旱地免耕全膜双垄沟播的水热效应及其对耕层土壤碳氮代谢的影响

旱地免耕型全膜双垄沟播技术目前在生产上被大面积推广应用，但对其增产机理及土壤环境效应没有深入探讨，尤其在作为耕地质量和土壤健康状况主要评价因子的碳氮代谢方面缺乏必要的研究分析。为探明免耕型全膜双垄沟播技术对耕层土壤碳氮代谢过程和结果的影响，并科学评价该技术的耕地质量和环境效应，本研究在大田试验条件下，分别在400-450mm和500-550mm 降雨量的旱作区对免耕型全膜双垄沟播玉米-蚕豆-玉米轮作体系的耕层土壤碳氮组分和密度、土壤温度、湿度、土壤呼吸进行观测，并在室内对土壤硝酸还原酶、脲酶和转化酶活性、pH值、有机C和土壤N的矿化速率进行测定，研究全膜双垄沟播栽培模式对耕层土壤碳氮代谢及其驱动因素的影响，阐明作物体系和土壤有机碳氮代谢的相互作用，分析水热条件-酶类活性-矿化速率-碳氮组分密度之间的关系，明确该项技术的耕地质量和土壤环境效应，为该技术的完善发展和可持续开发利用提供理论支持。

PMF提高玉米苗期-抽雄期0-25cm土壤平均温度并增大拔节期前土壤温度梯度，显著改善玉米拔节期0-200cm土壤水分条件，促进前期营养生长；在玉米生育中后期，PMF因前期累积的较大营养体促进了生殖生长阶段耗水，尤其是灌浆期，促进玉米生育后期光合产物向籽粒转移，促进籽粒灌浆，在玉米对光热水资源更好利用的基础上，玉米穗部性状得到最大程度的改善，穗长、穗粒数、粒重显著增加，产量和水分利用效率（包括WUEb和WUEg）显著提高，但代价却是土壤蓄存水分的大量消耗。两年种植期间耗水深度从20-120cm向120-200cm推移，连续种植两年后，0-200cm土壤耗水量达163.6 mm，40-120cm土壤含水量下降至7.9%，接近萎蔫系数7.2%，玉米只能靠当年降水生长，土壤水分平衡被打破和土壤水分生态环境被恶化的潜在风险增加。可见，PMF对作物和土壤环境的一系列效应均在温度梯度驱动下热量和水分的上下迁移过程中完成，而且这一过程对玉米生产有利，对土壤水分环境不利。PMF和SM对土壤有机质和速效磷含量影响不大，并未使硝态氮和铵态氮在土壤中累积，但趋势不稳定，仍需进一步观测。