粉壟耕作對農田赤紅壤團聚體結構的影響*

王世佳，蔣代華?，朱文國，張蓉蓉，李軍偉，韋本輝

粉壟耕作對農田赤紅壤團聚體結構的影響*

王世佳1，蔣代華1?，朱文國1，張蓉蓉1，李軍偉1，韋本輝2

（1. 廣西大學農學院，南寧 530004；2. 廣西農業科學院經濟作物研究所，南寧 530004）

為揭示粉壟耕作對土壤團聚體結構的影響，探明其變化機理，通過團粒分析、掃描電鏡（SEM）、Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面積及孔徑分析等表征手段對赤紅壤進行形貌和結構分析，結合耕作后土壤養分的變化，分析比較了常規旋耕（CT20）、深翻旋耕（DT40）、粉壟20 cm（FL20）和粉壟40 cm（FL40）四種耕作方式下赤紅壤理化特性的變化。結果表明：FL40相對其他耕作方式，增加了1～0.25 mm粒徑機械穩定性團聚體含量（<0.05），減少了大于3 mm粒徑水穩性團聚體含量（<0.05）。相對于CT20和DT40，粉壟耕作處理土壤微形態改變呈現出骨骼顆粒細小且排列緊密、表面光滑、土壤比表面積較大、孔隙分布更豐富等特點；DT40速效養分含量較CT20、FL20和FL40均達到顯著差異（<0.05）。相對于CT20和DT40，粉壟耕作能增加赤紅壤的中團聚體含量，使赤紅壤形態特征存在明顯差異；其中，FL20使作物增產顯著。

粉壟；團聚體；微形態；孔隙分布；土壤養分

赤紅壤區是我國主要的糧食和經濟作物主產區之一，其中水稻播種面積占全國90%以上[1]，甘蔗產量占全國60%以上[2-3]，在全國糧食生產中占有重要地位。近年來，農業生產上對農產品產量和質量的要求不斷提高，化肥、農藥的投入水平又需得到有效控制[4]；在穩定“化學農業”投入的同時，如何采取其他有效措施提升土壤肥力具有重大的現實意義。

研究[5-8]表明，不同耕作方式對土壤理化性質影響不同，合理的耕作方式能有效改善土壤的水、肥、氣、熱條件，以物理的方式提升土壤肥力，從而達到作物增產提質的效果。赤紅壤地區多采用鏵式犁作為耕地工具進行深翻旋耕[9]，雖然長期翻耕能有效除掉作物殘茬、雜草并增加土壤的通氣性等，但同時也破壞了對地面的保護，導致耕層變淺[10]，土壤結構緊實，土壤蓄水保肥能力嚴重下降等問題[11]。來自廣西農業科學院韋本輝研究員發明的粉壟技術，是繼人力、畜力、拖拉機耕作之后一種全新高效的耕作方式，其特點為立式螺旋型旋削刀具快速擾動土壤，懸浮成壟而不破壞土層，且能打破犁底層，以達到深耕深松的效果[12]。據相關研究報道[13]，粉壟耕作能使作物增產10%～30%，品質提升5%以上。2017年以來，粉壟耕作被原農業部列為全國主推技術且評估達到國際領先水平，得到袁隆平院士、張洪程院士等專家學者的一致認可[14-15]；目前，該技術已在全國25個省份、35種作物上推廣應用[16]。因此，研究粉壟耕作對赤紅壤理化特性的影響，具有重要的現實意義。

土壤團聚體分布及數量能直接表明土壤結構的抗蝕性和機械穩定性，王彩霞等[17]研究表明，旋耕和覆蓋深松相對于傳統耕作能夠增加小于0.01 mm粒級的微團聚體；而張祥彩等[18]研究表明，深松能夠明顯增加土壤大團聚體含量；劉艷等[19]指出了耕作制度下土壤團聚體對干濕交替的響應；王恩姮等[20]研究了自然條件下黑土微形態的變化狀況；姜宇等[21]則研究了凍融條件下黑土大孔隙結構特征；靳曉敏等[22]研究了粉壟耕作對土壤養分的影響。這些研究未將不同耕作方式下土壤團聚體含量分布特征結合土壤形貌結構及微孔隙變化差異進行系統研究，其中，粉壟耕作對赤紅壤理化性質的研究鮮有報道，特別是粉壟耕作對農田赤紅壤團聚體含量及結構形態的影響研究未見報道。

因此，本研究從粉壟耕作技術對赤紅壤形貌和結構分析角度出發，探討粉壟耕作方式下赤紅壤理化性質特征。以赤紅壤為研究對象，采用一系列物理表征手段與化學實驗分析相結合的方法，比較分析了常規旋耕20 cm、粉壟20 cm、粉壟40 cm和深翻旋耕40 cm四種耕作方式下赤紅壤理化性質變化的特征，了解粉壟耕作對農業生產的重要作用，為赤紅壤地區推廣粉壟耕作技術提供理論依據和實踐支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西壯族自治區南寧市隆安縣那桐鎮大滕村。隆安縣位于廣西的西南部，北回歸線以南（22°99′N，107°88′E），巖溶山地地貌，石灰巖上覆蓋第四紀紅土，土壤類型為濕熱鐵鋁亞綱的赤紅壤。屬南亞熱帶季風氣候，年平均降水量1 301 mm，年內降水量分配很不均勻，季節性較強，降水主要集中在6—9月，年均氣溫21.8℃，多年平均最高月氣溫28.4℃，最低月平均氣溫13.2℃。

試驗地為平地，無坡度；前茬作物為南瓜，過去常年土地利用方式為水稻田。土壤母質為第四紀紅土，肥力中等，土壤質地為粉質壤土。2018年試驗地土壤全氮1.45 g·kg–1，堿解氮238.6 mg·kg–1，有效磷7.30 mg·kg–1，速效鉀180 mg·kg–1，有機質30.22 g·kg–1，pH 4.94，容重1.16 g·cm–3。

1.2 試驗設計

試驗分為4個耕作處理，分別為常規旋耕20 cm（CT20）：采用功率為132 kW拖拉機，耕作土層深度均為20 cm；粉壟20 cm（FL20）：采用功率為295 kW粉壟機，耕作土層深度均為20 cm；粉壟40 cm（FL40）：采用功率為295 kW粉壟機，耕作土層深度均為40 cm；深翻旋耕40 cm（DT40）：先用功率為132 kW拖拉機對試驗地先進行深翻，深度為40 cm，再進行常規旋耕，旋耕深度均為20 cm。

試驗于2018年4月進行，耕作在同一天完成，采用間隔重復設計，重復4次，即共4個區組，每個區組4個處理，隨機排列，每個處理小區面積90 m2（長15 m，寬6 m）。耕作后即采集土樣，后期供試作物為甘蔗，甘蔗品種：桂糖42號。各處理按照當地常規習慣統一供試肥料用量及種類：復合肥N︰P2O5︰K2O比例為15︰15︰15，尿素（含N 465 g·kg–1），鉀肥為氯化鉀（含K2O 600 g·kg–1），甘蔗于2019年1月進行測產。

本試驗均在每個小區采集表層土（0～20 cm），每個小區均采集5個土樣，均勻混合，然后將大土塊用手輕掰成直徑約1 cm左右的小土塊，清除石塊和動植物殘體，最后采用四分法收集約1 kg土壤，置于干凈的硬質塑料盒，帶回實驗室風干備用。

1.3 土壤團聚體粒徑測定

機械穩定性團聚體采用人工干篩法對團聚體進行分組。具體方法為：將孔徑分別為3.0 mm、2.00 mm、1.00 mm、0.5 mm、0.25 mm孔篩自上而下套合，放在篩底上，稱取100 g左右的風干土置于3 mm孔篩，加蓋后人工手篩將土分為6個粒徑組，即大于3 mm、3～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0. 5～0.25 mm和小于0.25 mm。經篩分的各粒級團聚體分別準確稱量，計算得到各粒級團聚體質量百分比。

水穩性團聚體采用Elliott土壤團聚體濕篩法測定[23]。具體方法為：采用土壤團粒分析儀（DM200-V，德碼信息技術有限公司，上海），稱取風干土100 g，將土樣置于3 mm孔徑篩上，自上而下放孔徑3.0 mm、2.00 mm、1.00 mm、0.5 mm、0.25 mm孔篩，再將整個套篩緩慢放入水中，使水面淹過頂層篩，土樣在水中浸泡3 min，豎直上下振蕩（上下振幅38 mm，每分鐘30次），分離出大于3 mm、3～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm和小于0.25 mm土壤團聚體，共6個粒徑組，收集各粒徑團聚體轉移至蒸發皿中，在105～108 ℃下烘8 h干燥后稱重，計算得到各粒級團聚體含量。

1.4 土壤微形態、比表面和孔隙度測定

采用掃描電子顯微鏡（SEM，S-3400N，日立公司，日本）觀察并照片。具體的方法為：將帶回風干的土壤選取2～5 mm大小的團聚體，保證其至少有一個面的耕作處理紋理未受到人為破壞擠壓。將選取好的小土塊置于離子濺射儀（MST-ES，日立公司，日本）進行噴金處理，然后用掃描電子顯微鏡觀察不同耕作處理超微形態特征。

土壤比表面和孔隙度采用全自動三站式比表面積和孔隙度分析儀（TristarII3020 型，麥克默瑞提克（上海）儀器有限公司）測定。試驗條件：飽和蒸汽壓/ kPa：10，脫氣系統溫度范圍為20～200 ℃，吸附氣體為氮氣。

1.5 土壤養分含量測定

參考《土壤農業化學分析方法》[24]測定方法：其中，pH用電位法測定，水土比為2.5︰1.0；有機質用重鉻酸鉀外加熱法測定；全氮含量用半微量凱氏定氮法測定；堿解氮含量用堿解擴散法測定；有效磷含量用0.05 mol·L–1HCl～0.025 mol·L–1（1/2 H2SO4）法測定；速效鉀含量用1 mol·L–1中性NH4OAC浸提、火焰光度法測定。

1.6 甘蔗產量及品質性狀測定

試驗均在每個小區取10 m長度的甘蔗進行稱量，然后換算成理論產量；每處理小區隨機取10株甘蔗，分別用數顯糖度計（AMR100，美國）、游標卡尺和卷尺對甘蔗的糖分（取甘蔗上、中、下部位的平均值）、莖徑和株高進行測量。

1.7 數據處理

結構體破壞率是表征土壤團聚體結構特征的重要指標之一，反映了團聚體對水的穩定性，結構體破壞率越小，土壤結構越穩定[25]。計算公式如下：

式中，PAD為結構體破壞率，%；d為風干團聚體中大于0.25 mm粒級所占的比例，%；w為水穩性團聚體中大于0.25 mm粒級所占的比例，%。

本試驗基礎數據采用SPSS19和EXCEL2010軟件進行單因素方差分析和鄧肯（Duncan）法多重比較，制圖由Origin 8制圖軟件完成。

2 結果與討論

2.1 不同耕作方式下赤紅壤養分變化

由表1可知，不同耕作方式下，DT40的pH相對于其他耕作方式低0.25～0.35 個單位；對于全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷的含量，DT40低于其他三種耕作方式且均達到差異顯著（<0.05）；而有機質變化不明顯（>0.05）。不同耕作方式下土壤的pH 和養分的差異主要是DT40與其他耕作方式的差異，原因在于DT40改變了土層，使下層土上翻；而在原狀土中，上下土層pH和養分存在差異，這是DT40土壤養分不同于其他耕作的主要原因。其中，粉壟耕作略大于CT20，但未達到顯著差異水平，這可能與粉壟耕作擾動土壤礦物晶粒所釋放的養分較高有關。

2.2 不同耕作方式下赤紅壤團聚體分布特征

2.2.1 機械穩定性團聚體分布特征 由表2可知，赤紅壤機械穩定性團聚體在不同耕作方式下存在差異。FL40的0.5～0.25 mm和1～0.5 mm粒徑團聚體含量顯著高于其他三種方式（<0.05），其中，FL40與DT40之間差異最大。相反，大于3 mm粒徑團聚體含量DT40則顯著高于其他三種方式（<0.05），其他三種耕作方式之間差異不顯著（>0.05）。其余各粒徑團聚體含量在不同耕作方式下則差異不顯著（>0.05）。

表1 不同耕作方式下土壤的理化性質

注：CT20、FL20、FL40和DT40分別代表處理常規旋耕20 cm、粉壟20 cm、粉壟40 cm和深翻旋耕40 cm，同列小寫字母不同表示處理間差異達0.05顯著水平。下同。Note：CT20，FL20，FL40 and DT40 stands for conventional rotary tillage 20 cm in depth，deep vertically rotary tillage 20 cm in depth，deep vertically rotary tillage 40 cm in depth and deep rotary tillage 40 cm in depth，and different lowercase letters in the same column mean significant difference at the 0.05 level. The same below.

表2 不同耕作方式下土壤機械穩定性團聚體組成

四種耕作方式下，各處理均以大于0.25 mm粒徑團聚體為優勢團聚體。在不同耕作方式下，機械穩定性各粒徑團聚體存在不同的差異。相對于其他三種耕作方式，FL40耕作處理下大團聚體向1～0.25 mm粒徑的中團聚體轉化明顯；這主要由于FL40處理對土體的擾動強度和深度較大，減少了土壤的大團聚體，而增加了土壤中、微團聚體。Bailey等[26]研究指出，較小的團聚體內部大孔隙較多，其形成的土壤總孔隙和孔隙表面積較大，更利于作物根系下扎和水分與養分的吸收。

2.2.2 水穩性團聚體分布特征 由表3可知，不同耕作方式下赤紅壤水穩性團聚體各粒徑含量分布中，均為2～1 mm粒徑范圍內含量所占比例最大，FL20相對于CT20和DT40均達到差異顯著（<0.05）。大于3 mm粒徑團聚體含量中，FL40與DT40和CT20達到顯著水平（<0.05），FL40與DT40差異最大。在3～2 mm粒徑范圍內，DT40顯著低于FL40和CT20（<0.05），與FL20差異不顯著（>0.05）；在團聚體其他粒徑中，差異則不明顯。

四種耕作方式下，赤紅壤結構體破壞率表現為：DT40>FL40>CT20>FL20。說明在這四種耕作方式下，DT40土壤結構最不穩定；反之，FL20土壤結構最穩定。但FL20與CT20土壤結構體破壞率差異極小，即穩定性差異不明顯。該研究中，耕作機械力與土層翻動共同影響著土壤結構體，對其進行量化且明確作用機理是今后研究的重點和難點之一。

表3 不同耕作方式下土壤水穩定性團聚體組成

注：PAD：結構體破壞率。Note：PAD：Failure rate of structures.

水穩性團聚體中，不同耕作處理大于3 mm粒徑團聚體含量較機械穩定性均明顯減少，3～1 mm和小于0.25 mm粒徑團聚體含量明顯增多。其中，DT40在大于3 mm粒徑團聚體含量減少最為明顯，但在小于0.25 mm粒徑微團聚體增加顯著，在四種不同耕作方式下土壤結構體最不穩定；這主要是由于DT40耕作處理是將下層土（20～40 cm）翻成上層土（0～20 cm），土壤的穩定性與粉壟和常規旋耕不破壞土層的方式存在差別，從而使團聚體各粒徑與其他耕作存在差異。不同粒徑團聚體在養分的轉化和供應過程作用不同[27]，微團聚體較大團聚體具有較大的比表面，影響了土壤的物理、化學與生物特性。不同耕作方式對團聚體分散、破碎、重新排列和再團聚過程的改變影響土壤的結構和功能，導致作物根系吸收利用水分與養分的效率不同。在今后的研究中，應關注土壤團聚體各粒徑含量動態變化。

粉壟耕作較傳統耕作方式具有碎土性好、松土量大和機械鉆頭橫向擾動土壤等特點，增加了土壤中、微團聚體含量，而小粒級的團聚體養分儲存量會得到提升，更有利于作物對土壤養分的吸收，這可能是粉壟耕作能使作物增產提質的重要原因，對農業生產具有重要意義。

2.3 不同耕作方式下赤紅壤團聚體微形態特征

如圖1所示，將土壤團聚體表面放大1 000倍，能夠從SEM圖像中直觀地看出赤紅壤的微結構，并且能夠粗略判斷赤紅壤剖面黏土礦物的類型。土壤微結構呈現三維圖像，能夠準確區分結構體和顆粒體、土壤微結構類型及微孔隙類型等。

從耕作前可看出，原狀土下層土壤中清晰可見絮片狀黏粒物質連接成的團聚體和腐殖質及形成的孔道。耕作處理后，赤紅壤形態特征上存在明顯的差異；與其他耕作方式相比，粉壟耕作方式下土壤微形態表面光滑、骨骼顆粒細小緊實，排列緊密、規則且具有一定的定向性；各處理均有較多的孔道狀微孔隙。

如圖2所示，將圖1繼續放大至5 000倍，從耕作前可看出，原狀土粗骨顆粒排列較緊密，磨圓度較高；而耕作后，明顯看出粉壟耕作處理細顆粒體較小，形成的結構體呈絮片狀，疏松而不松散。

圖1 不同耕作方式下土壤掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（放大1 000倍）

圖2 不同耕作方式下土壤掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（放大5 000倍）

如圖3所示，將圖2繼續放大至1萬倍，從耕作前可看出，原狀土骨顆粒磨圓度高，排列緊密且粒間孔隙明顯；從耕作后可看出，在不同耕作方式下，對土壤微形態顆粒影響存在著明顯差異；CT20與DT40 骨骼顆粒與原土磨圓度類似，而粉壟耕作處理骨骼顆粒更小，粒級孔隙不明顯，排列緊密且表面明顯光滑。

不同耕作處理對土壤微形態的影響變化存在差異，通過掃描電鏡（SEM）三種不同視場觀察表面超微形態，能夠較清晰地看出土壤表面的孔壁、孔道和微孔隙，這些微孔隙主要集中在5～200 μm，具有通氣性、水分儲存的功能；土壤微孔隙的類型、數量、組合及剖面分布狀況，對土壤肥力具有重要的意義[28]。粉壟耕作較CT20和DT40呈現出土壤表面骨骼顆粒細小，排列規整且緊密，表面更光滑和孔隙更發達等特點，對水分和養分吸收利用可能具有更大吸附性能。粉壟耕作與傳統耕作相比，不僅赤紅壤各粒級團聚體含量分布存在差異，而且團聚體表面微形態也存在著差異；這些形態結構的差異，極可能是粉壟耕作技術能增產提質的重要原因之一。

圖3 不同耕作方式下土壤掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（放大10 000倍）

2.4 不同耕作方式下赤紅壤比表面積及孔結構變化

采用氮氣吸脫附法對不同耕作處理赤紅壤的比表面、孔結構及孔徑分布的變化進行了研究和分析。表4為不同耕作處理后土樣BET比表面積和氣體吸附與解吸（BJH法）的平均孔徑表。由表4可知，不同耕作方式下赤紅壤的孔結構以微孔為主。耕作方式的不同，存在著微小差異；比表面積大小表現為粉壟耕作略大于其他耕作，平均孔徑的大小也呈現類似的規律。土壤微形態的差異通過比表面積和孔隙度分析儀測定分析，可看出，粉壟耕作下赤紅壤的BET比表面積較CT20達顯著差異水平（<0.05）；較高的比表面積說明土壤存在大量的微孔和介孔[29]；吸脫附平均孔徑大小也呈現出類似的規律，進一步說明耕作方式能對黏土礦物土壤顆粒之間的孔隙分布產生影響。研究表明[30-31]，土壤納米級孔隙表面能發生許多化學反應，養分在土壤顆粒上的吸脫附行為，與納米孔隙有關。在今后的研究中，應注重研究不同耕作方式下赤紅壤對養分的吸附與解吸效應，進一步驗證各耕作處理產生的化學反應差異。

表4 不同耕作方式下赤紅壤的比表面積與平均孔徑

氮氣吸附法的土壤孔隙微分曲線和累積曲線見圖4。氮氣吸附（NAI）的測量范圍在0.001～0.1 μm，這也是土壤黏土礦物顆粒之間的孔隙分布范圍，這些孔隙與土壤耕作方式有關[32]。微分曲線的峰值所出現的位置是最可幾孔隙，代表出現幾率最大的孔隙。不同耕作方式下土壤的最可幾孔隙均出現在0.04～0.06 μm之間，CT20峰值最小。FL40微分曲線為最高，DT40次之，CT20最低。由于FL20和FL40對土壤本身的表層土的擾動強度類似，所以它們的微分曲線重合度很高；孔隙體積累積曲線也呈現出相同的規律。

根據土壤孔隙性質和大小，可分為構造孔隙和結構孔隙。構造孔隙與土壤顆粒組成有關，主要指團聚體內部的孔隙或細小顆粒間的孔隙，具有較高穩定性。結構孔隙與土壤團聚體有關，主要指微團聚體之間和團聚體之間的孔隙，其穩定性易受外界環境的擾動；顯然，耕作方式會對土壤構造孔隙，特別是結構孔隙產生影響。由Tisdall和Oades[33]的等級理論可知，微團聚體依靠陽離子橋或有機聚合物形成有機-礦物復合體穩定自身結構，大團聚體則主要依靠多糖等有機物質。土壤的團聚體和土壤孔隙是構成土壤結構的重要組成部分，土壤結構的差異決定了土壤的水、肥、氣、熱狀況，也決定了土壤生物、微生物的“生活”場所及運動通道。不同耕作方式下赤紅壤不同尺度的孔隙度動態變化有待進一步研究，進而探明不同耕作下土壤團聚體及孔隙大小變化機理。

注：dV/dlog（D）代表微分體積Note：The dV/dlog（D）represent differential volume

2.5 不同耕作方式下甘蔗產量及品質

由表5可知，四種耕作方式下甘蔗產量及品質性狀存在差異，粉壟耕作下甘蔗產量較高，其中，FL20較DT40和CT20差異達到顯著水平。FL20較FL40產量高，其主要原因可能是FL20下層土（20～40 cm）較FL40下層土保水性好；而FL40的糖分最高，糖分含量較FL20、DT40和CT20分別增加了4.2%、4.7%和4.8%，且均達到顯著差異（<0.05），其原因可能是該處理機械對土壤擾動的深度和強度最大，釋放了土壤中更多礦物養分的同時，對后期施肥的養分儲蓄和釋放具有更好的效應。與CT20比較，FL40與DT40增加了作物產量，但效果不明顯，說明耕作層增加能提升作物產量，與韓上等[34]研究結果一致。終上所述，粉壟耕作對甘蔗有增產提質的效果。

表5 不同耕作方式對甘蔗產量及品質性狀的影響

注：1）數顯糖度計測定。Note：1）Determination by the digital display sugar meter.

3 結 論

不同耕作方式下，赤紅壤機械穩定性和水穩性團聚體分布存在差異。其中，FL40在0.5～0.25 mm和1～0.5 mm粒徑機械穩定性團聚體含量顯著高于其他耕作方式；大于3 mm粒徑水穩性團聚體含量中，FL40較DT40和CT20差異顯著；粉壟耕作與CT20和DT40相比，土壤骨骼顆粒呈現出顆粒細小、排列規則且緊密、表面光滑、比表面積大及孔隙發達等特點。結果表明，粉壟耕作使作物達到增產提質的效果。

［1］ Huang J S，Xie R L，Zeng Y，et al. Effects of long-term fertilization on fertility of lateritic red loams paddy. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，2016，29（5）：1144—1149. [黃金生，謝如林，曾艷，等. 長期不同施肥對赤紅壤稻田區肥力的影響. 西南農業學報，2016，29（5）：1144—1149.]

［2］ Lu S H，Zhang C L，Deng L S，et al. Effects of K fertilization on yield and quality of sugarcane under drip irrigation. Sugar Crops of China，2009，31（1）：12—14，17. [陸樹華，張承林，鄧蘭生，等. 滴灌條件下不同施鉀量對甘蔗產質量的影響. 中國糖料，2009，31（1）：12—14，17.]

［3］ Li Y R，Yang L T. New developments in sugarcane industry and technologies in China since 1990s]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，2009，22（5）：1469—1476. [李楊瑞，楊麗濤. 20世紀90年代以來我國甘蔗產業和科技的新發展. 西南農業學報，2009，22（5）：1469—1476.]

［4］ Jin S Q，Zhou F. Zero growth of chemical fertilizer and pesticide use：China’s objectives，progress and challenges. Journal of Resources and Ecology，2018，9（S1）：50—58.

［5］ Kay B，VandenBygaart A. Conservation tillage and depth stratification of porosity and soil organic matter. Soil and Tillage Research，2002，66（2）：107—118.

［6］ Hou X Q，Li R，Jia Z K，et al. Effects of rotational tillage practices on soil properties，winter wheat yields and water-use efficiency in semi-arid areas of north-west China. Field Crops Research，2012，129：7—13.

［7］ He X. Effects of different tillage on physicochemical properties of farmland mollisoil and PSⅡ function of maize leaves. Harbin：Northeast Agricultural University，2017. [何鑫. 不同耕作方式對農田黑土理化性質及玉米葉片PSⅡ功能的影響. 哈爾濱：東北農業大學，2017.]

［8］ Cheng C，Wang J J，Cheng H H，et al. Effects of straw returning and tillage system on crop yield and soil fertility quality in paddy field under double-cropping-rice system. Acta Pedologica Sinica，2018，55（1）：247—257. [成臣，汪建軍，程慧煌，等. 秸稈還田與耕作方式對雙季稻產量及土壤肥力質量的影響. 土壤學報，2018，55（1）：247—257.]

［9］ Tan J J，Yang S D. Mechanization development of sugarcane production in Guangxi. Journal of Southern Agriculture，2018，49（4）：806—811. [譚俊杰，楊尚東. 廣西甘蔗生產全程機械化發展研究. 南方農業學報，2018，49（4）：806—811.]

［10］ Qu T，Li X，Tang M J，et al. Effects of the excited-vibration subsoiler on soil properties. Journal of Agricultural Mechanization Research，2018，40（12）：179—183. [屈通，李霞，湯明軍，等. 自激振動深松對土壤物理特性的影響. 農機化研究，2018，40（12）：179—183.]

［11］ Liu B，Wu L S，Lu J W，et al. Research progress on the effects of different tillage methods on soil physical and chemical properties. Tillage and Cultivation，2010（2）：55—58，65. [劉波，吳禮樹，魯劍巍，等. 不同耕作方式對土壤理化性質影響研究進展. 耕作與栽培，2010（2）：55—58，65.]

［12］ Wang H. Wei benhui and his deep vertically rotary tillage technology. Science Technology Innovations and Brands，2015（7）：54—55. [王輝. 韋本輝和他的粉壟技術. 科技創新與品牌，2015（7）：54—55.]

［13］ Wei B H. Yield increasing and quality improving effects of smash-ridging method （“4453”effects）and its potential in benefiting the nation and the people. Journal of Anhui Agricultural Sciences，2014，42（27）：9302—9303. [韋本輝. 粉壟“4453”增產提質效應及其利民利國發展潛能. 安徽農業科學，2014，42（27）：9302—9303.]

［14］ Feng L，Xiong X. Ministry of Agriculture：Leading in the world in deep vertically rotary tillage technology. 2018–01–17 [2019–04–06]. http://scitech.people.com.cn/ n1/2018/0117/c1007-29770591.html. [馮粒，熊旭. 農業部：粉壟耕作國際領先. 2018–01–17[2019-04-06]. http://scitech.people.com.cn/n1/2018/0117/c1007-29770591.html.]

［15］ Wei Y，Zhao Z Q. The first cultivation with deep vertically rotary tillage technology，Yuan Longping super grain wants to reach a new high. 2016–12–26[2019–04–06]. http://scitech.people.com.cn/n1/2016/1226/c1007-28976556.html. [魏艷，趙竹青. 首次采用粉壟技術栽培，袁隆平超級水稻欲沖新高. 2016–12–26[2019–04–06]. http:// scitech.people.com.cn/n1/2016/1226/c1007-28976556.html.]

［16］ Xu G X. Deep vertically rotary tillage technology：Unlimited space-time releases “natural force” for the benefit of mankind. 2018–10–31[2019–04–06]. http://www. ceh.com.cn/syzx/1094010.shtml. [徐國信. 粉壟技術：無限時空釋放“自然力”造福人類. 2018–10–31[2019–04–06]. http://www.ceh.com.cn/syzx/ 1094010.shtml.]

［17］ Wang C X，Yue X J，Ge X Z，et al. Effects of conservational tillage measures on distributions of organic carbon and nitrogen in soil microaggregates. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2010，16（3）：642—649. [王彩霞，岳西杰，葛璽祖，等. 保護性耕作對土壤微團聚體碳、氮分布的影響. 植物營養與肥料學報，2010，16（3）：642—649.]

［18］ Zhang X C，Li H W，He J，et al. Effects of different tillage managements on characteristics of soil and crop in annual double cropping areas in Northern China. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery，2013，44（S1）：77—82，71. [張祥彩，李洪文，何進，等. 耕作方式對華北一年兩熟區土壤及作物特性的影響. 農業機械學報，2013，44（S1）：77—82，71.]

［19］ Liu Y，Ma M H，Wu S J，et al. Soil aggregates as affected by wetting-drying cycle：A review. Soils，2018，50（5）：853—865. [劉艷，馬茂華，吳勝軍，等. 干濕交替下土壤團聚體穩定性研究進展與展望. 土壤，2018，50（5）：853—865.]

［20］ Wang E H，Zhao Y S，Xia X Y，et al. Effects of freeze-thaw cycles on black soil structure at different size scales. Acta Ecologica Sinica，2014，34（21）：6287—6296. [王恩姮，趙雨森，夏祥友，等. 凍融交替后不同尺度黑土結構變化特征. 生態學報，2014，34（21）：6287—6296.]

［21］ Jiang Y，Liu B，Fan H M，et al. Macropore structure characteristics of black soil under freeze-thaw condition. Acta Pedologica Sinica，2019，56（2）：340—349. [姜宇，劉博，范昊明，等. 凍融條件下黑土大孔隙結構特征研究. 土壤學報，2019，56（2）：340—349.]

［22］ Jin X M，Du J，Shen R Z，et al. The effection of sumash-ridging cultivation technology on the growth and yield of corn in Yellow River irrigation district of Ningxia. Journal of Agricultural Sciences，2013，34（1）：50—53. [靳曉敏，杜軍，沈潤澤，等. 寧夏引黃灌區粉壟栽培對玉米生長和產量的影響. 農業科學研究，2013，34（1）：50—53.]

［23］ Elliott E T. Aggregate structure and carbon，nitrogen and phosphorus in native and cultivated soils. Soil Science Society of America Journal，1986，50（3）：627—633.

［24］ Lu R K. Analytical methods for soil and agro-chemistry. Beijing：China Agricultural Science and Technology Press，2000. [魯如坤. 土壤農業化學分析方法. 北京：中國農業科學技術出版社，2000.]

［25］ Liu M Y，Wu J L，Liu L W，et al. Stability characteristics of soil water-stable aggregates under different land-use patterns on the Loess Plateau. Journal of Natural Resources，2016，31（9）：1564—1576. [劉夢云，吳健利，劉麗雯，等. 黃土臺塬土地利用方式對土壤水穩性團聚體穩定性影響. 自然資源學報，2016，31（9）：1564—1576.]

［26］ Bailey V L，McCue L A，Fansler S J，et al. Micrometer-scale physical structure and microbial composition of soil macroaggregates. Soil Biology and Biochemistry，2013，65：60—68.

［27］ Liu W L，Wu J G，Fu M J，et al. Effect of different cultivation years on composition and stability of soil aggregate fractions in orchard. Journal of Soil and Water Conservation，2014，28（1）：129—135. [劉文利，吳景貴，傅民杰，等. 種植年限對果園土壤團聚體分布與穩定性的影響. 水土保持學報，2014，28（1）：129—135.]

［28］ He Y R，Xu X M，Liu L. Soil properties and SEM features of diagnostic horizon of stagnic anthrosols in southwestern China. Journal of Mountain Research，2009，27（6）：727—734. [何毓蓉，徐祥明，劉黎. 西南地區水耕人為土診斷層土壤特性及SEM特征. 山地學報，2009，27（6）：727—734.]

［29］ Filimonova S，Kaufhold S，Wagner F E，et al. The role of allophane nano-structure and Fe oxide speciation for hosting soil organic matter in an allophanic Andosol. Geochimica et Cosmochimica Acta，2016，180：284—302.

［30］ Jung H B，Xu H F，Konishi H，et al. Role of nano-goethite in controlling U（VI）sorption-desorption in subsurface soil. Journal of Geochemical Exploration，2016，169：80—88.

［31］ Hochella M F. Nanogeoscience：From origins to cutting-edge applications. Elements，2008，4（6）：373—379.

［32］ Huang C Y. Textbook series for 21st century，Soil Science. Beijing：China Agriculture Press，2000. [黃昌勇. 面向21世紀課程教材，土壤學. 北京：中國農業出版社，2000.]

［33］ Tisdall J M，Oades J M. Organic matter and water-stable aggregates in soils. European Journal of Soil Science，1982，33（2）：141—163.

［34］Han S，Wu J，Xia W G，et al. Effects of topsoil thickness on crop yields and nutrient uptake as well as soil nutrients. Soils，2018，50（5）：881—887. [韓上，武際，夏偉光，等. 耕層增減對作物產量、養分吸收和土壤養分狀況的影響. 土壤，2018，50（5）：881—887.]

Effect of Deep Vertical Rotary Tillage on Aggregate Structure in Farmland of Lateritic Red Soil

WANG Shijia1, JIANG Daihua1?, ZHU Wenguo1, ZHANG Rongrong1, LI Junwei1, WEI Benhui2

(1.College of Agriculture, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. Institute of Economic Crops of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530004, China)

In order to expose influence of deep vertically rotary tillage (DVRT) technology on aggregate structure, and explore mechanism of the change, in-lab analyses of soil samples were carried out in this study.Soil samples were collected from farmlands of latosolic red soil different in tillage, conventional rotary tillage 20 cm deep (CT20), deep tilling 40 cm deep (DT40), DVRT 20 cm deep (FL20) or DVRI 40 cm deep (FL40), were studied by means of aggregate analysis, scanning electron microscopy (SEM), brunauer-emmett-teller (BET) specific surface area analysis and pore size analysis for differences in morphology and structure of the soil before and after tillage and between the treatments of tillage. Changes in nutrient status and physicochemical properties of the latosolic red soil after tillage were analyzed and compared.Results show that FL40 increased the content of mechanical stability aggregates, 1～0.25 mm in particle size (<0.05) and decreased the content of water stability aggregates, >3 mm in particle size (<0.05) as compared with other tillage methods. Compared with CT20 and DT40, FL (either FL20 or FL40) changed the soil in micro-morphology to have skeletal grains fine, closely arrayed and smooth in surface, and to be higher in soil specific surface area and more extensive in pore distribution. DT40 differed significantly from the other treatments in available nutrient content (<0.05).Compared with CT20 and DT40, FL (either FL20 or FL40) can increase the content of aggregates in latosolic red soil, and changed the micromorphology of latosolic red soil significantly, and FL20 can increase crop yield significantly.

Deep vertically rotary tillage; Aggregate; Micromorphology; Pore distribution; Soil nutrient

S152

A

10.11766/trxb201902110023

王世佳，蔣代華，朱文國，張蓉蓉，李軍偉，韋本輝. 粉壟耕作對農田赤紅壤團聚體結構的影響[J]. 土壤學報，2020，57（2）：326–335.

WANG Shijia，JIANG Daihua，ZHU Wenguo，ZHANG Rongrong，LI Junwei，WEI Benhui. Effect of Deep Vertical Rotary Tillage on Aggregate Structure in Farmland of Lateritic Red Soil [J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（2）：326–335.

* 廣西科技重大專項（桂科AA17204037-3）資助Supported by the Science and Technology Major Project of Guangxi Province in China（No. AA17204037-3）

，E-mail：dhjiang2008@gxu.edu.cn

王世佳（1993—），男，貴州息烽人，碩士研究生，主要從事土壤環境生態研究。E-mail：1490873154@qq.com

2019–02–11；

2019–04–06；

優先數字出版日期（www.cnki.net）：2019–05–10

（責任編輯：陳榮府）