多元胡麻轮作模式对土壤团聚体特征及氮素含量的影响

doi:10.11686/cyxb2022020

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (1): 75-88.DOI: 10.11686/cyxb2022020

多元胡麻轮作模式对土壤团聚体特征及氮素含量的影响

张勇¹(), 王海娣¹, 高玉红¹(), 吴兵², 剡斌¹, 王一帆¹, 崔政军¹, 文泽东¹

^1.甘肃省干旱生境作物学国家重点实验室，甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070
^2.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070

收稿日期:2022-01-11 修回日期:2022-03-17 出版日期:2023-01-20 发布日期:2022-11-07
通讯作者: 高玉红
作者简介:E-mail： gaoyh@gsau.edu.cn
张勇（1996-），男，甘肃天水人，在读硕士。E-mail： 1970257641@qq.com
基金资助:
甘肃省教育科技创新产业支撑计划项目(2021CYZC-38);中央引导地方科技发展专项基金(ZCYD-2021-12);财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系(CARS-14-1-16);甘肃农业大学干旱生境作物学重点实验室主任基金课题(GSCS-2020-Z6);甘肃农业大学伏羲杰出人才项目(Gaufx-02J05);甘肃省教育科技创新项目(2021CXZX-366)

Effect of multivariate flax rotation mode on soil aggregation characteristics and nitrogen content

Yong ZHANG¹(), Hai-di WANG¹, Yu-hong GAO¹(), Bing WU², Bin YAN¹, Yi-fan WANG¹, Zheng-jun CUI¹, Ze-dong WEN¹

^1.Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop，College of Agronomy，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^2.College of Life Sciences and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China

Received:2022-01-11 Revised:2022-03-17 Online:2023-01-20 Published:2022-11-07
Contact: Yu-hong GAO

摘要/Abstract

摘要：

为探索西北旱区利于维护农田土壤良好的理化性质的种植制度，采用大田试验，以休闲处理为对照，研究了100% Flax、50% Flax（Ⅰ）、50% Flax（Ⅱ）和25% Flax 4个胡麻种植频率，100% Flax（Cont F），50% Flax（Ⅰ）：WFPF、FPFW、PFWF、FWFP，50% Flax（Ⅱ）：FWPF、WPFF、PFFW、FFWP，25% Flax：WPWF、PWFW、WFWP、FWPW，其中F为胡麻，P为马铃薯，W为小麦，共13个种植模式下农田土壤团聚体稳定性及其氮素含量的分布状况。结果表明：土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）与分形维数（D）、团聚体破坏率（PAD）之间呈极显著负相关关系，与0.5~1.0 mm粒径中NH₄⁺-N含量和>2 mm粒径中NO₃^--N含量呈显著正相关关系，团聚体稳定性的增大显著提高了土壤中硝铵态氮含量。50% Flax（Ⅰ）胡麻种植频率以及马铃薯茬口显著增加了>0.25 mm粒径大团聚体含量、MWD和GMD，显著降低了土壤的D、PAD和土壤可蚀性（K）；不同轮作模式下FWFP处理显著提高0.25~2.00 mm粒径水稳性大团聚体含量，显著增加土壤团聚体MWD和GMD和抗侵蚀能力，降低分形维数和团聚体破坏率，使其土壤团聚体结构越稳定。由此表明，FWFP轮作模式可显著提高土壤水稳性大团聚体含量，促进土壤大团聚体的形成，增加土壤团聚体稳定性，对我国北方胡麻轮作可持续发展具有重要指导意义。

关键词: 胡麻, 土壤团聚体, 团聚体稳定性, 氮素分布

Abstract:

The aim of this study was to devise a planting system conducive to maintaining good physical and chemical properties of farmland soil in the arid area of Northwest China. Therefore， a field experiment was conducted to determine the effects of different planting patterns of flax （Linum usitatissimum） alone or with other crops， wheat （W， Triticum aestivum） and potato （P， Solanum tuberosum）， on soil properties. The experimental treatments consisted of 100% flax， 50% flax （Ⅰ）， 50% flax （Ⅱ） and 25% flax， with a fallow treatment as the control. Under the four flax planting frequencies， 100% flax （Cont F） consisted of flax only， 50% flax （Ⅰ） consisted of flax alongside W and P， planted with the following pattern： WFPF， FPFW， PFWF， FWFP； 50% flax （Ⅱ） consisted of flax alongside W and P planted with the following pattern： FWPF， WPFF， PFFW， FFWP； and 25% flax consisted of flax alongside W and P planted with the following pattern： WPWF， PWFW， WFWP， FWPW. The stability of farmland soil aggregates and the distribution of nitrogen under these 13 crop rotation systems were determined. We detected very significant negative correlations between soil aggregate mean weight diameter （MWD） and geometric mean diameter （GMD）， fractal dimension （D）， and percentage of aggregate destruction （PAD）. There were significant positive correlations between MWD and NH₄⁺-N content in the 0.5-1.0 mm particle size fraction and NO₃^--N content in the >2 mm particle size fraction. The nitrate ammonium nitrogen content increased with increasing soil aggregate stability. The planting frequency of 50% flax （Ⅰ） and potato stubble significantly increased the amount of soil aggregates in the >0.25 mm size class and macroaggregate MWD and GMD， and significantly reduced soil D， PAD， and soil erodibility. The FWFP treatment increased the amount of soil aggregates in the 0.25-2.00 mm size class， significantly increased soil aggregate MWD and GMD and erosion resistance， reduced soil D and PAD， and made the soil aggregate structure more stable. These results show that the FWFP rotation can significantly improve soil water content and soil stability and increase the contents of soil aggregates and their stability. This information is important for the sustainable development of flax cultivation in Northern China.

Key words: flax, soil aggregate, aggregate stability, nitrogen distribution

张勇, 王海娣, 高玉红, 吴兵, 剡斌, 王一帆, 崔政军, 文泽东. 多元胡麻轮作模式对土壤团聚体特征及氮素含量的影响[J]. 草业学报, 2023, 32(1): 75-88.

Yong ZHANG, Hai-di WANG, Yu-hong GAO, Bing WU, Bin YAN, Yi-fan WANG, Zheng-jun CUI, Ze-dong WEN. Effect of multivariate flax rotation mode on soil aggregation characteristics and nitrogen content[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(1): 75-88.

图/表 10

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胡麻频率Frequency of flax	代码Code	轮作茬口Crop rotation stubble	2013-2021
100%胡麻Flax	Cont F	胡麻→胡麻→胡麻→胡麻Flax→Flax→Flax→Flax	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
50%胡麻Flax （Ⅰ）	WFPF	小麦→胡麻→马铃薯→胡麻Wheat→Flax→Potato→Flax	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	FPFW	胡麻→马铃薯→胡麻→小麦Flax→Potato→Flax→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
	PFWF	马铃薯→胡麻→小麦→胡麻Potato→Flax→Wheat→Flax	2013-2016，2017-2020，2021马铃薯Potato
	FWFP	胡麻→小麦→胡麻→马铃薯Flax→Wheat→Flax→Potato	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
50%胡麻Flax （Ⅱ）	FWPF	胡麻→小麦→马铃薯→胡麻Flax→Wheat→Potato→Flax	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
	WPFF	小麦→马铃薯→胡麻→胡麻Wheat→Potato→Flax→Flax	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	PFFW	马铃薯→胡麻→胡麻→小麦Potato→Flax→Flax→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021马铃薯Potato
	FFWP	胡麻→胡麻→小麦→马铃薯Flax→Flax→Wheat→Potato	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
25%胡麻Flax	WPWF	小麦→马铃薯→小麦→胡麻Wheat→Potato→Wheat→Flax	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	PWFW	马铃薯→小麦→胡麻→小麦Potato→Wheat→Flax→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021马铃薯Potato
	WFWP	小麦→胡麻→小麦→马铃薯Wheat→Flax→Wheat→Potato	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	FWPW	胡麻→小麦→马铃薯→小麦Flax→Wheat→Potato→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
0	CK	休闲→休闲→休闲→休闲Relaxation→Relaxation→Relaxation→Relaxation	2013-2016，2017-2020，2021休闲Relaxation

胡麻频率Frequency of flax	代码Code	轮作茬口Crop rotation stubble	2013-2021
100%胡麻Flax	Cont F	胡麻→胡麻→胡麻→胡麻Flax→Flax→Flax→Flax	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
50%胡麻Flax （Ⅰ）	WFPF	小麦→胡麻→马铃薯→胡麻Wheat→Flax→Potato→Flax	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	FPFW	胡麻→马铃薯→胡麻→小麦Flax→Potato→Flax→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
	PFWF	马铃薯→胡麻→小麦→胡麻Potato→Flax→Wheat→Flax	2013-2016，2017-2020，2021马铃薯Potato
	FWFP	胡麻→小麦→胡麻→马铃薯Flax→Wheat→Flax→Potato	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
50%胡麻Flax （Ⅱ）	FWPF	胡麻→小麦→马铃薯→胡麻Flax→Wheat→Potato→Flax	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
	WPFF	小麦→马铃薯→胡麻→胡麻Wheat→Potato→Flax→Flax	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	PFFW	马铃薯→胡麻→胡麻→小麦Potato→Flax→Flax→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021马铃薯Potato
	FFWP	胡麻→胡麻→小麦→马铃薯Flax→Flax→Wheat→Potato	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
25%胡麻Flax	WPWF	小麦→马铃薯→小麦→胡麻Wheat→Potato→Wheat→Flax	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	PWFW	马铃薯→小麦→胡麻→小麦Potato→Wheat→Flax→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021马铃薯Potato
	WFWP	小麦→胡麻→小麦→马铃薯Wheat→Flax→Wheat→Potato	2013-2016，2017-2020，2021小麦Wheat
	FWPW	胡麻→小麦→马铃薯→小麦Flax→Wheat→Potato→Wheat	2013-2016，2017-2020，2021胡麻Flax
0	CK	休闲→休闲→休闲→休闲Relaxation→Relaxation→Relaxation→Relaxation	2013-2016，2017-2020，2021休闲Relaxation

轮作模式 Rotation mode	粒径Particle size （mm）
轮作模式 Rotation mode	0.053~0.250	0.25~0.50	0.5~1.0	1~2	>2
Cont F	54.59±0.79def	4.19±0.26cd	3.19±0.43b	0.54±0.11bcd	0.46±0.07b
FWPF	51.56±0.41gh	3.73±0.09cde	6.21±0.21a	0.82±0.09a	0.65±0.04b
WFPF	49.76±0.93hi	6.16±0.81a	5.30±0.16a	1.11±0.12abc	0.65±0.17b
WPWF	54.01±0.87ef	5.72±0.28ab	2.54±0.78bc	0.54±0.19cde	0.18±0.01b
WPFF	57.55±1.18abc	2.86±0.48efg	1.49±0.33cd	0.48±0.21de	0.60±0.20b
FPFW	59.11±0.26ab	1.88±0.07g	1.29±0.09cd	0.39±0.05e	0.30±0.05b
PWFW	56.09±0.82cde	4.77±0.44bc	1.35±0.22cd	0.43±0.21de	0.34±0.17b
PFFW	57.98±1.26abc	2.41±0.57fg	1.82±0.82bcd	0.57±0.12de	0.20±0.08b
PFWF	59.67±0.83a	1.74±0.71g	0.75±0.13d	0.27±0.17e	0.55±0.17b
WFWP	49.52±1.52hi	3.48±0.39def	5.83±1.16a	2.88±0.64ab	1.26±0.11a
FFWP	53.38±0.25fg	4.07±0.26cd	3.26±0.55b	0.97±0.22bcd	1.30±0.37b
FWFP	47.99±0.98i	5.54±0.81ab	6.22±1.40a	2.86±1.09a	0.37±0.19a
FWPW	56.53±1.70cd	2.70±0.82efg	2.23±0.74bcd	0.55±0.15de	0.97±0.34b
CK	57.29±0.70bc	2.42±0.50fg	2.36±0.13bc	0.53±0.09de	1.02±0.14b

轮作模式 Rotation mode	粒径Particle size （mm）
轮作模式 Rotation mode	0.053~0.250	0.25~0.50	0.5~1.0	1~2	>2
Cont F	54.59±0.79def	4.19±0.26cd	3.19±0.43b	0.54±0.11bcd	0.46±0.07b
FWPF	51.56±0.41gh	3.73±0.09cde	6.21±0.21a	0.82±0.09a	0.65±0.04b
WFPF	49.76±0.93hi	6.16±0.81a	5.30±0.16a	1.11±0.12abc	0.65±0.17b
WPWF	54.01±0.87ef	5.72±0.28ab	2.54±0.78bc	0.54±0.19cde	0.18±0.01b
WPFF	57.55±1.18abc	2.86±0.48efg	1.49±0.33cd	0.48±0.21de	0.60±0.20b
FPFW	59.11±0.26ab	1.88±0.07g	1.29±0.09cd	0.39±0.05e	0.30±0.05b
PWFW	56.09±0.82cde	4.77±0.44bc	1.35±0.22cd	0.43±0.21de	0.34±0.17b
PFFW	57.98±1.26abc	2.41±0.57fg	1.82±0.82bcd	0.57±0.12de	0.20±0.08b
PFWF	59.67±0.83a	1.74±0.71g	0.75±0.13d	0.27±0.17e	0.55±0.17b
WFWP	49.52±1.52hi	3.48±0.39def	5.83±1.16a	2.88±0.64ab	1.26±0.11a
FFWP	53.38±0.25fg	4.07±0.26cd	3.26±0.55b	0.97±0.22bcd	1.30±0.37b
FWFP	47.99±0.98i	5.54±0.81ab	6.22±1.40a	2.86±1.09a	0.37±0.19a
FWPW	56.53±1.70cd	2.70±0.82efg	2.23±0.74bcd	0.55±0.15de	0.97±0.34b
CK	57.29±0.70bc	2.42±0.50fg	2.36±0.13bc	0.53±0.09de	1.02±0.14b

轮作茬口Crop stubble rotation	0.053~0.250 mm	0.25~0.50 mm	0.5~1.0 mm	1~2 mm	>2 mm
F	54.52±0.09b	4.07±0.06a	3.25±0.04b	0.62±0.00b	0.52±0.05b
W	57.42±0.81a	2.94±0.41b	1.68±0.24d	0.49±0.12b	0.45±0.02b
P	50.30±0.60c	4.36±0.25a	5.11±0.29a	2.23±0.50a	0.98±0.19a
CK	57.29±0.69a	2.42±0.50b	2.36±0.13c	0.53±0.09b	1.01±0.14a

多元胡麻轮作模式对土壤团聚体特征及氮素含量的影响

Effect of multivariate flax rotation mode on soil aggregation characteristics and nitrogen content

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图/表 10

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编辑推荐

Metrics

胡麻频率Frequency flax	0.053~0.250 mm	0.25~0.50 mm	0.5~1.0 mm	1~2 mm	>2 mm
100%胡麻Flax	54.59±0.79b	4.19±0.26a	3.19±0.43ab	0.54±0.10b	0.46±0.07c
50%胡麻Flax （Ⅰ）	54.13±0.25b	3.83±0.17ab	3.39±0.27a	1.15±0.31a	0.47±0.03c
50%胡麻Flax （Ⅱ）	55.12±0.24b	3.26±0.10b	3.20±0.28ab	0.71±0.08ab	0.69±0.02b
25%胡麻Flax	54.03±1.00b	4.16±0.29a	2.99±0.53ab	1.10±0.27a	0.69±0.06b
CK	57.29±0.69a	2.42±0.50c	2.36±0.13b	0.53±0.09b	1.01±0.13a

轮作模式Rotation mode	平均重量直径MWD	几何平均直径GMD	分形维数D	团聚体破坏率PAD	土壤可蚀性K
Cont F	0.20±0.01cd	0.84±0.00c	2.75±0.03cde	0.19±0.008cd	0.84±0.000c
FWPF	0.24±0.01b	0.85±0.00b	2.65±0.01fg	0.23±0.004b	0.85±0.000b
WFPF	0.25±0.01b	0.85±0.00b	2.59±0.03gh	0.24±0.009b	0.85±0.000b
WPWF	0.19±0.01de	0.84±0.00c	2.73±0.03de	0.19±0.008de	0.84±0.000c
WPFF	0.18±0.02de	0.84±0.00c	2.84±0.04ab	0.17±0.012de	0.83±0.000c
FPFW	0.16±0.00e	0.83±0.00c	2.89±0.01a	0.16±0.002e	0.83±0.000c
PWFW	0.18±0.01de	0.84±0.00c	2.80±0.03bcd	0.17±0.008de	0.83±0.000c
PFFW	0.17±0.01de	0.84±0.00c	2.86±0.04ab	0.17±0.012de	0.83±0.000c
PFWF	0.16±0.00e	0.83±0.00c	2.91±0.02a	0.16±0.008e	0.83±0.000c
WFWP	0.30±0.03a	0.86±0.00a	2.58±0.05h	0.29±0.015a	0.85±0.000a
FFWP	0.23±0.00bc	0.85±0.00b	2.71±0.01ef	0.23±0.002bc	0.84±0.000b
FWFP	0.28±0.03a	0.86±0.00a	2.53±0.04h	0.28±0.009a	0.85±0.000a
FWPW	0.20±0.02cd	0.84±0.00c	2.81±0.05bc	0.19±0.017cd	0.84±0.000c
CK	0.20±0.01cd	0.84±0.00c	2.82±0.02bc	0.19±0.006cd	0.84±0.000c

轮作模式Rotation mode	铵态氮 Ammonium nitrogen （mg·kg^-1）			硝态氮 Nitrate nitrogen （mg·kg^-1）			全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）
轮作模式Rotation mode	<0.25 mm	0.5~1.0 mm	>2 mm	<0.25 mm	0.5~1.0 mm	>2 mm	<0.25 mm	0.5~1.0 mm	>2 mm
Cont F	6.29±0.18bcd	5.78±0.36ab	1.95±0.20a	3.02±0.31bcde	4.80±0.30f	3.18±0.24cd	0.90±0.02bc	0.84±0.00d	0.57±0.03de
FWPF	7.63±0.77a	6.04±0.25ab	2.20±0.26a	3.94±0.44abc	5.27±0.56def	3.82±0.23bc	0.82±0.00fgh	0.80±0.02d	0.70±0.05cd
WFPF	5.77±0.57bcd	5.35±0.55b	1.98±0.46a	3.53±0.35abcde	3.09±0.17g	2.46±0.55d	0.91±0.05cde	0.99±0.02a	0.52±0.01g
WPWF	6.78±0.18ab	5.70±0.30b	2.20±0.26a	3.34±0.36abcde	6.21±0.94bcd	2.61±0.18d	1.06±0.00b	0.90±0.00bc	0.77±0.00b
WPFF	2.43±0.46e	5.81±0.29ab	1.78±0.10a	3.18±0.70abcde	5.35±0.50cdef	2.42±0.60d	0.76±0.05h	0.73±0.06e	0.95±0.05a
FPFW	6.60±0.53abc	5.81±0.41ab	1.99±0.46a	3.75±0.63abcde	5.61±0.45cdef	3.12±0.39cd	0.89±0.07efg	0.85±0.01cd	0.95±0.00a
PWFW	4.86±1.14d	5.91±0.65ab	1.97±0.30a	4.01±0.64ab	5.31±0.22def	3.27±0.37cd	0.99±0.02bcd	0.71±0.05e	0.75±0.00bc
PFFW	5.16±0.12cd	6.12±0.63ab	1.92±0.24a	3.80±0.46abcd	5.48±0.65cdef	2.71±0.38d	1.00±0.00bc	0.80±0.00d	0.80±0.00b
PFWF	5.73±0.27bcd	5.20±0.83b	1.87±0.24a	2.55±0.39e	4.97±0.61ef	2.59±0.59d	1.22±0.09a	0.84±0.00cd	0.52±0.02g
WFWP	6.15±0.35bcd	6.97±0.95a	1.95±0.13a	4.38±0.63a	8.23±0.45a	4.03±0.45bc	0.58±0.04i	0.94±0.02ab	0.77±0.05b
FFWP	7.14±0.92ab	5.87±0.30ab	1.96±0.28a	4.09±0.84ab	6.01±0.38bcde	5.12±0.08a	1.02±0.00b	0.85±0.00cd	0.73±0.00bcd
FWFP	7.65±0.29a	6.33±0.36ab	2.07±0.09a	3.32±0.43abcde	7.01±0.06b	4.53±0.53ab	0.90±0.03def	0.56±0.08f	0.62±0.05ef
FWPW	6.41±1.17abc	5.76±0.30ab	2.40±0.40a	2.76±0.31cde	7.14±0.79b	2.42±0.36d	0.59±0.00i	0.53±0.00f	0.59±0.04f
CK	6.40±0.32abc	5.70±0.09b	2.42±0.09a	1.81±1.28de	6.51±0.10bc	2.43±0.09d	0.81±0.04gh	0.50±0.00f	0.47±0.02g

项目 Item	几何平均直径GMD	分形维数 D	团聚体破坏率PAD	土壤可蚀性K	NH₄⁺-N			NO₃^--N			TN
项目 Item	几何平均直径GMD	分形维数 D	团聚体破坏率PAD	土壤可蚀性K	<0.25 mm	0.5~1.0 mm	>2 mm	<0.25 mm	0.5~1.0 mm	>2 mm	<0.25 mm	0.5~1.0 mm	>2 mm
平均重量直径MWD	0.98**	-0.95**	-0.94**	-0.47	0.45	0.63*	0.10	0.41	0.38	0.63*	-0.44	0.09	-0.23
几何平均直径GMD		-0.99**	-0.99**	-0.52	0.47	0.57*	0.10	0.42	0.27	0.61*	-0.35	0.12	-0.23
分形维数D			0.99**	0.53	-0.46	-0.50	-0.09	-0.40	-0.17	-0.56*	0.27	-0.17	0.23
团聚体破坏率PAD				0.57	-0.45	-0.52	-0.09	-0.43	-0.19	-0.58*	0.31	-0.17	0.18
土壤可蚀性K					-0.47	-0.56*	-0.11	-0.41	-0.27	-0.60*	0.36	-0.13	0.24
NH₄⁺-N
<0.25 mm						0.16	0.54*	0.12	0.28	0.52	0.06	-0.05	-0.39
0.5~1.0 mm							-0.05	0.64*	0.71**	0.56*	-0.55*	-0.02	0.36
>2 mm								-0.32	0.37	-0.16	-0.36	-0.58*	-0.49
NO₃^--N
<0.25 mm									0.13	0.60*	-0.16	0.49	0.51
0.5~1.0 mm										0.35	-0.54*	-0.40	0.10
>2 mm											0.00	0.09	0.13
TN
<0.25 mm												0.30	-0.12
0.5~1.0 mm													0.29

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