0 引言
【研究意义】土壤团聚体作为土壤养分的贮存库,是影响土壤肥力质量的重要因素之一[1]。而不同的耕作方式可以通过人为和农机具对土壤的扰动直接改变耕层土壤粒径空间分布,是影响耕地土壤团聚体稳定性的主要因素[2]。近年来,黄土高原旱区逐渐兴起夏闲期免耕、夏闲期深松等耕作技术,与普遍采用的深翻技术相比,对土壤的扰动有着明显的区别[3,4],因此研究不同夏闲期耕作方式下的土壤团聚体情况,对评价和选择合理的耕作措施有重要意义。另外,为了比较不同夏闲期耕作下土壤团聚体特性,选取能够准确反映团聚体稳定性的测定指标也具有重要的意义。【前人研究进展】不同粒径团聚体的数量分布和空间排列方式影响土壤生物活动,决定了土壤的孔隙分布情况[5]。同时,土壤水稳性团聚体的数量和分布也反映了土壤结构的抗蚀能力和稳定性[6]。目前,大多数****对衡量土壤水稳定团聚体稳定性指标多选择几何平均直径（GMD）[2, 7-8]、平均重量直径（MWD）[2, 7, 9]、稳定率（WSAR）[7]、破坏率（PAD）[2]和分形维数（D）[2, 10-12],这些指标一定程度上体现了团聚体的稳定性。也有****用矩法获得的统计特征参数来评价土壤团聚体的组成[9, 13]。【本研究切入点】近年来,有****提出夏闲期深松和深翻的农作技术,结果表明夏闲期深松或深翻具有蓄水保墒的能力,进而使晋南旱地冬小麦达到增产稳产的效果[14]。但是关于夏闲期耕作措施对旱地麦田土壤团聚体特征的研究较少。同时,连年单一的耕作方式不利于改善土壤结构[15]。因此本试验在前3年原有耕作试验条件下,设置了深翻和深松不同轮耕措施,对不同夏闲期耕作下 >0.25 mm土壤的水稳性团聚体的稳定性和分布特征的差异进行分析。【拟解决的关键问题】研究不同夏闲期耕作对土壤水稳性团聚体稳定性的影响,为全面、正确评价黄土高原旱地麦田土壤团聚体提供理论依据。1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验地位于山西省运城市闻喜县桐城镇邱家岭村（111°28′E,35°35′N）,该基地地处黄土高原,属典型暖温带大陆性季风气候,十年九旱,年均降水量490 mm,年均蒸发量1 838.9 mm,其中 60%左右降水集中在7—9月,年均气温12.6℃,最冷的1月份平均气温可达到3.2℃,最热的7月份平均气温26.5℃,年均日照时数2 242.0 h,全年无霜期185 d。该区属丘陵旱地,土壤质地为黏壤土至粉砂质黏壤土,呈强石灰性。1.2 试验设计
试验于2013年6月开始,在2013年6月至2016年6月已进行了为期3年的冬小麦夏闲期耕作试验,本研究于2016年7月进行第4年的休闲期耕作试验,供试品种为运旱618。采用随机区组试验,共设置了4个耕作处理：（1）免耕—免耕—免耕—免耕（4aNT）：连续4年休闲期免耕;（2）深翻—深翻—深翻—深松（3aPT-ST）：前3年休闲期深翻,第4年休闲期深松;（3）深松—深翻—深松—深翻（4aST/PT）：4年进行休闲期深松和深翻轮耕;（4）深松—深松—深松—深翻（3aST-PT）：前3年休闲期深松,第4年休闲期深翻。所有耕作处理均前茬小麦收获时留高茬20—30 cm,秸秆打碎后覆盖于地表。其中深翻是在7月中旬施有机肥1 500 kg·hm-2,有机肥与粉碎的秸秆采用深耕施肥一体机一并施入土壤,耕深25—30 cm;深松是将施入的有机肥采用深松施肥一体机施入土壤,耕深35—40 cm;免耕是指休闲期不进行任何耕作处理。所有耕作处理在休闲期耕作后均在8月底进行旋耕和耙磨,播前基施N为150 kg·hm-2,P2O5为150 kg·hm-2,K2O为150 kg·hm-2。整个生育期无灌溉条件。每个耕作处理设3次重复,共12个小区,小区面积5 m×60 m=300 m2。采用膜际条播,生育期视实际情况进行人工和除草剂控制杂草。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 土壤样品取样方法第3年小麦收获后,第4年休闲期耕作开始之前进行取样（2016年7月24日）,于第4年收获前进行成熟期取样（2017年6月2日）。在每个小区布置3个采样点,分0—10、10—20、20—30、30—40和40—50 cm 5个土层,将采集的土样混合,同时避免对土样的过分扰动,以免破坏团聚体结构。
1.3.2 测定方法
1.3.2.1 土壤水稳性团聚体粒级分布 一般>0.25 mm的团聚体为土壤团粒结构体,是土壤中最好的结构体,其数量与土壤肥力质量呈正相关[16]。采用“NYT 1121.19—2008土壤检测第19部分：土壤水稳性大团聚体组成的测定”方法,先将250 g风干土放入孔径依次为10、7、5、3、2、1、0.5、0.25 mm的套筛,底层放底盒,利用机械力分散收集各孔径的力稳定性团聚体,计算得到土壤粒径 >0.25 mm的力稳定性团聚体含量DR0.25,再按比例将各孔径的力稳定团聚体配成50 g,将这50 g（m0）风干土利用水力分散通过套筛（孔径依次为5、3、2、1、0.5和0.25 mm）,然后将每层套筛上存留的土粒分级洗入铝盒并烘干称重mi,通过计算得到土壤粒径>0.25 mm的水稳性团聚体含量WR0.25。
1.3.2.2 土壤水稳性团聚体的平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）计算公式[17]如下：
$MWD=\sum_{i=1}^{n}(\overline{x_i}\cdot w_i)$ （1）
$GMD=exp(\sum_{i=1}^{n} w_i\cdot ln \overline{x_i}\sum_{i=1}^{n} w_i)$ （2）
式中,${{\bar{x}}_{i}}$为i级团聚体平均直径,wi为i级水稳性团聚体含量。
1.3.2.3 土壤水稳性团聚体的分形维数（D）利用KATZ等[17]的公式表示：
$D=3\text{-}\frac{\lg [w(\delta <{{{\bar{x}}}_{i}})/{{w}_{0}}]}{\lg ({{{\bar{x}}}_{i}}/{{x}_{\max }})}$ （3）
式中：${{\bar{x}}_{i}}$同上;w(δ<${{\bar{x}}_{i}}$)表示粒径小于${{\bar{x}}_{i}}$的团聚体质
量;w0表示土壤各粒级重量的总和;xmax表示团聚体的最大粒径。
1.3.2.4 土壤水稳性团聚体的稳定率（WSAR）和破坏率（PAD）的计算公式[18]如下：
$WSAR=\frac{WR_{0.25}}{DR_{0.25}}\times100\%$ （4）
$PAD=\frac{DR_{0.25}-WR_{0.25}}{DR_{0.25}}\times100\%$ （5）
1.3.2.5 土壤水稳性团聚体的特征值参数参考祁迎春等[9]的方法,利用矩法统计土壤水稳性团聚体的特征参数值：
标准差σ：
$\sigma=\sqrt{\mu_2}=\sqrt{\frac{1}{100}\sum_{i=1}^{n}(\overline{x_i}-\overline{x})^2w_i}$ （6）
偏倚系数（CS）：
$C_{s}=\frac{\mu _3}{\sigma ^3}= \sigma^{-3}\frac{1}{100}\sum_{i=1}^{n}(\overline{x_i}-\overline{x})^3w_i$ （7）
峰凸系数（CE）：
$C_{s}=\frac{\mu _4}{\sigma ^4}-3= \sigma^{-3}\frac{1}{100}\sum_{i=1}^{n}(\overline{x_i}-\overline{x})^3w_i-3$ （8）
式中,μ2、μ3、μ4为二阶、三阶、四阶中心距;${{\bar{x}}_{i}}$和wi同上;$\bar{x}$为所有级别团聚体直径平均值。
1.4 数据处理与分析
本文采用Sigma-Plot 12.0 进行作图,用SPSS 16.0软件处理数据,利用Ducan方法和Pearson方法进行试验数据的统计分析,将显著性水平设定为α=0.05。2 结果
2.1 不同耕作处理对旱地小麦产量的影响
试验从2013年开始,分析2013—2017年的产量变化（表1）,结果显示,在2013—2014年休闲期深翻或深松较免耕均能显著提高旱地小麦的产量（P<0.05）,但深翻和深松处理间无显著差异。而在2014—2015年,连续两年深松的产量显著高于其他处理。但从第3年开始,深松/深翻轮耕对旱地麦田的增产效果明显提高,在2015—2017两年间,深松/深翻轮耕处理下的产量均达到显著最高。Table 1
表1
表1不同耕作处理对旱地小麦产量的影响
Table 1Effects of different tillage treatments during summer fallow on wheat yield (kg·hm-2)
| 耕作处理 Tillage | 2013-2014 | 2014-2015 | 2015-2016 | 2016-2017 |
|---|---|---|---|---|
| 4aNT | 3467.00b | 3956.22d | 4812.00c | 2668.85d |
| 3aPT-ST | 4719.00a | 5062.57c | 5471.90b | 4832.39b |
| 4aST/PT | 4760.77a | 5559.96b | 6009.75a | 5091.86a |
| 3aST-PT | 4875.40a | 6176.55a | 5719.08ab | 3070.06c |
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2.2 不同耕作处理对水稳性团聚体质量分布的影响
在湿筛过程中,>5 mm粒径的力稳定性团聚体在水流冲力下分散不存在,而1—5 mm粒径水稳定性团聚体含量也较少,整体上呈随土层深度的增加而降低的趋势（图1）。休闲期3aST-PT处理0—10 cm和10—20 cm土层1—5 mm粒径的水稳定性团聚体分别比3aNT、3aPT-ST和4aST/PT 高15.50%、47.52%、26.27%和17.09%、55.68%、29.25%,而在30—40 cm和40—50 cm土层,4aST/PT处理分别比3aNT、3aPT-ST和3aST-PT高38.00%、13.11%、64.29%和42.22%、14.29%、72.97%。对0.25—1 mm粒径的水稳性团聚体分析发现,休闲期4aST/PT轮耕处理在0—50 cm土层的含量均显著（P<0.05）高于3aST-PT、3aPT-ST 和3aNT。经过一个生育期的土壤自然沉降,对成熟期不同轮耕模式进行分析,4aST/PT处理0—50 cm土层1—5 mm和0.25—1 mm粒径的水稳定性团聚体显著（P<0.05）高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1不同轮耕模式下0—50 cm土层水稳性团聚体质量分布
FS：指休闲期,MS：指成熟期。下同2.3 不同耕作处理对土壤水稳定性团聚体MWD和GMD的影响
-->Fig. 1Soil water stable aggregate size distribution at 0-50 cm depth under different rotational tillage treatments
FS: Fallow stage, MS: Maturity stage. The same as below
-->
水稳性团聚体的MWD和GMD反映了团聚体粒径分布的总体状况,其值越大表示团聚体的团聚度和稳定性越强。表2显示,休闲期,4aST/PT处理0—10 cm土层的MWD分别显著高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT 处理5.1%、7.8%和3.8%（P<0.05）,3aST-PT和4aST/PT处理10—20 cm土层MWD显著高于4aNT和3aPT-ST（P<0.05）,4aST/PT处理20—50 cm土层MWD也显著高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理（P<0.05）。不同耕作方式下水稳性团聚体的GMD在耕作前呈相似规律（表2）,4aST/PT处理0—50 cm土层的GMD显著高4aNT 、3aPT-ST和3aST-PT 处理（P<0.05）。经过一个生育时期的稳定,成熟期土壤的MWD和GMD回升,4aST/PT处理0—10 cm、20—50 cm土层的MWD显著高于其他3个处理（P<0.05）,4aST/PT处理20—50 cm土层的GMD也均显著高于其他3个处理（P<0.05）。
Table 2
表2
表2不同耕作方式下土壤水稳性团聚体的MWD和GMD （mm）
Table 2 MWD and GMD of water stable aggregates under different tillage treatments (mm)
| 土层 Soil depth (cm) | 耕作处理 Tillage | FS | MS | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| MWD | GMD | MWD | GMD | |||
| 0—10 | 4aNT | 0.79c | 0.72b | 0.78ab | 0.71a | |
| 3aPT-ST | 0.77d | 0.70b | 0.77b | 0.71a | ||
| 4aST/PT | 0.83a | 0.76a | 0.81a | 0.73a | ||
| 3aST-PT | 0.80b | 0.73ab | 0.78b | 0.71a | ||
| 10—20 | 4aNT | 0.78b | 0.71a | 0.78a | 0.71a | |
| 3aPT-ST | 0.77b | 0.72a | 0.79a | 0.72a | ||
| 4aST/PT | 0.83a | 0.75a | 0.81a | 0.74a | ||
| 3aST-PT | 0.81a | 0.73a | 0.79a | 0.72a | ||
| 20—30 | 4aNT | 0.73c | 0.67c | 0.72b | 0.66c | |
| 3aPT-ST | 0.77b | 0.70b | 0.78a | 0.71b | ||
| 4aST/PT | 0.80a | 0.75a | 0.79a | 0.73a | ||
| 3aST-PT | 0.72c | 0.66c | 0.70c | 0.64d | ||
| 30—40 | 4aNT | 0.70b | 0.65b | 0.69b | 0.64c | |
| 3aPT-ST | 0.75b | 0.69b | 0.75a | 0.69b | ||
| 4aST/PT | 0.80a | 0.74a | 0.77a | 0.72a | ||
| 3aST-PT | 0.71b | 0.66b | 0.70b | 0.65c | ||
| 40—50 | 4aNT | 0.70c | 0.65c | 0.70b | 0.64b | |
| 3aPT-ST | 0.76ab | 0.69ab | 0.76a | 0.69a | ||
| 4aST/PT | 0.80a | 0.73a | 0.76a | 0.71a | ||
| 3aST-PT | 0.72bc | 0.66bc | 0.70b | 0.65b | ||
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2.4 不同耕作处理对土壤水稳性团聚体WASR和PAD的影响
由表3可以看出,休闲期0—50 cm土层4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理下的PAD均显著高于4aST/PT处理（P<0.05）,而4aST/PT处理下的WSAR显著高于其他3个耕作处理（P<0.05）。成熟期0—50 cm土层4aNT、3aPT-ST和 3aST-PT处理下的PAD也均显著高于4aST/PT处理（P<0.05）,4aST/PT处理下的WSAR显著高于其他3个耕作处理（P<0.05）。在土壤剖面变化上,4aNT、4aST/PT和3aST-PT处理的PAD均呈先降低后增加的趋势,在10—20 cm土层达最低,而WSAR呈先增加后降低的趋势,在10—20 cm土层达最高。另外,耕作前3aPT-ST处理PAD和WSAR在0—50 cm土层波动较大,而在成熟期PAD随土层的增加而增加,WSAR随土层的增加而降低。Table 3
表3
表3不同耕作方式下土壤水稳性团聚体的WSAR和PAD
Table 3WSAR and PAD of water stable aggregates under different tillage treatments
| 土层 Soil depth（cm） | 耕作处理 Tillage | FS | MS | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PAD（%） | WSAR（%） | PAD（%） | WSAR（%） | ||||||
| 0—10 | 4aNT | 87.72 | a | 12.28 | c | 87.99 | a | 12.01 | c |
| 3aPT-ST | 87.65 | a | 12.35 | c | 87.53 | a | 12.47 | b | |
| 4aST/PT | 82.73 | b | 17.27 | a | 82.73 | b | 17.27 | a | |
| 3aST-PT | 86.99 | a | 13.01 | b | 87.18 | a | 12.82 | b | |
| 10—20 | 4aNT | 87.09 | ab | 12.91 | c | 87.71 | a | 12.29 | c |
| 3aPT-ST | 89.05 | a | 10.95 | d | 88.53 | a | 11.47 | d | |
| 4aST/PT | 78.07 | c | 21.94 | a | 78.16 | b | 21.84 | a | |
| 3aST-PT | 85.28 | b | 14.72 | b | 86.52 | a | 13.48 | b | |
| 20—30 | 4aNT | 87.32 | b | 12.69 | b | 87.80 | b | 12.20 | c |
| 3aPT-ST | 88.80 | a | 11.20 | c | 88.89 | a | 11.11 | d | |
| 4aST/PT | 81.43 | c | 18.57 | a | 82.30 | c | 17.70 | a | |
| 3aST-PT | 87.60 | b | 12.41 | b | 87.29 | b | 12.71 | b | |
| 30—40 | 4aNT | 88.71 | b | 11.29 | b | 88.72 | b | 11.28 | b |
| 3aPT-ST | 91.63 | a | 8.37 | c | 91.24 | a | 8.76 | c | |
| 4aST/PT | 83.81 | c | 16.19 | a | 84.33 | c | 15.67 | a | |
| 3aST-PT | 92.54 | a | 7.46 | d | 91.43 | a | 8.58 | c | |
| 40—50 | 4aNT | 91.58 | b | 8.42 | b | 91.52 | b | 8.48 | b |
| 3aPT-ST | 93.60 | a | 6.40 | c | 93.48 | a | 6.52 | c | |
| 4aST/PT | 87.43 | c | 12.58 | a | 87.67 | c | 12.33 | a | |
| 3aST-PT | 94.02 | a | 5.98 | c | 93.52 | a | 6.49 | c | |
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2.5 不同耕作处理对土壤水稳定团聚体D值的影响
分析不同耕作方式下土壤水稳性团聚体分形维数D在0—50 cm剖面的分布（图2）,D随土层深度的增加而增加。休闲期0—50 cm土层D值4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理分别显著高于4aST/PT处理3.4%—4.8%、6.5%—9.1%和4.0%—6.5%（P<0.05）。经过一个生育期的土壤沉降,土壤D值降低并稳定。但第4年的耕作对D值的影响不大,仍表现为耕作前的大致规律,4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理D值均显著高于4aST/PT处理（P<0.05）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2不同耕作方式土壤水稳性团聚体的分形维数
-->Fig. 2D of water stable aggregates under different tillage treatments
-->
2.6 不同耕作处理对土壤水稳性团聚体特征参数的影响
表4显示,4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理休闲期0—50 cm土层CE分别显著高于4aST/PT处理54.7%—67.5%、105.0%—174.2%和58.4%—145.6%（P<0.05）,且CS值均<0。各耕作处理CS和CE在成熟期的规律与休闲期一样,但相比休闲期3aST-PT的CS呈降低的趋势,CE呈增加的趋势,而3aPT-ST处理的CS呈增加的趋势,CE有所降低。从土壤剖面变化上看（表4）,CS在各耕作处理下均呈随土壤深度的增加而降低的趋势,CE呈随土壤深度的增加而增加的趋势。Table 4
表4
表4不同耕作方式下土壤水稳性团聚体的特征参数值
Table 4The value of characteristic parameters of water stable aggregates under different tillage treatments
| 土层 Soil depth (cm) | 耕作处理 Tillage | FS | MS | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cs | CE | Cs | CE | ||||||
| 0—10 | 4aNT | -3.06 | b | 6.45 | b | -3.10 | b | 6.70 | b |
| 3aPT-ST | -3.29 | c | 7.89 | a | -3.28 | c | 7.86 | a | |
| 4aST/PT | -2.61 | a | 3.85 | c | -2.57 | a | 3.65 | c | |
| 3aST-PT | -3.00 | b | 6.10 | b | -3.05 | b | 6.36 | b | |
| 10—20 | 4aNT | -3.15 | a | 7.01 | b | -3.18 | a | 7.18 | b |
| 3aPT-ST | -3.81 | b | 11.71 | a | -3.80 | b | 11.60 | a | |
| 4aST/PT | -2.69 | a | 4.27 | b | -2.66 | a | 4.13 | b | |
| 3aST-PT | -3.17 | a | 7.14 | b | -3.19 | a | 7.27 | b | |
| 20—30 | 4aNT | -3.32 | b | 8.10 | b | -3.37 | b | 8.40 | b |
| 3aPT-ST | -3.67 | c | 10.58 | a | -3.67 | c | 10.53 | a | |
| 4aST/PT | -2.80 | a | 4.88 | c | -2.79 | a | 4.82 | c | |
| 3aST-PT | -3.36 | b | 8.37 | b | -3.41 | b | 8.67 | b | |
| 30—40 | 4aNT | -3.37 | a | 8.38 | b | -3.39 | b | 8.53 | b |
| 3aPT-ST | -3.94 | b | 12.63 | a | -3.91 | c | 12.42 | a | |
| 4aST/PT | -2.87 | a | 5.29 | b | -2.87 | a | 5.24 | b | |
| 3aST-PT | -3.99 | b | 12.99 | a | -4.05 | c | 13.52 | a | |
| 40—50 | 4aNT | -3.61 | a | 10.07 | b | -3.61 | b | 10.10 | b |
| 3aPT-ST | -4.21 | b | 14.90 | a | -4.18 | c | 14.58 | a | |
| 4aST/PT | -3.08 | a | 6.51 | b | -3.05 | a | 6.37 | b | |
| 3aST-PT | -4.27 | b | 15.37 | a | -4.39 | c | 16.42 | a | |
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2.7 土壤水稳性团聚体稳定性指标的关系
分析土壤水稳性团聚各参数之间的相关系数（表5）,其中,WSAR、MWD、GMD和CS之间相互呈极显著正相关,均与PAD、D和CE呈显著负相关,而PAD、D和CE之间呈极显著正相关关系（P<0.01）。说明团聚体的稳定性越大,GMD越大,导致团聚体的PAD和D越小,但是团聚体的分布越不集中。Table 5
表5
表5土壤水稳性团聚体各参数之间的相关性
Table 5The correlation between the parameters of water stable aggregates
| MWD | GMD | WSAR | PAD | D | CE | CS | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MWD | 1 | 0.981** | 0.517** | -0.517** | -0.671** | -0.439** | 0.459** |
| GMD | 1 | 0.556** | -0.556** | -0.704** | -0.477** | 0.500** | |
| WSAR | 1 | -1.000** | -0.688** | -0.894** | 0.910** | ||
| PAD | 1 | 0.689** | 0.894** | -0.910** | |||
| D | 1 | 0.689** | -0.716** | ||||
| CE | 1 | -0.998** | |||||
| CS | 1 |
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2.8 不同耕作方式对0—50 cm土层有机质含量的影响
土壤有机质含量呈随土壤深度的增加而逐渐降低的趋势,土壤表层0—10 cm有机质含量显著高于下层土壤（表6）。休闲期结果显示,0—50 cm土层4aST/PT土壤有机质含量在数值上均高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理,尤其在40—50 cm土层差异显著。在成熟期,除连年免耕0—10 cm土层外,其他处理在0—50 cm土层有机质含量较播前均有所提高。主要是因为在旱地麦田,土壤表层的有机物质随水分流失严重,无法深入土壤中。同时,4aST/PT处理有机质含量显著高于其他3个耕作处理。可见,深翻/深松轮耕能够促进0—50 cm土层有机质含量的增加。Table 6
表6
表6不同耕作方式下0-50 cm土层有机质含量
Table 6Soil organic matter amount under different tillage treatments in 0-50 cm soil depth
| 时间 Date | 耕作处理 Tillage | 土壤有机质含量 Soil organic matter (g·kg-1) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0—10 cm | 10—20 cm | 20—30 cm | 30—40 cm | 40—50 cm | ||
| FS | 4aNT | 11.88b | 10.62a | 9.15b | 7.06b | 5.77c |
| 3aPT-ST | 11.92b | 11.02a | 9.74ab | 8.53ab | 7.06b | |
| 4aST/PT | 14.17a | 12.59a | 11.53a | 8.95a | 8.35a | |
| 3aST-PT | 12.46ab | 11.10a | 9.21b | 8.71ab | 7.48b | |
| MS | 4aNT | 13.34b | 11.93b | 10.28b | 7.93b | 6.48b |
| 3aPT-ST | 13.55b | 11.55b | 10.09b | 7.74b | 7.04ab | |
| 4aST/PT | 17.08a | 14.31a | 13.10a | 10.17a | 9.49a | |
| 3aST-PT | 14.15b | 11.63b | 10.47b | 8.92ab | 7.52ab | |
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3 讨论
耕作前土壤水稳性团聚体分布结果显示,连续深松处理增加0—20 cm表层1—5 mm水稳性团聚体含量,深松/深翻轮耕增加30—50 cm土层1—5 mm水稳性团聚体含量。因为耕作强度是影响土壤水稳定性团聚体的主要因素之一,同时一定的机械活动也加速了有机物质和微生物的移动,增加土壤胶结大团聚体的能力[7,13]。深松/深翻轮耕相比连年深翻减少了对0—50 cm土层的机械扰动,尤其连年深松降低了0—20 cm土层的扰动,降低团粒的破碎率,而连年深翻过度破碎土壤,使土壤有机质矿化加速,不利于水稳性大团聚体的形成[10]。成熟期的分布结果表明,虽然连年深松后深翻机械活动小于深松/深翻轮耕,但是连年深松土壤形成一个较稳定的有机质环境和土壤胶结剖面,再经过深翻之后,这种稳定被打破不利于水稳性大团聚体的形成[19]。土壤水稳定性团聚体的稳定率（WSAR）和破坏率（PAD）表示土壤团聚体在水蚀作用下的分散度,土壤水稳定性团聚体的稳定性越高,WSAR值越大,PAD值越小[13, 18]。而分形维数D也能反映土壤结构稳定性,D值越大说明土壤质地越细,反之D值越小说明土壤团聚结构越稳定[20]。本试验结果表明,深松/深翻轮耕相比其他处理增加了0—50 cm土层的平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和水稳性团聚体稳定率（WSAR）,而降低了土壤水稳性团聚体破坏率（PAD）和分形维数（D）,这与王丽等[21]试验结果相同。然而也有研究表明,连续免耕等保护性措施可以有效提高土壤的MWD和GMD[10],且程科等[7]试验结果也表明,免耕和深松的保护性耕作措施会减少团粒的破碎,可以降低土壤团聚体D值,这与本研究结果相悖,即深松/深翻轮耕土壤D值最低。因为本试验为雨养旱地,连续免耕不利于旱地麦田土壤的蓄水保墒,而耕层土壤缺乏水分就会导致土壤易松散,致使土壤团聚体在水蚀作用下的分散度增加,所以土壤水稳定性团聚体的稳定性低[22]。另外土壤有机质是胶结土壤小颗粒团聚体的重要因素,连年免耕导致土壤紧实度增加,土壤秸秆等有机物质聚集在土壤表层而无法有效进入土壤,而深松/深翻轮耕处理下的土壤有机质显著提高,所以免耕处理不如轮耕可以有效增加土壤团聚度和稳定性[4, 16]。
另外矩法也是一个严密的分析土壤粒径组成特征的方法[23,24]。其中的偏倚系数（CS）表示各级水稳性团聚体频率分布的对称性,即反映大于平均直径和小于平均直径的水稳性团聚体是否对称平衡,正偏分布代表大于平均直径的水稳性团聚体含量多于小于平均直径,负偏分布代表后者多于前者。峰凸系数（CE）表示各级水稳性团聚体频率分布峰态状况,即各级团聚体分布的集中程度。当CE>0时为分布高峰态,意味着团聚体分布组成集中,“含量占优势团聚体”的直径大小范围较窄,当CE<0时为分布低峰态,意味着各级团聚体分布均衡,“含量占优势团聚体”的直径范围较宽。刘梦云等[2]研究了不同土地利用方式下土壤团聚状况的特征参数值,结果表明有人为活动和农机具使用的耕地处理,其土壤小于平均直径团聚体含量均较多,同时随着土壤的自然沉降作用,<1 mm的小粒径团聚体随着土壤深度的加深而更加集中。本试验结果显示,无论哪种耕作处理土壤水稳性团聚体在整个剖面上均表现为优势粒径为小粒径,且深松/深翻轮耕土壤中优势团聚体分布相对其他耕作处理较均衡,但是连年深翻后深松会增加优势团聚体的分散性,而连年深松后深翻的优势团聚体分布更为集中。这是因为连年深翻后深松土壤扰动降低,小粒径团聚体沉降速度降低,而连年深松后深翻土壤扰动增加,小粒径团聚体沉降加速集中在下部土壤。
GMD、MWD、WSAR、PAD、D、CE和CS均可以表示土壤水稳定性团聚体的稳定程度[11-12, 25]。有研究表明D与GMD和MWD呈极显著负相关,GMD和MWD呈极显著正相关,这与本试验结果类似[8, 26]。但是刘梦云等[2]研究结果表明,D、PAD与CE呈极显著负相关关系,而本研究结果表明,PAD、D和CE之间呈极显著正相关关系,即团聚体的稳定性越大,PAD和D值越小,但是团聚体的分布越不集中。因为本研究均为耕地,耕作后土壤团聚作用减弱,导致小粒径团聚体下沉分散而不集中。
4 结论
无论在哪种耕作处理下,土壤水稳性团聚体在旱地麦田0—50 cm土壤剖面上均表现为优势粒径为<1 mm的小粒径,但是深松/深翻轮耕处理相对于其他耕作处理更有利于>1 mm粒径土壤水稳性团聚体的形成,可以有效增加土壤水稳性团聚体的团聚度和稳定性。试验结果也表征了深松/深翻轮耕具有更长效的增产作用。但是,土壤水稳定性团聚体稳定性好坏是一个综合评价的结果,不同的试验地点和处理均会影响其稳定性。本文只是对黄土高原旱地麦区夏闲期耕作试验实施4年后的结果进行分析,要研究不同耕作方式对土壤水稳性团聚体的影响,还需要进行多地域长期的试验。The authors have declared that no competing interests exist.
