全 文 ：第 35 卷第 22 期
2015年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.22
Nov., 2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:陕西省农业厅项目(k332021312);陕西省科研推广项目(413020211203533)
收稿日期:2014鄄04鄄14; 摇 摇 网络出版日期:2015鄄04鄄20
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: Soilphysics@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201404140716
祝飞华,王益权,石宗琳,张润霞,冉艳玲,王亚城.轮耕对关中一年两熟区土壤物理性状和冬小麦根系生长的影响.生态学报,2015,35(22):
7454鄄7463.
Zhu F H, Wang Y Q, Shi Z L, Zhang R X, Ran Y L, Wang Y C.Effects of rotational tillage on soil physical properties and winter wheat root growth on
annual double cropping area.Acta Ecologica Sinica,2015,35(22):7454鄄7463.
轮耕对关中一年两熟区土壤物理性状和冬小麦根系生
长的影响
祝飞华,王益权*,石宗琳,张润霞,冉艳玲,王亚城
西北农林科技大学资源环境学院, 杨凌摇 712100
摘要:针对关中地区土壤连续单一耕作存在的主要问题,进行了土壤轮耕效应研究。 2009 年至 2012 年在关中一年两熟区采用
连续 4a旋耕(RT)、翻耕鄄免耕鄄翻耕鄄免耕(PNT)和深松鄄免耕鄄深松鄄免耕(SNT)3种耕作处理,对土壤容重、紧实度及小麦根系生
长进行了研究。 结果表明,与试验前相比,夏玉米收获后(2013年 10月)两种轮耕处理显著(P<0.05)降低了 0—10、10—20 cm
土壤容重,旋耕处理在 0—10 cm处差异不显著,而 10—20 cm土壤容重显著增大;与旋耕处理相比,两种轮耕处理 0—10、10—
20 cm土壤容重在第 4季冬小麦整个生育期内变异系数较小,土壤紧实度较低,且改善效果在冬小麦生育中后期 10—20 cm 土
层体现更为显著;旋耕处理 0—10、10—20 cm土壤紧实度与含水量均呈显著负相关,相关系数分别为-0.89、-0.85,两种轮耕处
理相关性不显著;0—40 cm土层根重密度和根系活力表现为:两种轮耕处理>连年旋耕。 可见,长期旋耕后进行轮耕(免耕与翻
耕、深松)有利于改善土壤物理状况,促进作物根系生长。
关键词:轮耕;容重;紧实度;动态变化;根系生长
Effects of rotational tillage on soil physical properties and winter wheat root
growth on annual double cropping area
ZHU Feihua, WANG Yiquan*, SHI Zonglin, ZHANG Runxia, RAN Yanling, WANG Yacheng
College of Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
Abstract: Rotary tillage is a very common practice in the Guanzhong area. However, many problems occur for winter wheat
fields with long鄄term rotary tillage, including poor soil water vapor transmission and low soil fertility, which are not
favorable to winter wheat growth. To solve these problems, a 4鄄year field experiment was carried out from 2009 to 2012 in
Yangling, Shaanxi Province of China, which is an annual double cropping area. The experiment compared three tillage
patterns: RT (rotary tillage for 4 years), PNT (a deep plowing followed by a non鄄tillage year alternation) and SNT ( a
subsoiling year followed by a non鄄tillage year alternation) . This study evaluated the impacts of the three tillage patterns on
soil bulk density, soil compaction across the 0—40 cm soil profile, and winter wheat root growth. Results showed that after
the summer maize harvest (October, 2013), the soil bulk density under the SNT and PNT treatments significantly (P <
0.05) decreased at 0—10 and 10—20 cm compared with the previous treatment, but the soil bulk density significantly
increased under the RT treatment at 10—20 cm, with no significant difference at 0—10 cm. The dynamic changes of soil
bulk density at 0—10 and 10—20 cm at different times were a measure of the ability of the soil to maintain structural
stability. During the whole growth period of the fourth season winter wheat, the variation coefficient of soil bulk density
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under the SNT and PNT treatments at 0—10 and 10—20 cm was lower than that under the RT treatment. The soil
compaction under the SNT and PNT treatments at 0—10 and 10—20 cm was also lower than that under the RT treatment.
The improved efficiency of the SNT and PNT treatments on soil physics was more evident at 10—20 cm during the late
growth period of winter wheat. There was a significant negative correlation between the soil compaction and soil water content
under the RT treatment at 0—10 and 10—20 cm, with correlation coefficients of -0.89 and -0.85, respectively, but there
was no significant correlation at these depths between the SNT and PNT treatments. This indicated that the soil structure in
the RT treatment was more sensitive to the change in environment than in the SNT and PNT treatments. Soil aggregates were
decomposed into smaller aggregates and particles during the frequent tillage, and this would be the main factor causing the
reduced porosity and poor soil structure performance. The SNT and PNT treatments were more effective in increasing root
weight density and root vigor of winter wheat in the 0—40 cm soil layer than the RT treatment. The results suggested that the
effects of the SNT and PNT treatments on soil physical properties and root development were better than those of the RT
treatment. After long鄄term rotary tillage, deep plowing and subsoiling alternated with non鄄tillage can improve soil physical
properties and increase crop yield.
Key Words: alternate tillage; bulk density; compaction; dynamic changes; root development
土壤物理性状决定着土壤水、肥、气、热的循环和供应,这些都直接影响着根系的生长发育和生理功能,且
预示着土壤供给作物养分的能力[1鄄2]。 近 15年来,陕西关中地区大面积采用冬小麦旋耕条播鄄夏玉米免耕条
播的种植方式[3],长年连续旋耕导致土壤亚表层紧实化,土体的通透性变差,加之有机肥施用越来越少,致使
关中地区农田土壤肥力日趋下降,粮食产量徘徊不前,经济效益不明显[4鄄7]。 因此,寻求合适的耕作技术体系
对维持土壤肥力,保证稳产丰产有着重要意义。
现国内外大多数的研究表明,长期翻耕则会导致表层土壤结构稳定性和团聚体质量下降,加剧农田表层
土壤退化[8],而以免耕、少耕为代表的保护性耕作措施能够有效的增强土壤特性,改良土壤结构,促进土壤有
机质的积累,从而提高了土壤的供水供肥能力,增加了作物产量[9鄄10]。 张国盛等[11]的研究认为,长期免耕有
利于于提高表层土壤有机碳含量和结构稳定性,从而改善土壤的供肥供水能力;陈浩等[12]研究表明,保护性
耕作可以改善土壤容重,促进水稳定性团聚体的形成,提高土层蓄水能力。 然而,也有一些学者认为过分强调
少耕、免耕等保护性耕作措施并不有利于改善土壤理化性状[13鄄14]。 在这一背景下,国内外学者积极研究探寻
翻耕、深松、免耕等土壤耕作措施的合理搭配模式和周期,形成与种植制度相适应的土壤耕作技术体系,以解
决长期的单一耕作措施所带来的问题[15鄄16]。 陕西关中地区长期采用单一旋耕制度,亚表层土壤严重紧实化,
土壤质量明显下降[17鄄18]。 鉴于此,本研究以陕西关中具有代表性的杨凌区一年两熟制农田为基点,通过 4a的
定位试验,分析了翻耕鄄免耕鄄翻耕鄄免耕、深松鄄免耕鄄深松鄄免耕与连续 4a旋耕 3种耕作模式对麦田土壤物理性
质和冬小麦根系生长及生理活性的影响,旨在寻求能够改善土壤结构稳定性、培肥地力的有效耕作模式,维持
土壤的持续生产力,为该地区小麦高产优质栽培提供技术参考。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验区概况
该地区海拔 540 m,年平均降水量为 650 mm左右,且年内降水分配不均,主要集中在 7、8、9三个月,年蒸
发量平均在 800 mm左右,年平均温度在 11.0—14.0 益,无霜期 228 d,属于半干旱偏湿润易旱地区,常年实行
冬小麦旋耕条播鄄夏玉米免耕条播,土壤类型为塿土(系统分类命名为土垫旱耕人为土, Earth鄄cumuli鄄orthic鄄
anthrosols)。 试验开始前(2009年 10月 2日)测定土壤基本理化性状见表 1。
5547摇 22期 摇 摇 摇 祝飞华摇 等:轮耕对关中一年两熟区土壤物理性状和冬小麦根系生长的影响 摇
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表 1摇 试验区土壤基本性质
Table 1摇 Basic soil properties of experiment field
土层厚度
Depth / cm
粘粒
Clay /
(g / kg)
粉粒
Silt /
(g / kg)
砂粒
Sand /
(g / kg)
容重
Bulk density /
(g / cm3)
紧实度
Compaction /
Kpa
有机质
Organic matter /
(g / kg)
全氮
Total N /
(g / kg)
速效磷
Available P /
(mg / kg)
速效钾
Available K /
(mg / kg)
0—10 192.54 690.88 116.58 1.39依0.02 456依62 23.22 0.98 8.9 161
10—20 183.25 723.54 93.201 1.50依0.01 1436依155 14.16 0.89 7.6 152
摇
1.2摇 试验设计
试验于陕西关中地区杨凌头道塬进行,试验田种植制度为冬小麦寅夏玉米轮作,一年两熟,在 2009 年至
2012年夏玉米季各小区均采用小麦秸秆留茬(10 cm)覆盖、免耕播种玉米的方式,而在冬小麦播种前设置 3
种耕作处理,具体见表 2。 随机区组设计,3次重复,每个小区面积 300 m2(10 m伊30 m)。
表 2摇 试验设计
Table 2摇 Experimental design
代码
Code
处理
Treatments
冬小麦具体耕作措施 Specific operation of winter wheat
2009年 10月
October 2009
2010年 10月
October 2010
2011年 10月
October 2011
2012年 10月
October 2012
RT 连年 4a旋耕 旋耕 旋耕 旋耕 旋耕
PNT 翻耕鄄免耕鄄翻耕鄄免耕 翻耕 免耕 翻耕 免耕
SNT 深松鄄免耕鄄深松鄄免耕 深松 免耕 深松 免耕
摇 摇 RT: 连续 4a旋耕 Rotary tillage for 4 years;PNT: 翻耕与免耕隔年交替进行 Deep plowing followed by a non鄄tillage year alternation;SNT: 深松与
免耕隔年交替进行 Subsoiling followed by a non鄄tillage year alternation
1.3摇 田间管理
试验期间,所有试验地除小麦季耕作模式不同外,其他管理模式与当地习惯相同。 具体耕作方法如下:
淤翻耕处理,在前茬玉米收获及秸秆移除后,用拖拉机带三铧犁进行翻耕,深度为 25 cm,然后条播冬小麦。
于深松处理,冬小麦在前茬玉米收获及秸秆移除后,用冀铲式深松机进行间隔深松整地,深松深度 30 cm,宽
度间隔 40 cm,然后播种冬小麦;盂常规旋耕处理,冬小麦在前茬玉米连秸秆收获后,使用拖拉机带旋耕机进
行,旋耕深度为 5 cm。 榆免耕处理,玉米秸秆全部移出,10 月中旬直接免耕条播冬小麦。 冬小麦品种为西农
2611,播种量为 120 kg / hm2。 采用 2BF鄄14 行圆盘式小麦播种机(西安播种机械厂生产)分别与 2009 年 10 月
12日、2010年 10月 18 日、2011 年 10 月 14 日、2012 年 10 月 10 日播种。 播种时基尿素(N逸46%) 600 kg /
hm2,过磷酸钙(P 2O5逸12%) 750 kg / hm2,并结合冬灌施尿素 150 kg / hm2,除草剂为乙阿合剂。
1.4摇 研究方法
1.4.1摇 农田土壤容重变化研究
分别在实验处理前(2009鄄10鄄02)、第 4 年冬小麦主要生育期(播种 2012鄄10鄄10、出苗 2012鄄11鄄15、越冬
2013鄄01鄄15、返青 2013鄄02鄄15、拔节 2013鄄03鄄15、抽穗 2013鄄04鄄15、开花 2013鄄05鄄15、灌浆 2013鄄05鄄30、成熟 2013鄄
06鄄15)及第 4季夏玉米收获后(2013鄄10鄄09),在每试验小区按 S形布设了 5个样点,每个样点分别用环刀法采
取 0—10 cm和 10—20 cm 2个土层的土样测定土壤容重。
1.4.2摇 土壤紧实度与含水量测定关系研究
在第 4年冬小麦主要生育期(播种、出苗、拔节、抽穗、开花、成熟)间,在每个试验小区按 S 形布设 7 个样
点,用 SC鄄900型土壤紧实度仪按照 2.5 cm 的间距现场测定 0—20 cm 范围内的土壤紧实度。 并用土钻采取
0—10 cm、10—20 cm土层土样,以测定相应时刻土壤的含水量。
1.4.3摇 根重密度与根系活力测定
分别在第 4年冬小麦返青期(2013鄄02鄄15)、拔节期(2013鄄03鄄15)、开花期(2013鄄05鄄15)和成熟期(2013鄄06鄄
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15)调查不同土层耕重密度及根系活力。
根重密度:选取生长正常、分布均匀的植株作为测试对象,用根系取土钻采取直径 10 cm,深度 20 cm土壤
容积内的小麦根系量。 为了消除小麦根系分布的水平空间差异性,每个小区选定 3 个点作为重复,每个样点
的每个土层取 3钻,第 1钻设在小麦行的正下方,第 2钻设在小麦行距正中央,第 3钻设在与麦行紧相切的一
边。 将 3个钻点样品合在一起作为同一土层的根系样品,采样深度为 40 cm,共分为 0—20 cm 和 20—40 cm
共 2层,以探索小麦根系垂直分布。 将采取的带根土样装入 100 目的尼龙网中,用水浸泡 0.5 h,充分冲洗并
去除杂质后,在 80 益条件下烘至恒重。 在室温平衡 0.5 h,用平称重(g),然后计算单位体积土壤内的小麦根
系干重即根重密度。
根系活力:选定具有活力和代表性的待测鲜根样,运用改良 TTC 法测定根系活力。 即用 1%的 TTC 溶液
使根系还原着色,产生不溶于水的 TTCH;用 95%的甲醇溶液作为提取液,提取 TTCH,在 485 nm处比色,读取
OD值。 与标准曲线对照,计算出根系活力(滋g g-1鲜重 h-1)。
1.5摇 数据分析
试验数据采用 SPASS 18.0进行单因素方差(ANOVA)分析,并 ORIGIN 8.0作图。
2摇 结果与分析
图 1摇 不同耕作模式下 0—10,10—20 cm土壤稳定容重的变化
摇 Fig.1摇 The change of soil bulk density at 0—10, 10—20 cm depth
under different tillage systems
注: RT: 连续 4a旋耕 Rotary tillage for 4 years;PNT:翻耕与免耕隔
年交替进行 Deep plowing followed by a non鄄tillage year alternation;
SNT: 深松与免耕隔年交替进行 Subsoiling followed by a non鄄tillage
year alternation
2.1摇 不同耕作处理对土壤物理性状的影响
2.1.1摇 不同耕作模式对土壤稳定容重的影响
不同耕作措施对土壤稳定容重的影响较为明显
(图 1),试验开始前 (2009 年 10 月 2 日)供试土壤
0—10 cm、10—20 cm 土层容重分别为 1. 39、1. 50 g /
cm3,经过 4a 的不同轮耕处理,夏玉米收获后(2013 年
10月 9 日) PNT 和 SNT 处理下土壤容重均显著(P <
0.05)降低。
0—10 cm土层,SNT 和 PNT 处理土壤容重分别降
低到 1.32 和 1. 31 g / cm3,降幅分别为 5. 10%、6. 18%;
10—20 cm土层容重降低到 1.42 和 1.41 g / cm3,降幅分
别达到了 5. 01%、5. 67%,而 RT 处理在 0—10 cm 和
10—20 cm处的土壤容重有继续增大趋势,其中在 10—
20 cm处已达显著水平。 与 RT 处理的相比,0—10 cm
土层 SNT 和 PNT 处理土壤容重分别降低了 7.49%和
8.26%;10—20 cm土层分别降低了 8.13%和 8.78%,差
异达到显著水平(P<0.05),但 SNT 与 PNT 间差异不显
著。 可见,旋耕处理有增大 0—10、10—20 cm土壤容重的趋势,而两种轮耕能在一定程度上能降低耕层土壤
容重,改善土壤通透性能。
2.1.2摇 不同耕作模式下土壤容重的动态变化
从试验的第 4年度冬小麦整个生育期来看,不同耕作模式下 0—10 cm、10—20 cm 土壤容重变化趋势大
体一致,均呈现先增大后减小再增大,最后趋于稳定的变化规律(图 2),这与季节变化具有一定的相似性。 小
麦生育期间不同耕作处理的土壤容重增幅不同,0—10 cm 土层,SNT 与 PNT 处理土壤容重增幅相对较小,二
者从 1.25和 1.24 g / cm3分别增大到 1.32和 1.30 g / cm3,涨幅分别为 5.43%和 5.40%,处理间差异不显著(P>
0.05),RT处理的土壤容重在播种期显著小于 SNT和 PNT 处理,但从苗期便开始增大,到小麦孕穗期就已显
著高于两种轮耕处理,容重从 1.06 g / cm3增大到 1.43 g / cm3,涨幅为 35.35%,显著高于两种轮耕处理。 10—
7547摇 22期 摇 摇 摇 祝飞华摇 等:轮耕对关中一年两熟区土壤物理性状和冬小麦根系生长的影响 摇
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20 cm土层,SNT 和 PNT 处理的土壤容重在整个生育期维持在基本稳定的水平,二者涨幅分别为 7.32%和
7.09%,差异不显著,RT 处理的土壤容重在整个生育期都显著高于 SNT 和 PNT 处理,平均容重高达 1.49 g /
cm3,涨幅为 8.17%。 以上结果可以看出 RT处理下,土壤容重仅在播种期到苗期且只有表层 0—10 cm处于较
低水平,剩余生育期均维持着较高的水平,尤其是在亚表层 10—20 cm 处,土壤容重最大值可达到 1.55 g /
cm3,同时土壤容重变化幅度较大。
图 2摇 不同时期 0—10,10—20 cm土壤容重的动态变化
Fig.2摇 The dynamic changes of soil bulk density at 0—10, 10—20 cm depth in different time
2.1.3摇 不同耕作模式下土壤紧实度的动态变化
从表 3可以看出,各耕作处理 10—20 cm土层紧实度在整个生育期都显著高于 0—10 cm土层(P<0.05)。
从冬小麦整个生育期来看,0—10 cm土层,3种不同耕作处理土壤紧实度均呈现显著的增加趋势,RT 处理涨
幅达到 224%,显著高于 PNT和 SNT处理的 72%、54%,SNT和 PNT处理间差异不显著;10—20 cm土层,3 种
不同耕作处理土壤紧实度也呈现显著的增加趋势,RT、SNT和 PNT处理的涨幅分别达到 57%、53%和 78%,各
表 3摇 不同耕作模式下 0—10,10—20 cm土壤紧实度动态变化(kPa)
Table 3摇 The dynamic change of soil compaction under four treatments in the 0—10, 10—20 cm soil profile (kPa)
土层
Depth / cm
处理
Treatments
冬小麦生育期 Whole growth period of winter wheat
播种
Sowing
出苗
Seeding
拔节
Jointing
抽穗
Heading
开花
Flowing
灌浆
Grain鄄filling
成熟
Ripening
0—10 RT 145依53a 249依65b 343依72c 367依49c 415依56cd 470依38d 492依69d(a)
SNT 236依47a 268依75ab 298依48ab 332依69b 359依46b 396依53b 406依71b(a)
PNT 197依64a 248依47a 315依57b 364依49bc 395依37bc 421依43c 427依56c(a)
10—20 RT 1079依136a 1163依147a 1487依152b 1612依163c 1692依157c 1507依148b 1576依139bc(b)
SNT 784依189a 863依201ab 931依146ab 1145依193bc 1201依183c 1047依167bc 964依186b(a)
PNT 673依172a 721依169a 954依187b 1210依216c 1147依197bc 1108依158bc 1053依177bc(a)
摇 摇 同行不同小写字母表示冬小麦生育期内的差异显著性(P<0.05),括号内的小写字母表示处理间的差异显著性(P<0.05),RT: 连续 4a 旋
耕;SNT: 深松鄄免耕;PNT: 翻耕鄄免耕
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处理间差异不显著,而 RT处理的土壤紧实度在整个生育期都显著高于 SNT和 PNT处理,SNT和 PNT处理差
异不显著,3种耕作处理在整个生育期的平均值依次为 1445、991kPa 和 981kPa。 可知,RT 处理 0—10 cm 土
层紧实度仅在小麦生长前较低,生长中后期逐渐增大,且 10—20 cm紧实度在整个生育均较高,而 SNT和 PNT
处理在小麦整个生育期对 0—10、10—20 cm土层紧实度均有所改善。
2.1.4摇 不同耕作模式下土壤紧实度与水分的关系
从图 3和图 4可以看出,RT、PNT和 SNT处理的 0—20 cm 土壤紧实度在一定含水量的范围内均随含水
量的减小而增大。 在 0—10 cm、10—20 cm土层,RT处理土壤紧实度与含水量均呈显著负相关,相关系数分
别为-0.886、-0.854,而 PNT和 SNT处理的相关性不显著,相关系数分别为-0.605、-0.622 和-0.464、-0.672。
这说明了 RT处理 0—20 cm土壤的紧实度对含水量的变化较 SNT和 PNT处理敏感。
图 3摇 不同耕作模式下 0—10 cm土壤紧实度与含水量的关系
Fig.3摇 The relationship between soil compaction and moisture at 0—10 cm depth under different tillage systems
图 4摇 不同耕作模式下 10—20 cm土壤紧实度与含水量的关系
Fig.4摇 The relationship between soil compaction and moisture at 10—20 cm depth under different tillage systems
2.2摇 不同耕作处理对小麦根系生长的影响
2.2.1摇 不同耕作模式对小麦根重密度的影响
土壤物理状态的直接效应就在于影响作物根系的延伸,从图 5 可以看出,各生育期小麦根系集中在 0—
20 cm范围内,其下层根系量极少,对于增加作物抗旱性极为不利。 3 种耕作处理在返青期前 0—20 cm 和
20—40 cm土层的根重密度差异不显著,在返青期以后,0—40 cm土层 SNT和 PNT处理根系量均高于 RT 处
理,而 SNT和 PNT处理间差异不显著。
与 RT处理相比,0—20 cm土层 SNT和 PNT处理在拔节期、开花期和成熟期根系增幅分别达到15.99%—
18.40%和 19.88%—21.07%;0—40 cm土层 SNT和 PNT处理的增幅分别为 180.00%—192.39%和 150.01%—
243.96%。 表明 SNT和 PNT处理能够增加冬小麦生育过程中、后期根系密度,尤其是增加了深层土壤中根系
的量,有助于提高作物抗旱性能。
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图 5摇 不同耕作模式下小麦根重密度和根系活力的动态变化
Fig.5摇 The dynamic changes of wheat root weight density and vigor under different tillage systems
2.2.2摇 不同耕作模式对小麦根系活力的影响
小麦生育期间 3种耕作处理根系活力的变化趋势大体一致(图 5),均呈现出在拔节期前逐渐递增然后递
减的趋势。 0—20 cm土层不同耕作处理的根系活力在全生育期差异均不显著;但在 20—40 cm 土层内 SNT
和 PNT处理在小麦开花期前均高于 RT处理,而 SNT和 PNT处理间差异不显著。 到了小麦成熟期不同耕作
处理间根系活力差异逐渐缩小,均未达到显著水平。 表明 SNT和 PNT两种耕作处理均能有效地提高小麦根
系活力,对延缓 20—40 cm小麦生育后期根系衰老有积极作用。
3摇 讨论
3.1摇 不同耕作模式对土壤稳定容重的影响
研究表明,保护性耕作、深耕和深松均能够降低土壤容重[19鄄20],姜桂英等[21]认为不同耕作措施下土壤容
重的变化趋势表现为免耕>旋耕>翻耕,而长期单一耕作会导致土壤结构稳定性和团聚体质量下降,土壤通透
性变差[22],本研究的结果与上述相似,与试验前相比,经过 4a不同耕作处理后,0—10、10—20 cm土壤容重均
表现为连年旋耕>试验前>翻耕鄄免耕、深松鄄免耕处理,这说明了长期采用单一旋耕措施能够增大土壤容重,降
低通透性;同时孔凡磊等[23]研究认为多年免耕后进行土壤耕作(翻耕)可以显著降低土壤容重,朱利群等[24]
研究表明 1a免耕 1a深耕+秸秆还田处理能够有效的降低土壤容重,本试验的轮耕模式与其不尽相同,但结论
基本一致,免耕和翻耕、深松的轮耕处理能够改善 0—10、10—20 cm 土壤容重;这主要由于免耕结合翻耕、深
松的轮耕处理既可以疏松土壤,又减少了因机械频繁操作而造成的土壤压实,有效改善土壤结构[16]。
3.2摇 不同耕作模式下土壤容重的动态变化
可以看出 3中耕作处理下土壤容重均呈现季节性动态变化,从播种到冬前,容重从扰动以后的最小值逐
渐因为土壤沉实而增大,从越冬期到孕穗期间受冬季冻融交替过程的影响,土壤容重有所减小,从孕穗期开始
到小麦收获期间因土壤逐渐失水,土壤收缩作用使得土壤容重又呈现出增大的过程,到开花期土壤容重基本
趋于稳定并逐渐达到最大值。 这种土壤容重随季节的动态变化过程在一定程度上说明了土壤结构的不稳定
性[25],旋耕处理 0—10、10—20 cm土壤容重变异系数显著高于两种轮耕处理,且仅在生育前期只有表层 0—
10 cm处于较低水平,其余生育期均维持着较高的水平,尤其是在亚表层 10—20 cm 处,土壤容重最大值可达
到 1.55 g / cm3。 这在一定程度上表明旋耕处理下土壤对环境变化过程更加敏感,土壤结构稳定性较两种轮耕
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处理差[26鄄27],由于连年旋耕,表层土壤受到频繁的扰动,土壤结构稳定性下降,而在亚表层形成紧实的底
土层[28]。
3.3摇 不同耕作模式下土壤紧实度的动态变化
相关研究表明,播前施行旋耕处理的土壤紧实度较高,在亚表层表现得较为明显,而深耕松土处理能够有
效降低各层土壤的紧实度[29鄄30]。 本研究也表明,免耕结合翻耕、深松的轮耕处理 10—20 cm 土壤紧实度明显
小于旋耕处理,其改善效果在小麦整个生育期间都能得到明显的体现;而旋耕处理的改善效果多体现在作物
生育前期,且仅限 0—10 cm土层。 这主要是因为紧实度与土壤粘结力和孔性有关,旋耕仅能使表层土壤疏
松,增加扩散率,但同时也能使耕区以下形成坚硬的紧实层[31],而免耕结合翻耕、深松的轮耕处理有效的打破
了犁底层,增加了土壤总孔隙度,增强了土壤的通气能力[32],根系及微生物的活动能力增强,使耕层土壤孔隙
度增加,在整个生育期,土壤结构都得到一定程度的改善[33]。
3.4摇 不同耕作模式下土壤紧实度与水分的关系
3种耕作处理土壤紧实度在一定含水量的范围内的变化趋势相同,均随含水量的减小而增大,这与
Hoefer等[34]人的研究结果相一致,土壤紧实度增加的原因之一是孔隙空间降低导致土壤颗粒排列更为紧密,
当含水量降低时,土壤结构空间收缩,所以紧实度呈现增大的趋势。 而连年旋耕耕作处理的 0—10、10—20
cm土壤紧实度对含水量的变化比两种轮耕处理(翻耕鄄免耕、深松鄄免耕)更敏感,呈显著负相关,这可能是因
为旋耕处理频繁扰动土壤,使团聚体被挤压破碎,稳定性低,土壤结构性能较差[35];两种轮耕处理减少了耕作
次数,从而减少对土壤结构体的机械破坏,能够在一定程度上改善土壤结构性能,对增加跑外界环境变化的缓
冲能力,对环境抵抗能力更强[36]。
3.5摇 不同耕作处理对小麦根系生长的影响
王群等[37]研究认为土壤物理性状对作物根系时空分布及活力都有较大影响,本研究表明,与连续 4a 旋
耕相比,两种轮耕处理能够有效提高冬小麦生育中、后期 20—40 cm根重密度及根系活力,这不仅扩大了根系
的吸收范围,而且能够延缓根系衰老,提高作物抗旱能力。 这与前人研究结果一致,其中韩宾[38]等研究认为,
连续免耕造成亚表层土壤容重接近阙值,严重阻碍了根系正常下扎,而耕翻 1a、免耕 2a 的周期轮换模式,能
促进根系下扎。 这有可能是由于免耕与翻耕、深松轮耕使土壤容重减小、紧实度降低,有效改善了耕层团聚体
含量与稳定性[39],增强了土壤的蓄水保墒能力[31],使得根系生长处于适宜的环境[40鄄41]。
孔凡磊研究认为,免耕与深松的轮耕模式改善了土壤的孔隙状况,播种前土壤水分较高,有利于根系生
长,形成了适宜小麦生长发育的种床,促进了冬小麦籽粒的萌发和生长发育,有效穗数和穗粒数显著增加,小
麦平均产量较单一耕作显著增加了 12%[23]。 李涛研究表明,免耕与翻耕轮耕处理增强了土壤通透性,有利于
根系下扎和吸收深层土壤水分,小麦根系发达,叶面积系数大,干物质积累较多[42]。
可见,与连年旋耕相比,免耕结合翻耕、深松的轮耕处理能有效改善土壤物理状况,促进根系生长发育,改
善作物根系数量、活性以及分布状况,对提高冬小麦地上部生长发育和产量具有一定效果[43]。
4摇 结论
通过 4a定位试验表明,免耕与翻耕、深松的轮耕处理与连年旋耕处理相比,可有效小降低 0—10、10—20
cm土壤容重,改善土壤紧实状况,且改善效果在冬小麦整个生育期均有体现;与两种轮耕处理相比,连年旋耕
处理 0—10、10—20 cm土壤容重、紧实度的变异系数较大,紧实度与含水量呈现显著负相关,且根系密度和活
力较差,这表明关中地区连年旋耕土壤物理性状较差,不利与作物根系生长,而适时采用免耕结合传统耕作
(翻耕、深松)的轮耕模式有利于改善土壤物理性状,促进冬小麦根系生长,能在一定程度上提高农作物产量。
本文初步研究了关中旱地麦玉两熟区长期旋耕土壤轮耕的物理效应及根系生长效应,以期为进一步研究土壤
轮耕提供参考。
1647摇 22期 摇 摇 摇 祝飞华摇 等:轮耕对关中一年两熟区土壤物理性状和冬小麦根系生长的影响 摇
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