【摘 要】
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我国亚热带红壤区夏秋高温少雨,易发生季节性干旱,主要表现是表层缺水,而红壤紧实、通气孔隙少,农作物根系难以吸收利用深层水分。深根系轮作作物可以通过生物耕作改善土壤物理性质,促进后季农作物根系下扎吸水,缓解季节性干旱,但其改良机制和效果在黏质红壤中还不明确。土壤最小限制水分范围（LLWR）是由穿透阻力、充气孔隙度、田间持水量、萎蔫系数共同决定的一个适合作物生长的土壤含水量范围,是土壤综合物理质量的反
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我国亚热带红壤区夏秋高温少雨,易发生季节性干旱,主要表现是表层缺水,而红壤紧实、通气孔隙少,农作物根系难以吸收利用深层水分。深根系轮作作物可以通过生物耕作改善土壤物理性质,促进后季农作物根系下扎吸水,缓解季节性干旱,但其改良机制和效果在黏质红壤中还不明确。土壤最小限制水分范围（LLWR）是由穿透阻力、充气孔隙度、田间持水量、萎蔫系数共同决定的一个适合作物生长的土壤含水量范围,是土壤综合物理质量的反映。本文通过田间试验研究几种秋冬季覆盖作物的根系钻孔对黏质红壤LLWR的影响,评价生物耕作改良黏质红壤物理性质的途径和效果,为本地区选择合适的覆盖作物和减缓季节性干旱提供依据。田间试验于2020.10～2021.10月在华中农业大学红壤综合试验站开展,土壤为第四纪红黏土,共设置以下7个生物耕作处理:普通油菜（RapeC）、1年生紫花苜蓿（Luc1y）、多年生紫花苜蓿（Luc5Y）、1年生香根草（Vet1y）、深根系油菜（RapeD）、多年生香根草（Vet5Y）以及空白（无植物）处理（Control）。10月播种（或移植）时浅耕15 cm,施用数量相同的NPK基肥,手工除草,5月收割地上部,在田间原位监测含水量并取样测定根系和土壤性质。得出以下主要结果:（1）覆盖作物在黏质红壤中的生物耕作能力差异显著。0～20 cm深度处作物的根长密度（RLD,cm/cm~3）分别为RapeC（2.37）＞Vet5Y（2.18）＞Luc5Y（1.93）＞Luc1y（1.90）＞Vet1y（1.41）＞RapeD（0.99）。两种油菜根系主要分布在土壤浅层（0～20 cm）,20 cm以下土层中RapeC根系迅速减少而RapeD根系减少幅度缓慢,香根草和苜蓿则随土壤深度增加根系减少幅度小,且在局部土层还有所增加,其中Vet5Y的RLD（1.76）和根系深度（RPD）均大于其他作物,生物耕作能力更强。（2）生物耕作改善了土壤物理性质,改良效果因根系特征不同而有差异。生物耕作对土壤有效水含量（田间持水量和萎蔫点的差值）的影响并无显著差异,但Luc5Y和RapeD增加充气孔隙度的效果高于其他作物。所有生物耕作均降低了土壤容重和大幅度降低了土壤穿透阻力,其中Vet1y对土壤容重的降低程度最大（7.84%）;RapeC主要降低浅层土壤穿透阻力（降幅18.23%）,而其他几种深根系作物对20 cm以下土层穿透阻力也有明显降低效果（降幅28.58%～50.83%）。即使经过生物耕作,20 cm以下土层土壤穿透阻力仍很高（≥2500 kPa）,是限制LLWR的最大土壤物理因素。（3）生物耕作主要通过降低穿透阻力改善LLWR。在土壤浅层（0～20cm）,决定LLWR上下界限的是土壤田间持水量和萎蔫点,而生物耕作对该层土壤LLWR并无明显影响。随土层深度增加,决定LLWR上限的因子由田间持水量转变为10%充气孔隙度,而下限由萎蔫点变为2000 kPa穿透阻力,即穿透阻力和充气孔隙度成为LLWR的主要限制因子。在20 cm以下土层,生物耕作对穿透阻力的影响（降低）效果为Vet5Y＞Luc5Y＞RapeD＞Vet1y＞Luc1y＞Control＞RapeC,而且前三者对充气孔隙度的改良效果也最好,因此生物耕作之后,其LLWR最大（0.31～0.38 cm~3/cm~3）,Vet1y次之（0.39～0.44 cm~3/cm~3）,而对照土壤的LLWR几乎为零。（4）生物耕作后的下季的玉米产量与土壤LLWR并无显著相关性,主要原因是本年度玉米生长期降水偏多,玉米主要生产期的土壤含水量长时间高于LLWR的上限,掩盖了生物耕作处理之间LLWR的差异。结果表明,生物耕作主要通过降低红壤穿透阻力而增大了土壤LLWR,其改良效果与作物的RLD和RPD相关,而与是否为主根系或须根系关系不大,深根系油菜、苜蓿和多年生香根草均可作为秋冬季轮作作物发挥其生物耕作作用。黏质红壤较大的穿透阻力是LLWR狭窄的主要原因,经典的以穿透阻力＜2000 kPa对应的含水量作为LLWR下限取值偏低,需要进一步改进。
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