楊 艷，劉 丹，張 霞，李忠徽，趙世翔，李 軍，王旭東,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 陜西 楊陵 712100;2.農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西北農(nóng)林科技大學(xué) 陜西 楊陵 712100;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院 陜西 楊陵 712100)

渭北旱塬地處陜西關(guān)中平原以北、陜北丘陵溝壑以南，該地區(qū)屬暖溫帶易旱區(qū)，蒸發(fā)量約為1 832 mm，降水量約為536 mm[1]，且主要集中在7—9月份。該地區(qū)分布的農(nóng)業(yè)土壤主要為黑壚土，以種植冬小麥和春玉米為主(目前部分發(fā)展為蘋果)。由于降水短缺和時(shí)空分布不合理制約著該地區(qū)冬小麥和春玉米的生長(zhǎng)發(fā)育[2-3]。耕作措施對(duì)該地區(qū)土壤影響巨大，不僅影響土壤的蓄水保墑性、抗侵蝕狀況(水蝕、風(fēng)蝕)，而且還影響土壤肥力等。

不同耕作措施對(duì)土壤的擾動(dòng)不同，從而對(duì)土壤性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，國(guó)內(nèi)外不同耕作措施對(duì)土壤性質(zhì)影響的研究已有不少報(bào)導(dǎo)。徐春陽[4]等研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期連年免耕使0～5 cm土層有機(jī)碳、全氮等含量顯著高于翻耕，而在5～20 cm土層養(yǎng)分含量顯著低于翻耕。有研究[5]認(rèn)為，免耕表層土壤速效鉀含量高于翻耕，而底層則低于翻耕，但速效磷卻在整個(gè)耕層內(nèi)高于翻耕。也有研究表明[6]，深松和免耕對(duì)上層土壤的全氮含量以及對(duì)土壤底層的有效磷、速效鉀含量影響較大。Franzluebber A J[7]研究連續(xù)7年的一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，免耕加劇了土壤養(yǎng)分的分層現(xiàn)象。宿慶瑞[8]研究發(fā)現(xiàn)，深松可以改善土壤有機(jī)質(zhì)的含量，還能增加速效磷和鉀的含量。Lupwayi[9]認(rèn)為，土壤養(yǎng)分的分層在一定程度上會(huì)影響作物對(duì)其吸收?？梢姡鞔胧?duì)土壤養(yǎng)分分布的影響至關(guān)重要，也影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收。

長(zhǎng)期的單一耕作會(huì)使耕層變淺、土壤壓實(shí)、犁底層增厚、通透性下降、產(chǎn)量降低等[10-12]。將免耕、深松、翻耕等進(jìn)行合理組合與輪換，可以克服單一耕作措施的缺點(diǎn)[13]。國(guó)外土壤的輪耕多是結(jié)合輪作系統(tǒng)進(jìn)行的，國(guó)內(nèi)的土壤輪耕多集中在兩熟或南方等地區(qū)，但對(duì)輪耕引起土壤性質(zhì)變化的相互比較研究還很少，尤其是對(duì)北方地區(qū)，原因在于輪耕的試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，研究難度也較大，涉及到的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)也很少[14]。由于所處的地理位置，以往的研究對(duì)不同耕作措施下土壤水分變化、抗侵蝕性等方面關(guān)注較多[15-19]，而對(duì)土壤肥力、養(yǎng)分分布的變化研究相對(duì)較少。為此，我們?cè)谖急焙弟呐_(tái)塬地帶(渭南市合陽縣)開展了單一耕作(連年免耕、連年深松、連年翻耕)和輪耕(免耕-深松、深松-翻耕、翻耕-免耕輪耕)定位試驗(yàn)，研究不同耕作或輪耕措施對(duì)土壤養(yǎng)分分布的影響，為黃土高原黑壚土區(qū)的合理耕作和耕層構(gòu)建提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在陜西省合陽縣甘井鎮(zhèn)(35°19′N，110°05′E)，地處渭北旱塬東部的臺(tái)塬上，屬于半濕潤(rùn)易旱區(qū)。近8年來，該地區(qū)平均降水量約547.2 mm，其中7—9月降雨量平均占全年降雨量的56.9%。土壤為中壤質(zhì)黑壚土，黃土母質(zhì)，平均土壤容重為1.31 g·cm-3，多年平均氣溫在9℃～13℃，全年無霜期180～240 d，光熱資源豐富。2007年試驗(yàn)開始前，0～20 cm土層有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀含量分別為4.54、1.30、0.59、5.92 g·kg-1，速效磷、鉀含量分別為3.45、148.4 mg·kg-1?！按河衩?冬閑，冬小麥-夏閑”一年一熟耕作制。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)從2007年開始，前茬作物為玉米。在連續(xù)8年實(shí)行冬小麥-春玉米輪作模式下，將前茬作物全部秸稈粉碎覆蓋地表，試驗(yàn)共設(shè)置6種耕作處理：(1) 免耕-深松 (NS)；(2) 深松-翻耕(SC)；(3) 翻耕-免耕 (CN)；(4) 連年免耕(NN)；(5) 連年深松 (SS)；(6) 連年翻耕(CC)。其中，免耕(N)是指前茬作物收獲后不采取任何的耕作措施，秸稈粉碎覆蓋地表；深松(S)是指前茬作物收獲后采用深松機(jī)每間隔60 cm寬度，深松35 cm，秸稈粉碎覆蓋地表；翻耕(C)是指前茬作物收獲后翻耕25 cm，將秸稈粉碎翻入耕層土壤，地表疏松裸露度過休閑期。試驗(yàn)期間耕作方式的位置固定不變。2007—2015年作物輪作和土壤輪耕順序見表1。2014年小麥?zhǔn)斋@后，6種耕作措施(NS、SC、CN、NN、SS、CC)的秸稈還田量分別為6 906、6 844、5 256、4 766、5 194、5 072 kg·hm-2。

玉米季施肥水平為N 300 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；小麥季的施肥水平為N 150 kg·hm-2，P2O5120 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2，其中氮肥(N)、磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)分別為尿素、磷酸二銨、氯化鉀。磷鉀均以基肥施用，氮素20%作為追肥。將肥料混合均勻后撒施于各小區(qū)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方法，每個(gè)小區(qū)的長(zhǎng)寬分別為22.5 m、5 m，面積為112.5 m2，共設(shè)置3次重復(fù)。供試冬小麥品種為“長(zhǎng)6359”，春玉米品種為“鄭單958”。冬小麥9月下旬播種，次年6月中旬收獲；春玉米4月下旬播種，同年9月下旬收獲。試驗(yàn)期間其它管理同當(dāng)?shù)卮筇?，無灌溉。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

于2015年9月20日春玉米收獲后，用土鉆分別采集0～10、10～20、20～35 cm和35～50 cm土層的土壤樣品，其中各小區(qū)采樣時(shí)按S形路線采集5個(gè)點(diǎn)組成一個(gè)混合樣品(每個(gè)處理共3個(gè)混合樣)，帶回實(shí)驗(yàn)室后剔除枯枝落葉、根等雜質(zhì)，過2 mm篩后保存一部分于4℃冰箱中，其余自然風(fēng)干后分別過0.25 mm和1 mm篩，用于有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分的測(cè)定，測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[20]。其中，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)；全氮采用凱氏定氮法；硝銨態(tài)氮采用1 mol·L-1KCl浸提，用流動(dòng)分析儀測(cè)定；全磷、全鉀采用NaOH熔融法，其中，全磷用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀用火焰光度法測(cè)定；速效磷用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用1 mol·L-1NH4OAc浸提，火焰光度法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并用Origin 9.0作圖，采用 SAS 8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差(ANOVA)分析，用Duncan新復(fù)極差法(SSR)作多重比較。

表1 2007—2015年作物輪作與土壤輪耕次序 Table 1 Sequence of crop rotation and soil rotational tillage systems from 2007 to 2015

注：S為深松耕，N為免耕，C為翻耕；下同。

Note：S: subsoiling； N: no-tillage； C: conventional tillage； the same below.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作措施下土壤有機(jī)質(zhì)含量及分布變化

由表2可知，6種耕作措施，表層(0～10 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量以CC處理的最低，CN、SC、NN處理與CC處理相比差異不顯著，但含量高于CC處理；SS、NS處理有機(jī)質(zhì)含量分別比CC處理高9.8%、7.0%，差異達(dá)顯著水平。在10～20 cm土層，SS處理的有機(jī)質(zhì)含量最低，NN、CC、CN、SC、NS處理有機(jī)質(zhì)含量分別比SS處理的高22.3%、21.8%、11.9%、11.8%、7.3%，差異達(dá)顯著水平。在20～35 cm土層，同樣是SS處理的有機(jī)質(zhì)含量最低，SC處理與SS處理差異不顯著，NN、CC、CN、NS處理顯著高于SS處理。在35～50 cm土層，仍然以SS處理的有機(jī)質(zhì)含量最低，有機(jī)質(zhì)含量為NN>CC>NS>SC>CN>SS。

表2 不同耕作措施下土壤有機(jī)質(zhì)含量/(g·kg-1) Table 2 Soil organic matter of different tillage measures

注：同一行不同小寫字母表示差異達(dá)到5%的顯著水平(P<0.05)，同一列不同大寫字母表示差異達(dá)到5%的顯著水平(P<0.05)，下同。

Note: different lowercase letters in the same line mean significant difference atP<0.05 level; different uppercase letters in the same column mean significant difference atP<0.05 level, the same below.

各處理有機(jī)質(zhì)含量均隨土層加深而降低，相對(duì)而言，在3種單一耕作模式中，SS處理的表層與底層(指10 cm以下土層)差異最大。在3種輪耕模式中，NS處理表層與底層的差異大于SC或CN處理。輪耕(NS、SC、CN)比單一耕作(CC、NN)上下層差異大，但沒有SS處理的上下層差異大。

2.2 不同耕作措施下土壤養(yǎng)分含量及分布變化

2.2.1 土壤氮素含量及分布 土壤全氮變化(見表3)顯示，表層(0～10 cm)土壤各處理全氮含量差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，以CC處理全氮含量最低，CN、NN處理與CC處理差異不顯著，SS、NS、SC處理的全氮含量分別比CC處理顯著提高11.6%、10.5%、7.0%。在10～20、20～35、35～50 cm土層中，均以SS處理全氮含量最低，其它各處理全氮含量均顯著高于SS處理；其中，在10～20 cm土層，全氮含量高低順序?yàn)镃N>CC>NN>SC>NS>SS，在20～35、35～50 cm土層，全氮含量高低順序均為CC>CN>NN>NS>SC>SS。CN、CC處理的全氮含量相對(duì)較高，SS處理在10 cm以下全氮含量相對(duì)最低。

各處理全氮含量均隨土層加深而降低，與有機(jī)質(zhì)的垂直變化規(guī)律基本一致。在6種耕作措施中，SS處理表層與底層差異最大，在3種輪耕(NS、SC、CN)模式中，以NS處理表層與底層差異最大；輪耕比NN或CC處理的上下層差異大。

表3 不同耕作措施下土壤全氮含量/(g·kg-1) Table 3 Soil total nitrogen of different tillage meusures

土壤硝態(tài)氮變化(見圖1)顯示，不同耕作措施顯著影響0～50 cm土層硝態(tài)氮的分布狀況。6種耕作措施(除NN處理外)的硝態(tài)氮含量均在20～35 cm土層間有明顯的累積峰，這主要與當(dāng)年的降雨有關(guān)，由圖2可以看出，2015年的降雨主要在6月份，并且在作物收獲前的7—9月份的降雨并不高，從而導(dǎo)致硝態(tài)氮主要在該層累積。其中以CC處理在20～35 cm土層含量最高，NS、CN、SS處理的硝態(tài)氮含量居中，NN、SC處理的硝態(tài)氮含量相對(duì)較低。在0～10 cm土層，硝態(tài)氮含量由高到低依次為CN>CC>NN>SS>NS>SC，且處理間差異達(dá)到了顯著性(P<0.05)。在10～20 cm土層，硝態(tài)氮含量由高到低依次為NN>CC>NS>SC>CN>SS，NS與SC處理差異不顯著，其它各處理差異達(dá)顯著水平。在35～50 cm 土層，各處理硝態(tài)氮含量高低順序?yàn)镹N>CC>CN>NS>SC>SS，其中NS、CN、CC處理間差異不顯著，其它3個(gè)處理(3者之間差異性顯著)硝態(tài)氮含量顯著高于前三者。

圖1 不同耕作措施對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響 Fig.1 Effect of different tillage measures on nitric nitrogen

圖2 2015年5—9月份降雨量與2007—2015年 5—9月份的平均降雨量

Fig.2 The precipitation in 2015 between 5 and 9 month and the average precipitation from 2007 to 2015 between 5 and 9 month

土壤銨態(tài)氮變化(見表4)顯示，表層(0～10 cm)土壤CC處理的銨態(tài)氮含量最低，SS處理與CC處理差異不顯著，SC、NS、CN、NN處理分別較CC處理高136.8%、64.0%、51.8%、36.0%，差異達(dá)顯著水平。在10～20 cm土層，SC處理銨態(tài)氮含量最低，CN處理與SC處理差異不顯著，NS、CC、SS、NN處理顯著高于SC處理，分別高57.7%、50.6%、39.1%、37.8%。在20～35 cm土層，CN處理銨態(tài)氮含量最低，其它處理均顯著高于CN處理，大小順序?yàn)镹S>NN>CC>SS>SC>CN。相比較而言，NS處理的銨態(tài)氮含量較高。在35～50 cm土層，處理間銨態(tài)氮含量差異不顯著。土壤上下層比較發(fā)現(xiàn)，多數(shù)處理土壤銨態(tài)氮在10～20 cm土層較高(SC除外)，然后隨著土壤深度的加深而呈波動(dòng)性變化。

2.2.2 土壤磷素含量及分布 由表5可知，不同耕作處理土壤表層(0～10 cm)全磷含量差異不顯著。在10～20 cm土層，以CN處理的全磷含量最低，NS、SC、SS處理與CN處理差異不顯著，CC、NN處理顯著高于CN處理(分別高36.2%、27.7%)。在20～35、35～50 cm土層，均是NS處理全磷最低，其它處理均顯著高于NS處理，全磷含量大小順序?yàn)镃C>NN>SS>SC>CN>NS(在35～50 cm土層，除NN與CC處理有變動(dòng)外)。6種耕作的全磷含量均隨土層加深而降低，表層全磷含量顯著高于底層(除CC處理外)。在3種單一耕作(NN、SS、CC)中，SS處理表層與底層差異最大。在3種輪耕模式中，以NS處理表層與底層差異最大。輪耕比NN或CC處理的上下層差異大。相比較而言，CC處理在0～35 cm土層全磷分布較均勻，這可能與翻耕使土壤與肥料混合均勻有關(guān)。

表4 不同耕作措施下土壤銨態(tài)氮含量/(mg·kg-1) Table 4 Soil ammonium nitrogen of different tillage measures

表5 不同耕作措施下土壤全磷含量/(g·kg-1) Table 5 Soil total phosphorus of different tillage measures

土壤速效磷變化(見表6)顯示，不同耕作處理表層(0～10 cm)土壤以CN處理的速效磷含量最低，CC處理與CN處理差異不顯著，NS、SC、NN、SS處理顯著高于CN處理。在10～20 cm土層，NS處理速效磷含量最低，SC、CN處理與NS處理差異不顯著，而CC、NN、SS處理比NS處理分別高270.2%、192.9%、78.7%，差異顯著。在20～35、35～50 cm土層，均是SC處理速效磷含量最低，NS處理與SC處理差異不顯著，其它處理顯著高于SC處理，其中在20～35 cm土層，速效磷含量大小順序?yàn)镹N>CC>CN>SS>NS>SC，35～50 cm土層，除SS處理與CN處理順序有變動(dòng)外，速效磷含量大小順序與20～35 cm相同。不同耕作處理土壤速效磷均隨土層加深而降低，表層速效磷含量顯著高于底層。單一耕作中SS處理表層與底層差異最大。3種輪耕模式中，同樣還是NS處理表層與底層差異最大。

表6 不同耕作措施下土壤速效磷含量/(mg·kg-1) Table 6 Soil available phosphorus of different tillage measures

2.2.3 土壤鉀素含量及分布 由表7可以看出，表層(0～10 cm)土壤全鉀含量除了SS處理顯著高于NN處理外，其它處理間差異不顯著。在10～20 cm土層，SS處理全鉀含量最低，其它處理均顯著高于SS處理，全鉀含量高低順序?yàn)镃C>NN>SC>NS>SC>SS。在20～35 cm土層，同樣是SS處理全鉀含量最低，其中CN、CC處理與SS處理差異不顯著，NS、SC、NN處理顯著高于SS處理。在35～50 cm土層，CN處理全鉀含量最低，其它處理均顯著高于CN處理，全鉀含量高低順序?yàn)镹N>NS>SC>SS>CC>CN。6種耕作模式中SS處理的全鉀含量在表層較高，這可能與深松處理下作物長(zhǎng)勢(shì)好導(dǎo)致秸稈還田量大有關(guān)。

表7 不同耕作措施下土壤全鉀含量/(g·kg-1) Table 7 Soil total potassium of different tillage

從土壤速效鉀含量(見表8)可以看出，表層(0～10 cm)，CC處理的速效鉀含量最低，NN、CN、SS、SC、NS處理均顯著高于CC處理(分別高45.2%、40.9%、30.1%、26.8%、25.2%)。在10～20 cm土層，SS處理速效鉀含量最低，其中NS處理與SS處理差異不顯著，NN、CC、SC、CN處理顯著高于SS處理，分別高38.1%、26.0%、23.6%、14.3%。在20～35 cm土層，同樣是SS處理速效鉀含量最低，其它處理均顯著高于SS處理，大小順序?yàn)镹N>CC>NS>SC>CN>SS。在35～50 cm土層，雖然以SS處理速效鉀含量最低，但多數(shù)處理與SS處理差異未達(dá)到顯著性水平(NS處理除外)。6個(gè)處理的速效鉀含量隨土層加深而降低，表層速效鉀含量顯著高于底層，單一耕作中SS處理表層與底層差異最大。3種輪耕模式中，CN處理表層與底層差異最大。輪耕比NN或CC處理的上下層差異大。

表8 不同耕作措施下土壤速效鉀含量/(mg·kg-1) Table 8 Soil available potassium of different tillage

2.3 不同耕作處理對(duì)作物產(chǎn)量的影響

由表9可知，不同耕作措施的冬小麥與玉米產(chǎn)量均達(dá)到了顯著性差異。8年的冬小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為NS>SC>CN>SS>CC>NN，其中NS和SC輪耕處理顯著高于其它4種耕作方式(P<0.05)。6種耕作方式之間玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為NS>SC>CN>SS>NN>CC，3種輪耕方式與連年免耕(NN)和翻耕(CC)相比較，達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，輪耕之間差異不顯著；單一耕作間的春玉米產(chǎn)量差異也不顯著。由表9還可以看出，免耕(NN)處理與翻耕(CC)處理相比，其小麥產(chǎn)量降低，而玉米產(chǎn)量雖有所提高，但差異不顯著。

3 討論與結(jié)論

不同耕作措施對(duì)土壤產(chǎn)生的物理擾動(dòng)不同，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)礦化以及水分、養(yǎng)分運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影

表9 2007—2015年不同耕作下冬小麥和 春玉米的平均產(chǎn)量/(kg·hm-2) Table 9 Average yield of winter wheat and spring maize of different tillage from 2007 to 2015

響土壤養(yǎng)分的分布[21-23]。不同耕作措施的有機(jī)質(zhì)含量均隨土層加深而呈逐漸降低的趨勢(shì)，這與陳孫華[24]等研究相同。有研究認(rèn)為，免耕能夠顯著提高表層土壤有機(jī)質(zhì)含量[25]，本研究的結(jié)果與其稍有不同。而王碧勝[26]等研究提出，在表土層，免耕模式有機(jī)質(zhì)含量較傳統(tǒng)耕作雖有所提高，但差異并不顯著，本研究結(jié)果與其一致。本研究發(fā)現(xiàn)，與翻耕(CC)處理相比，免耕(NN)處理在0～10 cm表層增加了有機(jī)質(zhì)含量，但未達(dá)到顯著水平，這可能與長(zhǎng)期免耕下作物產(chǎn)量有所減低(表9)，秸稈還田量(4 766 kg·hm-2)相應(yīng)減少有關(guān)(該試驗(yàn)小麥籽粒與秸稈的比值為1∶1.1，玉米的比值為1∶1.2)；在西北半濕潤(rùn)易旱條件下，農(nóng)作物秸稈在表層土壤中的礦化率高達(dá)80%左右[27]。而在底層(10～20、20～35、35～50 cm)土壤中，免耕處理的有機(jī)質(zhì)又趨于最高，這與免耕對(duì)土壤擾動(dòng)小，有利于有機(jī)質(zhì)的保存有關(guān)[28-29]。深松(SS)處理的表層(0～10 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量高，且與底層(10～20、20～35、35～50 cm)差異大，這與深松后作物長(zhǎng)勢(shì)好、秸稈還田量較大(5 194 kg·hm-2)有關(guān)。另外，深松引起底層土壤通氣性改善，促進(jìn)底層有機(jī)質(zhì)的礦化，從而導(dǎo)致表層與底層的差異大。翻耕(CC)使整個(gè)土層(0～50 cm)有機(jī)質(zhì)含量分布相對(duì)比較均勻，這與該耕作引起上下層土壤每年換位有關(guān)。

不同耕作處理下，全氮的分布規(guī)律與有機(jī)質(zhì)大致相似，也隨土層加深逐漸減少，同樣也以深松(SS)處理的土壤全氮上下層差異最大。這與深松條件下促進(jìn)了底層土壤有機(jī)氮的礦化，提高了玉米對(duì)氮素的吸收有關(guān)[30]。不同處理土壤硝態(tài)氮普遍在20～35 cm土層相對(duì)較高，這是由作物吸收及隨土壤水分向下淋溶共同所致。由于玉米生育的中后期(8—9月份)當(dāng)?shù)赜炅肯鄬?duì)較高，從而引起硝態(tài)氮向下移動(dòng)。相比較而言，翻耕(CC)處理硝態(tài)氮在該土層含量最高，原因在于翻耕創(chuàng)造了良好的通氣狀況，有利于硝化作用發(fā)生，對(duì)土壤中氮素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮有促進(jìn)作用[31]。銨態(tài)氮含量普遍在10～20 cm土層高于表層(0～10 cm)，這與北方石灰性土壤pH值較高，表層土壤氨揮發(fā)多有關(guān)[32]。

6種耕作措施下，在0～50 cm土層全磷均以表層最高，其原因是該地區(qū)磷肥施用多撒施于地表，磷被土壤固定所致。10 cm以下層次的土壤，翻耕(CC)、免耕(NN)處理的全磷含量較三種輪耕措施(NS、SC、CN)高，這與翻耕使上下土層土壤發(fā)生置換有關(guān)；免耕條件下可能是由于秸稈粉碎覆蓋在地表，在覆蓋條件下，一般土溫會(huì)較低，而當(dāng)土壤溫度低于作物生長(zhǎng)發(fā)育的適宜溫度(玉米在10℃)時(shí)磷的吸收將會(huì)受到阻礙，即對(duì)磷吸收減少[33]。不同耕作措施間速效磷含量趨勢(shì)與土壤全磷趨于一致，免耕、翻耕處理底層土壤速效磷在作物收獲時(shí)含量高，也進(jìn)一步說明了二者對(duì)磷素的吸收減少。

土壤全鉀含量總體來看處理間差異較小，只有SS處理相對(duì)而言表層含量較高，這與該處理秸稈還田量相對(duì)較大[34]，從而較多地補(bǔ)充了土壤中被植物帶走的鉀素有關(guān)[12]。深松(SS)處理速效鉀含量低，也進(jìn)一步證實(shí)了作物對(duì)鉀素吸收多，通過秸稈還田是引起該處理上下土層鉀素存在差異的主要原因。深松打破犁底層有利于保水，有利于作物根系的生長(zhǎng)，從而提高作物產(chǎn)量[35]，本試驗(yàn)的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，深松與免耕、深松與翻耕進(jìn)行輪耕，小麥和玉米的產(chǎn)量均相對(duì)較高。相對(duì)于翻耕(CC)，長(zhǎng)期免耕(NN)處理下的小麥產(chǎn)量、玉米產(chǎn)量并未顯著提高，甚至出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，這與一些研究結(jié)果不同[36]，試驗(yàn)區(qū)的黑壚土屬于偏黏的土壤質(zhì)地類型，其礦物以伊利石為主，易發(fā)生板結(jié)。長(zhǎng)期免耕不擾動(dòng)土壤，導(dǎo)致耕層變淺，植物根系分布較淺[37]，不利于對(duì)養(yǎng)分的吸收(免耕處理下底層各養(yǎng)分含量均比較高)，從而導(dǎo)致產(chǎn)量不增加或降低。其原因還需要進(jìn)一步深入研究。

在渭北高原黑壚土地區(qū)，通過8年的長(zhǎng)期耕作定位試驗(yàn)，結(jié)果表明：不同耕作措施影響著該地區(qū)土壤的養(yǎng)分分布和作物產(chǎn)量。相比翻耕(CC)處理，深松(SS)、深松+免耕(NS)處理均能顯著提高表層(0～10 cm)有機(jī)質(zhì)含量，其中深松處理引起表層與底層有機(jī)質(zhì)的差異大于免耕(NN)或翻耕(CC)，而輪耕(NS、SC、CN)對(duì)上下層有機(jī)質(zhì)有一定的調(diào)節(jié)作用；深松(SS)引起多數(shù)養(yǎng)分上下層差異比較大，輪耕(NS、SC、CN)對(duì)養(yǎng)分分布的影響小于深松(SS)，但大于免耕(NN)或翻耕(CC)；長(zhǎng)期免耕并沒有顯著增加作物產(chǎn)量，甚至產(chǎn)量有一定程度降低；而深松與免耕、深松與傳統(tǒng)耕作相結(jié)合進(jìn)行輪耕，可以獲得較高的玉米或小麥產(chǎn)量，是該地區(qū)較適宜的耕作模式，但不同的耕作模式對(duì)土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)性狀以及水分等方面的影響還需要進(jìn)一步深入研究。

致謝：感謝西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院李軍教授及其團(tuán)隊(duì)提供的田間試驗(yàn)和部分?jǐn)?shù)據(jù)材料。

[1] 司政邦,李 軍,周婷婷.耕作與施肥模式對(duì)渭北旱塬春玉米土壤肥力和產(chǎn)量的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2016,25(1):25-33.

[2] 柏?zé)樝?渭北旱塬小麥玉米輪作制保護(hù)性耕作與輪耕效應(yīng)研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2014:9-10.

[3] 李 龍,郝明德,王纏軍,等.渭北旱塬保護(hù)性耕作對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,42(12):46-52.

[4] 徐陽春,沈其榮,雷寶坤,等.水旱輪作下長(zhǎng)期免耕和施用有機(jī)肥對(duì)土壤某些肥力性狀的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2000,11(4):549-552.

[5] 馮躍華,鄒應(yīng)斌,王淑紅,等.免耕對(duì)土壤理化性狀和直播稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成的影響[J].作物研究,2004,18(3):137-140.

[6] 李友軍,黃 明,吳金芝,等.不同耕作方式對(duì)豫西旱區(qū)坡耕地水肥利用與流失的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2006,20(2):42-45.

[7] Franzluebbers A J, Schomberg H H, Endale D M. Surface-soil responses to paraplowing of long-term no-tillage cropland in the Southern Piedmont USA[J]. Soil & Tillage Research, 2007,96(1-2):303-315.

[8] 宿慶瑞,遲鳳琴,張久明,等.不同耕作技術(shù)模式對(duì)土壤理化性狀及大豆產(chǎn)量的影響[J].大豆科學(xué),2010,29(3):453-456.

[9] Lupwayi N Z, Clayton G W, O'Donovan J T, et al. Soil nutrient stratification and uptake by wheat after seven years of conventional and zero tillage in the Northern Grain belt of Canada[J]. Canadian Journal of Soil Science, 2006,86(5):767-778.

[10] 郭新榮.土壤深松技術(shù)的應(yīng)用研究[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，25(1):74-77.

[11] 趙洪利,李 軍,賈志寬,等.不同耕作方式對(duì)黃土高原旱地麥田土壤物理性狀的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2009,27(3):17-21.

[12] 李亭亭.不同耕作及秸稈還田方式對(duì)春玉米產(chǎn)量形成及養(yǎng)分吸收的影響[D].沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),2013：6-7.

[13] 李 娟,李 軍,尚金霞,等.輪耕對(duì)渭北旱塬春玉米田土壤理化性狀和產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，20(7):867-873.

[14] 張海林,秦耀東,朱文珊.耕作措施對(duì)土壤物理性狀的影響[J].土壤,2003,35(2):140-144.

[15] 陳輝林,田霄鴻,王曉峰,等.不同栽培模式對(duì)渭北旱塬區(qū)冬小麥生長(zhǎng)期間土壤水分、溫度及產(chǎn)量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(9):2424-2433.

[16] 柏?zé)樝?李 軍,王玉玲,等.渭北旱塬小麥玉米輪作區(qū)不同耕作方式對(duì)土壤水分和作物產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(5):880-894.

[17] Yang H S, Feng J X, Zhai S L, et al. Long-term ditch-buried straw return alters soil water potential, temperature, and microbial communities in a rice-wheat rotation system[J]. Soil and Tillage Research, 2016,163:21-31.

[18] 成 婧,吳發(fā)啟,王 健,等.渭北旱塬不同程度土壤侵蝕及生產(chǎn)力恢復(fù)試驗(yàn)[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2013,11(2):19-24.

[19] Deyanira L, Zenaida L, Fernando D. Water erosion risk assessment and impact on productivity of a Venezuelan soil[J]. CATENA, 2005，(2-3):297-306.

[20] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000:25-106.

[21] 李秀雙,師江瀾,王淑娟,等.長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤鉀素形態(tài)及空間分布的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,44(3):109-117.

[22] Karlen D L, Berry E C, Colvin T S, et al. Twelve-year tillage and crop rotation effects on yields and soil chemical properties in northeast Iowa[J]. Communications in Soil Science & Plant Analysis, 1991,22(19):1985-2003.

[23] 馬 林,孟凡德,石書兵,等.不同耕作方式下土壤肥力的動(dòng)態(tài)變化[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,43(2):100-104.

[24] 陳孫華.衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復(fù)階段土壤理化特征[J].水土保持研究,2013,20(1):57-60.

[25] 姜學(xué)兵,李運(yùn)生,歐陽竹,等.免耕對(duì)土壤團(tuán)聚體特征以及有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012,20(3):270-278.

[26] 王碧勝,蔡典雄,武雪萍,等.長(zhǎng)期保護(hù)性耕作對(duì)土壤有機(jī)碳和玉米產(chǎn)量及水分利用的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(6):1455-1464.

[27] 王旭東,陳鮮妮,王彩霞,等.農(nóng)田不同肥力條件下玉米秸稈腐解效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(10)：252-257.

[28] Balesdent J, Mariotti A, Boisgontier D. Effect of tillage on soil organic carbon mineralization estimated from13C abundance in maize fields[J]. Journal of Soil Science, 1991,41(4):587-596.

[29] 武 際,郭熙盛,張祥明,等.麥稻輪作下耕作模式對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(3):87-93.

[30] 張總正,秦淑俊,李 娜,等.深松和施氮對(duì)夏玉米產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2013,19(4):790-798.

[31] 胡立峰,胡春勝,安忠民,等.不同土壤耕作法對(duì)作物產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮淋失的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2005,19(6):186-189.

[32] 楊 杉,吳勝軍,王 雨,等.三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)田氨揮發(fā)及其消減措施研究進(jìn)展[J].土壤,2014,46(5):773-779.

[33] 李新舉,趙美蘭.免耕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響[J].土壤通報(bào),2000,31(6):267-269.

[34] 徐永剛,馬 強(qiáng),周 樺,等.秸稈還田與深松對(duì)土壤理化性狀和玉米產(chǎn)量的影響[J].土壤通報(bào),2015，36(2):428-432.

[35] 梁金鳳,齊慶振,賈小紅,等.不同耕作方式對(duì)土壤性質(zhì)與玉米生長(zhǎng)的影響研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2010,19(4):945-950.

[36] 王碧勝,蔡典雄,武雪萍,等.長(zhǎng)期保護(hù)性耕作對(duì)土壤有機(jī)碳和玉米產(chǎn)量及水分利用的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(6):1455-1464.

[37] 何淑勤,鄭子成,李廷軒,等.水旱輪作條件下免耕土壤有機(jī)碳變化特征研究[J].水土保持通報(bào)，2012,32(1):1-4.