不同秸稈還田方式對土壤水分特征曲線的影響

摘要：為選擇有效的秸稈還田方式，通過長期定位試驗和室內分析相結合的方式探究不同秸稈還田方式下土壤水分特征曲線變化。設置常規耕作（CK）、秸稈翻埋（SO）、秸稈輪耕還田（SR）、秸稈碎混還田（SCM）、秸稈覆蓋還田（SM）、秸稈留高茬還田（HSR）、秸稈條帶還田（SP）共7個處理，通過水分特征曲線適宜模型的篩選、土壤水分常數及比水容量等的測定，研究秸稈還田方式對土壤持水性能的影響。結果表明，利用Gardner、Rational和指數模型將實測的數據進行擬合，Gardner方程擬合效果好，均方根誤差、絕對平均誤差、相對誤差較小，決定系數（R2）均大于0.990 0，可以作為適宜的土壤水分曲線模型。通過土壤水分特征曲線方程發現，土壤水吸力在壓力膜儀內低吸力時土壤含水量最高，隨著壓力值的不斷增大，土壤水分含量呈降低趨勢，曲線的高度代表土壤持水能力的大小，各處理在0—20 cm耕層表現為SOgt;SRgt;SCMgt;SMgt;HSRgt;SPgt;CK，在20—40 cm犁底層表現為SOgt;SCMgt;SRgt;SMgt;HSRgt;SPgt;CK，秸稈還田處理與CK相比均有增大，SO處理在各土層的持水性較高。秸稈還田可以提升土壤持水性能，其中，SO處理水分特征曲線較高，土壤持水能力最好，可作為適合東北西部地區適宜的秸稈還田方式。

關鍵詞：秸稈還田；土壤水分常數；土壤水分特征曲線；黑鈣土

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0695

中圖分類號：S152.7 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2025）03017211

水分是土壤必不可少的結構元素，是土壤進行物質轉化和能效輸送的關鍵，也是整個土壤環境內物質轉移和遷流的媒介。在植物生長發育過程中，新陳代謝都以水分為基礎條件才能進行，土壤水分供應不足會影響作物生長發育，干旱嚴重時會萎蔫甚至死亡，從而影響作物產量[1]。東北西部農業區是我國典型的半干旱農業區[2]，也是東北主要的玉米種植區[3]。近年來，東北西部地區缺水化表現十分明顯，水資源短缺已成為影響東北西部地區玉米生產的主要因素之一，農業受旱災影響損失巨大[4-5]。研究表明，通過秸稈還田可以改善土壤的水分狀況[6]，減少干旱的影響。當前關于秸稈還田對土壤水分研究多以秸稈覆蓋的方式為主，或者從秸稈還田深度進行分析 [7-8]。李亞貞等[9]研究秸稈覆蓋對季節性干旱期剖面水分動態變化發現，秸稈覆蓋可以顯著降低土壤溫度，提高干旱期土壤剖面水分含量，減少耕層土壤水分蒸發，延長耕層土壤抗旱天數，有效抑制作物減產。秸稈還田在水分下滲過程中具有阻滯作用，使水分停留在秸稈層，增大淺層腐殖質土壤的含水量[10]。合理的耕作方式和秸稈還田方式不僅有利于作物根系對水分的吸收，額外貯存水分、調節土層間的水分，改善土壤結構，引起土壤水、肥、氣、熱等變化[11]，還可節約時間和勞動成本，避免由于傳統耕作方式對土壤肥力的破壞。秸稈還田能通過增加土壤孔隙度，增強土壤保蓄水分的能力[12]，從而影響土壤水分特征曲線，有效提升土壤的含水率[13]。因此，在干旱背景下，選擇合理的秸稈還田方式，可提高土壤水分含蓄能力，對東北西部玉米抗旱減災保產，保障國家糧食安全具有重要意義。

土壤水分特征曲線是反映土壤水吸力與含水量之間函數關系的曲線[14]。土壤水分特征曲線對土壤水分的保持、供應、轉移研究有重要意義。通過土壤水分特征曲線可以了解土壤的持水能力、毛細管吸附力等特性，從而合理確定灌溉水量和灌溉頻次，保持土壤水分在適宜范圍內；土壤水分特征曲線對土壤中的有效水分量和保持水分量有所提示，可指導施肥管理；通過監測土壤水分特征曲線的變化可以提前預測干旱風險，及時采取措施調整水分管理策略，減輕干旱對作物產量的影響；合理的水分管理有助于促進土壤微生物的活動、提高土壤有機質含量，從而改善土壤結構，增強土壤保水保肥能力，提高作物產量和品質。綜上所述，土壤水分特征曲線在秸稈還田方式下的水分管理中是不可或缺的工具，科學地利用土壤水分特征曲線，可以實現有效的水分管理，提高農田的生產力和生態環境的可持續性。關于土壤特征曲線研究主要將土壤水的試驗測定數據進行曲線擬合，并建立經驗模型，國內外常用的土壤水分特征曲線模型有Van-Genuchten[15]、Dualporosity[16]、Frdlund-Xing[17]、Gardner[18]、Kosugi[19]、Brooks-Corey 模型[20] 等，其中，應用最廣泛的是Van-Genuchten[21]模型。

影響土壤水分特征曲線的因素包括土壤孔隙度、容重、有機質、土壤質地等土壤理化性質，而秸稈還田通過影響土壤理化性質對土壤水分特征曲線產生影響。目前已有很多關于土壤水分特征曲線的研究，但通過不同秸稈還田方式來影響土壤水分特征曲線的研究還未見報道。李源等[22] 通過研究中國西南水梯田的土壤水分特性，明確影響哈尼梯田土壤特征曲線的主導因素是土壤顆粒組成。秦文靜等[23]基于3個代表性水成土剖面的土壤水分測定并擬合水分特征曲線的測量，得出結構、質地、有機質含量對低吸力段土壤水分特征曲線的影響機制。秦文靜等[24]為獲得高精度的土壤水分特征曲線，以6種質地的黃土高原區原狀黃土為研究對象，利用 Hyprop 儀測定原狀黃土的土壤水分特征曲線，通過 Hyprop Fit 軟件中的不同模型對實測數據進行擬合，得到各土樣土壤水分特征曲線的模型參數，將計算值與測定值進行比較分析，最終確定了最適宜原狀黃土土壤水分特征曲線的Frdlund-Xing 預測模型。毛妍婷等[25]研究壟作方向對不同破位紅壤坡耕地耕層土壤水分特征曲線方程的影響，使用壓力膜儀測定各處理在不同水吸力狀態下的土壤含水量，并應用 Van-Genuchten 模型擬合土壤水分特征曲線，分析影響土壤持水的因素。

生產實踐中，解決土壤干旱對作物生長發育的影響，提高土壤對水分的保蓄能力是主要措施。土壤水分狀況受秸稈還田方式的影響。關于秸稈還田對土壤水分變化的影響大多集中在土壤水分利用效率、容積內含水量的變化、田間持水量等方面，針對秸稈還田方式對土壤水分特征，尤其是秸稈還田條件下土壤水分特征曲線變化的研究較少。研究秸稈還田下土壤水分特征曲線對田間水分管理具有重要意義，可為東北西部半干旱農耕區篩選高效高收益的秸稈還田方式，為抗旱減災培土技術措施的提出提供理論實踐。