不同年限蓖麻連作對土壤團粒結構的影響

劉曉芳 張智勇 丁 寧 田福東 李雅劍

（通遼市農牧科學研究所生物技術工程與資環研究中心，內蒙古通遼 028015）

蓖麻屬于大戟科，作為一種適應性強、種植性能好的深根植物，其具有很高的綜合利用價值。蓖麻籽壓榨出的蓖麻油是重要的工業原料，在縫合劑、液壓油等化工品的開發上均有廣泛用途[1]。但是，多年連作蓖麻會出現連作障礙現象，導致生長受到抑制，病害加重，也會給土壤物理性狀帶來一定影響，同時產量也會呈現一定程度的下降[2]。有學者研究了蓖麻連作土壤中微生物代謝多樣性，結果表明，隨著培養時間的延長，平均每孔顏色變化率值不斷增加。同時，連作影響了土壤結構，進而影響水分含量變化、養分及土壤中的物質交換、微生物區系活動、作物根系分布等過程，最終影響作物生長發育[3]。蓖麻作為油料作物，因存在不耐連作的實際情況，輪作是常見的種植方式，但是關于蓖麻連作對土壤物理性狀的影響研究較少。本研究旨在分析土壤物理結構的同時明確蓖麻多年連作對土壤機械組成的影響，為該區連作及輪作蓖麻的合理耕作種植及農田土壤物理性狀年際動態變化研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗田位于通遼市農牧科學研究所試驗區，位于北緯 42°15′～45°41′、東經 119°15′～123°43′，地處松遼平原西端，蒙古高原遞降到低山丘陵和傾斜沖擊平原地帶，屬中溫帶季風大陸性氣候，日照充足，四季分明，雨熱同季，年平均降水量350～400 mm，年平均氣溫7.0℃左右。土壤肥力中等偏上，土質為白五花土。試驗田種植作物為蓖麻，連作蓖麻分別于2000年、2010年和2015年播種，輪作蓖麻于2000年播種，與其輪作的作物為當地栽培的禾本科作物。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理，分別為連作5年（A）、連作10年（B）、連作20年（C），以與禾本科高粱常年輪作作對照（CK）。3次重復，共12個小區，小區面積100m2（5 m×20 m）。各處理均在每年5月播種，10月收獲。

1.3 測定指標及方法

土壤樣品于2019年秋季收獲后采集于通遼市農牧科學研究所，農耕地為長期連作的定位蓖麻田，對不同處理3個重復小區0～30 cm土層進行土樣采集，每次采集3點混勻后取1 kg左右土樣，每個處理同樣的方法取樣3次，土壤樣品采集后放在硬質鋁盒內運回實驗室，以免破壞團聚體結構。在自然結構面用手將采回的土壤掰成直徑1 cm以下的小土塊，處理時盡量避免受到機械壓力，篩除根系和小石粒，土壤風干備用。采用Elliott提出的干篩法測定土壤機械穩定性團聚體含量；用環刀法測定各土層土壤容重[4]。

2 結果與分析

2.1 不同年限蓖麻連作對土壤團粒結構百分比的影響

由圖1可知，不同年限蓖麻連作的土壤團粒結構分布呈現出隨粒徑逐漸增大先升高后下降的趨勢，各處理均在＜0.25 mm的土壤微團聚體土壤粒徑所占的百分比最大，處理A、B、C及CK占比分別為42.97%、46.03%、30.98%、38.84%， 其中＜0.500 mm、＜1.000 mm、＜2.000 mm的土壤團粒結構均呈現出處理A＞CK＞處理C＞處理B的分布規律，同時＞2.000mm的土壤團粒結構分布中表現為CK＞處理A＞處理C＞處理B。

2.2 不同年限蓖麻連作對每100 g土壤所含土壤團聚體質量的影響

由圖2可知，各處理中間團聚體（0.25～2.00 mm）＞大團聚體（＞2 mm）＞微團聚體（0.053～0.250 mm）＞粉黏粒（＜0.053 mm），各處理以中間團聚體所占100 g土壤質量最大，且表現出隨著連作年份的累加呈現出先上升再下降的趨勢，其中處理A和處理B分別較CK提高了13.27%、0.36%，而處理C較CK降低了18.75%。土壤微團粒結構和土壤粉黏粒結構均表現為隨著連作年份累加呈現先下降后上升的變化趨勢，且以處理C最高，分別較CK提高2.6、2.1倍。

2.3 不同年限蓖麻連作對土壤容重及含水量的影響

由表1可知，各處理土壤容重隨著蓖麻連作年限的增加呈現出先下降后上升再下降的變化趨勢，其中CK的土壤容重最大，處理A、B、C分別較CK降低了11.51%、6.47%、12.23%，而各處理收獲后的土壤含水量表現為處理B＞處理A＞處理C＞CK，且各處理較CK分別提高2.61%、10.10%、1.31%。

表1 不同年限蓖麻連作對土壤容重及含水量的影響

3 結論與討論

不同粒徑的土壤團聚體組成及其穩定性可反映土壤結構的變化[5]，團聚體幾何平均直徑（GMD）和平均重量直徑（MWD）作為體現土壤中團聚體穩定性的關鍵指標，GMD和MWD值越大，團聚度越高，穩定性越強[6-7]。蓖麻田土壤團聚體組分均以中間團聚體和大團聚體為主，微團聚體和粉黏粒為輔，不同連作年限的土地利用方式并未直接影響土壤團聚體主要組分的分布。對于微團聚體、粉黏粒而言，連作10年和連作20年的蓖麻田明顯高于輪作的蓖麻田，而連作5年的蓖麻田略低于輪作蓖麻田。說明5年的短期蓖麻連作可以導致大團聚體破碎、中間團聚體增加，尤其是微團聚體和粉黏粒下降；短期連作較輪作蓖麻田而言并未對土壤造成結構性退化，有效避免了中間團聚體的破壞，減少了微團聚體及粉黏粒的每百克所占質量，一定程度上提高了土壤團聚體的穩定性。連作10～20年的蓖麻田土壤微團聚體和粉黏粒所占比例明顯高于對照輪作蓖麻田，說明多年連作會在一定程度上增加微團聚體和粉黏粒的比例，造成土壤結構的退化，同時不利于土壤團聚體的穩定性，也不利于維系土壤良好結構。綜合來看，土壤團粒結構的年際動態變化一定程度取決于作物的種植方式、連作時間的長短等因素。

土壤容重和孔隙度代表土壤的松緊程度及孔隙狀況，是土壤物理性狀的重要指標[8]，也是反映土壤物理結構的重要指標和影響因素。本試驗結果表明：蓖麻多年連作田的土壤容重隨著連作時間的增加呈現出動態下降的變化規律；土壤含水量的年際動態變化與土壤容重相反，呈現出隨連作時間增加而逐漸升高的變化規律，在一定程度上增加了土壤表層0～30 cm的土壤含水量。

有學者研究表明，壓實使得土壤顆粒重新排列得更加緊密，土壤容重增加，孔隙度減小，土壤緊實度增加，水分滲透能力下降，嚴重影響作物根系對水分和養分的吸收利用[9]。土壤物理性狀中，水穩定性團聚體數量、容重、土壤含水量是評估土壤質量常用的指標[10-12]，隨著蓖麻連作年限的增加，土壤容重逐漸減小，且土壤含水量相對增加，與此研究一致，可能是由于蓖麻屬于直根系，有較強穿透土壤的能力，容易打破土壤團粒結構，而對照蓖麻—高粱輪作田因為直根系與須根系作物輪作倒茬，減少了對土壤結構的影響，使其保持相對穩定的原始狀態。也有學者研究表明，覆蓋作物根干重密度均隨深度的增加而下降[13]，土壤緊實度隨著根干重密度增加而減少，同時降低土壤容重。本文未對根干重進行測定與探索，對輪作及連作作物根干重密度的影響結果不明，待進一步研究。也有學者研究表明，總孔隙度和土壤含水量與容重的空間分布相反[14]，大量的毛管孔隙有利于水分及營養的快速供應，保證作物的生長需求，而在團粒結構內部及團粒結構之間存在的非毛管孔隙，則有利于通氣透水，減少了由于雨水沖蝕造成的地表侵蝕，防止水土流失的發生[15]。＞0.1 mm粒徑的土壤均為毛管孔隙結構，其中10年連作蓖麻田與20年連作蓖麻田較對照輪作蓖麻田的毛管孔隙有明顯提高，同時土壤含水量也高于對照輪作蓖麻田，而5年連作蓖麻田因為土壤容重較小，土壤含水量也高于對照輪作蓖麻田，有學者認為土壤含水量與地形、質地和氣候等因素的影響有關，且時空分布存在明顯差異[16]，這與該學者研究結果不一致。