全 文 ：中国生态农业学报 2010年 5月 第 18卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2010, 18(3): 458−464


* 国家科技支撑计划项目(2006BAD15B06)和国家自然基金项目(40771132)资助
** 通讯作者: 黄高宝(1965~), 男, 博士 , 博士生导师, 教授, 主要研究方向为多熟种植、保护性耕作、节水农业和宏观农业。E-mail:
huanggb@gsau.edu.cn
罗珠珠(1979~), 女, 博士, 主要从事生态与环境科学的教学与研究工作。E-mail: luozz@gsau.edu.cn
收稿日期: 2009-05-20 接受日期: 2009-09-02
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00458
长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤肥力质量的影响*
罗珠珠 1 黄高宝 2** 张仁陟 1 蔡立群 1 李玲玲 2 谢军红 2 Guangdi Li3
(1. 甘肃农业大学资源与环境学院 兰州 730070; 2. 甘肃农业大学农学院 兰州 730070;
3. NSW Department of Primary Industries, Wagga Wagga, NSW 2650, Australia)
摘 要 长期定位试验研究了黄土高原西部旱农区传统耕作措施和 5 种保护性耕作措施对豌豆−小麦(P→W)
和小麦−豌豆(W→P)轮作序列的耕层土壤肥力质量的影响。结果表明, 与传统耕作(T)处理相比, 传统耕作秸秆
还田 (TS)和免耕秸秆覆盖 (NTS)处理有机质含量分别提高 11.61%~12.21%和 12.13%~16.99%, 全氮提高
7.29%~8.42%和 11.58%~12.95%, 全磷提高 10.35%~14.63%和 13.79%~18.29%, 全钾提高 7.32%~7.51%和
8.78%~9.15%, 速效磷提高 11.10%~12.41%和 16.29%~20.99%, 速效钾提高 25.11%~43.26%和 31.62%~44.22%,
pH降低 0.11~0.17个单位和 0.09~0.16个单位。进一步利用加乘法则和加权综合法两种模型评价不同耕作方式
下的土壤肥力质量, 结果表明, 土壤肥力质量指数排序为 NTS 处理>TS 处理>NTP 处理>NT 处理>T 处理>TP
处理(P→W轮作序列)和 NTS处理>TS处理>NT处理>NTP处理>TP处理>T处理(W→P轮作序列)。在黄土高
原雨养农作系统中, 实施免耕结合秸秆覆盖, 对促进和维持土壤养分平衡, 提高土壤肥力质量具有重要意义。
关键词 传统耕作 保护性耕作 免耕 秸秆还田 土壤肥力质量
中图分类号: S157.4+2; S158.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)03-0458-07
Effect of long-term conservation tillage on soil fertility in rain-fed
areas of the Loess Plateau
LUO Zhu-Zhu1, HUANG Gao-Bao2, ZHANG Ren-Zhi1, CAI Li-Qun1, LI Ling-Ling2, XIE Jun-Hong2, Guangdi LI3
(1. College of Resources and Environmental Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. College of
Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 3. NSW Department of Primary Industries, Wagga Wagga,
NSW 2650, Australia)
Abstract Based on long-term field experiments in Dingxi, west of the Loess Plateau, the effects of conventional tillage (T) and 5
conservation agricultural patterns [conventional tillage with stubble incorporation (TS), no-till and no-stubble retention (NT), no-till
with stubble retention (NTS), conventional tillage with plastic mulching (TP) and no-till with plastic mulching (NTP)] on the quality
of soil fertility were studied for the rotation systems of pea-wheat (P→W) and wheat-pea (W→P) under rain-fed farming. The results
show that soil fertility is improved by the two stubble retention systems, TS and NTS. Soil organic matter, total N, P and K, and
available P and K under TS and NTS are much higher than those under T with respective increasing ranges of 11.61%~12.21% and
12.13%~16.99%, 7.29%~8.42% and 11.58%~12.95%, 10.35%~14.63% and 13.79%~18.29%, 7.32%~7.51% and 8.78%~9.15%,
11.10%~12.41% and 16.29%~20.99%, and 25.11%~43.26% and 31.62%~44.22%. On the contrary, soil pH under TS and NTS are
lower than that under T with respective decreasing ranges of 0.11~0.17 and 0.09~0.16. Using addition/multiplication and weighted
integrated methods, quantitative assessments of the quality of soil fertility in different tillage systems was performed. The order of
the quality of soil fertility index ranked from high to low is NTS, TS, NTP, NT, T and TP for P→W rotation; and is NTS, TS, NT,
NTP, TP and T for W→P rotation. This indicates that no-till with stubble retention replenishes soil nutrient pool and improves the
quality of soil fertility in rain-fed areas of the Loess Plateau.
Key words Conventional tillage, Conservation tillage, No-till, Stubble retention, Soil fertility quality
(Received May 20, 2009; accepted Sept. 2, 2009)
第 3期 罗珠珠等: 长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤肥力质量的影响 459


农业的持续发展需要长久地维持和提高土壤生
产力、保持和提高土壤肥力[1−2]。因此, 如何保持和
提高土壤肥力并充分发挥其生产潜力, 一直是土壤
学家和农学家关注的问题。耕作的目的是为作物生
长创造一个良好的生长发育环境并维持粮食生产的
可持续性 [3], 从而为人类提供赖以生存的各种农产
品。长期且频繁地犁翻土壤会导致表层土壤有机碳
和结构稳定性下降, 从而加剧农田表层土壤的流失
和养分损失。同时, 由耕作导致的有机碳的损失主
要发生在 0~30 cm土层内, 特别是 0~10 cm土层[4−6] ,
而土壤有机碳是维持土壤肥力稳定的重要物质[7]。
因此, 耕作被认为是导致农田土壤质量下降的主要
因素之一[8]。大量研究认为[9−11], 保护性耕作措施可
一定程度改善土壤肥力。近年来许多国家的农田已
经采用了保护性耕作措施[12] 。但不同地区的研究中,
由于气候、土壤以及耕作方式的差异, 人们对不同
耕种措施影响农田土壤肥力的评价存在较大差异。
在同一气候条件下, 研究不同保护性耕作措施下土
壤性质及其变化特征, 有利于合理评价保护性耕作
措施对农田土壤肥力质量恢复的影响。
西部黄土高原地区作物种植以春小麦单作为主,
春小麦种植之前土壤一般进行三耕两耱的耕作措施,
收获时作物秸秆通常被全部移出农田。同时, 该地
区降雨主要集中在 7~9 月份 , 该期降雨量一般达
到或超过年降雨量的 60％, 造成雨季与农田的休闲
期重叠, 而与作物生长期严重错位。这种休闲−春小
麦单作体系、过度耕作结合作物秸秆移出以及降雨
的不均衡分布共同造成土壤有机碳耗竭和养分的大
量流失。本研究在 2001~2007 年长期定位试验的基
础上, 对黄土高原西部半干旱区 6 种不同耕作措施
下土壤肥力质量进行综合评价, 明确引发黄土高原
土壤肥力质量下降的原因, 阐明保护性耕作培肥地
力的效应, 为旱作农田土壤肥力培育和提高土地生
产力提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验设在陇中黄土高原半干旱丘陵沟壑区的定
西市安定区李家堡镇麻子川村。试区属中温带半干旱
区, 平均海拔 2 000 m, 年均太阳辐射 592.5 kJ·cm−2,
日照时数 2 476.6 h, 年均气温 6.4 ℃, ≥0 ℃积温
2 933.5 ℃, ≥10 ℃积温 2 239.1 ℃, 无霜期 140 d。
多年平均降水量 390.9 mm, 年蒸发量 1 531 mm, 干
燥度 2.53, 80%保证率的降水量为 365 mm, 变异系
数为 24.3%, 为典型的雨养农业区。试区土壤为典型
黄绵土, 主要理化特性见表 1。

表 1 试区土壤主要理化性质(2001-08-20)
Tab. 1 Basic chemical and physical properties of soil in experiment site in Aug. 20, 2001
土层深度
Soil depth (cm)
容重
Bulk density (g·cm−3)
田间持水量
Field capacity (cm3·cm−3)
有机质含量
Organic matter (g·kg−1 )
全氮含量
Total N (g·kg−1)
速效氮含量
Available N (mg·kg−1)
0~5 1.29 0.27 13.15 0.85 23.05
5~10 1.23 0.27 12.86 0.87 21.49
10~30 1.32 0.27 11.95 0.78 28.66

1.2 研究方法
1.2.1 试验设计
试验共设 6 个处理, 如表 2 所示。结合小麦豌
豆的年间轮作, 为加快研究进程, 研究设计了小麦
→豌豆(2002 年小麦→2003 年豌豆→2004 年小麦
→2005 年豌豆→2006 年小麦→2007 年豌豆, 简称
W→P→W→P→W→P)和豌豆→小麦 (2002 年豌豆
→2003 年小麦→2004 年豌豆→2005 年小麦→2006
年豌豆→2007年小麦, 简称 P→W→P→W→P→W)2
个轮作序列, 4次重复, 共 48个小区, 小区面积 4 m×
20 m, 随机区组排列。2001年 8月开始布置试验, 所
有秸秆还田处理均覆盖小麦秸秆 4 500 kg·hm−2(秸
秆铡短至 15 cm), 之后每年收获后所有秸秆全部还
原小区。
供试作物为春小麦和豌豆。其中春小麦品种为
“定西 35”, 播种量 187.5 kg·hm−2; 豌豆品种为“绿
农 1号”, 播种量 100 kg·hm−2。T、NT、TS、NTS
处理用中国农业大学研制的免耕播种机播种, 春小
麦行距 20 cm, 豌豆行距 24 cm, 播深均为 7 cm。春
小麦播期为 3 月中旬, 豌豆为同年 3 月下旬。小麦
各处理均施氮 105 kg·hm−2, P2O5105 kg·hm−2(尿素
+二铵); 豌豆各处理均施氮 20 kg·hm−2, 纯 P2O5 105
kg·hm−2(二铵+过磷酸钙), 所有肥料都作为基肥在
播种时同时施入。
1.2.2 采样与试验分析
于 2007年 8月中旬, 按 0~5 cm、5~10 cm、10~30
cm 3个层次采集土壤样品。各小区随机取 5个点, 剔
除石块、植物残根等杂物, 混合装袋带回实验室, 样
品经风干后研磨、过筛分装以备测定土壤养分含量
和 pH。
460 中国生态农业学报 2010 第 18卷


表 2 试验处理描述
Tab. 2 Treatments description of the experiment
代码 Code 处理 Treatment 耕作方法 Description
T 传统耕作 Conventional tillage
试验地在前茬收获后三耕两耱, 这是定西地区典型的传统耕作方式: 8 月份收
获后马上进行第 1次耕作, 8月底和 9月分别进行第 2、3次耕作, 耕深依次为
20 cm、10 cm 和 5 cm。9月份第 3次耕后耱 1次, 10月份冻结前再耱 1次。
NT 免耕 No-till with no-stubble retention 全年不耕作, 播种时用免耕播种机一次性完成施肥和播种。
TS 传统耕作秸秆还田
Conventional tillage with stubble incorporating
耕作方式同处理 T, 但结合第 1次耕作将所有前作秸秆翻埋入土。
NTS 免耕秸秆覆盖 No-till with stubble retention 播种方法同 NT处理, 收获脱粒后将全部前作秸秆覆盖在原小区。
TP 传统耕作地膜覆盖
Conventional tillage with plastic mulching
试验地耕耱同处理 T (三耕两耱), 但在 10月份最后一次耱后覆盖塑料薄膜。
膜宽 40 cm, 膜侧种作物, 因此该处理作物宽窄行种植, 宽行 40 cm, 窄行
10 cm, 平均 25 cm。
NTP 免耕地膜覆盖
No till with plastic mulching
全年不耕作, 覆膜及播种时间和方式同 TP 处理, 为避免前茬秸秆挂坏薄膜,
收获后用剪草机剪平或耱平残茬。

测定方法土壤有机质采用重铬酸钾−浓硫酸外
加热法, 土壤全氮采用开氏定氮法, 土壤全磷采用
酸溶钼锑抗比色法 , 土壤全钾采用氢氧化钠熔融−
火焰光度法, 土壤氨态氮和硝态氮采用氯化钾浸提
蒸馏法 , 土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提−钼锑抗比
色法, 土壤速效钾采用醋酸铵提取−火焰光度法[13]。
土壤 pH采用 PB-10酸度计测定。
1.3 评价方法
1.3.1 评价指标筛选
因土壤肥力形成机制较复杂, 不同学者对土壤
肥力内涵和外延的理解不同, 其评价方法和评价指
标也不尽一致。基于指标选择的通用性、实用性、
有效性和敏感性原则, 根据各单项肥力指标在研究
区域的代表性和对主栽作物影响的主导性, 本研究
选择有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、
速效钾以及 pH 作为土壤肥力评价指标, 建立黄土
高原侵蚀环境下土壤肥力质量评价指标体系。
1.3.2 评价模型构建
由于土壤肥力因子变化具有连续性质, 故各评
价指标采用连续性质的隶属度函数[式(1)和式(2)],
并依据土壤性质与土壤肥力效应的正负相关性, 确
定隶属度函数分布的升降性。
F(xi)=(Xij－Ximin)/(Ximax－Ximin) (1)
F(xi)=(Ximax－Xij)/(Ximax－Ximin) (2)
式中, F(xi) 为土壤各因子的隶属度值, Xij 为土壤各
因子值, Ximax和 Ximin分别表示第 i项土壤肥力因子的
最大值和最小值。
由于土壤质量的各个因子状况与重要性不同 ,
通常用权重系数表示各因子的重要性程度 , 利用
SPSS13.0软件计算肥力因子主成分的贡献率和累积
贡献率, 之后依据主成分因子负荷量计算各因子在
土壤肥力中的作用大小, 确定其权重。
Wi=Component capacityi/
1
n
i=
∑(Component capacityi)
(3)
式中, Component capacityi为第 i项土壤质量因子的因
子负荷量。通过式(1)和式(2)将评价指标的实测值转
换为介于 0~1之间的数值, 实现指标量纲归一化。之
后进行主成分分析, 由因子荷载矩阵求得土壤各评价
指标的因子负荷量, 该过程在 SPSS13.0软件下进行。
确定各评价因子隶属度和权重之后, 对不同耕
作方式下土壤肥力质量指数采用加权综合法(式 4)[14]
和加乘法则(式5)进行合成计算[15]:
SFQI =
1
n
i=
∏ XiWi (4)
SFQI =
1
n
i=
∑Xi×Wi (5)
式中, SFQI为土壤肥力质量综合指数, Xi为第 i个评
价因素的隶属度值, Wi为第 i 个评价因素的权重, n
为评价指标的个数。
1.4 统计方法
所有分析均在 SPSS13.0软件下进行。
2 结果与分析
2.1 不同耕作方式下土壤肥力性状的变化
2.1.1 土壤全量养分
表 3 表明, 耕作方式对土壤性状有明显影响。
不同耕作方式下土壤有机质和全量养分差异极显
著。选取传统耕作 T为基准, 两种轮作序列下 NT、
TS、NTS和 NTP处理耕层土壤有机质含量分别提高
2.33%~4.99%、11.61%~12.21%、12.13%~16.99%和
3.92%~4.44%, 全 氮 分 别 提 高 2.08%~4.21% 、
7.29%~8.42%、11.58%~12.950%和 1.04%~3.16%, TP
处理略有降低 ; 全磷分别提高 2.44%~4.60%、
10.35%~14.63%、13.79%~18.29%和 3.45%~9.76%,
第 3期 罗珠珠等: 长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤肥力质量的影响 461


TP 处理略有降低; 全钾 TS 和 NTS 处理分别提高
7.32%~7.51%和 8.78%~9.150%, NT、TP 和 NTP 处
理略有降低。由此可见, 免耕 5年后, 耕层土壤有机
质、全氮和全磷含量均有所增加, 原因是免耕可降
低土壤扰动次数, 避免土壤结构的破坏, 降低了土
壤侵蚀引起的土壤有机质和养分流失[16]。秸秆还田
不仅有效增加了耕层土壤有机质含量、土壤全氮和
全磷, 也显著提高了土壤全钾含量。作物秸秆富含
纤维素、木质素等富碳物质, 是土壤有机质的主要
来源; 秸秆分解释放 CO2, 促进土壤微生物体固持
或矿化释放无机氮, 最终形成土壤有机质 [17]; 随着
有机质积累, 有机磷随而增加[18], 导致全磷增加。秸
秆还田土壤的高 C/N 可诱导微生物氮的固定, 提高
土壤含氮量, 腐殖化系数也相应较高, 同时增加了
全氮积累[18−19], 起到了暂时保存氮素的作用。而且,
作物秸秆中含有大量钾素, 秸秆还田可将作物带走
的钾素归还土壤, 补充土壤钾库。
2.1.2 土壤速效养分
耕作方式对土壤速效磷和速效钾影响与各自全
量养分相似, 不同耕作方式下差异极显著。与传统
耕作 T比较, 两种轮作序列下 NT、TS、NTS和 NTP
处理耕层土壤速效钾含量分别提高 5.73%~9.29%、
25.10%~43.26%、31.62%~44.22%和 1.54%~9.50%,
TP 处理略有降低; 速效磷含量 TS 和 NTS 处理分别
提高 11.10%~12.41%和 16.29%~20.99%, NT、TP 和
NTP处理略有降低。可见, 免耕和秸秆还田不仅增加
了土壤全量养分, 也增加了速效养分, 表明作物当季
可利用有效养分提高, 改善了土壤肥力质量, 有利于
作物产量的提高, 这与前人的研究结论基本一致[20]。
耕作方式对土壤速效氮的效应与其他养分有所
不同。与传统耕作 T比较, 两种轮作序列下 TS处理
速效氮提高 2.49%~5.25%, 其他处理(包括 NTS处理)
均有所降低。需要指出的是, 本研究所指速效氮涉
及硝态氮和氨态氮, 虽然秸秆还田能有效减少氨态
氮因土壤碱性和气温升高而造成的挥发损失, 但免
耕条件下良好的土壤水分状况导致硝态氮易渗漏流
失。NTS 处理土壤速效氮含量有所降低, 说明秸秆
还田导致氨态氮的增加量不足以补偿免耕造成的硝
态氮减少量。
2.1.3 土壤 pH
作为土壤的基本化学性质之一, 酸碱度是土壤
许多化学性质的综合反映, 也是土壤肥力的一项重
要指标[21]。由表 2可知, 两种轮作序列下, TS和 NTS
处理耕层土壤 pH 比传统耕作 T 处理降低 0.11~0.17
和 0.13~0.19; NT、TP和 NTP处理与传统耕作 T处
理无显著差异。TS 处理土壤 pH 有所降低, 原因是
秸秆还田处理土壤有机质含量显著高于其他处理 ,
有机质分解生成的有机酸和 CO2均能增加土壤溶液
酸度; NTS处理土壤 pH降低除上述因素外, 免耕土
壤中有机碳以气体形式向大气排放的数量较少也是
原因之一。
2.2 不同耕作方式下土壤肥力质量评价
2.2.1 评价因子隶属度计算
利用式(1)和式(2)计算土壤肥力因子隶属度值。
本研究中土壤 pH 与土壤肥力质量呈负相关, 采用
降型分布函数; 而各养分因子对土壤肥力质量影响
为正, 采用升型分布函数。土壤肥力因子隶属度计
算结果见表 4。

表 3 土壤肥力质量评价指标体系及不同耕作措施下各指标的测定值
Tab. 3 Soil fertility indicators and their values under different tillage systems
轮作
Rotation
处理
Treatment
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
全氮
Total N
(g·kg−1)
全磷
Total P
(g·kg−1)
全钾
Total K
(g·kg−1)
速效氮
Available N
(mg·kg−1)
速效磷
Available P
(mg·kg−1)
速效钾
Available K
(mg·kg−1)
pH
T 13.27 0.95 0.82 17.32 37.83 10.48 189.27 8.41
NT 13.58 0.99 0.84 17.00 34.26 10.57 200.11 8.38
TS 14.89 1.03 0.94 18.62 38.77 11.78 236.80 8.24
NTS 14.88 1.06 0.97 18.84 36.81 12.68 249.11 8.22
TP 13.03 0.96 0.86 16.74 35.57 10.59 185.67 8.40
NTP 13.79 0.98 0.90 16.98 34.68 10.54 192.18 8.36
P→W
F值 F value 21.16** 11.82** 9.36** 38.54** 19.36** 13.43** 23.35** 21.44**
T 12.83 0.96 0.87 17.48 38.07 10.99 173.96 8.36
NT 13.47 0.98 0.91 17.57 34.82 10.81 190.12 8.32
TS 14.32 1.03 0.96 18.76 40.07 12.21 249.21 8.25
NTS 15.01 1.08 0.99 19.08 38.50 12.78 250.88 8.23
TP 13.00 0.95 0.85 17.45 37.82 10.14 186.83 8.37
NTP 13.40 0.97 0.90 17.09 35.21 10.51 190.49 8.32
W→P
F值 F value 28.06** 9.19** 5.97** 15.24** 9.05** 14.42** 28.60** 14.78**
*P<0.05, ** P<0.01。
462 中国生态农业学报 2010 第 18卷


表 4 不同耕作措施下土壤肥力因子隶属度
Tab. 4 Membership function values of soil fertility quality indicators under different tillage systems
轮作
Rotation
处理
Treatment
有机质
Organic matter
全氮
Total N
全磷
Total P
全钾
Total K
速效氮
Available N
速效磷
Available P
速效钾
Available K
pH
T 0.35 0.41 0.21 0.27 0.53 0.31 0.21 0.32
NT 0.44 0.51 0.28 0.18 0.15 0.33 0.29 0.42
TS 0.80 0.62 0.62 0.62 0.63 0.58 0.54 0.87
NTS 0.80 0.70 0.72 0.68 0.42 0.77 0.63 0.94
TP 0.28 0.43 0.34 0.11 0.29 0.33 0.18 0.35
P→W
NTP 0.49 0.49 0.48 0.18 0.20 0.32 0.23 0.48
T 0.22 0.43 0.38 0.31 0.55 0.41 0.10 0.48
NT 0.40 0.49 0.52 0.33 0.21 0.38 0.21 0.61
TS 0.64 0.62 0.69 0.66 0.77 0.67 0.63 0.84
NTS 0.84 0.76 0.79 0.74 0.60 0.79 0.64 0.90
TP 0.27 0.41 0.31 0.30 0.53 0.24 0.19 0.45
W→P
NTP 0.38 0.46 0.48 0.20 0.25 0.31 0.22 0.61

表 5 土壤肥力因子主成分贡献率
Tab. 5 Cumulative percentage of principal component of soil fertility quality indicators
P→W W→P 主成分
Component
number
特征根
Eigenvalue
贡献率
Percent of variance
累计贡献率
Cumulative percentage
特征根
Eigenvalue
贡献率
Percent of variance
累计贡献率
Cumulative percentage
1 6.87 85.83 85.83 6.96 86.95 86.95
2 0.88 10.96 96.79 0.85 10.65 97.59
3 0.15 1.85 98.64 0.11 1.43 99.02
4 0.10 1.26 99.90 0.06 0.75 99.77
5 0.01 0.10 100.00 0.02 0.23 100.00
6 0.00 0.00 100.00 0.00 0.00 100.00
7 0.00 0.00 100.00 0.00 0.00 100.00
8 0.00 0.00 100.00 0.00 0.00 100.00

2.2.2 评价指标权重确定
由于土壤的各个因子状况与重要性不同(指标
对土壤肥力的贡献不同), 故对各项指标应给以一定
的权重, 用以表示各因子的重要性程度。在以往研
究中, 普遍采用人为打分确定各因子权重, 为避免
人为主观影响, 本研究利用多元统计分析中的主成
分分析法确定各因子权重。
首先分别求出各因子主成分的特征值、贡献率
和累计贡献率, 然后根据因子载荷矩阵求出各因子
在各主成分上的负荷量, 最后通过式(3)计算各指标
权重。本研究中两种轮作序列下, 第一主成分的贡
献率均高于 85%(表 5), 已足以代表原变量的信息。
所以, 以第一个主成分分析因子负荷量, 根据式(3)
计算各因子在土壤肥力质量中的作用大小, 确定其
权重(表 6)。
2.2.3 土壤肥力质量评价
土壤肥力质量综合指数反映了不同耕作方式下
土壤相对肥力质量大小。根据加乘法则和加权综合
法对各个肥力因子指标值进行合成, 即利用式(4)和
式(5)计算不同耕作方式下土壤肥力质量综合指数
表 6 土壤肥力质量评价因子负荷量和权重
Tab. 6 Values of component capacity and weights of soil fer-
tility quality indicators
第一主成分 First component
轮作
Rotation
指标
Factor 负荷量 Capacity 权重Weight
有机质 Organic matter 0.98 0.13
全氮 Total N 0.96 0.13
全磷 Total P 0.92 0.13
全钾 Total K 0.97 0.13
速效氮 Available N 0.53 0.07
速效磷 Available P 0.97 0.13
速效钾 Available K 0.99 0.14
P→W
pH 0.99 0.14
有机质 Organic matter 0.97 0.13
全氮 Total N 0.98 0.13
全磷 Total P 0.96 0.13
全钾 Total K 0.97 0.13
速效氮 Available N 0.59 0.08
速效磷 Available P 0.97 0.13
速效钾 Available K 0.98 0.13
W→P
pH 0.97 0.13
第 3期 罗珠珠等: 长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤肥力质量的影响 463



图 1 不同耕作方式下土壤肥力质量指数的变化
Fig. 1 Changes of soil fertility quality index (SFQI) under different tillage systems

(图 1)。本研究运用两种公式计算土壤肥力质量综合
指数, 以保证评价结果的客观性和准确性。
经过 5 年长期试验, 不同耕作方式影响的土壤
肥力质量差异较大。尽管两种评价模型所得数据略
有差异, 加权综合法运算结果比加乘法则小, 但各
处理的排序完全一致。P→W轮作序列, 土壤肥力质
量指数 SFQI 大小排序为 NTS＞TS＞NTP＞NT＞T
＞TP; W→P 轮作序列, SFQI 大小排序为 NTS＞TS
＞NT＞NTP＞TP＞T。评价结果表明, 耕作方式对土
壤肥力质量产生了深刻影响, 免耕和秸秆还田均有
利于土壤肥力质量提高。轮作序列间比较, 各处理
土壤肥力质量指数均表现为 P→W 轮作序列低于
W→P 轮作序列, 可能与两种轮作序列第一季(2002
年)种植作物类型不同而导致的肥力消耗有关, 但具
体原因有待进一步探究。
3 讨论
免耕能否保持和提高土壤肥力, 长期以来在学
术界有很大争论。徐阳春等[22]指出, 免耕 0~5 cm土
层土壤全氮含量明显高于翻耕稻田, 而 5~10 cm、
10~20 cm土层土壤全氮含量则明显低于翻耕。但也
有研究认为[23−24]在整个耕层内免耕土壤全氮均高于
翻耕, 并且随免耕年限的增加, 土壤全氮、全磷、全
钾含量均有不同程度上升。关于土壤速效养分的变
化, 冯跃华等[23]认为, 免耕 0~5 cm 土层土壤速效
氮、速效钾含量高于翻耕, 5~20 cm土层则低于翻耕,
而速效磷在整个耕层内高于翻耕。王昌全等[24]研究
指出, 除速效磷外, 免耕耕层内速效钾含量也明显
高于翻耕, 并且随免耕年限的增加, 速效磷、速效钾
含量有不断上升趋势。肖剑英等[25]研究显示, 与试
验前相比, 自然免耕 10 年后的土壤肥力大幅增加,
相对于翻耕而言, 土壤全氮、全磷、全钾和速效氮、
磷等养分含量皆以免耕较高。本研究对黄土高原西
部旱农区 6 种不同耕作措施下土壤肥力质量的分析
结果表明, 免耕具有一定的土壤培肥作用, 与传统
耕作 T处理相比, 免耕处理 NT耕层土壤有机质、全
氮和全磷含量均有不同程度提高。
国内外研究表明[26−27], 秸秆还田对土壤养分有
明显改善作用 , 秸秆可以显著改善土壤化学性质 ,
直接增加土壤有机质, 同时提高土壤表层氮、磷、
钾含量。本研究对黄土高原西部旱农区 6 种不同耕
作措施下土壤肥力质量的分析结果与此一致: 与传
统耕翻 T 处理相比, NTS 和 TS 处理耕层土壤有机
质、全氮、全磷、全钾和速效磷、钾均有显著提高。
从养分循环角度分析, 每经过 1 个循环过程都会导
致养分的损失, 作物收获携出了大量的氮、磷、钾
养分, 其中籽实是氮、磷养分输出的主要组织部分,
而这部分养分不能通过直接归还来补充; 钾主要通
过秸秆输出, 但秸秆作为有效资源, 可以经过还田
循环利用。因此, 在黄土高原雨养农作系统中, 配
施氮、磷肥的同时, 尽可能将秸秆归还农田, 对促进
和维持土壤养分平衡, 提高土壤肥力质量具有重要
意义。
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