深松耕作通过改善华北平原冬小麦土壤孔隙结构相关水力特性提高水分利用效率

为解决华北平原长期浅旋耕作导致的土壤板结、水分渗透受限及水分利用效率(WUE)低下问题，研究人员开展深松耕作(SS40/SS35)对土壤孔隙结构(νa /νw )、水力特性(KS10 /SIR/SWS)及冬小麦产量影响的研究。结果表明，深松显著增加大孔隙率(36.35%)和孔隙连通性(PO)，提升饱和导水率(22.25%)和水分储存量(3.85%)，最终使产量和WUE分别提高39.32%和41.55%。该研究为旱区农业高效用水提供了理论依据。

　　

华北平原作为中国小麦主产区，长期面临水资源短缺与土壤退化的双重挑战。传统旋耕(RT15)形成的犁底层严重阻碍水分下渗，导致冬小麦水分利用效率(WUE)低下。尽管深松耕作(Subsoiling)被证实能打破犁底层，但其通过优化孔隙网络改善水力特性、进而提升WUE的机制尚不明确。山东农业大学的研究团队通过两年田间试验，首次系统揭示了深松深度(35/40 cm)对土壤孔隙结构-水力特性-作物生长协同调控的物理本质，相关成果发表于《The Crop Journal》。

研究采用振动深松机(ZS-180)设置35 cm(SS35)和40 cm(SS40)处理，以传统旋耕(RT15)为对照。通过压力膜仪测定孔隙分布(ν_a
/ν_w
)，TST-55渗透仪检测饱和导水率(K_S10
)，单环入渗法测定稳定入渗率(SIR)，并结合时域反射仪(TDR-IPH)动态监测土壤水分储存(SWS)。结构方程模型(SEM)解析了各要素的互作关系。

3.1 土壤结构
深松显著降低容重(BD)7.15%，增加总孔隙度(TP)7.08%，其中大孔隙率(≥30 μm)提升36.35%。孔隙连通性指数(PO)在40 cm深度增加41.57%，证实深松构建了更高效的孔隙网络。

3.2 水力特性
SS40处理的30-40 cm土层K_S10
较RT15提高22.25%，SIR增加66.82%。水分储存量(SWS)在0-130 cm剖面增加3.85%，田间持水量(FD)提升13.96%，表明深松同时优化了水分传输与保持能力。

3.3 产量与WUE
深松通过增加穗数(28.17%)、穗粒数(14.76%)和千粒重(9.67%)，使产量达6054.4 kg ha^-1
，WUE提升至1.88 kg m^-3
。SEM显示ν_a
通过PO→SIR→SWS路径间接影响WUE，直接效应系数达0.50。

该研究阐明深松通过"孔隙重构-水力优化-水分高效"的级联效应，破解了犁底层制约水分利用的物理障碍。SS35在维持较高产量的同时实现最佳WUE，为华北平原"藏粮于地"战略提供了可推广的耕作方案。未来研究可结合微生物组学，进一步揭示生物-物理协同增效机制。