耕作方式对黑土耕层孔隙分布和水分特征的影响

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1、第26卷第6期干旱区资源与环境Vol．26No．62012年6月JournalofAridLandResourcesandEnvironmentJun．2012文章编号:1003－7578(2012)06－114－07*耕作方式对黑土耕层孔隙分布和水分特征的影响1，21111，21，21，2陈学文，张晓平，梁爱珍，贾淑霞，时秀焕，范如芹，魏守才(1．中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春130012;2．中国科学院研究生院，北京100049)提要:为探索耕作方式对黑土孔隙度分布和土壤水分特征的影响，以2010年吉林省德惠市中层黑土上进行了9年的田间定位试验小区土壤为

2、研究对象，对免耕和秋翻两种耕作处理下耕层土壤孔隙度和土壤水分特征曲线进行分析。结果表明不同耕作处理对黑土孔隙度影响较大。与秋翻相比，免耕减小了土壤总孔隙度，增大了0～5cm和20～30cm10%～16%的＞100μm大孔隙，减小了耕层5～20cm的100～30μm次大孔隙，两种处理不同深度的中孔隙和微孔隙数量相近。不同耕作方式对土壤水分特征的影响存在较大差异，免耕0～5cm和20～30cm的持水能力高于秋翻，而5～20cm表现出相反的变化趋势。实施免耕后，改变了土壤孔隙分布和持水性能，对土壤通气透水和作物根系发育具有重要作用。关键词:免耕;黑土;土壤孔隙度;土壤水分特

3、征中图分类号:S152．5，S152．7文献标识码:A［1］自从文献提出以土地多功能利用为核心的土壤物理质量概念以来，该概念被广泛应用于评价农业［2］管理措施对可持续农业的影响。土壤孔隙度作为土壤物理质量的重要指标，在评价生物生产力等方面［3］［4］起着至关重要的作用。不同的孔隙分布、形状和连续性影响土壤水的渗透、存储和排水情况。土壤孔隙的变化反映了施加在土壤上压力的形式、大小和频率的变化，以及作物残茬还田与土壤中微生物和土［5］［4－7］壤动物数量的情况。目前土壤孔隙一般被分为3个等级:大孔隙、中孔隙和微孔隙。直径＞100～［8］500μm的孔隙，即较大的大孔隙，构

4、成了植物根系生长或者蚯蚓活动的自由空间。直径在15～30μm和［5］100～500μm之间的孔隙被称为小的大孔隙，它们对土壤通气和迅速排水起主要作用。中孔隙的相当［4］直径大约为0．2～30μm，在保存植物生长所需的水方面作用重大。微孔隙是指直径＜0．2μm的孔隙，［9］这些孔隙中的水，植物通常不能利用，而且由于其直径较小也限制了微生物的活性。源于北美的保护性耕作不仅保护土壤和水资源，保护生态环境，重建土壤肥力，同时也为农民带来效益。与传统翻耕技术相比，免耕作为保护性耕作的主要措施，在改善土壤耕性，增加土壤抗侵蚀能力等方［10］［11］面已取得明显的效果，同时土壤的紧

5、实度、孔隙度和通气状况等也发生了根本性的变化。一些研究［12－14］表明，与传统耕作相比，免耕减小了耕层土壤总孔隙度，而且使孔径的分布发生变化。Milton等［15］(2007)研究表明免耕土壤的总孔隙度和通气孔隙较低。Ferreras等(2000)研究得出，传统耕作比免耕［16］具有更多＞20μm的孔隙体积，两者相差9．3%。然而，也有研究得出不一致的结论，如Kay和Vanden-Bygaart(2002)指出，由传统耕作改为免耕后100～500μm的大孔隙增加，30～100μm的中孔隙减少，＞［4］500μm的生物孔隙(由作物根系和土壤动物形成的)会随着免耕时间的

6、增加而增加。王殿武和褚达华(1992)对小麦－玉米轮作土壤进行研究发现，无论种植作物是小麦还是玉米，由于免耕下土壤自身下沉而引起土壤颗粒之间排列比较紧密，总孔隙度降低，而翻耕扰动土壤，使土壤比较疏松，因此总孔隙度较［17］高。而且翻耕的大孔隙明显增多，而免耕的则相反，＜5μm的小孔隙明显增加，＞50μm的大、中孔隙*收稿日期:2011－4－20。基金项目:国家自然科学基金项目(40801071);"十一五"国家科技支撑计划项目(2009BADB3B01);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2－EW－QN307)资助。作者简介:陈学文(1982－)，男，朝鲜族

7、，吉林省磐石市人，博士研究生，主要从事保护性耕作和土壤环境研究。E－mail:chenxuewen@yahoo．com．cn通讯作者:张晓平(1957－)，男，吉林省长春市人，研究员，博士生导师，主要从事土壤管理与土壤有机碳研究。E－mail:zhangxiaop-ing@neigae．ac．cn第6期陈学文等耕作方式对黑土耕层孔隙分布和水分特征的影响·115·明显减少。由此可见实行免耕后土壤孔隙大小究竟如何变化还有待观测研究。土壤水分特征曲线表示在土壤水非饱和状态下土壤水的能态与数量间的关系，是分析土壤水保持和运动的最基本的因素之一。几十年来，人们