东北黑土区深翻秸秆还田结合平作耕作模式对土壤结构及玉米产量的优化效应

本研究通过两年田间试验系统评估了7种耕作方式对东北黑土区土壤水稳性团聚体（MWD/GMD）、养分含量（SOC/TN/AP/AK）及酶活性的影响，揭示深翻秸秆还田+平作（T4）能显著提升>5mm大团聚体含量23.52%，增加土壤有机碳（SOC）15.21%，最终使玉米增产13.62%，为黑土保育与粮食安全提供了关键技术支撑。

　　

1 引言

东北黑土区作为中国重要玉米生产基地，长期机械化耕作导致土壤结构退化、肥力下降。传统垄作在春季加剧水分蒸发，夏季易涝，严重影响产量。秸秆还田与保护性耕作被证实可改善土壤物理化学性质，但不同组合模式在区域适应性上存在显著差异。本研究通过对比7种耕作方式，重点探究深翻秸秆还田结合平作对土壤结构、养分及玉米产量的影响机制。

2 材料与方法

试验设计：在黑龙江肇州县（北纬46°00′28″）开展为期两年的定位试验，设置7个处理：常规旋耕垄作（Con）、免耕（T1）、秸秆覆盖免耕（T2）、深翻秸秆还田+垄作（T3）、深翻秸秆还田+平作（T4）、秸秆粉碎还田+垄作（T5）、秸秆粉碎还田+平作（T6）。采用随机区组设计，测定0-30cm土层团聚体分布（湿筛法）、SOC（重铬酸钾法）、TN（凯氏定氮法）及碱性磷酸酶等指标。

3 结果

3.1 土壤团聚体稳定性

T4处理在10-20cm土层使>5mm大团聚体含量提升54.88%，MWD和GMD分别增加15.72%和15.89%，显著优于其他处理。平作减少土壤扰动，深翻促进秸秆在深层分解，为团聚体形成提供胶结物质。

3.2 土壤养分动态

T4处理使20-30cm土层SOC提升18.45%，AP和AK含量分别增加36.24%和12.09%。相关分析显示MWD与SOC呈极显著正相关（P<0.01），证实结构改善促进养分固持。

3.3 酶活性响应

深翻秸秆还田显著激活土壤微生物：T4处理的碱性磷酸酶活性在10-20cm土层提高27%，脲酶和过氧化氢酶活性分别增加28.4%和29.13%，加速秸秆降解与养分释放。

3.4 产量构成

T4处理通过延长穗长9.88%-14.93%、提高百粒重24.01%，最终使玉米产量达11130.33 kg·ha^-1，较对照增产16.81%。回归分析表明产量与酶活性呈线性正相关（R²>0.54）。

4 讨论

4.1 耕作模式协同效应

深翻打破犁底层，平作减少水土流失，二者结合使秸秆在深层矿化，形成"碳泵"效应。T4处理的SOC年增量达1.48 g·kg^-1，显著高于传统耕作。

4.2 黑土保育启示

该模式可缓解春季干旱与夏季涝害矛盾，使>0.25mm团聚体占比提升42.16%，降低侵蚀风险。长期监测显示其碳汇潜力相当于每公顷固碳2.1吨。

5 结论

深翻秸秆还田+平作通过优化土壤三相结构（固/液/气）、激活酶系网络（脲酶/磷酸酶/过氧化氢酶），实现玉米产量与土壤健康的协同提升，为东北黑土区农业可持续发展提供关键技术范式。未来需在跨生态区开展长期定位试验以验证普适性。