冀西北坝上地区位于我国华北农牧交错带,属于典型的高原、半干早地区。长期以来由于过度开垦植被破坏严重,导致十壤严重侵蚀。制约当地种植业发展的主要因素为干早以及严重的十壤风蚀退化,采用保护性耕作方法将会对缓减以上矛盾起到重要的作用。为了明确不同耕作方式对农田杂草群落结构及土壤物理特性的影响特征,于2012-2013年在河北农业大学张北实验站,依托华北寒旱区定位10年的免耕、深松、翻耕田间试验基础,通过辅助设置10年免耕、深松后的翻耕处理,监测了砂质栗钙十与壤质草甸栗钙十2种十壤类型下,燕麦田不同耕作方式的杂草总密度、优势杂草种类、杂草多样性指数与生物量；燕麦田不同耕作方式下的十壤水分、硬度和容重变化,与燕麦产量效应；结合对免耕玉米田多年生杂草入侵与蔓延特征的研究,明确了区域农田杂草群落结构与十壤环境的关系,耕作措施的十壤物理特征与作物产量效应。主要研究结果如下：
1、对试验田主要杂草的监测表明,2012年砂质栗钙十燕麦田杂草山现9种,包括一年生杂草4种和多年生杂草5种；壤质草甸栗钙十燕麦田10种,包括一年生杂草3种和多年生7种。2013年种类明显增多,砂质栗钙十燕麦田杂草为20种,包括一年生杂草13和多年生杂草7种；壤质草甸栗钙十20种,包括一年生杂草11种和多年生9种。区域农田杂草群落结构以狗尾草(Setaira viridis)为主
2、华北寒旱区燕麦田长期免耕下,砂质栗钙十不同生育期免耕田草密度达翻耕的1.56-4.03倍,而长期免耕与松耕后的翻耕处理,田草密度与翻耕差异不显著；壤质草甸栗钙十免耕燕麦田草达翻耕的1.33-5.14倍。免耕区域田草群落结构以狗尾草为主,长期免耕具有容蓄多年生宿根类田草趋势,而翻耕具有降低一年生田草密度、灭除浅位性宿根草、激发深位性宿根草的特征。耕作方式与十壤类型共同影响与决定农田草群落特征。
3、2012年免耕下砂质栗钙十与壤质草甸栗钙十燕麦田的田草Shannon多样性指数(H)分别达0.429和0.531,2013年杂草密度大、种类多,使H,大幅度增加,分别为1.070和1.001。农田植物群落表现强势自然演化特征。
2012年免耕砂质栗钙十燕麦田免耕处理杂草生物量是翻耕和深松处理的1.34、2.14倍,而燕麦生物产量较翻耕和深松减产46.16%和18.72%；壤质草甸栗钙十燕麦田免耕处理杂草生物量是翻耕和深松处理的2.26和2.01倍,燕麦生物产量较翻耕和深松减产22.29%和27.85%。2013年免耕砂质栗钙土燕麦田,免耕处理杂草生物量是翻耕和深松处理的2.49、1.89倍,而燕麦生物产量较翻耕和深松减产23.15%和14.18%；壤质草甸栗钙十燕麦田免耕处理杂草生物量是翻耕和深松处理的2.09和1.54倍,使得燕麦生物产量较翻耕和深松减产14.24%和18.24%。田草多样性与作物高产性相悖演化。
4、壤质草甸栗钙士3年免耕玉米田距根源地lm处的A区域,杂草密度164.67株/m2,分别为距根源3m处的B区域、5m处的C区域、7m处的D区域的2.00倍、5.81倍、11.76倍,差异显著。杂草群落结构以赖草为主, A区域赖草密度123.00株/m2,分别是B、C、D的1.92倍、6.71倍、92.48倍,差异均显著。多年生根茎型赖草的蔓延,明显地表现为以试验地外的赖草根源地为核心的向玉米田内的侵入过程。
玉米田免耕处理A区域杂草的Shannon多样性指数(H').Simpson多样性指数(D)、Pielou均匀度指数(J)及Margalef物种丰富度指数(DMG)分别为0.807、0.387、0.459和0.991,显著地低于C和D区域。运用生物量(包括作物)计算农田生物多样性,玉米田免耕处理A区域的H’、D、J及DMG分别为0.989、0.577、0.751、0.534,均显著高于B、C、D。玉米免耕田赖草逐步由根源地向内蔓延。农田长期免耕作业,使植物群落表现强势自然演化的特征。
5、不同耕作方式处理在燕麦播期与苗期,耕层土壤贮水量差异显著。砂质栗钙十田,播期免耕含水量6.71%,高于翻耕6.27%含水量0.44个百分点。苗期各耕作方式的土壤含水量差异最大,以松耕最高,达10.10%,高于翻耕7.50%含水量2.60个百分点。壤质草甸栗钙十田,苗期松耕最高,达18.13%,高于翻耕16.79%含水量1.34个百分点。
燕麦农田耗水强度抽穗期达到最高,砂质栗钙十田抽穗期耗水强度分别达到5.65mm/d、5.71mm/d、5.28mm/d,是拔节期的2.31倍、1.85倍、1.59倍。至成熟期,耗水强度降至1.01mm/d、1.09mm/d、1.09mm/d。壤质草甸栗钙十连续11年的免耕、深松与翻耕抽穗期耗水强度分别达到5.42mm/d、5.42mm/d、5.39mm/d,是拔节期的1.68倍、1.26倍、1.88倍。至成熟期,降至0.26mm/d、0.18mm/d、0.27mm/d。
6、10年免耕砂质栗钙十田0-20cm十层的4个十层具有中层比表层和底层高的特征。分蘖期较明显,中层十壤确度为19.58kg/cm2,约是表层的3倍,约是底层的1.5倍。免耕各十层十壤硬度均比翻耕高。免耕处理随莜麦生育期的推移5-15cm十层的硬度呈不稳定递减趋势。播前期10-15cm十壤硬度为3650kg/cm2,约为成熟期的1.5倍。壤质草甸栗钙十燕麦田10年翻耕处理十壤硬度呈现随生长季时间推移,硬度逐渐增加的过程,但一季之后的各层十壤硬度只有免耕处理的1/6-1/4。同一生育时期,11年的免耕处理0-20cm十壤平均硬度均明显高于其它4种耕作措施,砂质栗钙土燕麦田免耕十壤硬度为深松1.46-2.58倍,为翻耕3.39-5.98倍;壤质草甸栗钙十燕麦田免耕为深松1.43-2.47倍,为翻耕1.64～3.88倍。深松位于免耕和翻耕之间,免耕、深松第2次翻耕处理的十壤硬度与翻耕近似。砂质栗钙十燕麦田免耕各层十壤硬度递增,而壤质草甸栗钙十中层(5-15cm)大于表层(0-5cm)和下层(15-20cm)。硬度与土壤含水量相关。
7、砂质栗钙十燕麦田播种期多年免耕、深松、翻耕0-20cm平均十壤容重为1.55g/cm3、1.51g/cm3、1.50g/cm3,分别比成熟期高012g/cm3、0.13g/cm3、0.07g/cm3;壤质草甸栗钙十燕麦田播种期多年免耕、深松、翻耕十壤容重为1.42g/cm3、1.44g/cm3、1.28g/cm3,分别比成熟期高0.27g/cm3、0.29g/cm3、0.22g/cm3。2012年冬季强降雪造成十壤板结,以及播种期降水量少十壤干旱,致使各处理容重播期出现最大值,此期免耕仍大于翻耕,耕作方式对十壤容重存在较大影响。
