摘要
当前，我国耕地资源锐减的客观情况与粮食增产的迫切需求使得高强度的种植制度无法避免。随着农田集约化程度的提高，农业土壤随之出现了一系列问题，如土壤有机质衰竭、结构退化、团聚体稳定性下降等。近年来，保护性耕作发展迅速并逐渐成为实现农田高强度种植与地力提升的重要途径，其对农田土壤结构发育与功能演变的长期影响研究是当前土壤学的热门内容。保护性耕作降低了对土壤的扰动，加上秸秆覆盖等的作用，在很大程度上促进了大团聚体的形成和表土有机碳的储存。加强保护性耕作制度下土壤结构发育特征的定量化研究，不仅能为保护性耕作技术在我国的大面积应用提供理论支撑，而且对丰富土壤培肥理论也有重要的科学意义。 本文依托山西省临汾市长期试验田平台、以保护性耕作模式下土壤结构定量化研究为框架、以土壤结构参数与土壤各项性质的定量化关系研究为主线，基于同步辐射显微成像技术（SR m-CT）探究了在传统耕作（T）、少耕（RT）、免耕（NT）、免耕+秸秆覆盖（NTS）四种耕作方式下土壤基本理化性质与结构的变化情况，旨在从土壤结构发育角度定量揭示保护性耕作背景下土壤结构变化具体过程及关键特征，探明保护性耕作背景下农田土壤结构发育与功能演变的长期效应。本研究主要结论如下： （1）保护性耕作对于土壤基本理化性质的影响：（ⅰ）保护性耕作提升了土壤pH值，提升趋势为NTgt;NTSgt;RT。（ⅱ）保护性耕作提升了土壤中多种元素的含量，其中总氮、总钾、有效氮、有效磷提升关系为NTgt;NTSgt;RT，总磷、有效钾的提升为NTSgt;NTgt;RT。（ⅲ）保护性耕作能显著提高土壤总有机碳含量、微生物量碳和易氧化有机碳含量，增加趋势均为NTSgt;NTgt;RT，而溶解性有机碳只在NTS处理下表现出增长趋势。（ⅳ）不同的保护性耕作方式均可明显提高土壤中蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、碱性磷酸酶的活性，提升成效依次为NTSgt;NTgt;RT。 （2）保护性耕作能有效提升土壤中直径gt;2mm的各类团聚体数量，减少lt;2mm团聚体数量，从而显著提升土壤中大团聚体比例；此外，保护性耕作明显提升了不同粒级水稳性团聚体内有机碳含量，最终提高了水稳性团聚体总有机碳量，同时降低了水稳性团聚体内部规则、不规则孔隙的比例，增加了长孔隙的比例；通过对团聚体各项性质的提升，最终提高了团聚体的平均重量直径和稳定率。以上所述提升趋势均为NTSgt;NTgt;RT。 （3）保护性耕作方式可以有效提升团聚体内直径gt;500μm的孔隙度，同时增加450μm长度以上的路径数量，对于提升土壤中溶质运移速率具有重要意义，提升趋势为NTSgt;NTgt;RT，而且NT和NTS处理能够在增大孔喉表面积数量的情况下减小大孔喉所占比例，其中NTS处理效果最好。此外，在NTS处理下团聚体内孔隙弯曲度较小的孔隙数量有所提升，而弯曲度较大的孔隙数量有一定的降低，该结果的出现可以降低土壤内水分等物质的运输距离，提高运移效率。最后，对于孔隙数量来讲，保护性耕作也可以显著提高团聚体内大孔隙数量（gt;500μm），提升效果依次为NTgt;NTSgt;RT。
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