不同耕作模式对旱地土壤团聚体构成的影响--论文.doc

不同耕作模式对旱地土壤团聚体构成的影响摘要 近年来许多研究表明，传统农业耕作对于土壤耕层扰动较大，对于土壤结构产生较大的破坏，破坏土壤团聚体的形成和结构，因此依托布设于黄土高原陇中雨养农田下豆麦双序列轮作系统的不同耕作措施长期定位试验，共设4种耕作措施；传统耕作T 免耕不覆盖NT传统耕作+秸秆还田TS 免耕+秸秆覆盖NTS 结果表明:较传统耕作+免耕 传统耕作+秸秆还田 免耕+秸秆覆盖均可提升机械稳定性和水稳性大团聚体含量和稳定性，同时提高团聚体MWD并降低团聚体破碎率，其中免耕+秸秆覆盖效果最好。同时，相较于2006/2007年，2013/2014年各处理团聚体水稳性均有明显的提升，并且随着土层的增加其增幅越来越大，以NTS处理增幅最大。关键词：耕作模式 团聚体 MWD PAD前言 土壤作为农作物生长的养料库和能流转化机，其对于作物的生长和生态环境都具有不可估量的重要作用。团聚体在协调土壤水肥矛盾、增加土壤持水透气具有重要作用；团聚体可以协调土壤中有机质养分的消耗和积累这一对矛盾；能够优先的稳定土温，进而调节土热状况；改良土壤耕性，有利于作物的根系伸展。所以，良好团粒结构的土壤，可以达到通气保温保水保肥的效果，从而使得作物“吃饱喝足住舒服”，从而获得高产。 土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，其数量的多少在一定程度上反映土壤供储养分、持水性、通透性等能力的高低1。不同粒级的团聚体在营养元素的保持、供应和转化能力等方面有着不同的作用。良好的土壤结构状况不仅要求有较多的土壤团聚体及适当的粒径分配, 还应有一定的稳定性，尤其是水稳性, 才能使土壤多级孔隙状况得以保持, 在耕作、施肥、灌水、雨滴冲击等影响下不致迅速破裂而使土壤结构状况恶化2。土壤团聚体不仅揭示了土壤的结构状况, 同时也是衡量土壤肥力状况的重要指标。然而，0.25mm团聚体对耕作措施反应敏感， 大量国内外研究表明 3-5,合理的耕作措施可以改善土壤结构 ,减少水土侵蚀;不合理的耕作措施会导致土壤肥力衰退,水土流失。陇中黄土高原半干旱区受其气候因素、地理位 置、地形地貌、土壤结构等因素的影响, 已成为我国乃至世界水土流失最为严重、生态环境最为脆弱的地区之一6。该区典型的传统耕作措施对耕层土 壤过度翻动导致大量土壤团聚体破坏, 而休闲期地表裸露致使水分蒸发强烈、利用效率低, 作物秸秆 大量移出减少了土壤有机质含量, 加剧了耕地质量 的恶化6-8。 因此, 为了缓解或改善以上现象, 寻求合理的耕作措施迫在眉睫。目前, 大量研究集中于 土地利用方式对土壤团聚体碳、氮库的影响, 关于 不同农作方式对其影响的研究较少, 尤其是针对陇 中黄土高原的研究鲜见报道。为探明施行13a后保护性耕作对土壤物理性状的影响,本研究依托于甘肃农业大学在定西市安定区李家堡镇麻子川村自2001年布设的长期保护性耕作定位试验, 对试区 2006、2013和2014年土壤团聚体特征进行测定分析, 探索不同耕作措施对陇中黄土高原旱作农田土壤团聚体构成和分布的影响和适合该区域可持续发展的最佳耕作措施,并为相关研究提供可靠依据。1.材料与方法1.1试区概况 试验设于陇中黄土高原半干旱丘陵沟壑区的甘 肃省定西市李家堡镇麻子川村(3528N, 10444E)。 试区干旱多灾, 属中温带半干旱区, 农田土壤为典型 的黄绵土, 质地均匀、土质绵软。平均海拔 2 000 m, 无霜期 140 d，年均日照时数2476.6h, 年均太阳辐射594.7kJcm-2, 年均气温6.4 C, 0 C积温 2 933.5 C, 10 C积温 2 239.1 C, 干燥度2.53; 多年平均降水 390.9 mm, 年蒸发量 1531mm, 80%保证率的降水量为365mm，变异系数为 24.3%, 为典型的雨养农业区。 1.2试验设计试验地采取春小麦(Triticum turgidum L.)、豌豆 (Pisum sativum L.)双序列轮作措施, 即小麦豌豆 小麦(简称 WPW)序列, 当季作物为小麦; 豌 豆小麦豌豆(简称 PWP)序列, 当季作物为豌豆。各序列均设4个处理, 随机区组设计, 具体处理方式见表1。各处理3次重复, 共24个小区, 小 区面积 20 m4 m=80 m2。供试春小麦品种为定西40号, 豌豆品种为绿农1号。春小麦于 2013年3月播种,8月收获, 播种量 187.5 kghm-2, 行距20cm, 各处理均施 N 105 kghm-2, P2O5 105 kghm-2(尿素+ 二铵); 豌豆于 2013年3月播种,8月收获, 播种量100 kghm-2, 行距 24 cm, 各处理均施N 20 kghm-2, P2O5 105 kghm-2 (过磷酸钙+二铵)。所有试验肥料均作为基肥在播种时同时施入。覆盖处理所用秸秆为前茬作物秸秆, 收获后打碾切碎均匀撒布于小区内。插入处理方式图表1.3 测定方法和数据处理 试验于2013年10月土壤冻结前采用五点法分别采集各小区 05 cm、510 cm、1030 cm土层土样1500g左右(1000g用于土壤团聚体分析, 其余用于土壤理化性状测定), 装于硬质塑料保鲜盒带回实验室风干。采用旋转振筛仪(可减少团聚体因 筛分引起的破碎)测定机械稳定性团聚体(5 mm、 25 mm、0.252 mm、0.25mm团聚体含量表现为NTSTSTNT，在0.252mm各处理团聚体含量为TSTNTSNT，各处理2mm团聚体含量大小依次为NTSNTTST；在510cm土层，各处理0.25mm团聚体含量表现为NTSTSTNT，在0.252mm各处理团聚体含量为TSTNTSNT，各处理2mm团聚体含量大小依次为NTSTSNTT；在1030cm土层，干筛后各处理0.25mm团聚体含量表现为NTSNTTST，在0.252mm各处理团聚体含量为TSNTNTST，各处理2mm团聚体含量大小依次为NTSNTTTS。综合来看，在各个土层0.25mm团聚体和2mm团聚体含量均在NTS处理达到最高，说明免耕+秸秆覆盖促进了030cm耕层土壤0.25mm和2mm团聚体的形成；2mm团聚体最低含量在各土层均为T处理，说明传统耕作破坏了030cm土壤耕层 2mm团聚体的形成。而各土层0.25mm2mm团聚体组成各处理间并未表现出明显规律。（2）在W-P-W序列下，在05cm土层，干筛法下各处理间0.25mm团聚体含量依次为NTSTSNTT，在0.252mm各处理团聚体含量NTTSTNTS；而各处理2mm团聚体含量表现为NTSTSNTT。在510cm土层，干筛法下而各处理间0.25mm团聚体含量依次为NTSTSTNT，在0.252mm各处理团聚体含量NTSTSTNT，各处理2mm团聚体含量表现为TSNTSNTT；在1030cm土层，干筛法下各处理间0.25mm团聚体含量依次为NTSTTSNT，在0.252mm各处理团聚体含量TNTNTSTS，各处理2mm团聚体含量表现为NTSTSTNT。不难看出，在各个土层0.25mm团聚体含量均在NTS处理达到最高，说明免耕+秸秆覆盖促进了030cm耕层土壤0.25mm和2mm团聚体的形成。表2：各土层不同处理下团聚体构成土层序列处理干筛团聚体含量湿筛团聚体含量220.250.25220.250.2505PWPT123.4496.8079.7614.0147.55338.44NTS148.4085.3966.2115.6053.74330.66NT133.8383.9282.2515.3144.20340.49TS131.49100.8567.6610.6147.84341.55WPWT114.2995.7289.9916.7946.70339.75NTS142.4193.4064.1816.7954.65328.57NT113.64101.3884.9815.2048.26336.55TS119.9997.4582.559.6745.40344.92510PWPT131.7196.2372.0710.3732.80356.83NTS143.9787.8168.2211.0841.69347.23NT133.0485.1281.8411.7440.28347.98TS132.8099.7767.4311.1438.53350.33WPWT116.6292.7690.628.1831.47360.34NTS131.1399.6169.2516.8542.85340.29NT123.5579.2597.1912.4738.87348.66TS134.2293.9471.849.4333.24357.331030PWPT132.5289.9077.5911.2032.20356.61NTS147.1493.5059.3513.4236.64349.94NT142.4494.1363.4312.7634.11353.13TS120.22105.0074.789.5236.02354.46WPWT118.79105.9175.306.6732.26361.07NTS142.0898.5059.4214.5242.47343.00NT113.85103.2582.9011.8839.30348.82TS126.6995.2378.0910.1239.07350.812.1.2不同耕作措施下土壤（030cm）水稳性团聚体的组成 （1）在P-W-P轮作序列下，在05cm土层，湿筛法之后各处理2mm团聚体含量大小依次表现为NTSNTTTS，在0.252mm团聚体含量依次表现为NTSTSTNT；在510cm土层，各处理2mm团聚体含量大小依次表现为NTNTSTST；在0.252mm团聚体含量依次表现为NTSNTTST。在1030cm土层，各处理2mm团聚体含量大小依次表现为NTSNTTTS；在0.252mm团聚体含量依次表现为NTSTSNTT。可以清晰地看出，任何土层0.252mm水稳性团聚体在NTS处理下达到最高，在05cm和1030cm土层2mm水稳性团聚体在NTS处理下达到最高，说明免耕+秸秆覆盖可以很好地促进030cm水稳性团聚体的形成。（2）在W-P-W轮作序列下，在05cm土层，湿筛法下各处理2mm团聚体的含量大小依次为NTSNTTTS，在0.252mm团聚体含量表现为NTSNTTTS；在510cm土层，各处理2mm团聚体的含量大小依次为NTSNTTST，在0.252mm团聚体含量表现为NTSNTTST；在1030cm土层，各处理2mm团聚体的含量大小依次为NTSNTTST，在0.252mm团聚体含量表现为NTSNTTST。无论在哪个土层，0.252mm和2mm水稳性团聚体在NTS处理下均为最高，在510cm和1030cm土层，0.252mm和2mm水稳性团聚体在均在T处理下最低。说明免耕+秸秆覆盖可以很好地促进030cm水稳性团聚体的形成，而传统耕作措施不利于030cm土壤团聚体的形成。水稳性团聚体（0.25mm）含量随土层的增加而减少，这与武军的研究结果基本一致2.2不同耕作模式下土壤团聚体平均重量直径动态（MWD）2.2.1不同耕作模式对团聚体平均重量直径大小的影响由图可见，干筛处理的MWD显著高于湿筛处理的, 这是由于水分的浸泡致使大量非水稳性团聚体分解的缘故。（1）干筛法中，在P-W-P序列下，在05cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSTSNTT，在510cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSTSTNT, 在1030cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSNTTTS；在W-P-W序列下，在05cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSTSTNT，在510cm土层，各处理下MWD大小依次为TSNTSNTT, 在1030cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSTSTNT。MWD随着土层的增加而呈现出一种上升的趋势，这与武军的研究结果类似。（2）湿筛法中，在P-W-P序列下，在05cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSNTTNT，在510cm土层，各处理下MWD大小依次为NTTSNTST, 在1030cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSTSNTT；在W-P-W序列下，在05cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSNTTTS，在510cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSNTTST, 在1030cm土层，各处理下MWD大小依次为NTSTSNTT。MWD随土层增加而呈现出一种下降的趋势，这与武军的研究结果基本一致。2.2.2不同耕作模式下土壤（030cm）MWD基本动态 干筛法下，四种处理机械稳定性团聚体MWD呈现出NTSTSNTT的基本趋势，湿筛法下，四种处理水稳性团聚体MWD呈现出NTSTSNTT的基本趋势。 2.2.3不同耕作模式对水稳性团聚体MWD的影响 从图可以看出，相比于2006、2007年，各处理在2013和2014年水稳性团聚体MWD均有不同程度的提升，且伴随着土层深度的增加，MWD的增幅越大；在05cm土层，不同年限均表现出NTSNTTTS，各个处理在06、07年和13、14年之间并无显著性差异；在510cm土层，不同年限均表现出NTSNTTST，除了T处理外，NTS/NT/TS相比于之前年份水稳性团聚体均表现出显著性差异。在1030cm土层，不同年限均表现出NTSNTTST，除了T处理外，NTS/NT/TS相比于之前年份团聚体水稳性均表现出显著性差异。说明免耕+秸秆覆盖、免耕和传统耕作+秸秆覆盖均可显著提升水稳性团聚体MWD。在510cm土层，NT处理MWD大于TS，说明免耕更有利于510cm土壤水稳性团聚体的提高。而在1030m，TS处理的MWD要比NT更大，说明秸秆覆盖更有利于此土壤层次的团聚体水稳性的提高。不管在哪一个土壤层次，NTS均表现出最高的团聚体水稳性，且最大限度地提高土壤团聚体水稳性。2.3不同耕作模式对团聚体破碎率的影响（PAD）（1）在P-W-P序列下，05cm土层，PAD表现为NTSNTTTS，各处理间并无显著差异；在510cm土层，各处理PAD表现为NTSNTTST，NTS处理团聚体破碎率（PAD）显著低于T处理，相较T处理，NTS处理PAD降低 %；在1030cm土层，各处理PAD表现为NTSNTTST。（2）在W-P-W序列下，05cm土层，PAD表现为NTSNTTST；在510cm土层，各处理PAD表现为NTNTSTST；在1030cm土层，各处理PAD表现为NTNTSTST。在W-P-W序列下，发现在510以及1030cm土层破碎率都表现为NTNTSTST，这和谁的研究结果略有差异。在030cm土层，从06、13、14三年累计数据分析，各个处理PAD表现为：NTSNTTS0.25mm团聚体为优势团聚体（从量上说）呈现随着土层的增加而增加的趋势，这与武均等7研究结果一致;各粒径团聚体随土层的变化并无明显规律，这与蔡立群等1研究结果相似。在各个土层0.25mm团聚体含量均在NTS处理达到最高，说明免耕+秸秆覆盖促进了030cm耕层土壤0.25mm团聚体的形成；在各土层2mm团聚体最低含量在各土层均为T处理，说明传统耕作破坏了030cm土壤耕层 2mm团聚体的形成。在2个轮作序列下，较之传统耕作，免耕+秸秆覆盖、传统耕作+秸秆还田、免耕这3种处理均可不同程度地提高0.25mm团聚体含量和平均重量直径，降低团聚体破碎率，提升团聚体稳定性。其中免耕+秸秆覆盖处理综合表现最佳。这主要是由于免耕可减少机械操作和人为因素带来的土壤扰动，在减缓了团聚体的周转速率的同时还促进了土壤自身的调节作用。有利于土体结构稳定性的保持。干筛法下，四种处理机械稳定性团聚体MWD呈现出NTSTSNTT的基本趋势，湿筛法下，四种处理水稳性团聚体MWD呈现出NTSTSNTT的基本趋势。相比于2006、2007年，各处理在2013和2014年水稳性团聚体MWD均有不同程度的提升，且伴随着土层深度的增加，MWD的增幅越大。除了T处理外，NTS/NT/TS相比于之前年份团聚体水稳性均表现出显著性差异。说明免耕+秸秆覆盖、免耕和传统耕作+秸秆覆盖均可显著提升水稳性团聚体MWD。不管在哪一个土壤层次，NTS均表现出最高的团聚体水稳性，并且最大限度地提高了土壤团聚体水稳性。两个轮作序列下，机械稳定性团聚体的含量(0.25mm)、MWD均随土层的加深而增大；而水稳定性团聚体反之。这与李涵等10研究结果一致。相较于06/07年，2013/14年水稳性团聚体MWD在各土层大幅度提升，且随着土层深度的增加增幅越来越大。较之传统耕作，保护性耕作能提高两个轮作序列下各土层的机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的含量(0.2 5mm)、MWD，其中NTS处理效果最好。有研究认为，保护性耕作可提高机械稳定性团聚体含量和粒径1，较之传统翻耕，保护性耕作措施可增加土壤各级水稳性团聚体11。这主要是由于保护性耕作对土壤扰动少，并能够提高土壤微生物含量12和有机质含量1，这与卢金伟2认为团聚体形成与土壤微生物和有机质含量有关的观点相吻合。在030cm土层，从06、13、14三年累计数据分析，各个处理PAD表现为：NTSNTTST。NTS处理相较于T处理团聚体破碎率（PAD）降低 %，说明免耕+秸秆覆盖可以有效降低030cm耕层土壤团聚体破碎率。这和谁的研究结果基本一致。在P-W-P序列下各个土壤层次，团聚体破碎率均已NTS处理最小，但是在W-P-W序列下，发现在510以及1030cm土层破碎率都表现为NTNTSTST，这和谁的研究结果略有差异。分析其出现的可能原因。参考文献1 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