全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(3): 468478 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由“十二五”国家科技支撑项目(2012BAD14B07)和国家公益性行业(农业)科研专项(201103001)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 宁堂原, E-mail: ningty@163.com, Tel: 0538-8249737
第一作者联系方式: E-mail: nieliangpeng@163.com
Received(收稿日期): 2014-03-20; Accepted(接受日期): 2014-12-19; Published online(网络出版日期): 2015-01-12.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150112.0939.004.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00468
轮耕对小麦–玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响
聂良鹏 1,3 郭利伟 1 牛海燕 2 魏 杰 2 李增嘉 1 宁堂原 1,*
1山东农业大学作物生物学国家重点实验室 / 土肥资源高效利用国家工程实验室 / 山东省高校作物生理生态重点实验室, 山东泰安
271018; 2滕州市农业局, 山东滕州 277519; 3民权县农业局, 河南民权 476800
摘 要: 为了解不同轮耕模式对小麦-玉米两熟制耕层构造、作物产量和品质的影响, 从 2009 年小麦季开始至 2012
年玉米生长季结束连续 3个种植周期设置小麦季免耕、深松或翻耕+玉米季免耕或深松的 6种耕作模式组合, 研究其
对农田土壤孔隙度和水分含量、作物产量、以及籽粒蛋白质含量、油分含量和容重的影响。结果表明, 与免耕相比, 玉
米季深松大幅度提高 0~40 cm 土壤的周年总孔隙度, 小麦季深松或翻耕改善了土壤孔隙状况。小麦季耕作和玉米季
耕作的交互效应是各层次土壤毛管孔隙度的决定因素, 而玉米季耕作的独立效应是土壤各层次非毛管孔隙度的决定
因素。小麦季深松和翻耕促进小麦生育后期对土壤水分的吸收, 深松较翻耕和免耕处理的小麦产量显著升高。玉米
季深松比免耕提高了玉米在灌浆阶段对水分的吸收, 有利于提高玉米产量, 同时对后茬小麦有积极作用。从全年产量
与品质看, 6种耕作模式组合中, 全年两季深松效果最佳, 其次是小麦季深松+玉米季免耕, 这两种轮耕模式均适合在
华北平原推广应用。
关键词: 轮耕; 小麦–玉米两熟制; 耕层构造; 产量; 品质
Effects of Rotational Tillage on Tilth Soil Structure and Crop Yield and Quality
in Maize–Wheat Cropping System
NIE Liang-Peng1,3, GUO Li-Wei1, NIU Hai-Yan2, WEI Jie2, LI Zeng-Jia1, and NING Tang-Yuan1,*
1 State Key Laboratory of Crop Biology / National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources / Key Laboratory
of Crop Physiology and Ecology in Universities of Shandong Province, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 2 Tengzhou Agri-
cultural Bureau, Tengzhou 277519, China; 3 Minquan Agricultural Bureau, Minquan 476800, China
Abstract: In a three-year field experiment from the wheat season of 2009 to the maize season of 2012 in North China., we com-
pared the effects of six tillage systems (zero-tillage, subsoiling, and conventional tillage before wheat sowing; zero-tillage and
subsoiling before maize sowing) on soil porosity, moisture content, and crop yield and quality. Compared with zero-tillage, sub-
soiling before maize sowing greatly increased the annual mean soil total porosity in 0–40 cm soil layer, and subsoiling or conven-
tional tillage before wheat sowing was also in favor of improving soil total porosity in 0–40 cm layer. The interaction between
tillage practices in wheat and maize seasons had the largest influence on soil porosity, and the tillage in maize season determined
the soil non-capillary porosity. Subsoiling and conventional tillages in wheat season resulted in more water absorption at late
wheat growth stage than zero-tillage; particularly, wheat yield in subsoiling was the highest with significant differences from those
of zero-tillage and conventional tillage. Subsoiling in maize season had more water absorption at filling stage and yield promotion
than zero-tillage. Meanwhile, subsoiling in maize season had a successive effect in the following wheat season. In an overview of
yield and grain quality, subsoiling in both maize and wheat seasons was the most optimal tillage mode for wheat-maize cropping
system in North China, followed by subsoiling in wheat season plus zero-tillage in maize season.
Keywords: Rotational tillage; Maize–wheat cropping system; Tilth soil structure; Yield; Grain quality
良好的农田耕层结构可以协调土壤的水分和养 分状况, 为作物高产奠定良好的土壤基础; 而适宜
第 3期 聂良鹏等: 轮耕对小麦–玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响 469


的耕作措施可以建立良好的农田耕层结构, 有利于
作物的生长发育和产量形成[1-2]。传统耕作以翻耕为
主, 但其在创造良好耕层的同时, 却增加了水土和
养分流失[3-4]。免耕技术由于能减少水土流失等环境
问题, 近年来在世界上得到了较快的应用[4-5]。但是
长期免耕会导致土壤耕层变浅、养分表层富化下层
穷化、病虫草害加重等不良影响, 不利于作物均衡
利用土壤养分而高产稳产[6-7]。土壤轮耕技术通过翻
耕、深松与免耕等土壤耕作措施的有机组合, 可以
扬长避短, 有效地改善土壤孔隙度和容重等重要理
化性状, 调节土壤肥力, 克服单一耕作方式带来的
不利影响, 是用地养地相结合的农田生产技术[6-8]。
在小麦-大豆轮作系统中, 免耕 5 年后, 作物产量显
著下降 , 引入深松可以使作物根系分布更广更深 ,
促进了地上部生长和水分高效利用, 小麦产量显著
提高[9]。在燕麦–大麦轮作系统中, 深松能够减轻因
长期免耕而造成的耕层质量下降, 显著提升燕麦和
大麦的产量[10]。在一熟区、稻麦两熟区、双季稻区
和其他两熟区长期免耕的农田上开展轮耕有利于改
良土壤结构、降低容重、增加孔隙度、改善土壤水
气热状况, 从而避免长期免耕造成的产量下降, 甚
至能显著增产[7, 11-13]。因此, 在长期免耕的农田中开
展适宜的轮耕研究对农田的可持续增产有重要意义。
小麦–玉米两熟是华北平原最主要的农作制度[14],
以小麦季翻耕玉米季免耕为主, 近年来全年免耕的
面积在不断增大 [4,15], 随着免耕或少耕年限的增多,
土壤上松下紧 , 容重增加 , 孔隙度下降 , 严重阻碍
作物根系的生长, 影响作物水分与养分吸收与利用,
最终导致产量下降[7,13]。研究表明, 免耕地块小麦季
实施轮耕有利于改变长期免耕造成的容重增加、孔
隙度下降等不利影响, 利于作物根系生长、产量提
高及品质改善[7,13,15]。但有人研究指出, 在小麦-玉米
两熟条件下, 玉米季深松比小麦季深松更利于全年
作物高产和肥水高效[16-17]。目前的研究多是在玉米
免耕条件下进行的小麦不同耕作方式比较, 缺乏玉
米季不同耕作方式的轮耕模式比较, 不能确定小麦-
玉米种植制度下最优的轮耕组合。因此, 本研究在
华北平原小麦-玉米两熟区选择一块连续 10 年进行
小麦季翻耕玉米季免耕的农田, 小麦季设置免耕、
深松和翻耕 3种耕作方式, 玉米季设置深松和免耕 2
种耕作方式, 开展 6 种轮耕模式对比研究, 分析不
同轮耕模式对土壤孔隙、容重、水分及作物产量和
品质的影响, 探求能够改善耕层构造, 提高作物产
量和品质的适宜轮耕模式, 为该地区建立改善农田
耕层构造、提高作物产量与品质的轮耕模式提供理
论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验点概况
试验点山东省滕州市西岗镇半阁村(34°95′ N,
117°04′ E)为华北平原典型的小麦–玉米一年两熟区,
属暖温带季风气候, 四季分明, 年均日照2383.0 h,
年平均气温13.6ºC, 年平均降水量773.1 mm, 且主
要集中在7月至9月。供试土壤为沙姜黑土, 质地黏
壤, 地下水在5 m以下。试验前0~20 cm土壤pH 6.77,
容重1.36 g cm–3, 含有机质25.08 g kg–1、全氮1.48 g
kg–1、速效磷50.16 mg kg–1、速效钾192.33 mg kg–1;
20~40 cm土壤pH 7.48, 容重1.45 g cm–3, 含有机质
16.87 mg g–1、全氮0.96 mg g–1、速效磷4.11 mg kg–1、
速效钾155.67 mg kg–1。
1.2 试验设计
2009年10月至2012年10月连续3年6个生长季 ,
采用裂区设计, 主区为小麦季耕作方式(免耕ZT、深
松SS和翻耕CT), 副区为玉米季耕作方式(深松SS和
免耕ZT), 共6个处理。小区面积15 m × 50 m, 3次重
复。使用 ZS-180型振动深松机间隔深松 , 深度
35~40 cm, 间隔60 cm。翻耕深度15~18 cm。小麦、
玉米播种时均使用2BMF-7/14型多功能免耕播种机
一次性完成旋耕(深度6 cm)、施底肥、播种作业。
小麦品种为良星66, 玉米品种为郑单958。小
麦、玉米秸秆等量还田, 秸秆被粉碎后均匀撒于地
表, 然后进行耕作处理, 2009年玉米秸秆还田量为
10 125 kg hm–2, 2010年小麦秸秆还田量为9235 kg
hm–2, 玉米秸秆还田量为10 048 kg hm–2, 2011年小
麦秸秆还田量为8974 kg hm–2, 玉米秸秆还田量为
9968 kg hm–2; 2012年小麦秸秆还田量为9286 kg
hm–2, 玉米秸秆还田量为10 134 kg hm–2。小麦季基
施三元复混肥(N-P2O5-K2O含量配比为18-15-12) 750
kg hm–2, 后期不追肥 , 基本苗293.1万株 hm–2; 玉
米季基施配方肥(N-P2O5-K2O含量配比为30-5-5) 300
kg hm–2, 大喇叭口期追施尿素600 kg hm–2, 密度为
6.75万株 hm–2。其他田间种植管理方式同常规生产
种植管理, 基本符合Derpsch等[18]指出的耕作试验标
准化要求。小麦季于10月6日耕地, 10月7日播种, 次
年6月7日至8日收获; 玉米季于6月9日耕地, 6月10
日播种, 10月5日收获。
470 作 物 学 报 第 41卷


1.3 取样与测定
2009—2010年度为预处理, 不取样。2010—2011
和2011—2012年度小麦拔节期(4月8日左右)、开花期
(5月6日左右)、收获期(6月8日左右)和玉米拔节期(7
月11日左右)、开花期(8月9日左右)、收获期(10月5
日左右 )用环刀和土钻进行土壤取样 , 环刀取0~
40 cm土层土样测定土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙
度、土壤非毛管孔隙度; 土钻取0~100 cm土层土样,
取样后立即将样品放入铝盒, 110℃烘干至恒重, 计
算土壤含水量 [19]。深松区取样地点为深松作业处 ,
其他耕作处理为随机取样, 重复5次。土壤总孔隙度
(%) = (1 – 容重/比重) × 100, 土壤毛管孔隙度(%) =
毛管水体积/土壤体积 × 100, 土壤非毛管孔隙度 =
土壤总孔隙度 – 土壤毛管孔隙度[19]。
2010—2011和2011—2012年度于小麦收获期(6
月8日左右)、玉米收获期(10月5日左右)取样测产 ,
取3 m2小麦、10 m双行玉米, 3次重复。取部分籽粒
用于品质测定 , 采用凯氏定氮法测定蛋白质含量 ,
用改良双波长比色法测定淀粉含量及组分, 用索式
提取法测定油分含量, 采用盛泰HGT-1000型容重仪
测定小麦容重[20]。
1.4 数据分析
用 Microsoft Excel 2007 录入与整理数据, 用
DPS 7.05 统计分析, 用最小显著极差法(LSD 法)进
行多重比较, 用 Origin 8作图。年度内方差变异来源
为区组间、小麦季耕作、玉米季耕作、两季耕作交
互效应和误差, 将各方差组分占总变异方差的百分
比作为耕作或互作效应的作用力[21]。
2 结果与分析
2.1 轮耕条件下土壤总孔隙度的周年变化
2.1.1 0~10 cm 土壤总孔隙度的周年变化 不同
轮耕处理对土壤表层 0~10 cm土壤总孔隙度周年变
化波动较大, 但年度间变化趋势一致。两季作物均
在拔节期达到土壤总孔隙度峰值; 土壤总孔隙度在
玉米季表现深松>免耕, 在小麦季表现翻耕>深松>
免耕(图 1-A, B)。从平均值看, 各轮耕模式的总孔隙
度均比 ZT-ZT 模式显著提高, 其中 CT-SS 最高, 其
次是 SS-SS。表明全年免耕不利于 0~10 cm 土层土
壤总孔隙度的提高, 增加玉米季深松处理有利于提
高总孔隙度。
2.1.2 10~20 cm 土壤总孔隙度的周年变化 不
同轮耕措施对土壤 10~20 cm 总孔隙度周年变化波
动较大, 但年度间变化趋势一致。无论小麦季采用
哪种耕作方式, 玉米季深松比免耕处理土壤周年总
孔隙度都有大幅度提高(图 1-C, D)。玉米季深松条件
下的 3 种年内轮耕措施在小麦和玉米拔节期时土壤
总孔隙度各有一个峰值, 拔节期后逐步降低; 玉米
季免耕条件下, ZT-ZT 土壤总孔隙度周年内基本不
变, SS-ZT 和 CT-ZT 总孔隙度在小麦拔节期后持续
降低至玉米收获。表明小麦季免耕和玉米季免耕都
不利于 10~20 cm土层土壤总孔隙度的提高。由各种
轮耕模式周年总孔隙度的均值可以看出, 无论玉米
季深松还是免耕, 小麦季总孔隙度均为深松>翻耕>
免耕。
2.1.3 20~40 cm 土壤总孔隙度的周年变化 无
论小麦季采用哪种耕作方式, 玉米季深松比免耕处
理土壤周年总孔隙度都有大幅度提高。玉米季免耕
条件下 , ZT-ZT 土壤总孔隙度周年内基本不变 ,
SS-ZT 总孔隙度在小麦拔节期后持续降低至玉米收
获, CT-ZT 总孔隙度周年内随着生育期推移有少量
降低。玉米季深松条件下, ZT-SS土壤总孔隙度在小
麦季基本不变, 玉米季持续降低; SS-SS总孔隙度在
小麦和玉米拔节期时达到峰值, 拔节期后逐步降低;
CT-SS 总孔隙度在小麦季随着生育期推移有少量降
低, 在玉米季表现大幅降低趋势。从平均值看, 各轮
耕模式的总孔隙度除 CT-ZT外均比 ZT-ZT模式显著
提高, 其中 SS-SS 最高。表明全年免耕不利于 20~
40 cm 土层土壤总孔隙度的提高, 深松处理有利于
提高其总孔隙度(图 1-E, F)。
2.2 轮耕措施对土壤毛管孔隙与非毛管孔隙的
影响
2.2.1 轮耕措施对土壤毛管孔隙度的影响 不同
轮耕措施对玉米收获期土壤毛管孔隙影响不同, 两
年处理对土壤毛管孔隙度的影响趋势一致(表 1)。无
论小麦季采用哪种耕作方式, SS 比 ZT 能显著降低
0~40 cm 土层土壤毛管孔隙度。玉米季免耕处理条
件下, 小麦季耕作方式对 0~40 cm 土层土壤毛管孔
隙的影响为 ZT>CT>SS, ZT与 CT、ZT与 SS差异显
著(P<0.05), 但 CT 与 SS 无显著差异。玉米季深松
条件下, 小麦季耕作方式对 0~40 cm 土层土壤毛管
孔隙的影响为 ZT>CT>SS, 差异显著。作用力分析可
知, 玉米季耕作因素对 0~10 cm 土壤毛管孔隙度的
作用力达 33.26%, 是 0~10 cm土壤毛管孔隙度的决
定因素; 小麦季耕作和玉米季耕作的交互效应是影
响 20~40 cm土壤毛管孔隙度的决定因素。
第 3期 聂良鹏等: 轮耕对小麦–玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响 471



图 1 不同处理表层土壤 0~10 cm (A, B)、10~20 cm (C, D)、20~40 cm (E, F)土壤总孔隙度的周年变化
Fig. 1 Annual changes of soil porosity in 0–10 cm (A, B), 10–20 cm (C, D), and 20–40 cm (E, F) layer under different treatments
处理为全年小麦–玉米两季轮耕模式, 其中 ZT为免耕, SS为深松, CT为传统翻耕。
Treatments are the whole year tillage patterns (wheat–maize) including zero-tillage (ZT), subsoiling (SS), and conventional tillage (CT).

2.2.2 轮耕措施对土壤非毛管孔隙度的影响 不
同轮耕措施对玉米收获期土壤非毛管孔隙影响不同,
两年处理对土壤非毛管孔隙度的影响趋势一致(表
1)。无论小麦季采用哪种耕作方式, 玉米季深松比免
耕处理能显著提高 0~40 cm 土层土壤非毛管孔隙
度。玉米季免耕条件下, 小麦季耕作方式对 0~40 cm
472 作 物 学 报 第 41卷


土层土壤非毛管孔隙的影响为深松>翻耕>免耕, 其
中深松与翻耕无显著差异, 但均显著高于免耕。玉
米季深松条件下, 小麦季耕作方式对 0~40 cm 土层
土壤非毛管孔隙的影响为深松>翻耕>免耕, 差异显
著。作用力分析可知, 玉米季耕作对 0~40 cm 土壤
非毛管孔隙度有显著影响, 其平均作用力达 37.03%;
而小麦季耕作仅对 0~10 cm土层非毛管孔隙度有显
著影响 ; 小麦季耕作和玉米季耕作的交互效应对
0~20 cm 土层非毛管孔隙度有显著影响, 其作用力
达 24.91%, 大于小麦季耕作的独立效应。
2.3 轮耕措施对土壤含水量的影响
不同轮耕处理对土壤含水量的影响不同, 两年
土壤含水量变化规律一致(表 2)。小麦收获期土壤含
水量的差异主要体现在 0~100 cm土层; 无论玉米季
采用哪种耕作方式, 小麦季耕作方式对小麦收获期
土壤 0~100 cm土层含水量大小的影响为免耕>翻耕
>深松。表明土壤孔隙影响土壤水分的分布, 较大的
土壤总孔隙度有利于小麦根系对土壤水分的吸收。

表 1 小麦–玉米种植制度中轮耕措施对土壤毛管孔隙度(CP)和非毛管孔隙度(NCP)的影响
Table 1 Effects of rotational tillage on soil capillary porosity (CP) and non-capillary porosity (NCP) in wheat–maize
cropping system (%)
0–10 cm 10–20 cm 20–40 cm 处理/变异来源
Treatment/variance
source
毛管孔隙度
CP
非毛管孔隙度
NCP
毛管孔隙度
CP
非毛管孔隙度
NCP
毛管孔隙度
CP
非毛管孔隙度
NCP
2010–2011
免耕–免耕 ZT-ZT 38.56 a 6.72 d 37.50 a 6.04 d 34.14 a 4.50 d
免耕-深松 ZT-SS 36.12 b 12.72 c 29.65 b 15.63 c 21.99 b 19.97 c
深松-免耕 SS-ZT 35.64 b 11.02 c 30.15 b 16.09 c 22.34 b 17.21 c
深松-深松 SS-SS 29.69 d 20.42 a 24.36 d 22.74 a 15.35 d 27.55 a
翻耕-免耕 CT-ZT 36.25 b 10.29 c 30.21 b 15.02 c 23.34 b 15.42 c
翻耕-深松 CT-SS 33.28 c 17.79 b 27.46 c 18.57 b 18.96 c 23.19 b

区组 Block 3.26 2.34 2.87 1.37 2.67 3.26
主区 Main plot 17.44* 16.38* 11.34 9.36 13.48 12.33
副区 Sub-plot 33.26* 39.67* 32.41* 38.26* 34.84* 33.17*
互作 Interaction 20.37* 22.14* 40.37* 27.68* 46.18* 35.88
误差 Error 3.21 2.24 3.54 3.36 3.37 3.49
2011–2012
免耕–免耕 ZT-ZT 37.88 a 7.01 d 35.98 a 7.55 d 33.75 a 4.76 d
免耕-深松 ZT-SS 36.24 b 10.47 c 28.54 b 17.68 c 22.04 b 17.54 c
深松-免耕 SS-ZT 35.21 b 11.34 c 29.13 b 16.05 c 22.41 b 16.28 c
深松-深松 SS-SS 28.34 d 20.49 a 24.45 d 20.81 a 15.44 d 26.48 a
翻耕-免耕 CT-ZT 36.57 b 13.95 c 31.86 b 16.05 c 27.43 b 16.10 c
翻耕-深松 CT-SS 32.49 c 18.87 b 27.67 c 18.66 b 19.15 c 23.00 b

区组 Block 3.42 2.48 2.96 1.43 2.51 3.41
主区 Main plot 16.38* 17.64* 12.29 10.24 12.77 13.42
副区 Sub-plot 32.17* 40.13* 33.68* 37.47* 33.76* 33.28*
互作 Interaction 21.65* 23.07* 39.28* 27.93* 47.37* 36.74
误差 Error 4.32 2.38 3.67 3.32 3.25 3.53
处理为全年小麦–玉米两季轮耕模式, 数据为土壤毛管或非毛管孔隙度, 数据后不同字母表示处理间达差异显著(P<0.05)。变异
来源, 主区为小麦季耕作, 副区为玉米季耕作, 互作为两季耕作交互效应; 数据为作用力(占总方差百分比), *表示作用力(P<0.05)在
0.05水平上差异显著。
Treatments are the whole year tillage patterns (wheat–maize) including zero-tillage (ZT), subsoiling (SS), and conventional tillage (CT),
and the data are measured values of soil capillary porosity and non-capillary porosity. Different letters after measured data indicate significant
difference among treatments. The main plot and sub-plot in variance source indicate tillage in wheat and maize seasons, respectively. Data are
the percentages over the total variance (effect). The asterisk (*) indicates that the effect is significant at P < 0.05.
第 3期 聂良鹏等: 轮耕对小麦–玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响 473


表 2 小麦–玉米种植制度中轮耕措施对收获期 0~100 cm土层土壤含水量的影响
Table 2 Effects of rotational tillage on soil moisture content in 0–100 cm soil layers at harvest stage in wheat–maize
cropping system (%)
土层 Soil layer 生长季
Cropping season
处理
Treatment 0–10 cm 10–20 cm 20–40 cm 40–60 cm 60–100 cm
2010–2011
免耕–免耕 ZT-ZT 12.71±0.26 a 15.34±0.33 a 16.82±0.26 a 17.66±0.21 a 18.74±0.18 a 小麦季
Wheat season 免耕–深松 ZT-SS 12.84±0.24 a 15.31±0.31 a 16.71±0.24 a 17.54±0.26 a 18.66±0.19 a
深松–免耕 SS-ZT 12.26±0.31 a 13.47±0.24 c 14.53±0.19 c 15.21±0.29 c 15.96±0.14 c
深松–深松 SS-SS 12.12±0.26 a 13.23±0.22 c 14.46±0.21 c 15.13±0.20 c 15.78±0.16 c
翻耕–免耕 CT-ZT 12.63±0.22 a 14.60±0.28 b 15.69±0.27 b 16.43±0.27 b 17.45±0.21 b
翻耕–深松 CT-SS 12.54±0.29 a 14.51±0.26 b 15.45±0.28 b 16.24±0.27 b 17.26±0.17 b
免耕–免耕 ZT-ZT 20.88±0.35 a 20.79±0. 39 a 19.70±0.31 a 19.83±0.27 a 20.54±0.16 a 玉米季
Maize season 免耕–深松 ZT-SS 19.30±0.33 b 17.88±0.35 b 18.09±0.33 b 18.16±0.26 b 18.43±0.18 b
深松–免耕 SS-ZT 20.26±0.39 a 20.15±0.37 a 19.02±0.35 a 19.09±0.21 a 19.67±0.21 a
深松–深松 SS-SS 18.56±0.32 b 17.13±0.36 b 17.34±0.31 b 17.36±0.23 b 17.49±0.17 b
翻耕–免耕 CT-ZT 20.48±0.31 a 20.41±0.32 a 19.29±0.34 a 19.39±0.26 a 20.01±0.19 a
翻耕–深松 CT-SS 18.74±0.34 b 17.76±0.34 b 17.92±0.36 b 17.95±0.28 b 18.19±0.16 b
2011–2012
免耕–免耕 ZT-ZT 10.65±0.37 a 13.76±0.29 a 14.95±0.24 a 15.78±0.35 a 16.85±0.24 a 小麦季
Wheat season 免耕–深松 ZT-SS 10.77±0.32 a 13.69±0.26 a 14.81±0.27 a 15.63±0.33 a 16.68±0.26 a
深松–免耕 SS-ZT 10.29±0.29 a 11.83±0.36 c 12.85±0.26 c 13.82±0.27 c 14.65±0.28 c
深松–深松 SS-SS 10.17±0.29 a 11.67±0.31 c 12.67±0.22 c 13.76±0.26 c 14.54±0.22 c
翻耕–免耕 CT-ZT 10.48±0.33 a 12.93±0.29 b 13.91±0.29 b 14.74±0.29 b 15.74±0.19 b
翻耕–深松 CT-SS 10.41±0.35 a 12.74±0.28 b 13.68±0.27 b 14.50±0.51 b 15.56±0.21 b
免耕–免耕 ZT-ZT 17.67±0.34 a 18.57±0.29 a 18.21±0.23 a 18.34±0.32 a 19.07±0.24 a 玉米季
Maize season 免耕–深松 ZT-SS 16.24±0.33 b 16.84±0.34 b 16.56±0.27 b 16.62±0.26 b 16.92±0.21 b
深松–免耕 SS-ZT 17.02±0.38 a 17.89±0.32 a 17.58±0.24 a 17.67±0.28 a 18.28±0.18 a
深松–深松 SS-SS 15.52±0.31 b 16.09±0.31 b 15.82±0.21 b 15.85±0.24 b 16.01±0.23 b
翻耕–免耕 CT-ZT 17.25±0.32 a 18.18±0.36 a 17.79±0.28 a 17.92±0.21 a 18.56±0.21 a
翻耕–深松 CT-SS 15.69±0.36 b 16.71±0.33 b 15.46±0.31 b 15.53±0.26 b 15.77±0.24 b
处理为全年小麦–玉米两季轮耕模式, 其中 ZT为免耕, SS为深松, CT为传统翻耕。数据为 3次重复的平均值标准差, 数据后不
同字母表示同一作物季中处理间达显著差异(P<0.05)。
Treatments are the whole year tillage patterns (wheat–maize) including zero-tillage (ZT), subsoiling (SS), and conventional tillage (CT).
Data are means  SD over three replicates and different letters afterwards indicate significant difference among treatments in the same crop-
ping season (P<0.05).

玉米收获期时, 无论小麦季采用哪种耕作方式, 玉
米季免耕比深松处理能显著提高 0~100 cm 土层土
壤含水量。无论玉米季免耕还是深松处理, 小麦季
耕作方式对玉米收获期土壤 0~100 cm 土层含水量
的影响均不显著。
2.4 轮耕模式对作物产量的影响
SS-SS在单季产量及周年产量上最高, SS-ZT其
次, ZT-ZT 最低(表 3)。玉米季深松处理的轮耕模式
比免耕的轮耕模式能提高小麦、玉米及其周年产量。
小麦免耕、深松和翻耕条件下, 玉米季深松比免耕
的轮耕模式周年产量分别提高 13.3%~19.4%、11.4%
和 7.1%~7.9%。玉米季免耕条件下, 小麦季 3种耕作
方式对作物产量的影响表现为深松>翻耕>免耕, 小
麦季深松和翻耕处理周年产量分别比免耕提高
27.7%~30.3%和 13.5%~14.0%。玉米季深松条件下,
小麦季深松和翻耕处理的周年产量分别比免耕提高
21.7%~25.6%和 3.1%~7.4%。作用力分析表明, 小麦
季耕作、玉米季耕作及其交互效应显著影响小麦、
玉米及其周年产量; 而小麦季耕作极显著影响小麦
产量, 玉米季耕作极显著影响玉米产量, 小麦季耕
作与玉米季耕作的交互效应极显著影响小麦、玉米
周年产量。
474 作 物 学 报 第 41卷


表 3 小麦–玉米种植制度中轮耕措施对作物产量的影响
Table 3 Effects of rotational tillage on crop yield in wheat–maize cropping (kg hm–2)
处理/变异来源
Treatment/variance source
小麦产量
Wheat yield
玉米产量
Maize yield
周年产量
Total yield
2010–2011
免耕–免耕 ZT-ZT 6560.1 d 7245.9 d 13806.0 d
免耕–深松 ZT-SS 7425.9 c 8211.2 c 15637.1 c
深松–免耕 SS-ZT 8175.2 b 9452.8 b 17628.0 b
深松–深松 SS-SS 9457.2 a 10179.7 a 19636.9 a
翻耕–免耕 CT-ZT 7709.0 bc 7966.3 cd 15675.3 c
翻耕–深松 CT-SS 8141.8 bc 8646.4 bc 16788.2 bc

区组 Block 7.98 7.80 8.08
主区 Main plot 66.22** 15.40* 71.89*
副区 Sub-plot 22.11* 76.32** 18.89*
互作 Interaction 3.59* 0.38* 1.04**
误差 Error 0.03 0.08 0.02
2011–2012
免耕–免耕 ZT-ZT 6609.7 d 7225.2 d 13834.9 d
免耕–深松 ZT-SS 7877.3 bc 8634.7 c 16512.0 c
深松–免耕 SS-ZT 8343.0 b 9687.4 b 18030.4 b
深松–深松 SS-SS 9743.2 a 10347.6 a 20090.8 a
翻耕–免耕 CT-ZT 7886.6 bc 7879.6 cd 15766.2 c
翻耕–深松 CT-SS 8165.1 b 8852.5 bc 17017.6 bc

区组 Block 7.63 7.00 7.55
主区 Main plot 59.16** 21.94* 65.48*
副区 Sub-plot 26.28* 68.95** 24.76*
互作 Interaction 6.82* 2.01* 2.12**
误差 Error 0.04 0.07 0.03
处理为全年小麦–玉米两季轮耕模式, 数据后不同字母表示处理间达显著差异(P<0.05)。变异来源, 主区为小麦季耕作, 副区为
玉米季耕作, 互作为两季耕作交互效应; 数据为作用力(占总方差百分比), *表示作用力在 0.05水平上差异显著。
Treatments are the whole year tillage patterns (wheat–maize) including zero-tillage (ZT), subsoiling (SS), and conventional tillage (CT).
Different letters after measured data indicate significant difference among treatments. The main plot and sub-plot in variance source indicate
tillage in wheat and maize seasons, respectively. Data are the percentages over the total variance (effect). The asterisk (*) indicates that the
effect is significant at P < 0.05.

2.5 轮耕模式对作物品质的影响
2.5.1 轮耕措施对小麦籽粒品质的影响 不同轮
耕处理对小麦收获期籽粒品质的影响两年趋势一致
(表 4)。小麦季免耕条件下, 玉米季深松比免耕能显
著提高小麦籽粒中蛋白质含量。小麦季深松和翻耕
条件下 , 玉米季深松比免耕能提高小麦籽粒品质 ,
但差异不显著。玉米季免耕条件下, 小麦季耕作方
式对小麦各品质指标的影响表现为深松>翻耕>免
耕。其中, 对小麦蛋白质含量和容重的影响显著; 对
油分和淀粉含量表现为深松与免耕、深松与翻耕间
差异显著, 翻耕与免耕处理间差异不显著。玉米季
深松条件下, 小麦季 3 种耕作方式对小麦各品质指
标表现为深松>翻耕>免耕。综合来看, 轮耕处理的
小麦蛋白质、油分和淀粉含量均高于全年免耕处理,
其中全年深松处理的各营养物质含量最高, 其次是
小麦季深松玉米季免耕轮耕模式。
2.5.2 轮耕措施对玉米籽粒品质的影响 2011年
和 2012 年各轮耕处理对玉米籽粒品质的影响表现一
第 3期 聂良鹏等: 轮耕对小麦–玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响 475


致。小麦季免耕处理条件下, 玉米季深松比免耕处理
能显著提高玉米籽粒品质(表 5)。小麦季深松和翻耕
处理条件下, 与玉米季免耕相比, 玉米季深松能提高
玉米籽粒品质; 深松处理条件下仅对蛋白质含量差
异显著; 翻耕处理条件下, 对淀粉和支链淀粉含量差
异显著。玉米季免耕条件下, 小麦季深松比免耕处理
显著提高玉米籽粒品质; 小麦季翻耕比免耕处理能
显著提高淀粉含量和支链淀粉含量。小麦季深松与翻
耕处理对品质的影响不显著。玉米季深松条件下, 小
麦季深松比免耕能显著提高籽粒蛋白质含量; 小麦
季翻耕与免耕、翻耕与深松处理对籽粒品质影响不显
著。综合来看, 轮耕处理的玉米蛋白质、油分和淀粉
含量均高于全年免耕处理, 其中全年深松处理的各营
养物质含量最高, 其次是 CT-SS和 SS-ZT轮耕模式。

表 4 小麦–玉米种植制度中轮耕措施对小麦品质的影响
Table 4 Effects of rotational tillage on wheat grain quality in wheat–maize cropping system
2010–2011 2011–2012
处理
Treatment 蛋白质
Protein (%)
油分
Oil (%)
淀粉
Starch (%)
容重
Test weight (g L–1)
蛋白质
Protein (%)
油分
Oil (%)
淀粉
Starch (%)
容重
Test weight (g L–1)
免耕–免耕 ZT-ZT 13.18 c 1.82 b 64.8 c 762 c 13.12 c 1.81 b 64.7 c 754 c
免耕–深松 ZT-SS 13.46 b 1.87 b 65.4 bc 769 bc 13.46 b 1.85 b 65.1 bc 766 bc
深松–免耕 SS-ZT 13.70 a 2.21 a 66.7 a 783 a 13.69 a 2.20 a 66.7 a 779 a
深松–深松 SS-SS 13.78 a 2.34 a 67.3 a 786 a 13.79 a 2.34 a 67.4 a 782 a
翻耕–免耕 CT-ZT 13.56 b 1.89 b 65.4 bc 770 b 13.55 b 1.88 b 65.2 bc 767 b
翻耕–深松 CT-SS 13.65 ab 1.91 b 65.8 b 776 ab 13.62 ab 1.92 b 65.9 b 769 ab
处理为全年小麦–玉米两季轮耕模式, 其中 ZT为免耕, SS为深松, CT为传统翻耕, 数据后不同字母表示同一作物季中处理间达
显著差异(P<0.05)。
Treatments are the whole year tillage patterns (wheat–maize) including zero-tillage (ZT), subsoiling (SS), and conventional tillage (CT).
Different letters after values indicate significant difference among treatments in the same cropping season (P<0.05).

表 5 小麦–玉米种植制度中轮耕措施对玉米品质的影响
Table 5 Effects of rotational tillage on maize grain quality in wheat–maize cropping system (%)
2010–2011 2011–2012
处理
Treatment
蛋白质
Protein
油分
Oil
淀粉
Starch
直链淀粉
Amylose
支链淀粉
Amylopectin
蛋白质
Protein
油分
Oil
淀粉
Starch
直链淀粉
Amylose
支链淀粉
Amylopectin
免耕–免耕 ZT-ZT 6.83 c 3.73 b 52.12 c 16.52 b 35.60 c 6.79 c 3.66 b 52.07 c 16.50 b 35.57 c
免耕–深松 ZT-SS 7.51 b 4.44 a 60.23 a 18.95 a 41.28 ab 7.54 b 4.45 a 60.34 a 19.02 a 41.32 a
深松–免耕 SS-ZT 7.49 b 4.27 a 60.34 a 18.99 a 41.35 ab 7.51 b 4.31 a 60.50 a 19.03 a 41.47 a
深松–深松 SS-SS 8.09 a 4.87 a 62.78 a 19.11 a 43.67 a 8.11 a 4.92 a 62.87 a 19.15 a 43.72 a
翻耕–免耕 CT-ZT 7.23 bc 3.98 ab 56.86 b 17.75 ab 39.11 b 7.22 bc 3.96 ab 56.83 b 17.76 ab 39.07 b
翻耕–深松 CT-SS 7.67 ab 4.75 a 61.49 a 19.03 a 42.46 a 7.69 ab 4.77 a 61.55 a 19.06 a 42.49 a
处理为全年小麦–玉米两季轮耕模式, 其中 ZT为免耕, SS为深松, CT为传统翻耕, 数据后不同字母表示同一作物季中处理间达
显著差异(P<0.05)。
Treatments are the whole year tillage patterns (wheat–maize) including zero-tillage (ZT), subsoiling (SS), and conventional tillage (CT).
Different letters after values indicate significant difference among treatments in the same cropping season (P<0.05).

3 讨论
何进等[22]指出深松能降低玉米季土壤容重。侯
贤清等 [23]研究表明, 与传统翻耕相比, 免耕-深松-
免耕和深松–免耕–深松模式显著降低土壤容重, 改
善土壤的孔隙状况。免耕处理10 cm以下土层基本不
受扰动, 土壤孔隙度呈平稳减少趋势[24]。也有研究
表明 , 长期免耕后 , 由于土壤生物的作用 , 孔隙度
会加强, 而且较为稳定[1]。本试验结果指出, 玉米季
深松比免耕处理能大幅度提高0~40 cm土壤周年总
孔隙度。与全年免耕相比 , 其他各种轮耕模式0~
40 cm土壤周年总孔隙度有大幅度提高(图1)。无论玉
米季采用哪种耕作方式, 小麦季免耕处理不利于改
善土壤孔隙状况, 而翻耕和深松可以改善土壤孔隙
状况, 常年免耕土壤下层孔隙比较稳定。这与耕作
措施作业的深度有关[25-26]。小麦季免耕处理由于不
对土壤进行耕作处理, 土壤比较紧实, 土壤周年总
孔隙度显著小于小麦季翻耕和深松, 土壤表层由于
476 作 物 学 报 第 41卷


受到播种的影响, 孔隙有所提高, 常年免耕下层土
壤受到外界机械作用很小土壤孔隙比较稳定。小麦
季翻耕处理作业深度15~18 cm, 使0~20 cm土壤周
年总孔隙度显著高于小麦季免耕。小麦季深松处理
对土壤有效作业深度35~40 cm, 因此10~40 cm的土
壤孔隙度显著高于小麦季翻耕和免耕(图1-C~F)。
本研究表明, 小麦季耕作和玉米季耕作的交互
效应是各层次土壤毛管孔隙度的决定因素, 玉米季
耕作的独立效应是土壤各层次非毛管孔隙度的决定
因素。两季耕作的交互作用显著影响0~40 cm土层土
壤毛管孔隙, 而对20~40 cm土层非毛管孔隙度影响
不显著。小麦季深松、玉米季深松处理的轮耕模式
能显著降低0~40 cm土层土壤毛管孔隙度 , 提高
0~40 cm土层土壤非毛管孔隙度。这是因为随着土壤
层次的加深, 耕作措施作用力基本稳定, 但秸秆因
素的作用力呈现减小趋势, 而耕作秸秆互作效应的
作用力逐渐加大, 成为土壤毛管孔隙度的决定性因
素, 耕作因素是非毛管孔隙度的决定性因素[14]。
深松可打破犁底层, 增强土壤对降水的蓄纳能
力 , 深松后进行少免耕可以促进根系对50~100 cm
土层土壤水分的消耗[27]。深松可以促进作物根系对
深层土壤水分的消耗[28]。本试验结果表明, 小麦季
深松和翻耕处理促进了作物生育后期对土壤水分的
吸收, 土壤含水量降低。无论小麦季采用哪种耕作
方式, 与玉米季免耕相比玉米季深松处理提高了玉
米在灌浆阶段对水分的吸收, 有利于玉米籽粒灌浆,
玉米收获期土壤毛管孔隙度进一步印证此结论(表1)。
长期免耕后进行土壤耕作有利于提高作物产量,
长年翻耕比长年免耕有利于小麦产量的提高[7]。小
麦季深松可以提高小麦季土壤孔隙度, 改善土壤养
分状况, 进而提高小麦和玉米的产量[14]。玉米季深
松可以延缓玉米花后叶片的衰老[29], 促进小麦对水
分、养分的吸收[30]。本研究表明, 小麦季深松比翻
耕、免耕处理能提高小麦季产量, 玉米季深松比免
耕处理能提高玉米季产量。孔凡磊等[7]研究表明小
麦季深松后效能影响到玉米季。而本研究表明玉米
季深松不仅能提高玉米季产量, 其深松后效能影响
到小麦季, 提高小麦产量。
不同耕作措施所带来的各种效应, 都可以归结
为土壤孔隙的变化而引发的其他理化性能的改变[25]。
耕作方式可以改变土壤毛管孔隙度, 进而改变土壤
水分含量[26]。轮耕可以显著提高土壤孔隙和含水量,
进而改善小麦籽粒的生长发育条件, 促进各种酶活
性的增加, 提高小麦籽粒品质 [30]; 轮耕影响了土壤
容重, 而土壤容重会影响小麦品质 [31]; 土壤孔隙会
影响小麦的根系发育 [32], 进而影响小麦品质, 较大
的土壤孔隙有利于小麦营养品质的提高。在本试验
中, SS-SS土壤周年总孔隙度最高, 小麦和玉米籽粒
品质各指标最高 , 而其收获期土壤含水量最低。
ZT-ZT土壤周年总孔隙度最低 , 小麦和玉米籽粒品
质各指标最低(表4和表5), 其收获期土壤含水量最
高。这表明轮耕方式通过影响土壤孔隙度和含水量,
最终影响作物籽粒品质, 较大的土壤孔隙度、较低
的土壤容重有利于作物品质的提升。
4 结论
在本试验条件下, 小麦季深松-玉米季深松处理
的 0~40 cm 土壤周年总孔隙度最高, 其作物单季产
量和周年产量均显著高于其他处理, 其小麦收获期
和玉米收获期土壤含水量均低于其他处理; 而小麦
籽粒品质与小麦季深松-玉米季免耕处理无显著差
异, 但均高于其他处理; 玉米籽粒品质与小麦季翻
耕-玉米季深松处理无显著差异 , 但均高于其他处
理。全年免耕处理的 0~40 cm土壤周年总孔隙度最
低, 其作物收获期土壤含水量最高, 不利于作物产
量和营养品质的提高。玉米季采用相同的耕作方式
下, 小麦季耕作方式对作物产量、品质的影响表现
为深松优于翻耕, 翻耕优于免耕。与玉米季免耕相
比, 玉米季深松处理的轮耕模式不仅能提高玉米季
产量, 而且深松后效能影响到小麦季进而提高小麦
产量。与全年免耕处理相比, 各种轮耕措施都能提
高土壤孔隙度, 提高作物产量、改善营养品质。小
麦季深松+玉米季深松处理是改善土壤耕层构造、提
高作物产量、品质的最佳轮耕模式, 其次是小麦季
深松+玉米季免耕处理。
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