全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆圆期摇 摇 圆园员猿年 员员月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
利用分布有 辕无数据预测物种空间分布的研究方法综述 刘摇 芳袁李摇 晟袁李迪强 渊苑园源苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观服务研究进展 刘文平袁宇振荣 渊苑园缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
土壤呼吸组分分离技术研究进展 陈敏鹏 袁夏摇 旭袁李银坤袁等 渊苑园远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
平茬高度对四合木生长及生理特性的影响 王摇 震袁张利文袁虞摇 毅袁等 渊苑园苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同水分梯度下珍稀植物四数木的光合特性及对变化光强的响应 邓摇 云袁陈摇 辉袁杨小飞袁等 渊苑园愿愿冤噎噎噎
水稻主茎节位分蘖及生产力补偿能力 隗摇 溟袁李冬霞 渊苑园怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于辐热积法模拟烤烟叶面积与烟叶干物质产量 张明达袁李摇 蒙袁胡雪琼袁等 渊苑员园愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响
田慎重袁王摇 瑜袁李摇 娜袁等 渊苑员员远冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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不同光照强度下兴安落叶松对舞毒蛾幼虫生长发育及防御酶的影响 鲁艺芳袁严俊鑫袁李霜雯袁等 渊苑员圆缘冤噎噎
南方小花蝽在不同空间及笼罩条件下对西花蓟马的控制作用 莫利锋袁郅军锐袁田摇 甜 渊苑员猿圆冤噎噎噎噎噎噎
浮游植物对溶解态 粤造的清除作用实验研究 王召伟袁任景玲袁闫摇 丽袁等 渊苑员源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
卧龙巴郎山川滇高山栎群落植物叶特性海拔梯度特征 刘兴良袁 何摇 飞袁 樊摇 华袁等 渊苑员源愿冤噎噎噎噎噎噎噎
春夏季闽江口和兴化湾虾类数量特征 徐兆礼袁孙摇 岳 渊苑员缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
啃食性端足类强壮藻钩虾对筼筜湖三种大型海藻的摄食选择性 郑新庆袁黄凌风袁李元超袁等 渊苑员远远冤噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
源种农业措施对三化螟种群动态的控制作用 张振飞袁黄炳超袁肖汉祥袁等 渊苑员苑猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原沟壑区森林带不同植物群落土壤氮素含量及其转化 邢肖毅袁黄懿梅袁安韶山袁等 渊苑员愿员冤噎噎噎噎噎
基于诊断学的生态系统健康评价 蔡摇 霞袁徐颂军袁陈善浩袁等 渊苑员怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
稻田生态系统中植硅体的产生与积累要要要以嘉兴稻田为例 李自民袁宋照亮袁姜培坤 渊苑员怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎
自由搜索算法的投影寻踪模型在湿地芦苇调查中的应用 李新虎袁赵成义 渊苑圆园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
贺兰山不同海拔典型植被带土壤微生物多样性 刘秉儒袁张秀珍袁胡天华袁等 渊苑圆员员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
内蒙古典型草原灌丛化对生物量和生物多样性的影响 彭海英袁李小雁袁童绍玉 渊苑圆圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区 愿园种植物繁殖体形态特征及其物种分布 王东丽袁张小彦袁焦菊英袁等 渊苑圆猿园冤噎噎噎噎噎噎
基于 酝粤载耘晕栽模型的贺兰山岩羊生境适宜性评价 刘振生袁高摇 惠袁摇 滕丽微袁等 渊苑圆源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
太湖湖岸带浮游植物初级生产力特征及影响因素 蔡琳琳袁朱广伟袁李向阳 渊苑圆缘园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
艾比湖地区土壤呼吸对季节性冻土厚度变化的响应 秦摇 璐袁吕光辉袁何学敏袁等 渊苑圆缘怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
田间条件下黑垆土基础呼吸的季节和年际变化特征 张彦军袁郭胜利袁刘庆芳袁等 渊苑圆苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
光核桃遗传资源的经济价值评估与保护 张丽荣袁孟摇 锐袁路国彬 渊苑圆苑苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
棉花节水灌溉气象等级指标 肖晶晶袁霍治国袁姚益平袁等 渊苑圆愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
云南红豆杉人工林萌枝特性 苏摇 磊袁苏建荣袁刘万德袁等 渊苑猿园园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
赣中亚热带森林转换对土壤氮素矿化及有效性的影响 宋庆妮袁杨清培袁余定坤袁等 渊苑猿园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
圆园员猿年 耘怎则燥责藻葬灶 郧藻燥泽糟蚤藻灶糟藻泽 哉灶蚤燥灶国际会议述评 钟莉娜袁赵文武 渊苑猿员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆苑远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员猿鄄员员
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 山坡岩羊图要要要岩羊属国家二级保护动物袁因喜攀登岩峰而得名袁又名石羊遥 贺兰山岩羊主要分布于海拔 员缘园园要
圆猿园园皂的山势陡峭地带袁羊群多以 圆要员园只小群为主遥 生境适宜区主要为贺兰山东坡渊宁夏贺兰山国家级自然保护
区冤的西南部袁而贺兰山西坡渊内蒙古贺兰山国家级自然保护区冤也有少量分布遥 贺兰山建立国家级自然保护区以
来袁随着保护区环境的不断改善袁这里岩羊的数量也开始急剧增长袁每平方公里的分布数量现居世界之首袁岩羊的活
动范围也相应扩大到低山 怨园园米处的河谷遥 贺兰山岩羊生境选择的主要影响因子为海拔尧坡度及植被遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 22 期
2013年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.22
Nov.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家“十二五冶科技支撑资助项目(2012BAD14B07,2011BAD21B06);公益性行业(农业)科研专项经费资助项目(201103001);国家自
然科学基金资助项目(30900876, 31101127);山东省农业重大应用技术创新课题资助项目
收稿日期:2012鄄07鄄26; 摇 摇 修订日期:2012鄄10鄄26
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: ningty@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201207261062
田慎重, 王瑜, 李娜, 宁堂原, 王丙文, 赵红香, 李增嘉.耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响.生态学
报,2013,33(22):7116鄄7124.
Tian S Z, Wang Y, Li N, Ning T Y, Wang B W, Zhao H X, Li Z J.Effects of different tillage and straw systems on soil water鄄stable aggregate distribution
and stability in the North China Plain.Acta Ecologica Sinica,2013,33(22):7116鄄7124.
耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性
团聚体分布及稳定性的影响
田慎重1, 王摇 瑜2, 李摇 娜1, 宁堂原1,*, 王丙文1, 赵红香1, 李增嘉1
(1. 作物生物学国家重点实验室, 山东省作物生物学重点实验室, 山东农业大学农学院, 泰安摇 271018;
2. 山东省水稻研究所, 济南摇 250100)
摘要:基于 10a耕作措施的定位试验,利用湿筛法研究了不同耕作措施和秸秆还田条件下农田土壤水稳性团聚体的分布规律,
并利用平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)评价了不同处理水稳性团聚体的稳定性。 研究结果表明,不同耕作措施
处理的水稳性团聚体在 0—10cm,10—20cm和 20—30cm土层表现出不同的分布趋势,随着土层的加深,各处理水稳定团聚体
的分布呈粒径逐渐减小、分布范围逐渐扩大趋势,0—10cm土层的水稳性团聚体多集中于 2—5mm粒径范围,10—20cm土层水
稳性团聚体多集中在 0.5—5mm粒径范围,以 0.5—1mm 最多,而 20—30mm,则广泛分布在 0.25—5mm 粒径范围。 通过 MWD
和 GMD值可以看出,免耕、耙耕和旋耕措施更能有效地保护表层(0—10cm)土壤水稳定团聚体的稳定性,常规耕作和深松处理
则显著降低了 20—30cm水稳性团聚体稳定性。 秸秆还田显著增加了土壤有机碳(SOC)含量,且显著影响了土壤表层水稳性团
聚体的稳定性。 作用力分析结果表明,在 0—10cm表层,秸秆作用在土壤表层显著影响了水稳定大团聚体的数量及其稳定性
(P<0.001),多元回归分析说明其与土壤有机碳含量达到了极显著水平(P<0.01),且同时也受到来自耕作和秸秆交互效应的影
响(P<0.01);但在 10—20cm土层,影响其数量分布的主要因素是不同的耕作措施及耕作和秸秆的交互效应(P<0郾 001);而在
20—30cm,耕作措施、秸秆和两者的交互效应共同对水稳性大团聚体数量产生重要的影响,但主要作用力来自耕作措施(P<
0郾 001)和两者的交互效应(P<0.001)。 免耕秸秆还田措施能显著提高土壤的水稳性团聚体的比例和稳定性。
关键词:保护性耕作;秸秆还田;土壤水稳性团聚体;MWD;GMD
Effects of different tillage and straw systems on soil water鄄stable aggregate
distribution and stability in the North China Plain
TIAN Shenzhong1, WANG Yu2, LI Na1, NING Tangyuan1,*, WANG Bingwen1, ZHAO Hongxiang1, LI Zengjia1
1 State Key Laboratory of Crop Biology, Shandong Key Laboratory of Crop Biology, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Taian
271018, China
2 Shandong Rice Research Institute, Jinan 250100, China
Abstract: Tillage and crop residue input are two important factors to effect on the distribution and stability of soil water鄄
stable aggregation. The objective of this study was to evaluate the changes of soil water鄄stable aggregate distribution and
stability after 10 years in response to long鄄term tillage and crop straw management experiment in winter wheat (Triticum
aestivum Linn.) and maize (Zea mays L.) cropping system in the North China Plain. The experiment was laid out in a split鄄
plot design, the main plots involved five tillage systems, which included no鄄till (NT), subsoiling (ST), harrow tillage
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(HT) and rotary tillage ( RT), with the conventional tillage ( CT) as the control; the subplots involved two residue
management methods: straw returning ( P ) or straw removal ( A). As a result, the distributions of soil water鄄stable
aggregate revealed varied characters in the 0—10 cm, 10—20 cm and 20—30 cm layers under the different tillage and
straw management treatments. The size class of soil water鄄stable aggregate decreased with the soil layers deepening, while
the distribution range were increased, the main ranges in the 0—10 cm, 10—20 cm and 20—30 cm layers were 2—5 mm,
0.5—5 mm and 0.25—5 mm size classes, respectively. Suitable tillage combination with crop straw input increased the
proportion and stability of water鄄stable macro鄄aggregate. The proportion and stability of water鄄stable macro鄄aggregate in the
0—10cm under the PS, PR, PH and PN treatments were significant higher than that of the straw removal treatments (P<
0郾 05), and they significant related with the straw input (P<0.001) and the interaction between it and tillage (P<0.01).
Meanwhile, the stability of water鄄stable macro鄄aggregate also correlated with the soil organic carbon (SOC) content of these
straw returning treatments according to the multiple regression analysis (P<0.01). Crop straw input significant increased the
content of SOC and more SOC accumulated at the top of soil under conservational tillage methods such as under PS, PR,
PH and PN, their contents significant higher than that of AS, AR AH and AN, respectively, this result further impacted on
the stability of aggregate in different treatments in the 0—10 cm layer, but the SOC level did not influence on the stability
in the 10—20 cm and 20—30 cm layers. The highest proportions in the 10—20 cm and 20—30 cm layers were observed at
the PS treatment, the main driving factor of this result in the 10—20 cm layer were the tillage (P < 0. 001) and the
interaction between tillage and straw (P < 0. 001), while in the 20—30 cm layer were the straw (P < 0. 001) and the
interaction between tillage and straw (P<0.001). No tillage combination with crop straw input could improve the proportion
and stability of water鄄stability aggregate.
Key Words: conservation tillage; straw; water鄄stability aggregate; MWD;GMD
土壤团聚体是土壤结构的基本单元,也是土壤肥力的物质基础,其结构是作物高产所必须的土壤条件之
一[1]。 稳定的土壤团聚结构对种子发芽、根系发育、作物生长以及有机碳保护有着重要的影响,而土壤的团
聚过程也是固碳的最重要的途径之一[2]。 因此,团聚体的稳定性对土壤肥力、质量和土壤的可持续利用等都
有很大的影响。 土壤团聚体的水稳定性与土壤可蚀性密切相关[3],对保持土壤结构的稳定性具有重要意义,
稳定的土壤团聚体有利于保护受团聚体物理保护的有机碳库免受矿化分解[2]。 因而,真正认识土壤团聚体
的形成和稳定机制以及人类活动的影响,对于利用团聚体的组成与作用功能来调控管理土壤有机碳库和控制
土壤侵蚀具有十分重要的意义[4]。 华北平原是我国重要的粮食产地,保护性耕作技术和秸秆还田在此地区
已有了较大范围的推广和应用,并取得了一定的经济和生态效益。 由于不合理的耕作和管理措施会造成土壤
的退化侵蚀和土壤碳库的持续性降低[5鄄6],因此,探明不同耕作措施和秸秆还田条件下农田土壤团聚体分布
规律及其稳定性对该地区农田土壤固碳减排和降低土壤侵蚀程度具有重要意义。 本研究利用基于 10a 的不
同耕作措施定位试验,通过团聚体的质量百分数及评价其稳定性的平均重量直径(MWD)和几何平均直径
(GMD)参数[7鄄8],研究不同耕作措施和秸秆还田对该地区麦玉两熟农田不同耕层土壤水稳性团聚体分布及稳
定性的影响。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
本试验在山东省泰安市山东农业大学农学试验站的不同耕作措施定位试验地进行(始于 2002 年)。 试
验地位于 36毅09忆30.78义—36毅09忆27.59义 N,117毅09忆13.79义—117毅09忆12.02义 E,属于温带大陆性季风气候,四季分
明,光照充足。 该地区年平均气温 13.6 益,年均日照时数 2462.3 h,年均降雨量 786.3 mm,具有华北平原的典
型特点。 试验田土壤为棕壤土,土层深厚,耕层土壤有机碳 7.19 g / kg,全氮 0.81 g / kg,速效氮 108.8 mg / kg,全
磷 17.60 g / kg,速效磷 38.4 mg / kg,土壤容重 1.43 g / cm3。
7117摇 22期 摇 摇 摇 田慎重摇 等:耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响 摇
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1.2摇 试验设计
试验采用裂区设计,主区为耕作方式,分为免耕(N)、旋耕(R)、耙耕(H)、深松(S)和常规耕作(C)5 种;
副区为秸秆,分为秸秆全量还田(P)和无秸秆还田(A)2 种。 两因素相互组合共 10 个处理(表 1)。 试验设 3
次重复,小区面积 15m伊 4m。 试验采用冬小麦鄄夏玉米轮作体系,各处理统一田间管理,小麦季基施纯 N 225
kg / hm2,P 2O5 180 kg / hm2,K2O 180 kg / hm2,各处理在拔节期统一追施纯 N 100 kg / hm2,浇拔节水 160 mm;玉
米季基施纯 N 120 kg / hm2,P 2O5 120 kg / hm2,K2O 100 kg / hm2,大喇叭口期追施纯 N120 kg / hm2。
表 1摇 试验处理
Table 1摇 Experimental treatments
秸秆还田 Straw returning (P) 无秸秆还田 Straw removal (A)
常规耕作 Conventional tillage (C) 常规耕作秸秆还田(PC) CK 常规耕作无秸秆还田(AC) CK
深松 Subsoiling (S) 深松耕秸秆还田(PS) 深松耕无秸秆还田(AS)
耙耕 Harrow tillage (H) 耙耕秸秆还田(PH) 耙耕无秸秆还田(AH)
旋耕 Rotary tillage (R) 旋耕秸秆还田(PR) 旋耕无秸秆还田(AR)
免耕 No tillage (N) 免耕秸秆还田(PN) 免耕无秸秆还田(AN)
1.3摇 样品采集及分析
1.3.1摇 土样采集
土样采集于 2011年 10月进行,用直径为 10cm的环刀(避免外力挤压,以保持原来的结构状态)多点(3
点—5点)采集有代表性的原状耕层土壤,分 0—10cm、10—20cm和 20—30cm 3个层次。 运回室内后(运输时
避免震动和翻倒),沿土壤的自然结构轻轻地剥开,将原状土剥成小土块,同时防止外力的作用而变形,过
7mm筛,并剔去粗根和小石块。 土样摊平在透气通风处,让其自然风干。
1.3.2摇 测试方法
土壤水稳定性团聚体含量采用湿筛法[9]。 各处理取 50g的土样,用于湿筛的分析使用。 湿筛分析在团聚
体分析仪上进行,一次可同时分析 4 个土样。 套筛孔径依次为 5、2、1、0.5、0.25、0郾 053mm。 将土样倒入套筛
后,浸润 10min,开启团聚体分析仪,使之达到 20 次 / min(上下筛动时套筛不能露出水面),定时 2min。 筛好
后,将套筛拆开,留在筛子上的各级团聚体用细水流通过漏斗分别洗入铝盒,带澄清后倒去上面的清夜,烘箱
55益风干,在空气中平衡 2h后称重[10],各处理 3次重复。
1.4摇 结果计算
(1)不同粒级水稳性团聚体的质量百分比[11]
w i =
Wwi
50
伊 100% (1)
式中,w i为某级水稳定性团聚体的质量分数(%);Wwi为该级水稳定性大团聚体的风干质量(g)。
(2)水稳性大团聚体数量[11]
R0.25 =
Mi > 0.25
MT
(2)
式中, R0.25为水稳性大团聚体数量(>0.25mm),Mi>0.25大于 0.25mm团聚体的重量,MT团聚体的总重量。
(3)平均重量直径(MWD) [10]
MWD =
移 ni = 1(xiw i)
移 ni = 1w
é
ë
ê
ê
ê
ù
û
ú
ú
úi
(3)
式中, MWD为平均重量直径;yi为各粒级土粒的重量百分比;xi为各粒级的平均直径。
(4)几何平均重量(GMD) [10]
8117 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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GMD = exp
移 ni = 1w i lnxi
移 ni = 1w
é
ë
ê
ê
ê
ù
û
ú
ú
úi
(4)
式中, GMD为几何平均直径;w i为各粒级土壤的重量;xi为各粒级平均直径。
1.5摇 数据分析
试验所得数据采用 Excel 2003处理。 数据统计分析采用 DPS 7.05数据分析系统作方差分析(LSD)和回
归分析,作用力分析为两因素随机区组进行方差分析时,将试验变异来源分为区组间、A 因素(耕作因素)、B
因素(秸秆还田)、两因素交互效应、误差及总变异几部分,各部分所引起的变异大小由其所产生的平方和表
示,因此耕作因素、秸秆还田因素及其交互效应作用力(各部分所引起的变异在总变异中所占的比例)可用下
式计算[12]:
耕作作用力= 耕作变量(平方和) /总变量(总平方和)伊100%
秸秆作用力= 秸秆变量(平方和) /总变量(总平方和)伊100%
交互作用力= 交互变量(平方和) /总变量(总平方和)伊100%
2摇 结果与分析
2.1摇 耕作方式及秸秆还田对农田土壤 0—30cm水稳性团聚体分布的影响
由表 2可以看出,无论是秸秆还田处理还是无秸秆还田处理,不同耕作措施条件下 0—10cm土层的水稳
性团聚体多集中于 2—5mm,而 5—7mm粒级的水稳性团聚体最少。 各处理 0.05—0.5mm 粒径的水稳性团聚
体分布较平均,没有表现出明显的规律。 但不同耕作措施之间则反映出不同的分布特点,由于深松铲和免耕
措施对 0—10cm表层扰动较小,PS和 PN处理的水稳性团聚体多集中于 2—5mm,且数量显著高于其它处理。
而旋耕(PR)由于多作用于表层(0—15cm),且扰动剧烈,其水稳性团聚体主要分布在 0.25—5mm 粒级,较其
它处理分布更广泛。 而通过比较秸秆还田对水稳性团聚体数量的影响发现,除 PN 外,秸秆还田条件下
<0.05mm的水稳性团聚体数量要显著小于无秸秆还田处理,说明秸秆还田有利于微团聚体团聚成更大粒级的
团聚体,并且秸秆还田可能会在耕作时增加扰动阻力,减少对团聚体的破坏作用。
表 2摇 不同耕作措施和秸秆还田对 0—10cm土层水稳性团聚体分布的影响
Table 2摇 Effects of different tillage and straws systems on soil water鄄stable aggregate distribution in 0—10 cm layer
处理
Treatments
各粒级水稳性团聚体的质量百分比 / %
The proportion of different water鄄stable aggregate size
5—7mm 2—5mm 1—2mm 0.5—1mm 0.25—0.5mm 0.05—0.25mm <0.05mm
常规耕作无秸秆还田处理 AC 5.38依1.03 d 36.43依7.45 a 11.30依3.19 b 14.05依5.63 b 11.28依3.20 b 9.32依0.27 c 12.24依0.51 b
常规耕作秸秆还田处理 PC 1.46依0.86 e 34.19依1.60 a 14.89依0.13 bc 16.10依0.51 b 13.96依0.11 c 9.84依0.92 d 9.57依0.31 d
深松无秸秆还田处理 AS 3.10依0.82 d 30.76依2.33 a 14.10依3.84 b 10.61依1.95 c 19.18依0.48 b 9.08依1.78 c 13.18依3.73 bc
深松秸秆还田处理 PS 2.54依0.13 e 37.45依5.35 a 17.42依9.06 b 12.05依3.45 c 12.41依1.92 c 9.59依0.51 d 8.54依1.02 d
耙耕无秸秆还田处理 AH 6.15依1.75 d 20.90依7.66 a 11.39依6.99 c 21.02依1.22 a 15.95依1.60 b 12.02依2.23 c 12.58依3.02 c
耙耕秸秆还田处理 PH 11.11依0.46 b 33.95依4.04 a 12.45依5.14 b 15.41依0.57 b 8.64依6.70 b 8.66依1.64 b 9.79依1.87 b
旋耕无秸秆还田处理 AR 12.11依1.76 bc 15.08依2.33 b 14.37依1.53 b 18.16依2.13 a 15.18依0.36 b 13.70依0.70 bc 11.39依0.11 c
旋耕秸秆还田处理 PR 18.78依5.53 ab 17.20依0.05 ab 11.38依1.25 b 21.94依5.96 a 12.82依0.52 b 8.57依0.60 c 9.31依0.69 c
免耕无秸秆还田处理 AN 2.64依0.07 d 34.29依3.80 a 11.29依2.59 bc 16.26依0.27 b 14.88依2.50 bc 10.75依0.00 c 9.89依1.62 c
免耕秸秆还田处理 PN 13.37依1.44 b 35.07依1.02 a 10.58依0.88 bc 11.83依2.46 bc 7.16依3.45 c 11.66依1.44 bc 9.98依0.86 bc
摇 摇 表中同列不同小写字母分别表示差异显著(P<0.05);AC: Conventional tillage with straw removal;PC:Conventional tillage with straw returning;
AS:Subsoiling with straw removal;PS:Subsoiling with straw returning;AH:Harrow tillage with straw removal;PH:Harrow tillage with straw returning;AR:
Rotary tillage with straw removal;PR:Rotary tillage with straw returning;AN:No鄄till with straw removal;PN:No鄄till with straw returning
通过表 3可以看出,10—20cm土层水稳性团聚体数量多集中在以 2—5mm 和 0.5—1mm。 但不同耕作措
施则表现出不同的分布趋势。 PS处理水稳性团聚体主要以 0.25—5mm粒级为主,分布较均匀;PH处理则以
0.25—0.5mm粒级的水稳性团聚体为主。 而 PC处理主要集中在 2—5mm粒级,由此可以看出,不同耕作措施
9117摇 22期 摇 摇 摇 田慎重摇 等:耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响 摇
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对 10—20cm水稳性团聚体的数量产生了较大的影响,使之表现出不同的分布趋势。 但在该层次,秸秆还田
处理和无秸秆还田处理之间并没有表现出明显的规律性。
由表 4可以看出,在 20—30cm土层水稳性团聚体的分布要比 0—20cm更为广泛。 不同耕作措施处理表
现出更为明显的分布规律。 PC处理水稳性团聚体主要集中在 0.5—1mm粒级,PS为 2—5mm和 0.5—1mm粒
级,PH和 PR处理则广泛的分布于 0.5—5mm粒级,而 PN处理为 2—5mm粒级。 除 AC和 PC外,秸秆还田处
理 0.05—0.25mm水稳性团聚体数量要显著低于无秸秆还田处理,说明在 20—30cm土层秸秆还田依然能影响
到水稳性大团聚体的形成。 另外,AH 和 AR相对于 PH和 PR处理水稳性团聚体在 20—30cm土层多呈集中
趋势。
表 3摇 不同耕作措施和秸秆还田对 10—20cm土层水稳性团聚体分布的影响
Table 3摇 Effects of different tillage and straws systems on soil water鄄Sstable aggregate distribution in 10—20 cm layer
处理
Treatments
各粒级水稳性团聚体的质量百分比 / %
The proportion of different water鄄stable aggregate size
5—7mm 2—5mm 1—2mm 0.5—1mm 0.25—0.5mm 0.05—0.25mm <0.05mm
AC 3.26依0.52 d 41.61依1.21 a 10.53依0.39 bc 9.19依5.37 c 13.28依1.60 b 9.19依1.48 c 12.94依5.80 b
PC 1.94依0.69 d 39.88依7.14 a 10.95依0.68 bc 16.85依6.09 b 12.70依2.33 b 8.45依0.31 c 9.23依0.96 c
AS 5.46依3.05 d 26.86依5.48 a 5.92依0.93 d 26.84依3.52 a 15.76依7.00 b 8.02依4.01 c 11.14依1.45 bc
PS 5.56依0.68 d 20.50依1.35 a 20.20依1.72 a 14.11依3.34 b 21.53依2.91 a 8.16依0.37 c 9.95依0.98 bc
AH 7.64依1.02 d 11.46依0.07 c 13.63依2.16 c 22.40依1.39 a 18.04依1.10 b 12.96依2.21 c 13.88依2.99 c
PH 9.99依5.65 bc 10.23依2.50 bc 14.77依3.00 b 8.29依7.75 c 33.47依4.99 a 7.95依3.45 c 15.29依0.05 b
AR 12.38依3.17 c 11.10依1.62 c 11.85依2.41 c 24.28依3.91 a 12.79依4.31 c 16.07依2.86 b 11.54依4.11 c
PR 8.84依2.67 c 21.50依7.68 a 13.44依1.99 b 22.40依1.74 a 15.20依0.92 b 9.69依0.99 c 8.93依0.61 c
AN 5.03依2.18 d 26.37依10.93 a 12.68依0.74 b 25.31依2.33 a 15.34依3.38 b 7.53依1.43 c 7.73依0.88 c
PN 4.48依1.49 c 26.23依2.60 a 12.43依8.56 b 23.78依5.75 a 11.50依0.78 b 10.06依1.14 b 11.52依2.06 b
摇 摇 表中同列不同小写字母分别表示差异显著(P<0.05)
表 4摇 不同耕作措施和秸秆还田对 20—30cm土层水稳性团聚体分布的影响
Table 4摇 Effects of different tillage and straws systems on soil water鄄stable aggregate distribution in 20—30 cm layer
处理
Treatments
各粒级水稳性团聚体的质量百分比 / %
The proportion of different water鄄stable aggregate size
5—7mm 2—5mm 1—2mm 0.5—1mm 0.25—0.5mm 0.05—0.25mm <0.05mm
AC 2.59依1.39 c 14.70依0.99 b 13.56依1.04 b 27.05依2.46 a 22.37依3.17 a 9.67依2.22 b 10.06依2.31 b
PC 0.34依0.02 c 12.74依1.36 b 10.98依5.84 b 35.65依6.45 a 18.44依0.59 b 10.93依0.75 b 10.94依2.12 b
AS 1.49依0.23 c 21.72依2.54 a 12.71依0.42 b 20.77依1.16 a 20.80依0.34 a 11.05依0.17 b 11.46依1.05 b
PS 0.61依0.05 d 27.98依13.37 a 10.57依1.09 bc 26.61依7.33 a 15.48依1.33 b 10.18依2.35 bc 8.56依1.32 c
AH 14.84依0.30 b 14.81依7.08 b 11.51依0.35 c 20.21依2.84 a 13.34依2.93 b 12.87依0.45 bc 12.43依1.50 bc
PH 2.29依0.21 d 20.27依1.07 ab 14.92依2.64 bc 18.35依1.64 ab 22.35依5.32 a 10.71依1.45 c 11.13依1.21 c
医AR 23.76依0.42 a 13.03依4.41 c 10.46依4.26 d 17.95依4.57 b 11.44依7.21 cd 9.77依0.17 e 13.59依2.75 c
PR 5.47依2.30 d 17.10依3.52 ab 16.95依3.26 ab 19.91依2.61 a 20.06依1.38 a 11.69依1.57 bc 8.81依1.09 c
AN 2.77依0.32 e 20.45依7.82 b 14.77依4.08 c 26.87依1.17 a 14.12依1.95 c 10.98依1.21 d 10.05依2.07 d
PN 14.21依0.17 bc 21.81依2.32 a 15.89依1.45 b 16.42依0.27 b 12.80依1.20 bc 8.50依0.00 d 10.38依2.47 c
摇 摇 表中同列不同小写字母分别表示差异显著(P<0.05)
2.2摇 不同耕作方式和秸秆还田条件下农田土壤 0—30cm水稳性大团聚体的数量
土壤大团聚体是土壤结构最基本的单元,是土壤肥力的中心调节器,具有保证和协调土壤中的水肥气热、
维持和稳定土壤疏松熟化层等作用,在一定程度上表征土壤通气性与抗蚀性[13鄄14]。 由表 5 可以看出,各处理
水稳性大团聚体数量表现出不同的趋势,PS、PR、PH和 PN处理在 0—10cm土层的水稳性大团聚体要显著高
于对照 PC 处理,且秸秆还田处理显著高于无秸秆还田处理,说明保护性耕作和秸秆还田能更好的保护表层
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土壤的团聚体免受侵蚀。 但在 10—20cm 土层,PS 处理水稳性大团聚体数量显著高于其它处理。 20—30cm
土层 PN和 PS处理显著高于其它处理(除 AC外)。
2.3摇 耕作方式与秸秆还田及其交互效应对不同耕层土壤中水稳性大团聚体的作用力分析
通过作用力分析(表 6)可以看出,在 0—10cm 表层,秸秆是影响水稳性大团聚体数量的主要因素(P<
0郾 001),而耕作和秸秆的交互效应对水稳性大团聚体数量的作用力也达到了极显著水平(P<0.01)。 但 10—
20cm土层,影响其数量分布的主要因素是不同的耕作措施及耕作和秸秆的交互效应,两者均达到了极显著水
平(P<0.001)。 在 20—30cm,秸秆因素依然能对水稳性大团聚体数量产生重要的影响(P<0.01),但主要作用
力来自耕作措施和秸秆的交互效应(P<0.001)。
表 5摇 各处理土壤中水稳性大团聚体的数量
Table 5摇 The proportion of water鄄stable macroaggregate in different treatments
土壤层次
Soil layer / cm
水稳性大团聚体比例 The proportion of water鄄stable macroaggregate R0.25 / %
AC PC AS PS AH PH AR PR AN PN
0—10 79.36 e 79.60 d 75.19 g 83.64 a 75.86 f 80.86 c 75.11 g 81.72 b 79.62 d 80.99 c
10—20 78.06 c 80.85 b 81.90 ab 83.45 a 72.51 d 76.64 d 72.41 d 80.66 b 85.03 a 78.03 c
20—30 81.94 a 79.15 b 77.54 c 80.72 ab 75.61 d 75.34 d 77.03 bc 70.83 b 78.77 b 80.50 ab
摇 摇 表中同行不同小写字母分别表示差异显著(P<0.05)
表 6摇 耕作方式、秸秆还田及其交互效应对各处理土壤中水稳性大团聚体的作用力分析
Table 6摇 Affect force analysis of different tillage methods, straw returning and their interaction on water鄄stable macroaggregate
差异源
Difference source
作用力 Affect force / %
0—10cm 10—20cm 20—30cm
区组 Block 0.23 0.73 2.09
耕作 Tillage 9.77 54.78*** 28.40**
秸秆还田 Straw returning 32.68*** 0.31 19.54*
秸秆还田伊耕作 Straw returning and tillage 46.40** 40.42*** 40.92***
误差 Error 10.91 3.77 9.05
摇 摇 * P<0.05,** P<0.01,*** P<0.001
2.4摇 不同耕作措施和秸秆还田条件下不同耕层土壤水稳性团聚体的平均重量直径和几何平均直径
土壤团聚体指数 MWD和 GMD值是评价土壤团聚体稳定性的重要指标,MWD 和 GMD 值越大表示团聚
体的平均粒径团聚度越高,稳定性越强[11,15]。 本研究表明(表 7),0—10cm土层,免耕、旋耕、深松和耙耕措施
的MWD和GMD值要显著高于常规耕作,说明保护性耕作措施后土壤表层的水稳性团聚体稳定性要显著高
表 7摇 不同耕作方式和秸秆还田对 0—30cm土壤团聚体稳定指数的影响
Table 7摇 Soil aggregate stability indices (MWD and GMD) under different tillage and straws systems in 0—30cm layer
处理
Treatments
平均重量直径 Mean weight diameter (MWD) / mm
0—10 cm 10—20 cm 20—30 cm
平均重量直径 Mean weight diameter (MWD) / mm
0—10 cm 10—20 cm 20—30 cm
AC 1.88 c 1.92 a 1.15 g 0.90 d 0.90 b 0.60 g
PC 1.69 f 1.85 b 0.99 h 0.87 e 0.97 a 0.54 h
AS 1.61 g 1.58 d 1.28 f 0.75 g 0.76 e 0.63 f
PS 1.85 e 1.50 e 1.45 d 0.99 b 0.76 e 0.76 c
AH 1.45 i 1.25 h 1.66 c 0.66 i 0.56 g 0.72 d
PH 2.10 b 1.29 g 1.29 f 1.07 a 0.54 h 0.63 f
AR 1.57 h 1.45 f 1.82 b 0.70 h 0.63 f 0.85 b
PR 1.94 c 1.64 c 1.37 e 0.94 c 0.82 d 0.69 e
AN 1.70 f 1.63 c 1.35 e 0.84 f 0.87 c 0.69 e
PN 2.21 a 1.57 d 1.90 a 1.08 a 0.76 e 0.92 a
摇 摇 表中同列不同小写字母分别表示差异显著(P<0.05)
1217摇 22期 摇 摇 摇 田慎重摇 等:耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响 摇
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于常规耕作。 但在 10—20cm土层则表现出相反的趋势,常规耕作的 MWD和 GMD值显著高于保护性耕作处
理。 20—30cm土层免耕处理 MWD 和 GMD 值显著高于其它处理。 但深松和常规耕作措施处理 MWD 和
GMD值在 0—30cm土层一直降低,说明这两种耕作方式对 30cm左右的土壤依然有较强烈的扰动,降低了水
稳性团聚体的稳定性。 综合来看,免耕相对于其它耕作方式能更好的保护土壤团聚体的稳定性。
2.5 摇 0—30cm的土壤有机碳含量及其与团聚体稳定性的多元回归分析
由图 1可以看出,不同耕作措施的秸秆还田处理 SOC含量显著高于无秸秆还田处理,这在 0—10cm土层
尤其明显,说明更多的碳在土壤表层聚积,但随着土层的加深 SOC 含量逐渐降低,而常规耕作 0—30cm 土层
的有机碳含量并无显著性差异。 免耕和深松耕处理 SOC含量显著高于其它处理。
图 1摇 不同耕作措施和秸秆还田条件下的 0—30cm有机碳含量
Fig.1摇 The content of soil organic carbon (SOC) in 0—30cm layers under different tillage and straws systems
AC: 常规耕作无秸秆还田处理 Conventional tillage with straw removal;PC:常规耕作秸秆还田处理 Conventional tillage with straw returning;AS:
深松无秸秆还田处理 Subsoiling with straw removal;PS:深松秸秆还田处理 Subsoiling with straw returning;AH:耙耕无秸秆还田处理 Harrow
tillage with straw removal;PH:耙耕秸秆还田处理 Harrow tillage with straw returning;AR:旋耕无秸秆还田处理 Rotary tillage with straw removal;
PR:旋耕秸秆还田处理 Rotary tillage with straw returning;AN:免耕无秸秆还田处理 No鄄till with straw removal;PN:免耕秸秆还田处理 No鄄till
with straw returning
SOC作为土壤团聚体过程中的胶结剂[16鄄17],其含量显著影响着土壤团聚体的稳定性。 如图 2 所示,在
0—10cm表层,较高的 SOC含量促进了较大的团聚体的稳定性(R2 = 0.71, P<0.01),但在 10—30cm 两个层
次,SOC并不是影响团聚体稳定性的主要因素。
3摇 讨论与结论
本研究结果表明,不同耕作措施处理的水稳性大团聚体在 0—10cm,10—20cm 和 20—30cm 土层表现出
不同的分布趋势(表 2—表 4),说明不同耕作方式由于对土壤的耕作深度、扰动程度等方面的差异,造成水稳
定团聚体分布的差异。 随着土层的加深,水稳性团聚体的分布范围呈扩大趋势,说明各处理水稳定团聚体粒
径逐渐减小,大团聚体数量逐渐降低,其中常规耕作和深松处理尤其如此,从 MWD 和 GMD 值进一步印证了
此结论(表 7),说明这两种耕作方式对 30cm 左右的土壤扰动强烈,降低了水稳性团聚体的稳定性。 另一方
面,不同耕作措施的秸秆还田处理水稳性团聚体的数量显著高于无秸秆还田处理,说明秸秆还田显著影响了
水稳性大团聚体的数量和稳定性(表 5,表 7)。 作用力分析进一步说明,耕作、秸秆还田和两者交互效应是影
响土壤水稳性团聚体在不同土层分布和稳定性的重要因素(表 6)。
不同耕作措施对土壤水稳性团聚体的分布和稳定性已有较多的报道[18鄄20]。 本文结果表明,免耕、耙耕和
旋耕处理的 MWD和 GMD值在 0—10cm和 20—30cm高于 10—20cm,说明旋耕和耙耕处理降低了 10—20cm
水稳性团聚体的稳定性,但这两种耕作方式产生的犁底层大致在 20—30cm左右,使 20—30cm的团聚体免受
机械作用破坏使其稳定性增加。 免耕处理更能有效地保护表层土壤水稳定团聚体的稳定性,这与梁爱珍等研
究结果一致[18]。 免耕条件下土壤结构受到保护,SOC 含量高(图 1),土壤颗粒胶结作用增强,促进土壤的团
2217 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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图 2摇 0—30cm各土层的有机碳含量与MWD的多元回归分析
Fig.2摇 The multiple regression analysis between SOC and MWD in 0—30cm layer
聚作用,大粒级团聚体含量增加,稳定性也相应增强[21]。 有研究表明,免耕处理不翻动土壤,秸秆还田后土壤
有机质有在表层土壤富集的现象[22],而土壤有机质是团聚体分级的主要胶结剂,水稳性团聚体的形成,必须
有赖于土壤中的有机质[16鄄17],免耕处理下较慢的大团聚体周转,有利于大团聚体中更多微团聚体的产生,更
有利于增加土壤团聚体稳定性。 但在 10—20cm 稳定性降低可能是由于该层根系的密集分布导致团聚体生
物稳定性降低[23鄄24]。
各耕作措施处理秸秆还田后能显著提高土壤的 SOC 含量,且 0—10cm 土层的 SOC 含量显著高于 10—
30cm(图 1)。 而作为团聚体胶结物质的有机质含量升高,一定程度上有利于提高水稳性团聚体的稳定性[21]。
多元回归分析进一步表明,0—10cm的 SOC含量与水稳性团聚体的稳定性回归关系达到极显著水平(图 2),
但在 10—30cm两者并无显著性关系(图 2),说明秸秆还田通过影响土壤中的 SOC 含量来影响水稳性团聚体
稳定性。 但是当秸秆不是主要决定因素时,其稳定性又取决于耕作或两者的交互效应。
而两者的交互效应更多的是通过耕作作业使土壤和秸秆充分混合后,在土壤微生物作用下产生的一种综
合生态效应[25],而不同的耕作措施条件下其与秸秆在土壤中产生了不同的交互效应。 例如常规耕作和免耕,
常规耕作表层和 30 cm左右的土壤和秸秆隔年翻换,从而使各土层有机碳含量相对均衡、稳定,但翻耕后,土
壤中易矿化的 SOC因不断被矿化而损失,造成含量偏低(图 1),且剧烈的扰动造成团聚体稳定性降低(表 7)。
而免耕保持了原有的土壤结构,SOC含量高(图 1),土壤团聚体具有较高的稳定性(表 7)。 由此可见,两者的
相互作用不仅影响土壤中的 SOC含量,而且能进一步通过微生物作用影响土壤团聚体的团聚和裂解,导致团
聚体稳定性的差异[26鄄27]。
许多团聚体稳定性研究由于过多注重耕作因素的扰动造成的差异,而忽视了秸秆因素在团聚体稳定性方
面的重要作用,秸秆还田后不但可以显著提高土壤耕层的 SOC 含量,还能增加耕作对土壤过度干扰的阻
力[10],影响真菌等微生物的活性而影响团聚体的生物稳定性[27]。 了解耕作因素、秸秆因素及两者的交互作
用对团聚体稳定性的多重影响,对研究农田土壤团聚体的分布和稳定机制以及土壤团聚体碳库具有重要意
义。 不同耕作措施对土壤有机质和团聚体的强烈影响仍是目前影响农田土壤固碳减排的主要因素,针对稳定
的团聚体对有机碳物理保护作用以及有机质作为土壤团聚体的重要胶结剂,结合目前的研究现状,需进一步
研究和阐明不同耕作措施和秸秆还田及其交互效应下土壤团聚体和土壤有机碳的相互作用及土壤固碳机制,
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这对于不同地区的农田土壤固碳减排研究具有十分重要的意义。
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4217 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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主摇 摇 编摇 王如松
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