旱地是我国粮食生产和作物产量突破的前沿阵地^[1]。然而，由于我国旱地多是中低产田，土壤基础肥力普遍较低，土壤贫瘠成为限制旱地作物高产的两大非生物因素之一^[2]。因而如何做到提高单产同步提升土壤肥力是我国旱地农业发展中看似传统但却涉及全局的问题，也是广大科技工作者一直关注的焦点^[3-5]。大量研究表明，合理耕作是改善土壤特性、培肥土壤、缓解土壤贫瘠等问题的有效途径^[5-9]。冬小麦-夏休闲是我国西北旱地主要的种植制度，当前生产中这一体系仍主要采用夏季等雨翻耕的耕作方式，连年翻耕不仅会加速养分矿化和土壤生物性能的发挥，而且耕作后地表裸露，缺乏覆盖等保护措施^[8]，在雨水较为丰沛的夏季会造成养分淋溶或径流损失^[9]，这都不利于土壤质量的保持和提升，从而影响小麦生产。因此，探索在夏闲季优化耕作措施以充分发挥耕作改土培肥作用对实现旱地耕地质量和作物产量协同提高具有积极意义。

前人围绕如何在夏闲季优化耕作以提高作物产量和水分利用效率开展了大量研究^[8-14]。在山西旱地，孙敏等^[6]发现在夏闲季采用深翻和深松较免耕可提高播种期 0～300 cm 土层土壤蓄水量，从而显著提高产量、降水生产效率和水分利用效率；裴雪霞等^[10]研究表明夏闲季采用深翻和深松较旋耕不仅显著提高播前土壤含水量、产量和水分利用效率，而且提高了 20～40 cm 土层有机质、碱解氮和有效磷含量；但郑凤君等^[11]的研究却表明，免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构，显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量，增加土壤含水量，提高小麦水分利用效率。在甘肃旱地，夏闲季少耕高留茬可增加土壤有机物料的投入，显著增强麦田系统的物质循环，从而显著培肥地力^[12]。在河南西部旱地，优化夏闲季耕作可减少水肥流失^[9]，提高土壤水分^[8]，改善小麦生理特性^[13]，从而使产量显著提高。此外，大量研究和生产实践证明，在夏季采用垄沟集雨技术可发挥垄面产流 + 沟内集雨、保墒抑蒸、缓解地表径流作用，调控土壤水热与养分环境、水肥互作效应，加速还田秸秆腐解养分释放，促进作物旺盛生长，增加归还土壤的有机物质，从而达到培肥土壤的目的^[4，14-17]。杨封科等^[4]研究表明，与传统平作相比，夏季垄沟集雨种植技术使玉米田土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高 1.1%、4.1%、1.3% 和 2.3%。张建军等^[14]研究表明，垄沟种植模式下留膜留茬免耕栽培提高了旱作玉米收获期 0～10 cm 土层土壤有机质、全量磷钾、速效磷钾含量和 20～40 cm 土层土壤碱解氮含量；在玉米全生育期，0～10 cm 土层土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性增幅分别为 4.7%～12.6%、9.8%～47.0% 和 2.3%～43.2%。在陕西旱地，夏季保留麦季垄沟种植形成的垄沟地表配合残膜 + 秸秆覆盖有利于促进夏季降雨入渗，改善小麦生育期土壤水分和温度^[15]，在一定程度上改善土壤肥力，提高小麦产量、水分利用效率，并降低土壤硝态氮残留^[16]。在河南旱地无薄膜覆盖条件下，麦季垄沟种植所形成的垄沟地形促进了降雨的集蓄，提高了旱地小麦产量、水肥利用效率^[17]。综上，在夏季采取适宜的耕作（包含耕作覆盖配合）和垄沟集雨措施不仅可以促进降雨蓄积，提高土壤养分含量，而且可改变耕层土壤温度，进而影响土壤能量平衡、物质循环和生物代谢，调节作物的水肥吸收利用特征和生产力，这势必都会改变农田土壤理化特性和酶活性^[18]。然而，以往围绕夏闲季地表管理的研究多为耕作、垄沟集雨中 1 种或 1 类措施展开，缺乏夏闲季耕作和垄沟集雨技术配合的研究，且研究内容多关注土壤水分和作物生产力，有关夏闲季耕作措施对土壤理化特性和酶活性的影响尚鲜见报道。因此，本研究在黄土高原南部和黄淮海平原交汇处的典型旱地小麦种植区，夏闲季设置传统翻耕、一次深翻、免耕覆盖、深松覆盖和深松垄沟覆盖 5 种耕作措施，研究不同处理对土壤三相比、土壤养分含量和酶活性的影响效应，以期为优化旱作区麦田夏季耕作管理和土壤培肥提供理论参考和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

定位试验于 2018 年 6 月至 2022 年 6 月在河南省洛阳市洛宁县小界乡梅窑村（34°47′N，111°71′E） 进行。试验地位于黄土高原南缘和黄淮海平原西麓交汇处，为典型的半湿润易旱区，海拔 560 m，年平均气温 13.7℃，2000—2022 年平均降水量为 576.7 mm，降雨集中在夏季（6—9 月）。冬小麦-夏休闲是当地的主要种植制度。土壤为褐土，试验开始前 0～20 cm 土层土壤含有机质 12.47 g/kg、全氮 0.75 g/kg、碱解氮 15.7 mg/kg、有效磷 23.23 mg/kg，速效钾 97.25 mg/kg。本研究中，2020— 2021 和 2021—2022 年度的夏闲季降水量分别为 304.6 和 715.3 mm，冬小麦生育期降水量分别为 276.0 和 90.5 mm，从全年降水量看分别属于常水年和丰水年。

1.2 试验设计

试验共设 5 种夏闲季耕作措施，包括传统翻耕（CT）、一次深翻（DT）、免耕覆盖（NTM）、深松覆盖（STM）和深松垄沟覆盖（SRFM），具体操作见表1、图1。为了方便机械耕作，参照赵亚丽等^[19]的方法各处理均采用大区对比设置，处理大区面积为 840 m² （120 m×7 m）。在每个生长季，于小麦 4 叶期每处理大区划出 3 个具有代表性的 35 m² （7 m×5 m）作为采样区，每个采样区视作 1 次重复。本研究期间，分别于 2020 年 6 月 23 日和 2021 年 6 月 19 日进行深松作业， 2020 年 7 月 31 日和 2021 年 8 月 10 日进行翻耕作业。供试品种为洛旱 22，播量 225 kg/hm²，分别于 2020 年 10 月 15 日和 2021 年 10 月 29 日播种，2021 年 6 月 5 日和 2022 年 6 月 6 日收获。小麦播种前用施肥旋耕一体机将小麦专用复合肥 （N ∶ P₂O₅ ∶ K₂O=25 ∶ 12 ∶ 8）均匀撒施并旋耕 （15 cm）混入土壤，用量为 750 kg/hm²。所有肥料全部基施，试验期间无灌溉，病虫草害防治等其他管理同当地农户。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤三相比

在成熟期，在每个小区采集 3 个样点，每个样点用体积100 cm³ 的环刀分别采集 0～10、 10～20、20～40 cm 土层的原状土 3 个，测定土壤三相比。参照赵亚丽等^[19]的方法计算土壤 R 值：

$R=\sqrt[2]{0.4\times {\left(X_{\mathrm{g}}-50\right)}^2+{\left(X_{\mathrm{q}}-25\right)}^2+0.6{\left(X_{\mathrm{y}}-25\right)}^2}$

式中，R 是测定土壤三相比与适宜状态下土壤三相比在空间距离上的差值，X_g、X_q 和 X_y 分别为固相、液相和气相体积百分比，R 值越大，土壤三相比越差。

1.3.2 土壤养分含量

分别于播种期（仅 2021—2022 年度）、拔节期、开花期和成熟期在每个采样区采集 3 个样点，用土钻采集 0～10、10～20 和 20～40 cm 土层土壤，同层混合均匀后留取 300 g 左右，带回实验室自然风干，分成两份并分别研磨过 1 和 0.15 mm 土筛，保存待测。土壤养分含量参照鲍士旦^[20]的方法测定，其中，土壤全氮含量采用凯氏定氮法，土壤有效磷含量采用钼锑抗比色法，土壤速效钾含量采用火焰光度法。

1.3.3 土壤酶活性

分别在拔节期和开花期取样，取样方法同 1.3.2，土壤酶活性参照关松荫^[21]的方法测定，其中，蔗糖酶活性测定采用 3，5– 二硝基水杨酸比色法，脲酶活性测定采用苯酚钠次氯酸钠比色法，过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法。

1.4 数据分析

采用 Excel 2010 进行数据分析，采用 Origin 2022 制图。采用 SPSS 17.0 进行方差分析、LSD 法多重比较（P<0.05）和 Pearson 双侧检验法相关性分析。

2 结果与分析

2.1 夏闲季耕作措施对旱地麦田土壤物理特性的影响

由表2 可以看出，不同夏闲季耕作措施对旱地小麦成熟期土壤三相比及 R 值具有显著的调控效应，总体以 CT 最差，SRFM 最优，但 CT、DT 和 NTM 间的规律因年度和土层而异。与 CT 相比，其他处理总体上表现为固相比降低，气相比和液相比升高。其中，气相比多表现为 CT<DT<STM<SRFM， NTM 的气相比于 0～20 cm 土层在 2020—2021 年度显著低于 CT 和 DT，而在 2021—2022 年度 NTM 显著高于 CT，显著低于 DT。20～40 cm 土层 NTM 的气相比除 2021—2022 年度较 DT 无显著差异外均显著高于 CT 和 DT。进一步分析土壤三相比 R 值发现，在 2020—2021 年度，与 CT 相比，在 0～10 cm 土层， NTM、STM 和 SRFM 分别显著降低 4.6%、9.3% 和 11.0%；在 10～20 cm 土层，STM 和 SRFM 分别显著降低 4.7% 和 15.8%；在 20～40 cm 土层，DT、NTM、 STM 和 SRFM 分别显著降低 3.0%、6.2%、16.2% 和 28.5%。在 2021—2022 年度，0～10 和 10～20 cm 土层的 R 值均表现为 CT>NTM>DT>STM>SRFM，且不同处理间差异显著；在 20～40 cm 土层，与 CT 相比，NTM 的 R 值差异不显著，但 DT、STM 和 SRFM 分别显著降低 17.3%、22.3% 和 29.6%。说明，夏闲季优化耕作措施可改善土壤物理结构，效果表现为 SRFM>STM>DT>NTM。

注：同一土层，同列中数据后不同小写字母表示处理间差异达显著水平（P<0.05）。下同。

2.2 夏闲季耕作措施对旱地麦田土壤养分含量的影响

2.2.1 土壤全氮含量

由表3 可知，不同夏闲季耕作措施对土壤全氮含量具有显著的影响，但两年度的规律存在一定差异。总体来看，播种期（2021—2022 年）0～10 cm 土层全氮含量表现为 SRFM=STM>NTM>DT=CT（= 表示差异不显著），10～20 和 20～40 cm 土层分别表现为 SRFM>STM>DT>NTM>CT 和 SRFM>STM>DT>NTM=CT；拔节期至成熟期，0～20 cm 土层全氮含量除 2020—2021 年度开花期和成熟期 0～10 cm 土层 NTM 高于 STM 外，多表现为 SRFM>STM>NTM>DT>CT，20～40 cm 土层全氮含量多表现为 SRFM>STM>DT>CT>NTM。从两年均值看，与 CT 相比，STM 和 SRFM 土壤全氮含量在 0～10、10～20、20～40 cm 土层分别显著提高 16.4% 和 25.3%、17.4% 和 26.4%、17.1% 和 23.5%；NTM 在 0～10 和 10～20 cm 土层分别显著提高 13.8% 和 10.8%；DT 两年度均在 20～40 cm 土层表现为显著提高，平均增幅 8.2%。说明， STM 和 SRFM 具有提高旱地麦田土壤全氮含量的作用且以 SRFM 效果更优，NTM 利于提高 0～20 cm 土层、DT 利于提高 20～40 cm 土层土壤全氮含量。

2.2.2 土壤有效磷含量

由表4 可知，夏闲季耕作措施对旱地小麦不同生育时期和不同土层的土壤有效磷含量均有显著调控作用。除 2020—2021 年度 0～10 cm 土层土壤有效磷含量 NTM 在拔节期高于 SRFM、开花和成熟期高于 STM 外，0～40 cm 土层土壤有效磷含量在不同生育时期不同土层均以 SRFM 最高，STM 次之。CT、DT 和 NTM 间差异在不同年度、生育时期和土层表现不同，其中 0～10 cm 土层 CT 均显著低于 DT 和 NTM，DT 在 2020—2021 年度低于 NTM，但在 2021—2022 年度差异不显著或高于 NTM。10～20 cm 土层 CT、DT 和 NTM 间未表现出明显规律；20～40 cm 土层 2020—2021 年度各生育时期处理间均无显著差异，2021—2022 年度表现为 DT>NTM>CT。综合两年结果来看，与 CT 相比，STM 和 SRFM 的土壤有效磷含量在 0～10、 10～20、20～40 cm 土层分别显著提高 12.6% 和 22.4%、15.7% 和 26.3%、43.5% 和 56.5%，NTM 在 0～10 cm 土层显著提高 15.4%，DT 在 20～40 cm 土层显著提高 23.0%。可见，STM 和 SRFM 具有提高旱地麦田土壤有效磷含量的作用且以 SRFM 效果更优，NTM 有利于提高表层 0～10 cm、DT 利于提高 20～40 cm 土层有效磷养分含量。

2.2.3 土壤速效钾含量

夏闲季耕作措施对土壤速效钾含量具有显著的调控效应（表5）。播种期各土层土壤速效钾含量均以 SRFM 最高，CT 最低，但 STM、NTM、DT 在不同土层表现不同；0～10 cm 土层 NTM 和 DT 无显著差异，但均显著低于 STM，10～20 cm 土层 NTM 和 STM 无显著差异，但均显著高于 DT，20～40 cm 土层表现为 NTM 显著低于 DT、DT 显著低于 STM。拔节、开花和成熟期各土层的土壤速效钾含量较播种前均明显降低，且除 2020—2021 年度 0～10 cm 土层拔节和开花期 NTM 最高外，土壤速效钾含量均以 SRFM 最高，STM 其次，NTM 和 DT 在多数时期和土层高于或显著高于 CT。从两年均值来看，与 CT 相比，STM 和 SRFM 的土壤速效钾含量在 0～10、 10～20、20～40 cm 土层分别显著提高 15.7% 和 21.9%、13.0% 和 19.2%、18.4% 和 24.6%，NTM 在 0～10 cm 土层显著提高 16.8%，DT 在 20～40 cm 土层显著提高 9.7%。说明 NTM 有利于提高表层 0～10 cm、DT 利于提高 20～40 cm 土层速效钾养分含量，且深松垄沟覆盖在多数土层表现最高。

2.3 夏闲季耕作措施对土壤酶活性的影响

2.3.1 土壤蔗糖酶活性

如图2 所示，两年中小麦拔节期和开花期土壤蔗糖酶活性均随着土层的加深而降低，且总体表现为 SRFM>STM>DT>CT，NTM 在 0～10 cm 土层高于但在 20～40 cm 土层低于 DT 和 CT。拔节期土壤蔗糖酶活性，与 CT 相比，在 0～10 cm 土层两年规律一致，DT、NTM、STM 和 SRFM 处理分别显著提高 21.5%～30.6%、16.6%～19.3%、45.4%～45.4% 和 57.0%～65.0%； 在 10～20 cm 土层，2020—2021 年度 DT、STM 和 SRFM 分别显著提高 15.7%、57.4% 和 80.3%， 2021—2022 年度 DT、NTM、STM 和 SRFM 分别显著提高 17.2%、8.9%、26.1% 和 33.5%； 在 20～40 cm 土层，2020—2021 年度 STM 和 SRFM 分别显著提高 33.2% 和 64.1%，NTM 显著降低 15.3%，2021—2022 年度 DT、STM 和 SRFM 分别显著提高 18.3%、28.9% 和 43.9%，NTM 显著降低 35.5%。夏闲季耕作措施对开花期土壤蔗糖酶活性的影响在两年的规律一致，与 CT 相比，在 0～10 cm 土层， DT、NTM、STM 和 SRFM 分别显著提高 10.7%～24.5%、11.9%～30.6%、34.3%～75.9% 和 49.8%～99.1%；在 10～20 cm 土层，DT、STM 和 SRFM 分别显著提高 7.8%～15.6%、19.1%～33.0% 和 27.3%～44.8%；在 20～40 cm 土层，DT、STM 和 SRFM 分别显著提高 9.2%～9.5%、17.1%～29.2% 和 27.9%～50.0%，NTM 显著降低 13.8%～15.6%。说明，优化夏闲季耕作措施可以显著改善土壤蔗糖酶活性，其中深松垄沟覆盖效果最优。

注：同一土层，不同小写字母表示处理间差异达到显著水平（P<0.05）。下同。

2.3.2 土壤脲酶活性

拔节期和开花期土壤脲酶活性随土层的加深呈下降趋势，对夏闲季耕作措施的响应均显著且规律基本相似，多表现为 DT<NTM<STM<SRFM （ 图3）。与 CT 相比，DT、STM 和 SRFM 均可有效提高拔节期土壤脲酶活性，在 0～10 cm 土层，增幅分别为 13.3%～35.0%、24.6%～40.0% 和 39.8%～45.3%，在 10～20 cm 土层，增幅分别为 8.7%～33.1%、12.8%～49.7% 和 23.5%～57.9%，在 20～40 cm 土层，增幅分别为 7.6%～32.7%、 40.6%～43.6% 和 53.7%～85.9%。NTM 处理在 2021—2022 年度拔节期 0～10 cm 土层增幅不显著，在 10～20 cm 土层显著降低 7.0%，两年在 20～40 cm 土层显著降低 5.0%～10.2%。在开花期，与 CT 相比，DT、STM 和 SRFM 土壤脲酶活性在 0～10 cm 土层分别显著提高 13.4%～16.6%、 18.6%～34.0% 和 31.3%～41.1%，10～20 cm 土层分别显著提高 9.2%～97.0%、14.7%～165.5% 和 25.5%～194.9%，20～40 cm 土层分别显著提高 21.3%～26.5%、31.8%～35.1% 和 43.3%～50.3%。 NTM 土壤脲酶活性仅于 2021—2022 年度在 0～10 cm 土层开花期显著提高 4.4%，在 10～20 cm 土层显著提高 7.8%～82.5%，但在 20～40 cm 土层显著降低 9.7%～16.6%。说明优化夏闲季耕作措施可显著提高旱地麦田拔节期和开花期的土壤脲酶活性，其中以深松垄沟覆盖效果最好，深松覆盖其次，免耕覆盖也可提高表层土壤脲酶活性。

2.3.3 土壤过氧化氢酶活性

两年中夏闲季耕作措施对小麦拔节和开花期土壤过氧化氢酶活性影响规律基本一致，总体表现为 SRFM 最高、STM 其次、DT 再次，NTM 与 CT 相比，上层（0～10 cm）升高，下层（20～40 cm） 降低，但不同处理间的差异在不同年度、生育时期和土层表现不同（图4）。与 CT 相比，DT、STM 和 SRFM 拔节期土壤过氧化氢酶活性两年中在各土层多表现为显著提高，增幅在 0～10 cm 土层分别为 6.8%～15.2%、21.3%～21.7% 和 25.6%～28.6%，在 10～20 cm 土层分别为 5.5%～13.7%、 17.8%～19.7% 和 23.1%～29.7%，在 20～40 cm 土层分别为 10.7%～18.4%、17.4%～34.6% 和 20.8%～50.3%；NTM 在 0～10 cm 土层显著提高 3.7%～8.1%、10～20 cm 土层在 2020— 2021 年度也显著提高 6.3%，但在 20～40 cm 土层显著降低 12.1%～17.3%。开花期土壤过氧化氢酶活性规律与拔节期相似，与 CT 相比，DT、 STM 和 SRFM 在 0～10 cm 土层分别显著提高 6.6%～9.6%、16.2%～23.9% 和 26.1%～27.1%， 10～20 cm 土层分别显著提高 9.4%～10.1%、 16.3%～22.5% 和 27.0%～28.9%，20～40 cm 土层分别显著提高 12.2%～13.9%、17.8%～26.7% 和 30.1%～31.1%；NTM 在 0～10 cm 土层无显著差异，10～20 cm 土层在 2020—2021 年度显著降低 12.2%，在 20～40 cm 土层显著降低 10.7%～11.0%。可见，深翻、深松可显著提高旱地麦田土壤过氧化氢酶活性，其中深松垄沟覆盖效果优于深松覆盖，而免耕覆盖对下层土壤过氧化氢酶活性的提高不利。

2.4 不同耕作方式下土壤三相比、养分含量与酶活性的综合分析

2.4.1 拔节期和开花期不同土层土壤养分含量与酶活性的相关性分析

分析拔节期和开花期不同土层土壤氮磷钾含量与酶活性的相关性（表6）可知，土壤蔗糖酶活性与土壤全氮、有效磷和速效钾含量在各土层均显著正相关，过氧化氢酶活性除与开花期 0～10 cm 土层土壤速效钾含量相关性不显著外，与土壤全氮、有效磷和速效钾含量在各土层也均显著正相关。脲酶与土壤氮磷钾养分含量的相关性减弱，但与 0～10 cm 土层全氮含量、开花期 10～20 cm土层以及拔节期和开花期 20～40 cm 土层土壤全氮、有效磷和速效钾含量呈显著正相关。说明，蔗糖酶是夏闲季耕作管理影响土壤氮磷钾养分含量主要土壤调节酶，其次是过氧化氢酶，再次是脲酶。

注：* 和 ** 分别代表在 0.05 和 0.01 水平相关性显著。

2.4.2 夏闲季不同耕作方式下土壤三相比、养分含量与酶活性的相关性分析

进一步分析夏闲季不同耕作方式下土壤三相比、养分含量和酶活性（各生育时期均值）间的相关性（图5）发现，土壤养分含量与土壤酶活性间均呈现出显著正相关关系，但土壤养分含量和酶活性与三相比的相关性因土层而异，其中与气相比、液相比和固相比的相关性分别在 0～10、10～20 和 20～40 cm 土层未达到显著水平，与三相比 R 值在各土层均呈现出显著负相关关系。从均值来看，除液相比与养分含量、脲酶活性间的相关性未达到显著水平外，土壤三相比、养分含量与酶活性间均表现为显著相关关系，其中，土壤养分含量、酶活性与气相比均呈现显著正相关关系，但与固相比和三相比 R 值均呈现显著负相关关系。说明，夏闲季不同耕作方式下土壤三相比、养分含量与酶活性具有显著的协同效应。

注：*、** 和 *** 分别表示在 0.05、0.01 和 0.001 水平相关性显著。

3 讨论

3.1 夏闲季不同耕作措施对土壤三相比及 R 值的影响

土壤三相比与土壤物理、化学及生物学性质密切相关，是评价土壤水、肥、气、热的重要指标。适宜的三相比可促进土壤对雨水的集蓄保用，土壤中生物活性提高和养分循环以及作物根系对土壤养分吸收利用有作用^[19，22]。本试验表明，与 CT 相比，其他夏闲季耕作措施总体上表现为固相比降低，气相比、液相比升高。其中，STM、 SRFM 土壤固相比较 DT 分别降低 1.2%～7.6%、 2.7%～8.6%；土壤气相比多表现为 CT<DT<STM<SRFM，NTM 较 CT 和 DT 在 0～20 cm 土层 1 年降低、1 年提高，在 20～40 cm 土层无变化或显著提高。这与李慧等^[23]研究结果相似，说明优化夏闲季耕作措施对改善土壤三相比有利。Lal 等^[24] 指出，旱作农业理想的三相比是 50 ∶ 25 ∶ 25，并根据这一理论提出评价土壤三相比的综合指标 R 值，较小的 R 值意味着土壤物理特性较优。前人对冬小麦-夏玉米生产体系的研究表明，潮土区仅在麦季进行耕作情况下连年深松和深耕较连年旋耕显著降低土壤亚表层三相比 R 值^[25]；砂姜黑土区深松（耕）能够显著降低土壤三相比 R 值^[26]。本试验表明，STM 和 SRFM 可显著降低 0～40 cm 土层土壤三相比 R 值，与 CT 相比分别显著降低 4.7%～28.2% 和 15.8%～33.7%，在 20～40 cm 土层表现突出。说明夏闲季深松覆盖处理优化土壤物理结构，在夏闲季深松的基础上创制垄沟微地形并配合秸秆覆盖的深松垄沟覆盖处理还可以创造出比深松覆盖更优的三相比，这与深松改善土壤结构功效有关，也是因为该处理中的垄沟地形促进降雨集蓄保用，从而使小麦地上地下生物量增大，秸秆覆盖条件下相当于增加了有机物投入，发挥了生物改土的作用。

3.2 夏闲季不同耕作措施对土壤养分含量的影响

土壤养分含量是衡量土壤肥沃程度的重要指标，也是影响植物生长发育的关键因子，因而提高土壤养分含量是培肥土壤、提升耕地质量和实现农业可持续发展的主攻目标。前人研究表明，适宜的耕作可培肥地力、协调土壤养分，其机理是通过对土壤的扰动影响土壤理化性状，从而调节土壤养分的有效性及其矿化速率，以及作物对土壤养分的吸收利用^[27]。朱长伟等^[27]的研究也表明，耕作对小麦各生育时期的土壤有效磷和速效钾含量均会产生显著影响。且天真等^[28]研究表明，深松 + 重耙较传统翻耕显著提高土壤有效磷、速效钾和全氮含量。衣明圣等^[29]研究表明，与传统耕作相比，深松覆盖土壤表层（0～20 cm）中有机质、全氮和有效磷含量分别显著提高 7.9%、26.2% 和 18.3%，免耕覆盖也分别提高 1.2%、2.0% 和 10.5%。此外，耕作过程中对作物秸秆、肥料的处置方式和翻埋深度的差异也会影响秸秆、肥料在土壤中的位置及分配量。本试验表明，DT、STM 和 SRFM 可在不同程度上提高各土层土壤全氮、有效磷和速效钾含量，特别是 STM 和 SRFM 在播种期、拔节期、开花期和成熟期多表现为显著提高，而 NTM 表现为上层增加、下层降低的趋势，成熟期 0～20 cm 土层土壤全氮含量、各生育时期 0～10 cm 土层有效磷和速效钾含量显著高于 CT 和 DT，20～40 cm 土层土壤速效养分含量多低于其他处理。这与前人的研究结果基本一致，表明不同夏闲季耕作措施同样可以调节土壤养分含量，且其效应可延续至小麦生育期。本研究还发现，DT 利于 20～40 cm 土层、深松垄沟覆盖利于 0～40 cm 土层土壤养分含量的提高，且在不同生育时期和土层均表现最优。深翻提高 20～40 cm 土层土壤养分含量的原因可能是通过机械力将前茬秸秆翻埋至该土层，作物秸秆所含的氮磷钾矿化后引起土壤养分含量的提高。而深松垄沟覆盖增加表层土壤养分含量是因为同时增加了土壤水分含量和秸秆覆盖量、改善了土壤结构，增加的深层土壤养分含量主要是通过疏松深层土壤，提高土壤孔隙度，增加土壤养分的矿化量，并促进表层养分向下层迁移。

3.3 夏闲季不同耕作措施对土壤酶活性的影响

土壤酶作为土壤中的一种生物催化剂，直接或间接参与土壤生物化学循环，因而其活性高低能够反映土壤矿化规模和产能强弱，在一定程度上决定土壤养分的有效性，是评估与农田耕作管理适宜与否的重要指标^[27，30-32]。前人研究表明，耕作及其配合秸秆还田等农艺措施可以通过改善土壤理化特性和土壤生物化学循环底物的供应量，调节土壤酶活性。本研究发现，在同一生育时期，DT、STM 和 SRFM 较 CT 提高了各土层土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，其中 SRFM 的效果最突出，NTM 表现为上层升高、下层降低。这与前人多数研究结果基本一致，其主要原因是不同耕作措施间对土壤扰动程度和深度不同，秸秆还田量和翻埋深度也存在差异。深耕（深翻、深松）改善了土壤三相比，提高了土壤水分和透气性，保障了良好酶活性的环境条件，从而增加了土壤中的酶活性^[32]。其次，耕层土壤中较高的秸秆腐解物有利于提高有机碳、氮的储量及其他养分含量，会增加土壤酶促反应中的底物、刺激土壤酶活性提高。本研究基于生产实际，采取前茬小麦秸秆全量覆盖或翻埋还田，不同处理的秸秆还田量不同且对秸秆的翻埋深度也不同，连续 4 年的定位试验致使不同处理或不同土层的秸秆腐解物出现了较大差异，从而导致了土壤酶活性的差异。此外，本试验条件下不同夏闲季耕作措施对土壤养分含量和土壤酶活性的影响规律基本一致，说明土壤养分含量和土壤酶活性可相互调控，前人也得到了类似的结论^[27]。进一步分析发现，土壤养分含量与蔗糖酶活性的相关性最强，其次是过氧化氢酶活性，再次是脲酶活性，这与蔗糖酶较强的转化能力有关，也印证了土壤酶活性的变化是由于不同耕作措施所引起的秸秆还田量不同所致的结论。

本研究表明，优化夏闲季耕作措施能不同程度改善 0～40 cm 土层土壤理化特性，提高土壤酶活性。通过相关性分析可知，不同夏闲季耕作方式下土壤三相比、养分含量和酶活性间多呈显著或极显著相关关系，说明夏闲季耕作对土壤理化特性和酶活性的优化具有协同效应。进一步分析发现，拔节期和开花期土壤酶活性与土壤养分含量的相关性总体表现为蔗糖酶 >过氧化氢酶 >脲酶，这在一定程度上说明蔗糖酶是夏闲季耕作管理影响土壤氮磷钾养分含量主要土壤调节酶，其次是过氧化氢酶，再次是脲酶。

4 结论

夏闲季不同耕作措施可显著调节旱地麦田土壤三相比、养分含量和酶活性，但调节效应因处理和土层而异。夏闲季免耕覆盖有利于提高 0～10 cm 土层、一次深翻有利于提高 20～40 cm 土层、深松覆盖有利于提高 0～40 cm 土层养分含量和酶活性，且以深松垄沟覆盖效果更好。与深松覆盖相比，深松垄沟覆盖还可优化土壤三相比 R 值，使各土层平均土壤全氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高 6.9%、9.2% 和 4.8%，土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性也均显著提高，是利于提升旱地麦田耕地质量的夏闲季有效耕作措施。

参考文献