本站小編為你精心準備了麥田土壤生態環境論文參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1材料與方法

1．1試驗區概況

試驗區位于河北省深州市太古莊鄉高趙圈村（N38°01′，E115°32′），屬典型海河低平原區，是“十二五”國家糧食豐產科技工程核心試驗區。土壤為粘性壤土，180cm土體不同層次容重為1．3～1．6g／cm3；耕層全氮含量1．2g／kg，堿解氮含量66．7mg／kg，速效磷含量24．1mg／kg，速效鉀含量122．4mg／kg，有機質含量14．7g／kg，鹽分質量分數1．1g／kg。2011－2012年小麥生長季降雨62．8mm，2012－2013年小麥生長季降雨量122．2mm。

1．2試驗設計

2011－2013年冬小麥生長季進行，共設旋耕（RT）、深松（SRT）、深耕（MRT）3種耕作方式處理，每處理3次重復，小區面積60m2，隨機區組設計：（1）旋耕，前茬玉米秸稈全部粉碎還田→撒施底肥→1GN－180型大型旋耕機旋耕2遍（深度15cm）→耙地2遍→機播。（2）深松，前茬玉米秸稈全部粉碎還田→撒施底肥→2FS型深松旋耕一體機作業1遍（深松深度30cm，旋耕深度15cm）→耙地2遍→機播。（3）深耕，前茬玉米秸稈全部粉碎還田→撒施底肥→1L－525鏵式犁耕翻（深度20cm）→旋耕機旋耕1遍（深度15cm）→耙地2遍→機播。供試小麥品種為良星99（冀審麥2004007號）。播前底肥施純氮240kg／hm2，P2O5112．5kg／hm2，K2O112．5kg／hm2，小麥10月10日趁墑播種，基本苗密度為3．15×106株／hm2，2個年度均只在春季灌水2次，每次灌量82．5mm，時間分別為2012年4月6日和5月1日、2013年4月7日和5月2日，隨春季第1次灌水追施純氮135kg／hm2，6月15日收獲。

1．3試驗方法

10月15日開始，每隔1個月，分0－5cm，5－10cm，10－20cm，20－30cm，30－40cm5個層次采集原狀土樣，采用環刀法［7］測定土壤容重，計算0－10cm，10－20cm和20－40cm土層平均容重。土壤總孔隙度計算公式為：Rt＝（1－RS／DS）×100。式中：Rt為總孔隙度（％）；RS為容重（g／cm3）；DS為比重（g／cm3）。于冬小麥播前和收獲后，按五點取樣法采集土樣，用平板表面涂抹法對樣品中的真菌、細菌和放線菌進行分離計數。分離真菌采用馬丁氏培養基，每10ml培養基加入0．03％鏈霉素溶液1ml（含鏈霉素30μg／ml）；分離細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基；分離放線菌采用高氏Ⅰ號培養基。其中馬丁氏培養基和高氏Ⅰ號培養基平皿倒置于28℃培養箱中培養4d計數；牛肉膏蛋白胨培養基平皿倒置于37℃培養箱中培養3d計數。在播種－返青、返青－抽穗、抽穗－成熟期3個階段，按五點取樣法采集土壤樣品，每階段采集3次，測定相關酶活性、養分和有機碳含量。土壤堿解氮測定采用堿解擴散法，速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用乙酸銨浸提－火焰光度法，有機質測定采用重鉻酸鉀容量法－磷酸浴法［1］；土壤脲酶（UE）活性測定采用靛酚比色法，堿性磷酸酶（ALP）活性采用磷酸苯二鈉比色法，過氧化氫酶（CAT）活性采用高錳酸鉀滴定法［8］，土壤多酚氧化酶（PPO）活性采用鄰苯三酚比色法［9］；土壤有機碳（SOC）含量測定采用重鉻酸鉀容量法；土壤微生物量碳（SMBC）含量測定采用氯仿熏蒸－K2SO4浸提法，SMBC＝Ec／KEC。式中：Ec為熏蒸和未熏蒸土壤K2SO4浸提液的碳含量差值（mg／kg）；KEC為轉換系數，取值0．38［10－11］。土壤呼吸速率測定采用動態密閉氣室法［12］，測定儀器為Li－6400（Licor，USA）。土壤含水量采用德國IMKO公司生產的TRIME－PICO型便攜式水分測定儀（TDR）測定。土壤溫度測定采用HL20型自動氣象數據采集器（錦州陽光氣象儀器公司生產）。每小區布設8個溫度感應器，感應器埋深10cm。播種后，間隔5～7d測定1次0－180cm土層體積含水量，每20cm測定1次，雨后加測；溫度采集器采集周期設定為1h。

1．4數據統計分析

對2011－2013年2個生長季試驗數據進行巴特勒檢驗（Bartletttest），趨勢相同數據取平均值分析。相關數據統計分析采用SPSS12．0和DPS7．05軟件；用Excel2010軟件作圖。

2結果與分析

2．1不同耕作方式下土壤容重與孔隙度

播種至11月上旬各處理0－10cm土層呈現容重大幅度上升、孔隙度明顯下降趨勢。11月中旬到次年3月中旬，各處理土壤容重緩慢下降、孔隙度則緩慢上升。播種至4月上旬灌溉春一水前，旋耕、深松和深耕處理容重分別上升6．1％，5．2％和7．3％，孔隙度分別下降4．8％，4．1％和5．3％。此階段，深耕處理容重最低，孔隙度最大，深松處理和旋耕處理無顯著差異。春季灌水和降雨的疊加效應是各處理土壤容重均出現大幅度上升，總孔隙度大幅下降。通過回歸模擬，春一水灌溉后30d，旋耕、深松和深耕處理容重分別上升7．4％，6．6％和8．5％，總孔隙度分別下降6．5％，5．8％和7％。5月份以后，各處理物理性狀基本趨于穩定，至成熟期處理間差異不顯著。10－20cm土層各處理容重與孔隙度變化趨勢與0－10cm相似，但變化幅度較小。在該層深松和深耕處理總孔隙度顯著高于旋耕處理，而容重則低于旋耕處理。20－40cm土層，通過多元方程模擬發現，土壤總孔隙度隨時間推移緩慢下降，容重則緩慢升高。播種至灌溉春二水，深松處理孔隙度最高，容重最低。隨后深處理間差異逐步縮小，至生長季結束差異不顯著。進一步分析圖1發現，灌溉春二水后，0－20cm土層各處理容重出現小幅下降，孔隙度小幅提高。推測可能與土壤溫度升高加速玉米秸稈腐解有關。

2．2不同土壤耕作方式下土壤水熱狀況和呼吸速率

2．2．1土壤水分狀況由圖2可知，播種至返青期，40cm以上土層，旋耕處理含水量最高，為23．8％，分別比深松和深耕處理高3．9％和8．2％；40－80cm土層，深松處理含水量最高，為26．3％，分別比旋耕和深耕處理高10．5％和4．0％。返青至抽穗期，0－20cm土層含水量表現為旋耕＞深松＞深耕，20－100cm土層深松處理含水量最高，為25．7％，旋耕和深耕處理分別為24．2％和23．4％；各處理100cm以下土層含水量無顯著差異。抽穗至成熟期，2011－2012年各處理0－20cm土壤含水量差異不明顯，20－120cm土層深松處理含水量顯著高于另兩處理。2012－2013年，20－120cm土壤含水量變化規律與上一年度相似，但旋耕處理0－20cm土壤含水量明顯較高，可能與當年小麥開花后降雨量較多（46．6mm）有關。2．2．2土壤呼吸速率及其與10cm地溫的相關性土壤呼吸是土壤碳庫向大氣碳庫輸入碳的主要途徑，土壤碳庫的變化將對大氣圈CO2濃度產生明顯影響。由圖3可知，小麥越冬前，深耕處理土壤呼吸速率最高，峰值為2．9μmolCO2／（m2·s），分別比深松和免耕處理高5．5％和11．5％。越冬期各處理土壤呼吸速率均快速下降，處理間差異不顯著。返青后各處理土壤呼吸速率均快速上升，至孕穗期均達到第二個峰值，此時深耕處理最高為3μmolCO2／（m2·s），比深松和免耕處理分別高7．1％和11．1％。另外，土壤不同耕作方式也明顯影響到麥田土壤溫度。小麥播種至越冬，旋耕處理10cm土壤平均溫度為9．2℃，深松和深耕處理分別為8．9℃和8．3℃。越冬期，旋耕、深松和深耕處理土壤溫度分別下降10．7，10．7，10．9℃。返青后深耕處理上升最快，深松處理其次，旋耕處理相對平緩。拔節至成熟期，深耕處理10cm土壤平均溫度為23．6℃和22．3℃，分別比旋耕處理高5．8％和2．8％。說明深耕和深松均有利于提高春季地溫。另外，通過對不同耕作方式下麥田10cm深度土壤平均溫度與土壤呼吸速率進行Pearson相關性分析（表1）發現，土壤呼吸速率與地溫呈顯著正相關。

2．3不同耕作方式對麥田土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤生物過程的主要調節者，參與土壤環境的一切生化過程，與有機物質分解、營養物質循環等密切相關。由表2可知：①0－10cm土層，抽穗前不同處理麥田土壤脲酶（UE）和過氧化氫酶（CAT）活性均無顯著差異，抽穗后深松處理UE和CAT活性上升較快，并均顯著高于旋耕和深耕處理；10－20cm土層，返青前各處理UE和CAT活性差異不顯著，返青后處理間差異擴大，深松處理UE和CAT活性最高，分別為0．3mg／（g·d）和2．99ml／（g·h）；20－40cm土層，返青前各處理UE和CAT活性無顯著差異，返青后深松處理2種酶活性均顯著高于其他處理。②0－10cm土層，小麥播種至抽穗階段，免耕和深耕處理土壤堿性磷酸酶（ALP）較高。抽穗后，深松處理土壤ALP活性明顯提高，為36．3g／kg，分別是旋耕處理和深耕處理的1．17倍和1．18倍。③10－20cm土層，小麥抽穗前深耕處理土壤多酚氧化酶（PPO）活性分別比免耕和深松處理提高78．9％和43．2％；抽穗后，深松處理土壤PPO活性最高，并顯著高于其他處理；20－40cm土層，小麥抽穗前各處理PPO活性無顯著差異，抽穗后深松處理PPO活性最高，分別比旋耕和深耕處理高78．6％和19．0％。

2．4不同耕作方式對麥田土壤養分的影響

0－10cm土層，旋耕處理堿解氮含量在小麥抽穗前較高，深耕處理則是在抽穗后較高。10－20cm和20－40cm土層，深松處理堿解氮含量始終最低，抽穗期僅為52．3mg／kg，分別為免耕和深耕處理的92％和79％；全生育期平均為46．1mg／kg，分別為免耕和深耕處理的77．1％和81．6％。0－10cm土層，旋耕處理速效磷含量最高，有“表層聚集”現象，全生育期平均含量37mg／kg，分別是深松和深耕處理的1．15倍和1．29倍；10－20cm土層，抽穗前旋耕處理速效磷含量最高；抽穗后處理間差異不顯著；20－40cm土層，深松處理速效磷含量最高。0－10cm土層，小麥抽穗前，旋耕處理土壤速效鉀含量最高，為106mg／kg，分別是深松處理和深耕處理的1．26倍和1．22倍；抽穗后，深耕處理土壤速效鉀含量最高。10－20cm土層，抽穗前，旋耕處理速效鉀含量也最高，抽穗后各處理無顯著差異。20－40cm土層，深松處理速效鉀含量最高。0－10cm和10－20cm土層，返青至抽穗階段，深耕處理有機質含量較高，其他時期各處理無顯著差異。20－40cm土層中，返青前旋耕處理有機質含量較高，深松處和深耕處理無顯著差異。返青后深松處理有機質含量為12．28mg／kg，分別比深松和深耕處理高80％和74．6％。

2．5不同耕作方式對麥田土壤微生物與有機碳的影響

2．5．1真菌、細菌和放線菌數量由表4可知：①旋耕處理各層土壤真菌數量均呈下降趨勢，深松處理土壤真菌數量在各土層均為上升趨勢，而深耕處理則在0－20cm土層表現為下降，在20－40cm土層上升。2個生長季深松處理土壤真菌數量平均增加69．9％。②旋耕處理土壤中細菌數量在0－20cm土層中表現為增加，而在20－40cm土層中則下降，深耕處理與旋耕處理相反。深松處理土壤細菌數量在各土層均表現為上升。2個生長季深松處理細菌數量平均增加91．1％。③0－40cm土層，各處理放線菌數量均呈下降趨勢。其中，深耕處理放線菌數量下降最明顯，全生長季平均下降31．5％。2．5．2土壤SMBC和SOC含量微生物量碳（SMBC）對土壤擾動非常敏感，可反映土壤養分狀況、生物活性和微生物數量。由表5可知，0－10cm土層，深耕處理SMBC含量最低，為134．5mg／kg，分別均相當于旋耕處理的84．9％。10－20cm土層，小麥播種至返青階段，深松處理SMBC含量最高；返青至抽穗階段，旋耕處理SMBC含量最高。深耕處理SMBC含量始終最低，全生育期平均僅為176．3mg／kg，分別僅相當于旋耕處理和深松處理的77．7％和73．9％。這可能與深耕對土壤擾動大，土壤團聚體遭破壞，土壤呼吸速率和能量消耗加快有關。20－40cm土層，小麥抽穗期前，SMBC含量為旋耕處理＞深耕處理＞深松處理；抽穗后，深松和深耕處理無顯著差異，但均顯著高于旋耕處理。總有機碳（SOC）是表征土壤肥力的重要指標之一，影響著土壤滲透、抗蝕、持水和養分循環，協調土壤水、肥、氣、熱等［13］。0－10cm土層，深耕處理SOC含量最低，全生育期平均為9．4g／kg，分別相當于旋耕和深松處理的91．9％和91．0％。10－20cm土層中，返青前，旋耕處理依然最高。返青后，深松和深耕處理SOC含量則呈明顯增長趨勢。20－40cm土層中，返青前，旋耕處理SOC含量最高；返青后，深松處理SOC含量最高，為19．2g／kg，分別是旋耕處理和深耕處理的1．75倍和1．22倍。2．6不同耕作方式對小麥產量和水肥利用的影響由表6可知，2個生長季深耕和旋耕處理總耗水量均較高，分別為430．3mm和430．9mm，深松處理僅為409．4mm，比旋耕和深耕節水6％；深松處理產量最高，平均為8550．0kg／hm2，分別比旋耕和深耕處理分別提高15．4％和6．9％，水分利用效率分別高22．7％和13．7％；深松處理N、P、K肥料偏生產力最高，其中N肥平均偏生產力為22．8kg／kg，分別比旋耕和深松處理高15．2％和6．5％。

3討論

3．1耕作方式改變對麥田土壤物理性狀與水熱狀況的影響

物理結構、儲供水和熱量循環能力是耕地質量的重要表征。研究顯示，長期單一的土壤耕作方式均會影響土壤物理性狀，如長期翻耕土壤失墑大，形成犁底層，影響土壤蓄水能力；長期少、免耕，表層土壤體積質量會增加、犁底層上移、耕層變淺。Milton等［14］報道免耕土壤總孔隙度較低。Borghei等［15］報道，多年免耕導致土壤壓實、容重增大、產量降低。Hou等［16］報道，與常規耕作方式相比，在夏閑期間，采用免耕與深松相互交替可提高0－20cm土層含水量3．9％～7．8％，而在作物生長及季節則可提高8％～8．6％。Qin等報道，深松可增加降水入滲，提高土壤貯水能力。蘇衍濤等［18］報道，免耕在冬小麥越冬期表現增溫，活動期表現降溫。本研究表明，深耕處理和深松處理分別有利于0－20cm和20－40cm土層土壤容重下降和土壤孔隙度增大。旋耕處理有利于表層土壤水分儲蓄，深松處理有利于20－120cm土層水分儲蓄。深耕有利于提高土壤溫度，分別比深松和旋耕高5．8％和8．8％。深松對土壤擾動深度較大，可更好地儲蓄水分，這與前人的研究結果類似。深耕比深松可更有效提高土壤溫度，且溫度變幅更大，這與陳繼康等的研究結果相似。而深耕由于加深犁底層的同時，造成了表土大面積翻動，破壞了團粒結構，實際并未對土體儲水起到更好的效果，所以頻繁深耕必然對耕地質量產生較大影響，這也支持了前人的研究結果。有關耕作方式改變后土壤水熱狀況的改變是否有耦合效應并影響作物生長，還需進一步研究。

3．2耕作方式改變對麥田土壤酶活性與養分含量的影響

養分循環是農田生態系統最基本功能之一，其中農田三大養分要素N、P、K的循環與平衡則是農田生態系統穩定性與區域農田生產力狀況的具體反映。不同栽培制度和管理措施等都會影響土壤酶和養分空間變異和生物活性變化，而土壤酶活性與土壤養分之間關系密切，可間接反映氮、磷等養分轉化與供給狀況。本研究表明，小麥返青至成熟，深松處理可提高土壤過氧化氫酶和脲酶活性，且深松處理還可提高小麥抽穗后土壤堿性磷酸酶活性；深耕處理和深松處理可分別在抽穗前、后提高表層土壤多酚氧化酶活性。深松處理可降低堿解氮含量而促進速效磷和速效鉀積累；深耕處理可提高表層土壤有機質含量，旋耕處理和深松處理則分別在返青前和返青后提高20－40cm土層有機質含量。本研究還得出，旋耕處理速效磷有“表層聚集現象”，這與前人的研究結果一致。由此可見，深松處理對于提高土壤酶活性有著特殊意義，而土壤酶活性提升又直接加速了對土壤中養分的分解和利用。由于研究角度側重不同，不同耕作方式下土壤酶活性與養分變化相關性將另外報道。

3．3耕作方式改變對麥田土壤呼吸和微生物的影響

由于土壤微生物比土壤理化性質對土壤質量變化能做出更快速響應，所以土壤微生物土壤污染監測評價和生態修復等方面的研究受到普遍關注。不同耕作措施創造不同的土壤環境，影響土壤微生物數量和組成。研究顯示，土壤呼吸是一個復雜的土壤生態學過程，土壤呼吸季節變化一般呈現單峰型特點［21］。不同耕作措施可改變土壤物理結構和水熱特性，進一步影響土壤呼吸狀態。張俊麗等報道，深松耕處理小麥農田呼吸速率最高，顯著高于深耕和旋耕處理。任景全等研究也認為，免耕可降低土壤呼吸速率。本研究表明，深松有利于真菌和細菌增殖，旋耕有利于放線菌增殖。這可能與深松和深耕提高了土壤溫度，而溫度提升加速了土壤內植物殘體降解，腐殖質含量提高有關。Riley曾報道耕作方式對微生物的影響與土質關系密切，因此本研究結果還需在其他土質中進一步印證。本研究還顯示，深松處理和旋耕處理分別在不同生育時期可提高土壤SMBC含量。旋耕處理在小麥返青前土壤SOC含量較高，深松處理則是在返青后最高。深耕處理土壤呼吸速率最高，2個生長季平均為1．76μmolCO2／（m2·s），分別比旋耕處理和深松處理高8．0％和4．8％，這與前人報道吻合。且本研究也證實呼吸速率與土壤溫度呈顯著正相關，而深耕可提高土壤溫度，研究前后可互相印證。深耕處理SMBC含量SOC含量較低，這與Compton等［25］提出的土壤溫度高可提高SMBC含量不一致。這可能與試驗區土質有關，因為土質不同會影響SMBC的周轉速率有關。有關不同耕作方式下麥田土壤呼吸和微生物的關系及其在不同土質上的表現還需要進一步研究。

4結論

深松可加深犁底層，并增大20cm以下土層孔隙度。深松處理在20－120cm土層具備較好的儲水能力。深耕處理可提高土壤溫度和土壤呼吸速率。深松處理和深耕處理分別可在不同生育時期提高土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶和多酚氧化酶活性。深松處理全生育期堿解氮含量最低；旋耕處理速效磷有表層聚集現象，深松處理土壤有利于20cm以下土層速效磷和速效鉀積累，而深耕處理可提高表層土壤有機質含量。深松處理有利于真菌和細菌的增殖，旋耕則有利于放線菌的增殖。深松處理和旋耕處理分別在不同生育期提升土壤SMBC含量。旋耕處理和深松處理分別在小麥返青前和返青后土壤總SOC含量最高。深松處理可降低麥田耗水量，提高產量、水分利用效率和肥料偏生產力。總體看，深松處理作為一種保護性耕作措施，在優化麥田土壤生態環境，提高可持續生產能力和促進農田生態系統恢復方面起到良好作用。本研究為進一步形成更合理的土壤輪耕模式，促進海河低平原區耕地可持續生產能力的提升提供了理論依據。

作者：尹寶重甄文超郭麗果單位：河北農業大學植物保護學院農業氣象教研室河北省作物生長調控重點實驗室河北農業大學科學技術研究院