粉壟耕作對植煙土壤理化性質及團聚體特征的影響

摘要 ［目的］探究粉壟耕作對植煙土壤養(yǎng)分含量及團聚體結構影響，為粉壟耕作應用提供理論指導。［方法］以青島煙區(qū)傳統(tǒng)翻耕（CK）為對照，對比30 cm（SM1）、40 cm（SM2）、50 cm（SM3）粉壟深度下的土壤養(yǎng)分及團聚體特征的影響。［結果］在相同耕作深度條件下，粉壟耕作技術較傳統(tǒng)耕作能夠提高植煙土壤全氮、速效磷、有效鉀及有機質含量。粉壟耕作增加>2.000 mm、>1.000～2.000 mm機械穩(wěn)定性團聚體及>0.250 mm水穩(wěn)定性團聚體含量，促進大團聚體及水穩(wěn)定性團聚體形成，且以粉壟耕作深度40 cm時的養(yǎng)分含量、平均重量直徑（MWD）及幾何平均數(shù)（WMD）最大，分形維數(shù)（D）最小。［結論］ 粉壟耕作技術能夠提高植煙土壤養(yǎng)分含量，改善土壤結構，且以40 cm粉壟深度作為青島煙區(qū)最適宜的耕作深度。

關鍵詞 粉壟耕作；植煙土壤；土壤養(yǎng)分；團聚體特征

中圖分類號 S153 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）13-0136-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.034

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effect of Smash-ridging Technology on Soil Physicochemical Properties and Aggregates Characteristics of Flue-cured Tobacco Field

BO Guo-dong1， HU Xi-hao2， WANG Shu-jian3 et al

（1. Tobacco Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Qingdao， Shandong 266100;2.Qingdao Tobacco Limited Corporation，Qingdao， Shandong 266100;3.Shandong Tobacco Industrial Co.，Ltd.， Jinan，Shandong 250100）

Abstract ［Objective］ To study the effect of smash-ridging technology on soil nutrients and soil structure of flue-cured tobacco field， and to provide theoretical guidance for the application of smash-ridging technology. ［Method］ The effects of different tillage depths （30， 40， 50 cm） of smash-ridging technology on soil nutrients and aggregate characteristics of Qingdao tobacco-planting soil were studied. ［Result］ Compared with traditional tillage （CK）， the content of total nitrogen， available phosphorus， available potassium and organic matter in tobacco-planting soil could be improved by smash-ridging technology under the same tillage depth condition.The content of mechanical-stable aggregates at >2.000 mm， >1.000-2.000 mm particle size and the water-stable aggregates at >0.250 mm particle size were increased by smash-ridging technology which promoted the formation of large aggregates and water-stable aggregates. Meanwhile， the nutrient content， mean weight diameter （MWD） and geometric mean （WMD） were maximum and the fractal dimension （D） were minimum when the depth of smash-ridging technology was 40 cm. ［Conclusion］ The smash-ridging technology could improve the soil nutrient content and soil structure in Qingdao tobacco-planting area，and the best effect was achieved when the depth of smash-ridging technology was 40 cm.

Key words Smash-ridging technology;Flue-cured tobacco field;Soil nutrients;Aggregate characteristics

基金項目 山東青島煙草有限公司科技項目（2020370200240076）。

作者簡介 薄國棟（1986—），男，山東臨沂人，農(nóng)藝師，碩士，從事煙草栽培及土壤改良研究。

*通信作者，研究員，碩士，碩士生導師，從事煙草種植及肥料開發(fā)研究。

收稿日期 2023-09-13

烤煙作為我國的重要經(jīng)濟作物之一，植煙土壤對烤煙產(chǎn)質量起到重要的作用［1］。但近年來，產(chǎn)區(qū)受到耕地資源及種植方式等因素的影響，植煙土壤出現(xiàn)一定耕層淺、板結、養(yǎng)分失調等土壤質量問題，影響烤煙的產(chǎn)量及質量［2］。團聚體作為土壤結構組成的基本單位，其數(shù)量比例及分布能夠在一定程度上反映土壤質量，對調節(jié)土壤結構及土壤生態(tài)環(huán)境具有重要作用［3］。土壤團聚體穩(wěn)定性作為土壤質量重要的評價指標，其特征與團聚體的組成、分布及有機質密切相關［4］。研究表明，平均重量直徑（MWD）及幾何平均數(shù)（GMD）能夠反映土壤分布及其穩(wěn)定性，分形維數(shù)能夠表征團聚體數(shù)量組成及其均一性狀況［5-7］。因此，研究植煙土壤團聚體穩(wěn)定性特征對植煙土壤改良具有一定的理論指導意義。

當前煙區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作機具多以小型動力翻耕作業(yè)為主，翻耕深度淺導致犁底層變厚而上移動，土壤的通氣性、透水性及理化性能變差，作物的根系伸展及生長也受到影響，對水分、養(yǎng)分的吸收變小，土壤的生產(chǎn)力也逐漸下降［8-9］。Pinheiro等［10］研究表明，傳統(tǒng)耕作模式能夠破壞土壤結構，穩(wěn)定性團聚體下降，土壤容易被侵蝕。粉壟耕作技術作為一種新型耕作方式，在耕作過程中將土壤進行垂直旋磨，在不破壞土層的情況下，完成粉碎土壤、深耕及起壟等一系列耕作過程［11］。粉壟耕作技術不僅具有犁翻耕的深松作用，而且具有土壤疏松、土粒粉碎均勻的特點［12］，能夠打破原有緊實的土壤表層，起到深松土壤、改善土壤結構的作用，擴大土壤的保水保肥能力，對調節(jié)土壤水分、肥力、通透性等理化性質具有重要作用［13］。研究表明，粉壟耕作技術能夠促進作物根系發(fā)育，提高光合效率［14］，對于提高作物產(chǎn)量、提高作物品質、改善土壤生態(tài)環(huán)境具有一定的作用［15-18］。

筆者以山東青島煙區(qū)典型植煙土壤（棕壤土）為研究對象，分別利用干、濕篩法探究不同粉壟耕作深度對植煙土壤養(yǎng)分及團聚體穩(wěn)定性特征的影響，旨在為植煙土壤改良尋求適宜的粉壟深度，以提升粉壟技術在煙草種植領域的應用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年在山東省青島市黃島經(jīng)濟開發(fā)區(qū)寶山鎮(zhèn)向陽村（119°86′E，36°01′N）進行。試驗地位于溫帶季風性氣候帶，年降雨量為700～800 mm，年平均無霜期為195 d，年平均日照時數(shù)為2 541.1 h。

1.2 試驗設計

共設4個處理，分別為常規(guī)翻耕（CK）、30 cm粉壟（SM1）、40 cm粉壟（SM2）、50 cm粉壟（SM3），隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積為667 m2，3次重復，壟上種植，壟高20 cm、壟寬70 cm、行距120 cm。起壟前將底肥條施于壟體底部，肥料種類及用量分別為發(fā)酵豆餅300 kg/hm2、煙草專用肥324 kg/hm2、硫酸鉀復合肥153 kg/hm2。移栽后30～35 d，追施硝酸鉀復合肥88.5 kg/hm2，磷酸二胺30 kg/hm2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 樣品采集及處理。

煙葉采收后，使用5點取樣法壟上采集0～20 cm耕層混合檢測樣及原狀土。混合檢測樣在陰涼通風處自然風干，過1 mm孔徑篩后檢測。原狀土沿自然結構輕輕掰成直徑小于1 cm的小土塊，去除植物殘體、小石塊、及蚯蚓等，風干備用。

1.3.2 測定方法。

參考《土壤農(nóng)化分析》對混合樣進行土壤有機質（重鉻酸鉀-硫酸氧化法）、全氮（半微量凱氏法）、有效磷（NaHCO3浸提-火焰光度法）、pH（酸度計法）的檢測。

參考Kemper等［19］的方法進行土壤團聚體的測定，具體操作如下。

機械穩(wěn)定性團聚體：將處理后的原狀土200 g放入自上而下為2.000、1.000、0.500、0.250及0.105 mm的套篩中，進行篩分，分別獲得>2.000、>1.000～2.000、>0.500～1.000、>0.250～0.500、0.105～0.250及<0.105 mm的團聚體，然后分別稱其重量。

水穩(wěn)定性團聚體：稱取100 g原狀土，每處理3次重復。濕篩法選擇與干篩相同篩孔的套篩，利用團粒分析儀進行不同粒徑篩分，將篩好的各級團聚體無損地轉移到已編號計重的鋁盒中，50 ℃烘干稱重。

土壤團聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均數(shù)（GMD）、分形維數(shù)（D）的計算參考如下公式。

MWD=ni=1xi·wi（1）

式中，xi為i粒級團聚體平均直徑，wi為i粒級團聚體重量所占比例。

GMD=Expni=1wiInini=1wi（2）

式中，wi為i粒級團聚體重量所占比例。

M（r<xi）MT=xixmax3-D（3）

式中，MT為供試土壤的總重量，xi為某級團聚體平均直徑；M（r<xi）為粒徑小于xi的團聚體的重量；MT 為團聚體總重量；xmax為團聚體的最大粒徑。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Microsoft Excel 2007對試驗數(shù)據(jù)進行整理，SPSS 23.0進行方差分析和皮爾遜相關性檢驗，origin 2021進行作圖。

2 結果與分析

2.1 粉壟耕作對植煙土壤理化性質的影響

粉壟耕作對植煙土壤理化性質的影響見圖1。由圖1可知，與CK相比，粉壟耕作顯著降低了土壤的pH，提升有效磷、速效鉀、有機質及全氮含量，綜合以上來看，SM2土壤速效養(yǎng)分的含量最高。

2.2 粉壟耕作對耕層土壤團聚體特征的影響

2.2.1 土壤機械穩(wěn)定性團聚體分布特征。

粉壟耕作對機械穩(wěn)定性團聚體的影響見圖2。由圖2可知，各個處理不同粒級的土壤團聚體組成分布一致，均呈隨著粒徑的減少，占比減少趨勢。各個處理均以>2.000 mm土壤團聚體為主，且所占比例均大于85%；與CK相比，不同粉壟耕作深度（SM1、SM2、SM3）提高了>2.000 mm團聚體比例，降低了>1.000～2.000 mm團聚體比例，且以SM1及SM2處理>2.000 mm團聚體比例較大，>1.000～2.000 mm團聚體比例較??；其他團聚體粒徑比例之間差異不顯著。

2.2.2 水穩(wěn)定性團聚體分布特征。

粉壟耕作對水穩(wěn)定性團聚體的影響見圖3。由圖3可知，水穩(wěn)定性團聚體以>0.250～0.500 mm及>0.500～1.000 mm組成比例較高，以>1.000～2.000 mm及>2.000 mm組成比例較小。與CK相比，SM3處理中>0.250～0.500 mm粒徑水穩(wěn)定性團聚體比例最高。>2.000 mm、>1.000～2.000 mm及>0.500～1.000 mm粒徑水穩(wěn)定性團聚體中以SM2處理占比最高。綜合分析，粉壟耕作深度在40及50 cm（SM2、SM3）對提高青島煙區(qū)耕層土壤>0.250 mm粒徑水穩(wěn)定性團聚體效果最好。

2.3 粉壟耕作對植煙土壤團聚體穩(wěn)定性的影響

粉壟耕作

技術對耕層植煙土壤穩(wěn)定性的影響見圖4。由圖4可知，粉壟耕作技術能

夠提高耕層植煙土壤機械穩(wěn)定性團聚體的平均重量直徑（MWD）及幾何平均數(shù)（GMD），但差異不顯著。與CK相比，SM1及SM2能夠顯著提高水穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑（MWD）及幾何平均數(shù)（GMD）。這說明粉壟耕作深度在30 cm（SM1）及40 cm（SM2）時，有利于提高青島煙區(qū)植煙土壤水穩(wěn)定性團聚體穩(wěn)定性。

分形維數(shù)也是團聚體數(shù)量組成以及質地均一性的綜合性指標，被廣泛應用于評價農(nóng)業(yè)管理措施對水穩(wěn)性團聚體分布的影響，分形維數(shù)越小，土壤的組成及均一性越好。干篩法測得土壤機械穩(wěn)定性團聚體分形維數(shù)（D）以SM2的值最小，各個處理之間差異不顯著；濕篩法測的分析維數(shù)以SM2值最小，且與CK、SM3差異顯著。由此可知，以粉壟耕作深度在40 cm（SM2）對青島煙區(qū)耕層土壤組成及均一性提升效果最佳。

水穩(wěn)定性團聚體特征與植煙土壤養(yǎng)分相關性分析見表1。由表1可知，幾何平均數(shù)（GMD）與pH呈顯著負相關，與有機質及有效鉀呈顯著正相關；分形維數(shù)（D）與有機質呈顯著負相關。

3 討論

植煙土壤耕層變淺、有效土層減少及犁底層變厚等已成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要問題，與此同時，傳統(tǒng)的小型翻耕機械長期施用破壞植煙土壤結構，土壤的水分、養(yǎng)分及氣體交換能力下降［20-22］。粉壟耕作技術采用物理機械的方法改良土壤結構，為作物地下部的生長發(fā)育提供好的生境［23］。該研究表明，與傳統(tǒng)耕作相比，粉壟耕作能夠提高土壤養(yǎng)分含量，且以粉壟耕作深度在40 cm（SM2）時的養(yǎng)分含量最高。由于粉壟耕作采用立體垂直粉碎的方式進行耕作，粉壟耕作后的土壤較傳統(tǒng)耕作更細碎，孔隙度增加，土壤對養(yǎng)分的吸附作用增加，減少了養(yǎng)分流失［13，24-26］。粉壟耕作的機械摩擦產(chǎn)生的熱量也能夠促進土壤速效養(yǎng)分的釋放［20］。

粉壟耕作技術較常規(guī)耕作相比，降低了土壤pH。傳統(tǒng)的耕作方式多以深翻為主，對土壤干擾性較強，土壤有機質的礦化作用增加，二氧化碳的釋放增加，土壤的pH均較粉壟耕作高［27］。此外，粉壟耕作技術可以打破犁底層障礙，增加土壤孔隙度，改善土壤三相比。但粉壟耕作需要合理的深度，防止因一次耕作過深打破犁底層導致植煙土壤漏水漏肥導致土壤養(yǎng)分降低。

團聚體作為土壤結構的基本組成，是研究改善各類型土壤結構的重要指標［28］。該研究表明，粉壟耕作主要對青島煙區(qū)植煙土壤>2.000 mm及>1.000～2.000 mm機械團聚體組成影響較大，且粉壟耕作深度在30 cm（SM1）及40 cm（SM2）時提高>2.000 mm機械團聚體穩(wěn)定性及分布效果最佳。與傳統(tǒng)耕作相比，粉壟耕作能夠減少農(nóng)田中大團聚體運轉，減少對土壤的干擾，促進微團聚體中的有機碳形成閉合，進而使微團聚體中保存更多的有機碳，形成更多的大團聚體［29-30］。此外，>0.250 mm粒徑的土壤團聚體與土壤肥料呈正相關關系［31］，該研究發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作深度在30 cm（SM1）及40 cm（SM2）提高了>0.250 mm粒徑水穩(wěn)定性團聚體比例、水穩(wěn)定性團聚體穩(wěn)定性及分布均一性。粉壟耕作后的土壤機械穩(wěn)定性大團聚體數(shù)量增加，透氣性、保水性等物理性狀得到改善，有利于根系的伸展，微生物活性增強，促進水穩(wěn)定性團聚體形成的膠結物質產(chǎn)生，利于水穩(wěn)定性團聚體形成［31］。粉壟耕作深度高于40 cm時可能耕作深度過深導致降雨及灌溉水分下滲幅度較大，而造成一定程度的土壤結構破壞。因此，雖然粉壟耕作能夠提高植煙土壤團聚體穩(wěn)定性及其分布，改善土壤結構，但需要合理的耕作深度。

4 結論

粉壟耕作技術能夠提高植煙土壤養(yǎng)分含量，促進機械穩(wěn)定性大團聚體及水穩(wěn)定性團聚體的形成，粉壟耕作深度40 cm（SM2）時的養(yǎng)分含量、平均重量直徑（MWD）及幾何平均數(shù)（WMD）的值最大，分形維數(shù)（D）最小。幾何平均數(shù)（GMD）與pH呈顯著負相關，與有機質及有效鉀呈顯著正相關；分形維數(shù)（D）與有機質呈顯著負相關?？傊?，粉壟耕作技術能夠提高青島煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分含量，改善土壤結構，且以粉壟耕作深度在40 cm時的效果最佳。

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