秸秆还田条件下不同耕作方式对玉米田土壤物理性状的影响

张佳倩，李 福，孙峰成，刘亚楠，王丽芳，张婷婷，且天真，张德健*

（1.内蒙古大学 生命科学学院，内蒙古 呼和浩特 010070；2.牧草与特色作物生物技术教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特 010070；3.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031）

【研究意义】我国是世界第一粮食生产大国，世界第二玉米生产大国，2020 年我国玉米产量高达2.606 7 亿t[1]，在保障国家粮食安全，为农民创收等方面有着至关重要的地位。我国年秸秆资源总量达1.04×109t，综合利用率达80.1%[2]。玉米秸秆中富含N、P、K 及众多微量元素，通过还田处理，使养分归还到土壤中，不仅能够有效利用秸秆资源，降低大气污染，增加土壤肥力[3]，还能有效改善土壤物理结构，调节土壤养分含量水平[4]，降低土壤容重[5]，提高土壤含水量[6]，是目前解决秸秆资源过剩、培肥土壤地力最具有前景的办法。【前人研究进展】近年来，更多学者把目光转向秸秆还田与耕作方式相结合。国外对秸秆还田结合耕作方式进行了大量研究，发现秸秆还田结合耕作方式可以通过土壤团聚体结构影响土壤物理特性[7-8]，降低土壤容重，提高土壤孔隙度。与此同时，国内研究也在逐步开展，丛聪[9]对有机物还田结合耕作方式进行研究，得出秸秆还田在常规旋耕条件下对0～20 cm 土层的容重、孔隙度等一系列物理性状影响更加显著，而在深松和深翻等深耕条件下，能够改变30 cm土层的土壤结构，从而对整个玉米生长发育过程造成持续的正面影响。李梓瑄等[10]研究表明，深翻措施降低耕层土壤容重效果最明显，对提高土壤孔隙度也有十分明显的作用。刘红梅等[11]在保护性耕作对土壤团聚体及微生物学特性的影响研究进展一文中指出，通过秸秆还田结合免耕、少耕等措施，降低对耕地土壤扰动，从而能够达到优化土壤团粒结构的目的。李月梅[12]研究了保护性耕作对土壤质量的影响发现，秸秆还田结合免耕处理土壤总孔隙度增加3.79%，其余不还田处理均呈现总孔隙度下降的趋势。由此可见，秸秆还田结合耕作措施对优化土壤结构具有显著效果。【本研究切入点】我国东北地区大兴安岭东麓一带属典型黑土地区，长年采用单一的旋耕方式，使土壤耕层变浅，犁底层坚硬，不易植物根系的生长延伸，从而导致产量下降[13]。长期采用传统耕作方式引起的土壤结构紧实，土壤肥力下降等问题越发凸显[14]，受东北地区气候条件限制，玉米生产多采用一年一茬的耕作制度，秋收后秸秆还田需在冬季进行，气温低也成为了制约秸秆充分腐熟的关键因素。【拟解决的关键问题】针对大兴安岭东麓地区黑土地耕地面积减少，耕地质量下降，秸秆资源过剩等突出问题，本试验以秸秆还田结合6种不同耕作措施处理，以传统耕作秸秆不还田为对照，对玉米田土壤物理性质变化实施2年的定点检测，确定对大兴安岭东麓黑土地物理性状产生较优影响的耕作方式，为实现土地可持续利用提供理论依据和实践基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验供试玉米品种为：先锋38p05，供试种子由内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗农业技术推广中心提供。供试肥料：N-P-K（17-17-17），阿荣旗兴农专用肥有限责任公司生产。

1.2 试验地概况

试验地位于内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗那吉镇农业技术推广中心。阿荣旗位于大兴安岭东麓（122°02′30″～124°05′40″E，47°56′54″～49°19′35″N），海拔高度256 m，属于温带大陆性半湿润气候。气候特点：年平均气温1.7 ℃，全年有效积温2 394.1 ℃，全年日照时数2 750～2 850 h，年平均降水量458.4 mm，年均蒸发量1 455.3 mm。无霜期90～130 d。试验地土壤为典型黑土，主要种植作物为大豆、玉米、马铃薯、油菜、甜菜等，熟制均为一年一熟，以旱作农业生产为主。试验地基础理化性状见表1。

表1 试验地0～60 cm土壤基础理化指标Tab.1 Basic physical and chemical index of 0-60 cm soil in test site

1.3 试验设计

试验共设7 个不同耕作处理方式，3 次重复，共计21 个小区，小区面积为250 m2，随机区组排列。其中秸秆不还田+传统翻耕为对照组，其他处理均为试验组。播种时，严格按照表2中方案实施，于2018年4月20日播种。田间管理同大田，试验田前茬作物为玉米。

表2 秸秆还田结合耕作措施试验设计Tab.2 Experimental design of straw returning to field combined with tillage measures

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤团聚体结构[15]于玉米播种前和收获后采用“S”型五点取样法，每小区选取5 个取样点，采集0～10，10～20，20～40，40～60 cm 土壤样品，利用干筛法，将土样处理风干后，沿着土壤自然结构掰成直径1 cm 左右的团块，随机取500 g样品使用团聚体分析仪对≥7 mm、5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm、0.25 mm及≤0.053 mm 的土壤团粒结构含量进行测定。并根据Tisdall[16]等分级方法，把＞0.25 mm 粒级的团聚体称为大团聚体（macro-aggregate）；＜0.25 mm粒级的团聚体称为微团聚体（micro-aggregate）。

式中：R＞0.25为大团聚体含量，M＞0.25为＞0.25mm团聚体质量，MT为未筛前土壤总质量。

1.4.2 土壤容重、土壤总孔隙度[17]于玉米播种前和收获后，采用“S”型五点取样法，每小区选取5 个取样点，清除土壤表面植物残留，刮平表面，应用环刀法（环刀体积为100 cm3）在取样点用铁铲挖作业剖面，设置土层为0～10，10～20，20～40，40～60 cm的作业平台，利用环刀取土，每个平台取3次重复后立即将环刀置于环刀盒中，以免水分蒸发。取好的环刀放置在有纱布的托盘中，加水，吸水12 h后称量，进行容重和孔隙度相关计算。

式中：W1为烘干土质量和环刀质量（g），W0环刀质量（g）；ρ为土壤密度（2.65g/cm3），V为环刀体积。

1.4.3 土壤质量含水量[17]分别于玉米播种前、苗期、大喇叭口期、抽雄吐丝期、灌浆期、玉米收获后，采用“S”型五点取样法在每小区选取5个点，用土钻取0～10，10～20，20～40，40～60 cm 土样，每个土层取3次重复土样，分装到铝盒中，就地称量M1，回实验室内采用恒温箱烘干法烘干至恒重，冷却后称量质量M2，最后洗去内壁土壤，晾干后铝盒称量M0，进行计算。

1.5 数据处理

本试验对测得数据采用Excel 2016进行整理绘图，使用GraphPad Grism 8.0.2进行绘图，SPSS 18.0进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田条件下不同耕作方式对玉米田土壤团聚体组成的影响

如图1 所示，第一年播种前在0～10 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）和旋耕（SRT）处理土壤大团粒结构较CK 降低，其余各处理较CK 升高0.33%～1.62%；在10～20 cm 土层中，重耙（SH）处理土壤大团粒结构较CK升高，差异不显著；20～40 cm 土层中，深松+重耙（SSH）、深松浅翻+重耙（SSS）和重耙（SH）处理土壤大团粒结构较CK 升高了0.17%～1.38%；在40～60 cm 土层中，全部处理土壤大团粒结构均较CK 升高，升高范围为0.58%～3.45%，不同耕作方式对土壤大团粒结构占比具有一定的影响。在0～60 cm 土层中，各处理大团聚体占比达到93.46%以上，对各个处理的土壤团聚体粒级占比分析比较，发现各处理土壤团聚体粒级占比从大到小顺序整体均表现为5～2 mm、≥7 mm、2～1 mm、7～5 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.053 mm、＜0.053 mm；秸秆还田条件下不同耕作方式在不同土层对比传统耕翻能不同程度的增加土壤大团粒结构占比，但各个耕作方式之间不同粒级团聚体的分布存在相同的趋势，说明不同耕作方式对土壤团聚体的分布影响不明显。

图1 2018年播前土壤团聚体组成Fig.1 The composition of soil aggregates before planting in 2018

如图2所示，第一年收获后0～10，20～60 cm 土层中各处理土壤大团粒结构占比整体趋势表现为高于播种前，10～20 cm 土层中各处理土壤大团粒结构较播种前有所降低。在0～10 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）和深松+重耙（SSH）处理土壤大团粒比结构较CK 降低，其余各处理较CK 升高1.77%～3.35%；在10～20 cm 土层中，深松浅翻+重耙（SSS）处理土壤大团粒结构较CK 升高，差异不显著；20～40 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理土壤大团粒结构占比较CK 降低，其余各处理较CK 升高，差异不显著；在40～60 cm 土层中，旋耕（SRT）和免耕（SZT）处理土壤大团粒结构占比较CK 降低，其余各处理较CK升高，差异不显著。与播种前土壤团聚体粒级结构比较，在0～60 cm土层中，7～5 mm团粒结构大于2～1 mm，其余各粒级大小整体与播种前趋势相同，大团聚体占比均达到93.61%以上。收获后在不同土层各个处理的土壤大团粒结构占比与CK均没有显著差异，且不同处理间团聚体粒级大小分布趋势相同，秸秆还田条件不同耕作方式对土壤团聚体的分布影响不明显。

图2 2018年收获后土壤团聚体组成Fig.2 The composition of soil aggregates after harvest in 2018

第二年播种前秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤团聚体分布的影响如图3 所示。在0～10 cm土层中，深翻+重耙（SDH）和旋耕（SRT）处理土壤大团粒结构较CK 降低，与第一年播种前土壤大团粒较CK 变化一致，其余各处理较CK 升高0.14%～1.36%；在10～20 cm 土层中，重耙（SH）处理土壤大团粒结构较CK 升高，差异不显著；20～40 cm 土层中，深松+重耙（SSH）、深松浅翻+重耙（SSS）和重耙（SH）处理土壤大团粒结构较CK 升高，升高范围为0.32%～1.52%；在40～60 cm 土层中，深松+重耙（SSH）和旋耕（SRT）处理土壤大团粒结构较CK 分别升高了0.41%和1.17%。深松+重耙，深松浅翻+重耙相比传统耕作能增加土壤大团粒结构占比。在0～20 cm土层中，各处理土壤团聚体粒级占比从大到小顺序整体表现为5～2 mm、≥7 mm、2～1 mm、7～5 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.053 mm、＜0.053 mm，在20～60 cm 土层中，各处理土壤团聚体粒级占比从大到小顺序整体表现为5～2 mm、≥7 mm、7～5 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.053 mm、＜0.053 mm，0～20 cm 土层中团聚体粒级占比与第一年播种前一致，20～60 cm 团聚体粒级占比与第一年收获后一致，说明秸秆还田条件下不同耕作方式主要影响7～5 mm 和2～1 mm 粒级团聚体的分布，且分布因土层深度而存在差异。大团粒结构占比均达到93.71%以上。

图3 2019年播前土壤团聚体组成Fig.3 The composition of soil aggregates before planting in 2019

第二年收获后秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤团聚体分布的影响如图4 所示，在0～10 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）和深松+重耙（SSH）处理土壤大团粒结构占比较CK 降低，其余各处理较CK 升高1.80%～3.25%；在10～20 cm 土层中，深松浅翻+重耙（SSS）处理土壤大团粒结构较CK 升高，差异不显著；20～40 cm 土层中，重耙（SH）、旋耕（SRT）和免耕（SZT）处理土壤大团粒结构占比较CK 升高，差异不显著；在40～60 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理土壤大团粒结构占比较CK 升高，升高范围为0.09%～0.64%。从两年播种前和收获后可以看出不同耕作方式对土壤团聚体的组成和分布有影响，特别是秸秆还田条件下深松浅翻+重耙（SSS）处理，在0～60 cm 均能够增加土壤大团粒结构。10～20 cm 土层中各处理土壤大团粒结构较播前有所降低，20～40 cm 土层中各处理大团粒结构整体趋势表现为高于播种前，与第一年收获后呈现相同趋势。大团聚体占比均达到93.68%以上。

图4 2019年收获后土壤团聚体组成Fig.4 The composition of soil aggregates after harvest in 2019

2.2 秸秆还田条件下不同耕作方式对玉米田土壤容重的影响

秸秆还田条件下不同耕作方式对玉米田土壤容重的影响如图5 所示。第一年播种前0～10 cm 土层中，深松+重耙（SSH）、旋耕（SRT）和免耕（SZT）容重的显著低于CK（P＜0.05），分别较CK 降低了10.7%、10%和10%，其余处理间无显著性差异（P＞0.05）；10～20 cm 土层中，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），降低了7.7%～11.3%；20～40 cm 土层中，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），重耙（SH）处理变化幅度最大，较CK 降低了10.6%；40～60 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）和免耕（SZT）处理容重显著低于CK（P＜0.05），分别降低了6.2%和6.9%。播种前，0～40 cm 土层中，深松+重耙（SSH）、旋耕（SRT）处理的容重显著低于CK（P＜0.05），免耕（SZT）处理在0～60 cm均能显著降低土壤容重（P＜0.05）。收获后0～10 cm土层中，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），且各处理间无显著性差异（P＞0.05），深翻+重耙（SDH）处理变化幅度最大，较CK 降低了11.5%；10～20 cm 土层中，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），降低了5.8%～12.9%；20～40 cm 土层中，除免耕（SZT）处理以外，其余各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），深翻+重耙（SDH）处理变化幅度最大，较CK 降低了14.2%；40～60 cm 土层中，除深松+重耙（SSH）和免耕（SZT）处理外，其余各处理容重显著低于CK（P＜0.05），深翻+重耙（SDH）处理变化幅度最大，较CK 降低了9.7%。收获后0～20 cm 不同耕作处理均能降低土壤容重；各土层除免耕（SZT）处理外，较播种前容重呈现出降低趋势。在第二年播种前0～10 cm 土层，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），较CK 降低了9.3%～15.0%；10～20 cm 土层中，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），其中，深翻+重耙（SDH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理显著低于其他处理，分别较CK 降低了13.8%和18.1%；20～40 cm 土层，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），深松+重耙（SSH）处理变化幅度最大，较CK 降低了16.8%；40～60 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）和深松+重耙（SSH）处理容重显著低于CK（P＜0.05），同时，深翻+重耙（SDH）处理显著高于其他处理（P＜0.05），较CK 降低了10.1%。深翻+重耙（SDH）处理、免耕（SZT）处理下，第一年播种前与第二年播种前0～10cm土层的土壤容重存在显著差异（P＜0.05），第二年播种前与第一年播种前深松+重耙（SSH）处理的土壤容重较CK 均呈现出降低趋势。收获后0～10 cm 土层中，各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），降低范围为13.5%～19.5%，且各处理间无显著性差异（P＞0.05）；10～20 cm 土层中，除免耕（SZT）处理外，其余各处理容重均显著低于CK（P＜0.05），深松+重耙（SSH）处理变化幅度最大，较CK 降低了21.7%；20～40 cm 土层，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和重耙（SH）处理容重显著低于CK 和其他处理（P＜0.05），分别较CK 降低17.4%、16.7%和16.7%；40～60 cm 土层中，深松+重耙（SSH）处理容重显著低于其他组（P＜0.05），较CK 降低8.6%。在0～60 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理容重较播种前呈现出降低趋势。两年中土壤容重变化趋势相同，各处理不同土层的土壤容重变化趋势相同，各处理不同土层的土壤容重均低于CK，且收获后较播种前呈现降低趋势，相比传统耕作方式，深翻+重耙（SDH），深松+重耙（SSH），深松浅翻+重耙（SSS）能够有效降低土壤容重。

图5 秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤容重的影响Fig.5 Effects of different tillage methods on soil bulk density under the condition of returning straw to the field

2.3 秸秆还田条件下不同耕作方式对玉米田土壤总孔隙度的影响

秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤总孔隙度的影响如图6 所示，第一年播种前0～10 cm 土层中，除重耙（SH）处理，其余处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），较CK 增加1.51%～5.66%，且其余处理间无显著性差异（P＞0.05）；10～20 cm 土层中，各处理土壤孔隙度均显著低于CK（P＜0.05）；20～40 cm 土层，除深松+重耙（SSH）处理，其余处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），其中，重耙（SH）处理增幅最大，较CK 增加了5.66%；40～60 cm 土层中，各处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），升高范围为2.26%～3.77%。收获后0～10 cm 土层，除免耕（SZT）处理外，其他处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），其中，深翻+重耙（SDH）处理增幅最大，相比CK 增加了6.03%；其余各处理间无显著性差异（P＞0.05）。收获后，各土层除免耕（SZT）土壤总孔隙度，整体较播种前土壤总孔隙度呈现升高趋势。

图6 秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤总孔隙度的影响Fig.6 Effects of different tillage methods on total soil porosity under the condition of returning straw to the field

在第二年播种前0～10 cm 土层中，除重耙（SH）、旋耕（SRT）外，其余处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），升高范围为4.91%～7.92%；10～20 cm土层中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松浅翻+重耙处（SSS）理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），分别较CK 升高了7.17%、7.55%和9.44%；20～40 cm土层，除旋耕（SRT）、免耕（SZT）处理外，其余各处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），深松+重耙（SSH）处理增幅最大，较CK增高了9.05%；40～60 cm土层中各处理间无显著差异。深松浅翻+重耙（SSS）处理10～20 cm 土层，重耙（SH）处理10～20 cm 土层，旋耕（SRT）处理的0～10，20～40，40～60 cm 土层，免耕（SZT）处理0～10 cm 土层，第一年播种前和第二年播种前的土壤孔隙度存在显著差异（P＜0.05）收获后0～10 cm土层，各处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），升高范围为6.79%～9.81%，各处理间无显著性差异（P＞0.05）；10～20 cm土层中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理土壤孔隙度均显著高于CK（P＜0.05），其中，深松+重耙（SSH）处理增幅最大，相比CK 升高了11.33%；20～40 cm 土层，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理土壤孔隙度显著高于CK 和其他处理（P＜0.05），分比较CK 升高9.06%、8.68%和8.68%；40～60 cm 土层中，各处理间无显著差异（P＞0.05），与播种前一致。深松+重耙（SSH）处理下，2018年收获后和2019年收获后相同土层之间土壤孔隙度无显著差异（P＞0.05）。两年中秸秆还田条件下不同耕作方式对玉米田土壤总孔隙度的影响整体变化趋势相同，在0～40 cm 土层中深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理土壤孔隙度较播种前呈现升高趋势。

2.4 秸秆还田条件下不同耕作方式对玉米田土壤质量含水量的影响

第一年秸秆还田条件下不同耕作方式对各土层土壤质量含水量的影响如图7 所示。在0～10 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均达到4.70%以上，在6月5日均达到峰值，除8月5日（抽雄吐丝期）和9月5 日外，播种前、苗期、大喇叭口期和收获后土壤含水量分别较CK 提高了6.55%～17.70%、0.59%～3.14%、1.00%～6.44%和1.03%～10.15%。且播种前各处理土层土壤质量含水量均显著高于CK（P＞0.05），其他时期各处理较CK 均无显著差异（P＞0.05）。在10～20 cm 土层，各处理土壤质量含水量均达10.84%以上，除深松浅翻+重耙（SSS）处理外，其他处理土壤质量含水量均在9 月5 日达到峰值。播种前深松浅翻+重耙（SSS）处理、大喇叭口期重耙（SH）、旋耕（SRT）处理显著高于CK（P＜0.05），收获期各处理土壤质量含水量均高于CK，较CK 提高了1.98%～4.87%，其余时期各处理较CK 无显著差异（P＞0.05）。在20～40 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均到达11.71%以上，均在灌浆期达到峰值。在播种前除旋耕（SRT）处理外，其余各处理土壤质量含水量较CK 均显著增加（P＜0.05），增加范围为2.19%～9.38%，其他各时期不同处理土壤质量含水量无显著差异（P＞0.05）。在40～60 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均达到11.18%以上，播种前的深翻+重耙（SDH）、深松浅翻+重耙（SSS）、重耙（SH）和免耕（SZT）处理较CK 显著增加（P＜0.05），分别增加了7.91%、4.87%、8.41%和5.22%，苗期重耙（SH）处理较CK 显著增加（P＜0.05），增加了29.04%，其他时期各处理土壤质量含水量均较CK无显著差异（P＞0.05）。综上所述，自6月5日（苗期）起至9月15日（灌浆期）各处理土壤质量含水量均呈现出先降后增的趋势，并于9月15日达到峰值，9月15日至10 月1 月（收获期），除深松+重耙（SSH）处理在20～40 cm 土层呈现上升趋势外，其他处理土壤质量含水量均较灌浆期有所降低。

图7 2018年秸秆还田条件下不同耕作方式对各土层土壤含水量的影响Fig.7 Effects of different tillage methods on soil moisture content of each soil layer under the condition of returning straw to the field in 2018

第二年秸秆还田条件下不同耕作方式对各土层土壤质量含水量影响如图8 所示。在0～10 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均达到9.62%以上，播种前深松+重耙（SSH）、深松浅翻+重耙（SSS）、重耙（SH）和免耕（SZT）处理、灌浆期重耙（SH）处理和收获期深松+重耙（SSH）处理土壤质量含水量显著高于CK（P＜0.05），播种前分别较CK 高3.02%、4.65%、11.51%和5.93%；灌浆期较CK 高6.06%；收获期较CK 高13.92%；在大喇叭口期，除深翻+重耙（SDH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理外，各处理土壤质量含水量较CK 显著降低（P＜0.05），降低范围为1.95%～4.64%，其余各处理在不同时期土壤质量含水量较CK 均无显著性差异（P＞0.05）。在10～20 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均达到14.53%以上，灌浆期重耙（SH）处理的土壤质量含水量显著高于CK（P＜0.05），较CK 高6.06%，苗期各处理土壤质量含水量较CK 均显著降低4.45%～7.67%（P＜0.05），其余各处理在不同时期土壤质量含水量较CK 均无显著性差异（P＞0.05）。20～40 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均达到13.50%以上，播种前各处理土壤质量含水量显著高于CK（P＜0.05），范围为3.69%～9.15%；在大喇叭口期，除深翻+重耙（SDH）处理外，其余各处理土壤质量含水量较CK 均显著降低（P＜0.05），降低范围为0.17%～2.40%；收获期的旋耕（SRT）处理较CK 显著降低（P＜0.05），降低了10.69%，其余各处理在不同时期土壤质量含水量较CK 均无显著性差异（P＞0.05）。40～60 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均达到16.57%以上。播种前深翻+重耙（SDH）处理土壤质量含水量显著高于CK（P＜0.05），较CK 高出3.41%；苗期除旋耕（SRT）处理外，其余各处理土壤质量含水量较CK 均显著降低了0.17%～2.05%（P＜0.05）；大喇叭口期深松+重耙（SSH）和旋耕（SRT）处理较CK 显著降低了2.40%和3.25%（P＜0.05）；收获期重耙（SH）处理较CK 显著降低（P＜0.05），降低了9.68%，其余各处理在不同时期土壤质量含水量较CK 均无显著性差异（P＞0.05）。重耙（SH）和旋耕（SRT）处理下，第一年播种前和第二年播种前的土壤含水量无显著性差异（P＞0.05）。深翻+重耙处理0～10cm土层及免耕（SZT）40～60 cm 土层中，第一年收获后的土壤质量含水量与第二年收获后的土壤质量含水量存在显著差异（P＜0.05），由此可见，0～20 cm 土层土壤质量含水量对秸秆还田条件下不同耕作方式的响应较为明显，各处理土壤质量含水量整体随生育时期的推进呈现波动上升趋势，并于灌浆期达到峰值，除深松+重耙（SSH）处理外，灌浆期至收获期，土壤质量含水量均呈现下降趋势；在20～60 cm 土层中，各处理间土壤质量含水量波动较小，且自苗期至灌浆期均呈现出先下降后增加的变化趋势。

图8 2019年秸秆还田条件下不同耕作方式对各土层土壤含水量的影响Fig.8 Effects of different tillage methods on soil moisture content of each soil layer under the condition of returning straw to the field in 2019

3 结论与讨论

3.1 秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤团聚体的影响

作物高产、稳产离不开土壤良好的水、肥、气、热条件，文章通过探究秸秆还田条件下深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）、深松浅翻+重耙（SSS）、重耙（SH）、旋耕（SRT）、免耕（SZT）、传统耕作（CK）对玉米田土壤的团聚体结构分布、土壤容重、总孔隙度及土壤质量含水量进行研究发现，不同耕作措施能够在不同程度上改善土壤物理性状。土壤团聚体的组成和含量是土壤物理性状的敏感性指标，反应土壤结构的稳定性，良好的土壤团聚体组成，对土壤养分的保持具有重要意义[18]。对团聚体的研究发现，深松浅翻+重耙（SSS）处理在0～60 cm 土层均能够有效增加土壤大团粒结构。这与刘波[19]的研究结果相一致，过多的机械作业会破坏土壤结构，深松浅翻能减少机械作业次数，浅层耕翻可以促进土壤结构团粒化的形成，优化土壤结构，有利于土壤肥力的提高。Elliott[20]的研究显示常规耕作加快了大团聚体周转速率，导致土壤中大团聚体含量减少，而游离微团聚体较多。这与文章研究结果存在差异，两年播种前，0～10 cm 土层中深翻+重耙（SDH）、旋耕（SRT）处理的土壤大团粒结构较CK 降低，收获后0～10 cm 土层中，深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）处理土壤大团粒结构较CK 降低，但差异均不显著，这可能是由于表层土壤易受扰动以及土壤翻动导致土壤结构体破坏导致的。其余处理在不同土层土壤大团粒结构较CK 升高，且不同耕作处理大团粒结构均达93%以上，土壤团聚体的形成是有机胶结作用的结果，说明秸秆还田后植物残体作为胶结物质，能促进大团聚体的形成。此外，研究显示不同耕作方式对土壤团聚体分布的影响不明显，这与李景等[21]在河南孟津县进行的连续13 年的保护性耕作试验存在差异，这是因为改善土壤结构是一个长期的过程，本文进行的为期两年的试验研究年限较短，不足以看出明显差异。

3.2 秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤容重和孔隙度的影响

土壤容重和土壤孔隙度大小可以反映土壤结构、透气性、透水性、保水能力高低以及土壤紧实度。对土壤容重和土壤孔隙度的研究表明，各处理土壤容重在各土层均低于CK，且呈现出随着耕作年份增加而逐年下降的趋势，各处理土壤孔隙度在各土层均高于CK，呈现出随耕作年限增加的趋势。这与平翠枝等[22]的研究结果一致，表明常规耕作不利于为作物创造疏松良好的生长环境，容易造成土壤过度紧实，透水透气性差，不利于作物生长。在第一年收获后20～40 cm，第二年收获后10～20 cm，除免耕（SZT）外，其余各处理土壤容重均显著低于CK，这与孙国峰等[23]研究发现免耕处理下0～10 cm 土层土壤容重显著降低，土壤孔隙度提高存在差异，可能是因为免耕秸秆覆盖不翻动土壤，播种机械进一步压实土壤，导致土壤紧实度增加，而CK采用传统翻耕，降低了土壤紧实度，从而导致免耕与传统耕作间未出现显著差异；候雪坤[24]研究也认为免耕与传统耕作下土壤容重与孔隙度无显著差异，而与土壤质地，种植制度等有关。此外，40～60 cm 土层土壤容重对秸秆还田条件下不同耕作方式的响应来看，只有深翻+重耙（SDH）、深松+重耙（SSH）和深松浅翻+重耙（SSS）处理较为显著的降低耕地容重，同时提高了土壤总孔隙度，且与耕作第一年播前比较，上述三个处理在0～40 cm 土层土壤容重均降低了0.12 g/cm3以上，总孔隙度提高了6.04%以上。张石[25]在土默川平原灌区对耕层土壤进行了相似的秸秆还田加耕作方式试验，结果表明，深松、深翻能够有效降低土壤容重，降幅分别达到8.55%和16.3%。武志杰等[26]通过对秸秆还田的研究表明，秸秆还田后能够显著增加土壤孔隙度，增幅达到8.64%～15.65%。上述研究均与本文研究土壤容重及孔隙度变化趋势相同，说明秸秆还田、深翻、深松能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改良土壤结构，提高蓄水保墒的能力；但变化程度不同，可能是由于土壤类型及使用耕作机械不同所导致。

3.3 秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤质量含水量的影响

土壤水分是作物生长的一个重要因素，有学者研究表明[27]，耕作措施对0～40 cm 土壤质量含水量有显著影响，合理的耕作措施有利于土壤质量含水量的增加。秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤质量含水量的研究显示，两年内不同耕作方式处理下，各处理土壤质量含水量总体呈现出波动上升的趋势，并在灌浆期达到峰值，各处理间规律不明显。柏炜霞等[28]研究表明土壤水分状况受降雨、地表蒸发，作物蒸腾耗水和降雨入渗等因素综合影响。通过对实地考察结合网络气象调查发现，试验地全年降水总体呈现出波动的趋势，且降水集中在7、8、9月份，这与灌浆期土壤含水量达到峰值的情况相符。此外，在第一年播种前0～10 cm 土层，第二年20～40 cm 土层中，各处理土壤质量含水量均显著高于CK，与张建军[29]、Dinah[30]、Evans[31]的研究结果相一致，传统耕作以秸秆不还田和翻耕为主，可能与秸秆还田可以通过改善土壤通气透水条件[32]、减少水分蒸散、降低地表泾流、涵养水源、改土保墒有关，且翻耕使土壤耕层过于疏松，导致土壤表层蓄水保水能力变差，水分蒸发流失较快。耕作方式也能够有效改善土壤水分特性，在第二年大喇叭口期20～40 cm土层中，除深翻处理外，其余各处理土壤质量含水量均较CK显著下降，这可能是由于深翻降低了水分的下渗能力，使水分蓄积在20～40 cm处。宫亮等[33]研究发现，多种耕作方式相结合，能够有效改善土壤水分环境，旋耕+深松和旋耕+深翻处理实施后，都显著增加了土壤含水量；也有研究表明深松更能够增加水分入渗效率，增加2.5%以上的土壤水分含量[34]。这与本文的研究结果不同，可能是由于地域降水条件不同，加之本文未对降水进行可控性试验，所以与他人的研究产生了差异。

综合考量，秸秆还田条件下深松+重耙（SSH）处理和深松浅翻+重耙（SSS）处理较其他处理改善土壤结构、提高土壤养分能力强，在秸秆还田条件下，可优先选用深松及深松浅翻耕作作为试验地玉米种植的耕作措施。

致谢：内蒙古自治区科技计划项目（2022YFDZ0060）和鄂尔多斯市“揭榜挂帅”项目（JBGS-2021-001）同时对本研究给予了资助，谨致谢意！