材料與方法

1.材料

試驗用土壤采自于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊農(nóng)場，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。試驗深施用材料為大豆、玉米和水稻3種作物秸稈，試驗之前將各種秸稈粉碎成2~8cm。

2.方法

將土壤分別置于四個底面積為0.5×1m2高度約為0.5m的鐵制矩形土槽內(nèi)，并將土槽編號1~4號。然后將1、2、3號土槽內(nèi)分別埋入大豆秸稈、玉米秸稈和水稻秸稈。由試驗測得：當深施秸稈上方承受體積為1.00m×0.05m×0.20m（長×寬×高）土壤的重量（13.9kg）時，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號土槽作為對照組不埋入秸稈。土槽放置在室內(nèi)，以便于調(diào)控溫度、濕度、風(fēng)力等試驗條件。在秸稈深施半個月、9個月與22個月后，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處測定土壤深度為5、10、15、20cm的土壤含水量，連續(xù)測試6d，以土壤含水量3次測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，傳感器與主機合為一體，分辨率為0.1%，可實現(xiàn)快速測試。

結(jié)果與分析

秸稈深施后隨著時間的延長，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期，土壤中的水分對作物生長有直接影響。因此本研究的測試時間均設(shè)定為每年的夏季，對應(yīng)秸稈深施后的時間分別為半個月、9個月和22個月，其土壤含水量測試結(jié)果分析如下。

1.秸稈深施半個月后土壤含水量變化

秸稈深施半個月，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照組，且與對照組無顯著差異，表明水稻秸稈組對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]。隨著降水時間的延長各組總體含水量均呈下降趨勢，大豆秸稈和玉米秸稈組分別比對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照組接近且無顯著差異，即水稻秸稈組對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照組基本相同，在24~96h各時間點上均明顯高于對照組，且土壤含水量下降速度緩慢；在96h之后與對照組接近，都趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時土壤表面已經(jīng)比較干燥并出現(xiàn)裂隙；對照組在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φ战M更高的土壤含水量。如圖2b、2c所示，在10與15cm土層處，各組在各時間點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照組含水量平均高4.5%和4.3%，在15cm土層處分別高出對照組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。如圖2d所示，在20cm土層處由于其深度大，水分蒸發(fā)緩慢，各組在各時間點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，大豆秸稈與玉米秸稈組的土壤含水量明顯高于對照組，分別比對照組平均高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照組差異小于15cm土層處。

2.秸稈深施9個月后土壤含水量變化

圖3為深施秸稈9個月（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，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照組，玉米秸稈與水稻秸稈組接近，平均比對照組含水量高2.3%和2.4%，大豆秸稈組平均比對照組含水量高1.2%。隨著時間延長，秸稈逐漸腐解，秸稈體積變小，對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個月后土壤含水量變化

圖4為秸稈深施22個月（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，與秸稈深施半個月、9個月的變化趨勢相似。在5、10、15cm土層處，各秸稈組土壤含水量曲線與對照組相似且無顯著差異，僅玉米秸稈組在20cm土層處與對照組含水量存在顯著差異（P<0.05）。當秸稈深施22個月時，各種秸稈接近完全腐解，對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照組和其他組，平均比對照組含水量高1.7%，說明秸稈深施22個月后僅玉米秸稈對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，水稻秸稈組則與對照組無明顯差異（見圖5a）。秸稈深施9個月，各組土壤平均含水量均大于對照組，距離10cm處玉米秸稈組比對照組含水量大1.8%，水稻秸稈組比對照組含水量大1.2%，大豆秸稈組比對照組含水量大0.4%，同樣有隨距離增大含水量下降的趨勢（見圖5b）。秸稈深施22個月，玉米秸稈組土壤含水量在距離10、20、30cm高于對照組，大豆和水稻秸稈組與對照組無明顯差異（見圖5c）。