免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应

[目的]基于山西运城8年(2008—2015)长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据.[方法]选取传统耕作秸秆翻耕还田(CT-SP)和免耕秸秆覆盖还田(NT-SM)两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳(SOC)及活性有机碳(可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC)含量;测定土壤水分(土壤体积含水量,θv;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE)和作物产量等关键指标.[结果](1)与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm团聚体含量(R0.25)和几何平均直径(GMD),分别提升12.8％、8.6％和9.2％.(2)与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7％与23.6％、18.4％与18.2％和22.4％与39.2％.0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4％和28.4％.(3)与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7％、8.92％、14.98％和8.92％,并且SOC、WUE、R0.25、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上.(4)通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子.(5)土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应.[结论]在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应.