材料與方法

1.材料

試驗(yàn)用土壤采自于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊農(nóng)場(chǎng)，其物理特性為顆粒分析值2~0.5，0.5~0.075，0.075~0.01，＜0.01分別為4.1，2.66，1.39，1.17。比重2.66，密度1.39g•cm-3，干密度1.17g•cm-3，內(nèi)聚力25kN•m-2。試驗(yàn)深施用材料為大豆、玉米和水稻3種作物秸稈，試驗(yàn)之前將各種秸稈粉碎成2~8cm。

2.方法

將土壤分別置于四個(gè)底面積為0.5×1m2高度約為0.5m的鐵制矩形土槽內(nèi)，并將土槽編號(hào)1~4號(hào)。然后將1、2、3號(hào)土槽內(nèi)分別埋入大豆秸稈、玉米秸稈和水稻秸稈。由試驗(yàn)測(cè)得：當(dāng)深施秸稈上方承受體積為1.00m×0.05m×0.20m（長(zhǎng)×寬×高）土壤的重量（13.9kg）時(shí)，其體積保持1.00m×0.05m×0.08m所需的秸稈量分別為：大豆秸稈0.50kg，水稻秸稈0.34kg，玉米秸稈0.39kg。秸稈深施位置與尺寸如圖1所示。4號(hào)土槽作為對(duì)照組不埋入秸稈。土槽放置在室內(nèi)，以便于調(diào)控溫度、濕度、風(fēng)力等試驗(yàn)條件。在秸稈深施半個(gè)月、9個(gè)月與22個(gè)月后，采用人工降水的方法，降水量按黑龍江省平均降雨量（30mm）設(shè)定，在不產(chǎn)生徑流的條件下，把水均勻地降在土壤表面。降水后每隔12h使用FD-T型土壤水分儀分別在距秸稈深施兩側(cè)10、20、30cm處測(cè)定土壤深度為5、10、15、20cm的土壤含水量，連續(xù)測(cè)試6d，以土壤含水量3次測(cè)試的平均值作為分析依據(jù)。土壤水分儀采用高周波原理，數(shù)字顯示，傳感器與主機(jī)合為一體，分辨率為0.1%，可實(shí)現(xiàn)快速測(cè)試。

結(jié)果與分析

秸稈深施后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，秸稈腐解，不僅體積發(fā)生變化，其物理特性也要改變，前4周內(nèi)主要腐解秸稈中的根、葉等較容易腐解組織，4周后腐解秸稈中的較難腐解的莖，速度減慢。16周后僅剩下非常難腐解的纖維素和半纖維素，腐解速度非常緩慢[7-8]。在不同腐解狀態(tài)下秸稈呈現(xiàn)出不同性狀，對(duì)其蓄水效果有直接影響作用。冬季氣溫低，秸稈腐解速度明顯低于夏季。另外夏季是作物耕作生長(zhǎng)期，土壤中的水分對(duì)作物生長(zhǎng)有直接影響。因此本研究的測(cè)試時(shí)間均設(shè)定為每年的夏季，對(duì)應(yīng)秸稈深施后的時(shí)間分別為半個(gè)月、9個(gè)月和22個(gè)月，其土壤含水量測(cè)試結(jié)果分析如下。

1.秸稈深施半個(gè)月后土壤含水量變化

秸稈深施半個(gè)月，5、10、15、20cm土層降水12h后土壤含水量變化如圖2所示。大豆秸稈與玉米秸稈組水分變化曲線與對(duì)照組差異顯著（P<0.05），表明大豆秸稈與玉米秸稈組具有延緩含水量下降的作用。水稻秸稈組曲線接近于對(duì)照組，且與對(duì)照組無顯著差異，表明水稻秸稈組對(duì)土壤含水量變化影響不大。如圖2a所示，在5cm土層處各組土壤含水量比其他深度土層處土壤含水量稍小，主要由于其接近地表，水分蒸發(fā)與滲透快。對(duì)照組反映出自然狀態(tài)下降水后土壤水分的變化規(guī)律，即下降速度逐漸減緩，符合自然狀態(tài)水分散失規(guī)律[9]。隨著降水時(shí)間的延長(zhǎng)各組總體含水量均呈下降趨勢(shì)，大豆秸稈和玉米秸稈組分別比對(duì)照組土壤含水量平均高3.7%和4.1%。水稻秸稈組含水量變化曲線與對(duì)照組接近且無顯著差異，即水稻秸稈組對(duì)5cm土層土壤含水量無明顯影響。大豆秸稈與玉米秸稈組土壤含水量變化趨勢(shì)相近。在降水后12h大豆秸稈與玉米秸稈組的土壤含水量與對(duì)照組基本相同，在24~96h各時(shí)間點(diǎn)上均明顯高于對(duì)照組，且土壤含水量下降速度緩慢；在96h之后與對(duì)照組接近，都趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)土壤表面已經(jīng)比較干燥并出現(xiàn)裂隙；對(duì)照組在24~96h初期含水量下降速度較快，說明深施大豆秸稈與玉米秸稈在降水后96h內(nèi)，能有效減緩?fù)寥浪稚⑹俾剩３直葘?duì)照組更高的土壤含水量。如圖2b、2c所示，在10與15cm土層處，各組在各時(shí)間點(diǎn)上土壤含水量均大于5cm土層，且土層越深，水分越大。在10與15cm土層處各組土壤含水量變化總體趨勢(shì)與5cm土層處相似。在10cm土層處大豆秸稈和玉米秸稈組分別比對(duì)照組含水量平均高4.5%和4.3%，在15cm土層處分別高出對(duì)照組4.3%和3.3%，均高于5cm處土壤含水量。在深度方向上接近秸稈深施處，蓄水效果增強(qiáng)。如圖2d所示，在20cm土層處由于其深度大，水分蒸發(fā)緩慢，各組在各時(shí)間點(diǎn)上土壤含水量均較其他深度土層大。各組土壤水分變化曲線均呈緩慢下降趨勢(shì)，大豆秸稈與玉米秸稈組的土壤含水量明顯高于對(duì)照組，分別比對(duì)照組平均高2.6%和2.3%。在5~15cm土層處，隨著深度的增加土壤含水量與對(duì)照組差異增大，在20cm土層深度處，土壤水分蒸發(fā)緩慢，各秸稈組土壤含水量與對(duì)照組差異小于15cm土層處。

2.秸稈深施9個(gè)月后土壤含水量變化

圖3為深施秸稈9個(gè)月（第二年夏季）、土壤降水12h后，其深度為5、10、15、20cm土層的土壤含水量變化情況。在不同土層各組土壤含水量均呈緩慢下降趨勢(shì)，且土層越深平均含水量越大。在5、10cm土層，各秸稈組的土壤含水量與對(duì)照組均無顯著差異，在15cm土層中的玉米秸稈組和水稻秸稈組與對(duì)照組、20cm土層中的玉米秸稈組及水稻秸稈組和大豆秸稈組與對(duì)照組的土壤含水量存在顯著差異（P<0.05）。15cm土層處玉米秸稈組和水稻秸稈組分別比對(duì)照組含水量平均高1.1%和0.9%，20cm土層處各秸稈組土壤含水量均高于對(duì)照組，玉米秸稈與水稻秸稈組接近，平均比對(duì)照組含水量高2.3%和2.4%，大豆秸稈組平均比對(duì)照組含水量高1.2%。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，秸稈逐漸腐解，秸稈體積變小，對(duì)周圍土壤蓄水效果影響減小，秸稈深施在5和10cm土層的蓄水作用已不明顯，但在15和20cm土層的蓄水作用依然存在。

3.秸稈深施22個(gè)月后土壤含水量變化

圖4為秸稈深施22個(gè)月（第三年夏季）土壤降水12h后，其深度為5、10、15、20cm土層的土壤含水量變化情況，可看出各組土壤含水量均緩慢下降，土壤含水量的平均值隨深度增加而增大，與秸稈深施半個(gè)月、9個(gè)月的變化趨勢(shì)相似。在5、10、15cm土層處，各秸稈組土壤含水量曲線與對(duì)照組相似且無顯著差異，僅玉米秸稈組在20cm土層處與對(duì)照組含水量存在顯著差異（P<0.05）。當(dāng)秸稈深施22個(gè)月時(shí)，各種秸稈接近完全腐解，對(duì)土壤蓄水效果的影響作用也隨之減弱，大豆秸稈和水稻秸稈對(duì)土壤蓄水效果無明顯作用。在最接近秸稈深施處的20cm土層處，玉米秸稈組土壤含水量顯著高于對(duì)照組和其他組，平均比對(duì)照組含水量高1.7%，說明秸稈深施22個(gè)月后僅玉米秸稈對(duì)土壤蓄水效果有作用。

4.土壤含水量在水平方向上分布情況

圖5為土壤降水72h水平方向土壤平均含水量。秸稈深施半個(gè)月，玉米秸稈與大豆秸稈組土壤含水量在水平方向上不同距離都大于對(duì)照組。且距離10cm處含水量最大，距離增加，含水量下降，水稻秸稈組則與對(duì)照組無明顯差異（見圖5a）。秸稈深施9個(gè)月，各組土壤平均含水量均大于對(duì)照組，距離10cm處玉米秸稈組比對(duì)照組含水量大1.8%，水稻秸稈組比對(duì)照組含水量大1.2%，大豆秸稈組比對(duì)照組含水量大0.4%，同樣有隨距離增大含水量下降的趨勢(shì)（見圖5b）。秸稈深施22個(gè)月，玉米秸稈組土壤含水量在距離10、20、30cm高于對(duì)照組，大豆和水稻秸稈組與對(duì)照組無明顯差異（見圖5c）。