全 文 ：中国生态农业学报 2011年 7月 第 19卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2011, 19(4): 755−759


* 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2007AA10Z217)和中国科学院知识创新项目(KSCX1-YW-09-11)资助
** 通讯作者: 胡春胜(1965~), 男, 研究员, 博士生导师, 主要研究方向为精准农业与农田养分管理。E-mail: cshu@sjziam.ac.cn
杨培培(1986~), 女, 硕士研究生, 研究方向为土壤营养及其环境效应。E-mail: peipei277@163.com
收稿日期: 2010-08-11 接受日期: 2011-02-20
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00755
保护性耕作对土壤养分分布及冬小麦吸收
与分配的影响*
杨培培 1,2 杨明欣 3 董文旭 1 陈素英 1 胡春胜 1∗∗
(1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050022; 2. 中国科学院研究生院 北京 100049;
3. 河北科技大学经济管理学院 石家庄 050018)
摘 要 通过田间试验研究了华北平原山前平原区不同耕作方式下土壤氮、磷、钾等养分分布及冬小麦吸收
与分配变化和对产量的影响。试验设深翻耕秸秆还田(MC)、秸秆还田旋耕(X)、秸秆粉碎免耕(NC)和整秸覆盖
免耕(NW) 4种冬小麦播前土壤耕作方式。试验结果表明, 6年的不同耕作处理对土壤养分分布及冬小麦吸收与
分配有显著影响。秸秆还田旋耕可显著提高土壤表层(0~5 cm)有机质、全氮以及碱解氮、速效磷、速效钾含量,
但随土壤深度增加, 提高效果呈逐渐下降趋势; 20~30 cm土层土壤有机质、全氮和速效氮含量显著低于秸秆粉
碎免耕处理。两种免耕模式(NC、NW)植株的全氮、全磷、全钾含量在苗期明显低于翻耕(MC)和旋耕(X)模式,
在返青期差异最为显著。到拔节和扬花期, 免耕(NC、NW)植株的全氮、全磷、全钾含量与翻耕(MC)和旋耕(X)
之间的差异逐渐减少, 并最终影响到籽粒养分的积累。
关键词 保护性耕作 土壤养分 养分吸收与分配 小麦
中图分类号: S157.4 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)04-0755-05
Effect of conservation tillage on wheat and soil nutrient distribution
and absorption
YANG Pei-Pei1,2, YANG Ming-Xin3, DONG Wen-Xu1, CHEN Su-Ying1, HU Chun-Sheng1
(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences,
Shijiazhuang 050022, China; 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. College of Economics Management, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China)
Abstract Conservation tillage technology improves soil environment, reduces wind and water erosion, and mitigates sandstorm. As
a mode of agricultural technology, conservation tillage is drawing more and more global attention. Agricultural soils are increasingly
managed through conservation or no-tillage. The objective of this study was to identify the effects of different conservation tillage pat-
terns on N, P, K distribution in both soil and wheat, and also on their absorption of wheat in the North China Plain. The investigated till-
age patterns included no-tillage with crushed straw (NC), no-tillage with entire straw (NW), traditional tillage with crushed straw (MC)
and rotary tillage with crushed straw (X). The 6-year experiment showed significant differences in soil nutrient distribution and absorp-
tion, and also in wheat distribution among different tillage patterns. Rotary tillage significantly increased organic matter, total nitrogen
and available N, P, K contents in the 0~5 cm surface soil. The contents of these nutrients gradually decreased with increasing soil depth.
Soil organic matter, total and available N contents were lower under rotary tillage than NC in the 20~30 cm soil layer. The contents of
total N, P and K in plants under the two modes of no-tillage (NC and NW) were significantly lower than that under traditional tillage
(MC) and rotary tillage (X) at seedling stage. The differences among these modes of tillage were most significant at reviving stage. At
jointing and flowering stages, the differences in total N, P, K contents of plants between the non-tillage (NC and NW) and tillage (MC
and X) treatments gradually dropped; and finally significantly influenced grain nutrient content.
Key words Conservation tillage, Soil nutrient, Absorption and distribution of nutrient, Wheat
(Received Aug. 11, 2010; accepted Feb. 20, 2011)
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保护性耕作技术具有改善土壤结构, 控制水土
流失, 减少风蚀、水蚀, 缓解沙尘危害等优点, 对改
善土壤环境具有多种独特的生态经济作用, 已成为
全球农业技术发展的趋势[1]。太行山山前平原是华
北平原农业生产的精华区 , 冬小麦−夏玉米一年两
熟是该地区的主要种植方式。当前玉米几乎全部采
用免耕播种技术, 小麦传统翻耕播种也被旋耕播种
所代替, 且免耕播种面积不断上升。有关不同耕作
方式对冬小麦产量、土壤理化性质、微生物区系及
生态环境的影响等方面多有报道 [2−6], 而关于耕作
对冬小麦生长过程中养分吸收与分配的影响却鲜见
报道。以往的研究表明, 长期保护性耕作使小麦产
量降低[7−9]。且有报道表明, 长期免耕使土壤养分层
次化加剧[10−12]。为此假设长期免耕导致作物产量降
低的原因在于保护性耕作使土壤养分表层富集, 不
利于作物后期的养分吸收与利用, 从而导致作物产
量降低。故本研究比较了 4 种不同耕作方式下土壤
氮、磷、钾养分分布以及小麦生长发育期内养分吸
收分配变化状况, 研究保护性耕作条件下冬小麦产
量形成规律, 旨在提出合理的栽培配套措施, 为华
北平原推广免耕技术提供借鉴。
1 材料和方法
1.1 试验地概况
试验于 2007~2008 年在中国科学院栾城农业生
态系统试验站(37º53N, 114º41E, 海拔 50.1 m)进行。
该站位于华北太行山前平原, 是高产农区的典型代
表, 90%的耕地实施冬小麦−夏玉米一年两熟制。供
试土壤类型为壤质褐土, 0~200 cm 根系层土壤平均
容重为 1.53 g·cm−3, 凋萎湿度平均为 8.7%, 田间持
水量平均为 23.2%, 饱和含水量为 28.9%, 有效含水
量为 450 mm, 基本相当于年有效降水量。
1.2 试验设计
试验在耕作长期定位试验场内进行(该定位试
验始于 2001 年), 根据冬小麦播种时土壤耕作方式,
试验处理设深翻秸秆粉碎还田(MC)、秸秆粉碎还田
旋耕(X)、秸秆粉碎还田免耕(NC)和整秸覆盖免耕
(NW)4个处理, 3次重复。MC和 X处理的冬小麦播
种方式为平作、4密 1稀, 平均行距 15 cm; NC处理
小麦播种在沟两旁, 形成(12+24) cm 的宽窄行垄作
小麦, 平均行距为 18 cm(垄高 5 cm, 宽 12 cm, 间距
10 cm); NW处理为玉米整秸覆盖, 每隔 4行小麦留
30 cm空隙用于覆盖秸秆, 平均行距为 18 cm, 小麦
播种方式为常规平作。小麦品种为“石新 733”。MC
处理冬小麦播种量为 195 kg·hm−2, X 处理为 210
kg·hm−2, NC、NW处理均为 285 kg·hm−2。底肥和追
肥量各处理均相等, 底肥为磷酸二胺 300 kg·hm−2,
尿素 75 kg·hm−2; 春季追施尿素 300 kg·hm−2, 灌溉
量均为 157.5 mm。
1.3 观测项目及测试方法
1.3.1 取样方法
土壤样品: 于 2007 年 10 月小麦播种前在各处
理小区按对角线 5点取样, 采土深度为 0~5 cm、5~10
cm、10~20 cm和 20~30 cm。将 5点土样均匀混合后
四分法留取样品 500 g, 重复 3次。风干样品用于土
壤养分测定。
植物样品: 在小麦(2007~2008季)苗期、返青期、
拔节期、扬花期、收获期进行群体动态调查, 调查
其株高、叶面积、密度, 并取样。在冬小麦几个主
要生育期内, 每处理取 20 株植株测定生物量, 用烘
干法测小麦茎、叶、穗的鲜重和干重。收获时每个
重复中取 3 个样方, 面积为 3 m2, 全部收割并分别
脱粒。考种时取 40个穗进行株高、穗粒数、穗粒重
和千粒重的测定。样品 70 ℃烘干至恒重, 测定干物
质重后粉碎至 70目密封保存, 用于植株养分分析。
1.3.2 测定方法
在冬小麦几个主要生育期内采 10 株植株用于
测定叶面积, 同时测定密度。用经验法测定叶面积,
即用尺子测量叶子的长和宽 , 用公式“叶面积=长×
宽×叶面积系数”计算得到。冬小麦的叶面积系数为
0.83。用冠层分析仪测冠层覆盖度 1次。
各指标测定均采用常规分析方法[13], 即土壤有
机质先用 K2CrO7-H2SO4加热处理, 再用 FeSO4溶液
滴定残留的重铬酸钾; 土壤全氮用硫酸钾−硫酸铜−
硒粉−硫酸消煮蒸馏定氮法测定 ; 土壤速效氮用碱
解扩散法测定; 土壤速效钾用 NH4OAc 浸提−原子
吸收光度法测定; 土壤速效磷用NaHCO3浸提−磷钼
蓝比色法测定。植物样品采用 H2SO4-H2O2消解, N、
P、K元素测定步骤与土壤相同。
数据分析均应用 Excel 2003和 SPSS 13.0软件
进行, 处理间差异的多重比较采用 LSD法完成。
2 结果与分析
2.1 不同耕作方式对耕层土壤有机质和全氮含量
的影响
图 1 所示为多年实施不同耕作措施后土壤有机
质和全氮含量在 0~30 cm耕层的分布状况。X、NC、
NW 处理土壤有机质含量随土壤深度的增加呈降低
趋势, 即表层(0~5 cm)最高, 20~30 cm土层含量最小;
而 MC 处理土壤有机质含量先随深度增加略有上升
然后再缓慢下降。X、NC、NW处理可明显提高 0~5 cm
土层有机质含量, 其中X处理最高, 为 22.3 g·kg−1, 显
第 4期 杨培培等: 保护性耕作对土壤养分分布及冬小麦吸收与分配的影响 757




图 1 不同耕作处理对土壤有机质(a)和全氮(b)含量的影响
Fig. 1 Effects of different tillage treatments on organic matter (a) and total nitrogen (b) contents in 0~30 cm soil layer
MC: 深翻秸秆粉碎还田 Traditional tillage with crushed straw; X: 秸秆粉碎还田旋耕 Rotary tillage with crushed straw; NC: 秸秆粉碎还
田免耕 No-tillage with crushed straw; NW:整秸覆盖免耕 No-tillage with entire straw. NS: 差异不显著 Not significant; : 0.05水平差异显著
Significant at 0.05 level; 下同 The same below.

著高于 NC 和 NW 处理, 但两种免耕处理之间没有
显著差异。MC处理 0~5 cm土层有机质含量最低, 仅
为 16.2 g·kg−1, 显著低于 X、NC、NW处理。5~10 cm
与 10~20 cm 土层各处理之间有机质含量没有显著
差异。在 20~30 cm 土层 NC 处理有机质含量最高
(11.5 g·kg−1), 与MC处理接近(11.3 g·kg−1), X处理最
低, 仅为 9.2 g·kg−1, 显著低于 MC和 NC处理, NW
处理含量居中, 与所有处理差异不显著。
土壤碳素循环与氮素循环具有密切关系。经过
多年连续耕作试验后, 土壤全氮含量以及剖面分布
与有机质变化基本一致, 统计表明两者具有极显著
相关关系(P<0.01)。但从土壤 C/N看, NC、NW处理
在 0~30 cm土层均显著低于 X和 MC处理, 0~5 cm
与 5~10 cm土层 MC与 NC、NW处理及 10~30 cm X
处理显著高于 MC处理。
2.2 不同耕作方式对耕层土壤速效养分含量的影响
由图 2可知, X处理可提高 0~5 cm土层碱解氮
含量(143 mg·kg−1), 且显著高于其他处理。在 5~10
cm和 10~20 cm土层各处理之间均无显著差异。在
20~30 cm土层 X处理碱解氮含量最小(59 mg·kg−1),
显著低于其他处理。0~5 cm土层 X处理速效磷含量
最大, 顺序依次为 X 处理>NC 处理>NW 处理>MC
处理, X处理显著高于 MC处理, 其他处理间差异不
显著。X处理 5~30 cm土层随深度增加速效磷含量
明显下降, 而MC处理略有上升, 10~20 cm土层 MC
处理显著高于 X处理, 5~10 cm和 20~30 cm土层各
处理差异不显著。除表层积累大量速效钾外, 速效
钾在土层中分布比较均匀。0~5 cm和 5~10 cm土层
X 处理速效钾含量最大, 显著高于 MC 和 NC、NW
处理。10 cm以下土层各处理速效钾含量基本相同,
处于 70~80 mg·kg−1之间, 只是MC处理略高于 NC、
NW处理, 但未达到显著水平。
2.3 不同耕作方式对冬小麦不同生育期植株养分
吸收的影响
由表 1可知, 在越冬期, NW处理地上植株全氮含
量显著低于MC和 X处理; 返青期各处理之间差异最
为明显, 其中 X 处理植株全氮含量最大, 显著高于
MC处理, 而MC处理又显著高于 NC、NW处理; 拔



图 2 不同耕作处理对 0~30 cm 土层土壤碱解氮(a)、速效磷(b)和速效钾(c)含量的影响
Fig. 2 Effects of different tillage treatments on available N (a), available P (b) and available K (c) contents in 0~30 cm soil layer
758 中国生态农业学报 2011 第 19卷


表 1 不同耕作措施下冬小麦不同生育期植株养分含量
Table 1 Contents of nutrients in winter wheat plants at different growth stages under different tillage treatments mg·kg−1
拔节期 Jointing stage 扬花期 Flowering stage 收获期 Harvest stage 项目
Item
耕作方式
Tillage treatment
苗期
Seedling stage
返青期
Turning green 茎
Stem
叶
Leaves
茎
Stem
叶
Leaves
茎+叶
Stem + leaves
籽粒
Seeds
MC 35.3a 43.4b 28.2a 45.8a 18.4a 42.5a 7.95a 24.5a
X 35.7a 46.1a 25.9a 44.2a 17.7ab 42.0a 7.13a 24.3a
NC 34.5ab 38.8c 22.9b 42.4ab 16.2b 41.9a 6.02b 22.9b
全氮
Total nitrogen
NW 33.7b 40.8c 26.8a 38.8b 16.3b 42.9a 6.05b 22.8b
MC 3.70a 4.36a 3.97a 3.58a 2.47a 3.84a 0.53a 3.35a
X 3.64ab 3.93a 3.44a 3.26a 2.56a 3.72a 0.53a 3.33a
NC 3.35ab 2.32c 2.54b 2.13b 2.30a 3.14b 0.37b 3.06b
全磷
Total phospho-
rus
NW 3.27b 3.22b 3.08b 2.18b 2.76a 3.17b 0.36b 3.27a
MC 42.8a 78.0a 85.6a 51.2a 22.8a 24.6a 13.5a 4.28a
X 43.4a 68.6ab 70.4ab 25.2b 22.4a 22.0ab 11.3b 4.15a
NC 33.0b 49.7c 46.0c 24.6b 19.4a 18.8b 11.1b 3.50b
全钾
Total potassium
NW 33.4b 58.6bc 65.0b 23.6b 20.0a 22.8a 10.1b 3.74b

节期, NC处理小麦茎中全氮含量显著低于其他处理,
其他处理之间无显著差异; NW 处理小麦叶中全氮
含量显著低于 MC 和 X 处理, 其他处理之间无显著
差异。在开花期, NC、NW 处理植株茎的全氮含量
低于其他处理, 特别是与MC处理差异达显著水平。
到收获期, NC、NW 处理小麦籽粒和秸秆全氮含量
仍显著低于 MC和 X处理。
从表 1 可以看出, 在小麦收获之前, 植株全磷
含量均变化不大, 基本保持在 2.1~4.0 mg·kg−1之间。
在越冬期, NW处理植株全磷含量显著低于 MC处理;
返青期各处理之间差异最为明显, 其中 MC 处理植
株全磷含量最高, 其次为 X 处理, NC处理最低; 拔
节期, NC、NW 处理茎叶全磷含量显著低于其他处
理; 开花期, NC、NW 处理叶片全磷含量显著低于
MC 和 X 处理, 各处理茎中的全磷含量没有显著差
异; 到收获期, 茎叶中的全磷含量降到 0.6 mg·kg−1
以下, 说明茎叶磷素向籽粒发生明显转移, NC 处理
小麦籽粒磷素含量显著低于其他处理。
在越冬期, NC、NW 处理植株全钾含量显著低
于 MC 和 X 处理; 返青期各处理之间植株全钾含量
差异最为明显, 其中 MC 处理植株全钾含量最高,
其次为 X处理, NC、NW处理最低; 拔节期, MC处
理茎和叶中的全钾含量最高 , 显著高于其他处理 ;
开花期 , 各处理茎叶全钾含量基本无显著性差异 ;
到收获期, MC处理小麦的茎叶全钾含量显著高于其
他处理, 籽粒中全钾含量表现为 NC 和 NW 处理显
著低于 MC和 X处理。
2.4 不同耕作方式对冬小麦产量的影响
由表 2 可以看出, 除 NW 处理显著降低冬小麦
产量外, 其他各耕作处理下的小麦产量均无显著差
异, 依次为X处理＞MC处理＞NC处理＞NW处理。
从千粒重看, X处理最大, NC处理最小, MC、X和
NC、NW处理差异显著。穗粒数则与此规律相反, 处
理之间差异较小。

表 2 不同耕作处理下冬小麦产量及产量性状
Table 2 Yield and yield characters of winter wheat under
different tillage treatments
耕作方式
Tillage
treatment
茎密度
Stem den-
sity (m−2)
千粒重
1000-grain
weight (g)
穗粒数
Grain number
per panicle
产量
Yield
(kg·hm−2)
MC 952a 41.3ab 26.7b 5 517a
X 936a 42.3a 33.8a 5 551a
NC 886ab 39.8b 31.0ab 5 426ab
NW 572b 40.4b 32.3a 4 729b

3 讨论与结论
通过本试验可以看出, 保护性耕作的土壤有机
质、全氮、速效钾、速效磷含量呈现出表层富集、下
层贫化的现象, 尤其以旋耕处理最为明显。这是因
为少耕动土浅, 不翻转耕层, 仅将肥料与残茬混拌
在土壤表层, 养分在耕层富集, 耕层间差异逐渐变
大[14]。本试验中, 保护性耕作处理 0~10 cm 土层有
机质含量大于常规耕作处理 10~20 cm土层, 而常规
耕作则相反。佟培生等[15]的研究结果也发现了这一
现象, 这是因为少耕区多年不翻耕, 根残物有所增
加, 这也相应影响了氮磷钾等养分的分布。
本试验中, 不同耕作处理作物对养分吸收表现
出显著差异。不同耕作措施使冬小麦生长前期的养
分吸收产生差异 , 少免耕模式下的养分吸收减少 ,
而小麦生长后期不同模式的养分吸收差异逐渐减
第 4期 杨培培等: 保护性耕作对土壤养分分布及冬小麦吸收与分配的影响 759


小。在越冬期, 免耕模式土壤表层养分含量显著高于
下层, 地上植株全氮含量却显著低于其他模式。免耕
模式土壤表层的养分富集并未促进植株的养分吸收,
这可能是因为种床不佳影响了出苗。在返青期, 不同
耕作模式下小麦地上植株全氮含量差异最为明显, 以
旋耕模式最高, 免耕处理植株最低。究其原因, 可能
是因为容重过高或者下层养分偏低影响了根系下
扎。但由于旋耕模式 10 cm以下土层土壤容重已相
当大, 且土壤养分层次化最为明显, 下层土壤养分
偏低, 不可能导致旋耕模式的植株养分含量最高。所
以只有可能是由于免耕土壤水分高、容重大, 从而
产生了“低温效应”[16−17]。从拔节期开始, 温度升高,
不同处理小麦养分吸收差异逐渐减小, 温度不再是
影响养分吸收的限制因子。收获后, 不同耕作条件
下的小麦秸秆养分含量差异逐渐减小, 小麦籽粒的
养分含量差异依然显著, 说明养分从秸秆向籽粒发
生了转移。王育红等[18]的研究表明, 从越冬期到拔
节期, 免耕覆盖下冬小麦生长发育比传统耕作迟缓,
地上部分表现为株高降低 , 分蘖和主茎叶龄减少 ,
这与本试验结果大体一致。
免耕处理显著降低了小麦植株的养分吸收, 但
免耕秸秆粉碎还田模式小麦产量并未体现出显著差
异。这可能是因为免耕粉碎模式下小麦出苗不整齐,
密度变异大, 计算误差致使免耕模式的产量未能体
现出显著差异。本试验虽依据经验增加了免耕处理
的播种量, 仍未能达到翻耕处理相同的基本苗。因
此, 出苗差、出苗率低也可能是影响免耕处理产量
有所降低的一个重要原因。
本研究表明, 在华北平原山前平原区少免耕处
理可明显提高小麦生长季 0~5 cm 土层有机质含量,
有机质含量随着深度的增加呈降低趋势。而传统耕
作处理随土壤深度增加有机质略有上升然后再缓慢
下降。土壤全氮含量及剖面分布与有机质变化基本
一致, 两者具有极显著相关关系。旋耕处理使土壤
养分含量层次化尤为明显。
旋耕处理土壤不同土层碱解氮含量差异最为明
显, 且旋耕处理 0~5 cm土层的碱解氮、速效磷、速
效钾含量都显著高于其他处理。翻耕处理 10~20 cm
土层速效磷含量显著高于其他处理。各处理除土壤
表层积累大量速效钾外, 速效钾在土层中分布比较
均匀, 且在 10 cm 以下土层中速效钾含量各处理之
间无显著差异。
除扬花和收获期外, 在小麦其他生育期内的地
上部分植株氮磷钾含量, 免耕模式基本显著低于其
他模式。各处理之间的差异以返青期最为显著, 之
后差异逐渐减小, 直到收获期时, 秸秆养分含量差
异不再显著, 而免耕模式的籽粒养分含量依然显著
低于其他模式。
除免耕整秸覆盖模式显著降低冬小麦产量外 ,
其他不同耕作方式下冬小麦产量差异不显著, 其中
以旋耕模式产量最大。
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