深松技術及其對土壤理化性質的影響

霍星辰　楊詩韻　趙鵬飛　潘峰　祝一賀　趙萍

摘要：土壤深松技術具有改善土壤理化性質、促進農作物生長發育、提高作物產量等優點。闡述深松技術的應用現狀及深松機具的發展歷程，總結深松技術對土壤水分、容重、養分等理化性質及土壤微生物的影響規律，為后續研究奠定基礎。

關鍵詞：深松；土壤；影響；水分；容重；養分

中圖分類號：S223 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0062-03

1 深松技術的應用發展及研究現狀

土壤是作物生長的基礎，耕作方法在很大程度上影響其理化性質。人畜踩壓及各種農機具壓實特別是鏵式犁的長期翻耕，致使土壤耕層底部形成堅硬的犁底層，有效耕層變少，不利于作物的生長發育。深松是指超過正常耕層深度的松土作業，但不翻土、不打亂土層，僅破壞堅硬的犁底層，加深耕作層，增加土壤的透氣透水及蓄水能力。

土壤深松技術是土壤保護性耕作技術之一，是改善土壤、提高產量的一項根本性現代農業技術。國內外對這一技術都給予了相當的重視。在國外，美國、澳大利亞、英國、以色列和巴基斯坦等國已將深松耕作視為少耕法的重要組成部分并廣泛應用。在英國，應用深松耕地的土壤面積占總耕地面積40%以上。在美國，70%以上耕地采用取代鏵式犁的少耕、免耕法，其中大部分耕地應用深松改善土壤。20世紀60年代，我國各科研單位才開始相關技術的研究，并已在部分地區進行深松耕作試驗，取得了良好效果。目前我國正大力開展保護性耕作技術，深松技術作為其重要組成部分備受重視。

1.1 深松作業的方式

深松技術按作業性質可分為全方位深松技術和局部深松技術2種。全方位深松技術利用深松鏟進行全面松土并打破堅硬犁底層，在土壤中切成梯形的截面土垡后鋪放回田中，創造出“上虛下實、左右松緊相間隔，緊層下部擁有鼠道”的有利于作物生長的結構土壤層，提高土壤通水透氣、儲蓄雨水能力，改善土壤耕層特性。局部深松（即行間深松）是利用立柱式深松鏟進行間隔松土作業，松土區域與不松土區域相互間隔，使耕層土壤虛實共存，并且深松鏟能夠打破堅硬犁底層，增加土壤的蓄水能力。

1.2 深松機具的發展歷程

伴隨著土壤耕作的歷史，深松機具的發展分為3個歷程。

第一個歷程是人們最開始使用的以鑿式犁和深松鏟為代表的深松機具。它們的使用原理基本相同，都是利用在橫垂面內呈豎直安裝的刀桿上鑿尖或箭式鏟松動土層。該類機具現已改進成鏟柄與鏟頭的形式。其工作原理方面的改進則是采用彈性鏟柄，以加強碎土作用。鑿式鏟類深松機具工作時，利用豎直刀桿上的鑿尖對土壤施加無側限擠壓作用，進而使土壤得到松碎。但在深層，豎直桿件只壓緊土壤并不產生松碎作用，徒耗能量。其工作阻力增加而松土范圍卻非常有限，松土系數只有0.3左右，并且在松后的土層中留下豎直溝縫，存在跑墑的后患。

第二個歷程是20世紀80年代初期，英國人首創斜柱犁，其結構特點是在斜置鏟柱的下方裝一水平鏵。該犁避免了鏟柱擠壓土層而形成垂直縫隙這一弊端，工作時犁的斜置刀桿擴大了對土壤施加無側限擠壓作用范圍，從而獲得了較大的松土范圍。斜置刀桿與底刀的結合，其結果使土壤產生抬升運動，土壤因受拉伸應力的作用而破碎。因此，在減少阻力和改善土壤松碎效果方面都較前者有實質性的進步。但也有明顯的缺點，即作為一種單側刀的土壤耕作部件而受力不對稱。

第三個歷程幾乎與第二類深松機具同時產生，在20世紀80年代初，前蘇聯首先將一種梯形框架式的工作部件用于土壤深松，國內將這一深松機稱為全方位深松機。該機具深松土壤時，充分利用刃的切割作用對土壤進行刨削式加工，可使松土系數達0.8～0.9，并使土壤因受剪切應力與拉伸應力的作用而破壞，在土層中不產生大空隙，使無用動能消耗降至最小，因而能收到松碎程度好、牽引阻力小的效果，耕后不會在土層中留下垂直縫隙。在20世紀90年代初，由我國自行研制的ISQ—250型全方位深松機克服了前蘇聯研制的全方位深松機配套動力大、在國內難以推廣的缺點，各項指標都達到國際領先水平，且兼有鼠道犁的功能，在適宜的結構參數下在耕層底部形成一縱慣作業行的鼠道。目前，該機具已在我國推廣使用。

1.3 深松機具的發展現狀

國外從20世紀30年代開始研究深松作業機具，已經形成比較成熟的各種型式配套機具。目前，國外比較新型的深松機具主要有側彎刀式深松機，振動深松機，深松、整地和播種聯合作業機等。法國貝松 HELIOS-LM-900型深松機深松效果均勻，不混亂上下土層結構，并且作業阻力小，牽引動力消耗少，工作效率高。德國的雷肯Labradoi深松機最適合打破犁底層和深松行車道，它可使用2個或3個深松腿，作業深度最高可達到65 cm，能實現最佳深松。由于深松齒可以調整，所以它能調至與任何拖拉機后輪寬度一致，深松行距10～225 cm，配套功率132.3～154.4 kW。

我國對深松機械技術重要性的認識稍晚，從20世紀60年代初才開始進行相應研究。很多科研院所、農場等單位做了大量的研究工作，在深松機具的設計和制造生產方面取得一些進展，目前已通過試驗并投入實際生產應用，取得了較好效果。由黑龍江省水利科學研究院研制的多功能振動式土壤改良機，采用自激往復式慣性振動源，開創了我國耕整地機械振動式作業先河。中國農業大學研制生產的“V”形全方位深松機，黑龍江省生產的“L”形全方位深松機和鑿齒式全方位深松機是我國常用的全方位深松機。由沈陽農業大學黃毅等設計的深耕合籠施肥機可實現深開溝、化肥深施及起壟整壟聯合作業，配合玉米聯合收獲機作業可實現秸稈深埋還田。

2 深松技術對土壤理化性質的影響

土壤是作物生長的載體，是種植業賴以生存的基礎，直接影響作物的生長發育及產量。耕作方式會使土壤理化性質產生不同的變化。大量的研究表明，深松耕作對土壤理化性質有著積極的影響。深松耕作可以打破犁底層、加深耕作層，形成“上虛下實，虛實并存的耕層結構，建立松緊適宜的土壤環境；改善土壤的理化性質，促進農作物的生長發育，并具有一定的蓄水保墑、抗旱防澇、減少水蝕風蝕作用。

2.1 深松對土壤水分的影響

土壤含水量是土壤理化性質中最活躍的因素，對其他性質會產生一定的影響。土壤含水量決定作物對水分利用的難易程度，進而影響作物的生長發育及產量。傳統耕作阻斷了表層土壤與深層土壤之間空隙的連續性，導致土壤含水量降低，并且土壤各層之間的含水量變化差異較大。深松耕作能增加水分入滲，降低地表徑流蒸發，從而提高土壤含水量，增強土壤對干旱的緩沖能力。在具有阻礙根系伸長的堅硬犁底層土壤中，堅硬土壤的低孔隙度限制了水分移動，而深松耕作打破了犁地層，通過提高水分的入滲與貯存來提高作物土壤含水量。總之，深松能打破犁底層，提高土壤的孔隙度，增加土壤含水量和水分滲入深度，將雨水有效儲存在土壤中，擴大土壤的水庫容。

2.2 深松對土壤容重的影響

土壤容重是反映土壤緊實程度、孔隙狀況等結構特征的重要指標，其變化直接或間接影響土壤的水、肥、氣、熱狀況，進而影響作物生長。在土壤質地相似的條件下，容重小表明土壤疏松多孔、結構性良好；反之則表明土壤緊實板硬、缺乏團粒結構。較高的土壤容重是機械化農業生產中一個較嚴重的問題，對土壤理化特征及作物產量有顯著影響。土壤容重增加會降低土壤孔隙度及空隙連續性，破壞土壤結構的均勻性，使土壤水分、養分及氧氣的交換值下降，延緩土壤生物過程。耕作是調整土壤結構（緊實度、孔隙度及導水率）最常用的農業措施，能為作物生長創造一個優良的環境。深松耕作能夠有效疏松土壤，打破犁底層，改善土壤結構，降低土壤容重。

2.3 深松耕作對土壤養分的影響

耕作方式直接作用于土壤，通過改變土壤結構影響養分轉化，進而影響土壤肥力。有機質含量是土壤肥力的重要指標。有機質含量增加，可增強土壤保肥、供肥能力，提高養分有效性。深松能夠更好的打破連續多年旋耕形成的堅硬犁底層，形成良好的耕層結構，創造良好的土壤水分及養分條件，明顯提高玉米根長、根深及根量，從而增加根系生物量，促進微生物生長發育，通過根系殘體的分解增加土壤碳素。深松處理的土壤有機質含量均高于傳統耕作處理。大量的研究指出，土壤氮素循環與碳素循環具有極顯著的相關關系，全氮含量變化與有機質變化基本一致。與傳統耕作相比，深松處理使土壤全N，P，K含量增加。

土壤有效養分是指能夠被植物直接吸收利用的養分，其主要來自土壤中各種遲效態養分轉化及各種速效養分。遲效態養分轉化既受自然條件的影響，也受耕作措施的影響。深松措施可降低土壤容重、改善土壤通透性，促進土壤有機氮的礦化分解，有利于土壤速效氮數量的增加；深松可改善土壤的通透性，創造良好的水分條件，促進土壤緩效態鉀的釋放，進而提高土壤有效鉀的含量；深松可提高土壤pH值，使土壤趨于中性，利于無效磷素有效化。深松利于土壤養分轉化和利用，使農作物產量得到一定提高。

2.4 深松耕作對土壤微生物和腐殖質的影響

細菌、放線菌、真菌是土壤微生物的主要組成部分，而耕作方式會不同程度地影響土壤三大微生物的組成。傳統的鏵式犁耕作使耕地存在堅實的犁底層，導致土壤通透性和蓄水保墑能力降低，影響微生物生存與繁衍。研究表明，深松可以增加土壤含氧量、有機碳含量，擴大耕層深度，改善土壤結構，利于土壤的氣體交換，進而促進好氧性微生物活化和礦物質分解。土壤細菌、放線菌數量的增加，有利于改善深層土壤的微生態環境，實現微生物的多樣性，促進土壤腐殖化。

3 結語

在現代農業生產中，土壤深松技術越來越受到重視，深受大量農民的認可，并在政府的大力推廣與支持下，得到了迅猛發展與廣泛應用。深松技術的實質是耕作松碎土壤而不翻土，打破深層土壤因多年農業機具耕作形成的犁底層，加深耕作層。深松可以增加土壤含水量，降低土壤容重，創造良好的土壤養分條件，且可節本增效、保護環境，在農業耕作技術中占據越來越重要的位置。