干旱挑战下植物土壤水分可用性的评估：斯洛文尼亚传统与最小耕作的比较研究

为解决干旱条件下土壤水分有效性不足的问题，研究人员在斯洛文尼亚开展了一项比较传统耕作（CT）与最小耕作（MT）对土壤水分状态影响的主题研究。结果表明，两种耕作方法在基质势（matric potential）和植物水分可用性上无显著差异，但最小耕作增加了土壤穿透阻力（SPR）。该研究强调了仅改变耕作方式不足以提升水分保持，需结合教育、灌溉和决策支持系统来应对气候变化，对可持续农业和气候适应策略具有重要意义。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱事件频发已成为威胁农业生产的核心问题。土壤作为水分的“蓄水库”，其管理方式直接影响作物的水分可用性。然而，传统耕作（Conventional Tillage, CT）如深耕翻土，虽然能短期改善土壤结构，却可能导致有机质流失和水分蒸发加剧；而最小耕作（Minimum Tillage, MT）强调减少土壤扰动并保留作物残渣，理论上能增强水分保持。但现有研究多集中在美洲地区，且结果不一致——有些显示最小耕作提升水分可用性，有些则无差异。欧洲特别是地中海和大陆性气候区的实证数据匮乏，加上斯洛文尼亚等地的河流流域面临极端降水和干旱双重压力，使得探索本土化耕作策略迫在眉睫。如果无法厘清不同耕作方式在干旱中的实际效果，农民可能盲目采用无效方法，加剧粮食安全风险。为此，斯洛文尼亚的研究人员开展了一项创新研究，旨在评估CT和MT在干旱条件下的植物土壤水分可用性，并结合土壤穿透阻力分析，以期为区域农业适应提供科学依据。这项研究最终发表在《International Soil and Water Conservation Research》期刊上，结论揭示了单一耕作改变的局限性，并呼吁综合性措施。

为了回答干旱条件下耕作方式的影响，研究人员采用了几个关键方法。首先，在斯洛文尼亚的三个河流流域（Vipava、Pesnica和Ledava），分别选择代表不同气候（温带地中海和湿润大陆性）的CT和MT田间站点，确保相同作物轮作（玉米-冬小麦-油菜/三叶草混合）。其次，连续监测土壤水分状态：使用电容传感器（Delta-T Devices）测量土壤含水量（θ），精度±3%；EQ3传感器测量基质势（matric potential），覆盖0至-1000 kPa范围，并转换为pF值（pF = log(-10.2×MP[kPa])）。此外，通过电子贯入仪（Eijkelkamp）在潮湿条件下测量土壤穿透阻力（SPR），深度至80 cm，以1 cm间隔记录，并采用混合模型（R软件包"lme4"）进行统计差异分析。样本包括2021-2022生长季的连续数据，并分类植物水分可用性为四个等级（如pF≤3.0为无胁迫）。最后，结合气象数据和产量估算，确保结果基于实地观测而非模拟。

3.1. Soil water status

研究人员通过连续监测土壤含水量和基质势，发现干旱条件下两种耕作系统的水分状态无显著差异。在Vipava流域（温带地中海气候），2022年生长季的基质势普遍高于3.5 pF（指示中度至严重干旱），CT和MT田间均经历数月水分胁迫；仅在邻近水源的V-MT1站点观察到略好状况。Pesnica和Ledava流域（湿润大陆性气候）水分可用性较高，但CT和MT田间在统计上无差异（p>0.05），ANOVA分析显示平均月度pF值重叠（95%置信区间）。这表明，干旱主导了水分短缺，耕作方式本身未显著改变土壤水分动态，驳斥了MT能普遍提升水分保持的假设。

3.2. Soil penetration resistance

土壤穿透阻力（SPR）测量揭示，最小耕作（MT）在表层土壤（0-30 cm）的阻力更高。在Pesnica和Ledava流域的2022年4月数据中，MT站点的平均SPR比CT高0.5-0.7 MPa（p<0.05），例如深度10 cm处差异显著；但在10月测量中，差异消失，可能与耕作后土壤恢复有关。Vipava流域因数据缺失未显示显著变化。这种阻力增加归因于MT减少土壤扰动，但SPR值未超过2 MPa的根系生长限制阈值，说明MT虽增加压实但未达到危害水平，支持其在结构改善中的潜力。

3.3. Plant water availability

通过分类基质势为四个可用性等级（如pF>4.0指示严重干旱），研究发现所有站点在干旱季均面临严重水分胁迫。Vipava流域的CT和MT站点在2022年5-9月间，超过50%天数处于pF>3.5状态；仅在Pesnica和Ledava的部分站点（如P-MT2）保持