b | 17.62±1.21a | |
| 20~30 | CK | 1.53±0.01a | 6.48±0.31c |
| T1 | 1.52±0.01a | 10.14±0.40b | |
| T2 | 1.44±0.04b | 12.44±0.65a | |
| T3 | 1.38±0.01b | 13.70±0.12a |
不同小写字母表示不同处理间差异显著（P < 0.05），下同。
Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (P < 0.05), the same below.
2.2 不同年限免耕秸秆覆盖还田的各粒级土壤水稳性团聚体含量
由图1可知，在0~10 cm土层，与CK处理相比，T3、T2和T1处理明显提高了>0.25 mm粒级水稳性团聚体含量，平均增幅分别为16.08%、13.20%和8.18%。在10~20 cm土层，T3处理>0.25 mm粒级团聚体含量最高，较CK处理升高了18.63%；与CK处理相比，各处理>0.25 mm粒级团聚体含量均有所升高。与10~20 cm土层相比，20~30 cm土层各处理>0.25 mm粒级团聚体含量有所提高；且各处理间均以T3处理最高，与T2、T1和CK处理相比平均增幅分别为2.61%、7.81%和17.71%。在0~30 cm土层，CK处理≤0.25 mm粒级小团聚体含量显著高于T3和T2处理，平均增幅分别为37.18%和27.22%。
图1
图1
不同年限免耕秸秆覆盖还田下各粒级土壤团聚体含量分布的变化
不同小写字母表示差异显著（P < 0.05），下同。
Fig.1
Changes of soil aggregate content distribution in different particle size fractions under no-tillage with straw mulching and returning over different years
Different lowercase letters indicate significant differences (P < 0.05), the same below.
2.3 不同年限免耕秸秆覆盖还田的各粒级团聚体有机碳含量
各处理土壤团聚体有机碳含量随土层的加深而降低（表2）。在0~30 cm土层，与CK处理相比，T3、T2和T1处理团聚体有机碳含量均有所提升，以T3处理最高。与CK处理相比，T3处理在0~10、10~20和20~30 cm土层增幅分别为36.17%、27.57%和31.04%。在0~30 cm土层，各粒级团聚体有机碳含量由多到少依次为>5.00、(2.00,5.00]、(1.00,2.00]、(0.50,1.00]、(0.25,0.50]和≤0.25 mm粒级，且各处理团聚体有机碳含量均以>5 mm粒级为最高。在0~10 cm土层，T3、T2和T1处理>5 mm粒级团聚体有机碳含量与CK处理相比，增幅分别为24.57%、18.79%和7.86%。在10~20 cm土层，T3处理各粒级团聚体有机碳含量与T2、T1和CK处理相比增幅分别为13.64%、17.90%和29.01%。
表2 不同年限免耕秸秆覆盖还田下各粒径团聚体中有机碳含量的变化
Table 2
| 土层深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 粒径Particle size (mm) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| >5.00 | (2.00,5.00] | (1.00,2.00] | (0.50,1.00] | (0.25,0.50] | ≤0.25 | ||
| 0~10 | CK | 15.38±0.51b | 14.27±0.32c | 14.10±0.39b | 11.86±0.50b | 9.89±0.26c | 9.57±0.43c |
| T1 | 16.59±0.48b | 15.98±0.69b | 15.07±0.26b | 15.30±1.07a | 14.54±0.31b | 13.14±0.50b | |
| T2 | 18.27±0.61a | 16.80±0.31b | 15.23±0.56b | 15.21±0.31a | 14.63±0.24b | 13.64±0.52b | |
| T3 | 19.16±0.34a | 18.59±0.55a | 16.77±0.29a | 16.34±0.53a | 16.00±0.60a | 15.37±0.48a | |
| 10~20 | CK | 12.63±0.46b | 12.30±0.26b | 10.84±0.50c | 9.86±0.36c | 9.75±0.32b | 9.67±0.31b |
| T1 | 13.14±0.31b | 12.48±0.35b | 12.47±0.12b | 11.57±0.27b | 10.94±0.18a | 10.55±0.61ab | |
| T2 | 13.23±0.46b | 13.22±0.35b | 12.90±0.38b | 11.84±0.46b | 11.68±0.26a | 11.26±0.52ab | |
| T3 | 16.05±0.48a | 15.79±0.57a | 14.28±0.43a | 13.59±0.50a | 11.74±0.52a | 11.54±0.43a | |
| 20~30 | CK | 10.71±0.51c | 10.67±0.47b | 10.36±0.45b | 9.40±0.27b | 9.38±0.31a | 9.03±0.35b |
| T1 | 11.18±0.35bc | 11.21±0.51b | 11.10±0.70b | 10.38±0.41b | 9.51±0.43a | 9.78±0.16ab | |
| T2 | 12.11±0.21b | 11.39±0.47b | 11.15±0.71b | 11.21±0.92b | 10.63±0.54a | 10.04±0.23ab | |
| T3 | 15.02±0.42a | 14.46±0.39a | 13.90±0.35ab | 13.16±0.47a | 10.99±0.68a | 10.51±0.48a | |
2.4 不同年限免耕秸秆覆盖还田的各粒级团聚体有机碳贡献率
在0~30 cm土层，各处理团聚体有机碳贡献率为T3>T2>T1>CK（表3）。在0~10 cm土层，T3处理>5.00 mm和(0.25,0.50] mm粒级团聚体有机碳贡献率显著高于CK处理，增幅分别为31.81%和21.16%。在10~20 cm土层，T3处理>0.25 mm粒级团聚体有机碳贡献率高于T2、T1和CK处理，增幅分别为5.70%、10.65%和21.88%。在20~30 cm土层，T3、T2和T1处理>0.25 mm粒级团聚体有机碳贡献率与CK处理相比均有所增加，增幅分别为25.65%、13.60%和8.02%；T3处理>5.00 mm团聚体有机碳贡献率增幅最高，与CK处理相比增幅为63.21%。在0~30 cm土层，各处理≤0.25 mm团聚体有机碳贡献率均为CK>T1>T2>T3，处理间存在显著差异。
表3 不同年限免耕秸秆覆盖还田下各粒级土壤团聚体的有机碳贡献率
Table 3
| 土层深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 粒径Particle size (mm) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| >5.00 | (2.00,5.00] | (1.00,2.00] | (0.50,1.00] | (0.25,0.50] | ≤0.25 | ||
| 0~10 | CK | 16.88±1.99b | 11.16±0.45a | 11.92±1.08a | 15.52±0.89a | 14.70±0.30b | 29.03±1.84a |
| T1 | 18.24±1.58ab | 10.22±1.68a | 9.98±1.59a | 16.29±1.56a | 17.92±0.95a | 27.46±1.85ab | |
| T2 | 21.85±0.68a | 10.37±0.93a | 9.80±1.39a | 16.11±0.42a | 17.55±0.81a | 23.68±0.77b | |
| T3 | 22.25±0.69a | 10.94±0.57a | 9.94±0.72a | 15.92±0.33a | 17.81±0.80a | 22.81±0.92b | |
| 10~20 | CK | 13.60±0.86c | 9.17±1.29a | 9.46±1.04a | 13.60±1.41a | 14.48±1.13a | 38.32±2.74a |
| T1 | 17.12±1.35bc | 9.13±0.63a | 10.09±0.73a | 14.95±0.76a | 15.14±0.26a | 34.22±2.35ab | |
| T2 | 18.54±0.57ab | 9.67±0.77a | 9.97±0.33a | 15.13±0.81a | 16.23±1.03a | 30.61±1.78bc | |
| T3 | 21.67±1.65a | 10.56±1.43a | 10.07±0.75a | 15.87±1.30a | 15.34±0.88a | 26.58±1.39c | |
| 20~30 | CK | 14.08±2.02c | 8.45±0.23b | 8.94±0.81a | 14.60±1.04a | 15.74±0.44a | 37.89±2.60a |
| T1 | 16.69±1.49bc | 8.90±0.64b | 9.24±0.70a | 15.96±0.45a | 15.98±0.47a | 33.39±2.25ab | |
| T2 | 19.03±0.55ab | 8.73±0.11b | 8.87±0.75a | 16.33±0.62a | 17.26±1.77a | 28.82±0.30bc | |
| T3 | 22.98±0.79a | 10.57±0.61a | 10.32±0.71a | 17.39±1.22a | 16.41±1.14a | 25.97±1.61c | |
2.5 不同年限免耕秸秆覆盖还田对土壤MWD和GMD的影响
土壤团聚体的稳定性可用MWD和GMD指标表示，大团聚体的含量占比越多，MWD和GMD指标值越大，土壤团聚体稳定性越高，其中土壤表层MWD和GMD值较高（图2）。在0~10 cm土层，与CK处理相比，T3、T2和T1处理MWD明显升高，增幅分别为26.08%、21.73%和13.04%。在10~20cm土层，各处理MWD较0~10 cm土层降低了7.40%~11.29%；且与CK处理相比，T3、T2和T1处理的MWD显著升高，增幅分别为28.57%、23.80%和14.28%。在20~30 cm土层，各处理MWD较10~20cm土层升高了1.25%~4.84%。各处理GMD值在0.79~0.95，在0~10 cm土层，与CK处理相比，T3、T2和T1处理GMD显著升高，增幅分别为13.09%、10.71%和7.14%；在10~20 cm土层，T3、T2和T1处理较CK处理GMD升高了12.50%、11.25%和6.25%；在20~30 cm土层，与CK处理相比，各处理GMD升高了6.25%~13.75%。
图2
图2
不同年限免耕秸秆覆盖还田下土壤MWD和GMD的变化
Fig.2
Changes of soil MWD and GMD under no-tillage with straw mulching and returning over different years
2.6 土壤有机碳含量与MWD和GMD的线性相关性分析
由图3可知，在本试验条件下，土壤有机碳含量与团聚体MWD呈线性正相关关系，达极显著（R2=0.688），表明二者之间存在相互促进作用，即土壤有机碳含量增加有利于MWD提高。土壤有机碳含量与GMD也呈线性正相关关系，达极显著水平（R2=0.751），表明二者之间相互促进，有机碳含量增加利于GMD提高。
图3
图3
土壤有机碳含量与MWD和GMD的相关性
“**”表示在P < 0.01水平极显著相关。
Fig.3
Correlation between soil organic carbon content and MWD and GMD
“**”indicates extremely significant correlation at P < 0.01 level.
2.7 不同年限免耕秸秆覆盖还田的玉米产量及其构成因素
表4 不同年限免耕秸秆覆盖还田下玉米产量及其构成因素
Table 4
| 处理 Treatment | 穗长 Ear length (cm) | 穗行数 Kernel row number | 行粒数 Grains per row | 百粒重 100-grain weight (g) | 含水量 Moisture content (%) | 产量 Yield (kg/hm2) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CK | 18.35±0.24d | 14.00±1.15a | 31.00±1.52b | 32.57±0.09a | 29.80±0.18ab | 10 183.45±292.62c |
| T1 | 19.41±0.34c | 14.00±0.67a | 36.00±2.00a | 33.15±0.14a | 30.27±0.29b | 10 894.41±393.46bc |
| T2 | 20.41±0.22b | 16.00±1.15a | 34.00±1.52ab | 33.39±0.04a | 27.97±0.76a | 11 921.39±536.32ab |
| T3 | 21.96±0.38a | 16.00±1.15a | 37.00±2.00a | 33.44±0.19a | 29.27±0.69ab | 12 993.62±328.17a |
图4
图4
土壤有机碳含量与玉米产量相关性
“*”表示在P < 0.05水平显著相关。
Fig.4
Correlation between soil organic carbon content and maize yield
“*”indicates significant correlation at P < 0.05 level.
3 讨论
3.1 免耕秸秆覆盖还田下的土壤容重和含水量
免耕秸秆覆盖能够极大程度减少土壤风蚀与地表扰动，玉米秸秆覆盖于土壤表层，可拦截太阳辐射，降低土壤水分流失，进而最大限度维持土壤含水量。此外，秸秆覆盖还田后在耕层表面腐解，可增加表层土壤有机质，改善土壤理化性状，降低土壤容重[22]。本研究结果显示，相较于CK处理，7年免耕覆盖还田处理可显著降低0~30 cm土壤容重，这与张兴义等[23]的结论相似。可能由于长期免耕秸秆覆盖改善了土壤团聚结构，有利于土壤微生物数量增加，进而疏松土壤、降低土壤容重[24]。但Wang等[25]研究发现免耕秸秆覆盖会显著增加土壤容重；张贵云等[26]研究表明，免耕秸秆覆盖能降低0~10 cm土层土壤容重，却提高了10~20 cm土层土壤容重，这可能与当地土壤类型差异有关。本研究发现，免耕秸秆覆盖还田可提高0~20 cm土层土壤含水量，与郑洪兵等[27]的研究结果相似，说明免耕秸秆覆盖对表层土壤保水效果明显，能够增加土壤含水量，维持良好的土壤持水性。
3.2 免耕秸秆覆盖还田下土壤团聚体粒级的分布特征
土壤团粒结构是土壤肥力的物质基础，土壤团聚体稳定性是评价土壤质量的有效指标，其组成与稳定性直接影响土壤风蚀，同时，团聚体的组成与有机碳含量紧密相关，有机碳含量下降会造成土壤退化和风蚀[28-29]。本研究结果显示，免耕秸秆覆盖还田提高了0~30 cm土层中大团聚体（>0.25 mm）粒径的占比，这与闫雷等[30]的研究结果类似，良好的土壤团聚体结构有助于提升土壤肥力。不同年限的免耕覆盖还田对土壤大团聚体形成的作用存在差异，本研究发现还田时间越长，效果越明显，免耕秸秆覆盖还田时间为3年和7年时，0~30 cm土层中>5.00 mm粒级团聚体含量显著增加，MWD和GMD也得到提高，这与朱雪峰等[31]的研究结果较为相似。且MWD和GMD随还田年限延长呈逐步上升趋势，这可能由于免耕措施仅对表层土壤部分土面产生一定的扰动，对土壤结构影响较小，有效减少了对土壤大团聚体结构的破坏。同时，秸秆还田改善了土壤中微生物的栖息环境，增加了微生物数量，微生物分解混入土层的秸秆，产生多糖等物质，促进土壤颗粒黏结，有利于≤0.25 mm小团聚体向更大粒径转变，形成大团聚体，大团聚体含量越高，MWD和GMD值越大[32-33]。本研究发现，0~10 cm土层的团聚体占比、MWD和GMD均高于10~30 cm土层，这可能是由于秸秆覆盖在表层，腐解后养分直接输入表层土壤，有利于提高微生物活性，进而增加大团聚体数量；各处理则整体表现为T3>T2>T1>CK，表明长时间免耕覆盖还田处理比短时间处理能更长期稳定地促进土壤团聚体含量和稳定性的提升，且还田年限越长效果越佳。
3.3 免耕秸秆覆盖对团聚体有机碳积累和贡献率的影响
土壤有机碳含量与水稳性团粒结构的形成及稳定性紧密相关，免耕秸秆覆盖有助于大团聚体有机碳的积累[34]。本研究中，大团聚体（>0.25 mm）的有机碳含量占比明显高于小团聚体（≤0.25 mm）；0~10 cm土层的有机碳含量明显高于10~30 cm土层，这与胡宁等[35]的研究结果相似。这可能由于免耕秸秆覆盖措施最大程度降低了对土壤的扰动，显著增加了表层土壤大团聚体含量，进而大幅提高了土壤表层有机碳储量，但对深层土壤有机碳含量的影响较小[36]。不同粒径土壤团聚体的有机碳贮存规律存在差异，Cheng等[37]研究发现有机碳含量随团聚体粒径增大而增加，而李景等[38]则表明并非团聚体粒径越大越有利于土壤有机碳固存。本研究中，各处理下团聚体有机碳含量主要集中在>5 mm粒级，较≤0.25 mm粒级提高了29.36%。土壤团聚体有机碳贡献率由团聚体百分比含量和该团聚体有机碳含量共同决定。与不还田处理（CK）相比，T3处理通过增加>5 mm团聚体的百分比含量，提高了>5 mm粒级的有机碳贡献率，同时降低了≤0.25 mm粒级的有机碳贡献率。
3.4 不同年限免耕秸秆覆盖还田对玉米产量的影响
4 结论
免耕结合秸秆覆盖还田措施可显著降低表层土壤容重、提升土壤含水量，且秸秆覆盖还田时间越长效果越好。免耕覆盖可提高>0.25 mm各粒级水稳性团聚体的百分比含量，促进土壤团聚体的形成与稳定，提高团聚体有机碳含量及其贡献率，增强土壤MWD和GMD的稳定性。与旋耕垄作相比，各处理均能提高玉米产量，7年免耕覆盖还田处理提升幅度最大。综上，免耕秸秆覆盖还田措施可有效改良土壤质量，对玉米增产具有积极作用，且玉米产量随免耕覆盖还田时间延长而增加。
参考文献
Variations in soil aggregate stability due to land use changes from agricultural land on the Loess Plateau, China
Medium-term impact of tillage and residue management on soil aggregate stability, soil carbon and crop productivity
Effects of land management change on soil aggregates and organic carbon in Mediterranean olive groves
Soil Aggregates structure- based approach for quantifying the field capacity, permanent wilting point and available water capacity
DOI:10.1007/s00271-019-00630-w [本文引用: 1]
免耕结合覆盖措施对渭北旱塬黑垆土结构与团聚体有机碳含量的影响
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.008
[本文引用: 1]
【目的】阐明长期免耕及覆盖措施对渭北旱塬农田土壤团聚体结构和有机碳含量的影响，探索改善区域土壤的适宜耕作措施。【方法】在连续16年的黑垆土田间定位试验中选择传统耕作（CT）、免耕无覆盖（NT）、免耕+秸秆覆盖（NS）、免耕+地膜覆盖（NP）、免耕+秸秆覆盖+地膜覆盖（NSP）等共5种田间管理措施，于2019年10月春玉米收获期采集0—40 cm土层土样，测定容重、团聚体粒级分布及有机碳含量。【结果】（1）免耕及覆盖措施（NT、NP、NS和NSP）影响了黑垆土容重和团聚体粒级分布。免耕及覆盖措施均提高了耕层（0—20 cm）土壤容重，其中0—10 cm土层容重提高7.1%—17.8%，犁底层容重和孔隙度变化与耕层相反。耕层大团聚体比例显著提高、微团聚体比例显著降低，促进耕层微团聚体向大团聚体的转化。各粒级团聚体重量百分比在耕层（0—20 cm）分布为：较大团聚体（0.25—2 mm）>大团聚体（>2 mm）>微团聚体（0.053—0.25 mm）>粉黏粒组分（<0.053 mm），在犁底层（20—40 cm）为较大团聚体和粉黏粒组分显著高于大团聚体和微团聚体。（2）免耕及覆盖措施下有机碳含量随团聚体粒级增大而增加。在0—40 cm土层，NT处理各粒级团聚体有机碳含量均显著低于CT处理，而NS、NSP处理均显著高于CT处理。（3）耕层总有机碳累积以>0.25 mm团聚体有机碳为主，犁底层以粉黏粒组分和较大团聚体有机碳为主。【结论】长期免耕及覆盖措施促进耕层微团聚体向大团聚体转化。与传统耕作相比，免耕和地膜覆盖均降低了耕层各粒级团聚体有机碳含量。而免耕覆盖（NS、NP和NSP）比免耕无覆盖（NT）均增加了各粒级团聚体有机碳含量。免耕结合秸秆覆盖（NS）显著改善土壤容重且对各粒级团聚体有机碳含量提升幅度最大，是最佳处理。
Soil aggregate stability and aggregate-associated carbon under different tillage systems in the North China Plain
DOI:10.1016/S2095-3119(13)60428-1 URL [本文引用: 1]
Effects of tillage, residue and fertilizer nitrogen on crop yields, and soil physical properties under soybean-wheat rotation in Vertisols of Central India
DOI:10.1007/s40003-014-0141-7 URL
Conservation tillage rotation enhanced soil structure and soil nutrients in long-term dryland agriculture
Effects of straw mulching on the soil aggregates in dryland wheat field under no-tillage
Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils
DOI:10.2136/sssaj1986.03615995005000030017x
URL
[本文引用: 1]
This work corroborates the hierarchical conceptual model for soil aggregate structure presented by Tisdall and Oades (1982), extends it to North American grassland soils, and elaborates on the aspects relating to the influence of cultivation upon losses of soil organic matter. Aggregate size distributions observed for our soils are very similar to those of Australian soils, indicating that the microaggregate‐macroaggregate model may hold for a wide array of grassland soils from around the world. The use of two wetting treatments prior to sieving demonstrated that the native sod soil had the same general structural characteristics as cultivated soil but the macroaggregates were more stable. When slaked, native and cultivated soil present in the microaggregate size classes had less organic C, N, and P than the soil remaining as macroaggregates, even when expressed on a sand‐free basis. Moreover, the C/N, C/P, and N/P ratios of microaggregates were narrower than those of macroaggregate size classes. Much more C and N was lost than P under the conditions of this study. Element‐specific differences in microbial catabolic processes vs. extracellular enzyme activity and its attendant feedback controls are postulated to account for this difference. When the macroaggregates were crushed to the size of microaggregates, mineralizable C as a percent of the total organic C was generally greater for macro‐ than microaggregates early in the incubation for the cultivated soil and throughout most of the incubation for the native sod soil. Mineralizable N as a percent of the total organic N was greatest in macroaggregates even when the macroaggregates were not crushed. The macroaggregate‐micraggregate conceptual model is applied to help explain accumulation of soil organic matter under native conditions and its loss upon cultivation.
冬季不同种植模式对稻田土壤团聚体及其有机碳的影响
DOI:10.11869/j.issn.100-8551.2019.12.2430
[本文引用: 1]
为探究冬季不同种植模式对稻田土壤结构和质量的影响,设置5种冬季种植模式:冬季休闲(冬闲)、冬种紫云英、冬种油菜、冬种大蒜和冬季轮作(马铃薯、紫云英、油菜),通过测定稻田不同土层土壤团聚体组成和团聚体有机碳含量,分析稻田土壤团聚体的水稳性和团聚体有机碳分布。结果表明,在0~30 cm土层深度:>2 mm粒级的土壤团聚体含量最高,其次是<0.053 mm粒级的土壤团聚体,1~2、0.5~1、0.25~0.05、0.053~0.25 mm粒级的土壤团聚体含量相近;各冬季种植处理模式均提高了稻田水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)和平均几何直径(GMD),其中冬种油菜、冬季轮作以及冬种紫云英处理的MWD较冬闲处理分别显著提高21.50%、21.16%、16.32%(P<0.05),冬种油菜和冬季轮作处理的GMD较冬闲处理分别显著提高83.31%、62.50%(P<0.05);冬季不同种植模式显著降低了土壤水稳性团聚体的分形维数(P<0.05),有利于维持土壤结构的稳定性;相对于冬闲处理,其余不同冬季种植模式处理的各粒径下土壤团聚体有机碳含量有增加的趋势。综上可知,冬季不同种植模式均有利于稻田土壤团聚体稳定性的提高和各粒级下团聚体有机碳的积累,其中冬季轮作模式的效果最佳。本研究结果为南方冬闲田优化种植模式提供了理论依据。
不同降水年型下耕作方式结合覆盖对旱地土壤物理性质和马铃薯产量的影响
DOI:10.13287/j.1001-9332.202402.012
[本文引用: 1]
2018—2021年连续3年在宁夏南部旱作区开展大田定位试验,设置4种耕作方式(翻耕15 cm、深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm)和3种覆盖措施(燕麦秸秆覆盖、塑料地膜覆盖、不覆盖),以翻耕15 cm不覆盖处理为对照,探讨不同降水年型下耕作方式结合覆盖对旱地土壤容重、团聚体含量、生育期土壤蓄水量和马铃薯产量的影响。结果表明: 与试验处理前相比,3年耕作结合覆盖均能有效降低0～60 cm土层土壤容重;同一耕作方式下,不同降水年型均以秸秆覆盖最佳;丰水年20、40 cm土层以深松30 cm覆盖秸秆处理最佳,60 cm土层以翻耕15 cm覆盖秸秆处理最佳,平水年和枯水年20、40、60 cm土层均以深松40 cm覆盖秸秆处理最佳。在0～20 cm土层,＞0.25 mm土壤团聚体含量3年均以深松40 cm覆盖秸秆处理最高;20～40 cm土层,丰水年以翻耕15 cm覆盖秸秆处理最高,平水年和枯水年以深松40 cm覆盖秸秆处理最高;在40～60 cm土层,丰水年、平水年、枯水年分别以翻耕15 cm覆盖地膜处理、深松30 cm覆盖地膜处理、深松30 cm覆盖秸秆处理最高,较对照分别显著提高18.8%、27.0%、35.8%。马铃薯关键生育期(现蕾至块茎膨大期)0～100 cm土层土壤蓄水量,丰水年以深松30 cm覆盖秸秆处理最佳,平水年和枯水年均以深松40 cm覆盖秸秆处理最佳,较对照分别显著提高19.4%、19.5%、23.7%。对于马铃薯产量,丰水年以深松30 cm覆盖秸秆处理最佳,平水年和枯水年均以深松40 cm覆盖秸秆处理最佳,较对照分别显著提高84.6%、81.7%、106.3%。相关性分析表明,土壤物理性质的改善可显著影响马铃薯产量,其中以土壤容重和现蕾期土壤蓄水量作用最显著;对不同降水年型下马铃薯产量与耕作深度间关系进行拟合发现,耕作深度为34.67～36.03 cm时,马铃薯可获得高产。可见,耕作方式结合覆盖可有效改善土壤物理性质,增加马铃薯生育期土壤蓄水量,从而显著提高产量,其中在丰水年采用深松30 cm覆盖秸秆处理,在平水年和枯水年采用深松40 cm覆盖秸秆处理可实现旱作区马铃薯增产。
Effect of long-term straw mulching and no-tillage on physical properties of meadow soil in cold region
Aggregate-associated soil organic carbon dynamics as affected by erosion and deposition along contrasting hillslopes in the Chinese Corn Belt
玉米秸秆覆盖还田量对免耕土壤有机碳中红外光谱特征的影响
DOI:10.13287/j.1001-9332.202108.022
[本文引用: 1]
依托位于中国东北黑土地区长期免耕玉米秸秆还田试验平台,分析了不同秸秆还田量(0、33%、67%和100%)连续归还8年后表层(0～5 cm)、中层(20～40 cm)和深层(60～100 cm)土壤有机碳中红外光谱特征,评价了玉米秸秆还田量对免耕土壤碳化学组成和稳定性的影响。结果表明: 与免耕无秸秆覆盖还田相比,33%与100%秸秆还田均有利于表层和中层多糖组分的积累,但前者降低了表层土壤碳组成多样性,而后者有利于各层次土壤碳化学稳定性的维持;67%秸秆还田提高了深层土壤碳化学稳定性。综上,当秸秆资源充足时,免耕结合100%全量秸秆还田可在提高0～40 cm土层微生物可利用碳底物的基础上,维持土壤碳的化学稳定性。秸秆还田量与土壤中红外光谱特征间无线性关联,表明亟需挖掘不同秸秆还田量处理下土壤碳周转的微生物参与机制。
耕作管理对潮土团聚体形成及有机碳累积的长期效应
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.005
[本文引用: 1]
【目的】研究黄淮海平原潮土区耕作管理对土壤水稳性团聚体形成及有机碳累积的长期效应，为提升潮土地力、推动农业可持续发展提供理论基础与技术支持。【方法】采集河南省封丘县中国科学院封丘农业生态实验站连续8年保护性耕作的不同处理原状土壤样品，分析测定土壤团聚体的数量、稳定性以及土壤和各粒径团聚体中的有机碳含量。【结果】与常规翻耕处理相比，长期免耕和间歇性翻耕使0—10 cm土层粗大团聚体和10—20 cm土层细大团聚体的质量比例分别提高了63.4%和28.1%。秸秆还田主要提高了0—20 cm土层大团聚体的质量比例，平均提高率为3.0%。降低翻耕频率或秸秆还田处理，使不同土层团聚体的稳定性有所提升，前者使0—10 cm平均重量直径（mean weight diameter，MWD）和几何平均直径（geometric mean diameter，GMD）值分别增加了11.9%—31.6%和4.1%—13.7%；后者使0—20 cm MWD和GMD值分别增加了3.5%和4.5%，翻耕频率对团聚体稳定性的影响程度显著高于秸秆还田处理。在0—10 cm土层，各粒径团聚体的有机碳含量随翻耕频率的降低而提高，而秸秆还田对团聚体有机碳的影响可以深入0—20 cm土层。耕作方式耦合秸秆还田处理对团聚体特征的影响显著大于降低翻耕频率或秸秆还田处理。潮土有机碳积累的主要贡献来源于粗大团聚体和细大团聚体，通过降低翻耕频率，可以提高0—10 cm土层粗大团聚体和10—20 cm土层细大团聚体对潮土有机碳积累的相对贡献，提高率分别达49.2%和29.1%。【结论】长期免耕和间歇性翻耕结合秸秆还田能显著提高潮土大团聚体的数量及其稳定性，通过提高大团聚体对土壤有机碳积累的相对贡献，可以增加潮土碳累积量。
Fifteen years of conservation tillage increases soil aggregate stability by altering the contents and chemical composition of organic carbon fractions in Mollisols
DOI:10.1002/ldr.v33.15 URL [本文引用: 1]
保护性耕作对土壤有机碳、氮储量的影响
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906(2010)01-0223-04 [本文引用: 1]
Effects of straw mulching and vetiver grass hedgerows on the size distribution of the soil water stable aggregates and aggregate-associated organic carbon in red soil
长期免耕和深松提高了土壤团聚体颗粒态有机碳及全氮含量
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.02.009
[本文引用: 1]
【目的】耕作措施对土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）具有重要影响。本研究利用团聚体和密度联合分级方法,旨在揭示长期耕作对表层土壤团聚体内密度颗粒组分SOC及TN的影响,为深入理解黄土高原农田土壤碳氮提升机理提供依据。【方法】长期试验位于黄土高原东部边缘地区,开始于1999年,共设4个处理：少耕无覆盖（RT）、免耕覆盖（NT）、深松覆盖（SM）和传统翻耕（CT）。于2013年7月采集0—10 cm土层样品,首先通过干筛法筛分>2、1—2、0.25—1和2 mm和1 mm粒级团聚体SOC含量提高幅度最大;团聚体TN平均提高了12.2%和24.1%,尤其对2 mm团聚体cPOM和
Does continuous straw returning keep China farmland soil organic carbon continued increase?
