夏閑期耕作對(duì)黃土高原旱地麥田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

李慧，代新俊，高志強(qiáng)

?

夏閑期耕作對(duì)黃土高原旱地麥田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

李慧，代新俊，高志強(qiáng)

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801）

【目的】研究不同夏閑期耕作方式對(duì)黃土高原旱地麥田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響，為改善旱地土壤結(jié)構(gòu)、提高糧食產(chǎn)量提供依據(jù)。【方法】于2013—2017年在山西省聞喜縣邱家?guī)X村開展免耕—免耕—免耕—免耕（4aNT）、深翻—深翻—深翻—深松（3aPT-ST）、深松—深松—深松—深翻（3aST-PT）和深松/深翻（4aST/PT）輪耕4種耕作處理，測(cè)定了平均重量直徑（）、幾何平均直徑（）、穩(wěn)定率（）、破壞率（）、分形維數(shù)（）、峰凸系數(shù)（C）和偏倚系數(shù)（C）等水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)?！窘Y(jié)果】4年輪耕處理結(jié)果表明，深松/深翻輪耕能夠有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和旱地麥田產(chǎn)量。深松/深翻輪耕0—50 cm土層＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量分別比連續(xù)免耕、深翻—深翻—深翻—深松和深松—深松—深松—深翻高40.4%—45.5%、61.8%—98.0%和39.4%—106.1%，且深松/深翻輪耕處理下的、、和C均顯著高于其他耕作處理，而、和C均顯著低于其他耕作處理（＜0.05）。各參數(shù)之間的相關(guān)分析結(jié)果顯示，、、和C之間相互呈極顯著正相關(guān)，且均與、和C呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.01）?！窘Y(jié)論】夏閑期耕作會(huì)顯著影響土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，而夏閑期深松/深翻輪耕處理能提高耕層水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量與穩(wěn)定性，更好的改善旱地土壤結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)量。

夏閑期耕作；旱地麥田；水穩(wěn)性團(tuán)聚體；穩(wěn)定性指標(biāo)；土壤結(jié)構(gòu)

0 引言

【研究意義】土壤團(tuán)聚體作為土壤養(yǎng)分的貯存庫(kù)，是影響土壤肥力質(zhì)量的重要因素之一[1]。而不同的耕作方式可以通過人為和農(nóng)機(jī)具對(duì)土壤的擾動(dòng)直接改變耕層土壤粒徑空間分布，是影響耕地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的主要因素[2]。近年來，黃土高原旱區(qū)逐漸興起夏閑期免耕、夏閑期深松等耕作技術(shù)，與普遍采用的深翻技術(shù)相比，對(duì)土壤的擾動(dòng)有著明顯的區(qū)別[3-4]，因此研究不同夏閑期耕作方式下的土壤團(tuán)聚體情況，對(duì)評(píng)價(jià)和選擇合理的耕作措施有重要意義。另外，為了比較不同夏閑期耕作下土壤團(tuán)聚體特性，選取能夠準(zhǔn)確反映團(tuán)聚體穩(wěn)定性的測(cè)定指標(biāo)也具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】不同粒徑團(tuán)聚體的數(shù)量分布和空間排列方式影響土壤生物活動(dòng)，決定了土壤的孔隙分布情況[5]。同時(shí)，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量和分布也反映了土壤結(jié)構(gòu)的抗蝕能力和穩(wěn)定性[6]。目前，大多數(shù)學(xué)者對(duì)衡量土壤水穩(wěn)定團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)多選擇幾何平均直徑（）[2, 7-8]、平均重量直徑（）[2, 7, 9]、穩(wěn)定率（）[7]、破壞率（）[2]和分形維數(shù)（）[2, 10-12]，這些指標(biāo)一定程度上體現(xiàn)了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。也有學(xué)者用矩法獲得的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)來評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體的組成[9, 13]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】近年來，有學(xué)者提出夏閑期深松和深翻的農(nóng)作技術(shù)，結(jié)果表明夏閑期深松或深翻具有蓄水保墑的能力，進(jìn)而使晉南旱地冬小麥達(dá)到增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的效果[14]。但是關(guān)于夏閑期耕作措施對(duì)旱地麥田土壤團(tuán)聚體特征的研究較少。同時(shí)，連年單一的耕作方式不利于改善土壤結(jié)構(gòu)[15]。因此本試驗(yàn)在前3年原有耕作試驗(yàn)條件下，設(shè)置了深翻和深松不同輪耕措施，對(duì)不同夏閑期耕作下＞0.25 mm土壤的水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和分布特征的差異進(jìn)行分析?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究不同夏閑期耕作對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響，為全面、正確評(píng)價(jià)黃土高原旱地麥田土壤團(tuán)聚體提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)地位于山西省運(yùn)城市聞喜縣桐城鎮(zhèn)邱家?guī)X村(111°28′E，35°35′N），該基地地處黃土高原，屬典型暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，十年九旱，年均降水量490 mm，年均蒸發(fā)量1 838.9 mm，其中 60%左右降水集中在7—9月，年均氣溫12.6℃，最冷的1月份平均氣溫可達(dá)到3.2℃，最熱的7月份平均氣溫26.5℃，年均日照時(shí)數(shù)2 242.0 h，全年無霜期185 d。該區(qū)屬丘陵旱地，土壤質(zhì)地為黏壤土至粉砂質(zhì)黏壤土，呈強(qiáng)石灰性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年6月開始，在2013年6月至2016年6月已進(jìn)行了為期3年的冬小麥夏閑期耕作試驗(yàn)，本研究于2016年7月進(jìn)行第4年的休閑期耕作試驗(yàn)，供試品種為運(yùn)旱618。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，共設(shè)置了4個(gè)耕作處理：（1）免耕—免耕—免耕—免耕（4aNT）：連續(xù)4年休閑期免耕；（2）深翻—深翻—深翻—深松（3aPT-ST）：前3年休閑期深翻，第4年休閑期深松；（3）深松—深翻—深松—深翻（4aST/PT）：4年進(jìn)行休閑期深松和深翻輪耕；（4）深松—深松—深松—深翻（3aST-PT）：前3年休閑期深松，第4年休閑期深翻。

所有耕作處理均前茬小麥?zhǔn)斋@時(shí)留高茬20—30 cm，秸稈打碎后覆蓋于地表。其中深翻是在7月中旬施有機(jī)肥1 500 kg·hm-2，有機(jī)肥與粉碎的秸稈采用深耕施肥一體機(jī)一并施入土壤，耕深25—30 cm；深松是將施入的有機(jī)肥采用深松施肥一體機(jī)施入土壤，耕深35—40 cm；免耕是指休閑期不進(jìn)行任何耕作處理。所有耕作處理在休閑期耕作后均在8月底進(jìn)行旋耕和耙磨，播前基施N為150 kg·hm-2，P2O5為150 kg·hm-2，K2O為150 kg·hm-2。整個(gè)生育期無灌溉條件。每個(gè)耕作處理設(shè)3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積5 m×60 m=300 m2。采用膜際條播，生育期視實(shí)際情況進(jìn)行人工和除草劑控制雜草。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品取樣方法

第3年小麥?zhǔn)斋@后，第4年休閑期耕作開始之前進(jìn)行取樣（2016年7月24日），于第4年收獲前進(jìn)行成熟期取樣（2017年6月2日）。在每個(gè)小區(qū)布置3個(gè)采樣點(diǎn)，分0—10、10—20、20—30、30—40和40—50 cm 5個(gè)土層，將采集的土樣混合，同時(shí)避免對(duì)土樣的過分?jǐn)_動(dòng)，以免破壞團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)。

1.3.2 測(cè)定方法

1.3.2.1 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級(jí)分布 一般＞0.25 mm的團(tuán)聚體為土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體，是土壤中最好的結(jié)構(gòu)體，其數(shù)量與土壤肥力質(zhì)量呈正相關(guān)[16]。采用“NYT 1121.19—2008土壤檢測(cè)第19部分：土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體組成的測(cè)定”方法，先將250 g風(fēng)干土放入孔徑依次為10、7、5、3、2、1、0.5、0.25 mm的套篩，底層放底盒，利用機(jī)械力分散收集各孔徑的力穩(wěn)定性團(tuán)聚體，計(jì)算得到土壤粒徑＞0.25 mm的力穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量0.25，再按比例將各孔徑的力穩(wěn)定團(tuán)聚體配成50 g，將這50 g（0）風(fēng)干土利用水力分散通過套篩（孔徑依次為5、3、2、1、0.5和0.25 mm），然后將每層套篩上存留的土粒分級(jí)洗入鋁盒并烘干稱重m，通過計(jì)算得到土壤粒徑＞0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量0.25。

1.3.2.2 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的平均重量直徑（）和幾何平均直徑（）計(jì)算公式[17]如下：

1.3.2.3 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分形維數(shù)（）利用Katz等[17]的公式表示：

1.3.2.4 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定率（）和破壞率（）的計(jì)算公式[18]如下：

1.3.2.5 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的特征值參數(shù)參考祁迎春等[9]的方法，利用矩法統(tǒng)計(jì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的特征參數(shù)值：

標(biāo)準(zhǔn)差σ：

偏倚系數(shù)（C）：

峰凸系數(shù)（C）：

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

本文采用Sigma-Plot 12.0 進(jìn)行作圖，用SPSS 16.0軟件處理數(shù)據(jù)，利用Ducan方法和Pearson方法進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，將顯著性水平設(shè)定為=0.05。

2 結(jié)果

2.1 不同耕作處理對(duì)旱地小麥產(chǎn)量的影響

試驗(yàn)從2013年開始，分析2013—2017年的產(chǎn)量變化（表1），結(jié)果顯示，在2013—2014年休閑期深翻或深松較免耕均能顯著提高旱地小麥的產(chǎn)量（＜0.05），但深翻和深松處理間無顯著差異。而在2014—2015年，連續(xù)兩年深松的產(chǎn)量顯著高于其他處理。但從第3年開始，深松/深翻輪耕對(duì)旱地麥田的增產(chǎn)效果明顯提高，在2015—2017兩年間，深松/深翻輪耕處理下的產(chǎn)量均達(dá)到顯著最高。

表1 不同耕作處理對(duì)旱地小麥產(chǎn)量的影響

表中同列不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。下同

Tables with the same small letter within a column are not significant difference at the 0.05 level. The same as below

2.2 不同耕作處理對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量分布的影響

在濕篩過程中，＞5 mm粒徑的力穩(wěn)定性團(tuán)聚體在水流沖力下分散不存在，而1—5 mm粒徑水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量也較少，整體上呈隨土層深度的增加而降低的趨勢(shì)（圖1）。休閑期3aST-PT處理0—10 cm和10—20 cm土層1—5 mm粒徑的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分別比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土層，4aST/PT處理分別比3aNT、3aPT-ST和3aST-PT高38.00%、13.11%、64.29%和42.22%、14.29%、72.97%。對(duì)0.25—1 mm粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體分析發(fā)現(xiàn)，休閑期4aST/PT輪耕處理在0—50 cm土層的含量均顯著（＜0.05）高于3aST-PT、3aPT-ST 和3aNT。經(jīng)過一個(gè)生育期的土壤自然沉降，對(duì)成熟期不同輪耕模式進(jìn)行分析，4aST/PT處理0—50 cm土層1—5 mm和0.25—1 mm粒徑的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體顯著（＜0.05）高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT。

FS：指休閑期，MS：指成熟期。下同 FS: Fallow stage, MS: Maturity stage. The same as below

2.3 不同耕作處理對(duì)土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD和GMD的影響

水穩(wěn)性團(tuán)聚體的和反映了團(tuán)聚體粒徑分布的總體狀況，其值越大表示團(tuán)聚體的團(tuán)聚度和穩(wěn)定性越強(qiáng)。表2顯示，休閑期，4aST/PT處理0—10 cm土層的分別顯著高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT 處理5.1%、7.8%和3.8%（＜0.05），3aST-PT和4aST/PT處理10—20 cm土層顯著高于4aNT和3aPT-ST（＜0.05），4aST/PT處理20—50 cm土層也顯著高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT處理（＜0.05）。不同耕作方式下水穩(wěn)性團(tuán)聚體的在耕作前呈相似規(guī)律（表2），4aST/PT處理0—50 cm土層的顯著高4aNT 、3aPT-ST和3aST-PT 處理（＜0.05）。經(jīng)過一個(gè)生育時(shí)期的穩(wěn)定，成熟期土壤的和回升，4aST/PT處理0—10 cm、20—50 cm土層的顯著高于其他3個(gè)處理（＜0.05），4aST/PT處理20—50 cm土層的也均顯著高于其他3個(gè)處理（＜0.05）。

2.4 不同耕作處理對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體WASR和PAD的影響

由表3可以看出，休閑期0—50 cm土層4aNT、3aPT-ST和3aST-PT處理下的均顯著高于4aST/PT處理（＜0.05），而4aST/PT處理下的顯著高于其他3個(gè)耕作處理（＜0.05）。成熟期0—50 cm土層4aNT、3aPT-ST和 3aST-PT處理下的也均顯著高于4aST/PT處理（＜0.05），4aST/PT處理下的顯著高于其他3個(gè)耕作處理（＜0.05）。在土壤剖面變化上，4aNT、4aST/PT和3aST-PT處理的均呈先降低后增加的趨勢(shì)，在10—20 cm土層達(dá)最低，而呈先增加后降低的趨勢(shì)，在10—20 cm土層達(dá)最高。另外，耕作前3aPT-ST處理和在0—50 cm土層波動(dòng)較大，而在成熟期隨土層的增加而增加，隨土層的增加而降低。

表2 不同耕作方式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD和GMD（mm）

指水穩(wěn)性團(tuán)聚體的平均重量直徑；指水穩(wěn)性團(tuán)聚體的幾何平均直徑。下同

: Mean weight diameter;: Geometric mean diameter. The same as below

2.5 不同耕作處理對(duì)土壤水穩(wěn)定團(tuán)聚體D值的影響

分析不同耕作方式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)在0—50 cm剖面的分布（圖2），隨土層深度的增加而增加。休閑期0—50 cm土層值4aNT、3aPT-ST和3aST-PT處理分別顯著高于4aST/PT處理3.4%—4.8%、6.5%—9.1%和4.0%—6.5%（＜0.05）。經(jīng)過一個(gè)生育期的土壤沉降，土壤值降低并穩(wěn)定。但第4年的耕作對(duì)值的影響不大，仍表現(xiàn)為耕作前的大致規(guī)律，4aNT、3aPT-ST和3aST-PT處理值均顯著高于4aST/PT處理（＜0.05）。

2.6 不同耕作處理對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征參數(shù)的影響

表4顯示，4aNT、3aPT-ST和3aST-PT處理休閑期0—50 cm土層C分別顯著高于4aST/PT處理54.7%—67.5%、105.0%—174.2%和58.4%—145.6%（＜0.05），且C值均＜0。各耕作處理C和C在成熟期的規(guī)律與休閑期一樣，但相比休閑期3aST-PT的C呈降低的趨勢(shì)，C呈增加的趨勢(shì)，而3aPT-ST處理的C呈增加的趨勢(shì)，C有所降低。從土壤剖面變化上看（表4），C在各耕作處理下均呈隨土壤深度的增加而降低的趨勢(shì)，C呈隨土壤深度的增加而增加的趨勢(shì)。

2.7 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)的關(guān)系

分析土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚各參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)（表5），其中，、、和C之間相互呈極顯著正相關(guān)，均與、和C呈顯著負(fù)相關(guān)，而、和C之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01）。說明團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越大，越大，導(dǎo)致團(tuán)聚體的和越小，但是團(tuán)聚體的分布越不集中。

2.8 不同耕作方式對(duì)0—50 cm土層有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量呈隨土壤深度的增加而逐漸降低的趨勢(shì)，土壤表層0—10 cm有機(jī)質(zhì)含量顯著高于下層土壤（表6）。休閑期結(jié)果顯示，0—50 cm土層4aST/PT土壤有機(jī)質(zhì)含量在數(shù)值上均高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT處理，尤其在40—50 cm土層差異顯著。在成熟期，除連年免耕0—10 cm土層外，其他處理在0—50 cm土層有機(jī)質(zhì)含量較播前均有所提高。主要是因?yàn)樵诤档佧溙铮寥辣韺拥挠袡C(jī)物質(zhì)隨水分流失嚴(yán)重，無法深入土壤中。同時(shí)，4aST/PT處理有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他3個(gè)耕作處理?？梢?，深翻/深松輪耕能夠促進(jìn)0—50 cm土層有機(jī)質(zhì)含量的增加。

表3 不同耕作方式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的WSAR和PAD

指土壤團(tuán)聚體破壞率，值土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定率: Destruction rate;: Aggregate stability rate

圖2 不同耕作方式土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分形維數(shù)

3 討論

耕作前土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布結(jié)果顯示，連續(xù)深松處理增加0—20 cm表層1—5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，深松/深翻輪耕增加30—50 cm土層1—5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。因?yàn)楦鲝?qiáng)度是影響土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的主要因素之一，同時(shí)一定的機(jī)械活動(dòng)也加速了有機(jī)物質(zhì)和微生物的移動(dòng)，增加土壤膠結(jié)大團(tuán)聚體的能力[7,13]。深松/深翻輪耕相比連年深翻減少了對(duì)0—50 cm土層的機(jī)械擾動(dòng)，尤其連年深松降低了0—20 cm土層的擾動(dòng)，降低團(tuán)粒的破碎率，而連年深翻過度破碎土壤，使土壤有機(jī)質(zhì)礦化加速，不利于水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成[10]。成熟期的分布結(jié)果表明，雖然連年深松后深翻機(jī)械活動(dòng)小于深松/深翻輪耕，但是連年深松土壤形成一個(gè)較穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)環(huán)境和土壤膠結(jié)剖面，再經(jīng)過深翻之后，這種穩(wěn)定被打破不利于水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成[19]。

土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的穩(wěn)定率（）和破壞率（）表示土壤團(tuán)聚體在水蝕作用下的分散度，土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越高，值越大，值越小[13, 18]。而分形維數(shù)也能反映土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，值越大說明土壤質(zhì)地越細(xì)，反之值越小說明土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，深松/深翻輪耕相比其他處理增加了0—50 cm土層的平均重量直徑（）、幾何平均直徑（）和水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定率（），而降低了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體破壞率（）和分形維數(shù)（），這與王麗等[21]試驗(yàn)結(jié)果相同。然而也有研究表明，連續(xù)免耕等保護(hù)性措施可以有效提高土壤的和[10]，且程科等[7]試驗(yàn)結(jié)果也表明，免耕和深松的保護(hù)性耕作措施會(huì)減少團(tuán)粒的破碎，可以降低土壤團(tuán)聚體值，這與本研究結(jié)果相悖，即深松/深翻輪耕土壤值最低。因?yàn)楸驹囼?yàn)為雨養(yǎng)旱地，連續(xù)免耕不利于旱地麥田土壤的蓄水保墑，而耕層土壤缺乏水分就會(huì)導(dǎo)致土壤易松散，致使土壤團(tuán)聚體在水蝕作用下的分散度增加，所以土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性低[22]。另外土壤有機(jī)質(zhì)是膠結(jié)土壤小顆粒團(tuán)聚體的重要因素，連年免耕導(dǎo)致土壤緊實(shí)度增加，土壤秸稈等有機(jī)物質(zhì)聚集在土壤表層而無法有效進(jìn)入土壤，而深松/深翻輪耕處理下的土壤有機(jī)質(zhì)顯著提高，所以免耕處理不如輪耕可以有效增加土壤團(tuán)聚度和穩(wěn)定性[4, 16]。

表4 不同耕作方式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的特征參數(shù)值

C指偏倚系數(shù)；C指峰凸系數(shù)C: Bias coefficient;C: Peak convex coefficient

表5 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體各參數(shù)之間的相關(guān)性

**、*分別表示在0.01、0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)

**and* indicated that the correlation is significant at the 0.01 and 0.05 levels (2-tailed), respectively

表6 不同耕作方式下0-50 cm土層有機(jī)質(zhì)含量

另外矩法也是一個(gè)嚴(yán)密的分析土壤粒徑組成特征的方法[23-24]。其中的偏倚系數(shù)（C）表示各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體頻率分布的對(duì)稱性，即反映大于平均直徑和小于平均直徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體是否對(duì)稱平衡，正偏分布代表大于平均直徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量多于小于平均直徑，負(fù)偏分布代表后者多于前者。峰凸系數(shù)（C）表示各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體頻率分布峰態(tài)狀況，即各級(jí)團(tuán)聚體分布的集中程度。當(dāng)C＞0時(shí)為分布高峰態(tài)，意味著團(tuán)聚體分布組成集中，“含量占優(yōu)勢(shì)團(tuán)聚體”的直徑大小范圍較窄，當(dāng)C＜0時(shí)為分布低峰態(tài)，意味著各級(jí)團(tuán)聚體分布均衡，“含量占優(yōu)勢(shì)團(tuán)聚體”的直徑范圍較寬。劉夢(mèng)云等[2]研究了不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚狀況的特征參數(shù)值，結(jié)果表明有人為活動(dòng)和農(nóng)機(jī)具使用的耕地處理，其土壤小于平均直徑團(tuán)聚體含量均較多，同時(shí)隨著土壤的自然沉降作用，＜1 mm的小粒徑團(tuán)聚體隨著土壤深度的加深而更加集中。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，無論哪種耕作處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體在整個(gè)剖面上均表現(xiàn)為優(yōu)勢(shì)粒徑為小粒徑，且深松/深翻輪耕土壤中優(yōu)勢(shì)團(tuán)聚體分布相對(duì)其他耕作處理較均衡，但是連年深翻后深松會(huì)增加優(yōu)勢(shì)團(tuán)聚體的分散性，而連年深松后深翻的優(yōu)勢(shì)團(tuán)聚體分布更為集中。這是因?yàn)檫B年深翻后深松土壤擾動(dòng)降低，小粒徑團(tuán)聚體沉降速度降低，而連年深松后深翻土壤擾動(dòng)增加，小粒徑團(tuán)聚體沉降加速集中在下部土壤。

、、、、、C和C均可以表示土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的穩(wěn)定程度[11-12, 25]。有研究表明與和呈極顯著負(fù)相關(guān)，和呈極顯著正相關(guān)，這與本試驗(yàn)結(jié)果類似[8, 26]。但是劉夢(mèng)云等[2]研究結(jié)果表明，、與C呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而本研究結(jié)果表明，、和C之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，即團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越大，和值越小，但是團(tuán)聚體的分布越不集中。因?yàn)楸狙芯烤鶠楦兀骱笸寥缊F(tuán)聚作用減弱，導(dǎo)致小粒徑團(tuán)聚體下沉分散而不集中。

4 結(jié)論

無論在哪種耕作處理下，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體在旱地麥田0—50 cm土壤剖面上均表現(xiàn)為優(yōu)勢(shì)粒徑為＜1 mm的小粒徑，但是深松/深翻輪耕處理相對(duì)于其他耕作處理更有利于＞1 mm粒徑土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，可以有效增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的團(tuán)聚度和穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果也表征了深松/深翻輪耕具有更長(zhǎng)效的增產(chǎn)作用。但是，土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體穩(wěn)定性好壞是一個(gè)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果，不同的試驗(yàn)地點(diǎn)和處理均會(huì)影響其穩(wěn)定性。本文只是對(duì)黃土高原旱地麥區(qū)夏閑期耕作試驗(yàn)實(shí)施4年后的結(jié)果進(jìn)行分析，要研究不同耕作方式對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響，還需要進(jìn)行多地域長(zhǎng)期的試驗(yàn)。

[1] LIU S, YAN C, HE W, CHEN B, ZHANG Y, LIU Q, LIU E. Effects of different tillage practices on soil water-stable aggregation and organic carbon distribution in dryland farming in Northern China., 2015, 35(4): 65-69.

[2] 劉夢(mèng)云, 吳健利, 劉麗雯, 虞亞楠. 黃土臺(tái)塬土地利用方式對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響. 自然資源學(xué)報(bào), 2016, 31(9): 1564-1576.

LIU M Y, WU J L, LIU L W, YU Y N. Stability characteristics of soil water-stable aggregates under different land-use patterns on the Loess Plateau., 2016, 31(9): 1564-1576. (in Chinese)

[3] 尚金霞, 李軍, 賈志寬, 張麗華. 渭北旱塬春玉米田保護(hù)性耕作蓄水保墑效果與增產(chǎn)增收效應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(13): 2668-2678.

SHANG J X, LI J, JIA Z K, ZHANG L H. Soil water conservation effects, yield and income increments of conservation tillage measures in spring maize field on weibei highland., 2010, 43(13): 2668-2678. (in Chinese)

[4] 李娟, 李軍, 尚金霞, 賈志寬. 輪耕對(duì)渭北旱塬春玉米田土壤理化性狀和產(chǎn)量的影響. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 20(7): 867-873.

LI J, LI J, SHANG J X, JIA Z K. Effects of rotational tillage on soil physiochemical properties and spring maize yield in Weibei Highlands., 2012, 20(7): 867-873. (in Chinese)

[5] 陳恩鳳, 周禮愷. 微團(tuán)聚體的保肥供肥性能及其組成比例在評(píng)斷土壤肥力水平中的意義. 土壤學(xué)報(bào), 1994(1): 18-25.

CHEN E F, ZHOU L K. Performances of soil microaggregates in storing and supplying moisture and nutrients and role of their compositional proportion in judging fertility level., 1994(1): 18-25. (in Chinese)

[6] YODER R E. A direct method of aggregate analysis of soils and a study of the physical nature of Erosion Losses., 1936, 28(5): 337.

[7] 程科, 李軍, 毛紅玲. 不同輪耕模式對(duì)黃土高原旱作麥田土壤物理性狀的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(18): 3800-3808.

CHENG K, LI J, MAO H L. Effects of different rotational tillage patterns on soil physical in rainfed wheat fields of the Loess Plateau., 2013, 46(18): 3800-3808. (in Chinese)

[8] 劉艷, 查同剛, 王伊琨, 王高敏. 北京地區(qū)栓皮櫟和油松人工林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及有機(jī)碳特征. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24(3): 607-613.

LIU Y, ZHA T G, WANG Y K, WANG G M. Soil aggregate stability and soil organic carbon characteristics inandplantations in Beijing area., 2013, 24(3): 607-613. (in Chinese)

[9] 祁迎春, 王益權(quán), 劉軍, 于雄勝, 周彩景. 不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體組成及幾種團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)的比較. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011, 27(1): 340-347.

QI Y C, WANG Y Q, LIU J, YU X S, ZHOU C J. Comparative study on composition of soil aggregates with different land use patterns and several kinds of soil aggregate stability index., 2011, 27(1): 340-347. (in Chinese)

[10] 周虎, 呂貽忠, 楊志臣, 李保國(guó). 保護(hù)性耕作對(duì)華北平原土壤團(tuán)聚體特征的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, 40(9): 1973-1979.

ZHOU H, LV Y Z, YANG Z C, LI B G. Effects of conservation tillage on soil aggregates in huabei plain, China., 2007, 40(9): 1973-1979. (in Chinese)

[11] WANG Y, ZHANG J H, ZHANG Z H. Influences of intensive tillage on water-stable aggregate distribution on a steep hillslope., 2015, 151: 82-92.

[12] TAGAR A, ADAMOWSKI J. The stability of soil aggregates in tilled fallow areas in Hyderabad district, Pakistan., 2015, 27(1): 51-60.

[13] 劉夢(mèng)云, 常慶瑞, 齊雁冰, 孫寧. 黃土臺(tái)塬不同土地利用土壤有機(jī)碳與顆粒有機(jī)碳. 自然資源學(xué)報(bào), 2010, 25(2): 218-226.

LIU M Y, CHANG Q R, QI Y B, SUN N. Soil organic carbon and particulate organic carbon under different land use types on the Loess Plateau., 2010, 25(2): 218-226. (in Chinese)

[14] ZHAO W F, GAO Z Q, SUN M, DENG L F. Effects of tillage during fallow period on soil water and wheat yield of dryland., 2013, 11(1): 609-613.

[15] 李娟, 李軍, 程科, 韓霽昌, 王麗, 尚金霞. 渭北旱塬玉米田保護(hù)性輪耕土壤固碳效果與增產(chǎn)增收效應(yīng). 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016, 32(5): 104-111.

LI J, LI J, CHENG K, HAN J, WANG L, SHANG J. Soil organic carbon sequestration, yield and income increment of rotational tillage measures on Weibei highland maize field., 2016, 32(5): 104-111. (in Chinese)

[16] SIX J, ELLIOTT E T, PAUSTIAN K. Soil structure and soil organic matter: II. A normalized stability index and the effect of mineralogy.2000, 64(3): 1042-1049.

[17] KATZ A J, THOMPSON A H. Fractal sandstone pores: Implications for conductivity and pore formation., 1985, 54(12): 1325-1328.

[18] 侯賢清, 賈志寬, 韓清芳, 孫紅霞, 王維, 聶俊峰, 楊寶平. 不同輪耕模式對(duì)旱地土壤結(jié)構(gòu)及入滲蓄水特性的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(5): 85-94.

HOU X Q, JIA Z K, HAN Q F, SUN H X, WANG W, NIE J F, YANG B P. Effects of different rotational tillage patterns on soil structure, infiltration and water storage characteristics in dryland., 2012, 28(5): 85-94. (in Chinese)

[19] 張耀方, 趙世偉, 王子龍, 李曉曉, 李明瑞, 杜璨. 黃土高原土壤團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)的分布及作用綜述. 中國(guó)水土保持科學(xué), 2015, 13(5): 145-150.

ZHANG Y F, ZHAO S W, WANG Z L, LI X X, LI M R, DU C. Distribution and function of cementing materials of soil aggregates on the Loess Plateau, western China., 2015, 13(5): 145-150. (in Chinese)

[20] LU Q Q, WANG E H, CHEN X W. Effect of mechanical compaction on soil micro-aggregate composition and stability of black soil., 2015, 31(11): 54-59.

[21] 王麗, 李軍, 李娟, 柏?zé)樝? 輪耕與施肥對(duì)渭北旱作玉米田土壤團(tuán)聚體和有機(jī)碳含量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25(3): 759-768.

WANG L, LI J, LI J, BAI W X. Effects of tillage rotation and fertilization on soil aggregates and organic carbon content in corn field in Weibei Highland., 2014, 25(3): 759-768. (in Chinese)

[22] 孫敏, 白冬, 高志強(qiáng), 任愛霞, 鄧妍, 趙維峰, 趙紅梅. 休閑期耕作對(duì)旱地麥田土壤水分與小麥植株氮素吸收、利用的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2014, 28(1): 203-208.

SUN M, BAI D, GAO Z Q, REN A X, DENG Y, ZHAO W F, ZHAO H M. Effects of tillage in fallow period on soil water and nitrogen absorption and utilization of dryland wheat., 2014, 28(1): 203-208. (in Chinese)

[23] 吉啟慧. 粒度分析在塔克拉瑪干沙漠研究中的應(yīng)用. 中國(guó)沙漠, 1996, 11(2): 173-179.

JI Q H. Application of grain size analysis in the studies of Taklimakan Desert., 1996, 11(2): 173-179. (in Chinese)

[24] 曹振, 胡克, 張永光, 介冬梅, 趙亮. 科爾沁沙地地表沉積物粒度分析與可風(fēng)蝕性討論. 中國(guó)沙漠, 2005, 25(1): 15-19.

CAO Z, HU K, ZHANG Y G, JIE D M, ZHAO L. Grain size distribution and wind erosion possibilities of surface sediments in Horqin Sandland., 2005, 25(1): 15-19. (in Chinese)

[25] 鄭子成, 李延軒, 張錫洲, 王永東, 楊玉梅, 汪曦微. 不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體的組成及穩(wěn)定性研究. 水土保持學(xué)報(bào), 2009, 23(5): 228-231.

ZHENG Z C, LI Y X, ZHANG X Z, WANG Y D, YANG Y M, WANG X W. Study on the composition and stability of soil aggregates under different land use., 2009, 23(5): 228-231. (in Chinese)

[26] TANG Y Q, LI J, ZHANG X H, YANG P, WANG J X, ZHOU N Q. Fractal characteristics and stability of soil aggregates in karst rocky desertification areas., 2013, 65(1): 563-579.

（責(zé)任編輯 李云霞）

Stability Characteristics of Soil Water-stable Aggregates under Different Tillage Treatments in Summer Fallow on the Loess Plateau

LI Hui, DAI XinJun, GAO ZhiQiang

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

【Objective】The paper studied the effects of different tillage treatments in summer fallow on the stability characteristics of soil water-stable aggregates in the Loess Plateau.【Method】The 4 rotational tillage experiments, including 4aNT (no-tillage in four experimental years), 3aPT-ST (deep plow in three years, followed subsoiling in fourth year), 3aST-PT (subsoiling in three years, followed deep plow in fourth year), and 4aST/PT (subsoiling in first year, deep plow in second year, again subsoiling followed by alternating the next year), were conducted in dryland wheat fields of Qiujialing Village in summer fallow period from 2013 to 2017. Based on the experiments, mean weight diameter (), geometric mean diameter (), aggregate stability rate (), destruction rate (), fractal dimension (), peak convex coefficient (C) and bias coefficient (C) were used to analyze and compare soil aggregates stability (＞0.25 mm).【Result】Results indicated that the treatment of 4aPT/ST improved soil organic matter content and winter wheat yield in the dry farmland, and adoption of 4aPT/ST significantly increased the soil aggregates with particles greater than 0.25 mm by 40.4%-45.5%, 61.8%-98.0% and 39.4%-106.1% than 4aNT, 3aPT-ST and 3aST-PT, respectively. In addition,,,andCof water-stable aggregates under 4aST/PT treatment was also higher than that under other three treatments, but,andCof water-stable aggregates under 4aST/PT treatment was lower than that under other treatments at 0-50 cm soil depth (＜0.05). The correlation between parameters showed that there were significant positive correlation among,,andC, while these indexes had negative correlation with,and C(＜0.01).【Conclusion】Tillage in summer fallow influenced the stability of soil water-stable aggregates, and adoption of 4aST/PT increased soil macro-aggregate content and stability and improved dry farmland soil structure and yield.

tillage in summer fallow; dry farmland wheat field; water-stable aggregates; the stability indexes; soil structure

2017-11-03；

2018-01-22

國(guó)家自然科學(xué)基金（31771727）、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-03-01-24）、作物生態(tài)與旱作栽培生理山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（201705D111007）

李慧，E-mail：helen199121@126.com。

高志強(qiáng)，Tel：0354-6288373；E-mail：gaozhiqiang1964@126.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.13.008