夏闲期耕作对黄土高原旱地麦田土壤水稳性团聚体稳定性的影响

李慧，代新俊，高志强



夏闲期耕作对黄土高原旱地麦田土壤水稳性团聚体稳定性的影响

李慧，代新俊，高志强

（山西农业大学农学院，山西太谷 030801）

【目的】研究不同夏闲期耕作方式对黄土高原旱地麦田土壤水稳性团聚体稳定性的影响，为改善旱地土壤结构、提高粮食产量提供依据。【方法】于2013—2017年在山西省闻喜县邱家岭村开展免耕—免耕—免耕—免耕（4aNT）、深翻—深翻—深翻—深松（3aPT-ST）、深松—深松—深松—深翻（3aST-PT）和深松/深翻（4aST/PT）轮耕4种耕作处理，测定了平均重量直径（）、几何平均直径（）、稳定率（）、破坏率（）、分形维数（）、峰凸系数（C）和偏倚系数（C）等水稳性团聚体稳定性指标。【结果】4年轮耕处理结果表明，深松/深翻轮耕能够有效提高土壤有机质含量和旱地麦田产量。深松/深翻轮耕0—50 cm土层＞0.25 mm水稳性团聚体含量分别比连续免耕、深翻—深翻—深翻—深松和深松—深松—深松—深翻高40.4%—45.5%、61.8%—98.0%和39.4%—106.1%，且深松/深翻轮耕处理下的、、和C均显著高于其他耕作处理，而、和C均显著低于其他耕作处理（＜0.05）。各参数之间的相关分析结果显示，、、和C之间相互呈极显著正相关，且均与、和C呈极显著负相关（＜0.01）。【结论】夏闲期耕作会显著影响土壤水稳性团聚体的稳定性，而夏闲期深松/深翻轮耕处理能提高耕层水稳定性团聚体含量与稳定性，更好的改善旱地土壤结构，提高产量。

夏闲期耕作；旱地麦田；水稳性团聚体；稳定性指标；土壤结构

0 引言

【研究意义】土壤团聚体作为土壤养分的贮存库，是影响土壤肥力质量的重要因素之一[1]。而不同的耕作方式可以通过人为和农机具对土壤的扰动直接改变耕层土壤粒径空间分布，是影响耕地土壤团聚体稳定性的主要因素[2]。近年来，黄土高原旱区逐渐兴起夏闲期免耕、夏闲期深松等耕作技术，与普遍采用的深翻技术相比，对土壤的扰动有着明显的区别[3-4]，因此研究不同夏闲期耕作方式下的土壤团聚体情况，对评价和选择合理的耕作措施有重要意义。另外，为了比较不同夏闲期耕作下土壤团聚体特性，选取能够准确反映团聚体稳定性的测定指标也具有重要的意义。【前人研究进展】不同粒径团聚体的数量分布和空间排列方式影响土壤生物活动，决定了土壤的孔隙分布情况[5]。同时，土壤水稳性团聚体的数量和分布也反映了土壤结构的抗蚀能力和稳定性[6]。目前，大多数学者对衡量土壤水稳定团聚体稳定性指标多选择几何平均直径（）[2, 7-8]、平均重量直径（）[2, 7, 9]、稳定率（）[7]、破坏率（）[2]和分形维数（）[2, 10-12]，这些指标一定程度上体现了团聚体的稳定性。也有学者用矩法获得的统计特征参数来评价土壤团聚体的组成[9, 13]。【本研究切入点】近年来，有学者提出夏闲期深松和深翻的农作技术，结果表明夏闲期深松或深翻具有蓄水保墒的能力，进而使晋南旱地冬小麦达到增产稳产的效果[14]。但是关于夏闲期耕作措施对旱地麦田土壤团聚体特征的研究较少。同时，连年单一的耕作方式不利于改善土壤结构[15]。因此本试验在前3年原有耕作试验条件下，设置了深翻和深松不同轮耕措施，对不同夏闲期耕作下＞0.25 mm土壤的水稳性团聚体的稳定性和分布特征的差异进行分析。【拟解决的关键问题】研究不同夏闲期耕作对土壤水稳性团聚体稳定性的影响，为全面、正确评价黄土高原旱地麦田土壤团聚体提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地位于山西省运城市闻喜县桐城镇邱家岭村(111°28′E，35°35′N），该基地地处黄土高原，属典型暖温带大陆性季风气候，十年九旱，年均降水量490 mm，年均蒸发量1 838.9 mm，其中 60%左右降水集中在7—9月，年均气温12.6℃，最冷的1月份平均气温可达到3.2℃，最热的7月份平均气温26.5℃，年均日照时数2 242.0 h，全年无霜期185 d。该区属丘陵旱地，土壤质地为黏壤土至粉砂质黏壤土，呈强石灰性。

1.2 试验设计

试验于2013年6月开始，在2013年6月至2016年6月已进行了为期3年的冬小麦夏闲期耕作试验，本研究于2016年7月进行第4年的休闲期耕作试验，供试品种为运旱618。采用随机区组试验，共设置了4个耕作处理：（1）免耕—免耕—免耕—免耕（4aNT）：连续4年休闲期免耕；（2）深翻—深翻—深翻—深松（3aPT-ST）：前3年休闲期深翻，第4年休闲期深松；（3）深松—深翻—深松—深翻（4aST/PT）：4年进行休闲期深松和深翻轮耕；（4）深松—深松—深松—深翻（3aST-PT）：前3年休闲期深松，第4年休闲期深翻。

所有耕作处理均前茬小麦收获时留高茬20—30 cm，秸秆打碎后覆盖于地表。其中深翻是在7月中旬施有机肥1 500 kg·hm-2，有机肥与粉碎的秸秆采用深耕施肥一体机一并施入土壤，耕深25—30 cm；深松是将施入的有机肥采用深松施肥一体机施入土壤，耕深35—40 cm；免耕是指休闲期不进行任何耕作处理。所有耕作处理在休闲期耕作后均在8月底进行旋耕和耙磨，播前基施N为150 kg·hm-2，P2O5为150 kg·hm-2，K2O为150 kg·hm-2。整个生育期无灌溉条件。每个耕作处理设3次重复，共12个小区，小区面积5 m×60 m=300 m2。采用膜际条播，生育期视实际情况进行人工和除草剂控制杂草。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品取样方法

第3年小麦收获后，第4年休闲期耕作开始之前进行取样（2016年7月24日），于第4年收获前进行成熟期取样（2017年6月2日）。在每个小区布置3个采样点，分0—10、10—20、20—30、30—40和40—50 cm 5个土层，将采集的土样混合，同时避免对土样的过分扰动，以免破坏团聚体结构。

1.3.2 测定方法

1.3.2.1 土壤水稳性团聚体粒级分布 一般＞0.25 mm的团聚体为土壤团粒结构体，是土壤中最好的结构体，其数量与土壤肥力质量呈正相关[16]。采用“NYT 1121.19—2008土壤检测第19部分：土壤水稳性大团聚体组成的测定”方法，先将250 g风干土放入孔径依次为10、7、5、3、2、1、0.5、0.25 mm的套筛，底层放底盒，利用机械力分散收集各孔径的力稳定性团聚体，计算得到土壤粒径＞0.25 mm的力稳定性团聚体含量0.25，再按比例将各孔径的力稳定团聚体配成50 g，将这50 g（0）风干土利用水力分散通过套筛（孔径依次为5、3、2、1、0.5和0.25 mm），然后将每层套筛上存留的土粒分级洗入铝盒并烘干称重m，通过计算得到土壤粒径＞0.25 mm的水稳性团聚体含量0.25。

1.3.2.2 土壤水稳性团聚体的平均重量直径（）和几何平均直径（）计算公式[17]如下：

1.3.2.3 土壤水稳性团聚体的分形维数（）利用Katz等[17]的公式表示：

1.3.2.4 土壤水稳性团聚体的稳定率（）和破坏率（）的计算公式[18]如下：

1.3.2.5 土壤水稳性团聚体的特征值参数参考祁迎春等[9]的方法，利用矩法统计土壤水稳性团聚体的特征参数值：

标准差σ：

偏倚系数（C）：

峰凸系数（C）：

1.4 数据处理与分析

本文采用Sigma-Plot 12.0 进行作图，用SPSS 16.0软件处理数据，利用Ducan方法和Pearson方法进行试验数据的统计分析，将显著性水平设定为=0.05。

2 结果

2.1 不同耕作处理对旱地小麦产量的影响

试验从2013年开始，分析2013—2017年的产量变化（表1），结果显示，在2013—2014年休闲期深翻或深松较免耕均能显著提高旱地小麦的产量（＜0.05），但深翻和深松处理间无显著差异。而在2014—2015年，连续两年深松的产量显著高于其他处理。但从第3年开始，深松/深翻轮耕对旱地麦田的增产效果明显提高，在2015—2017两年间，深松/深翻轮耕处理下的产量均达到显著最高。

表1 不同耕作处理对旱地小麦产量的影响

表中同列不同小写字母表示0.05水平差异显著。下同

Tables with the same small letter within a column are not significant difference at the 0.05 level. The same as below

2.2 不同耕作处理对水稳性团聚体质量分布的影响

在湿筛过程中，＞5 mm粒径的力稳定性团聚体在水流冲力下分散不存在，而1—5 mm粒径水稳定性团聚体含量也较少，整体上呈随土层深度的增加而降低的趋势（图1）。休闲期3aST-PT处理0—10 cm和10—20 cm土层1—5 mm粒径的水稳定性团聚体分别比3aNT、3aPT-ST和4aST/PT 高15.50%、47.52%、26.27%和17.09%、55.68%、29.25%，而在30—40 cm和40—50 cm土层，4aST/PT处理分别比3aNT、3aPT-ST和3aST-PT高38.00%、13.11%、64.29%和42.22%、14.29%、72.97%。对0.25—1 mm粒径的水稳性团聚体分析发现，休闲期4aST/PT轮耕处理在0—50 cm土层的含量均显著（＜0.05）高于3aST-PT、3aPT-ST 和3aNT。经过一个生育期的土壤自然沉降，对成熟期不同轮耕模式进行分析，4aST/PT处理0—50 cm土层1—5 mm和0.25—1 mm粒径的水稳定性团聚体显著（＜0.05）高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT。

FS：指休闲期，MS：指成熟期。下同 FS: Fallow stage, MS: Maturity stage. The same as below

2.3 不同耕作处理对土壤水稳定性团聚体MWD和GMD的影响

水稳性团聚体的和反映了团聚体粒径分布的总体状况，其值越大表示团聚体的团聚度和稳定性越强。表2显示，休闲期，4aST/PT处理0—10 cm土层的分别显著高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT 处理5.1%、7.8%和3.8%（＜0.05），3aST-PT和4aST/PT处理10—20 cm土层显著高于4aNT和3aPT-ST（＜0.05），4aST/PT处理20—50 cm土层也显著高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理（＜0.05）。不同耕作方式下水稳性团聚体的在耕作前呈相似规律（表2），4aST/PT处理0—50 cm土层的显著高4aNT 、3aPT-ST和3aST-PT 处理（＜0.05）。经过一个生育时期的稳定，成熟期土壤的和回升，4aST/PT处理0—10 cm、20—50 cm土层的显著高于其他3个处理（＜0.05），4aST/PT处理20—50 cm土层的也均显著高于其他3个处理（＜0.05）。

2.4 不同耕作处理对土壤水稳性团聚体WASR和PAD的影响

由表3可以看出，休闲期0—50 cm土层4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理下的均显著高于4aST/PT处理（＜0.05），而4aST/PT处理下的显著高于其他3个耕作处理（＜0.05）。成熟期0—50 cm土层4aNT、3aPT-ST和 3aST-PT处理下的也均显著高于4aST/PT处理（＜0.05），4aST/PT处理下的显著高于其他3个耕作处理（＜0.05）。在土壤剖面变化上，4aNT、4aST/PT和3aST-PT处理的均呈先降低后增加的趋势，在10—20 cm土层达最低，而呈先增加后降低的趋势，在10—20 cm土层达最高。另外，耕作前3aPT-ST处理和在0—50 cm土层波动较大，而在成熟期随土层的增加而增加，随土层的增加而降低。

表2 不同耕作方式下土壤水稳性团聚体的MWD和GMD（mm）

指水稳性团聚体的平均重量直径；指水稳性团聚体的几何平均直径。下同

: Mean weight diameter;: Geometric mean diameter. The same as below

2.5 不同耕作处理对土壤水稳定团聚体D值的影响

分析不同耕作方式下土壤水稳性团聚体分形维数在0—50 cm剖面的分布（图2），随土层深度的增加而增加。休闲期0—50 cm土层值4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理分别显著高于4aST/PT处理3.4%—4.8%、6.5%—9.1%和4.0%—6.5%（＜0.05）。经过一个生育期的土壤沉降，土壤值降低并稳定。但第4年的耕作对值的影响不大，仍表现为耕作前的大致规律，4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理值均显著高于4aST/PT处理（＜0.05）。

2.6 不同耕作处理对土壤水稳性团聚体特征参数的影响

表4显示，4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理休闲期0—50 cm土层C分别显著高于4aST/PT处理54.7%—67.5%、105.0%—174.2%和58.4%—145.6%（＜0.05），且C值均＜0。各耕作处理C和C在成熟期的规律与休闲期一样，但相比休闲期3aST-PT的C呈降低的趋势，C呈增加的趋势，而3aPT-ST处理的C呈增加的趋势，C有所降低。从土壤剖面变化上看（表4），C在各耕作处理下均呈随土壤深度的增加而降低的趋势，C呈随土壤深度的增加而增加的趋势。

2.7 土壤水稳性团聚体稳定性指标的关系

分析土壤水稳性团聚各参数之间的相关系数（表5），其中，、、和C之间相互呈极显著正相关，均与、和C呈显著负相关，而、和C之间呈极显著正相关关系（＜0.01）。说明团聚体的稳定性越大，越大，导致团聚体的和越小，但是团聚体的分布越不集中。

2.8 不同耕作方式对0—50 cm土层有机质含量的影响

土壤有机质含量呈随土壤深度的增加而逐渐降低的趋势，土壤表层0—10 cm有机质含量显著高于下层土壤（表6）。休闲期结果显示，0—50 cm土层4aST/PT土壤有机质含量在数值上均高于4aNT、3aPT-ST和3aST-PT处理，尤其在40—50 cm土层差异显著。在成熟期，除连年免耕0—10 cm土层外，其他处理在0—50 cm土层有机质含量较播前均有所提高。主要是因为在旱地麦田，土壤表层的有机物质随水分流失严重，无法深入土壤中。同时，4aST/PT处理有机质含量显著高于其他3个耕作处理。可见，深翻/深松轮耕能够促进0—50 cm土层有机质含量的增加。

表3 不同耕作方式下土壤水稳性团聚体的WSAR和PAD

指土壤团聚体破坏率，值土壤团聚体稳定率: Destruction rate;: Aggregate stability rate

图2 不同耕作方式土壤水稳性团聚体的分形维数

3 讨论

耕作前土壤水稳性团聚体分布结果显示，连续深松处理增加0—20 cm表层1—5 mm水稳性团聚体含量，深松/深翻轮耕增加30—50 cm土层1—5 mm水稳性团聚体含量。因为耕作强度是影响土壤水稳定性团聚体的主要因素之一，同时一定的机械活动也加速了有机物质和微生物的移动，增加土壤胶结大团聚体的能力[7,13]。深松/深翻轮耕相比连年深翻减少了对0—50 cm土层的机械扰动，尤其连年深松降低了0—20 cm土层的扰动，降低团粒的破碎率，而连年深翻过度破碎土壤，使土壤有机质矿化加速，不利于水稳性大团聚体的形成[10]。成熟期的分布结果表明，虽然连年深松后深翻机械活动小于深松/深翻轮耕，但是连年深松土壤形成一个较稳定的有机质环境和土壤胶结剖面，再经过深翻之后，这种稳定被打破不利于水稳性大团聚体的形成[19]。

土壤水稳定性团聚体的稳定率（）和破坏率（）表示土壤团聚体在水蚀作用下的分散度，土壤水稳定性团聚体的稳定性越高，值越大，值越小[13, 18]。而分形维数也能反映土壤结构稳定性，值越大说明土壤质地越细，反之值越小说明土壤团聚结构越稳定[20]。本试验结果表明，深松/深翻轮耕相比其他处理增加了0—50 cm土层的平均重量直径（）、几何平均直径（）和水稳性团聚体稳定率（），而降低了土壤水稳性团聚体破坏率（）和分形维数（），这与王丽等[21]试验结果相同。然而也有研究表明，连续免耕等保护性措施可以有效提高土壤的和[10]，且程科等[7]试验结果也表明，免耕和深松的保护性耕作措施会减少团粒的破碎，可以降低土壤团聚体值，这与本研究结果相悖，即深松/深翻轮耕土壤值最低。因为本试验为雨养旱地，连续免耕不利于旱地麦田土壤的蓄水保墒，而耕层土壤缺乏水分就会导致土壤易松散，致使土壤团聚体在水蚀作用下的分散度增加，所以土壤水稳定性团聚体的稳定性低[22]。另外土壤有机质是胶结土壤小颗粒团聚体的重要因素，连年免耕导致土壤紧实度增加，土壤秸秆等有机物质聚集在土壤表层而无法有效进入土壤，而深松/深翻轮耕处理下的土壤有机质显著提高，所以免耕处理不如轮耕可以有效增加土壤团聚度和稳定性[4, 16]。

表4 不同耕作方式下土壤水稳性团聚体的特征参数值

C指偏倚系数；C指峰凸系数C: Bias coefficient;C: Peak convex coefficient

表5 土壤水稳性团聚体各参数之间的相关性

**、*分别表示在0.01、0.05水平（双侧）上显著相关

**and* indicated that the correlation is significant at the 0.01 and 0.05 levels (2-tailed), respectively

表6 不同耕作方式下0-50 cm土层有机质含量

另外矩法也是一个严密的分析土壤粒径组成特征的方法[23-24]。其中的偏倚系数（C）表示各级水稳性团聚体频率分布的对称性，即反映大于平均直径和小于平均直径的水稳性团聚体是否对称平衡，正偏分布代表大于平均直径的水稳性团聚体含量多于小于平均直径，负偏分布代表后者多于前者。峰凸系数（C）表示各级水稳性团聚体频率分布峰态状况，即各级团聚体分布的集中程度。当C＞0时为分布高峰态，意味着团聚体分布组成集中，“含量占优势团聚体”的直径大小范围较窄，当C＜0时为分布低峰态，意味着各级团聚体分布均衡，“含量占优势团聚体”的直径范围较宽。刘梦云等[2]研究了不同土地利用方式下土壤团聚状况的特征参数值，结果表明有人为活动和农机具使用的耕地处理，其土壤小于平均直径团聚体含量均较多，同时随着土壤的自然沉降作用，＜1 mm的小粒径团聚体随着土壤深度的加深而更加集中。本试验结果显示，无论哪种耕作处理土壤水稳性团聚体在整个剖面上均表现为优势粒径为小粒径，且深松/深翻轮耕土壤中优势团聚体分布相对其他耕作处理较均衡，但是连年深翻后深松会增加优势团聚体的分散性，而连年深松后深翻的优势团聚体分布更为集中。这是因为连年深翻后深松土壤扰动降低，小粒径团聚体沉降速度降低，而连年深松后深翻土壤扰动增加，小粒径团聚体沉降加速集中在下部土壤。

、、、、、C和C均可以表示土壤水稳定性团聚体的稳定程度[11-12, 25]。有研究表明与和呈极显著负相关，和呈极显著正相关，这与本试验结果类似[8, 26]。但是刘梦云等[2]研究结果表明，、与C呈极显著负相关关系，而本研究结果表明，、和C之间呈极显著正相关关系，即团聚体的稳定性越大，和值越小，但是团聚体的分布越不集中。因为本研究均为耕地，耕作后土壤团聚作用减弱，导致小粒径团聚体下沉分散而不集中。

4 结论

无论在哪种耕作处理下，土壤水稳性团聚体在旱地麦田0—50 cm土壤剖面上均表现为优势粒径为＜1 mm的小粒径，但是深松/深翻轮耕处理相对于其他耕作处理更有利于＞1 mm粒径土壤水稳性团聚体的形成，可以有效增加土壤水稳性团聚体的团聚度和稳定性。试验结果也表征了深松/深翻轮耕具有更长效的增产作用。但是，土壤水稳定性团聚体稳定性好坏是一个综合评价的结果，不同的试验地点和处理均会影响其稳定性。本文只是对黄土高原旱地麦区夏闲期耕作试验实施4年后的结果进行分析，要研究不同耕作方式对土壤水稳性团聚体的影响，还需要进行多地域长期的试验。

[1] LIU S, YAN C, HE W, CHEN B, ZHANG Y, LIU Q, LIU E. Effects of different tillage practices on soil water-stable aggregation and organic carbon distribution in dryland farming in Northern China., 2015, 35(4): 65-69.

[2] 刘梦云, 吴健利, 刘丽雯, 虞亚楠. 黄土台塬土地利用方式对土壤水稳性团聚体稳定性影响. 自然资源学报, 2016, 31(9): 1564-1576.

LIU M Y, WU J L, LIU L W, YU Y N. Stability characteristics of soil water-stable aggregates under different land-use patterns on the Loess Plateau., 2016, 31(9): 1564-1576. (in Chinese)

[3] 尚金霞, 李军, 贾志宽, 张丽华. 渭北旱塬春玉米田保护性耕作蓄水保墒效果与增产增收效应. 中国农业科学, 2010, 43(13): 2668-2678.

SHANG J X, LI J, JIA Z K, ZHANG L H. Soil water conservation effects, yield and income increments of conservation tillage measures in spring maize field on weibei highland., 2010, 43(13): 2668-2678. (in Chinese)

[4] 李娟, 李军, 尚金霞, 贾志宽. 轮耕对渭北旱塬春玉米田土壤理化性状和产量的影响. 中国生态农业学报, 2012, 20(7): 867-873.

LI J, LI J, SHANG J X, JIA Z K. Effects of rotational tillage on soil physiochemical properties and spring maize yield in Weibei Highlands., 2012, 20(7): 867-873. (in Chinese)

[5] 陈恩凤, 周礼恺. 微团聚体的保肥供肥性能及其组成比例在评断土壤肥力水平中的意义. 土壤学报, 1994(1): 18-25.

CHEN E F, ZHOU L K. Performances of soil microaggregates in storing and supplying moisture and nutrients and role of their compositional proportion in judging fertility level., 1994(1): 18-25. (in Chinese)

[6] YODER R E. A direct method of aggregate analysis of soils and a study of the physical nature of Erosion Losses., 1936, 28(5): 337.

[7] 程科, 李军, 毛红玲. 不同轮耕模式对黄土高原旱作麦田土壤物理性状的影响. 中国农业科学, 2013, 46(18): 3800-3808.

CHENG K, LI J, MAO H L. Effects of different rotational tillage patterns on soil physical in rainfed wheat fields of the Loess Plateau., 2013, 46(18): 3800-3808. (in Chinese)

[8] 刘艳, 查同刚, 王伊琨, 王高敏. 北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征. 应用生态学报, 2013, 24(3): 607-613.

LIU Y, ZHA T G, WANG Y K, WANG G M. Soil aggregate stability and soil organic carbon characteristics inandplantations in Beijing area., 2013, 24(3): 607-613. (in Chinese)

[9] 祁迎春, 王益权, 刘军, 于雄胜, 周彩景. 不同土地利用方式土壤团聚体组成及几种团聚体稳定性指标的比较. 农业工程学报, 2011, 27(1): 340-347.

QI Y C, WANG Y Q, LIU J, YU X S, ZHOU C J. Comparative study on composition of soil aggregates with different land use patterns and several kinds of soil aggregate stability index., 2011, 27(1): 340-347. (in Chinese)

[10] 周虎, 吕贻忠, 杨志臣, 李保国. 保护性耕作对华北平原土壤团聚体特征的影响. 中国农业科学, 2007, 40(9): 1973-1979.

ZHOU H, LV Y Z, YANG Z C, LI B G. Effects of conservation tillage on soil aggregates in huabei plain, China., 2007, 40(9): 1973-1979. (in Chinese)

[11] WANG Y, ZHANG J H, ZHANG Z H. Influences of intensive tillage on water-stable aggregate distribution on a steep hillslope., 2015, 151: 82-92.

[12] TAGAR A, ADAMOWSKI J. The stability of soil aggregates in tilled fallow areas in Hyderabad district, Pakistan., 2015, 27(1): 51-60.

[13] 刘梦云, 常庆瑞, 齐雁冰, 孙宁. 黄土台塬不同土地利用土壤有机碳与颗粒有机碳. 自然资源学报, 2010, 25(2): 218-226.

LIU M Y, CHANG Q R, QI Y B, SUN N. Soil organic carbon and particulate organic carbon under different land use types on the Loess Plateau., 2010, 25(2): 218-226. (in Chinese)

[14] ZHAO W F, GAO Z Q, SUN M, DENG L F. Effects of tillage during fallow period on soil water and wheat yield of dryland., 2013, 11(1): 609-613.

[15] 李娟, 李军, 程科, 韩霁昌, 王丽, 尚金霞. 渭北旱塬玉米田保护性轮耕土壤固碳效果与增产增收效应. 农业工程学报, 2016, 32(5): 104-111.

LI J, LI J, CHENG K, HAN J, WANG L, SHANG J. Soil organic carbon sequestration, yield and income increment of rotational tillage measures on Weibei highland maize field., 2016, 32(5): 104-111. (in Chinese)

[16] SIX J, ELLIOTT E T, PAUSTIAN K. Soil structure and soil organic matter: II. A normalized stability index and the effect of mineralogy.2000, 64(3): 1042-1049.

[17] KATZ A J, THOMPSON A H. Fractal sandstone pores: Implications for conductivity and pore formation., 1985, 54(12): 1325-1328.

[18] 侯贤清, 贾志宽, 韩清芳, 孙红霞, 王维, 聂俊峰, 杨宝平. 不同轮耕模式对旱地土壤结构及入渗蓄水特性的影响. 农业工程学报, 2012, 28(5): 85-94.

HOU X Q, JIA Z K, HAN Q F, SUN H X, WANG W, NIE J F, YANG B P. Effects of different rotational tillage patterns on soil structure, infiltration and water storage characteristics in dryland., 2012, 28(5): 85-94. (in Chinese)

[19] 张耀方, 赵世伟, 王子龙, 李晓晓, 李明瑞, 杜璨. 黄土高原土壤团聚体胶结物质的分布及作用综述. 中国水土保持科学, 2015, 13(5): 145-150.

ZHANG Y F, ZHAO S W, WANG Z L, LI X X, LI M R, DU C. Distribution and function of cementing materials of soil aggregates on the Loess Plateau, western China., 2015, 13(5): 145-150. (in Chinese)

[20] LU Q Q, WANG E H, CHEN X W. Effect of mechanical compaction on soil micro-aggregate composition and stability of black soil., 2015, 31(11): 54-59.

[21] 王丽, 李军, 李娟, 柏炜霞. 轮耕与施肥对渭北旱作玉米田土壤团聚体和有机碳含量的影响. 应用生态学报, 2014, 25(3): 759-768.

WANG L, LI J, LI J, BAI W X. Effects of tillage rotation and fertilization on soil aggregates and organic carbon content in corn field in Weibei Highland., 2014, 25(3): 759-768. (in Chinese)

[22] 孙敏, 白冬, 高志强, 任爱霞, 邓妍, 赵维峰, 赵红梅. 休闲期耕作对旱地麦田土壤水分与小麦植株氮素吸收、利用的影响. 水土保持学报, 2014, 28(1): 203-208.

SUN M, BAI D, GAO Z Q, REN A X, DENG Y, ZHAO W F, ZHAO H M. Effects of tillage in fallow period on soil water and nitrogen absorption and utilization of dryland wheat., 2014, 28(1): 203-208. (in Chinese)

[23] 吉启慧. 粒度分析在塔克拉玛干沙漠研究中的应用. 中国沙漠, 1996, 11(2): 173-179.

JI Q H. Application of grain size analysis in the studies of Taklimakan Desert., 1996, 11(2): 173-179. (in Chinese)

[24] 曹振, 胡克, 张永光, 介冬梅, 赵亮. 科尔沁沙地地表沉积物粒度分析与可风蚀性讨论. 中国沙漠, 2005, 25(1): 15-19.

CAO Z, HU K, ZHANG Y G, JIE D M, ZHAO L. Grain size distribution and wind erosion possibilities of surface sediments in Horqin Sandland., 2005, 25(1): 15-19. (in Chinese)

[25] 郑子成, 李延轩, 张锡洲, 王永东, 杨玉梅, 汪曦微. 不同土地利用方式下土壤团聚体的组成及稳定性研究. 水土保持学报, 2009, 23(5): 228-231.

ZHENG Z C, LI Y X, ZHANG X Z, WANG Y D, YANG Y M, WANG X W. Study on the composition and stability of soil aggregates under different land use., 2009, 23(5): 228-231. (in Chinese)

[26] TANG Y Q, LI J, ZHANG X H, YANG P, WANG J X, ZHOU N Q. Fractal characteristics and stability of soil aggregates in karst rocky desertification areas., 2013, 65(1): 563-579.

（责任编辑 李云霞）

Stability Characteristics of Soil Water-stable Aggregates under Different Tillage Treatments in Summer Fallow on the Loess Plateau

LI Hui, DAI XinJun, GAO ZhiQiang

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

【Objective】The paper studied the effects of different tillage treatments in summer fallow on the stability characteristics of soil water-stable aggregates in the Loess Plateau.【Method】The 4 rotational tillage experiments, including 4aNT (no-tillage in four experimental years), 3aPT-ST (deep plow in three years, followed subsoiling in fourth year), 3aST-PT (subsoiling in three years, followed deep plow in fourth year), and 4aST/PT (subsoiling in first year, deep plow in second year, again subsoiling followed by alternating the next year), were conducted in dryland wheat fields of Qiujialing Village in summer fallow period from 2013 to 2017. Based on the experiments, mean weight diameter (), geometric mean diameter (), aggregate stability rate (), destruction rate (), fractal dimension (), peak convex coefficient (C) and bias coefficient (C) were used to analyze and compare soil aggregates stability (＞0.25 mm).【Result】Results indicated that the treatment of 4aPT/ST improved soil organic matter content and winter wheat yield in the dry farmland, and adoption of 4aPT/ST significantly increased the soil aggregates with particles greater than 0.25 mm by 40.4%-45.5%, 61.8%-98.0% and 39.4%-106.1% than 4aNT, 3aPT-ST and 3aST-PT, respectively. In addition,,,andCof water-stable aggregates under 4aST/PT treatment was also higher than that under other three treatments, but,andCof water-stable aggregates under 4aST/PT treatment was lower than that under other treatments at 0-50 cm soil depth (＜0.05). The correlation between parameters showed that there were significant positive correlation among,,andC, while these indexes had negative correlation with,and C(＜0.01).【Conclusion】Tillage in summer fallow influenced the stability of soil water-stable aggregates, and adoption of 4aST/PT increased soil macro-aggregate content and stability and improved dry farmland soil structure and yield.

tillage in summer fallow; dry farmland wheat field; water-stable aggregates; the stability indexes; soil structure

2017-11-03；

2018-01-22

国家自然科学基金（31771727）、国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-03-01-24）、作物生态与旱作栽培生理山西省重点实验室（201705D111007）

李慧，E-mail：helen199121@126.com。

高志强，Tel：0354-6288373；E-mail：gaozhiqiang1964@126.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.13.008