提升农田土壤肥力是实现国家“藏粮于地、藏粮于技”战略的基础。碳(C)、氮(N)和磷(P)是土壤养分的主要组成部分, 同时也是植物生长的基础元素, 其含量是衡量土壤肥力的重要指标^[1]。土壤C∶N∶P化学计量特征常被用于探索C、N和P元素之间的平衡和相互作用^[2]、生物多样性^[3]以及生态系统养分循环^[4], 同时也是判断土壤肥力的重要指标。其中, 土壤C∶N可影响土壤中的C和N循环, 也可反映土壤C和N养分矿化和固持是否平衡^[5], 是土壤质量的敏感指标之一^[6]。土壤C∶P可衡量土壤固磷潜力, 高C∶P说明土壤磷的有效性较低。土壤N∶P则是预测养分限制的主要指标。因此, 开展土壤C∶N∶P化学计量特征研究对于农田土壤提升肥力、增加固碳、判断养分限制性元素等具有重要意义^[7—8]。

前人研究表明, 灌溉、耕作和施氮多对农田土壤生态化学计量特征具有显著影响^[6]。Wang等^[9]在亚热带地区的研究发现, 与雨养条件相比, 灌溉能显著降低0—20 cm玉米土壤C和N含量。在黄土高原的研究发现, 灌溉对0—40 cm麦田土壤养分及其生态化学计量比的影响与灌溉量有关, 随灌溉量增加土壤C和N含量越小, 且随深度的增加, 其变化幅度越大, 但对土壤P无显著影响^[10]。而在陇中半干旱区, 0—40 cm麦田土壤C和N含量随灌溉量的增加呈先增大后减小的趋势, P含量受灌水量影响较小^[11], 且在各土层变化趋势基本一致。张恒嘉和黄高宝^[12]的研究表明, 灌溉不利于0—40 cm麦田土壤固碳稳磷, 显著降低了土壤C∶N, 增加了C∶P。传统耕作能够造成土壤C损失达0.17—1.00 t hm^-2 a^-1[13], 而深松(SS)和免耕等对土壤干扰的较少的保护性耕作常被认为是提高土壤C累积、降低土壤N残留的有效方法^[14—17]。Ren等^[18]对0—30 cm旱地麦田土壤的研究发现, SS能够显著提高旱地麦田土壤C含量, 且主要集中在20—30 cm土层, 但对各土层N含量无显著影响, 进而提高土壤C∶N、C∶P和N∶P, 维持土壤生态化学计量特征的稳定。吴林甲等^[19]的研究也同样发现, SS是实现旱地农田土壤固碳供氮的重要方式。此外, SS能提高0—50 cm土壤C含量^[20—22], 而翻耕(PT)对于10—20 cm土壤C、N提高最明显^[23]。然而, 也有一些研究表明, 长期持续采用SS可能会导致土壤其他物理性质的恶化。张琦等^[24]的研究发现长期SS会使深层土壤孔隙度过度增加, 影响根系生长。施氮对农田生态化学计量特征的影响效应尚不明确。有研究表明, 施氮对土壤生态计量特征有显著影响^[25], 且对土壤C含量的影响与施氮时间有关^[26]。也有研究表明, 施氮虽然会影响土壤P含量, 但对土壤生态化学计量特征的影响较小^[27—28]。由此可见, 长期单一采用一种栽培措施, 对土壤养分及其生态化学计量特征的影响是不稳定的。为了避免单一栽培措施对土壤影响的不稳定性, 灌溉、耕作和施氮等多种措施配合被认为是有效的土壤培肥方式。Trost等^[29]的研究表明, 施氮和灌溉并不能显著提高土壤C含量。也有一些研究发现, 过高量灌水和施氮会降低土壤C含量, 不利于土壤固碳^[30], 而合理的灌溉和施氮配合可显著促进耕层土壤C的积累^[31]。此外, SS配合施氮能显著增加土壤C和N含量, 调节土壤C∶N^[32]。但目前针对灌溉、耕作和施氮三因素效应对农田土壤生态化学计量特征的研究还比较缺乏。因此, 选取适宜的耕作制度有助于保持土壤生态化学计量特征平衡, 有利于改善土壤质量, 保障农业可持续发展。

旱地农业区是我国重要的粮食主产区之一, 在保障粮食安全中发挥着重要作用。长期以来, 旱地农业主要依靠雨养, 加之耕作管理粗放、施肥不科学等问题, 导致干旱缺水和土壤贫瘠一直是广大旱地作物增产的两大非生物限制因素^[33]。近年来, 随着我国高标准农田建设项目的推进, 旱地农业区的灌溉条件得到改善, 相当部分农田可实现“一次灌溉”。一次灌溉条件下, SS和施氮量在180 kg/hm²有利于旱地小麦高产、高效及低硝态氮残留^[34], 但其土壤生态化学计量特征如何尚不明确。鉴于此, 本研究基于始于2019年的灌溉、耕作和施氮3因素裂-裂区定位试验, 探讨了0—100 cm土层整土及0—100 cm各土层土壤总碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其化学计量比, 以期为旱地农田土壤的固碳、减排、培肥、可持续发展提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法 1.1 试验区概况

试验地位于河南省伊川县鸦岭镇杜沟村(34°44′ N, 112°40′ E), 为典型的旱地作物种植区。该地区属于温带大陆性气候, 年平均气温14.5 ℃, 年均降水量571 mm, 土壤类型为重壤土。试验起始时0—20 cm土壤基本理化性质为：pH 7.97, 容重1.35 g/cm³, 总碳、全氮、全磷含量分别为12.19 g/kg、1.08 g/kg、0.35 g/kg, 速效磷、速效钾含量分别为12.70 g/kg、117.10 g/kg。

1.2 试验设计和田间管理

田间定位试验开始于2019年10月, 试验采用三因素裂-裂区设计。主区为全生育期不灌溉(I0)和一次灌溉(I1)两个水平；裂区为翻耕(PT)、旋耕(RT)和深松(SS)三种耕作模式；裂-裂区施氮模式, 施氮时期因灌溉而异, I0下全部基施, I1下50%基施、50%灌溉前追施, 施氮量分别为0(N0)、120(N120)、180(N180)和240(N240)kg/hm², 每个处理重复3次, 小区面积为32 m²(4 m×8 m), 具体处理描述见表 1。灌溉量用水表控制, 采用测墒补灌技术, 补灌量(mm)=10×ρb×H×(β_i-β_j)^[35], 其中H为计划湿润土层深度(cm)；β_i为0—40 cm土层目标土壤含水量的平均值；β_j为补灌前0—40 cm土层土壤含水量的平均值；ρb为计划湿润层内土壤平均容重(g/cm³)。补灌量和补灌时间见表 2。供试化肥分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P₂O₅ 12%)和硫酸钾(含K₂O 50%), 其中磷钾肥施肥量分别为90 kg P₂O₅/hm²和60 kg K₂O/hm²。供试小麦品种为“洛旱22”, 于10月中下旬播种, 6月初收获, 理论播种量为187.5 kg/hm², 行距20 cm。其他田间管理按照当地农民习惯进行。

1.3 土壤TC、TN和TP含量的测定

于2023年6月小麦收获期, 在每个小区, 采用五点采样法^[36], 用直径4.0 cm的土钻分别采集0—100 cm土层整土, 将同一小区的所有土壤除去杂草、砾石等杂质混合均匀后留取300 g。同时在所取土洞旁10 cm处采集不同土层土壤样品, 每20 cm为一个土层, 深度为100 cm, 同一小区同一土层的土样除去杂草、砾石等杂质混合均匀后同样留取300 g。土样带回实验室置于阴凉通风处自然风干, 风干后过0.15 mm筛用于测定土壤TC、TN和TP含量。

土壤TC和TN测定：称取土壤样品200 mg放入锡箔纸中并用压样器包样, 将压好的样品放入元素分析仪(Vario MACRO cube, Elementar, Germany), 通过燃烧法测定TC和TN含量^[37]。

土壤TP含量测定：采用HClO₄—H₂SO₄法进行消煮, 过滤后采用消解—钼锑抗分光光度法, 用可见光分光光度计(T6新锐, 北京普析)测定消解液中的TP含量^[38]。

1.4 数据处理

为了使土壤生态化学计量特征研究更全面, 土壤C∶N、C∶P和N∶P用土壤TC、TN和TP含量进行计算^{[37, 39—40]}。采用Microsoft Excel 2016处理试验数据。用SPSS 19.0对数据进行统计分析, 利用Duncan法进行差异显著性检验, 显著水平为0.05。用Origin 2022做Pearson相关分析和主成分分析。方差分解分析用R(R Core Team, 2012)中的“vegan”包获得^[37], 其中I代表两种灌溉方式, T代表三种耕作方式, N代表四种氮肥用量, 土壤养分及生态化学计量比是指0—100 cm土层整土TC、TN和TP含量以及C∶N、C∶P和N∶P^[37]。图表绘制采用Origin 2022。

2 结果与分析 2.1 灌溉、耕作和施氮对旱地农田土壤TC含量的影响

除施氮外, 灌溉和耕作及各因素互作对0—100 cm土层整土TC含量均有显著影响(图 1)。I1较I0整土TC含量显著降低了35.1%。SS较RT和PT整土TC含量分别显著提高18.2%和89.6%, 其中, I0下分别增加13.4%和115.8%, I1下分别提高25.6%和62.2%。施氮对整土TC含量无显著影响, 且无论是I0和I1下, 随施氮量的增加, 整土TC含量均没有规律性变化。

分析0—100 cm不同土层土壤TC含量(表 3)发现, 灌溉和耕作对各土层土壤TC含量均表现出显著的调控效应, 但施氮对其均无显著影响。与I0相比, I1显著降低各土层的TC含量, 在0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm土层, 分别降低了12.7%、19.4%、34.8%、36.6%和36.7%, 表现出随深度增加降低幅度增大的趋势。与PT相比, SS和RT在0—20 cm土层土壤TC含量显著提高34.9%和33.0%, 而在其余土层均表现为SS＞RT＞PT(P < 0.05)。

2.2 灌溉、耕作和施氮对旱地农田土壤TN含量的影响

除耕作外, 灌溉、施氮及各因素互作对0—100 cm土层整土TN含量均有显著影响(图 2)。整体来看, I1较I0整土TN含量降低15.0%。N180和N240间整土TN含量无显著差异, 但较N0分别显著提高22.4%和25.9%, 较N120分别显著提高8.8%和11.9%。不同灌溉和耕作条件下施氮对整土TN含量的影响有所差异, 但均呈先增加后稳定的趋势, 且N180和N240间无显著差异。进一步分析可知, 耕作对整土TN含量的影响因灌溉水平而异, 在I0处理下SS和RT较PT分别显著提高8.8%和12.9%, 但在I1下无显著差异。

对不同土层土壤TN含量(表 4)分析可知, 土壤TN含量随深度的增加而降低, 其对灌溉、耕作和施氮的响应因土层而异。与I0相比, I1在0—20 cm、20—40 cm、60—80 cm和80—100 cm土层土壤TN含量显著降低8.7%—22.0%。SS在40—60 cm土层土壤TN含量较RT和PT分别显著提高7.2%和11.9%, 而在其他土层未表现出显著差异。N240和N180间各土层土壤TN含量均无显著差异, 其在0—20 cm土层中较N0分别显著提高47.9%和35.1%, 较N120分别显著提高27.5%和16.5%；在20—40 cm土层较N0分别显著提高29.1%和21.5%, 较N120分别显著提高15.9%和9.1%；在40—100 cm各土层均较N120无显著差异, 但较N0均显著提高, 说明不施氮会导致旱地农田各土层土壤TN含量降低, 但施氮对土壤TN含量的提升效应会随土层的加深而减小, 且高量施氮并没有增加土壤TN含量。

2.3 灌溉、耕作和施氮对旱地农田土壤TP含量的影响

除施氮外, 灌溉、耕作及因素互作均对旱地0—100 cm土层整土TP有显著调控效应(图 3)。I1与I0相比使土壤TP含量显著降低2.4%。SS和RT较PT使整土TP含量分别显著提高3.5%和4.3%。但在不同灌溉条件下耕作方式间的差异略有不同, 在I1条件下SS和RT较PT分别提高8.9%和6.3%, 但I0下增幅不显著。在不同灌溉和耕作处理下, 施氮对整土TP含量的影响有所差异, 但均呈现先稳定后增加的趋势, 且均在N240达到最大值。

分析不同土层土壤TP含量(表 5)可知, 与I0相比, I1不影响上层(0—60 cm)土壤TP含量, 但使60—80 cm和80—100 cm土层分别显著降低8.8%和12.5%。耕作对土壤TP含量的影响在不同土层表现不同。土壤TP含量在0—20 cm土层, RT较SS和PT分别显著提高8.1%和5.3%；在20—40 cm土层, SS较RT和PT分别显著提高6.7%和9.1%；在40—60 cm土层, SS和RT较PT分别显著提高11.4%和8.6%；而在60—100 cm各土层, 耕作对其无显著影响。施氮对于5个土层土壤TP含量均无显著影响。可见, 一次灌溉会降低深层土壤TP含量, 耕作会影响上层土壤TP含量, 但施氮无作用。

2.4 灌溉、耕作和施氮对旱地农田土壤C、N、P化学计量比的影响

分析不同因素对0—100 cm土层整土C、N、P化学计量比(表 6)可知, 除施氮对C∶N和C∶P, 耕作对N∶P, 灌溉和施氮互作对C∶P和N∶P的影响效应不显著外, 灌溉、耕作和施氮及其互作对旱地农田土壤C∶N、C∶P和N∶P均有显著或极显著的影响。

对于不同土层土壤C∶N(表 7), I1较I0显著降低0—100 cm土层整土C∶N, 但主要表现在40 cm以下土层。除SS和RT在0—20 cm土层的C∶N显著高于PT外, 耕作对旱地农田其余土层土壤C∶N的影响均表现为SS＞RT＞PT(P＜0.05)。施氮对土壤C∶N的影响仅表现在0—20 cm土层。就土壤C∶P而言, 与I0相比, I1处理下整土及各土层均显著降低；除20—40 cm土层外, 0—100 cm土层整土及其他土层土壤C∶P均表现为SS＞RT＞PT(P＜0.05)；但施氮对0—100 cm土层整土及各土层土壤C∶P均无显著影响。就土壤N∶P而言, I1较I0使其在浅层(0—20 cm和20—40 cm)显著降低；耕作在0—100 cm土层整土及各土层表现为无显著差异。0—100 cm土层整土N∶P随施氮量的增加表现为先增加后稳定的趋势, 但施氮对各土层的影响表现略有不同。在0—20 cm、20—40 cm和40—60 cm, 土壤N∶P均表现为随施氮量的增加先增加后平稳, 而在60—80 cm和80—100 cm土层施氮对其无显著影响。由此可见, 施氮对土壤N∶P的提升效应因土层深度的增加而减小。

2.5 旱地农田土壤生态化学计量特征对灌溉、耕作和施氮的响应

相关性结果(表 8)表明, 除TC与N∶P、TN与C∶N和C∶P、TP与C∶P、C∶N与N∶P间相关性未达显著水平外, 土壤TC、TN、TP含量及其生态化学计量比之间均显著正相关, 说明旱地麦田土壤养分和生态化学计量比间具有较强的协同性。

方差分解分析(图 4)发现, 耕作对旱地土壤生态化学计量特征的影响最大, 占总变差的59%, 其次是灌溉占19%, 施氮仅占1%。进一步对不同灌溉处理下的耕作效应进行主成分分析(图 5)发现, 在I0和I1下土壤生态化学计量特征在PT、RT和SS间均存在差异, 且前两个主成分的累计贡献率均达85%以上, 能够解释较多的变异性。其中, I0下, 除土壤TP外, 其他指标均与PC1主要相关, 且均呈正相关关系。I1下土壤N∶P与PC2主要相关, 其他指标均与PC1主要相关, 并呈正相关。与I0相比, I1下PT、RT和SS更向PC1集中, 说明一次灌溉可以缩小不同耕作方式间旱地麦田土壤生态化学计量特征的差异。

3 讨论 3.1 灌溉、耕作和施氮对旱地农田土壤TC、TN和TP含量的影响

土壤C、N和P含量与土壤含水量存在较强的相关性^[41]。本研究条件下, 灌溉能显著降低土壤TC、TN和TP含量(图 1—3), 这主要是由两个方面原因造成的。一方面灌溉改善了土壤水分, 使作物从土壤中吸收更多的TC、TN和TP；另一方面, 当土壤水分较为充足时, 微生物活性较高, 加快土壤有机质的矿化, 增加土壤TC消耗^[42], 且灌溉后可能会造成硝态氮淋洗^[34], 降低土壤TN含量, 这与郝海波等和俞华林等的研究结果一致^{[30, 43]}。此外土壤TC含量的降幅会随土壤深度的增加而逐渐增大, 这主要时由于灌溉降低土壤TC含量, 但土壤表层的秸秆、枯落物及根系的分解仍会对其做相应的补充, 而随着土壤深度的增加, 这些补充逐渐减少, 因此导致降幅逐渐增大。然而土壤TN含量的降幅则随土壤深度的增加呈先减小后增加的趋势, 其原因主要是小麦根系的90%分布在0—60 cm土层, 灌溉后有利于该层土壤氮素的吸收^[44]。本研究还表明, 耕作方式可不同程度的改变土壤TC、TN和TP含量。就土壤TC含量而言, SS较RT和PT具有明显的提升作用。一方面, SS能够改善土壤结构环境和微生物活性, 加快秸秆、根系分泌物等外源碳的周转和腐解, 有利于土壤有机碳的积累^[45—46]。另一方面, SS能够降低土壤团聚体的周转速率, 增加团聚体的稳定性, 减弱土壤有机碳的矿化作用^{[19, 47]}。然而, 在0—20 cm土层中, SS的土壤TC含量较RT并无显著差异, 这主要是由于RT耕作深度较浅, 还田的作物秸秆主要存在于15 cm土壤, 促进了表层土壤C富集的缘故^[48]。对土壤TN而言, SS在40—60 cm土层表现为显著提高, 与其打破了犁底层, 改善土壤较深层的通气条件, 促进了土壤氮素矿化并向40—60 cm土层富集有关^[49], Huang等^[50]也得到了类似的研究结果。耕作对土壤TP含量的影响整体上表现为SS和RT显著高于PT, 说明PT促进了土壤磷素消耗, 但其原因尚不明确, 有待进一步探讨。

目前关于施氮对土壤C含量的影响并无统一定论。在黄土高原半干旱地区, 施氮(210 kg/hm²)能够加速土壤有机质分解, 降低土壤C含量^[51—52]。也有研究认为, 施氮量在135 kg/hm²时, 能够增加作物生产力, 增加枯落物、还田秸秆和根系分泌物的数量, 进而提高麦田土壤C含量^[53]。武均^[54]在黄土高原的研究发现, 当施氮量达到210 kg/hm²时, 土壤C库能够保持稳定或小有浮动。而在本研究中, 施氮对土壤TC无显著影响, 这可能是由于在旱地农田土壤中有机质的矿化与施氮量无关^[51]。土壤TP含量主要受母质影响较大^[55], 因此在本试验条件下, 随施氮量的增加各土层土壤TP含量均无显著变化。然而, 施氮是影响土壤N库或TN含量的重要因素, 大量研究表明, 0—20 cm土壤TN含量随着施氮量的增加而上升^[56—57]。本研究表明, 施氮对土壤TN含量的影响表现为随施氮量的增加呈先增加后稳定, 且影响效应随土层增加逐渐降低的趋势(表 2), N240和N180间无显著差异, 说明施氮180 kg/hm²即可维持旱地农田TN含量的稳定。这与李振强等^[57]发现的当施氮量在150 kg/hm²以上时, 土壤TN含量随施氮量的增加而逐渐增加的结果有出入, 但与其发现的施氮仅对表层(0—20 cm)土壤氮含量有显著调控作用的结果一致。

3.2 灌溉、耕作和施氮对旱地农田土壤C、N和P生态化学计量比的影响

土壤C、N和P生态化学计量比是生态系统中生物地球化学循环过程和土壤功能的基础, 更是反应土壤养分限制状况的重要指标^[58—59]。Cui等^[60]认为高C∶N或C∶P可能导致土壤养分限制, 进而产生作物和微生物之间的养分竞争, 而低C∶N或C∶P会迫使微生物矿化形成更多的有机质来获得更多的C, 使其所在的生态系统达到生态化学计量平衡。当N∶P＜10时, 作物生产力会受到N限制^[58]。而在过去的几十年中, 大量的化肥投入导致农田土壤中养分元素不平衡^[61]。本研究中, 不同处理下土壤C∶N的平均值为16.00, 高于全国耕地C∶N(11.8)^[62], 但是C∶P(28.4)和N∶P(1.8)远低于全国耕地水平(38.1和3.4), 这说明与全国耕地土壤相比, 本研究区土壤N含量较为匮乏, 但P有效性较高。因此, 如果不考虑气候和其他土壤性质, 低背景值的N含量是本研究中旱地作物生长的最大限制。

灌溉能显著降低土壤C∶N和C∶P, 灌溉后土壤中的TC含量显著降低(图 1), 且降幅远大于TN和TP含量, 杨显梅^[10]也发现了类似的研究结果。这主要是由于当土壤水分较为充足时, 有利于提高微生物活性, 加快土壤有机质的矿化, 增加土壤C的消耗, 降低土壤C∶N和C∶P。值得一提的是, 本研究中一次灌溉虽降低了土壤C∶N, 但仍高于全国耕作水平, 说明一次灌溉后土壤仍是比较健康的。与RT和PT相比, SS能够显著提高土壤C∶N和C∶P, 说明SS后土壤TC的积累要显著高于土壤TN和TP。大量研究表明, SS能够改善土壤C循环, 促进土壤中的C积累^{[46, 63]}。一方面, 土壤C∶N与土壤容重呈显著负相关^[64], SS能够降低土壤容重, 提高团聚体稳定性^[65]；另一方面, SS增加土壤通气性, 好气性微生物能够加快土壤中枯落物和秸秆的腐解, 形成大量腐殖质, 进而提高了土壤C的固持能力^[66]。施氮使表层土壤N∶P提高、C∶N降低, 而在较深土层并无显著影响(表 7), 说明施氮可以缓解作物氮限制, 本结论与刘红梅等、黄菊莹等的研究结果一致^[67—68]。有研究发现, 与土壤生态化学计量特征匹配的微生物群落可能会增加微生物活性^[52]。因此, 在旱地农作区合理的栽培措施条件下保持土壤生态化学计量学的平衡有利于增加微生物资源的可利用性来缓解微生物资源的限制, 进而改善土壤微生物群落和活性, 保障土壤质量^{[52, 61]}。

3.3 灌溉、耕作和施氮对旱地农田土壤生态化学计量特征的综合影响

前人研究表明, 土壤TC、TN、TP、C∶N、C∶P和N∶P间存在显著的相关关系^[69—70]。本研究也表明, 旱地农田生态系统中土壤生态化学计量特征是相互影响的(表 8), 尤其是土壤TC和TN含量呈极显著正相关, 说明土壤中C和N元素的周转过程具有高度相关的耦合性^[71]。我国农业农村部建议保持农田土壤C∶N在20—40之间^[72], 秸秆还田配合施氮已成为常见的栽培措施, 用以保证土壤养分平衡^[73]。然而, 本研究中方差分解分析结果表明, 耕作可解释59%、灌溉可解释19%, 而施氮仅解释1%(图 4), 且一次灌溉条件下SS仍能保证土壤C∶N＞20, 说明可以通过灌溉和耕作调控旱地农田土壤生态化学计量特征, 进而调控土壤质量, 这与耕作方式和土壤水分是旱地农田土壤C∶N∶P生态化学计量特征的关键因素有关^[74]。由此可见, 灌溉配合SS对调节土壤生态化学计量特征, 保持土壤养分平衡有积极作用。研究表明, 土壤特性与土壤生态化学计量特征密不可分^[75—76]。例如, 土壤高含水量会导致土壤轻微酸化, 刺激土壤中N等养分的矿化, 最终改变土壤C、N和P生态化学计量比。同样, 土壤容重对土壤生态化学计量特征具有重要影响。Ren等^[18]的研究也表明, 农田土壤生态化学计量特征主要受耕作方式的影响, 且SS利于保持土壤C、N和P的平衡。因此, 在旱地农作区建立合理的栽培措施可以改善土壤养分供应, 维持土壤的健康与稳定。但灌溉、耕作和施氮对土壤C∶N、C∶P和N∶P的影响是否具有普遍性, 还需要在更多的土壤类型和种植区进一步探索。

4 结论

灌溉、耕作、施氮及其互作对旱地农田土壤生态化学计量特征表现出显著的调控效应。灌溉降低0—100 cm土层整土TC、TN、TP含量及其化学计量比, 不利于土壤健康。深松能促进土壤养分积累, 尤其是土壤TC, 是一种适用于旱地的耕作方式。施氮对表层土壤TN含量和N∶P具有显著的调控效应, 且随施氮量的增加呈现先增加后稳定的趋势, 而对土壤TC、TP、C∶N和C∶P无显著影响, 这说明适量施氮能够缓解旱地土壤养分限制。耕作和灌溉是影响土壤生态化学计量特征的主要驱动因素, 分别占总变差的59%和19%, 且灌溉可以缩小不同耕作方式间旱地麦田土壤生态化学计量特征的差异。由此可见, 虽然灌溉降低了土壤TC、TN和TP含量及其化学计量比值, 但其配合深松和施氮仍能够平衡土壤生态化学计量特征, 增加土壤肥力和固碳潜力, 有利于旱地农田可持续发展。因此, 在旱地“一次灌溉”条件下, 深松配施氮肥180 kg/hm²是基于旱地麦田灌溉条件改善后保障土壤健康的最适农艺措施。本研究结果可增强对旱地农田土壤生态化学计量特征的认识, 为提升旱地农田土壤肥力提供理论依据。