秸稈還田方式對土壤水分影響的機(jī)制

doi：10.3969/j.issn.1000-4440.2024.05.008

收稿日期：2023-05-04

基金項(xiàng)目：吉林省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20210101100JC）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-37）

作者簡介：趙" 政（1999-），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，碩士研究生，從事土壤質(zhì)量提升與養(yǎng)分循環(huán)研究。（E-mail）807026494@qq.com

通訊作者：劉淑霞，（E-mail）liushuxia69@163.com

摘要：" 為了探究不同秸稈還田方式對土壤水分的影響， 并揭示秸稈還田方式對土壤水分的影響機(jī)理， 本研究設(shè)置對照（CK）與6種處理， 開展室內(nèi)室外分析和定位試驗(yàn)， 測定土壤水分指標(biāo)并進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明， 秸稈還田可以提高土壤的蓄水和供水能力， 具體表現(xiàn)為土壤的含水量、飽和持水量、最大分子含水量、比水容量的提高， 與對照相比SB處理效果最好；秸稈還田可以增強(qiáng)土壤中水分的運(yùn)動能力， 提高土壤中可被植物利用的水分含量， 具體表現(xiàn)為土壤田間最小持水量、毛管持水量、自由水含量、有效水含量的提高；秸稈還田可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量， 降低容重， 提高黏粒含量， 增大土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比， 提高土壤水分的有效性， 與對照相比SB處理效果最好；土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤黏粒含量、土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比、土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）與土壤飽和持水量、田間最小持水量、萎蔫系數(shù)、水力傳導(dǎo)度呈顯著或極顯著正相關(guān)；土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）、不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)（ELT）與土壤飽和持水量、自由水含量、萎蔫系數(shù)、最大分子含水量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)合秸稈還田對土壤水分特性的影響和相關(guān)性分析結(jié)果， 可以得出秸稈還田對土壤水分影響的作用機(jī)制：秸稈在土壤中被分解后， 土壤有機(jī)質(zhì)含量增高， 容重降低， 大大增加了土壤顆粒的比表面積， 土壤中黏粒含量增多， 總孔隙、大孔隙、中孔隙的占比提高， 土壤結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化， 綜合提高了土壤的蓄水和供水能力， 促進(jìn)了土壤對水分的吸收和利用。綜合來看， 秸稈翻埋還田方式適合中國東北地區(qū)， 本研究結(jié)果為農(nóng)民選擇合適的秸稈還田方式提供了科學(xué)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：" 秸稈還田；土壤水分；機(jī)理；相關(guān)性分析

中圖分類號：" S141.4nbsp;"" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：" A""" 文章編號：" 1000-4440（2024）05-0835-11

Mechanism of the effect of straw returning on soil moisture

ZHAO Zheng1，" WANG Chengyu1，" MI Yangchen1，" HAN Hua1，" FENG Qiuping1，" GAO Yunhang2，" LIU Shuxia1

（1.College of Resources and Environment of Jilin Agricultural University/Key Laboratory of Sustainable Utilization of Soil Resources of Commodity Grain Base of Jilin Province， Changchun 130118， China;2.College of Animal Science and Technology of Jilin Agricultural University， Changchun 130118， China）

Abstract：" To investigate the effects of different straw returning methods on soil moisture and to reveal the mechanism of the effects of straw returning methods on soil moisture， control （CK） and six treatments were set up in this study. The six treatments were straw burying and returning （SB）， straw rotational tillage and returning （SRT）， straw chopping and mixing and returning （SC）， straw mulching and returning （SM）， straw returning and leaving high stubble （SHS） and straw strip returning （SS）， respectively. Indoor and outdoor analyses and location experiments were performed to measure the soil moisture indices and to analyze the correlation between the two methods. The results showed that straw returning could improve the water storage and supply capacity of the soil， which was specifically manifested as the increase of soil water content， saturated water holding capacity， maximum molecular water content， specific water capacity value， and the SB treatment showed the best effect compared with the control. Besides， straw returning could enhance the movement ability of the water in the soil and increase the content of water in the soil that could be utilized by plants， which was specifically manifested as the increase of the minimum water holding capacity of the field soil， capillary water content， free water content and effective water content. Furthermore， straw returning could increase soil organic matter content， reduce the volumetric weight， increase the content of clay particles， improve the proportions of total soil pores， large soil pores and medium soil pores and could improve the effectiveness of soil water， and the SB treatment showed the best effect compared with the control. Soil organic matter content， soil clay particles content and the proportions of total soil pores， large soil pores and medium soil pores， mean weight diameter （MWD） of soil aggregates， geometric mean diameter （GMD） of soil aggregates showed significantly or highly significantly positive correlation with soil saturated water-holding capacity， field minimum water-holding capacity， coefficient of wilting， and hydraulic conductivity. Percentage of aggregate disruption （PAD） and unstable aggregate index （ELT） showed significantly or highly significantly negative correlation with soil saturated water holding capacity， free water content， wilting coefficient， and maximum molecular water content. Combined with the results such as the influence of straw returning on soil moisture characteristics and correlation analysis， the mechanism of the effect of straw returning on soil moisture can be concluded as follows： after the straws were decomposed in the soils， the soil organic matter content increased， the volumetric weight decreased， the specific surface area of soil particles increased greatly， the content of clay particles in the soil increased， the percentages of total soil pores， large soil pores and medium soil pores increased， the soil structure was optimized， the soil’s abilities of storing water and supplying water were comprehensively improved， and the soil’s abilities of water absorption and utilization were strengthened. In conclusion， the method of straw burying is suitable for lands in Northeast China， and the results in this study can provide scientific guidance for farmers to choose appropriate method of straw returning.

Key words：" straw returning;soil moisture;mechanism;correlation analysis

水是生命之源。土壤缺水會影響作物生長，甚至導(dǎo)致作物死亡，進(jìn)而影響產(chǎn)量。土壤水分對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展至關(guān)重要，它不僅為田間農(nóng)作物提供生長、發(fā)育所需的水分，還可以作為載體來運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移溶質(zhì)。

干旱是世界上最常見的自然災(zāi)害。近年來，抗旱已成為世界各國研究的熱點(diǎn)，許多學(xué)者對干旱進(jìn)行了廣泛而深入的研究。東北三省是中國主要糧食生產(chǎn)區(qū)，這里土地肥沃，被稱為“天下糧倉”。但近些年來，東北三省的氣候呈現(xiàn)出降雨減少、氣溫上升的趨勢，這使得農(nóng)業(yè)水資源的收支失衡愈發(fā)嚴(yán)重。并且，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境較為脆弱，對旱災(zāi)造成的損害的復(fù)原能力較低，直接影響到中國的糧食供給。

近幾年，秸稈還田逐漸成為研究熱點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田具有提高土壤含水量、加快大團(tuán)聚體形成、改善鹽漬土、增加土壤肥力、提高農(nóng)作物產(chǎn)量等諸多優(yōu)點(diǎn)。An等的研究結(jié)果表明，與秸稈未還田的土壤相比，秸稈還田處理的土壤含水量提高了6.1%～7.8%，玉米的產(chǎn)量提高了6.7%～8.2%。李玉梅等的研究結(jié)果表明，土壤水分含量在作物成熟期最高，且土層30 cm以下的水分含量顯著增大，同一土層中深翻處理相對淺翻處理的含水量提升了3.23%～8.41%。Lin等研究發(fā)現(xiàn)，在中國北方地區(qū)，與常規(guī)種植方法相比，秸稈還田后玉米的產(chǎn)量與不還田相比提高了7.5%，特別是在年降水量不超過600 mm的地區(qū)。

綜上所述，在生產(chǎn)實(shí)踐中秸稈還田改善了土壤的蓄水性，是緩解干旱危害的重要途徑。由此可見，秸稈還田對東北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。但大多數(shù)研究只分析了秸稈還田對土壤水分的影響，并沒有追本溯源，探究其具體作用機(jī)理。因此，本研究擬通過室內(nèi)室外分析和定位試驗(yàn)，對不同秸稈還田方式下的土壤理化性質(zhì)和土壤水分的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，以期探究秸稈還田是否通過影響土壤理化性質(zhì)來影響土壤水分狀況。本研究結(jié)果將為東北地區(qū)農(nóng)民選擇合適的秸稈還田方式提供科學(xué)指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院科研試驗(yàn)基地（47°15′N，123°40′E）。該地屬于中國東北西部，土壤類型為碳酸鹽黑鈣土，土壤基本理化性質(zhì)：pH為7.82，有機(jī)質(zhì)含量為26.50 g/kg，速效氮含量為100.00 mg/kg，速效磷含量為16.90 mg/kg，速效鉀含量為134.00 mg/kg，全氮含量為0.16 g/kg，全磷含量為0.09 g/kg，全鉀含量為0.50 g/kg。該地屬于半干旱區(qū)，溫帶大陸性氣候，年均降水量約350 mm，年均溫度3.2 ℃，4-9月均溫17.6 ℃，最高溫度27.1 ℃，最低溫度4.9 ℃， 9月28日為初霜日，春季終霜起到秋季初霜止跨度可達(dá)到150 d。

1.2" 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年3月開始試驗(yàn)，共設(shè)計(jì)1個對照（CK）和6個處理，分別為秸稈翻埋還田（SB）、秸稈輪耕還田（SRT）、秸稈碎混還田（SC）、秸稈覆蓋還田（SM）、秸稈留高茬還田（SHS）、秸稈條帶還田（SS），具體處理方法見表1。進(jìn)行田間大區(qū)對比試驗(yàn)，小區(qū)長70 m，寬50 m，面積為0.35 hm2，不設(shè)置重復(fù)，采取秸稈全量還田的方式，還田量為10 700 kg/hm2，選用嫩單-19品種玉米進(jìn)行單作，各處理和對照按照400 kg/hm2的標(biāo)準(zhǔn)施復(fù)合肥（氮含量26%，鉀含量11%，磷含量11%），在每年4月末進(jìn)行機(jī)械播種，每行間距65.0 cm，每株間距19.5 cm，1 hm26.5×104株，10月初進(jìn)行秋季機(jī)械收獲，秋收后進(jìn)行各項(xiàng)秸稈還田處理。

常規(guī)耕按照常規(guī)起壟播種方式播種，其他6個處理在免耕播種的同時一次性施入底肥。

1.3" 測定項(xiàng)目

1.3.1" 土壤采集" 2020年10月進(jìn)行土壤采集，采集表層土壤（0～20 cm）和表面土壤（21～40 cm），以“S”形選擇5點(diǎn)樣品進(jìn)行混合，每個處理3次重復(fù)，裝入保鮮盒中的土壤用于測定土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）、＞2 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（R0.25）、土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）、土壤不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)（ELT），裝入塑封袋中的土壤用于測定土壤理化性質(zhì)，使用環(huán)刀采集2種深度的土層土壤，各重復(fù)3次，用于測定土壤水分相關(guān)指標(biāo)。

1.3.2" 土壤理化性質(zhì)的測定" 土壤含水量的測定采用烘干法，土壤水力傳導(dǎo)度的測定采用環(huán)刀法，土壤水分特性的測定采用水分特征曲線法，土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定采用容量法，土壤容重的測定采用環(huán)刀法，水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑的分級采用薩維諾夫法。

1.4" 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與整理，采用IBM SPSS Statistics 27和Origin 2021分析數(shù)據(jù)與作圖。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 不同秸稈還田方式對土壤蓄水能力的影響

土壤飽和持水量是指土壤孔隙全部充滿水分時的含水量，由土壤性質(zhì)決定，代表土壤的最大蓄水能力。從表2可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，土壤飽和持水量排序?yàn)镾Bgt;SCgt;SRTgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤飽和持水量排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤飽和持水量產(chǎn)生有利影響，SB處理的作用最明顯，效果最好。

土壤最大分子含水量是指土壤分子靠引力保存的最大水分含量，由土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量和礦物組成決定，代表土壤所能容納的最大含水量。從表2可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，最大分子含水量排序?yàn)镾Bgt;SCgt;SRTgt;CKgt;SMgt;SHSgt;SS，各處理與對照相比差異顯著（P＜0.05）；表面土壤土層中，最大分子含水量排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤最大分子含水量產(chǎn)生有利影響， SB處理的作用最明顯，效果最好。

土壤含水量是土壤中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其數(shù)值可以反映作物對水的需求情況，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很重要的指導(dǎo)意義。從表2可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，土壤含水量的排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤含水量排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SMgt;SHSgt;SCgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤含水量產(chǎn)生有利影響，SB處理效果最好。

土壤水力傳導(dǎo)度是指土壤在單位時間內(nèi)所通過的水量，可以衡量水在土壤中移動的難易程度。從表2可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，土壤水力傳導(dǎo)度排序?yàn)镾Cgt;SBgt;SRTgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤水力傳導(dǎo)度排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;CKgt;SS，除SS處理外，其他處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤水力傳導(dǎo)度產(chǎn)生有利影響， SB處理效果最好。

CK、SB、SRT、SC、SM、SHS、SS見表1。同一土層的數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同秸稈還田方式下土壤蓄水能力差異顯著（P＜0.05）。

2.2" 不同秸稈還田方式對土壤供水能力的影響

比水容量是分析土壤水分保持和運(yùn)動的重要參數(shù)之一，比水容量值可以很好地代表土壤供水能力，比水容量值越大，土壤的供水能力越強(qiáng)。圖1顯示，在2個土層中，與對照相比，比水容量值排序是一致的，均為SBgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;CKgt;SS，除SS處理外，其他處理顯著高于對照（P＜0.05）；表層土壤土層的比水容量大于表面土壤土層。結(jié)果表明，SB處理提高土壤供水能力的效果最好。

CK、SB、SRT、SC、SM、SHS、SS見表1。不同小寫字母表示不同秸稈還田方式下比水容量差異顯著（P＜0.05）。

2.3" 不同秸稈還田方式對土壤水分常數(shù)的影響

土壤田間最小持水量是指無地下水干擾的情況下，充分灌溉或降雨后水分充分下滲，在一定時期內(nèi)保持相對穩(wěn)定的含水量，它能決定植物可利用的水分含量和灌溉量的上限，對農(nóng)業(yè)灌溉管理和排水設(shè)計(jì)具有重要意義。從表3可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，土壤田間最小持水量排序?yàn)镾Cgt;SBgt;SRTgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤田間最小持水量排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤田間最小持水量產(chǎn)生有利影響，提高土壤中可被植物利用的水分含量，結(jié)合2個土層來看，SB處理效果較好。

土壤毛管持水量是指土壤中能夠被毛管系統(tǒng)保持的最大水分含量，毛管水是對植物生長發(fā)育最有效的水分，有利于植物根系吸收水分和作物對水分的有效利用。從表3可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，土壤毛管持水量排序?yàn)镾Mgt;SCgt;SRTgt;SHSgt;SSgt;SBgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤毛管持水量排序?yàn)镾Cgt;SHSgt;SMgt;SRTgt;SBgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤毛管持水量產(chǎn)生有利影響，提高了土壤中植物生長發(fā)育所需的水分含量，結(jié)合2個土層來看，SM處理效果較好。

CK、SB、SRT、SC、SM、SHS、SS見表1。同一土層數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同秸稈還田方式下土壤水分常數(shù)差異顯著（P＜0.05）。

土壤自由水是指土壤中可以移動，和各土壤粒子間沒有相互作用的水分，具有滯留時間短的特點(diǎn)，被植物吸收利用的機(jī)會少。與對照相比，表層土壤土層中，土壤自由水含量排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SHSgt;SMgt;CKgt;SS，除SS處理外，其他處理顯著高于對照（P＜0.05）。表面土壤土層中，土壤自由水含量排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤自由水含量產(chǎn)生有利影響，有效增強(qiáng)土壤水分的運(yùn)動能力，SB處理效果較好。

土壤萎蔫系數(shù)是指生長在濕潤土壤上的作物經(jīng)過長期的干旱后，因吸水不足而補(bǔ)償蒸騰消耗，葉片出現(xiàn)萎蔫狀況時的土壤含水量。與對照相比，表層土壤土層中，土壤萎蔫系數(shù)排序?yàn)镾Bgt;SCgt;SRTgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤萎蔫系數(shù)排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田會對土壤萎蔫系數(shù)產(chǎn)生有利影響，SB處理效果最好。

土壤有效水主要指作物能夠有效利用的水分，土壤有效水含量可以反映土壤對水分吸收利用的程度。與對照相比，表層土壤土層中，土壤有效水含量的排序?yàn)镾Mgt;SCgt;SRTgt;SHSgt;SSgt;SBgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤有效水含量的排序?yàn)镾Cgt;SHSgt;SMgt;SRTgt;SBgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田對土壤有效水含量的提高具有較好的效果，能夠增強(qiáng)土壤對水分吸收和利用的能力，結(jié)合2個土層來看，SM處理效果較好。

2.4" 不同秸稈還田方式對土壤理化性質(zhì)的影響

從表4可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，土壤有機(jī)質(zhì)含量的排序?yàn)镾Bgt;SCgt;SRTgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）; 表面土壤土層中，土壤有機(jī)質(zhì)含量的排序?yàn)镾Bgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，除SS處理外，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田對土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加具有較好的效果，SB處理效果最好。

與對照相比，表層土壤土層中，土壤容重的排序?yàn)镃Kgt;SSgt;SHSgt;SMgt;SCgt;SRTgt;SB，各處理顯著低于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤容重的排序?yàn)镃Kgt;SSgt;SMgt;SHSgt;SCgt;SRTgt;SB，各處理顯著低于對照（P＜0.05）。2個土層中各處理與對照相比，容重均顯著降低。結(jié)果表明，秸稈還田對土壤容重的降低具有較好的效果。

與對照相比，2個土層中，不同處理間的砂粒含量均無顯著差異；粉粒含量在表層土壤土層的排序?yàn)镃Kgt;SSgt;SHSgt;SMgt;SCgt;SRTgt;SB，各處理顯著低于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，粉粒含量的排序?yàn)镃Kgt;SSgt;SHSgt;SMgt;SBgt;SCgt;SRT，各處理顯著低于對照（P＜0.05）；黏粒含量在2個土層中的排序一致，均為SBgt;SRTgt;SCgt;SMgt;SHSgt;SSgt;CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田可以降低土壤粉粒含量，提高黏粒含量，但是對砂粒含量無顯著影響。

CK、SB、SRT、SC、SM、SHS、SS見表1。同一土層數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同秸稈還田方式下土壤理化性質(zhì)差異顯著（P＜0.05）。

2.5" 秸稈還田對土壤孔隙分布的影響

土壤孔隙是土壤結(jié)構(gòu)組成要素之一，孔隙的分布情況影響了土壤物理、化學(xué)、生物特性及其生態(tài)功能，通常將土壤孔隙分成3個等級，即大孔隙、中孔隙和小孔隙，大孔隙的作用在于土壤通氣和迅速排水，中孔隙的作用在于保存植物生長所需要的有效水分，而小孔隙中的水分通常不能被植物利用，限制了各種微生物活動。從表5可以看出，與對照相比，表層土壤土層中，土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比的排序?yàn)镾B＞SRT＞SC＞SM＞SHS＞SS＞CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；表面土壤土層中，土壤總孔隙占比、大孔隙占比的排序與表層土壤土層的排序相同，而中孔隙占比的排序?yàn)镾B＞SRT＞SC=SM＞SHS＞SS＞CK，各處理顯著高于對照（P＜0.05）；小孔隙占比的排序?yàn)镃K＞SS＞SB＞SHS＞SRT＞SC＞SM，各處理顯著低于對照（P＜0.05）。結(jié)果表明，秸稈還田可以提高土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比，增強(qiáng)土壤透氣、排水以及保存有效水分的能力，還可以降低表面土壤土層中小孔隙占比，減小深層土壤中水分不能被植物利用所帶來的負(fù)面影響。綜合來看，SB處理對提高土壤水分有效性的效果最好。

CK、SB、SRT、SC、SM、SHS、SS見表1。同一土層數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同秸稈還田方式下土壤孔隙分布差異顯著（P＜0.05）。

2.6" 秸稈還田方式對土壤水分特性的影響機(jī)制

2.6.1" 土壤水分常數(shù)與土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)性" 從表6、表7可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤水力傳導(dǎo)度、自由水含量、最大分子含水量、田間最小持水量、飽和持水量、萎蔫系數(shù)都呈顯著或極顯著正相關(guān)；土壤容重與土壤萎蔫系數(shù)、自由水含量、最大分子含水量都呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

研究結(jié)果可以解釋2個科學(xué)問題，一是秸稈還田如何使土壤水庫容量變大；二是秸稈還田如何提高土壤對水的吸附性。前者是因?yàn)橥寥廊葜氐慕档?，容重是土壤最重要的物理指?biāo)之一，能夠反映土壤顆粒之間的緊實(shí)程度和土壤孔隙狀況，直接影響土壤儲存水庫容量的大小，對保持土壤水分具有重要作用，且相關(guān)研究結(jié)果表明，土壤飽和持水量、萎蔫系數(shù)、有效水含量等指標(biāo)均可與土壤容重建立函數(shù)關(guān)系，土壤容重的減小導(dǎo)致土壤大孔隙占總孔隙的比例增大，土壤水庫庫容增大，土壤的蓄水和供水能力得到增強(qiáng)，可以滿足作物生長發(fā)育的需要；后者是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)含量的提高使土壤膠體狀況得到改善，土壤有機(jī)質(zhì)可以改變土壤結(jié)構(gòu)，改變土壤的膠體狀況，增強(qiáng)土壤對水的吸附能力，減少土壤水分的流失，使土壤水分得到充分的利用。因此，土壤有機(jī)質(zhì)對土壤水分的運(yùn)動具有調(diào)節(jié)作用，其含量較高時，作用會更加明顯。

2.6.2" 土壤水分常數(shù)與土壤質(zhì)地的相關(guān)性" 從表6、表7可以看出，土壤黏粒含量與土壤水力傳導(dǎo)度、萎蔫系數(shù)、飽和持水量、自由水含量、田間最小持水量、最大分子含水量呈顯著或極顯著正相關(guān)；土壤粉粒含量與土壤自由水含量、飽和持水量、水力傳導(dǎo)度、田間最小持水量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

研究結(jié)果可以解釋秸稈還田如何增強(qiáng)土壤的蓄水能力，是因?yàn)榻斩捙c土壤混合時，產(chǎn)生了分解作用，大大增加了土壤顆粒的比表面積，土壤中黏粒變多，而黏粒含有豐富的細(xì)小孔隙，土壤毛管的持水作用增強(qiáng)，提高了土壤對水分的吸附作用，在這些因素的影響下，土壤的蓄水能力得到了提升，并且當(dāng)土壤中黏粒、粉粒等各級顆粒組成比例適中，土壤松緊程度較好的時候，才有利于作物的生長和發(fā)育。所以，土壤質(zhì)地是通過作用于土壤養(yǎng)分供給和土壤水分存儲來影響農(nóng)作物生長發(fā)育的，對土壤的理化性狀的影響尤為重要。

2.6.3" 土壤水分常數(shù)與土壤孔隙的相關(guān)性" 從表6、表7可以看出，土壤總孔隙、大孔隙、中孔隙的占比都與土壤田間最小持水量、飽和持水量、自由水含量、萎蔫系數(shù)、最大分子含水量、水力傳導(dǎo)度呈顯著或極顯著正相關(guān)。

土壤孔隙是水氣運(yùn)輸和生物運(yùn)動的通道，其控制著氣體、水、膠體和顆粒的運(yùn)輸，為植物根系發(fā)育和微生物繁殖提供了空間和養(yǎng)分，決定了土壤的保水、透水、通氣等性能，在調(diào)節(jié)土壤肥力和生態(tài)功能方面起著至關(guān)重要的作用。土壤的孔隙分布情況、大小和連續(xù)性都影響了土壤水的存儲和運(yùn)輸，土壤總孔隙度占比越大，容重越小，土壤發(fā)育得越好，大孔隙占比越大，土壤通氣和排水的效果越好，中孔隙占比越大，土壤所能存儲的有效水分就越多。結(jié)合本研究結(jié)果可以說明在秸稈還田過程中，作物秸稈與土壤充分混合后，土壤變得松散，容重降低，土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比提高，因此提高了土壤水分的有效性。

2.6.4" 水分常數(shù)與土壤結(jié)構(gòu)的相關(guān)性" 從表6、表7可以看出，土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）都與土壤田間最小持水量、飽和持水量、萎蔫系數(shù)、水力傳導(dǎo)度呈顯著或極顯著正相關(guān)。在表層土壤土層中，gt;2 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（R0.25）與土壤萎蔫系數(shù)呈顯著正相關(guān)。在表面土壤土層中，gt;2 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（R0.25）與土壤自由水含量、水力傳導(dǎo)度、飽和持水量呈顯著或極顯著正相關(guān)。在2個土層中，土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）和不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)（ELT）與土壤飽和持水量、自由水含量、萎蔫系數(shù)、最大分子含水量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

土壤內(nèi)部不同粒徑的團(tuán)聚體中，粒徑較大的團(tuán)聚體在土壤力學(xué)結(jié)構(gòu)中起到“骨架”作用，土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，土壤團(tuán)聚體的團(tuán)聚度越高，穩(wěn)定性越強(qiáng)，土壤結(jié)構(gòu)越好。土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）和土壤不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)（ELT）均為土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)，其數(shù)值越小說明土壤團(tuán)聚體破壞率越小，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。

結(jié)合本研究結(jié)果，可以解釋秸稈還田如何增強(qiáng)土壤水分入滲能力，秸稈在土壤中被分解后，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，容重降低，增加了土壤顆粒的比表面積，改善了土壤的膠體狀況，對土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，增強(qiáng)了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增加了土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比，土壤水分入滲能力得到了增強(qiáng)。

3" 討論

3.1" 秸稈還田對土壤水分特性的影響

農(nóng)作物殘?jiān)慕Y(jié)構(gòu)蓬松，當(dāng)它被施用在土壤中的時候，能夠改變土壤理化性質(zhì)，提高土壤的含水量，從而達(dá)到儲水、保墑、抗旱的效果。一般情況下，秸稈碳氮比較高，腐解速度慢，可以較好地抵抗雨水的沖擊，降低土壤水分的蒸發(fā)量和徑流量，是一種多用途資源 ，在作物生長的后期，大部分的秸稈都被分解，這樣能夠顯著地增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和儲水量，隨著時間的推移，土壤和秸稈的結(jié)合越來越充分，分解也逐漸完全，營養(yǎng)物質(zhì)被充分釋放，使土壤中有機(jī)質(zhì)含量提高，土壤蓄水保水能力因此得以提升。本研究結(jié)果顯示，秸稈翻埋還田處理對土壤蓄水能力的提高效果最好，而部分土層秸稈條帶還田處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量、比水容量、水力傳導(dǎo)度與對照相比沒有顯著提高，甚至出現(xiàn)了降低的情況，分析原因可能是耕作時機(jī)械器材沒能將土壤的犁底層打破，若打破犁底層，會加速秸稈與土壤的融合，秸稈的分解速度也會隨之加快，使養(yǎng)分得到充分的釋放，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)含量的提升又可以優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比，促進(jìn)土壤水分運(yùn)動，提高土壤有效水含量，土壤的蓄水和供水能力得到了增強(qiáng)。土壤比水容量值可以很好地代表土壤供水能力，比水容量值越大，土壤的供水能力越強(qiáng)，本研究結(jié)果顯示，秸稈翻埋還田處理對土壤比水容量值的提升幅度較大，也就是說，對土壤供水能力的增強(qiáng)效果最好，這與張文可等的研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果顯示，在表層土壤土層中，秸稈條帶還田處理的土壤自由水含量與對照相比有所降低，原因可能是降雨量、溫度的影響，本研究的試驗(yàn)田屬于半干旱地區(qū)，降雨量少，且秸稈在還田時也并沒有徹底覆蓋在土面，秸稈所釋放的有機(jī)物質(zhì)沒能和土壤礦物充分結(jié)合，影響土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤水分的運(yùn)動能力變差。本研究結(jié)果顯示，秸稈還田可以顯著提高土壤黏粒含量，降低土壤粉粒含量，分析原因可能是土壤黏粒顆粒較小，秸稈還田后，黏粒先與秸稈發(fā)生黏結(jié)，土壤緊實(shí)度得以提升，在風(fēng)蝕及雨水的沖刷下黏粒產(chǎn)生堆積，而粉粒顆較大，未能及時與秸稈黏結(jié)，造成了土壤粉粒流失。相關(guān)研究結(jié)果表明，土壤中有機(jī)質(zhì)的含量與黏粒的含量呈正比，為了防止土壤有機(jī)物質(zhì)變多而被分解，可增大土壤黏粒含量，利于吸附有機(jī)質(zhì)，與腐殖質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合體，同時，秸稈的腐解可以產(chǎn)生草酸、酒石酸、蘋果酸等有機(jī)酸，這些有機(jī)酸在一定程度上可以促進(jìn)土壤黏粒礦物的轉(zhuǎn)化，使土壤黏粒含量得到提升。綜上所述，秸稈翻埋還田處理可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重，提高土壤總孔隙占比、大孔隙占比、中孔隙占比，從而加快大團(tuán)聚體的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，這與陳盛等的研究結(jié)果一致。說明秸稈翻埋還田方式適合中國東北地區(qū)，本研究為農(nóng)民選擇合適的秸稈還田方式提供了科學(xué)指導(dǎo)。

3.2" 秸稈還田對土壤水分特性的影響機(jī)制

秸稈還田可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重，防止土壤板結(jié)，為作物生長提供有利的條件。本研究結(jié)果顯示，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤水力傳導(dǎo)度、自由水含量、最大分子含水量、田間最小持水量、飽和持水量、萎蔫系數(shù)都呈顯著或極顯著正相關(guān)，土壤容重與土壤萎蔫系數(shù)、自由水含量、最大分子含水量都呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤有機(jī)質(zhì)含量和容重與土壤水分常數(shù)緊密相連，土壤有機(jī)質(zhì)含量的增大和容重的減小導(dǎo)致大孔隙占總孔隙的比例增大，土壤水庫庫容增大，土壤的蓄水和供水能力得到增強(qiáng)，土壤容重和各孔隙占比對土壤含水量有重要影響，與孫媛媛的研究結(jié)論一致。本研究結(jié)果顯示，土壤黏粒含量與土壤水力傳導(dǎo)度、萎蔫系數(shù)、飽和持水量、自由水含量、田間最小持水量、最大分子含水量呈顯著或極顯著正相關(guān)；土壤粉粒含量與土壤自由水含量、飽和持水量、水力傳導(dǎo)度、田間最小持水量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤黏粒含量與土壤水分常數(shù)緊密相連，當(dāng)秸稈在土壤中分解后，增加了土壤顆粒的比表面積，黏粒含量增加，而黏粒具有豐富的細(xì)小孔隙，增強(qiáng)了土壤對水分吸收的能力，土壤的蓄水能力得到提升。本研究結(jié)果顯示，土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）都與土壤田間最小持水量、飽和持水量、萎蔫系數(shù)、水力傳導(dǎo)度呈顯著或極顯著正相關(guān)，土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）和不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)（ELT）與土壤飽和持水量、自由水含量、萎蔫系數(shù)、最大分子含水量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與楊欣坤的研究結(jié)果一致，說明土壤結(jié)構(gòu)與土壤水分常數(shù)緊密相連，秸稈中有機(jī)物進(jìn)入土壤，改善土壤膠體狀況，對土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，土壤水分入滲能力得到了增強(qiáng)。結(jié)合秸稈還田對土壤水分特性的影響和相關(guān)性分析結(jié)果，可以得出秸稈還田對土壤水分影響的作用機(jī)理：秸稈在土壤中被分解后，土壤有機(jī)質(zhì)含量增高，容重降低，大大增加了土壤顆粒的比表面積，土壤中黏粒含量增多，總孔隙、大孔隙、中孔隙的占比提高，土壤結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，綜合提高了土壤的儲水和供水能力，加強(qiáng)了土壤對水分的吸收和利用。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）