种植方式和耕作措施对土壤结构与水分利用效率的影响

张 霞 张育林 刘 丹 杜昊辉 李 军 王旭东

(1.西北农林科技大学资源环境学院， 陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学农学院， 陕西杨凌 712100)

0 引言

土壤团聚体是由土粒和有机物质胶结而形成的直径为0.25～10 mm的结构单位，其形成与土壤有机碳密不可分, 同时土壤团聚体对土壤有机碳的物理保护可使有机碳减缓或免受矿化分解，对土壤固碳和土壤肥力的发挥具有十分重要的作用[1-3]。耕作是影响土壤结构稳定、有机碳矿化的主要人为因素[4-5]，频繁的翻耕使土壤结构遭到破坏，土壤有机碳含量下降[6]。很多研究表明，以少耕、免耕为主要内容的保护性耕作对增加土壤结构稳定性、提高土壤有机碳含量、增加土壤固碳能力有重要作用[7-9]。张祥彩等[10]研究表明，免耕、深松可分别提高0～10 cm、10～30 cm土层粒径大于0.25 mm水稳性团聚体含量。杨永辉等[11]在研究长期免耕下土壤结构与有机碳分布的特征时发现，长期免耕处理有利于提高土壤大于0.5 mm大粒级团聚体含量，显著增加土壤结构稳定性，并提高了0～40 cm土层总有机碳及各粒级团聚体有机碳含量。目前，国内外关于不同耕作方式等对土壤结构稳定及有机碳分布影响的研究较多[12-14]，但是关于作物种植方式对土壤结构稳定及有机碳分布影响的研究不多，且多集中于水旱轮作、禾本科-豆科作物轮作的研究[15-17]，关于小麦连作与小麦/玉米轮作下土壤结构及有机碳差异的研究较少。

渭北旱塬是黄土高原典型的旱作雨养农业区，作为陕西省重要的粮食生产基地，冬小麦和春玉米是该地区的主要粮食作物，而降水短缺及其季节分布不均制约着作物生长发育，农民习惯采用“翻耕+浅旋”的耕作方式，长期剧烈的土壤扰动引发了该地区土壤结构破坏严重、土壤有机碳矿化损失大、水分利用效率低等一系列问题[18-19]。如何构建适合当地的耕作方式、改善土壤结构、增加土壤固碳能力、提高作物产量和水分利用效率是亟待解决的问题。为此，本文基于渭北旱塬的长期定位试验，在小麦连作和小麦/玉米轮作两种种植方式下，以耕作措施对土壤结构稳定、有机碳固定、小麦水分利用的影响为研究重点，探讨不同种植方式与耕作措施下土壤结构、有机碳与小麦产量、水分利用效率的关系，以期为渭北旱塬区选择更有利于土壤结构稳定、有机碳积累、提高小麦水分利用效率的种植方式与耕作措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

长期定位试验在陕西省合阳县甘井镇进行(35°19′54.45″N，110°05′58.35″E)，地属黄土高原渭北旱塬沟壑区，海拔850 m，年平均气温10℃左右，年降水量约520 mm，年蒸发量约1 832.8 mm。降雨年际间分配不均，主要集中在7—9月。供试土壤为黑垆土，试验前土壤理化性质如表1所示。

表1 2007年试验开始前供试土壤理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of tested soil before beginning of experiment in 2007

1.2 试验设计

本试验于2007年9月—2016年6月进行，试验期间无灌溉。试验采用裂区设计，主区为种植方式，分为小麦连作和小麦/玉米轮作2种，均为一年一熟制；副区为耕作方式，分为连年免耕(NN)、连年深松(SS)、免耕-深松(NS)和连年翻耕(CC)4种，两种因素相互组合，共8个处理(表2)。试验设3次重复，小区面积22.5 m×5 m=112.5 m2。2007年试验开始前长期采用传统翻耕耕作方式，前作作物为玉米，2007—2016年试验期间在小麦、玉米收获后均全额秸秆粉碎覆盖。供试小麦品种2007—2013年期间为晋麦47，2014年及以后为长6 359。小麦/玉米轮作田玉米田供试玉米品种为豫玉22。小麦/玉米轮作田作物播种见表3。

表2 试验处理Tab.2 Experimental treatments

表3 2007—2016年小麦/玉米轮作田种植作物Tab.3 Cultivated crops in rotation in 2007—2016

小麦连作田中，施肥量N为150 kg/hm2，P2O5为120 kg/hm2，K2O为90 kg/hm2，生育期不追肥，其中氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、磷酸二铵和氯化钾。冬小麦播种时，旋耕切碎残茬、平整地表和混合肥料后，采用条播机播种，每年9月下旬播种，次年6月中下旬收获，行距20 cm。试验期间其他田间管理措施同当地大田，无灌溉。

小麦/玉米轮作田中，小麦和玉米施基肥：N 150 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2和K2O 90 kg/hm2，播前人工撒施肥料；作物生育期，小麦不追肥，玉米大喇叭口期追施N 150 kg/hm2，其中氮肥、磷肥、钾肥分别为尿素、磷酸二铵和氯化钾。小麦用条播机播种，每年9月下旬播种，次年6月中下旬收获；玉米用点播机播种，每年4月下旬播种，9月中下旬收获。试验期间其他田间管理措施同当地大田，无灌溉。

免耕是指在作物收获后将秸秆粉碎覆盖地表，无其他措施，保持秸秆覆盖地表越过休闲期；翻耕是指在作物收获后将秸秆粉碎覆盖地表，然后采用传统铧式犁(1LF-230型双向反转二铧犁，耕宽60 cm，耕深20～30 cm)将土壤翻耕20～25 cm，秸秆翻埋于土壤中，地表裸露越过休闲期；深松是在作物收获时将秸秆粉碎覆盖于地表，采用深松机(型号为1S2200，耕宽50 cm，耕深30～40 cm)进行深松，深度为30～35 cm，保持秸秆覆盖地表越过休闲期。2007—2016年土壤耕作次序见表4。

表4 2007—2016年土壤轮耕次序Tab.4 Sequence of soil rotational tillage systems in 2007—2016

注： ST为深松；NT为免耕；CT为翻耕。

1.3 土样采集与测定

2016年6月中下旬小麦收获后在田间取样，每个处理多点分层取样，分别采集0～10 cm、10～20 cm、20～35 cm和35～50 cm土层的原状土样，将采集的原状土样在室内沿自然结构轻轻掰成小土块，过8 mm筛，自然风干，用于团聚体分析。

土壤各粒级水稳性团聚体含量采用湿筛法(Elliot法)测定[20]，土壤有机碳含量采用重铬酸钾-外加热法测定[21]。

1.4 计算公式

各粒级水稳性团聚体含量计算公式为

(1)

式中WAi——各粒级水稳性团聚体含量，%

Mi——各粒级水稳性团聚体质量，g

M——土壤样品总质量，g

团聚体平均重量直径[22]计算公式为

(2)

式中IMWD——团聚体平均重量直径，mm

Xi——各粒级团聚体的平均直径，mm

各粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率计算公式为

(3)

式中Ai——各粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率，%

ISOCi——各粒级团聚体中有机碳质量比，g/kg

ISOC——土壤有机碳质量比，g/kg

水分利用效率计算公式为

(4)

其中

ETa=We-Wb+P

(5)

W=DHCw

(6)

式中WUE——水分利用效率，kg/(hm2·mm)

Ya——单位面积的作物产量，kg/hm2

ETa——作物整个生育期耗水量，mm

We——作物播种时土壤蓄水量，mm

Wb——作物收获时土壤蓄水量，mm

P——作物整个生育期降雨量，mm

W——土壤蓄水量，mm

D——土壤容重，g/cm3

H——土层厚度，cm

Cw——田间土壤含水率，%

1.5 数据处理

用Microsoft Excel 2007软件进行相关数据的计算与处理并作图。用SAS 8.0 软件进行相关性分析和方差分析，显著性检验为Duncan新复极差法(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同种植方式和耕作措施下农田土壤团聚体的变化

2.1.1土壤0～50 cm水稳性团聚体分布

不同处理下土壤水稳性团聚体分布如表5所示，从种植方式看，小麦/玉米轮作下耕层(0～20 cm土层)土壤大于0.25 mm大团聚体含量(R0.25)均高于小麦连作下对应耕作处理。从耕作措施来看，在0～10 cm土层，各粒级团聚体(大于2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm和0.25～0.5 mm)含量均以WCC处理最小，且在两种种植方式下，各耕作处理的R0.25含量由大到小均表现为连年免耕、连年深松、免耕-深松、连年翻耕。在10～20 cm土层，8种处理的大于2 mm、0.5～1 mm粒级团聚体含量差异不显著；1～2 mm、0.25～0.5 mm粒级团聚体含量分别以RNS、RNN处理最大，与连年翻耕处理相比，小麦连作下免耕、深松以及免耕-深松轮耕处理的R0.25含量均略有增加；小麦/玉米轮作下各耕作处理间的R0.25含量无显著差异。在20～35 cm土层，各处理的大于2 mm粒级团聚体含量差异不显著；1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm粒径团聚体含量均以RNS处理最大，与连年翻耕处理相比，除了小麦/玉米轮作下连年深松处理的R0.25含量显著减少外，其他处理均变化不明显。在35～50 cm土层，大于2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm粒径团聚体含量均以RSS处理最大，0.25～0.5 mm粒径团聚体含量以RNN处理最大；与连年翻耕处理相比，小麦连作下免耕-深松处理的R0.25含量显著增加；小麦/玉米轮作下其他耕作处理的R0.25含量均有所增加，且连年免耕、连年深松处理达差异显著水平。

2.1.2种植方式和耕作措施对土壤中大于0.25 mm粒级团聚体的交互作用

通过方差分析(表6)可知，种植方式和耕作措施对R0.25的影响不同。在0～10 cm表层，影响R0.25的因素中耕作措施的作用极显著(P<0.01)，且种植方式和耕作措施的交互效应对R0.25的作用也达到了极显著水平(P<0.01)。在10～20 cm土层，种植方式和耕作措施对土壤R0.25的影响不大。在20～35 cm和35～50 cm土层，种植方式和耕作措施对R0.25均分别产生显著影响(P<0.05)和极显著影响(P<0.01)，且两者的交互效应对R0.25也有极显著影响(P<0.01) 。

2.1.3土壤水稳性团聚体平均重量直径变化

各处理水稳性团聚体平均重量直径(MWD)受种植方式和耕作措施的交互效应比较明显(表7)。在0～10 cm和35～50 cm土层，种植方式和耕作措施的交互效应对MWD均产生极显著影响(P<0.01)。

在0～10 cm土层，小麦/玉米轮作下各耕作处理MWD高于小麦连作下对应耕作处理；与连年翻耕处理相比，小麦连作下其他耕作处理的MWD均有所增加，其中免耕-深松处理达差异显著水平；小麦/玉米轮作下各耕作处理间的MWD差异不显著。在10～20 cm土层，小麦/玉米轮作下各耕作处理MWD高于小麦连作下对应耕作处理；但在同一种植条件下，不同耕作之间差异不显著。在20～35 cm土层，与连年翻耕处理相比，小麦连作下其他耕作处理的MWD均略有增加；小麦/玉米轮作下连年深松处理的MWD显著减少。在35～50 cm土层，小麦连作下各耕作处理间的MWD差异不显著；小麦/玉米轮作下连年免耕、连年深松处理的MWD显著高于连年翻耕处理。

2.2 不同种植方式与耕作措施下农田土壤有机碳含量变化

2.2.1土壤有机碳含量变化

如图1所示，8个处理的土壤有机碳含量均随土层加深而减少，且小麦/玉米轮作下各耕作处理0～50 cm土层的土壤有机碳(SOC)含量大多高于小麦连作下对应耕作处理。表层土壤(0～10 cm)的有机碳含量由大到小顺序为RNS、RNN、WNN、WNS、RSS、WSS、RCC、WCC，在两种种植方式下，连年免耕、连年深松、免耕-深松处理的SOC含量均显著高于连年翻耕处理。在10～20 cm土层，各处理的SOC含量差异不大，但WNN处理显著低于其他处理。在20～35 cm土层，两种种植方式下的SOC含量由大到小均表现为免耕-深松、连年翻耕、连年深松、连年免耕。在35～50 cm土层，与连年翻耕处理相比，小麦连作下其他耕作处理的SOC含量无明显变化；小麦/玉米轮作下的连年深松、连年免耕显著减少。

表5 不同处理下土壤水稳性团聚体的分布Tab.5 Distribution of water stable aggregate under different treatments %

注：同一列不同小写字母表示不同处理之间差异达到显著水平(P<0.05)，下同。

表6 种植方式、耕作措施对土壤中大于0.25 mm团聚体的二因素方差分析Tab.6 Two-factor variance analysis of different cropping methods，tillage systems and their interaction on water stable aggregate of size larger than 0.25 mm

注：P表示种植方式；T表示耕作措施；*表示差异达0.05水平；** 表示差异达0.01水平；下同。

2.2.2各粒级团聚体有机碳含量变化

由表8可知，随着土层的加深以及团聚体粒径变小，其有机碳含量呈降低趋势。整体上看，小麦/玉米轮作下各粒级团聚体有机碳含量大多高于小麦连作下对应耕作处理。在0～10 cm土层，大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳含量均以WCC处理最小，且在两种种植方式下其他耕作处理大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳含量均高于连年翻耕处理。在10～20 cm土层，小麦连作和小麦/玉米轮作下，与连年翻耕相比，连年免耕、连年深松主要增加了大于2 mm粒径团聚体有机碳含量，免耕-深松则增加了1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm、0～0.25 mm粒径团聚体有机碳含量。在20～35 cm土层，大于2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm 粒径团聚体有机碳含量以RNS处理最大，0.25～0.5 mm、0～0.25 mm粒径团聚体有机碳含量以RSS处理最大，与连年翻耕相比，两种种植方式下连年免耕处理的各粒径团聚体有机碳含量有所减少，免耕-深松处理有所增加，连年深松处理变化不显著。在35～50 cm土层，各粒级团聚体有机碳含量均以RNS处理最大，且与连年翻耕相比，两种种植方式下连年免耕、连年深松处理的各粒径团聚体有机碳含量变化不显著，免耕-深松处理则有所增加。

表7 不同种植方式和耕作措施对土壤团聚体MWD的影响Tab.7 Effects of different cropping methods and tillage systems on soil water-stable aggregate mean weight diameter (MWD)

图1 土壤有机碳质量比的变化Fig.1 Soil organic carbon content

2.2.3各粒级团聚体有机碳贡献率变化

不同处理下土壤各粒级团聚体有机碳贡献率的变化如图2所示，在0～10 cm土层，小麦/玉米轮作下大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳贡献率均高于小麦连作下对应耕作处理，且与连年翻耕相比，在小麦连作下，其他耕作处理的大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳贡献率均有所增加；在小麦/玉米轮作下，连年免耕、连年深松增加了0.5～1 mm粒径团聚体有机碳贡献率，免耕-深松则增加了小于1 mm各粒径团聚体有机碳贡献率。在10～20 cm土层，小麦连作下，连年免耕、免耕-深松处理大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳贡献率均高于连年翻耕处理，连年深松则增加了大于2 mm、1～2 mm、0.25～0.5 mm粒径团聚体有机碳贡献率；在小麦/玉米轮作下，与连年翻耕相比，连年免耕增加了1～2 mm、0.25～0.5 mm粒径团聚体有机碳贡献率，免耕-深松则增加了1～2 mm、0～0.25 mm粒径团聚体有机碳贡献率。在20～35 cm土层，大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳含量均以RNS处理最大，且与连年翻耕相比，在小麦连作下，连年免耕、连年深松、免耕-深松处理的1～2 mm粒级团聚体有机碳贡献率均有所增加；在小麦/玉米轮作下，连年免耕增加了0.5～1 mm粒径团聚体有机碳贡献率，连年深松增加了0～0.25 mm粒径团聚体有机碳贡献率，免耕-深松处理大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳贡献率均有所增加。在35～50 cm土层，与连年翻耕相比，在小麦连作下，连年免耕处理增加了小于2 mm各粒径团聚体有机碳贡献率，连年深松处理增加了0～0.25 mm粒径团聚体有机碳贡献率，免耕-深松处理则增加了大于0.25 mm各粒径大团聚体有机碳贡献率；在小麦/玉米轮作下，连年免耕、连年深松处理大于0.25 mm各粒级大团聚体有机碳贡献率均有所增加，免耕-深松处理则增加了小于1 mm各粒径团聚体有机碳贡献率。

表8 不同处理下土壤水稳性团聚体有机碳质量比分布Tab.8 Distribution of aggregate-associated organic carbon under different treatments g/kg

图2 不同处理下土壤各粒级水稳定性团聚体有机碳贡献率的变化Fig.2 Contribution of aggregate-associated organic carbon to soil total organic carbon under different treatments

2.2.4种植方式和耕作措施对土壤大于0.25 mm大团聚体有机碳贡献率的交互作用

通过方差分析(表9)可知，在0～50 cm各土层，种植方式、耕作措施对大于0.25 mm大团聚体有机碳贡献率(ISOC0.25)的影响均达到极显著水平 (P<0.01)，且种植方式和耕作措施的交互效应对ISOC0.25也产生极显著影响(P<0.01)。

2.3 种植方式和耕作措施对土壤水分利用和小麦产量的影响

由表10可知，小麦产量由大到小顺序依次为RNS、WNS、WSS、RCC、WNN、WCC、RNN、RSS，在小麦连作和小麦/玉米轮作两种种植方式下，小麦产量均以免耕-深松处理最高，分别比连年翻耕处理增加了14.25%、19.30%。小麦/玉米轮作下各耕作处理的水分利用效率(WUE)均高于小麦连作对应耕作处理；在小麦连作下，其他耕作处理的WUE均显著高于连年翻耕处理，免耕-深松处理的WUE增加幅度最大，为24.98%；在小麦/玉米轮作下，与连年翻耕处理相比，免耕-深松理的WUE增加显著，增加幅度为9.89%。

表9 种植方式、耕作措施对土壤中大于0.25 mm大团聚体有机碳贡献率的二因素方差分析Tab.9 Two-factor variance analysis of different cropping methods，tillage systems and their interaction on contributing rate of soil organic carbon in water-stable aggregate of size larger than 0.25 mm

2.4 小麦产量和水分利用效率与土壤性状的相关性

由表11可知，R0.25、MWD与SOC均呈显著正相关；ISOC0.25与R0.25、MWD、SOC呈极显著正相关；WUE与R0.25、MWD、SOC、ISOC0.25呈显著正相关。进一步分析不同土层各因子的相关性表明(表12)，小麦产量与20～35 cm土层的R0.25、ISOC0.25呈显著正相关，并与35～50 cm土层的SOC呈显著正相关；WUE与0～10 cm、10～20 cm、20～35 cm土层的MWD以及ISOC0.25呈显著正相关，并与20～35 cm、35～50 cm土层的SOC呈显著正相关。

表10 2016年不同处理下的小麦产量和水分利用效率Tab.10 Wheat yield and water use efficiency under different treatments in 2016

表11 小麦产量和水分利用效率与土壤性状的相关系数Tab.11 Correlation coefficients between wheat yield and water use efficiency and soil properties

表12 小麦产量、WUE与各土层土壤水稳定性团聚体、有机碳的相关系数Tab.12 Correlation coefficients of wheat yield, WUE and soil water aggregate and organic carbon in different soil layers

3 讨论

3.1 种植方式和耕作措施对土壤团聚体的影响

土壤团聚体作为评价土壤结构质量的重要指标，其含量和稳定性能够直接影响土壤结构质量的优劣，并影响着土壤水分利用、养分运移和作物生长[23-24]。本研究结果表明，不同种植方式和耕作措施下的各粒级团聚体在0～50 cm各土层表现出不同的分布趋势。从种植方式来看，小麦/玉米轮作下耕层土壤大于0.25 mm水稳性团聚体(R0.25)含量以及水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)高于小麦连作，说明小麦/玉米轮作比小麦连作更有利于耕层土壤水稳定性团聚体形成，提高耕层土壤水稳性团聚体稳定性，这与李海波等[25]研究结果一致。土壤团聚体受耕作影响较大，频繁的耕作阻碍团聚体的形成，降低土壤中大团聚体稳定性[26]。侯贤清等[27]研究发现，与连年翻耕相比，免耕与深松组合的隔年轮耕措施土壤中大于0.25 mm水稳性团聚体含量增加显著；王勇等[28]研究表明，免耕、深松等措施均可增加土壤大于0.25 mm水稳性团聚体含量。本研究发现，连年免耕(NN)、连年深松(SS)以及免耕-深松(NS)轮耕处理主要增加了表层土壤(0～10 cm)水稳性团聚体的R0.25含量，这一方面是因为NN、SS、NS耕作处理秸秆覆盖地表，增加了0～10 cm表层土壤有机物质输入，而有机质作为胶结剂促进团聚体形成，相关性分析(表11)中R0.25与土壤有机碳含量呈显著正相关也进一步证明了这一点；另一方面是因为相对于翻耕(CC)处理，NN、NS处理减少了机械对土壤的扰动，降低了耕作对土壤结构体的破坏。另外，无论是小麦连作，还是小麦/玉米轮作，NS处理还对35～50 cm土层的R0.25含量有一定的增加作用，说明免耕-深松轮耕方式能够影响到更深层土壤结构的形成。

对各处理的土壤水稳定性团聚体的MWD进行比较时发现，在小麦连作下，连年免耕、连年深松、免耕—深松处理均增加了表层土壤(0～10 cm)水稳性团聚体的MWD，而在小麦/玉米轮作下，各耕作处理的MWD表现出无明显规律，这可能是因为两种种植方式下的种植作物不一样，其作物根系生长及分泌物、作物还田秸秆的数量和质量、土壤微生物的差异导致的，有待进一步深入研究。

3.2 种植方式和耕作措施对土壤有机碳的影响

连续9年的定位试验表明，土壤有机碳含量受种植方式、耕作措施及两者的交互作用影响显著(表8)。小麦/玉米轮作下土壤有机碳以及各粒级团聚体有机碳含量大多高于小麦连作下对应耕作处理，这主要是因为小麦/玉米轮作下玉米季还田的秸秆量较多，增加了农田土壤的有机物质输入。从耕作处理来看，与连年翻耕相比，连年免耕处理、连年深松处理均能显著增加0～10 cm土壤有机碳含量；免耕-深松处理则对0～50 cm各土层的有机碳含量均有增加作用，与李景等[29]研究结果一致。土壤团聚体的形成与土壤有机碳密不可分，同时土壤团聚体对有机碳亦有保护作用[30]。ISOC0.25与R0.25、MWD、SOC呈正相关也说明了土壤团聚体与有机碳之间的相互耦合关系(表11)。相对于连年翻耕处理，连年免耕、连年深松、免耕-深松处理不但能提高表层(0～10 cm)土壤各粒级团聚体有机碳含量，对表层土壤大于0.25 mm大团聚体有机碳贡献率(ISOC0.25)也有一定的增加作用。这是因为在连年免耕、连年深松、免耕-深松处理下秸秆覆盖于地表，增加了表层有机物质的输入，且土壤翻动小，降低了有机质的矿化，促进土壤表层有机碳含量的增加以及团聚体的形成，从而使表层土壤各粒级团聚体有机碳含量以及ISOC0.25均有所增加；同时，由于连年免耕、连年深松、免耕-深松处理对土壤结构体破坏小，也进一步增加了对有机碳的保护作用。另外，免耕-深松处理对35～50 cm土层土壤各粒级团聚体有机碳含量以及ISOC0.25也有增加作用，这可能是因为免耕-深松处理的隔年深松耕作打破土壤犁底层，疏松底土，增加土壤透气性，促进作物根系生长发育，留下的根系残体较多，进而提高了深层土壤有机碳含量。

3.3 小麦产量和水分利用效率的变化及其与土壤性状的关系

本研究发现，与连年翻耕相比，免耕-深松处理可以显著提高小麦产量，且由相关性分析可知(表11)，小麦产量与20～35 cm土层的R0.25、ISOC0.25呈显著正相关，并与35～50 cm土层的SOC呈显著正相关，表明在免耕-深松处理下，土壤结构稳定性提高，有机碳含量增加，使作物生长环境得到改善，小麦产量增加，这与ZHANG等[31]研究结果一致。

在渭北旱塬地区水分短缺是制约农作物生长的重要因素，提高水分利用效率对作物增产有重要意义。通过相关分析发现，WUE与土壤水稳定性团聚体R0.25、MWD呈显著正相关，且与0～10 cm、10～20 cm、20～35 cm土层的MWD也呈显著正相关，表明土壤结构体大小和稳定性是影响小麦WUE关键因素，且随着土壤水稳定性团聚体R0.25、MWD的增加，土壤结构稳定性逐渐增强，提高了WUE。姬强等[32]研究表明，有机碳的增加会促进提高土壤水分利用效率。本研究发现WUE与SOC、ISOC0.25呈显著正相关，并与0～10 cm、10～20 cm、20～35 cm土层的ISOC0.25呈显著正相关，这表明有机碳的提高有利于促进提高土壤水分利用效率，且大于0.25 mm团聚体中的有机碳对作物的水分利用效率影响显著。在对比各处理的水分利用效率时，本研究发现，小麦/玉米轮作下水分利用效率高于小麦连作下对应耕作处理，这可能与小麦/玉米轮作下土壤有机碳含量较高，土壤结构相对较好，小麦生育期蓄水量较大有关。相对于连年翻耕，免耕-深松处理的水分利用效率增加显著，这主要是因为在免耕-深松处理下作物秸秆覆盖于土壤表层，减少了土壤水分的蒸发，增强了土壤蓄水能力，且隔年深松措施打破了犁底层，有利于增加土壤通透性，改善土壤结构，促进水分的传输，增强了土壤供给作物水分的能力，与前人研究结果一致[33]。

4 结论

(1)9年的田间定位试验表明，在渭北高原黑垆土地区，小麦/玉米轮作田耕层土壤大于0.25 mm水稳性大团聚体含量、水稳性大团聚体平均重量直径均高于小麦连作田，土壤结构更为稳定；且小麦/玉米轮作下土壤有机碳以及团聚体有机碳含量较高，更有利于土壤固碳。对比两种种植方式下的水分利用效率，小麦/玉米轮作下的水分利用效率也高于小麦连作方式。

(2)从耕作措施来看，相对于连年翻耕处理，连年免耕、连年深松处理主要增加了0～10 cm土层大于0.25 mm水稳性大团聚体含量、有机碳含量以及各粒级团聚体有机碳含量，并提高了表层土壤大于0.25 mm大团聚体有机碳贡献率。免耕-深松处理则均增加0～50 cm各土层的有机碳含量，且能提高0～10 cm和35～50 cm土壤R0.25、各粒级团聚体有机碳含量以及大于0.25 mm大团聚体有机碳贡献率。与连年翻耕处理相比，免耕-深松处理对小麦增产作用较大，且水分利用效率增加显著。综合来看，免耕-深松耕作不仅提高了土壤水稳性团聚体及有机碳的含量，且对提高小麦产量、水分利用效率也有显著效果，是该地区较适宜的耕作模式。