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耕作与秸秆还田深度变化对不同土层团聚体稳定性的影响

  • 于洪久1

    机 构：

    1. 黑龙江省黑土保护利用研究院，农业农村部黑土地保护与利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086

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  • ， 王根林1

    机 构：

    1. 黑龙江省黑土保护利用研究院，农业农村部黑土地保护与利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086

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  • ， 段衍2

    机 构：

    2. 中国科学院合肥物质科学研究院，安徽 合肥 230031

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  • ， 刘峥宇3

    机 构：

    3. 黑龙江省绥滨农场，黑龙江 绥滨 156299

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  • ， 时妍4

    机 构：

    4. 黑龙江北大荒现代农业服务集团有限公司宝泉岭分公司，黑龙江 佳木斯 154211

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  • ， 刘沣漫1

    机 构：

    1. 黑龙江省黑土保护利用研究院，农业农村部黑土地保护与利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086

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  • ， 王伟1

    机 构：

    1. 黑龙江省黑土保护利用研究院，农业农村部黑土地保护与利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086

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  • ， 邱广伟5

    机 构：

    5. 黑龙江省农业科学院克山分院，黑龙江 齐齐哈尔 161601

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  • ， 孙磊1

    机 构：

    1. 黑龙江省黑土保护利用研究院，农业农村部黑土地保护与利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086

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  • ， 李玉梅1

    机 构：

    1. 黑龙江省黑土保护利用研究院，农业农村部黑土地保护与利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086

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1. 黑龙江省黑土保护利用研究院，农业农村部黑土地保护与利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086；
2. 中国科学院合肥物质科学研究院，安徽 合肥 230031；
3. 黑龙江省绥滨农场，黑龙江 绥滨 156299；
4. 黑龙江北大荒现代农业服务集团有限公司宝泉岭分公司，黑龙江 佳木斯 154211；
5. 黑龙江省农业科学院克山分院，黑龙江 齐齐哈尔 161601；

Effects of different tillage and straw returning depths on soil aggregate stability of different soil layers

  • YU Hong-jiu1

    Affiliation：

    1. Heilongjiang Black Soil Conservation and Utilization Research Institute，Key Laboratory of Black Land Protection and Utilization of Ministry of Agriculture and Rural Areas，Harbin Heilongjiang 150086

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  • ， WANG Gen-lin1

    Affiliation：

    1. Heilongjiang Black Soil Conservation and Utilization Research Institute，Key Laboratory of Black Land Protection and Utilization of Ministry of Agriculture and Rural Areas，Harbin Heilongjiang 150086

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  • ， DUAN Yan2

    Affiliation：

    2. Hefei Institute of Material Science of Chinese Academy of Sciences，Hefei Anhui 230031

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  • ， LIU Zheng-yu3

    Affiliation：

    3. Heilongjiang Suibin Farm，Suibin Heilongjiang 156299

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  • ， SHI Yan4

    Affiliation：

    4. Bao Quanling Branch of Heilongjiang Beidahuang Modern Agricultural Service Co.，Ltd，Jiamusi Heilongjiang 154211

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  • ， LIU Feng-man1

    Affiliation：

    1. Heilongjiang Black Soil Conservation and Utilization Research Institute，Key Laboratory of Black Land Protection and Utilization of Ministry of Agriculture and Rural Areas，Harbin Heilongjiang 150086

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  • ， WANG Wei1

    Affiliation：

    1. Heilongjiang Black Soil Conservation and Utilization Research Institute，Key Laboratory of Black Land Protection and Utilization of Ministry of Agriculture and Rural Areas，Harbin Heilongjiang 150086

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  • ， QIU Guangwei5

    Affiliation：

    5. Keshan Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Qiqihar Heilongjiang 161601

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  • ， SUN Lei1

    Affiliation：

    1. Heilongjiang Black Soil Conservation and Utilization Research Institute，Key Laboratory of Black Land Protection and Utilization of Ministry of Agriculture and Rural Areas，Harbin Heilongjiang 150086

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  • ， LI Yu-mei1

    Affiliation：

    1. Heilongjiang Black Soil Conservation and Utilization Research Institute，Key Laboratory of Black Land Protection and Utilization of Ministry of Agriculture and Rural Areas，Harbin Heilongjiang 150086

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1. Heilongjiang Black Soil Conservation and Utilization Research Institute，Key Laboratory of Black Land Protection and Utilization of Ministry of Agriculture and Rural Areas，Harbin Heilongjiang 150086；
2. Hefei Institute of Material Science of Chinese Academy of Sciences，Hefei Anhui 230031；
3. Heilongjiang Suibin Farm，Suibin Heilongjiang 156299；
4. Bao Quanling Branch of Heilongjiang Beidahuang Modern Agricultural Service Co.，Ltd，Jiamusi Heilongjiang 154211；
5. Keshan Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Qiqihar Heilongjiang 161601；

作者简介:

于洪久（1981-），副研究员，硕士，主要从事土壤研究。E-mail：yuhongjiu0818@126.com。

通讯作者:

李玉梅，E-mail：liyumeiwxyl@126.com。

DOI:10.11838/sfsc.1673-6257.23006

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目录contents

    摘要

    耕作和秸秆还田可以改变土壤理化性状，影响土壤团聚体的稳定性。采用田间定位试验，研究耕作与秸秆还田深度变化对旱地草甸土不同深度土层水稳性团聚体稳定性的影响，为科学开展秸秆还田培肥土壤提供依据。结果表明：土壤团聚体稳定性受 >2000 μm 粒径大团聚体影响较大，连续 5 年翻耕显著降低了表层（0 ～ 20 cm）土壤 >2000 μm 粒径水稳性大团聚体的占比，增加了 53 ～ 250 μm 微团聚体和 <53 μm 黏粉粒的比例。浅翻 （ST）和秸秆浅翻还田（STS）与深翻（DT）和秸秆深翻还田（DTS）分别对 10 ～ 20 和 20 ～ 30 cm 土层黏粉粒的增加影响较大，其中，10 ～ 20 cm 土层 ST 较免耕（NT）和 DT 处理分别增加 86.21% 和 14.65%，20 ～ 30 cm 土层 DT 较 NT 和 ST 处理分别增加 113.82% 和 59.68%，差异显著（P<0.05）；连续翻耕由于对亚耕层（20 ～ 40 cm）的频繁扰动，导致 250 ～ 2000 μm 粒径团聚体的稳定性降低，DT 较 NT 和 ST 与 DTS 处理较覆盖免耕（NTS）和 STS 处理分别平均降低 19.43% 与 20.57%，且差异显著（P<0.05）。研究结果表明，连续相同耕作方式或秸秆还田方式不利于形成稳定的土壤团聚体结构，建议今后生产中采用轮耕轮还等保护性耕作方式调整秸秆还田深度，以达到改善土壤结构、提高团聚体稳定性、培肥土壤的目标。

    Abstract

    Tillage and straw returning could change the stability of soil aggregates and physical characteristics． The field positioning experiment was conducted to study the influence of tillage and straw returning depth on the stability of soil water-stable aggregates so as to provide a scientific basis for straw returning depth on dry meadow soil． The results showed that stability of aggregates was affected by the proportion of macro-aggregates with grain size >2000 μm． The water-stable macro-aggregates with grain size >2000 μm in 0-20 cm soil layer wassignificantly decreased but contents of 53-250 μm micro-aggregates and clay silt particles <53 μm were increased with constantly tillage in five years．Among them，clay silt particles <53 μm with shallow tillage in 10-20 cm soil layerincreased by 86.21% and 14.65%，respectively，compared with no tillage and deep tillage， and deep tillage in 20-30 cm soil layer increased by 113.82% and 59.68%，respectively，compared with no tillage and shallow tillage （P<0.05）．Deep tillage had a great impact on the reduction of 250-2000 μm particle size aggregates in 20-40 cm soil layer，which was 19.43% and 20.57% on average，respectively，lower than no tillage and shallow tillage，straw mulching and straw shallow returning with significant differences（P<0.05）．The stability of aggregates was reduced due to the disturbance of continuous deep tillage to the subsoil， all of these can provide a scientific basisto improve the soilstructural properties and the stability of aggregates and fertilize the soil，and the depth of tillage and straw returning should be adjusted by means of rotation in future production.

  • 土壤团聚体是土壤物理结构的基本单元，也是表征土壤肥力的重要指标。土壤团聚体的稳定性与土壤抵抗外营力破坏、分散等过程及土壤肥力密切相关[1]，耕作、秸秆还田等措施通过扰动土壤改变土壤理化性状而影响土壤团聚体的稳定性[2-5]。与常规耕作相比，免耕可使土壤团聚体受到较少干扰，从而促进大团聚体的形成和对有机碳的保护作用[6]。秸秆还田也是增加土壤水稳性团聚体的重要手段[7]，免耕配合秸秆还田处理显著增加 >2 mm 粒径团聚体的含量，增幅为 50% 左右，团聚体稳定率也有一定的提高[4]。由于长期不合理的耕作，东北黑土土壤团聚结构遭到不同程度的破坏。因此，探索合理有效的耕作措施，创造良好的土体结构，保障黑土区粮食安全生产具有重要意义。

  • 现有研究较少集中在秸秆连续深翻还田对不同深度土壤团聚体稳定性变化的影响，因此，针对东北黑土区长期翻耕及秸秆翻耕还田等方式可能导致的土壤结构性状变差问题，开展耕作与秸秆还田深度变化对土壤团聚体稳定性的影响研究，为今后秸秆连续还田条件下，耦合耕作深度与频次，增强土壤团聚体稳定性，提高土壤肥力提供科学依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验区概况

  • 试验区位于黑龙江省牡丹江市温春镇（44°60′N， 129°58′E），寒温带大陆性季风气候，年平均气温 5.9℃，年平均降水量 500～600 mm，平均活动积温 2300～2500℃。土壤类型为黏壤质型草甸土， 0～16 cm 表土层粒状，结构松散，土壤机械组成：砂粒 26.12%、粉粒 45.53%、黏粒 26.86%。试验前土壤基础养分含量：全氮 1.12 g·kg-1、碱解氮 101.55 mg·kg-1、有效磷 26.50 mg·kg-1、速效钾 130.28 mg·kg-1，有机碳 10.95 g·kg-1，pH 7.93。

  • 1.2 试验设计

  • 试验于 2016 年 9 月到 2021 年 10 月进行，共设置 6 个处理：免耕（NT）、浅翻 20 cm（ST）、深翻 35 cm（DT）和免耕秸秆覆盖地表（NTS）、秸秆浅翻还田 20 cm（STS）、秸秆深翻还田 35 cm （DTS）。其中：（1） 秸秆翻耕还田采取每年秋季玉米收获后，利用秸秆粉碎机将秸秆粉碎至长度小于 10 cm 后平铺地表，用 150 马力大型机械带动翻转犁，将秸秆翻埋于 20 或 35 cm 土层中； （2）秸秆不还田采取人工收割秸秆移走方式； （3）免耕与免耕秸秆覆盖处理除机械播种作业外，作物整个生长期间均不进行中耕管理；（4）小区面积为 234 m2，每处理设 3 次重复，共 18 个小区。玉米施肥 N-P2O5-K2O 为 180-115-75 kg·hm-2。

  • 1.3 测定项目与方法

  • 1.3.1 样品采集

  • 土壤样品于 2021 年秋季在玉米成熟期采集。环刀法分层采集 0～10、10～20、20～30 和 30～40 cm 土层土样测定田间持水量、容重、孔隙度等指标，另取同一土层 1000 g 左右土壤自然风干后测定土壤水稳性团聚体，每个小区采集 3 点，3 次重复。

  • 1.3.2 测定方法

  • 土壤容重采用环刀法，土壤水稳性团聚体采用湿筛法，土壤三相比采用三相仪（DIK—1150）测定[8]。

  • 1.3.3 计算方法

  • 水稳性团聚体含量（Wi）：

  • Wi=Mi/M×100%
    (1)

  • 式中，Mi 为筛后对应第 i 级团聚体的质量（g）；M 为测定团聚体总质量（g）。

  • 平均重量直径（MWD）：

  • MWD=∑i=1n Wi⋅Xi/∑i=1n Wi
    (2)

  • 式中，Xi 为聚集在每个尺寸筛子的土壤团聚体平均直径（mm）；Wi 为该粒径范围内土壤团聚体百分含量 （%）；n 为分离出的团聚体份数；i 为第 i 个团聚体。

  • 总孔隙度 Pt=1-D/2.65
    (3)
  • 毛管孔隙度 Pc%= 田间持水量 θf× 容重 (D)
    (4)
  • 非毛管孔隙度 Pnc%=Pt-Pc
    (5)
  • 土壤通气性 (SA)= 总孔隙度 Pc- 自然含水量 (W)× 容重 (D)
    (6)

  • 1.4 数据分析

  • 采用 Excel 2017 处理数据和绘图，通过 SPSS 25.0 进行不同处理间差异显著性分析（P<0.05）。采用 R 4.1.3制作热图。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 耕作深度对土壤水稳性团聚体的影响

  • 秸秆不还田不同耕作深度土壤水稳性团聚体以 250～2000 μm 粒径含量最高（表1），平均占比 62.04%，其次为 53～250 μm 粒径，平均占比2 0.89%，>2000 和 <53 μm 粒径平均占比 9.03% 和 8.05%。与免耕相比，翻耕显著降低了 0～20 cm 土层 >2000 μm 水稳性大团聚体的占比，ST 和 DT 较 NT 处理分别降低 64.11% 和 166.46%，而 30～40 cm 土层较 NT 处理分别增加 68.89% 和 107.26%，差异显著（P<0.05）；ST 处理对 10～20 cm 土层和 DT 处理对 20～30 cm 土层 >2000 μm 水稳性大团聚体的增加分别影响较大。

  • 表1 不同耕作深度土壤水稳性团聚体的变化

  • 注：小写字母不同表示差异显著（P<0.05）。下同。

  • 连续翻耕也降低了 250～2000 μm 水稳性大团聚体的占比，0～40 cm 土层 NT、ST 和 DT 处理平均占比为 64.67%、62.53% 和 58.93%；以 DT 处理 20～40 cm 土层降幅较大，其中，20～30 cm 土层 DT 较 NT 和 ST 处理分别降低 32.75% 和 30.28%， 30～40 cm 土层分别降低 7.40% 和 7.27%，且差异显著（P<0.05）。

  • 微团聚体数量增加与大团聚体数量降低有一定关系，连续翻耕对土壤的扰动可加速大团聚体破碎，促进微团聚体形成。翻耕显著增加了 53～250 μm 粒径水稳性微团聚体的占比，0～40 cm 土层 NT、ST 和 DT 处理 53～250 μm 粒径平均占比分别为 18.53%、21.15% 和 22.97%；0～10 cm 土层 ST 和 DT 较 NT 处理平均提高 39.38%，20～30 cm 土层较 NT 处理平均提高 31.86%，差异显著 （P<0.05），DT 处理影响大于 ST 处理。

  • 翻耕同样增加了 <53 μm 黏粉粒的占比，以 0～30 cm 土层黏粉粒增幅较大，ST 和 DT 较 NT 处理分别增加 39.97% 和 68.74%，差异显著（P<0.05）；ST 和 DT 处理分别对 10～20 和 20～30 cm 土层黏粉粒的增加影响较大。其中， 10～20 cm 土层 ST 较 NT 和 DT 分别增加 86.21% 和 14.65%，20～30 cm 土层 DT 较 NT 和 ST 分别增加 113.82% 和 59.68%，差异显著（P<0.05）。ST 处理的 10～20 cm 土层和 DT 处理的 20～30 cm 土层均为 250～2000 μm 水稳性大团聚体降幅较大的土层，表明小团聚体的增加与大团聚体的降低有关。团聚体稳定性分析表明，NT 和 ST 处理 10～20 cm 土层的 MWD 和 >250 μm 粒径团聚体占比（R0.25）均最高，分别为 0.93 mm 和 77.08%、0.81 mm 和 72.57%，团聚体最稳定，随土层深度增加，团聚体稳定性下降。

  • 2.2 秸秆还田深度对土壤水稳性团聚体的影响

  • 秸秆不同还田深度土壤水稳性团聚体也以 250～2000 μm 粒径含量最高（ 表2），平均占比 62.90%，其次为 53～250 μm 粒径，平均占比 17.69%，>2000 和 <53 μm 粒径占比分别为 11.08% 和 8.33%。秸秆浅翻还田对 >2000 μm 粒径水稳性大团聚体影响较大，0～40 cm 土层 STS 较 NTS、 DTS 平均分别降低 153.25%、128.90%，差异显著 （P<0.05）。其中，NTS 处理 0～30 cm 土层和 DTS 处理 10～40 cm 土层较 STS 处理平均分别提高 204.01% 和 159.73%，差异显著（P<0.05）。

  • 表2 不同秸秆还田深度土壤水稳性团聚体的变化

  • 秸秆连续深翻还田降低了 20～40 cm 土层 250～2000 μm 水稳性大团聚体含量，DTS 较 NTS 和 STS 处理分别降低 16.38% 和 24.76%，且差异显著（P<0.05）。连续免耕覆盖虽未扰动土壤，但 0～20 cm 表土层 250～2000 μm 大团聚体含量也表现为降低趋势，NTS 较 STS 和 DTS 处理分别降低 9.92%、6.87%，差异显著（P<0.05）。STS 处理 250～2000 μm 水稳性大团聚体占比呈增加趋势，可能与秸秆连续浅翻还田降低了 >2000 μm 粒径大团聚体质量有关。

  • 秸秆还田深度对 53～250 μm 水稳性微团聚体的平均占比影响不大，NTS、STS 和 DTS 处理平均为 17.68%、17.43% 和 17.95%，不同处理均以 10～20 cm 土层微团聚体占比最低，但 DTS 处理增加了 30～40 cm 土层 53～250 μm 粒径微团聚体的占比，与 NTS 和 STS 处理差异显著（P<0.05）。

  • 除 30～40 cm 土层外，秸秆翻耕还田增加了 <53 μm 黏粉粒的占比，STS 和 DTS 较 NTS 平均分别提高 62.58% 和 56.88%，差异显著（P<0.05）。其中，以 0～20 cm 表土层增幅较大，较 NTS 分别提高 154.65% 和 106.44%。STS 和 DTS 分别对 10～20 和 20～30 cm 土层黏粉粒含量的增加影响较大，其中，10～20 cm 土层，STS 较 NTS 和 DTS 分别增加 192.89% 和 25.74%，20～30 cm 土层 DTS 较 NTS 和 STS 分别增加 55.41% 和 43.09%，差异显著（P<0.05），这一点与秸秆不还田的 ST 和 DT 处理对黏粉粒的影响一致，说明频繁耕作对土壤的扰动提高了土壤黏粉粒含量。团聚体稳定性分析表明，NTS 处理 0～20 cm 土层水稳性团聚体最稳定， MWD 和 R0.25 均值分别为 1.1 mm 和 81.11%，STS 处理各土层团聚体稳定性基本一致。R0.25 和 MWD 值变化趋势与 DT 处理一致，与 DTS 处理不一致，说明耕作与秸秆还田深度增加对团聚体稳定性影响较大。

  • 2.3 耕作深度对土壤物理性状的影响

  • 秸秆不还田的翻耕处理土壤总孔隙度在 40%～50%，毛管孔隙度较高（表3）。连续 NT 处理土壤持水能力下降，土壤总孔隙度、毛管孔隙度和通气性降低，土壤容重随深度虽有降低的趋势，但较 ST 和 DT 处理平均增加 0.17 和 0.08 g·cm-3；连续 DT 处理土壤容重随深度有增加趋势，以 20～40 cm 土层增幅较大；与免耕比较，连续翻耕土壤总孔隙度、毛管孔隙度和通气性增加，ST 好于 DT 处理。

  • 表3 不同耕作深度土壤物理性状变化

  • 2.4 秸秆还田深度对土壤物理性状的影响

  • 由表4 可见，与秸秆翻耕还田比较，秸秆覆盖免耕显著增加了 0～20 cm 土层土壤含水量，但土壤持水能力略有降低，NTS 较 STS 和 DTS 处理田间持水量分别降低 4.71% 和 10.29%，且差异显著（P<0.05）；STS 和 DTS 处理 0～30 cm 土层总孔隙度、毛管孔隙度和土壤通气性提高，较 NTS 处理平均分别增加 7.14% 和 64.68%，且差异显著（P<0.05）。随深度增加至 30～40 cm 土层，NTS 处理土壤总孔隙度、非毛管孔隙度较 STS 和 DTS 处理增加，以非毛管孔隙度变化差异显著。

  • 表4 不同秸秆还田深度土壤物理性状变化

  • 2.5 土壤物理性状指标与水稳性团聚体变化的相关性

  • 相关性分析表明，秸秆不还田条件下不同耕作深度土壤物理性状指标与 >2000 和 53～250 μm 粒径水稳性团聚体相关性较大（图1），而与 250～2000 和 <53 μm 粒径水稳性团聚体相关性较小。其中，>2000 μm 粒径水稳性大团聚体与土壤容重显著正相关，与土壤水分、总孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度显著负相关，而 53～250 μm 粒径与土壤通气孔隙显著正相关。

  • 图1 耕作深度土壤物理性状与团聚体分布相关性分析

  • 注：M 表示土壤含水量；FWC 表示田间持水量；* 表示处理间差异显著 （P<0.05）。下同。

  • 秸秆还田条件下不同深度土壤物理性状指标与 >2000、250～2000 和 <53 μm 粒径水稳性团聚体相关性较大（图2），而与 53～250 μm 粒径水稳性微团聚体相关性较小。其中，>2000 μm 粒径水稳性大团聚体与土壤含水量显著正相关，而与非毛管孔隙度显著负相关；250～2000 μm 粒径水稳性大团聚体与容重显著负相关，与总孔隙度、非毛管孔隙度和通气孔隙显著正相关，而 <53 μm 黏粉粒与土壤含水量显著负相关。

  • 图2 秸秆还田深度土壤物理性状与团聚体分布相关性分析

  • 3 讨论

  • 3.1 耕作与秸秆还田深度对土壤水稳性团聚体组成的影响

  • 不同类型土壤团聚体粒径分布不同。质地为粉壤土的典型黑土以 <250 μm 粒径团聚体分布为主[2]。不添加秸秆处理褐土水稳性团聚体主要分布在 53～250 μm 粒径，添加秸秆后主要分布在 250～2000 μm 粒径大团聚体[9]。本研究表明，无论秸秆是否还田，黏壤质型草甸土水稳性团聚体均以 250～2000 μm 粒径含量最高，其次为 53～250μm 粒径。

  • 东北黑土玉米连作研究发现，免耕、传统耕作配合秸秆还田和免耕秸秆还田较翻耕处理均显著提高了 0～10 cm 表土层 >5000 μm 水稳性大团聚体的含量[2，4]，而 <250 μm 水稳性团聚体含量降低[2]。免耕由于减少了对土壤结构的破坏，提升了大团聚体的比例，免耕配合秸秆还田显著提高 >2000 μm 粒径团聚体的含量，团聚体稳定性也有一定提高[10]。王秀娟等[11]认为，秸秆还田能够提高表层土壤 >2000 μm 团聚体含量。本研究发现，与秸秆不还田比较，秸秆还田处理 >2000 μm 水稳性大团聚体占比略有增加，而 53～250 μm 水稳性微团聚体略有降低，可能与秸秆腐解产生的多糖类物质首先将微团聚体粘结成大团聚体有关[12]。翻耕深度与频次对土壤的扰动作用促进了大团聚体的崩解以及向小团聚体的转变。连续 ST 和 DT 与 STS 和 DTS 处理均增加了 <53 μm 黏粉粒的占比，ST 和 STS 处理对 10～20 cm 土层黏粉粒的增加及深翻、DT 和 DTS 处理对 20～30 cm 土层黏粉粒的增加均影响较大。

  • 3.2 耕作与秸秆还田深度对土壤团聚体稳定性的影响

  • 土壤团聚体的形成与土壤有机质的分解和转化密切相关，而秸秆还田是增加土壤团聚体水稳性的重要手段[12-13]。秸秆还田通过外源易分解有机物料的添加，刺激土壤微生物酶活性，促进团聚体的形成和稳定性的提高[14]。大团聚体是土壤团聚体稳定性的主要贡献者[3]，团聚体稳定性与大团聚体质量分数呈正相关，土壤大团聚体质量分数增加，团聚体稳定性增加[15]。本研究发现，与翻耕和秸秆翻耕还田比较，免耕与免耕覆盖 0～20 cm 土层 >2000 μm 水稳性大团聚体占比增加，团聚体稳定性增强，而连续翻耕显著降低了 0～20 cm 土层 >2000 μm 粒径和 20～40 cm 土层 250～2000 μm 粒径水稳性大团聚体的比例，提高0～30 cm 土层 53～250 μm 水稳性微团聚体和 <53 μm 黏粉粒的占比，团聚体稳定性降低。薛斌等[4]认为秸秆还田可增强亚表层土壤水稳性团聚体的 MWD，而刘威等[16]、李景等[17]发现土壤水稳性团聚体 MWD 值随土层的增加而减小。本研究发现，如果 MWD 值仅以 >250、53～250、<53 μm 3 个粒级计算，MWD 与 R0.25 是同步变化的趋势，如果 MWD 值以 >2000、 250～2000、53～250、<53 μm 4 个粒级计算， MWD 与 R0.25 变化不同步，也说明不同深度土层 MWD 值受 >2000 μm 粒径大团聚体的影响较大。

  • 3.3 土壤团聚体稳定性对土壤物理性状变化的响应

  • 已有研究表明，秸秆还田后由于秸秆的疏水性降低了团聚体的可湿性，矿化度降低的同时促进了土壤大团聚体的形成[18-20]和土壤贮水能力的提高[6，21]，与本研究一致，秸秆还田后 >2000 μm 粒径大团聚体增加，较秸秆不还田处理田间持水量增加 3.42 个百分点，总孔隙度增加 4.25 个百分点，容重降低 0.12 g·cm-3，且 >2000 μm 粒径水稳性大团聚体与非毛管孔隙度显著负相关。免耕秸秆覆盖由于土壤团聚体稳定性提高和土壤结构的改善，提高了土壤剖面体积含水量和持水能力[14]。本研究也表明，翻耕和秸秆还田深度变化对土壤结构特性影响较大，秸秆连续深翻还田对表土层通气性的影响大于秸秆浅翻还田。因此，连续同一耕作或秸秆还田深度影响土壤团聚体的稳定性，应针对生产实际采取轮耕轮还等保护性耕作措施调整秸秆还田深度，改善土壤结构性状，提高土壤团聚结构的稳定性。

  • 4 结论

  • 连续翻耕和秸秆翻耕还田降低了表土层（0～20 cm）>2000 μm 粒径和亚耕层（20～40 cm）250～2000 μm 粒径水稳性大团聚体的比例，团聚体稳定性降低；与秸秆不还田比较，秸秆还田增加了 >2000 μm 粒径占比，降低了 53～250 μm 微团聚体比例。免耕与秸秆覆盖免耕 0～20 cm 土层 >2000 μm 水稳性大团聚体占比增加，团聚体稳定性增强。

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  • 基本信息

    DOI: 10.11838/sfsc.1673-6257.23006

    基金信息

    国家重点研发计划项目（2022YFD1500305、2022YFD1500704、 2016YFD0300806）；
    国家大豆产业技术体系（CARS-04-01A）；

    引用信息

    稿件历史

    收稿日期: 2023-01-05
    录用日期: 2023-04-28

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