全 文 ：长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分
库容及重金属 Ｃｄ的影响∗
汤文光１　 肖小平１　 唐海明１　 张海林２∗∗　 陈　 阜２　 陈中督２　 薛建福２　 杨光立１
（ １湖南省土壤肥料研究所， 长沙 ４１０１２５； ２中国农业大学农学与生物技术学院， 北京 １００１９３）
摘　 要　 于 ２００５—２０１３ 年在湖南宁乡双季稻田开展免耕秸秆还田（ＮＴＳ）、翻耕秸秆还田
（ＣＴＳ）、翻耕秸秆不还田（ＣＴ）、旋耕秸秆还田（ＲＴＳ）４ 种不同耕作方式与秸秆还田试验，分析
不同耕作方式与秸秆还田对土壤养分含量、养分库容量及重金属 Ｃｄ的影响，为稻田合理耕作
与重金属 Ｃｄ污染修复提供理论依据．结果表明： 耕作措施与秸秆还田主要影响 ０ ～ １０ ｃｍ 耕
层土壤性状；长期翻耕和旋耕提高了土壤养分含量，增强了土壤通气性，但耕层变浅，养分库
容降低，土壤 Ｃｄ含量显著偏高，水稻植株地上部分富集 Ｃｄ能力相对较低；长期免耕增加了表
层土壤容重，土壤养分含量较低，但养分库容相对较高，水稻植株地上部分富集 Ｃｄ 能力较强；
秸秆还田显著增加了土壤养分含量和阳离子交换量，增加了耕层深度和土壤养分库容量，增
强了土壤的保肥能力，但同时也将秸秆中富集的 Ｃｄ 重新归还到稻田土壤中，不利于土壤 Ｃｄ
的转移修复．因此，长期单一耕作方式和长期秸秆还田均存在一定弊端，需改进耕作和秸秆还
田方式，如实行翻耕、旋耕与免耕相结合的土壤轮耕或深松耕，以及减少秸秆还田量或实行秸
秆轮还，在改善土壤肥力的同时，实现土壤污染的有效修复．
关键词　 耕作方式； 秸秆还田； 养分库容； Ｃｄ； 水稻
∗国家科技支撑计划项目（２０１３ＢＡＤ０７Ｂ１１，２０１２ＢＡＤ２０Ｂ０５）和国家公益性行业（农业）科研专项（２０１１０３００１，２０１２０３０３１）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｈａｉｌｉｎ＠ ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃０７⁃２２收稿，２０１４⁃１０⁃１６接受．
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０１－０１６８－０９　 中图分类号　 Ｓ１５２．５， Ｓ３４３．２　 文献标识码　 Ａ
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｏｏｌｓ ａｎｄ Ｃｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａ⁃
ｔｉｏｎ． ＴＡＮＧ Ｗｅｎ⁃ｇｕａｎｇ１， ＸＩＡＯ Ｘｉａｏ⁃ｐｉｎｇ１， ＴＡＮＧ Ｈａｉ⁃ｍｉｎｇ１， ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ⁃ｌｉｎ２， ＣＨＥＮ Ｆｕ２，
ＣＨＥＮ Ｚｈｏｎｇ⁃ｄｕ２， ＸＵＥ Ｊｉａｎ⁃ｆｕ２， ＹＡＮＧ Ｇｕａｎｇ⁃ｌｉ１ （ １ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏ⁃
ｖｉｎｃｅ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１２５， Ｃｈｉｎａ； ２Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉ⁃
ｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９３， Ｃｈｉｎａ） ．⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（１）： １６８－１７６．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ
ｎｕｔｒｉｅｎｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｏｏｌｓ， ａｎｄ ｓｏｉｌ Ｃｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｒａｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ
ａｎｄ ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｄ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｐａｄｄｙ ｆｉｅｌｄｓ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏ⁃ｔｉｌｌａｇｅ
ｗｉｔｈ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ （ＮＴＳ）， ｒｏｔａｒｙ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｓｔｒａｗ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ （ＲＴＳ）， ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐｌｏｗ ｔｉｌｌ⁃
ａｇｅ ｗｉｔｈ ｓｔｒａｗ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ （ＣＴＳ）， ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐｌｏｗ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｓｔｒａｗ ｒｅｍｏｖｅｄ （ＣＴ） ｆｒｏｍ ２００５
ｔｏ ２０１３． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｈａｄ ａ ｇｒｅａｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｓｏｉｌ ｐｒｏｐｅｒ⁃
ｔｉｅｓ ａｔ ０－１０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ． Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｅｒａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ａｎｄ ｓｏｉｌ Ｃｄ ｉｎ⁃
ｃｒｅａｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ＣＴＳ， ＣＴ， ａｎｄ ＲＴＳ． Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｐｌｏｗ ｌａｙｅｒｓ， ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｏｏｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｃｄ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｒｉｃｅ ｓｈｏｏｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｔｉｌｌｅｄ ｓｏｉｌ． Ｕｎｄｅｒ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｎｏ⁃ｔｉｌｌａｇｅ， ｔｈｅ ｓｏｉｌ
ｂｕｌｋ， ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｏｏｌｓ ａｎｄ Ｃｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｒｉｃｅ ｓｈｏｏｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ， ｂｕｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎｕ⁃
ｔｒｉｅｎｔｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎ⁃
ｔｒａｔｉｏｎｓ， ｃａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ， ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｐｌｏｗ ｌａｙｅｒ， ａｎｄ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｏｏｌｓ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ Ｃｄ ｉｎ
ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｗａｓ ａｌｓｏ ｒｅｔｕｒｎｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｙ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ， ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｎｏｔ ｂｅｎｅｆｉｔ ｔｈｅ ｒｅ⁃
ｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｃｄ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｄｕｅ
ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｉｎｇｌｅ ｔｉｌｌａｇｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ．
Ｓｏｍｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓ （ ｅ． ｇ．， ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ ｏｒ ｓｕｂｓｏｉｌｉｎｇ， ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ
ａｍｏｕｎｔ， ａｎｄ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ） ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｇｏｏｄ ｏｐｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｍｅｄ⁃
ｙｉｎｇ ｓｏｉｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｏｉｌ ｔｉｌｌａｇｅ； ｓｔｒａｗ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ； ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｏｏｌ； Ｃｄ； ｒｉｃｅ．
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 １月　 第 ２６卷　 第 １期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｊａｎ． ２０１５， ２６（１）： １６８－１７６
　 　 近年来，全球变化对农田生态系统的影响日益
加剧，化肥和除草剂的大量施用、冬闲、冬泡、板田过
冬，导致农田土壤环境污染、耕地质量下降，耕层变
浅、酸化板结、理化性状变差、土壤库容量变小、保肥
保水性能变差，严重影响到土壤的可持续生产和国
家粮食安全．耕作措施与秸秆还田对土壤物理、化
学、生物性状均有影响，进而影响到土壤肥力、作物
生产力及农田生态环境［１－３］ ．研究耕作措施与秸秆还
田对土壤养分含量、库容量及重金属含量的影响，有
助于阐明现有耕作栽培方式下土壤肥力特征与生态
环境效应．目前土壤耕作方式主要有翻耕、旋耕、深
松耕及免耕、轮耕等方式，秸秆处理方式主要是焚烧
处理或直接还田．国内外学者对不同耕作方式下土
壤理化特征及作物生长发育已有大量研究，但由于
研究的土壤状况、种植制度、环境条件等的差异，不
同研究者的研究结果并不完全一致［４］ ．许淑青等［５］
认为，免耕＋秸秆覆盖保护性耕作方式能增加耕层
土壤的有机碳和不同粒径水稳性团聚体的含量；王
龙昌等［６］对“旱三熟”地区不同保护性耕作措施下
农田土壤生态效应研究认为，垄作＋秸秆覆盖显著
增加了土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮含量，改善了
土壤水分状况，增强了作物的抗旱节水能力；田慎重
等［７］对麦田土壤研究认为，深松和旋耕条件下秸秆
还田显著增加了土壤有机碳含量；刘世平等［８］研究
认为，稻麦两熟条件下，翻耕秸秆还田具有较高的产
量生产力，但免耕套种秸秆还田能节本增收，具有较
高的经济生产力．目前重金属污染问题已严重影响
到农业生态环境与粮食生产安全，对土壤重金属污
染的防控机制及技术机理已有大量研究，但主要集
中在土壤污染来源［９］、改良剂的应用［１０－１２］、生物富
集物筛选［１３－１５］以及施肥［１６－１７］、秸秆还田［１８－１９］、灌溉
方式［２０］对土壤重金属影响等方面．迄今针对不同耕
作方式下土壤重金属的效应研究相对较少，有关耕
作措施对土壤肥力特征及重金属污染的综合效应更
是鲜见报道．本研究依托典型南方双季稻田长期定
位试验，探讨不同耕作措施与秸秆还田对土壤养分
含量、库容量及重金属 Ｃｄ 含量的影响，以期为稻田
合理耕层构建、土壤可持续利用和重金属 Ｃｄ 污染
农田修复提供理论依据．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 试验地概况
２００５ 年在湖南省宁乡县回龙铺镇天鹅村
（２８°０７′ Ｎ，１１２°１８′ Ｅ）建立不同耕作与秸秆还田长
期监测定位试验．试验地气候为大陆性季风湿润气
候，海拔 ３６．１ ｍ，年平均气温 １６．８ ℃，年平均降雨量
１３５８．３ ｍｍ，为典型的双季稻三熟农作区．试验地肥
力中等，排灌条件良好，土壤类型为水稻土，质地为
河沙泥土种．种植制度为冬闲⁃早稻⁃晚稻，种植方式
为平作．试验前土壤（０～２０ ｃｍ）基本理化性质为：有
机质 ３４． ９０ ｇ· ｋｇ－１、全氮 １． ２９ ｇ· ｋｇ－１、碱解氮
２２４􀆰 １０ ｍｇ·ｋｇ－１、速效磷 ４． ３８ ｍｇ·ｋｇ－１、速效钾
９７􀆰 １０ ｍｇ·ｋｇ－１、容重 １．２１ ｇ·ｃｍ－３、ｐＨ值 ６．２６．
１􀆰 ２　 试验设计
试验采用大田方法，共设 ４ 个处理，重复 ３ 次，
小区面积 ６６．７ ｍ２，随机区组排列．处理分别为：１）免
耕秸秆还田（ＮＴＳ）：不整地，免耕抛秧，早晚稻收获
后秸秆全量覆盖还田；２）翻耕秸秆还田（ＣＴＳ）：水稻
抛秧前用铧式犁翻地 １遍，再用旋耕机旋地 ２遍，耕
深约 １５ ｃｍ，早稻收获后秸秆全量翻压还田，晚稻收
获后覆盖还田，次年早稻抛秧前翻压入土；３）翻耕
秸秆不还田（ＣＴ）：水稻抛秧前用铧式犁翻地 １ 遍，
再用旋耕机旋地 ２ 遍，耕深约 １５ ｃｍ，早、晚稻收获
后秸秆不还田，全量移出稻田；４）旋耕秸秆还田
（ＲＴＳ）：水稻抛秧前用旋耕机旋地 ４ 遍，耕深约
８ ｃｍ，早稻收获后秸秆全量还田，晚稻收获后覆盖还
田，次年早稻抛秧前旋耕混入土壤．秸秆还田处理的
还田量约 １２５００ ｋｇ·ｈｍ－２ ．
早稻供试品种为‘湘早籼 ４５ 号’，晚稻供试品
种为 ‘湘晚籼 １３ 号 ’． 早稻施基肥为复合肥
（Ｎ ∶ Ｐ ２Ｏ５ ∶ Ｋ２Ｏ＝ ２０ ∶ １２ ∶ １４）３７５ ｋｇ·ｈｍ
－２；分蘖
时追施尿素 １５０ ｋｇ·ｈｍ－２；晚稻施基肥为复合肥
３７５ ｋｇ·ｈｍ－２、尿素 ７５ ｋｇ·ｈｍ－２，分蘖时追施尿素
７５ ｋｇ·ｈｍ－２ ．各处理在早晚稻插秧前喷洒除草剂
（克无踪），冬闲季自然落干不泡水．
各处理田间作业顺序如下：灌水泡田→喷施除
草剂→施基肥→耕作→早稻抛秧→追肥→晒田→搁
田（收获前 １ 周左右稻田排水）→早稻收获→灌水
泡田→喷施除草剂→施基肥→耕作→晚稻抛秧→追
肥→晒田→搁田→晚稻收获→冬闲．
１􀆰 ３　 取样与测定方法
定位试验 ９年后，于 ２０１３ 年晚稻收获期，每小
区采用 Ｘ型 ５点定位测定耕层厚度；使用土钻 Ｓ 形
多点采集土样，按 ０ ～ ５ ｃｍ、５ ～ １０ ｃｍ、１０ ～ ２０ ｃｍ 分
层取样用于测定土壤有机碳、活性有机碳，按 ０ ～
２０ ｃｍ混合取样用于测定土壤有机碳、氮、磷、钾含
量、土壤阳离子交换量、土壤重金属 Ｃｄ 含量，将样
品在实验室自然风干后，剔除石砾及植物残茬等杂
９６１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 汤文光等： 长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分库容及重金属 Ｃｄ的影响　 　 　 　 　
物，过 ６０目筛后进行分析；采用环刀按 ０～５ ｃｍ、５～
１０ ｃｍ、１０～２０ ｃｍ分层取原状土样，１０５ ℃烘箱内烘
干法测定土壤容重、土壤三相比［２１］；每小区取中间
连续 ５蔸植株样，尽量保持根系完整，用自来水和去
离子水反复清洗根系至洗净全部泥土，再将根系、秸
秆与稻米分离，于 ７０ ℃烘箱中烘干，测定干物质后，
粉碎，过 １００ 目尼龙筛，用于测定植株各部位 Ｃｄ
含量．
土壤有机碳的测定采用重铬酸钾氧化法［２２］，活
性有机碳测定采用 ＫＭｎＯ４氧化法［２２］，碱解氮的测定
采用碱解扩散法［２３］，有效磷的测定采用碳酸氢钠浸
提⁃钼锑抗比色法［２３］，速效钾的测定采用乙酰胺浸
提⁃火焰光度法［２３］，阳离子交换量的测定采用 ＥＤ⁃
ＴＡ⁃乙酰胺盐交换法［２３］ ．土壤 Ｃｄ 的测定采用硝酸⁃
盐酸⁃高氯酸⁃氢氟酸消解⁃石墨炉原子吸收光谱法，
植株 Ｃｄ的测定采用硝酸⁃高氯酸消解⁃石墨炉原子
吸收光谱法．
１􀆰 ４　 计算公式
１􀆰 ４􀆰 １碳库管理指数　 根据测定的土壤有机碳与活
性有机炭计算碳库管理指数［２４］，以长期免耕秸秆还
田土壤作为参照土壤，稳态碳（ ｇ·ｋｇ－１）＝ 有机碳－
活性有机碳；碳库活度 ＝ 活性碳 ／稳态碳；活度
指数＝耕作土壤碳库活度 ／免耕土壤碳库活度；碳库
指数＝耕作土壤有机碳 ／免耕土壤有机碳；碳库管理
指数＝碳库指数×活度指数×１００．
１􀆰 ４􀆰 ２土壤容重、三相比　 土壤容重（ｄｖ， ｇ·ｃｍ－３）＝
（Ｇ１－Ｇ０） ／ Ｖ（１００＋Ｗ），式中，Ｗ 为土壤含水量（％）＝
（湿土质量－烘干土质量） ／烘干土质量×１００；Ｖ 指环
刀的容积；Ｇ０指铝盒的质量；Ｇ１指铝盒和湿土的质
量．０ ～ ２０ ｃｍ 土壤容重 ＝ （ｄｖ１ ×５＋ｄｖ２ ×５＋ｄｖ３ ×１０） ／
２０，式中，ｄｖ１、ｄｖ２、ｄｖ３分别为 ０～５ ｃｍ、５～１０ ｃｍ、１０～
２０ ｃｍ耕层土壤容重．土壤孔隙度（％）＝ （１－容重 ／
比重）×１００．土壤三相比（固相 ∶ 液相 ∶ 气相）＝ （１－
孔隙度） ∶ 含水率 ∶ （孔隙度－含水率）．
１􀆰 ４􀆰 ３ 土 壤 养 分 库 容 量 　 养 分 库 容 量 （ Ｇｓ，
ｋｇ·ｈｍ－２）＝耕层深度×土壤容重×养分含量 ／ １０；有
效养分总库容量（ｋｇ·ｈｍ－２）＝ Ｇｓ１＋Ｇｓ２＋Ｇｓ３＋Ｇｓ４，式
中，Ｇｓ１、Ｇｓ２、Ｇｓ３、Ｇｓ４分别为有机碳、碱解氮、有效磷、
速效钾的库容量．
１􀆰 ４􀆰 ４土壤、植株总 Ｃｄ量　 土壤总 Ｃｄ量（ｇ·ｈｍ－２）＝
耕层深度（ｃｍ）×土壤容重（ｇ·ｃｍ－３） ×土壤 Ｃｄ 含量
（ｍｇ·ｋｇ－１）×１００；植株总 Ｃｄ 量（ｇ·ｈｍ－２）＝ 植株干
质量（ｋｇ·ｈｍ－２）×植株 Ｃｄ含量（ｍｇ·ｋｇ－１） ／ １０００．
１􀆰 ５　 数据处理
采用 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ ２００３ 软件处理数据和制
图，ＳＰＳＳ １７．０ 统计软件对数据进行统计分析，用
ＬＳＤ法进行多重比较（α＝ ０．０５）．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数
土壤有机碳是反映土壤肥力状况的重要指标．
从图 １可以看出，耕作措施与秸秆还田对土壤有机
碳有不同程度的影响．不同耕作措施之间，长期旋耕
和长期翻耕显著增加了 ０ ～ １０ ｃｍ 耕层土壤有机碳
含量，与 ＮＴＳ 相比，ＲＴＳ、ＣＴＳ 处理 ０ ～ ５ ｃｍ 和 ５ ～
１０ ｃｍ耕层土壤有机碳含量分别增加了 １７． １％、
１０􀆰 ８％和 １０．４％、１４．１％；秸秆还田与不还田之间，与
ＣＴ相比，ＲＴＳ、ＣＴＳ显著增加了 ０～５ ｃｍ耕层土壤有
机碳含量，分别增加了 １４．０％和 ７．９％，而 ＮＴＳ 则降
低了 ０ ～ １０ ｃｍ 耕层土壤有机碳含量，特别是 ５ ～
１０ ｃｍ耕层土壤显著降低了 １３．３％；不同耕层深度之
间，各处理有机碳含量随深度增加均呈显著下降趋
图 １　 耕作方式与秸秆还田对土壤有机碳及活性有机碳的
影响
Ｆｉｇ．１　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ
ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ．
ＮＴＳ： 免耕秸秆还田 Ｎｏ⁃ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ； ＣＴＳ： 翻耕秸
秆还田 Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ； ＣＴ： 翻耕秸秆不
还田 Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｍｏｖｅｄ； ＲＴＳ： 旋耕秸秆还田
Ｒｏｔａｒｙ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ． 不同小写字母表示同一土壤层
次不同处理间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉ⁃
ｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｔ ０．０５
ｌｅｖｅｌ．下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
０７１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
势，表现为 ０～５ ｃｍ＞５～１０ ｃｍ＞１０～２０ ｃｍ，即耕层深
度越深，有机碳含量越低，而各处理 １０ ～ ２０ ｃｍ耕层
土壤有机碳含量均无显著差异．
活性有机碳是土壤中活跃的化学组成成分，对
农田管理措施反应敏感度高于有机碳．不同耕作措
施之间，长期旋耕和长期翻耕显著增加了 ０ ～ １０ ｃｍ
耕层土壤活性有机碳含量，与 ＮＴＳ 相比，ＲＴＳ、ＣＴＳ
处理 ０～５ ｃｍ和 ５～１０ ｃｍ耕层土壤活性有机碳含量
分别增加了 １２．８％、１０．４％和 １４．３％、１６．８％；秸秆还
田与不还田之间，长期旋耕和长期翻耕秸秆还田显
著增加了 ０～ ５ ｃｍ 耕层土壤活性有机碳含量，长期
免耕秸秆还田则显著降低了 ５ ～ １０ ｃｍ 耕层土壤活
性有机碳含量，与 ＣＴ 相比，ＲＴＳ、ＣＴＳ 处理 ０ ～ ５ ｃｍ
耕层土壤活性有机碳含量分别增加了 １１􀆰 ９％、
９􀆰 ５％，ＮＴＳ处理 ５～１０ ｃｍ耕层土壤活性有机碳含量
降低了 １７．９％；各处理 １０～２０ ｃｍ耕层土壤活性有机
碳含量均无显著差异，但各处理活性有机碳含量随
耕层加深均呈显著下降趋势．
土壤碳库管理指数作为反映土壤碳素动态变化
灵敏而有效的指标，与土壤有效碳的关系密切，可通
过其来反映和评估土壤碳素动态变化．将长期免耕
秸秆还田土壤作为参照土壤，对不同处理不同层次
的碳库管理指数进行计算（表 １），不同耕作措施之
间，长期翻耕显著增加了 ０～１０ ｃｍ、长期旋耕显著增
加了 ５～１０ ｃｍ耕层碳库管理指数，与 ＮＴＳ相比，ＣＴＳ
处理 ０～５ ｃｍ和 ５～１０ ｃｍ耕层土壤碳库管理指数分
别增加了 ９．４％和 ２４．７％，ＲＴＳ 处理 ５ ～ １０ ｃｍ耕层土
壤碳库管理指数增加了 ２５．７％；秸秆还田与不还田
之间，长期翻耕秸秆还田显著增加了０～５ ｃｍ、长期
免耕秸秆还田显著降低了 ５ ～ １０ ｃｍ 耕层土壤碳库
管理指数，与 ＣＴ相比，ＣＴＳ处理 ０～５ ｃｍ耕层土壤碳
库管理指数增加了 １４．２％，ＮＴＳ 处理 ５ ～ １０ ｃｍ 耕层
土壤碳库管理指数降低了 ３１􀆰 ３％；各处理 １０～２０ ｃｍ
耕层土壤碳库管理指数均无显著差异．
２􀆰 ２　 土壤容重及三相比
土壤容重是土壤水、肥、气、热协调的指标，稻田
耕层土壤容重一般在 １～１．２ ｇ·ｃｍ－３范围最为理想．
从图 ２可以看出，不同耕作方式和秸秆还田主要影
响耕作层 ０～１０ ｃｍ的土壤容重，且容重变化受耕作
方式影响较大．稻田在长期翻耕、旋耕方式下，显著
降低了 ０～１０ ｃｍ土壤容重，１０～２０ ｃｍ 变化不明显，
与 ＮＴＳ相比，ＣＴＳ、ＣＴ、ＲＴＳ处理 ０～５ ｃｍ和 ５～１０ ｃｍ
耕层土壤容重分别降低了 １８．８％、２３．１％、４１．０％和
２９．４％、２４．５％、２９．４％，均达显著差异（Ｐ＜０．０５），长
期免耕由于没有动土，土壤容重较高；长期翻耕秸秆
还田与不还田相比，显著降低了 ５～１０ ｃｍ耕层土壤
容重，降幅为 ６．５％，但显著提高了１０～２０ ｃｍ耕层土
壤容重，增幅为 ７．６％．
　 　 从土壤三相比分析（表 ２），不同耕作措施之间，
长期翻耕和长期旋耕 ０ ～ １０ ｃｍ 气相显著增大，１０ ～
２０ ｃｍ气相显著减小，与 ＮＴＳ 相比，ＣＴＳ、ＲＴＳ 的 ０ ～
５ ｃｍ和 ５ ～ １０ ｃｍ 气相分别增加 １３１．４％、６０．０％和
９７􀆰 １％、６４． ７％，１０ ～ ２０ ｃｍ 气相分别减小 ５８． ６％、
２９􀆰 ３％；长期翻耕秸秆还田与不还田相比，０ ～ ５ ｃｍ
表 １　 耕作方式与秸秆还田对土壤碳库的影响
Ｔａｂｌｅ １　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｐｏｏｌ
土壤深度
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
（ｃｍ）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
稳态碳
Ｓｔａｂｌｅ ｃａｒｂｏｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
活性碳
Ｌｉａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ
ｃａｒｂｏｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
碳库活度
Ｌａｂｉｌｉｔｙ
活度指数
Ｌａｂｉｌｉｔｙ
ｉｎｄｅｘ
碳库指数
Ｃａｒｂｏｎ ｐｏｏｌ
ｉｎｄｅｘ
碳库管理指数
Ｃａｒｂｏｎ ｐｏｏｌ
ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎｄｅｘ
０～５ ＮＴＳ ８．３ ２５．０ ３．０１ １．００ １．００ １００ｂ
ＣＴＳ ９．３ ２７．６ ２．９７ ０．９９ １．１１ １０９ａ
ＣＴ ９．０ ２５．２ ２．８０ ０．９３ １．０３ ９６ｂ
ＲＴＳ １０．８ ２８．２ ２．６１ ０．８７ １．１７ １０２ｂ
５～１０ ＮＴＳ ７．４ １９．６ ２．６５ １．００ １．００ １００ｂ
ＣＴＳ ７．９ ２２．９ ２．９０ １．０９ １．１４ １２５ａ
ＣＴ ７．５ ２３．１ ３．０８ １．１６ １．１３ １３１ａ
ＲＴＳ ７．４ ２２．４ ３．０３ １．１４ １．１０ １２６ａ
１０～２０ ＮＴＳ ５．４ １４．９ ２．７６ １．００ １．００ １００ａ
ＣＴＳ ５．７ １５．３ ２．６８ ０．９７ １．０３ １００ａ
ＣＴ ５．５ １５．１ ２．７５ ０．９９ １．０１ １０１ａ
ＲＴＳ ５．１ １５．１ ２．９６ １．０７ １．００ １０７ａ
ＮＴＳ： 免耕秸秆还田 Ｎｏ⁃ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ； ＣＴＳ： 翻耕秸秆还田 Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ； ＣＴ： 翻耕秸秆不还田
Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｍｏｖｅｄ； ＲＴＳ： 旋耕秸秆还田 Ｒｏｔａｒｙ ｔｉｌｌａｇｅ ｗｉｔｈ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ． 同列不同小写字母表示同一土壤层次处理
间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ．
１７１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 汤文光等： 长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分库容及重金属 Ｃｄ的影响　 　 　 　 　
图 ２　 耕作方式与秸秆还田对土壤容重的影响
Ｆｉｇ．２ 　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ
ｄｅｎｓｉｔｙ．
和 ５ ～ １０ ｃｍ气相显著增大，分别增加 ８８􀆰 ４％和
９７􀆰 １％，１０～２０ ｃｍ气相显著减小，减小了 ５１．０％，但
０～２０ ｃｍ 液相均显著减小，０ ～ ５ ｃｍ、５ ～ １０ ｃｍ 和
１０～２０ ｃｍ液相分别减小了 １７．４％、９．８％和 ６．９％．说
明长期翻耕和旋耕秸秆还田显著增强了 ０ ～ １０ ｃｍ
耕层土壤的通气性，有利于水稻生长发育，而 １０ ～
２０ ｃｍ的液相和气相都减小，可能是耕作时农机对下
层土壤碾压造成的．
２􀆰 ３　 土壤有机碳、氮、磷、钾库容及阳离子交换量
土壤养分含量和阳离子交换量是衡量土壤保肥
能力的重要指标．土壤养分含量越高，土壤阳离子交
换量越大，土壤的保肥能力越大．从表 ３ 可以看出，
不同耕作措施之间，与 ＮＴＳ 相比，ＣＴＳ 和 ＲＴＳ 的土
壤有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量分
表 ２　 耕作方式与秸秆还田对土壤固、液、气三相比的影响
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ
ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓｏｌｉｄ， ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｇａｓ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
土层 Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ （ｃｍ）
０～５ ５～１０ １０～２０
ＮＴＳ １．００ ∶ ０．８５ｂ ∶ ０．３５ｄ １．００ ∶ ０．８６ｂ ∶ ０．３４ｃ １．００ ∶ ０．７３ａ ∶ ０．５８ａ
ＣＴＳ １．００ ∶ ０．７６ｃ ∶ ０．８１ａ １．００ ∶ ０．８３ｂ ∶ ０．６７ａ １．００ ∶ ０．６７ｂ ∶ ０．２４ｄ
ＣＴ １．００ ∶ ０．９２ａ ∶ ０．４３ｃ １．００ ∶ ０．９２ａ ∶ ０．３４ｃ １．００ ∶ ０．７２ａ ∶ ０．４９ｂ
ＲＴＳ １．００ ∶ ０．８４ｂ ∶ ０．５６ｂ １．００ ∶ ０．９５ａ ∶ ０．５６ｂ １．００ ∶ ０．６９ａｂ ∶ ０．４１ｃ
同列不同小写字母表示处理间差异显著（Ｐ＜ ０． ０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ
ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ．下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
别增加了 ２２．９％、３２．９％、１０８．５％、４６．０％、１６．５％和
３７．３％、３２．８％、１２１．１％、５９．６％、２６．２％；长期翻耕秸
秆还田与不还田相比，上述指标分别增加了 ８．３％、
８．９％、２０．９％、９．４％、４．２％，其差异均达显著水平（Ｐ＜
０．０５）．说明长期翻耕、长期旋耕以及秸秆还田均显
著增加了土壤养分含量和阳离子交换量，增强了土
壤的保肥能力．
　 　 耕层厚度是表征土壤养分库容量的一个主要指
标，它与土壤养分含量综合反映了土壤养分库容量
的大小．耕层越深厚，土壤养分含量越高，土壤的库
容量越大．从表 ４可以看出，经过 ９ 年的不同耕作与
秸秆还田后，土壤耕层厚度、土壤养分含量发生了明
显的变化，导致土壤库容量也发生了明显的变化．不
同耕作措施之间，与 ＮＴＳ 相比，ＣＴＳ 和 ＲＴＳ 的耕层
厚度、有效养分总库容量分别降低了 １６􀆰 １％、５􀆰 ６％
和 １３􀆰 ９％、１９􀆰 ２％，差异显著（Ｐ＜０．０５）；长期翻耕秸
秆还田与不还田相比，耕层厚度、有效养分总库容量
表 ３　 耕作方式与秸秆还田对土壤养分含量的影响
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ （０－２０ ｃｍ）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
有机碳
Ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
碱解氮
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
有效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
阳离子交换量
Ｃａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ
ｃａｐａｃｉｔｙ （ｃｍｏｌ·ｋｇ－１）
ＮＴＳ ２５．８５±０．７５ｄ １５７．６２±３．５６ｃ ３．５５±０．０４ｄ ３０．２１±１．６４ｄ １２．６２±０．５３ｄ
ＣＴＳ ３１．７７±０．６４ｂ ２０９．５３±３．７６ａ ７．４０±０．０６ｂ ４４．１２±０．９７ｂ １４．７０±０．５８ｂ
ＣＴ ２９．３５±０．６５ｃ １９２．４１±４．２５ｂ ６．１２±０．０７ｃ ４０．３２±１．０９ｃ １４．１１±０．６４ｃ
ＲＴＳ ３５．４８±０．８２ａ ２０９．３２±３．３７ａ ７．８５±０．０６ａ ４８．２０±１．７２ａ １５．９３±０．４１ａ
表 ４　 耕作方式与秸秆还田对土壤养分库容量的影响
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｏｏｌ （０－２０ ｃｍ）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
耕层厚度
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
（ｃｍ）
容重
Ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ
（ｇ·ｃｍ－３）
耕层土质量
Ｓｏｉｌ ｍａｓｓ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
有机碳
Ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
碱解氮
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
有效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
有效养分总量
Ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｕｔｒｉｅｎｔ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
ＮＴＳ １５．６２ａ １．４１ａ ２１９７２１３ａ ５６７９８ａ ３４６ａ ７．８０ｄ ６６．３８ａ ５７２１９ａ
ＣＴＳ １３．１１ｂ １．１７ｂ １５３８２４０ｂ ４８８７０ｂ ３２２ｂ １１．４１ａ ６７．８７ａ ４９２７２ｂ
ＣＴ １２．９１ｂ １．１４ｂ １４７６０４３ｂ ４３３２２ｄ ２８４ｃ ９．０３ｃ ５９．５１ｂ ４３６７５ｃ
ＲＴＳ １１．６９ｃ １．１１ｂ １２９３６９ｃ ４５９００ｃ ２７１ｃ １０．１６ｂ ６２．３６ｂ ４６２４３ｃ
２７１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
表 ５　 耕作方式与秸秆还田对水稻植株重金属 Ｃｄ含量的影响
Ｔａｂｌｅ ５　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ Ｃｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｒｉｃｅ ｐｌａｎｔ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
Ｃｄ含量
Ｃｄ ｃｏｎｔｅｎｔ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
稻米
Ｒｉｃｅ
秸秆
Ｓｔｒａｗ
根
Ｒｏｏｔ
干物质量
Ｄｒｙ ｍａｔｔｅｒ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
稻米
Ｒｉｃｅ
秸秆
Ｓｔｒａｗ
根
Ｒｏｏｔ
各部位 Ｃｄ富集量
Ｃｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｐａｒｔｓ （ｇ·ｈｍ－２）
稻米
Ｒｉｃｅ
秸秆
Ｓｔｒａｗ
根
Ｒｏｏｔ
地上部 Ｃｄ富集量
Ｃｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄ （ｇ·ｈｍ－２）
稻米＋秸秆
Ｒｉｃｅ＋ｓｔｒａｗ
ＮＴＳ ０．６３ｂ ７．９９ａ ９．９６ａ ６１４２ａ ７６６９ａ １５１０ｂ ３．８７ｂ ６１．２７ａ １５．０４ａ ６５．１４ａ
ＣＴＳ ０．６４ｂ ６．６０ｃ ７．６９ｂ ６０４１ａ ７２１０ｂ １６１５ａ ３．８７ｂ ４７．５９ｂ １２．４２ｃ ５１．４５ｂ
ＣＴ ０．５３ｃ ７．２８ｂ ７．４４ｂ ５２６４ｂ ６６５７ｃ １６４８ａ ２．７９ｃ ４８．４６ｂ １２．２６ｃ ５１．２５ｂ
ＲＴＳ ０．８５ａ ６．３５ｃ ７．６５ｂ ５８７７ａ ７１０１ｂ １７１４ａ ４．９９ａ ４５．０９ｂ １３．１１ｂ ５０．０９ｂ
图 ３　 耕作方式与秸秆还田对土壤 Ｃｄ含量的影响
Ｆｉｇ．３　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ Ｃｄ ｃｏｎ⁃
ｔｅｎｔ （０－２０ ｃｍ）．
分别提高了 １．６％、１２．８％，前者差异不显著，后者差
异显著（Ｐ＜０．０５）．说明长期翻耕和旋耕由于耕作深
度较浅，加上机械碾压，耕层厚度降低速度快，导致
土壤养分库容量减少，免耕由于没有机械碾压，耕层
厚度下降速度较慢，土壤养分库容量较大；长期秸秆
还田能增加耕层厚度，提高土壤养分库容量．
２􀆰 ４　 土壤和植株重金属 Ｃｄ含量
目前南方稻田重金属污染主要是镉污染．从图 ３
可以看出， 各处理土壤 Ｃｄ 含量均超过 ０􀆰 ２
ｍｇ·ｋｇ－１，说明试验区稻田土壤已产生 Ｃｄ 污染，属
轻度 Ｃｄ污染农田．长期不同耕作方式导致稻田土壤
Ｃｄ发生了显著的变化，其中 ＲＴＳ 处理土壤 Ｃｄ 含量
最高，为 ０． ４４２ ｍｇ · ｋｇ－１，较 ＣＴＳ 处理增加了
２１􀆰 １％，较 ＮＴＳ 处理增加了 ３１． ６％，ＣＴＳ 处理土壤
Ｃｄ含量较 ＮＴＳ处理增加了 ８．６％，差异均显著（Ｐ＜
０．０５）；长期翻耕秸秆还田与不还田相比，土壤 Ｃｄ含
量虽增加了 １．７％，但差异不显著．
　 　 长期不同耕作措施对水稻植株重金属 Ｃｄ 的吸
收富集产生了一定的影响，从表 ５ 可以看出，稻米
Ｃｄ含量、Ｃｄ富集量以长期旋耕（ＲＴＳ）最高，较 ＮＴＳ
分别增加了 ３４． ９％、 ２８． ９％，较 ＣＴＳ 分别增加了
３２􀆰 ８％、２８．９％；而秸秆 Ｃｄ含量、根 Ｃｄ含量、秸秆 Ｃｄ
富集量、根 Ｃｄ 富集量、地上部 Ｃｄ 富集量均以长期
免耕 （ ＮＴＳ） 最高，较 ＣＴＳ 分别增加了 ２１􀆰 １％、
２９􀆰 ５％、２８．８％、２１．１％、２６．６％，较 ＲＴＳ 分别增加了
２５．８％、３０．２％、３５．９％、１４．７％、３０．１％，上述差异均达
显著水平（Ｐ＜０．０５）．长期翻耕秸秆还田与不还田相
比，稻米 Ｃｄ 含量、 Ｃｄ 富集量分别显著增加了
２０􀆰 ８％、３８．７％，秸秆 Ｃｄ含量则显著减少了 ９．３％，而
秸秆 Ｃｄ富集量、根 Ｃｄ含量、根 Ｃｄ 富集量及地上部
Ｃｄ富集量均无显著差异．水稻植株不同部位 Ｃｄ 富
集量各处理表现一致，均为秸秆显著高于根部，根部
显著高于稻米．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 长期不同耕作与秸秆还田措施对稻田土壤养
分库容的影响
本研究显示，耕作措施与秸秆还田主要影响
０～１０ ｃｍ耕层土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指
数及土壤容重和三相比，１０～２０ ｃｍ耕层土壤上述指
标无显著变化，这与前人研究结果［２５］基本一致，说
明长期免耕、浅耕和机械碾压，导致稻田耕作层变
浅，耕作栽培措施对土壤耕层深度的影响范围也在
相应缩小．前人研究普遍认为，免耕等保护性耕作可
减少土壤养分和水分流失，李琳等［２６］、何莹莹等［２７］
在 ２００６、２００７ 年该试验研究初期的测定结果也显
示，免耕显著增加了 ０ ～ １０ ｃｍ 耕层土壤有机碳、活
性有机碳含量，而经多年定位试验后测定发现，与长
期免耕相比，长期旋耕和长期翻耕显著提高了 ０ ～
１０ ｃｍ耕层土壤有机碳、活性有机碳含量，显著降低
了 ０～１０ ｃｍ土壤容重，显著增大了 ０～１０ ｃｍ土壤气
相，减小了 １０～２０ ｃｍ 土壤气相．这可能是因为免耕
条件下，有机碳主要富集于土壤表层，在试验初期能
增加表土层有机碳含量，但随着免耕时间的延长，由
于长期没有动土，可能导致耕层表层土壤容重增加
和养分流失，因而出现相反的结果．与秸秆不还田相
比，秸秆还田显著增加了 ０～５ ｃｍ耕层土壤有机碳、
３７１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 汤文光等： 长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分库容及重金属 Ｃｄ的影响　 　 　 　 　
活性有机碳含量及碳库管理指数，显著降低了 ５ ～
１０ ｃｍ耕层土壤容重，显著增大了 ０ ～ １０ ｃｍ 土壤气
相，减小了 １０～２０ ｃｍ土壤气相．说明长期旋耕、长期
翻耕和秸秆还田均增加了耕层表层土壤有机碳含
量，增强了土壤的通气性，有利于水稻生长发育．
合理的耕作措施可以提高土壤有机质的输入
量，减少土壤有机质的矿化分解，增加土壤有机碳含
量，促进氮素积累，提高农业可持续发展能力［２８］ ．程
科等［２９］研究认为，免耕 ／深松保护性轮耕模式能提
高耕层土壤团聚体含量与稳定性，改善旱地土壤结
构；侯贤清等［３０］研究显示，免耕 ／深松轮耕模式显著
降低了土壤容重，显著增加了 ０ ～ ４０ ｃｍ 土壤有机
碳、碱解氮、有效磷、速效钾含量，改善了土壤养分状
况．孙国峰等［３１］选择双季稻区连续 ７ 年免耕稻田进
行翻耕和旋耕的土壤轮耕措施研究，结果表明，轮耕
可以显著降低耕作层土壤容重，增加土壤贮水量，降
低表层 ０ ～ ５ ｃｍ 土壤有机碳含量，提高下层 ５ ～
２０ ｃｍ土壤有机碳含量［３２］ ．本研究显示，与长期免耕
相比，长期翻耕和长期旋耕虽然显著增加了土壤有
机碳、碱解氮、有效磷、速效钾等养分含量和土壤阳
离子交换量，但长期翻耕和旋耕由于耕翻作业深度
较浅，加上机械碾压，导致耕层厚度显著降低，土壤
养分库容量减少．与秸秆不还田相比，秸秆还田显著
增加了有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾等养分含量
和土壤阳离子交换量，同时也显著增加了土壤养分
库容量，增强了土壤的保肥能力．长期免耕秸秆还田
由于秸秆覆盖在稻田表面，呈好气分解，养分分解速
度快，有机质积累少；长期翻耕秸秆还田，秸秆呈厌
氧分解，有机物分解速度慢，因此长期免耕秸秆覆盖
还田耕层土壤有机碳含量比翻耕秸秆还田处理低，
土壤保肥能力相对降低．
３􀆰 ２　 长期不同耕作与秸秆还田措施对稻田重金属
Ｃｄ的影响
长期旋耕秸秆还田土壤 Ｃｄ 含量最高，说明在
旋耕条件下秸秆还田土壤对重金属 Ｃｄ 的富集作用
最强；长期免耕秸秆还田土壤 Ｃｄ 含量最低，甚至显
著低于长期翻耕秸秆不还田处理，说明长期免耕在
导致表层土壤养分流失的同时，土壤中部分重金属
Ｃｄ也随之被迁移转出；长期翻耕秸秆还田与不还田
的土壤 Ｃｄ 含量无显著差异，说明秸秆还田不是导
致土壤 Ｃｄ污染的主要因素，土壤 Ｃｄ 污染可能是由
肥料［１６］、灌溉水［２０］及其他污染源的不断渗入所致．
长期旋耕秸秆还田的稻米Ｃｄ含量和Ｃｄ富集
表 ６　 不同耕作与秸秆还田措施对土壤 Ｃｄ的理论消减次数
Ｔａｂｌｅ ６　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ
ｏｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｃｄ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
土壤 Ｃｄ含量
Ｓｏｉｌ Ｃｄ
ｃｏｎｔｅｎｔ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
耕层土质量
Ｓｏｉｌ
ｍａｓｓ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
土壤总 Ｃｄ量
Ｓｏｉｌ ｔｏｔａｌ
Ｃｄ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ
（ｇ·ｈｍ－２）
秸秆吸 Ｃｄ量
Ｔｏｔａｌ Ｃｄ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ
ｉｎ ｒｉｃｅ
ｓｔｒａｗ
（ｇ·ｈｍ－２）
Ｃｄ理论
消减次数
Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ
ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
ｉｎｄｅｘ
ｆｏｒ Ｃｄ
（Ｎｏ．）
ＮＴＳ ０．３３６ ２１９７２１３ ７３８．２６ ６５．１４ １１．３３
ＣＴＳ ０．３６５ １５３８２４０ ５６１．４６ ５１．４５ １０．９１
ＣＴ ０．３５９ １４７６０４３ ５２９．９０ ５１．２５ １０．３４
ＲＴＳ ０．４４２ １２９３６９３ ５７１．８１ ５０．０９ １１．４２
量最高，长期翻耕秸秆不还田的稻米 Ｃｄ 含量和 Ｃｄ
富集量最低，说明长期旋耕秸秆还田有加重稻米 Ｃｄ
污染的风险，而长期翻耕秸秆不还田有减轻稻米 Ｃｄ
危害的趋势．长期免耕秸秆还田的水稻秸秆与根的
Ｃｄ含量、Ｃｄ富集量以及地上部 Ｃｄ 富集量均最高，
说明长期免耕有促进土壤 Ｃｄ 向水稻植株特别是向
秸秆部位转移的作用，从而有利于土壤 Ｃｄ 污染的
修复．
土壤重金属污染的修复方法主要有土壤钝
化［３３］和生物修复［１４］，但目前修复效果均不理想，探
索有效实用的重金属修复技术仍是广大学者追求的
目标．从本试验田土壤 Ｃｄ 含量及水稻植株富集 Ｃｄ
能力分析（表 ６），不同耕作方式与秸秆还田的水稻
地上部秸秆与稻米一次能从土壤转移富集 Ｃｄ 量为
５１．２５～６５．１４ ｇ·ｈｍ－２，假设在严格控制 Ｃｄ 污染来
源，忽略土壤 Ｃｄ含量降低可能引起水稻富集 Ｃｄ 能
力下降等因素的情况下，如果通过秸秆不还田富集
转移土壤中的 Ｃｄ，理论上通过 １０．３４ ～ １１．４２ 次的秸
秆转移作用，就能有效消减土壤 Ｃｄ，实现土壤 Ｃｄ 污
染的修复．
４　 结　 　 语
受耕层变浅影响，耕作措施与秸秆还田主要影
响 ０～１０ ｃｍ耕层土壤养分库容．长期翻耕和长期旋
耕虽然增加了土壤养分含量，增强了土壤通气性，但
因耕翻作业深度浅及机械碾压等因素反而加剧了耕
层变浅，导致养分库容降低．长期免耕增加了表层土
壤容重，虽然土壤养分部分流失导致含量降低，但由
于免耕土壤未受机械碾压，耕层反而较深，养分库容
相对较高，这也可能是长期免耕能维持较长年限土
壤肥力不显著下降的因素之一．秸秆还田显著增加
了土壤养分含量和阳离子交换量，同时也增加了耕
层深度和土壤养分库容量，增强了土壤保肥能力．
４７１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
长期翻耕和长期旋耕的土壤 Ｃｄ 含量显著偏
高，水稻植株地上部分富集 Ｃｄ 能力相对较低；长期
免耕则促进了水稻地上部分对 Ｃｄ 的富集，增强了
对土壤 Ｃｄ污染的消减能力，有利于土壤 Ｃｄ 污染的
修复．秸秆还田不是导致土壤 Ｃｄ 污染的主要因素，
但秸秆还田在增加土壤养分的同时，也将秸秆中富
集的 Ｃｄ 重新归还到稻田土壤中，而通过秸秆不还
田有可能实现土壤 Ｃｄ的转移及有效修复．
综上所述，长期采用单一耕作方式和长期秸秆
还田均存在一定的弊端，既要充分发挥稻田土壤的
总体保肥功效，又要有利于土壤 Ｃｄ 污染的修复，应
改进耕作方式和秸秆还田方法，实行翻耕、旋耕与免
耕相结合的土壤轮耕或深松耕，减少秸秆还田量或
实行秸秆轮还，并对土壤养分库容、土壤重金属 Ｃｄ
等综合因素作进一步深入研究．
参考文献
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立群）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｌｌａｇｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ ｓｏｉｌ
ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｐｏｏｌ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ⁃Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
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Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［２９］　 Ｃｈｅｎｇ Ｋ （程　 科）， Ｌｉ Ｊ （李　 军）， Ｍａｏ Ｈ⁃Ｌ （毛红
玲）． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｎ ｓｏｉｌ
ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｒａｉｎｆｅｄ ｗｈｅａｔ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ
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［３０］　 Ｈｏｕ Ｘ⁃Ｑ （侯贤清）， Ｌｉ Ｒ （李　 荣）， Ｈａｎ Ｑ⁃Ｆ （韩清
芳）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｌｔｅｒｎａｔｅ ｔｉｌｌａｇｅ ｏｎ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃｏ⁃
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｄｒｙｌａｎｄ ｗｈｅａｔ ｉｎ ａｒｉｄ
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ｎｅｓｅ）
［３２］ 　 Ｓｕｎ Ｇ⁃Ｆ （孙国峰）， Ｘｕ Ｓ⁃Ｑ （徐尚起）， Ｚｈａｎｇ Ｈ⁃Ｌ
（张海林）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｔｉｌｌａｇｅ ｉｎ ｄｏｕｂｌｅ
ｒｉｃｅ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｏｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒａ⁃
ｂｌｅ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ． Ｓｃｉｅｎｔｉａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａ Ｓｉｎｉｃａ （中国农业科
学）， ２０１０， ４３（１８）： ３７７６－３７８３ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［３３］　 Ｚｈａｎ Ｊ （詹　 杰）， Ｗｅｉ Ｓ⁃Ｈ （魏树和）， Ｎｉｕ Ｒ⁃Ｃ （牛
荣成）． Ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ ｃａｄｍｉｕｍ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ
ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｎｅｗ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｉｔｓ ｓａｆｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉ⁃
ｎａ： Ａ ｒｅｖｉｅｗ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ⁃Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ （农
业环境科学学报）， ２０１２， ３１（７）： １２５７ － １２６３ （ ｉｎ
Ｃｈｉｎｅｓｅ）
作者简介　 汤文光，男，１９６７年生，硕士，研究员．主要从事耕
作生态和农业环境等研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｔａｎｇｗｅｎｇｕａｎｇ＠ ｓｉｎａ．ｃｏｍ
责任编辑　 张凤丽
６７１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷