耕作和氮肥互作对耕层土壤理化性质及冬小麦产量的影响

为改善山东省冬小麦产区生产技术,合理使用氮肥,于2012年10月至2015年6月连续3个小麦生长季进行了三年田间定位试验。试验设置3种耕作方式（连续3年旋耕秸秆不还田,RT;连续3年旋耕秸秆还田,RTS;连续2年旋耕秸秆还田后第3年进行深耕还田,RTS-DTS）,每种耕作方式均设4个氮肥水平（165kg/hm2,Nr;225kg/hm2,Nm;300kg/hm2,Ni;360kg/hm2,Nl）,共12个处理。结果表明,与旋耕相比,深耕促进玉米秸秆的腐解,且增施氮肥能提高秸秆腐解速度,从而提高耕层土壤的有机质含量。土壤有机质含量与土壤物理性质显著相关。秸秆不还田条件下,连续旋耕降低了0-30cm土层的有机质含量,使该土层容重增大,孔隙度降低,并且增施氮肥不利于土壤物理性状的改善;秸秆还田条件下,连续旋耕增加了0-10cm土层的有机质,土壤容重随之减小,孔隙度增加;秸秆还田条件下,连续2年旋耕1年深耕的耕作模式比连续旋耕增加了10-30cm土层有机质含量,显著降低了0-20cm土层容重,增加了0-20cm土层的总孔隙度和10-30cm土层的毛管孔隙度。连续旋耕条件下,在0-10cm土层,秸秆还田较秸秆不还田处理的的粗大团聚体质量比例提高9.1-33.3%,同时10-20cm、20-30cm的细大团聚体的质量比例分别提高5.1-18.8%、3.3-22.6%。秸秆还田配施225kg/hm2施氮量有较高的粗大团聚体、细大团聚体质量比例。秸秆还田条件下,连续2年旋耕1年深耕较连续旋耕显著提升10-20cm土层粗大团聚体的质量比例,平均提高71.5%,并且其在225kg/hm2施氮量有最高的质量比例。团聚体的稳定性与粗大团聚体质量比例显著正相关,即旋耕秸秆还田主要增强了0-10cm土层团聚体的稳定性,2年旋耕还田1年深耕还田主要增强10-20cm土层团聚体的稳定性。连续旋耕条件下,秸秆还田对0-30cm土层的有机碳储量有明显的提高作用。秸秆还田配施225kg/hm2的施氮量显著提高0-30cm土层细大团聚体的有机碳储量,同时秸秆还田有利于0-10cm土层粗大团聚体有机碳的累积,并且在Ni氮肥处理有最大值。细微团聚体在低氮处理（Nr）有较高的机碳储量,但在225kg/hm2的施氮量基础上提高施氮量有增加有机碳储量的趋势。2年旋耕还田1年深耕还田较连续旋耕还田改变了有机碳的空间分布,主要是极显著提高10-20cm土层粗大团聚体的有机碳储量,同时也提高20-30cm各粒径团聚体的有机碳储量。连续3年旋耕模式造成小麦减产,尤其是秸秆不还田处理,第3年产量较第1年下降5.0-8.7%,同时氮肥偏生产力、氮素利用效率逐年下降;旋耕秸秆还田较旋耕不还田平均增产7.3-8.9%,但在第3年产量表现出了下滑;2年旋耕还田后适时深耕还田比连续旋耕还田平均增加有效穗数14.1%,增加穗粒数5.7%,产量提高7.6%,而且年度间呈稳产增产,其氮肥偏生产力、氮素利用效率也分别提高5.3%、1.8%。在玉米秸秆还田条件下,增施氮肥有助于改善土壤理化性质,但225、300和360kg/hm2氮肥水平的产量无显著差异。本研究结果表明,山东省小麦高产高效栽培技术宜采取秸秆还田、2年旋耕1年深耕、配施氮肥225kg/hm2的种植模式。