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］以青島煙區傳統翻耕（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機械穩定性團聚體及>0.250 mm水穩定性團聚體含量，促進大團聚體及水穩定性團聚體形成，且以粉壟耕作深度40 cm時的養分含量、平均重量直徑（MWD）及幾何平均數（WMD）最大，分形維數（D）最小。［結論］ 粉壟耕作技術能夠提高植煙土壤養分含量，改善土壤結構，且以40 cm粉壟深度作為青島煙區最適宜的耕作深度。

關鍵詞 粉壟耕作；植煙土壤；土壤養分；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研究。

收稿日期 2023-09-13

烤煙作為我國的重要經濟作物之一，植煙土壤對烤煙產質量起到重要的作用［1］。但近年來，產區受到耕地資源及種植方式等因素的影響，植煙土壤出現一定耕層淺、板結、養分失調等土壤質量問題，影響烤煙的產量及質量［2］。團聚體作為土壤結構組成的基本單位，其數量比例及分布能夠在一定程度上反映土壤質量，對調節土壤結構及土壤生態環境具有重要作用［3］。土壤團聚體穩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（GMD）能夠反映土壤分布及其穩定性，分形維數能夠表征團聚體數量組成及其均一性狀況［5-7］。因此，研究植煙土壤團聚體穩定性特征對植煙土壤改良具有一定的理論指導意義。

當前煙區傳統的農業耕作機具多以小型動力翻耕作業為主，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、養分的吸收變小，土壤的生產力也逐漸下降［8-9］。Pinheiro等［10］研究表明，傳統耕作模式能夠破壞土壤結構，穩定性團聚體下降，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育，提高光合效率［14］，對于提高作物產量、提高作物品質、改善土壤生態環境具有一定的作用［15-18］。

筆者以山東青島煙區典型植煙土壤（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分及團聚體穩定性特征的影響，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濟開發區寶山鎮向陽村（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，年平均日照時數為2 541.1 h。

1.2 試驗設計

共設4個處理，分別為常規翻耕（CK）、30 cm粉壟（SM1）、40 cm粉壟（SM2）、50 cm粉壟（SM3），隨機區組設計，小區面積為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?；旌蠙z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（GMD）、分形維數（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 數據分析與處理

采用Microsoft Excel 2007對試驗數據進行整理，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 土壤機械穩定性團聚體分布特征。

粉壟耕作對機械穩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 水穩定性團聚體分布特征。

粉壟耕作對水穩定性團聚體的影響見圖3。由圖3可知，水穩定性團聚體以>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）對提高青島煙區耕層土壤>0.250 mm粒徑水穩定性團聚體效果最好。

2.3 粉壟耕作對植煙土壤團聚體穩定性的影響

粉壟耕作

技術對耕層植煙土壤穩定性的影響見圖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定性團聚體的平均重量直徑（MWD）及幾何平均數（GMD），但差異不顯著。與CK相比，SM1及SM2能夠顯著提高水穩定性團聚體平均重量直徑（MWD）及幾何平均數（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植煙土壤水穩定性團聚體穩定性。

分形維數也是團聚體數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業管理措施對水穩性團聚體分布的影響，分形維數越小，土壤的組成及均一性越好。干篩法測得土壤機械穩定性團聚體分形維數（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）對青島煙區耕層土壤組成及均一性提升效果最佳。

水穩定性團聚體特征與植煙土壤養分相關性分析見表1。由表1可知，幾何平均數（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（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業生產的重要問題，與此同時，傳統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育提供好的生境［23］。該研究表明，與傳統耕作相比，粉壟耕作能夠提高土壤養分含量，且以粉壟耕作深度在40 cm（SM2）時的養分含量最高。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耕作更細碎，孔隙度增加，土壤對養分的吸附作用增加，減少了養分流失［13，24-26］。粉壟耕作的機械摩擦產生的熱量也能夠促進土壤速效養分的釋放［20］。

粉壟耕作技術較常規耕作相比，降低了土壤pH。傳統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機械團聚體穩定性及分布效果最佳。與傳統耕作相比，粉壟耕作能夠減少農田中大團聚體運轉，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］，該研究發現，粉壟耕作深度在30 cm（SM1）及40 cm（SM2）提高了>0.250 mm粒徑水穩定性團聚體比例、水穩定性團聚體穩定性及分布均一性。粉壟耕作后的土壤機械穩定性大團聚體數量增加，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，促進水穩定性團聚體形成的膠結物質產生，利于水穩定性團聚體形成［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分含量，促進機械穩定性大團聚體及水穩定性團聚體的形成，粉壟耕作深度40 cm（SM2）時的養分含量、平均重量直徑（MWD）及幾何平均數（WMD）的值最大，分形維數（D）最小。幾何平均數（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（D）與有機質呈顯著負相關?？傊蹓鸥骷夹g能夠提高青島煙區植煙土壤養分含量，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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