中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (2): 238-251.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.02.003
收稿日期:
2024-08-04
接受日期:
2024-11-04
出版日期:
2025-01-21
发布日期:
2025-01-21
通信作者:
联系方式:
张斯佳,E-mail:1908086473@qq.com。
基金资助:
ZHANG SiJia(), YANG Jie, ZHAO Shuai, LI LiWei, WANG GuiYan(
)
Received:
2024-08-04
Accepted:
2024-11-04
Published:
2025-01-21
Online:
2025-01-21
摘要:
【目的】通过位于华北平原的长期定位轮作试验,探究不同作物与小麦-玉米两熟轮作后土壤养分和团聚体养分分布差异,并进行土壤质量指数的综合评价,为改善华北粮田土壤耕层质量和产能提升提供科学理论依据。【方法】基于多样化作物轮作长期田间定位试验,以冬小麦-夏玉米(WM-WM)两熟复种连作为对照,设置春甘薯—冬小麦-夏玉米(Psw-WM)、春花生—冬小麦-夏玉米(Pns-WM)和春高粱—冬小麦-夏玉米(Ps-WM)3种两年三熟轮作模式。于2022年小麦开花期和收获期取土壤样品,测定土壤酶、团聚体稳定性及土壤和团聚体各粒级(>2.00、0.50—2.00、0.25—0.50、<0.25 mm)有机质、氮、磷、钾养分含量,综合评价不同轮作模式土壤养分分布特征和土壤质量指数(SQI)。【结果】与WM-WM相比,3种轮作模式都显著提高了0—40 cm土层无机态氮含量;Psw-WM显著提高了0—20 cm土壤有机质含量和团聚体>2.00 mm粒级全氮(0—10 cm)、速效钾(10—20 cm)和有机质(0—10 cm,>2.00和0.50—2.00 mm)含量及纤维素酶、过氧化氢酶和碱性蛋白酶活性;Pns-WM提高了20—40 cm土壤有机质含量和团聚体0.25—0.50和>2.00 mm(10—20 cm)粒级速效钾、团聚体有机质(0—10 cm,>2.00 mm;10—20 cm,>0.50 mm)含量及蔗糖酶、脲酶和碱性蛋白酶活性;Psw-WM提高了0—10 cm土壤团聚体稳定性,Pns-WM则提高了0—30 cm土壤团聚体稳定性。Pns-WM和Psw-WM都显著提高了SQI,并且Pns-WM显著高于Psw-WM;路径分析结果表明团聚体的平均质量直径是SQI提升的直接显著因子,而且还通过影响无机态氮含量间接对SQI具有显著正向调控作用,而有机质含量增加导致大团聚体比例增大是提高SQI的显著间接调控路径。【结论】豆科(花生)和块根(甘薯)作物与小麦-玉米轮作能够为改善华北粮田土壤耕层质量、提升土壤养分供应能力发挥重要作用。
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图2
不同轮作模式土壤养分含量 图中不同小写字母表示差异显著(P<0. 05) Different normal letters in the figure show significant difference at 0.05 level。WM-WM为冬小麦-夏玉米,Psw-WM为春甘薯—冬小麦-夏玉米,Pns-WM为春花生—冬小麦-夏玉米,Ps-WM为春高粱—冬小麦-夏玉米 WM-WM is winter wheat - summer maize, Psw-WM is spring sweet potato-winter wheat - summer maize, Pns-WM is spring peanut-winter wheat-summer maize, Ps-WM is spring sorghum-winter wheat - summer maize。下同 The same as below"
表1
不同轮作模式土壤团聚体稳定性特征"
土层 Soil layer (cm) | 轮作模式 Crop rotation pattern | 平均质量直径 Mean weight diameter (MWD) (mm) | 几何平均直径 Geometric mean diameter (GMD) (mm) | >0.25 mm粒级团聚体质量百分数 Mass percentage of aggregates >0.25 mm (R>0.25) (%) |
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0—10 | WM-WM | 1.108±0.001c | 0.836±0.002c | 85.670±0.317b |
Psw-WM | 1.168±0.011b | 0.894±0.012b | 91.237±0.351a | |
Pns-WM | 1.202±0.015a | 0.952±0.014a | 86.732±0.247b | |
Ps-WM | 1.077±0.008c | 0.802±0.010d | 76.080±0.984c | |
10—20 | WM-WM | 1.174±0.004b | 0.905±0.004b | 86.396±0.082a |
Psw-WM | 1.216±0.017ab | 0.943±0.019ab | 82.934±0.378b | |
Pns-WM | 1.249±0.027a | 1.009±0.035a | 86.757±1.354a | |
Ps-WM | 1.269±0.009a | 0.991±0.012a | 83.689±0.755b | |
20—30 | WM-WM | 1.249±0.005bc | 0.982±0.006bc | 83.151±0.379c |
Psw-WM | 1.282±0.006ab | 1.011±0.007ab | 86.197±0.398b | |
Pns-WM | 1.306±0.021a | 1.050±0.025a | 88.757±0.849a | |
Ps-WM | 1.237±0.008c | 0.963±0.007c | 83.689±0.501c | |
30—40 | WM-WM | 1.204±0.012c | 0.931±0.016c | 85.872±1.093b |
Psw-WM | 1.248±0.004b | 0.980±0.004b | 91.957±0.266a | |
Pns-WM | 1.200±0.015c | 0.934±0.021c | 86.121±1.278b | |
Ps-WM | 1.308±0.006a | 1.027±0.007a | 85.903±0.212b |
图6
土壤理化性质与土壤质量指数的结构方程模型 路径系数在5000次自举后计算,箭头上的路径系数(相关系数)按各参数的平均值标准化Path coefficient calculated after 5000 bootstraps in Smart PLS 4.0, path coefficients (correlation coefficients) along the arrows were standardized by the mean value of each parameter。箭头宽度与路径系数成正比(P<0.05:*;P<0.01**;P<0.001:***) The width of each arrow is proportional to the path coefficient (P<0.05: *; P<0.01: **; P<0.001: ***) 。实线表示影响显著,虚线表示影响不显著 Solid paths indicate a significant effect, and dashed paths indicate a non-significant effect。红线表示显著正相关,灰线表示不显著,黑线表示显著负相关 The red line indicates a significant positive correlation, the gray line is non-significant, and the black line indicates a significant negative correlation。R2表示所有路径所解释的变异量 R2 indicates the amount of variance explained by all paths"
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