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本试验于2011年10月至2014年6月连续3个冬小麦生长季进行，试验地位于山东省淄博市农业科学研究院试验农场(37°49′N，117°50′E)。试验以冬小麦品种济麦22为供试品种，在冬小麦生长季设置连续三年旋耕秸秆不还田(RT)、连续三年旋耕秸杆还田(RS）、连续两年旋耕秸秆还田，第三年深耕秸杆还田处理(RS/DS)三个耕作方式以及225kg N hm-2(N225，推荐施氮量)、165kgN hm-2(0.7×N225，N165，减氮处理)、300kgN hm-2(1.3×N225，N300，目前当地农民习惯施氮量)共3个施氮处理，用以研究秸秆还田条件下不同耕作方式和施氮量对冬小麦土壤碳氮库变化及产量影响。研究结果如下:
1、秸秆还田方式和施氮量对冬小麦籽粒产量的影响
2011-2014生长季，秸秆还田均提高了冬小麦产量，尤其是在N225和N165条件下，RS秸秆还田方式比RT秸秆还田方式三个生长季分别增长了5.17％、12.48％和15.27％。在2013-2014生长季，不同施氮水平下，秸秆还田均显著提高了冬小麦产量。RS/DS和RS两种秸秆处理方式下的各项施肥处理产量均显著高于RT处理。
施氮量对冬小麦籽粒产量也有显著影响，表现为N300≈N225＞N165，2013-2014生长季，N225水平下，RS/DS处理冬小麦产量达到7.85t hm-2和RS处理冬小麦产量达到7.51t hm-2，冬小麦产量均显著高于N165水平。N225条件下，长期旋耕秸秆不还田小麦产量三个生长季下降了7％。2013-2014生长季，RS/DS比其他秸秆还田方式，显著提高了冬小麦产量，三个施氮水平下分别高4.56％、8.07％和4.52％。
施氮量对冬小麦亩穗数影响表现为N300＞N225≈N165，秸秆还田显著增加了收获期的穗粒数。不同施氮水平也对穗粒数有显著影响，在N225水平下，2011-2012生长季，RT秸秆还田方式下，表现为N300＞N225＞N165，但是在2012-2013生长季和2013-2014生长季，均表现为N225＞N300＞N165，RS和RS/DS模式下，三个生长季冬小麦千粒重显著高于RT耕作方式。
施氮量显著影响冬小麦干物质积累，不同施氮量水平下各处理收获指数差异显著，同一施氮量水平下，处理间无明显差异。花前和成熟期干物质积累量均表现为N300＞N225＞N165，收获指数则表现为N300＜N225＜N165。随着连续旋耕，干物质积累有下降的趋势。2013-2014生长季，RS和RS/DS干物质总量分别为17.50thm-2和18.53thm-2，均显著高于RT耕作方式。
2、秸秆还田方式和施氮量对土壤特性的影响
与秸秆未还田处理相比，秸秆还田处理在4个土层均降低土壤容重，平均分别为9.32％、7.01％、4.68％与3.95％。各耕作处理土壤容重在各土层表现出不同的趋势。在0-10cm土层，土壤容重表现为RT＞RS/DS＞RS;而在10-20cm、20-30cm与30-40cm土层，土壤容重则表现为RT＞RS＞RS/DS。与RT处理相比，秸秆还田降低0-10cm、10-20cm、20-30cm与30-40cm土壤固相比例，显著提高土壤液相比例。RS和RS/DS处理可以通过提高土壤液相比例，降低固相比例，改善土壤物理结构。
施氮量对土壤三相比偏离值无显著影响，秸秆还田处理显著降低了土壤三相比偏离值，4个土层平均分别降低34.96％、20.03％、36.89％与46.26％。RS与RS/DS处理GSSI显著高于RT处理，4个土层分别平均提高3.09％、1.13％、1.63％、4.75％及2.18％、4.23％、3.71％、5.17％。此外，GSSI变化对施氮量无显著响应。
土壤大团聚体比例随土层加深呈现逐渐降低的趋势。在4个土层，秸秆还田处理土壤大团聚体比例均显著高于RT，平均分别为34.96％、20.03％、36.89％与46.26％。各耕作处理土壤大团聚体比例在不同土层表现出不同趋势。在0-10cm土层，土壤大团聚体比例均表现为RS＞RS/DS＞RT;而在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层则表现为RS/DS＞RS＞RT。
RS与RS/DS处理提高了＞1mm粒级土壤团聚体量比例，显著降低了0.5-0.25mm粒级团聚体质量比例。秸秆还田处理(RS、RS/DS)显著提高4个土层MWD和GMD，分别平均为2.62％、26.51％、26.77％、18.28％与0.98％、22.74％、25.59％、17.61％，说明秸秆还田显著提高了0-10cm、10-20cm、20-30cm与30-40cm土层土壤团聚体稳定性。在0-10cm土层，MWD和GMD值在RS处理下显著高于其在RS/DS处理中的表现，分别平均提高2.18与1.65个百分点;在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层，MWD和GMD在各耕作处理之间则表现为RS/DS＞RS＞RT，RS/DS处理在4个土层均具有较高的MWD和GMD值，能更好地维护土壤团聚体的稳定性。
3、土壤碳氮含量及其团聚体分布
在0-10cm土层，SOC含量表现为RS＞RS/DS＞RT，在10-20cm、20-30cm及30-40cm，SOC含量均表现为RS/DS＞RS＞RT，且耕作处理之间差异显著。秸秆还田显著提高4个土层土壤全氮含量。各耕作处理土壤全氮含量在不同土层表现出不同趋势，在0-10cm土层，各施氮水平下均表现为RS＞RS/DS＞RT，各耕作处理间差异显著。在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层表现为RS/DS＞RS＞RT。
在0-10cm土层，RS与RS/DS处理显著高于RT处理，且RS与RS/DS处理间无显著差异。与RT相比，秸秆还田处理的C/N在10-20与20-30cm土层增幅较大，RS与RS/DS处理间无显著差异。在30-40cm土层，各施氮水平下土壤碳氮比均表现为RS/DS＞RS＞RT。
大团聚体有机碳在不同土层与处理的积累分布与土壤总有机碳一致，且各耕作处理间差异显著。在0-10cm各耕作处理表现为RS＞RS/DS＞RT;但在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层，则表现为RS/DS＞RS＞RT。
施氮量显著影响土壤大团聚体氮储量。各土层均表现为N300＞N225＞N165，且各施氮量之间差异显著。在0-10cm土层，秸秆还田条件下土壤大团聚体氮储量的增加主要依赖于7-0.25mm粒级团聚体氮储量的增加。但在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层，则主要依赖于7-0.5mm粒级团聚体氮储量的增加。
与RT相比，秸秆还田显著提高0-10cm土层土壤总有机碳库容量，且施氮量越高增幅越小，三个施氮量下平均分别提高0.95t hm-2、1.46t hm-2与0.86t hm-2。RT处理在3个施氮量下均显著降低了土壤总有机碳库;RS处理在3个施氮量下均显著提高土壤总有机碳库。RS/DS处理显著提高土壤总有机碳库。
在0-10cm土层，秸秆还田方式与氮肥均对土壤总氮库容量影响显著。与RT处理相比，RS与RS/DS处理均显著提高土壤氮库容量;在10-20cm土层，氮库容量对氮肥响应显著。与N165相比，N225与N300分别平均提高氮库容量达4.53％与7.28％。在20-30cm土层，与RT处理相比，RS与RS/DS处理均显著提高土壤氮库容量。
在0-10cm土层，耕作措施和氮肥用量显著影响土壤氮库容量的变化。在N225与N165条件下，RT处理显著降低土壤氮库容量。在10-20cm土层，RT处理在N225与N165条件下显著降低土壤氮库容量;在N300条件下，RT处理氮库容量显著增加。RS与RS/DS处理在N165条件下均降低土壤氮库容量，在N225与N300条件下，RS与RS/DS均显著提高土壤氮库容量。在20-30cm及30--40cm土层，RT处理在N225与N165条件下显著降低土壤氮库容量;在N225与N300条件下，RS/DS均显著提高土壤氮库容量;RS在N225条件下，土壤氮库容量基本保持平衡
4、产量比较分析
秸秆还田显著提高冬小麦籽粒产量，且以N225条件下增幅最大。与RS相比，RS/DS处理进一步提高籽粒产量，N165产量增幅显著高于N225与N300。
在0-10cm土层，RS与RS/DS处理均显著提高土壤有机碳含量。其中，RS处理SOC变化量显著高于RS/DS处理。N165条件下各分组SOC变化量显著高于N225与N300。在10-20、20-30与30-40cm土层，RS/DS处理SOC变化量显著高于RS处理。施氮量对各分组有机碳变化量无显著影响
在0-10cm土层，RS与RS/DS处理均显著提高土壤全氮含量。其中，RS处理N变化量显著高于RS/DS处理。施氮量对各分组N变化量均无显著影响;在10-40cm土层，N变化量以RS/DS-RT分组最高;每增产1t hm-2，0-10cm土壤养分变异度明显高于10-20cm、20-30cm及30-40cm。
1、秸秆还田方式和施氮量对冬小麦籽粒产量的影响
2011-2014生长季，秸秆还田均提高了冬小麦产量，尤其是在N225和N165条件下，RS秸秆还田方式比RT秸秆还田方式三个生长季分别增长了5.17％、12.48％和15.27％。在2013-2014生长季，不同施氮水平下，秸秆还田均显著提高了冬小麦产量。RS/DS和RS两种秸秆处理方式下的各项施肥处理产量均显著高于RT处理。
施氮量对冬小麦籽粒产量也有显著影响，表现为N300≈N225＞N165，2013-2014生长季，N225水平下，RS/DS处理冬小麦产量达到7.85t hm-2和RS处理冬小麦产量达到7.51t hm-2，冬小麦产量均显著高于N165水平。N225条件下，长期旋耕秸秆不还田小麦产量三个生长季下降了7％。2013-2014生长季，RS/DS比其他秸秆还田方式，显著提高了冬小麦产量，三个施氮水平下分别高4.56％、8.07％和4.52％。
施氮量对冬小麦亩穗数影响表现为N300＞N225≈N165，秸秆还田显著增加了收获期的穗粒数。不同施氮水平也对穗粒数有显著影响，在N225水平下，2011-2012生长季，RT秸秆还田方式下，表现为N300＞N225＞N165，但是在2012-2013生长季和2013-2014生长季，均表现为N225＞N300＞N165，RS和RS/DS模式下，三个生长季冬小麦千粒重显著高于RT耕作方式。
施氮量显著影响冬小麦干物质积累，不同施氮量水平下各处理收获指数差异显著，同一施氮量水平下，处理间无明显差异。花前和成熟期干物质积累量均表现为N300＞N225＞N165，收获指数则表现为N300＜N225＜N165。随着连续旋耕，干物质积累有下降的趋势。2013-2014生长季，RS和RS/DS干物质总量分别为17.50thm-2和18.53thm-2，均显著高于RT耕作方式。
2、秸秆还田方式和施氮量对土壤特性的影响
与秸秆未还田处理相比，秸秆还田处理在4个土层均降低土壤容重，平均分别为9.32％、7.01％、4.68％与3.95％。各耕作处理土壤容重在各土层表现出不同的趋势。在0-10cm土层，土壤容重表现为RT＞RS/DS＞RS;而在10-20cm、20-30cm与30-40cm土层，土壤容重则表现为RT＞RS＞RS/DS。与RT处理相比，秸秆还田降低0-10cm、10-20cm、20-30cm与30-40cm土壤固相比例，显著提高土壤液相比例。RS和RS/DS处理可以通过提高土壤液相比例，降低固相比例，改善土壤物理结构。
施氮量对土壤三相比偏离值无显著影响，秸秆还田处理显著降低了土壤三相比偏离值，4个土层平均分别降低34.96％、20.03％、36.89％与46.26％。RS与RS/DS处理GSSI显著高于RT处理，4个土层分别平均提高3.09％、1.13％、1.63％、4.75％及2.18％、4.23％、3.71％、5.17％。此外，GSSI变化对施氮量无显著响应。
土壤大团聚体比例随土层加深呈现逐渐降低的趋势。在4个土层，秸秆还田处理土壤大团聚体比例均显著高于RT，平均分别为34.96％、20.03％、36.89％与46.26％。各耕作处理土壤大团聚体比例在不同土层表现出不同趋势。在0-10cm土层，土壤大团聚体比例均表现为RS＞RS/DS＞RT;而在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层则表现为RS/DS＞RS＞RT。
RS与RS/DS处理提高了＞1mm粒级土壤团聚体量比例，显著降低了0.5-0.25mm粒级团聚体质量比例。秸秆还田处理(RS、RS/DS)显著提高4个土层MWD和GMD，分别平均为2.62％、26.51％、26.77％、18.28％与0.98％、22.74％、25.59％、17.61％，说明秸秆还田显著提高了0-10cm、10-20cm、20-30cm与30-40cm土层土壤团聚体稳定性。在0-10cm土层，MWD和GMD值在RS处理下显著高于其在RS/DS处理中的表现，分别平均提高2.18与1.65个百分点;在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层，MWD和GMD在各耕作处理之间则表现为RS/DS＞RS＞RT，RS/DS处理在4个土层均具有较高的MWD和GMD值，能更好地维护土壤团聚体的稳定性。
3、土壤碳氮含量及其团聚体分布
在0-10cm土层，SOC含量表现为RS＞RS/DS＞RT，在10-20cm、20-30cm及30-40cm，SOC含量均表现为RS/DS＞RS＞RT，且耕作处理之间差异显著。秸秆还田显著提高4个土层土壤全氮含量。各耕作处理土壤全氮含量在不同土层表现出不同趋势，在0-10cm土层，各施氮水平下均表现为RS＞RS/DS＞RT，各耕作处理间差异显著。在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层表现为RS/DS＞RS＞RT。
在0-10cm土层，RS与RS/DS处理显著高于RT处理，且RS与RS/DS处理间无显著差异。与RT相比，秸秆还田处理的C/N在10-20与20-30cm土层增幅较大，RS与RS/DS处理间无显著差异。在30-40cm土层，各施氮水平下土壤碳氮比均表现为RS/DS＞RS＞RT。
大团聚体有机碳在不同土层与处理的积累分布与土壤总有机碳一致，且各耕作处理间差异显著。在0-10cm各耕作处理表现为RS＞RS/DS＞RT;但在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层，则表现为RS/DS＞RS＞RT。
施氮量显著影响土壤大团聚体氮储量。各土层均表现为N300＞N225＞N165，且各施氮量之间差异显著。在0-10cm土层，秸秆还田条件下土壤大团聚体氮储量的增加主要依赖于7-0.25mm粒级团聚体氮储量的增加。但在10-20cm、20-30cm及30-40cm土层，则主要依赖于7-0.5mm粒级团聚体氮储量的增加。
与RT相比，秸秆还田显著提高0-10cm土层土壤总有机碳库容量，且施氮量越高增幅越小，三个施氮量下平均分别提高0.95t hm-2、1.46t hm-2与0.86t hm-2。RT处理在3个施氮量下均显著降低了土壤总有机碳库;RS处理在3个施氮量下均显著提高土壤总有机碳库。RS/DS处理显著提高土壤总有机碳库。
在0-10cm土层，秸秆还田方式与氮肥均对土壤总氮库容量影响显著。与RT处理相比，RS与RS/DS处理均显著提高土壤氮库容量;在10-20cm土层，氮库容量对氮肥响应显著。与N165相比，N225与N300分别平均提高氮库容量达4.53％与7.28％。在20-30cm土层，与RT处理相比，RS与RS/DS处理均显著提高土壤氮库容量。
在0-10cm土层，耕作措施和氮肥用量显著影响土壤氮库容量的变化。在N225与N165条件下，RT处理显著降低土壤氮库容量。在10-20cm土层，RT处理在N225与N165条件下显著降低土壤氮库容量;在N300条件下，RT处理氮库容量显著增加。RS与RS/DS处理在N165条件下均降低土壤氮库容量，在N225与N300条件下，RS与RS/DS均显著提高土壤氮库容量。在20-30cm及30--40cm土层，RT处理在N225与N165条件下显著降低土壤氮库容量;在N225与N300条件下，RS/DS均显著提高土壤氮库容量;RS在N225条件下，土壤氮库容量基本保持平衡
4、产量比较分析
秸秆还田显著提高冬小麦籽粒产量，且以N225条件下增幅最大。与RS相比，RS/DS处理进一步提高籽粒产量，N165产量增幅显著高于N225与N300。
在0-10cm土层，RS与RS/DS处理均显著提高土壤有机碳含量。其中，RS处理SOC变化量显著高于RS/DS处理。N165条件下各分组SOC变化量显著高于N225与N300。在10-20、20-30与30-40cm土层，RS/DS处理SOC变化量显著高于RS处理。施氮量对各分组有机碳变化量无显著影响
在0-10cm土层，RS与RS/DS处理均显著提高土壤全氮含量。其中，RS处理N变化量显著高于RS/DS处理。施氮量对各分组N变化量均无显著影响;在10-40cm土层，N变化量以RS/DS-RT分组最高;每增产1t hm-2，0-10cm土壤养分变异度明显高于10-20cm、20-30cm及30-40cm。