秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)玉米田土壤物理性狀的影響

張佳倩，李 福，孫峰成，劉亞楠，王麗芳，張婷婷，且天真，張德健*

（1.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070；2.牧草與特色作物生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

【研究意義】我國(guó)是世界第一糧食生產(chǎn)大國(guó)，世界第二玉米生產(chǎn)大國(guó)，2020 年我國(guó)玉米產(chǎn)量高達(dá)2.606 7 億t[1]，在保障國(guó)家糧食安全，為農(nóng)民創(chuàng)收等方面有著至關(guān)重要的地位。我國(guó)年秸稈資源總量達(dá)1.04×109t，綜合利用率達(dá)80.1%[2]。玉米秸稈中富含N、P、K 及眾多微量元素，通過(guò)還田處理，使養(yǎng)分歸還到土壤中，不僅能夠有效利用秸稈資源，降低大氣污染，增加土壤肥力[3]，還能有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分含量水平[4]，降低土壤容重[5]，提高土壤含水量[6]，是目前解決秸稈資源過(guò)剩、培肥土壤地力最具有前景的辦法?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái)，更多學(xué)者把目光轉(zhuǎn)向秸稈還田與耕作方式相結(jié)合。國(guó)外對(duì)秸稈還田結(jié)合耕作方式進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)秸稈還田結(jié)合耕作方式可以通過(guò)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)影響土壤物理特性[7-8]，降低土壤容重，提高土壤孔隙度。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)研究也在逐步開(kāi)展，叢聰[9]對(duì)有機(jī)物還田結(jié)合耕作方式進(jìn)行研究，得出秸稈還田在常規(guī)旋耕條件下對(duì)0～20 cm 土層的容重、孔隙度等一系列物理性狀影響更加顯著，而在深松和深翻等深耕條件下，能夠改變30 cm土層的土壤結(jié)構(gòu)，從而對(duì)整個(gè)玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程造成持續(xù)的正面影響。李梓瑄等[10]研究表明，深翻措施降低耕層土壤容重效果最明顯，對(duì)提高土壤孔隙度也有十分明顯的作用。劉紅梅等[11]在保護(hù)性耕作對(duì)土壤團(tuán)聚體及微生物學(xué)特性的影響研究進(jìn)展一文中指出，通過(guò)秸稈還田結(jié)合免耕、少耕等措施，降低對(duì)耕地土壤擾動(dòng)，從而能夠達(dá)到優(yōu)化土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的目的。李月梅[12]研究了保護(hù)性耕作對(duì)土壤質(zhì)量的影響發(fā)現(xiàn)，秸稈還田結(jié)合免耕處理土壤總孔隙度增加3.79%，其余不還田處理均呈現(xiàn)總孔隙度下降的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，秸稈還田結(jié)合耕作措施對(duì)優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)具有顯著效果?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】我國(guó)東北地區(qū)大興安嶺東麓一帶屬典型黑土地區(qū)，長(zhǎng)年采用單一的旋耕方式，使土壤耕層變淺，犁底層堅(jiān)硬，不易植物根系的生長(zhǎng)延伸，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降[13]。長(zhǎng)期采用傳統(tǒng)耕作方式引起的土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，土壤肥力下降等問(wèn)題越發(fā)凸顯[14]，受東北地區(qū)氣候條件限制，玉米生產(chǎn)多采用一年一茬的耕作制度，秋收后秸稈還田需在冬季進(jìn)行，氣溫低也成為了制約秸稈充分腐熟的關(guān)鍵因素?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】針對(duì)大興安嶺東麓地區(qū)黑土地耕地面積減少，耕地質(zhì)量下降，秸稈資源過(guò)剩等突出問(wèn)題，本試驗(yàn)以秸稈還田結(jié)合6種不同耕作措施處理，以傳統(tǒng)耕作秸稈不還田為對(duì)照，對(duì)玉米田土壤物理性質(zhì)變化實(shí)施2年的定點(diǎn)檢測(cè)，確定對(duì)大興安嶺東麓黑土地物理性狀產(chǎn)生較優(yōu)影響的耕作方式，為實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)利用提供理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)供試玉米品種為：先鋒38p05，供試種子由內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市阿榮旗農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心提供。供試肥料：N-P-K（17-17-17），阿榮旗興農(nóng)專(zhuān)用肥有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市阿榮旗那吉鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心。阿榮旗位于大興安嶺東麓（122°02′30″～124°05′40″E，47°56′54″～49°19′35″N），海拔高度256 m，屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)氣候。氣候特點(diǎn)：年平均氣溫1.7 ℃，全年有效積溫2 394.1 ℃，全年日照時(shí)數(shù)2 750～2 850 h，年平均降水量458.4 mm，年均蒸發(fā)量1 455.3 mm。無(wú)霜期90～130 d。試驗(yàn)地土壤為典型黑土，主要種植作物為大豆、玉米、馬鈴薯、油菜、甜菜等，熟制均為一年一熟，以旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主。試驗(yàn)地基礎(chǔ)理化性狀見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地0～60 cm土壤基礎(chǔ)理化指標(biāo)Tab.1 Basic physical and chemical index of 0-60 cm soil in test site

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)7 個(gè)不同耕作處理方式，3 次重復(fù)，共計(jì)21 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為250 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。其中秸稈不還田+傳統(tǒng)翻耕為對(duì)照組，其他處理均為試驗(yàn)組。播種時(shí)，嚴(yán)格按照表2中方案實(shí)施，于2018年4月20日播種。田間管理同大田，試驗(yàn)田前茬作物為玉米。

表2 秸稈還田結(jié)合耕作措施試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 Experimental design of straw returning to field combined with tillage measures

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)[15]于玉米播種前和收獲后采用“S”型五點(diǎn)取樣法，每小區(qū)選取5 個(gè)取樣點(diǎn)，采集0～10，10～20，20～40，40～60 cm 土壤樣品，利用干篩法，將土樣處理風(fēng)干后，沿著土壤自然結(jié)構(gòu)掰成直徑1 cm 左右的團(tuán)塊，隨機(jī)取500 g樣品使用團(tuán)聚體分析儀對(duì)≥7 mm、5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm、0.25 mm及≤0.053 mm 的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)含量進(jìn)行測(cè)定。并根據(jù)Tisdall[16]等分級(jí)方法，把＞0.25 mm 粒級(jí)的團(tuán)聚體稱(chēng)為大團(tuán)聚體（macro-aggregate）；＜0.25 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體稱(chēng)為微團(tuán)聚體（micro-aggregate）。

式中：R＞0.25為大團(tuán)聚體含量，M＞0.25為＞0.25mm團(tuán)聚體質(zhì)量，MT為未篩前土壤總質(zhì)量。

1.4.2 土壤容重、土壤總孔隙度[17]于玉米播種前和收獲后，采用“S”型五點(diǎn)取樣法，每小區(qū)選取5 個(gè)取樣點(diǎn)，清除土壤表面植物殘留，刮平表面，應(yīng)用環(huán)刀法（環(huán)刀體積為100 cm3）在取樣點(diǎn)用鐵鏟挖作業(yè)剖面，設(shè)置土層為0～10，10～20，20～40，40～60 cm的作業(yè)平臺(tái)，利用環(huán)刀取土，每個(gè)平臺(tái)取3次重復(fù)后立即將環(huán)刀置于環(huán)刀盒中，以免水分蒸發(fā)。取好的環(huán)刀放置在有紗布的托盤(pán)中，加水，吸水12 h后稱(chēng)量，進(jìn)行容重和孔隙度相關(guān)計(jì)算。

式中：W1為烘干土質(zhì)量和環(huán)刀質(zhì)量（g），W0環(huán)刀質(zhì)量（g）；ρ為土壤密度（2.65g/cm3），V為環(huán)刀體積。

1.4.3 土壤質(zhì)量含水量[17]分別于玉米播種前、苗期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿期、玉米收獲后，采用“S”型五點(diǎn)取樣法在每小區(qū)選取5個(gè)點(diǎn)，用土鉆取0～10，10～20，20～40，40～60 cm 土樣，每個(gè)土層取3次重復(fù)土樣，分裝到鋁盒中，就地稱(chēng)量M1，回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用恒溫箱烘干法烘干至恒重，冷卻后稱(chēng)量質(zhì)量M2，最后洗去內(nèi)壁土壤，晾干后鋁盒稱(chēng)量M0，進(jìn)行計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行整理繪圖，使用GraphPad Grism 8.0.2進(jìn)行繪圖，SPSS 18.0進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)玉米田土壤團(tuán)聚體組成的影響

如圖1 所示，第一年播種前在0～10 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）和旋耕（SRT）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 降低，其余各處理較CK 升高0.33%～1.62%；在10～20 cm 土層中，重耙（SH）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK升高，差異不顯著；20～40 cm 土層中，深松+重耙（SSH）、深松淺翻+重耙（SSS）和重耙（SH）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 升高了0.17%～1.38%；在40～60 cm 土層中，全部處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)均較CK 升高，升高范圍為0.58%～3.45%，不同耕作方式對(duì)土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比具有一定的影響。在0～60 cm 土層中，各處理大團(tuán)聚體占比達(dá)到93.46%以上，對(duì)各個(gè)處理的土壤團(tuán)聚體粒級(jí)占比分析比較，發(fā)現(xiàn)各處理土壤團(tuán)聚體粒級(jí)占比從大到小順序整體均表現(xiàn)為5～2 mm、≥7 mm、2～1 mm、7～5 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.053 mm、＜0.053 mm；秸稈還田條件下不同耕作方式在不同土層對(duì)比傳統(tǒng)耕翻能不同程度的增加土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比，但各個(gè)耕作方式之間不同粒級(jí)團(tuán)聚體的分布存在相同的趨勢(shì)，說(shuō)明不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體的分布影響不明顯。

圖1 2018年播前土壤團(tuán)聚體組成Fig.1 The composition of soil aggregates before planting in 2018

如圖2所示，第一年收獲后0～10，20～60 cm 土層中各處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比整體趨勢(shì)表現(xiàn)為高于播種前，10～20 cm 土層中各處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較播種前有所降低。在0～10 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）和深松+重耙（SSH）處理土壤大團(tuán)粒比結(jié)構(gòu)較CK 降低，其余各處理較CK 升高1.77%～3.35%；在10～20 cm 土層中，深松淺翻+重耙（SSS）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 升高，差異不顯著；20～40 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比較CK 降低，其余各處理較CK 升高，差異不顯著；在40～60 cm 土層中，旋耕（SRT）和免耕（SZT）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比較CK 降低，其余各處理較CK升高，差異不顯著。與播種前土壤團(tuán)聚體粒級(jí)結(jié)構(gòu)比較，在0～60 cm土層中，7～5 mm團(tuán)粒結(jié)構(gòu)大于2～1 mm，其余各粒級(jí)大小整體與播種前趨勢(shì)相同，大團(tuán)聚體占比均達(dá)到93.61%以上。收獲后在不同土層各個(gè)處理的土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比與CK均沒(méi)有顯著差異，且不同處理間團(tuán)聚體粒級(jí)大小分布趨勢(shì)相同，秸稈還田條件不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體的分布影響不明顯。

圖2 2018年收獲后土壤團(tuán)聚體組成Fig.2 The composition of soil aggregates after harvest in 2018

第二年播種前秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體分布的影響如圖3 所示。在0～10 cm土層中，深翻+重耙（SDH）和旋耕（SRT）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 降低，與第一年播種前土壤大團(tuán)粒較CK 變化一致，其余各處理較CK 升高0.14%～1.36%；在10～20 cm 土層中，重耙（SH）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 升高，差異不顯著；20～40 cm 土層中，深松+重耙（SSH）、深松淺翻+重耙（SSS）和重耙（SH）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 升高，升高范圍為0.32%～1.52%；在40～60 cm 土層中，深松+重耙（SSH）和旋耕（SRT）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 分別升高了0.41%和1.17%。深松+重耙，深松淺翻+重耙相比傳統(tǒng)耕作能增加土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比。在0～20 cm土層中，各處理土壤團(tuán)聚體粒級(jí)占比從大到小順序整體表現(xiàn)為5～2 mm、≥7 mm、2～1 mm、7～5 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.053 mm、＜0.053 mm，在20～60 cm 土層中，各處理土壤團(tuán)聚體粒級(jí)占比從大到小順序整體表現(xiàn)為5～2 mm、≥7 mm、7～5 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.053 mm、＜0.053 mm，0～20 cm 土層中團(tuán)聚體粒級(jí)占比與第一年播種前一致，20～60 cm 團(tuán)聚體粒級(jí)占比與第一年收獲后一致，說(shuō)明秸稈還田條件下不同耕作方式主要影響7～5 mm 和2～1 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體的分布，且分布因土層深度而存在差異。大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比均達(dá)到93.71%以上。

圖3 2019年播前土壤團(tuán)聚體組成Fig.3 The composition of soil aggregates before planting in 2019

第二年收獲后秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體分布的影響如圖4 所示，在0～10 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）和深松+重耙（SSH）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比較CK 降低，其余各處理較CK 升高1.80%～3.25%；在10～20 cm 土層中，深松淺翻+重耙（SSS）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 升高，差異不顯著；20～40 cm 土層中，重耙（SH）、旋耕（SRT）和免耕（SZT）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比較CK 升高，差異不顯著；在40～60 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占比較CK 升高，升高范圍為0.09%～0.64%。從兩年播種前和收獲后可以看出不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體的組成和分布有影響，特別是秸稈還田條件下深松淺翻+重耙（SSS）處理，在0～60 cm 均能夠增加土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。10～20 cm 土層中各處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較播前有所降低，20～40 cm 土層中各處理大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)整體趨勢(shì)表現(xiàn)為高于播種前，與第一年收獲后呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。大團(tuán)聚體占比均達(dá)到93.68%以上。

圖4 2019年收獲后土壤團(tuán)聚體組成Fig.4 The composition of soil aggregates after harvest in 2019

2.2 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)玉米田土壤容重的影響

秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)玉米田土壤容重的影響如圖5 所示。第一年播種前0～10 cm 土層中，深松+重耙（SSH）、旋耕（SRT）和免耕（SZT）容重的顯著低于CK（P＜0.05），分別較CK 降低了10.7%、10%和10%，其余處理間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；10～20 cm 土層中，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），降低了7.7%～11.3%；20～40 cm 土層中，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），重耙（SH）處理變化幅度最大，較CK 降低了10.6%；40～60 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）和免耕（SZT）處理容重顯著低于CK（P＜0.05），分別降低了6.2%和6.9%。播種前，0～40 cm 土層中，深松+重耙（SSH）、旋耕（SRT）處理的容重顯著低于CK（P＜0.05），免耕（SZT）處理在0～60 cm均能顯著降低土壤容重（P＜0.05）。收獲后0～10 cm土層中，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），且各處理間無(wú)顯著性差異（P＞0.05），深翻+重耙（SDH）處理變化幅度最大，較CK 降低了11.5%；10～20 cm 土層中，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），降低了5.8%～12.9%；20～40 cm 土層中，除免耕（SZT）處理以外，其余各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），深翻+重耙（SDH）處理變化幅度最大，較CK 降低了14.2%；40～60 cm 土層中，除深松+重耙（SSH）和免耕（SZT）處理外，其余各處理容重顯著低于CK（P＜0.05），深翻+重耙（SDH）處理變化幅度最大，較CK 降低了9.7%。收獲后0～20 cm 不同耕作處理均能降低土壤容重；各土層除免耕（SZT）處理外，較播種前容重呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)。在第二年播種前0～10 cm 土層，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），較CK 降低了9.3%～15.0%；10～20 cm 土層中，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），其中，深翻+重耙（SDH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理顯著低于其他處理，分別較CK 降低了13.8%和18.1%；20～40 cm 土層，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），深松+重耙（SSH）處理變化幅度最大，較CK 降低了16.8%；40～60 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）和深松+重耙（SSH）處理容重顯著低于CK（P＜0.05），同時(shí)，深翻+重耙（SDH）處理顯著高于其他處理（P＜0.05），較CK 降低了10.1%。深翻+重耙（SDH）處理、免耕（SZT）處理下，第一年播種前與第二年播種前0～10cm土層的土壤容重存在顯著差異（P＜0.05），第二年播種前與第一年播種前深松+重耙（SSH）處理的土壤容重較CK 均呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)。收獲后0～10 cm 土層中，各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），降低范圍為13.5%～19.5%，且各處理間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；10～20 cm 土層中，除免耕（SZT）處理外，其余各處理容重均顯著低于CK（P＜0.05），深松+重耙（SSH）處理變化幅度最大，較CK 降低了21.7%；20～40 cm 土層，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和重耙（SH）處理容重顯著低于CK 和其他處理（P＜0.05），分別較CK 降低17.4%、16.7%和16.7%；40～60 cm 土層中，深松+重耙（SSH）處理容重顯著低于其他組（P＜0.05），較CK 降低8.6%。在0～60 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理容重較播種前呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)。兩年中土壤容重變化趨勢(shì)相同，各處理不同土層的土壤容重變化趨勢(shì)相同，各處理不同土層的土壤容重均低于CK，且收獲后較播種前呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，相比傳統(tǒng)耕作方式，深翻+重耙（SDH），深松+重耙（SSH），深松淺翻+重耙（SSS）能夠有效降低土壤容重。

圖5 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤容重的影響Fig.5 Effects of different tillage methods on soil bulk density under the condition of returning straw to the field

2.3 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)玉米田土壤總孔隙度的影響

秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤總孔隙度的影響如圖6 所示，第一年播種前0～10 cm 土層中，除重耙（SH）處理，其余處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），較CK 增加1.51%～5.66%，且其余處理間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；10～20 cm 土層中，各處理土壤孔隙度均顯著低于CK（P＜0.05）；20～40 cm 土層，除深松+重耙（SSH）處理，其余處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），其中，重耙（SH）處理增幅最大，較CK 增加了5.66%；40～60 cm 土層中，各處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），升高范圍為2.26%～3.77%。收獲后0～10 cm 土層，除免耕（SZT）處理外，其他處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），其中，深翻+重耙（SDH）處理增幅最大，相比CK 增加了6.03%；其余各處理間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。收獲后，各土層除免耕（SZT）土壤總孔隙度，整體較播種前土壤總孔隙度呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

圖6 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤總孔隙度的影響Fig.6 Effects of different tillage methods on total soil porosity under the condition of returning straw to the field

在第二年播種前0～10 cm 土層中，除重耙（SH）、旋耕（SRT）外，其余處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），升高范圍為4.91%～7.92%；10～20 cm土層中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松淺翻+重耙處（SSS）理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），分別較CK 升高了7.17%、7.55%和9.44%；20～40 cm土層，除旋耕（SRT）、免耕（SZT）處理外，其余各處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），深松+重耙（SSH）處理增幅最大，較CK增高了9.05%；40～60 cm土層中各處理間無(wú)顯著差異。深松淺翻+重耙（SSS）處理10～20 cm 土層，重耙（SH）處理10～20 cm 土層，旋耕（SRT）處理的0～10，20～40，40～60 cm 土層，免耕（SZT）處理0～10 cm 土層，第一年播種前和第二年播種前的土壤孔隙度存在顯著差異（P＜0.05）收獲后0～10 cm土層，各處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），升高范圍為6.79%～9.81%，各處理間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；10～20 cm土層中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理土壤孔隙度均顯著高于CK（P＜0.05），其中，深松+重耙（SSH）處理增幅最大，相比CK 升高了11.33%；20～40 cm 土層，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理土壤孔隙度顯著高于CK 和其他處理（P＜0.05），分比較CK 升高9.06%、8.68%和8.68%；40～60 cm 土層中，各處理間無(wú)顯著差異（P＞0.05），與播種前一致。深松+重耙（SSH）處理下，2018年收獲后和2019年收獲后相同土層之間土壤孔隙度無(wú)顯著差異（P＞0.05）。兩年中秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)玉米田土壤總孔隙度的影響整體變化趨勢(shì)相同，在0～40 cm 土層中深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理土壤孔隙度較播種前呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

2.4 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)玉米田土壤質(zhì)量含水量的影響

第一年秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)各土層土壤質(zhì)量含水量的影響如圖7 所示。在0～10 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均達(dá)到4.70%以上，在6月5日均達(dá)到峰值，除8月5日（抽雄吐絲期）和9月5 日外，播種前、苗期、大喇叭口期和收獲后土壤含水量分別較CK 提高了6.55%～17.70%、0.59%～3.14%、1.00%～6.44%和1.03%～10.15%。且播種前各處理土層土壤質(zhì)量含水量均顯著高于CK（P＞0.05），其他時(shí)期各處理較CK 均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。在10～20 cm 土層，各處理土壤質(zhì)量含水量均達(dá)10.84%以上，除深松淺翻+重耙（SSS）處理外，其他處理土壤質(zhì)量含水量均在9 月5 日達(dá)到峰值。播種前深松淺翻+重耙（SSS）處理、大喇叭口期重耙（SH）、旋耕（SRT）處理顯著高于CK（P＜0.05），收獲期各處理土壤質(zhì)量含水量均高于CK，較CK 提高了1.98%～4.87%，其余時(shí)期各處理較CK 無(wú)顯著差異（P＞0.05）。在20～40 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均到達(dá)11.71%以上，均在灌漿期達(dá)到峰值。在播種前除旋耕（SRT）處理外，其余各處理土壤質(zhì)量含水量較CK 均顯著增加（P＜0.05），增加范圍為2.19%～9.38%，其他各時(shí)期不同處理土壤質(zhì)量含水量無(wú)顯著差異（P＞0.05）。在40～60 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均達(dá)到11.18%以上，播種前的深翻+重耙（SDH）、深松淺翻+重耙（SSS）、重耙（SH）和免耕（SZT）處理較CK 顯著增加（P＜0.05），分別增加了7.91%、4.87%、8.41%和5.22%，苗期重耙（SH）處理較CK 顯著增加（P＜0.05），增加了29.04%，其他時(shí)期各處理土壤質(zhì)量含水量均較CK無(wú)顯著差異（P＞0.05）。綜上所述，自6月5日（苗期）起至9月15日（灌漿期）各處理土壤質(zhì)量含水量均呈現(xiàn)出先降后增的趨勢(shì)，并于9月15日達(dá)到峰值，9月15日至10 月1 月（收獲期），除深松+重耙（SSH）處理在20～40 cm 土層呈現(xiàn)上升趨勢(shì)外，其他處理土壤質(zhì)量含水量均較灌漿期有所降低。

圖7 2018年秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)各土層土壤含水量的影響Fig.7 Effects of different tillage methods on soil moisture content of each soil layer under the condition of returning straw to the field in 2018

第二年秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)各土層土壤質(zhì)量含水量影響如圖8 所示。在0～10 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均達(dá)到9.62%以上，播種前深松+重耙（SSH）、深松淺翻+重耙（SSS）、重耙（SH）和免耕（SZT）處理、灌漿期重耙（SH）處理和收獲期深松+重耙（SSH）處理土壤質(zhì)量含水量顯著高于CK（P＜0.05），播種前分別較CK 高3.02%、4.65%、11.51%和5.93%；灌漿期較CK 高6.06%；收獲期較CK 高13.92%；在大喇叭口期，除深翻+重耙（SDH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理外，各處理土壤質(zhì)量含水量較CK 顯著降低（P＜0.05），降低范圍為1.95%～4.64%，其余各處理在不同時(shí)期土壤質(zhì)量含水量較CK 均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。在10～20 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均達(dá)到14.53%以上，灌漿期重耙（SH）處理的土壤質(zhì)量含水量顯著高于CK（P＜0.05），較CK 高6.06%，苗期各處理土壤質(zhì)量含水量較CK 均顯著降低4.45%～7.67%（P＜0.05），其余各處理在不同時(shí)期土壤質(zhì)量含水量較CK 均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。20～40 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均達(dá)到13.50%以上，播種前各處理土壤質(zhì)量含水量顯著高于CK（P＜0.05），范圍為3.69%～9.15%；在大喇叭口期，除深翻+重耙（SDH）處理外，其余各處理土壤質(zhì)量含水量較CK 均顯著降低（P＜0.05），降低范圍為0.17%～2.40%；收獲期的旋耕（SRT）處理較CK 顯著降低（P＜0.05），降低了10.69%，其余各處理在不同時(shí)期土壤質(zhì)量含水量較CK 均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。40～60 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均達(dá)到16.57%以上。播種前深翻+重耙（SDH）處理土壤質(zhì)量含水量顯著高于CK（P＜0.05），較CK 高出3.41%；苗期除旋耕（SRT）處理外，其余各處理土壤質(zhì)量含水量較CK 均顯著降低了0.17%～2.05%（P＜0.05）；大喇叭口期深松+重耙（SSH）和旋耕（SRT）處理較CK 顯著降低了2.40%和3.25%（P＜0.05）；收獲期重耙（SH）處理較CK 顯著降低（P＜0.05），降低了9.68%，其余各處理在不同時(shí)期土壤質(zhì)量含水量較CK 均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。重耙（SH）和旋耕（SRT）處理下，第一年播種前和第二年播種前的土壤含水量無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。深翻+重耙處理0～10cm土層及免耕（SZT）40～60 cm 土層中，第一年收獲后的土壤質(zhì)量含水量與第二年收獲后的土壤質(zhì)量含水量存在顯著差異（P＜0.05），由此可見(jiàn)，0～20 cm 土層土壤質(zhì)量含水量對(duì)秸稈還田條件下不同耕作方式的響應(yīng)較為明顯，各處理土壤質(zhì)量含水量整體隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，并于灌漿期達(dá)到峰值，除深松+重耙（SSH）處理外，灌漿期至收獲期，土壤質(zhì)量含水量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；在20～60 cm 土層中，各處理間土壤質(zhì)量含水量波動(dòng)較小，且自苗期至灌漿期均呈現(xiàn)出先下降后增加的變化趨勢(shì)。

圖8 2019年秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)各土層土壤含水量的影響Fig.8 Effects of different tillage methods on soil moisture content of each soil layer under the condition of returning straw to the field in 2019

3 結(jié)論與討論

3.1 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響

作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)離不開(kāi)土壤良好的水、肥、氣、熱條件，文章通過(guò)探究秸稈還田條件下深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）、深松淺翻+重耙（SSS）、重耙（SH）、旋耕（SRT）、免耕（SZT）、傳統(tǒng)耕作（CK）對(duì)玉米田土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)分布、土壤容重、總孔隙度及土壤質(zhì)量含水量進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，不同耕作措施能夠在不同程度上改善土壤物理性狀。土壤團(tuán)聚體的組成和含量是土壤物理性狀的敏感性指標(biāo)，反應(yīng)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，良好的土壤團(tuán)聚體組成，對(duì)土壤養(yǎng)分的保持具有重要意義[18]。對(duì)團(tuán)聚體的研究發(fā)現(xiàn)，深松淺翻+重耙（SSS）處理在0～60 cm 土層均能夠有效增加土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。這與劉波[19]的研究結(jié)果相一致，過(guò)多的機(jī)械作業(yè)會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，深松淺翻能減少機(jī)械作業(yè)次數(shù)，淺層耕翻可以促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)團(tuán)?；男纬?，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，有利于土壤肥力的提高。Elliott[20]的研究顯示常規(guī)耕作加快了大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率，導(dǎo)致土壤中大團(tuán)聚體含量減少，而游離微團(tuán)聚體較多。這與文章研究結(jié)果存在差異，兩年播種前，0～10 cm 土層中深翻+重耙（SDH）、旋耕（SRT）處理的土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 降低，收獲后0～10 cm 土層中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）處理土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 降低，但差異均不顯著，這可能是由于表層土壤易受擾動(dòng)以及土壤翻動(dòng)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)體破壞導(dǎo)致的。其余處理在不同土層土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較CK 升高，且不同耕作處理大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)均達(dá)93%以上，土壤團(tuán)聚體的形成是有機(jī)膠結(jié)作用的結(jié)果，說(shuō)明秸稈還田后植物殘?bào)w作為膠結(jié)物質(zhì)，能促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成。此外，研究顯示不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體分布的影響不明顯，這與李景等[21]在河南孟津縣進(jìn)行的連續(xù)13 年的保護(hù)性耕作試驗(yàn)存在差異，這是因?yàn)楦纳仆寥澜Y(jié)構(gòu)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，本文進(jìn)行的為期兩年的試驗(yàn)研究年限較短，不足以看出明顯差異。

3.2 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤容重和孔隙度的影響

土壤容重和土壤孔隙度大小可以反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性、保水能力高低以及土壤緊實(shí)度。對(duì)土壤容重和土壤孔隙度的研究表明，各處理土壤容重在各土層均低于CK，且呈現(xiàn)出隨著耕作年份增加而逐年下降的趨勢(shì)，各處理土壤孔隙度在各土層均高于CK，呈現(xiàn)出隨耕作年限增加的趨勢(shì)。這與平翠枝等[22]的研究結(jié)果一致，表明常規(guī)耕作不利于為作物創(chuàng)造疏松良好的生長(zhǎng)環(huán)境，容易造成土壤過(guò)度緊實(shí)，透水透氣性差，不利于作物生長(zhǎng)。在第一年收獲后20～40 cm，第二年收獲后10～20 cm，除免耕（SZT）外，其余各處理土壤容重均顯著低于CK，這與孫國(guó)峰等[23]研究發(fā)現(xiàn)免耕處理下0～10 cm 土層土壤容重顯著降低，土壤孔隙度提高存在差異，可能是因?yàn)槊飧斩捀采w不翻動(dòng)土壤，播種機(jī)械進(jìn)一步壓實(shí)土壤，導(dǎo)致土壤緊實(shí)度增加，而CK采用傳統(tǒng)翻耕，降低了土壤緊實(shí)度，從而導(dǎo)致免耕與傳統(tǒng)耕作間未出現(xiàn)顯著差異；候雪坤[24]研究也認(rèn)為免耕與傳統(tǒng)耕作下土壤容重與孔隙度無(wú)顯著差異，而與土壤質(zhì)地，種植制度等有關(guān)。此外，40～60 cm 土層土壤容重對(duì)秸稈還田條件下不同耕作方式的響應(yīng)來(lái)看，只有深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松淺翻+重耙（SSS）處理較為顯著的降低耕地容重，同時(shí)提高了土壤總孔隙度，且與耕作第一年播前比較，上述三個(gè)處理在0～40 cm 土層土壤容重均降低了0.12 g/cm3以上，總孔隙度提高了6.04%以上。張石[25]在土默川平原灌區(qū)對(duì)耕層土壤進(jìn)行了相似的秸稈還田加耕作方式試驗(yàn)，結(jié)果表明，深松、深翻能夠有效降低土壤容重，降幅分別達(dá)到8.55%和16.3%。武志杰等[26]通過(guò)對(duì)秸稈還田的研究表明，秸稈還田后能夠顯著增加土壤孔隙度，增幅達(dá)到8.64%～15.65%。上述研究均與本文研究土壤容重及孔隙度變化趨勢(shì)相同，說(shuō)明秸稈還田、深翻、深松能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高蓄水保墑的能力；但變化程度不同，可能是由于土壤類(lèi)型及使用耕作機(jī)械不同所導(dǎo)致。

3.3 秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤質(zhì)量含水量的影響

土壤水分是作物生長(zhǎng)的一個(gè)重要因素，有學(xué)者研究表明[27]，耕作措施對(duì)0～40 cm 土壤質(zhì)量含水量有顯著影響，合理的耕作措施有利于土壤質(zhì)量含水量的增加。秸稈還田條件下不同耕作方式對(duì)土壤質(zhì)量含水量的研究顯示，兩年內(nèi)不同耕作方式處理下，各處理土壤質(zhì)量含水量總體呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)，并在灌漿期達(dá)到峰值，各處理間規(guī)律不明顯。柏?zé)樝嫉萚28]研究表明土壤水分狀況受降雨、地表蒸發(fā)，作物蒸騰耗水和降雨入滲等因素綜合影響。通過(guò)對(duì)實(shí)地考察結(jié)合網(wǎng)絡(luò)氣象調(diào)查發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)地全年降水總體呈現(xiàn)出波動(dòng)的趨勢(shì)，且降水集中在7、8、9月份，這與灌漿期土壤含水量達(dá)到峰值的情況相符。此外，在第一年播種前0～10 cm 土層，第二年20～40 cm 土層中，各處理土壤質(zhì)量含水量均顯著高于CK，與張建軍[29]、Dinah[30]、Evans[31]的研究結(jié)果相一致，傳統(tǒng)耕作以秸稈不還田和翻耕為主，可能與秸稈還田可以通過(guò)改善土壤通氣透水條件[32]、減少水分蒸散、降低地表涇流、涵養(yǎng)水源、改土保墑?dòng)嘘P(guān)，且翻耕使土壤耕層過(guò)于疏松，導(dǎo)致土壤表層蓄水保水能力變差，水分蒸發(fā)流失較快。耕作方式也能夠有效改善土壤水分特性，在第二年大喇叭口期20～40 cm土層中，除深翻處理外，其余各處理土壤質(zhì)量含水量均較CK顯著下降，這可能是由于深翻降低了水分的下滲能力，使水分蓄積在20～40 cm處。宮亮等[33]研究發(fā)現(xiàn)，多種耕作方式相結(jié)合，能夠有效改善土壤水分環(huán)境，旋耕+深松和旋耕+深翻處理實(shí)施后，都顯著增加了土壤含水量；也有研究表明深松更能夠增加水分入滲效率，增加2.5%以上的土壤水分含量[34]。這與本文的研究結(jié)果不同，可能是由于地域降水條件不同，加之本文未對(duì)降水進(jìn)行可控性試驗(yàn)，所以與他人的研究產(chǎn)生了差異。

綜合考量，秸稈還田條件下深松+重耙（SSH）處理和深松淺翻+重耙（SSS）處理較其他處理改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤養(yǎng)分能力強(qiáng)，在秸稈還田條件下，可優(yōu)先選用深松及深松淺翻耕作作為試驗(yàn)地玉米種植的耕作措施。

致謝：內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFDZ0060）和鄂爾多斯市“揭榜掛帥”項(xiàng)目（JBGS-2021-001）同時(shí)對(duì)本研究給予了資助，謹(jǐn)致謝意！