小麦连作系统中双季种植与耕作强度对土壤水文及物理特性的差异化影响研究

针对传统耕作导致土壤退化问题，研究团队在南方大平原开展为期5年的小麦连作系统研究，评估免耕(NT)、条耕(ST)与传统耕作(CT)结合夏季双季作物对土壤入渗率、径流、水稳性团聚体(WSA)及水分动态的影响。结果表明，短期(5年)内耕作与双季种植对土壤物理改善有限，但NT显著提升Thrall和Lubbock地区土壤蓄水能力，为半干旱区农业可持续管理提供实践依据。

　　

在气候变化与粮食安全双重压力下，全球农业面临土壤退化与水资源短缺的严峻挑战。美国南方大平原作为重要的小麦(Triticum aestivum L.)产区，长期依赖传统耕作(CT)与夏季休耕，导致土壤有机碳流失、结构破坏及侵蚀加剧。尽管保护性农业措施如免耕(NT)和覆盖作物被证实能改善土壤健康，但在高温(thermic)与超高温(hyperthermic)地区的适用性仍存争议。农民担忧双季种植会加剧水分竞争，而学界对短期保护性措施的效果认知不足。

为此，Perejitei E. Bekewe团队在《Soil Security》发表研究，选取德克萨斯州三大生态区(Beeville、Lubbock、Thrall)开展5年田间试验，系统评估三种耕作方式(NT/ST/CT)与五种夏季作物(豇豆Cowpea、芝麻Sesame、高粱Sorghum、休耕Fallow、七物种覆盖作物混合物)对土壤水文特性的影响。研究采用随机区组裂区设计，结合单环与康奈尔喷灌入渗仪测定入渗率，中子探针监测土壤水分(0-160 cm)，并通过降雨模拟量化水稳性团聚体(WSA)。

关键结果

1. 1.

   入渗与径流：NT与双季种植在5年内对入渗率、径流速率影响有限，但NT在Thrall的黏土中显著降低入渗，可能与土壤类型相关。

2. 2.

   土壤水分：NT在Lubbock(年均降水466 mm)使土壤蓄水量提升9-23%，而CT在Beeville(砂质土)表现更优，凸显生态区特异性。

3. 3.

   水稳性团聚体：仅Thrall的豇豆与芝麻在2019年提升WSA(增幅未披露)，反映黏土区更易形成稳定结构。

4. 4.

   作物水分利用：高粱因生物量大导致土壤水分消耗显著，但灌溉与降水可快速补充水分亏缺。

结论与意义

研究表明，保护性措施对土壤物理性质的改善需长期(>5年)显现，尤其在砂质土壤区。NT的蓄水优势在干旱区(Lubbock)显著，而双季种植未如预期加剧水分胁迫。该成果为高温区小麦系统优化提供实证：农民可依据土壤类型选择NT或CT，而高粱等高产作物需配套灌溉管理。研究打破了"双季种植必然耗水"的认知误区，为《美国农业部NRCS》制定可持续农业政策提供科学依据。未来需延长观测周期，以揭示土壤健康的累积效应。