免耕结合覆盖措施对渭北旱塬黑垆土结构与团聚体有机碳含量的影响

2023-07-09周明星代子俊樊军付威郝明德

中国农业科学 2023年12期

周明星，代子俊，樊军,2，付威，郝明德,2

周明星1，代子俊1，樊军1,2，付威1，郝明德1,2

1西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌 712100；2中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌 712100

【目的】阐明长期免耕及覆盖措施对渭北旱塬农田土壤团聚体结构和有机碳含量的影响，探索改善区域土壤的适宜耕作措施。【方法】在连续16年的黑垆土田间定位试验中选择传统耕作（CT）、免耕无覆盖（NT）、免耕+秸秆覆盖（NS）、免耕+地膜覆盖（NP）、免耕+秸秆覆盖+地膜覆盖（NSP）等共5种田间管理措施，于2019年10月春玉米收获期采集0—40 cm土层土样，测定容重、团聚体粒级分布及有机碳含量。【结果】（1）免耕及覆盖措施（NT、NP、NS和NSP）影响了黑垆土容重和团聚体粒级分布。免耕及覆盖措施均提高了耕层（0—20 cm）土壤容重，其中0—10 cm土层容重提高7.1%—17.8%，犁底层容重和孔隙度变化与耕层相反。耕层大团聚体比例显著提高、微团聚体比例显著降低，促进耕层微团聚体向大团聚体的转化。各粒级团聚体重量百分比在耕层（0—20 cm）分布为：较大团聚体（0.25—2 mm）＞大团聚体（＞2 mm）＞微团聚体（0.053—0.25 mm）＞粉黏粒组分（＜0.053 mm），在犁底层（20—40 cm）为较大团聚体和粉黏粒组分显著高于大团聚体和微团聚体。（2）免耕及覆盖措施下有机碳含量随团聚体粒级增大而增加。在0—40 cm土层，NT处理各粒级团聚体有机碳含量均显著低于CT处理，而NS、NSP处理均显著高于CT处理。（3）耕层总有机碳累积以＞0.25 mm团聚体有机碳为主，犁底层以粉黏粒组分和较大团聚体有机碳为主。【结论】长期免耕及覆盖措施促进耕层微团聚体向大团聚体转化。与传统耕作相比，免耕和地膜覆盖均降低了耕层各粒级团聚体有机碳含量。而免耕覆盖（NS、NP和NSP）比免耕无覆盖（NT）均增加了各粒级团聚体有机碳含量。免耕结合秸秆覆盖（NS）显著改善土壤容重且对各粒级团聚体有机碳含量提升幅度最大，是最佳处理。

免耕；覆膜；秸秆覆盖；有机碳；团聚体；黑垆土；渭北旱塬

0 引言

【研究意义】渭北旱塬是黄土高原典型的旱作雨养农业区，该区域地力贫瘠、降雨时空分布不均等制约着主要粮食作物春玉米产量[1-2]。因此，通过不同耕作与覆盖措施改善土壤结构，提升土壤团聚体结构稳定性，增强土壤保肥性能是提高和稳定渭北旱塬地区春玉米产量的有效措施[3]。【前人研究进展】前人研究表明，以免耕、秸秆覆盖为代表的保护性耕作措施有蓄水保墒、培肥地力等重要功能。免耕能降低土壤容重，为土壤提供适宜气液比例[4]，促进作物生长发育。此外不同覆盖措施对改善土壤水肥状况和团聚体结构，提升地力等方面有显著作用[5]。聚乙烯薄膜覆盖保墒抑蒸效果较好，减少无效蒸发，还可以协同增强玉米“源-库”生产能力，增加籽粒产量[6-7]。秸秆覆盖具有调节土壤温度、疏松土壤、增加外源有机碳输入作用[5]，同时能够显著影响相对气体扩散率和饱和导水率等水气传输特性[8]，是旱作农田提高水肥利用效率的有效措施[9]。土壤容重和孔隙大小可以反映土壤松紧程度和肥力等状况[4]，土壤结构相关指标与有机碳含量密切相关[10]。团聚体作为土壤结构基本单元，其数量、分布和稳定性受耕作与覆盖措施影响显著[11]，同时作为矿质营养转化及微生物生存的场所，对土壤有机碳固存起物理保护作用。而有机碳作为重要的胶结物质，对团聚体的形成过程具有重要意义[12]。土壤质地、耕作方式、施肥方式等都会影响不同粒级团聚体含量，进而改变团聚体中有机碳含量，并影响其矿化速度[13]。国内外大量研究表明，大团聚体（＞2 mm）和粉黏粒（＜0.053 mm）中储存了大量的有机碳[14]，且秸秆还田能显著推动微团聚体向大团聚体转化[15]。李娟等[16]针对喀斯特山区石灰土研究发现，＞0.5 mm粒级团聚体有机碳贡献率最高，且1—5 mm粒级团聚体更有利于有机碳积累。MODAK等[17]对砂质壤土研究发现，传统耕作比免耕处理的大团聚体有机碳含量在0—5和5—15 cm土层分别低约30%和25%。【本研究切入点】目前，渭北旱塬农业区保护性耕作研究多集中于对根外土壤短期理化性质或单一养分转化循环[2-3,5,8-9]，而长期保护性耕作下土壤各粒级团聚体有机碳分布特征以及与土壤结构之间联系的研究相对缺乏，同时哪一种覆盖方式对团聚体有机碳提升作用最优尚不明确。【拟解决的关键问题】本研究通过探究长期免耕及覆盖措施对不同粒级团聚体有机碳分布和土壤结构的影响，探寻适合渭北旱塬区保持良好土壤结构和肥力的耕作措施，为旱地农业生产的可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

长期定位试验位于陕西省长武县西北农林科技大学长武农业生态试验站（35°14′ N、107°40′ E），属于典型旱作雨养农业区，为暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均降雨量584 mm，降水年际变化较大且时空分布不均，大多集中在7—9月，平均海拔高度约1 200 m，平均日照时数2 226 h[1-3]。试验区多年平均气温为9.1 ℃，1月份平均气温-4.7 ℃，7月平均气温22.1 ℃。土壤类型为黑垆土，母质类型为马兰黄土，土层深厚，孔隙度50%左右[8]。

1.2 试验设计

试验始于2004年，共设置12个处理，总面积为1 260 m2，小区采用随机区组设计，每个小区面积为35 m2（5 m×7 m），选择一年一熟的春玉米先玉335作为供试作物，采用宽窄行种植方式，宽行为60 cm，窄行为30 cm。本季春玉米于2019年5月10日播种，2019年10月1日收获。本研究选取了传统耕作（CT）、免耕无覆盖（NT）、免耕+秸秆覆盖（NS）、免耕+地膜覆盖（NP）、免耕+秸秆覆盖+地膜覆盖（NSP）共5个处理进行研究，处理具体信息见表1。每个处理均设3次重复，试验所用地膜为70 cm宽、0.015 mm厚的聚乙烯薄膜，每个小区均施氮肥（含N 46%）和磷肥（含P2O516%）作为基肥，氮肥施用量为150 kg N·hm-2，磷肥施用量为75 kg P2O5·hm-2，玉米生长期间不追肥[1]。

表1 试验处理详情

1.3 指标测定方法与数据计算

1.3.1 土壤团聚体分布与各粒级团聚体有机碳在2019年10月春玉米收获期间，于试验小区挖阶梯状剖面用铝盒分别采集0—10、10—20、20—30和30—40 cm土层土壤样品，将0—10和10—20 cm土层归为耕层，20—30和30—40 cm土层归为犁底层。湿筛法中土样预湿方式和湿筛方式是影响水稳性团聚体粒级分布的重要因素，不同的方法所得结果差异很大[18]，同时预湿过程不能保证每次土样的湿润速度相同，不能反映土壤的真实状况，因此本试验采用干筛+湿筛结合的方法[19]，筛分成7级颗粒组分，尽量减少预湿和湿筛过程中人为因素所造成的误差对试验结果的影响。具体步骤为待土样自然风干后，去除掉小石块和植物残根，过8 mm筛，然后称量200 g风干土样，干筛分成＜0.053、0.053—0.25、0.25—0.5、0.5—1、1—2、2—5、5—8 mm不同粒级团聚体，称重并计算其各组分质量比例，按照比例配50 g土样用于湿筛测定[19]。通过湿筛法分离、取得7级颗粒组分，将5—8、2—5 mm粒级团聚体的百分比相加归为大团聚体（＞2 mm），1—2、0.5—1和0.25—0.5 mm粒级团聚体的百分比相加归为较大团聚体（0.25—2 mm），其余粒级保持不变，分别是微团聚体（0.25—0.053 mm）和粉黏粒组分（＜0.053 mm）[14,19]。利用重铬酸钾-外加热法测定各粒级水稳性团聚体有机碳含量。

团聚体有机碳贡献率（%）=[团聚体有机碳含量（g·kg-1）×团聚体含量（%）/土壤有机碳含量]×100。

1.3.2 土壤容重与总有机碳在阶梯状剖面每个土层的中部取环刀样2个，用于测定土壤容重。每个小区采用5点取样法，通过4分法处理土样，利用重铬酸钾-外加热法测定全土总有机碳含量。

1.4 数据分析与绘图

通过Excel 2010整理和统计的基础试验数据进行分析，在不同处理和不同粒级之间通过SPSS 20对数据进行单因素方差分析（one-way ANOVA）和Duncan法进行多重比较，对全土总有机碳和各粒级团聚体有机碳进行Pearson数据分析，并通过Origin 2018绘图。

2 结果

2.1 耕作覆盖措施对黑垆土团聚体结构的影响

2.1.1 团聚体分布特征免耕及结合覆盖措施显著影响了黑垆土团聚体粒级分布（＜0.05），团聚体粒级分布在耕层呈现：较大团聚体＞大团聚体＞微团聚体＞粉黏粒组分；在犁底层呈现较大团聚体和粉黏粒组分数量显著高于大团聚体和微团聚体。在耕层（图1-a、1-b），与CT相比，其余处理均显著提高大团聚体比例，NSP处理在0—10和10—20 cm土层分别达到最大值（35.3%、28.6%），显著提高了17.7%和9.2%。但犁底层NS处理在20—30 cm土层大团聚体数量达到最大（19.9%）（图1-c），免耕及覆盖措施对30—40 cm土层大团聚体的影响未达显著水平（图1-d）。

方柱上不同字母表示相同粒级不同处理在0.05水平差异显著

免耕及结合覆盖措施下微团聚体所占比例在耕层均呈显著降低趋势，其中NT处理微团聚体数量在0—10、10—20 cm土层分别达到最小值（7.8%、6.2%），较CT处理分别显著降低了12.9%、14.6%，在犁底层NT、NP处理显著降低了微团聚体比例，但NS处理能提高微团聚体所占比例，且在30—40 cm土层差异显著。免耕及不同覆盖措施下粉黏粒组分逐渐向下层积累，各处理耕层粉黏粒所占比例均低于犁底层，特别在0—10 cm表层土壤差异显著，其中NS处理0—10 cm土层粉黏粒比CT处理显著降低了4.5%。

2.1.2 容重和总孔隙度耕层容重均小于犁底层，整体呈随深度增加而增加（表2）。0—10 cm土层，与CT处理相比，免耕及结合覆盖措施均提高了耕层土壤容重，增幅显著达7.1%—17.8%；在20—30 cm土层则相反，降幅显著，达6.3%—10.5%。与NT处理相比，结合覆盖措施均提高了犁底层土壤容重，且NS和NSP处理在30—40 cm土层差异显著；NS处理0—10 cm土层的土壤容重显著降低了6.4%，NP和NSP在耕层则差异不显著。NP和NSP相比NS处理均提高了耕层土壤容重，且NP处理0—10 cm土层差异显著（表2）。总孔隙度与土壤容重在耕层和犁底层所呈现的规律相反。

表2 不同耕作覆盖措施下0—40 cm土层的容重

同列数据后不同小写字母表示同一土层不同处理间差异显著，同行数据后不同大写字母表示同一处理在不同土层间差异显著(＜0.05)

Different lowercase letters after the data in the same column indicate significant differences between treatments in the same soil layer, and different capital letters after the data in the same column indicate significant differences between treatments in the same soil layer (＜0.05)

2.2 耕作覆盖措施对黑垆土有机碳分布特征的影响

免耕及结合覆盖措施对黑垆土剖面土壤有机碳含量有一定影响（表3），各处理有机碳含量呈现随土层由浅向深递减。与CT相比，NT处理在0—40 cm土层有机碳含量降低了1.6%—12.5%，NS和NSP处理均提高了各土层有机碳含量，其中NS处理各土层有机碳含量显著提高了17.1%—24.9%，但NP处理提高了犁底层、降低了耕层有机碳含量。

相同粒级团聚体有机碳分布在免耕及结合覆盖措施下差异显著（＜0.05）（图2）。不同处理同粒级团聚体有机碳含量在耕层（0—20 cm）呈现：NS＞NSP＞CT＞NP＞NT。与CT处理相比，NS（17.5%—41.3%）和NSP（2.8%—11.87%）处理各粒级团聚体有机碳含量在耕层均显著提高，NT、NP处理均显著降低。与NS处理相比，NP（14.4%—31.0%）和NSP（7.7%—21.0%）处理使耕层各粒级团聚体有机碳含量显著下降。在犁底层（20—40 cm）中（图2-c、2-d），NS、NSP处理的各粒级团聚体有机碳含量均显著高于CT处理。与NT处理相比，结合覆盖措施（NS、NP和NSP）均增加了0—40 cm土层各粒级团聚体有机碳含量，其中NS和NSP处理差异显著。在0—40 cm土层同处理不同粒级团聚体下有机碳含量均随着团聚体粒级增大而增加，且各处理中大团聚体有机碳含量与微团聚体和粉黏粒有机碳含量差异显著（图2）。

表3 不同耕作覆盖措施下0—40 cm土层总有机碳含量分布

同列数据后不同小写字母表示相同土层不同处理间总有机碳含量在0.05水平下差异显著

Different lowercase letters after the data in the same column indicate significant differences in total organic carbon content between different treatments in the same soil layer at the 0.05 level

方柱上不同大写字母表示不同处理下相同粒级团聚体有机碳含量在0.05水平上差异显著，不同小写字母表示相同处理下不同粒级团聚体有机碳含量在0.05水平上差异显著

2.3 不同耕作覆盖措施下土壤总有机碳与团聚体有机碳含量的相关性

土壤总有机碳与各粒级团聚体有机碳含量表现出正相关关系（图3）。耕层（0—20 cm）大团聚体、较大团聚体有机碳与总有机碳含量呈极显著正相关（＜0.01），微团聚体有机碳含量与总有机碳含量呈显著正相关（＜0.05），2值分别为0.954、0.989和0.904。在犁底层，土壤总有机碳含量与各粒级团聚体有机碳含量表现出正相关关系，其中较大团聚体和粉黏粒有机碳含量与总有机碳含量呈极显著正相关（＜0.01），2值分别为0.984和0.996。大团聚体和微团聚体有机碳含量与总有机碳含量呈显著正相关（＜0.05），2值分别为0.868和0.809。

2.4 耕作覆盖措施对团聚体有机碳贡献率的影响

免耕及结合覆盖措施影响了各粒级团聚体有机碳贡献率（图4），不同粒级团聚体有机碳贡献率与粒级分布规律相同。具体而言，免耕及结合覆盖措施均增加了耕层大团聚体有机碳贡献率，但犁底层与耕层不同，30—40 cm土层差别不大，而20—30 cm土层大团聚体有机碳贡献率均增加，其中NS、NSP处理增加了12.9%、13.1%。免耕及免耕结合覆盖措施均降低了耕层微团聚体有机碳贡献率，其中NT（12.5%—14.2%）和NS（5.2%—8.9%）处理降幅显著。NT、NP处理微团聚体有机碳贡献率在20—30和30—40 cm土层则分别降低了5.3%、4.0%和13.7%、8.3%。

图3 不同耕作覆盖措施下土壤总有机碳含量与各粒级团聚体中有机碳含量相关性

图4 不同耕作覆盖措施下0—40 cm土层各粒级团聚体有机碳贡献率

不同耕作与覆盖措施下粉黏粒有机碳贡献率呈现耕层小于犁底层（图4），特别是0—10 cm土层显著低于犁底层。与CT处理相比，NP（4.7%—7.8%）和NS（5.6%—6.5%）处理粉黏粒有机碳贡献率在犁底层均提高，而NT处理降低了1.4%和4%，且NT处理耕层粉黏粒有机碳贡献率与犁底层相反，在0—10、10—20 cm土层分别提高了1.5%和5.4%。

3 讨论

3.1 保护性耕作措施下的土壤结构

长期免耕及结合覆盖措施（NT、NP、NS和NSP）对土壤容重和不同粒级团聚体的分布有显著影响，促进耕层微团聚体向大团聚体转化，其中以秸秆覆盖效果最显著，这与闫雷[11]、高洪军等[15]研究结果一致。可能由于免耕结合覆盖措施导致团聚体内部机械组成、菌丝胶结状况发生改变[14,16]。覆盖的秸秆能够促进蛋白质、多糖等土壤黏合剂的产生[20]，有助于腐殖质和腐殖酸增加[21-23]，更适于微生物生长，从而利于土壤微小颗粒包裹，促进耕层微团聚体向大团聚体转化。本研究结果显示长期保护性耕作降低犁底层容重但提高耕层容重，这与KETEMA等[24]对深色淋溶土的研究结果一致。主要因为免耕导致凋落物分解率降低、土壤扰动减少[25]。此外本研究显示粉黏粒（＜0.053 mm）在0—10 cm表层积聚较少，逐渐向下层积累。在干旱半干旱区，土壤容重会影响水分自然耗散[26]，团聚体形成过程受容重、孔隙度和土壤水分等因素的影响，刘萌等[8]研究发现，免耕覆盖措施能显著提高犁底层饱和导水率和导气率，因此耕作与覆盖措施对容重等土壤结构的改变能显著影响水气传输特性，也是造成粉黏粒数量向下层累积、对30—40 cm土层大团聚体比例提高效果不显著的原因之一。土壤抗剪强度也会显著影响团聚体中黏粒含量动态变化[27]，相对下层土壤，表层（0—10 cm）土壤更易受人为扰动，也会造成粉黏粒向下层累积。

土壤质地是影响水稳性团聚体分布的重要因素之一。前人针对亚热带地区黄壤土[28]、黄土高原东部丘陵区壤质黄土[29]开展了长期试验，结果一致表明不同施肥和保护性耕作下以＞0.25 mm团聚体为主，这与本研究结果相似。武均等[25]对黄土高原半干旱丘陵沟壑区黄绵土研究发现免耕各土层均以＜0.25 mm团聚体含量居多，≥5 mm团聚体次之。MODAK[17]对砂壤土研究发现传统耕作微团聚体比例比免耕处理高约51%，均与本研究结果不同。

3.2 保护性耕作措施下土壤有机碳分布特征

作为土壤有机物质平衡状态和转化速率的微观表征，各粒级团聚体中有机碳含量对于调控土壤肥力和土壤碳汇具有重要意义[30]。本研究结果显示NP、NS和NSP处理0—40 cm各土层有机碳含量均呈现大团聚体显著高于微团聚体和粉黏粒组分，与MESSIGA等[31]研究结果一致。大团聚体周转速度较慢，以及秸秆和地膜对土壤的物理保护造成大团聚体有机碳含量较高[25]；另一方面有机物质与土壤矿物结合[32]，二者表面形成的强键降低了微生物对有机碳的可用性，显著降低大团聚体有机碳矿化率[27]。有机碳浓度与土壤容重、渗透阻力和团聚体稳定性等土壤结构的变化密切相关且主要集中于0—10 cm表层土壤[10]。本研究发现秸秆覆盖比无覆盖能显著降低 0—10 cm土层的土壤容重，并且该层土壤总有机碳含量和各粒级团聚体有机碳含量提高效果最优，从而验证了土壤物理结构的变化与有机碳含量密切相关这一观点。

本研究对黑垆土长期（16年）定位研究发现免耕无覆盖措施比传统耕作显著降低0—40 cm土层有机碳含量，但结合覆盖措施均能增加0—40 cm土层各粒级团聚体有机碳含量，且以秸秆覆盖提升效果最优。但有研究表明，与传统耕作相比，免耕无覆盖能够显著提高0—40 cm土层潴育型水稻壤土[33]和褐土[34]的各粒级团聚体有机碳含量。李琳等[35]对河北地区潮褐土研究认为免耕秸秆还田只提高0—10 cm土层有机碳含量，这均与本研究结果不同。在给定的气候区域内，控制土壤有机碳水平的关键因素是土壤质地[14]，质地决定了土壤通气性，进而影响微生物和酶活性，另外免耕能通过矿物的化学吸附与团聚体的物理保护降低本底碳的激发效应[29]，从而导致了有机碳含量不同。地膜覆盖导致耕层地表温度显著提高，使有机质的分解速度加快[8]，显著降低耕层（0—20 cm）土壤有机碳含量。此外覆膜提高了耕层土壤容重，影响了有机碳转化的微环境，从而改变微生物多样性和关键类群[36]。赵晶等[37]在本试验田的前期研究发现，免耕不覆盖比传统耕作生物产量降低了1.4%，而免耕配合覆盖措施（NP、NS和NPS）生物产量平均提高了5.0%—39.4%。因此针对渭北旱塬地区黑垆土而言，免耕配合覆盖才是提升作物产量的有效措施。综上所述，针对提升黑垆土有机碳含量、玉米产量及改良土壤结构而言，免耕秸秆覆盖是最佳处理。

3.3 保护性耕作措施下团聚体对有机碳累积的影响

各粒级团聚体含量变化是引起团聚体养分贡献率变化的主导因素[38]。本研究结果显示，在耕层土壤总有机碳累积主要受较大和大团聚体有机碳含量的影响，而犁底层主要受较大团聚体与粉黏粒组分有机碳的影响，这与李娟等[16]研究结果相似。保护性耕作措施改变土壤环境条件（总孔隙度、容重等），通过微生物群落组成[32]和酶活性[38]来影响有机碳累积。有机碳含量可以显著影响不同粒级团聚体的转化[39]。孙天聪等[40]研究表明，在黄土高原地区2—5 mm团聚体是土壤矿质营养成分的主要载体，各粒级团聚体有机碳含量可以作为指示因子判断渭北旱塬地区团聚体有机碳的变化。加强对各粒级团聚体分布特征和团聚体有机碳含量的研究，可以进一步了解渭北旱塬土壤碳素循环与转化及其稳定性。而且有机质的重要组分土壤腐殖物质（胡敏酸、富里酸、胡敏素等）与水稳性团聚体有着密切联系，因此今后应开展相关试验，探究各粒级团聚体内部腐殖物质的含量及结构的关系，为渭北旱塬地区黑垆土的耕地质量提升提供理论支撑。

4 结论

4.1 免耕及结合覆盖措施影响了黑垆土容重和团聚体的分布。长期免耕及结合覆盖措施（NT、NP、NS和NSP）均提高了耕层（0—20 cm）土壤容重，其中0—10 cm土壤容重显著提高7.1%— 17.8%，促进耕层土壤微团聚体向大团聚体的转化，其中免耕秸秆覆盖大团聚体数量在0—10和10—20 cm土层增幅分别为11.9%和4.8%，其微团聚体数量的降幅为4.7%和9.2%。

4.2 与传统耕作相比，免耕无覆盖和免耕地膜覆盖分别降低了黑垆土0—40 cm土层和耕层（0—20 cm）各粒级团聚体有机碳含量。但与免耕无覆盖相比，结合覆盖措施（NS、NP和NSP）均增加了0—40 cm土层各粒级团聚体有机碳含量。覆盖措施中，单独秸秆覆盖对0—40 cm土层各粒级团聚体中有机碳含量提高效果最优（10.4%—41.3%），且0—10 cm土层的土壤容重显著降低了6.4% ，是免耕不同覆盖措施中改善土壤结构和提高土壤有机碳含量的最佳处理。

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Effect of No-Tillage Combined with Mulching on the Structure and Organic Carbon Content of Aggregates in Heilu Soil of the Weibei Dry Plateau

ZHOU MingXing1, DAI ZiJun1, FAN Jun1, 2, FU Wei1, HAO MingDe1, 2

1State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shaanxi;2Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, Shaanxi

【Objective】The aim of this study was to clarify the effects of long-term no-tillage and mulching measures on soil aggregate structure and organic carbon content in Weibei dry plateau farmland, and to explore suitable tillage measures to improve the local soil.【Method】On the basis of continuous 16-year field positioning experiments, a total of 5 field management measures were selected as experiment treatments, including traditional tillage (CT), no-tillage and no mulch (NT), no-tillage + straw mulch (NS), no-tillage + plastic film mulching (NP), and no-tillage + straw + plastic film mulching (NSP). The 0-40 cm ring knife and profile soil samples were collected during the spring maize harvest in October 2019, and the bulk density, aggregate particle size distribution and organic carbon content were determined.【Result】(1) No-tillage and mulching measures (NT, NP, NS and NSP) affected the bulk density and aggregate size distribution of Heilu soil. No-tillage and mulching measures both increased the soil bulk density of the plough layer (0-20 cm), of which 0-10 cm increased significantly (6.8%-17.8%). The changes of bulk density and porosity of the plough layer were opposite to those of the plough layer. The proportion of micro-aggregates was significantly reduced, which promoted the transformation of micro-aggregates into macro-aggregates. The weight percentage of aggregates of each particle size in the plough layer (0-20 cm) was distributed as follows: larger aggregates (0.25-2 mm)＞large aggregates (＞2 mm)＞micro aggregates (0.053-0.25 mm)＞powder. The clay fraction (＜0.053 mm), the larger aggregates and silty clay fractions in the plow bottom layer (20-40 cm) were significantly higher than the macroaggregates and microaggregates. (2) Under no-tillage and mulching measures, the organic carbon content increased with the increase of aggregate particle size. In the 0-40 cm soil layer, the organic carbon content of the aggregates of each particle size under NT treatment was significantly lower than that under CT treatment, while the NS and NSP treatments were significantly higher than those under CT treatment. (3) The particle size distribution of aggregates was the dominant factor causing the change of the nutrient contribution rate of aggregates. The total organic carbon accumulation in the plough layer was dominated by aggregates＞0.25 mm, and the plough layer was mainly composed of silty clay components and organic carbon in larger aggregates. 【Conclusion】Long-term no-tillage and mulching measures promoted the transformation of micro-aggregates into macro-aggregates in the plough layer. Compared with traditional tillage, no-tillage and plastic film mulching decreased the organic carbon content of aggregates of various particle sizes in Heilong soil and in the plough layer, respectively. However, no-tillage mulching (NS, NP and NSP) increased the organic carbon content of aggregates of each particle size compared with no mulching. Straw mulching alone had the best effect, and significantly improved the bulk density and the organic carbon content of each particle size aggregate increased the most, which was the best treatment in this study.

no-tillage; coated; straw mulching; organic carbon; aggregate; Helu soil; Weibei dry plateau