心土間隔混層技術(shù)改善白漿土理化性質(zhì)提高大豆產(chǎn)量

朱寶國，張春峰，賈會彬，孟慶英，王囡囡，匡恩俊，張立波，高雪冬，王慶勝，劉俊剛，王宇先

心土間隔混層技術(shù)改善白漿土理化性質(zhì)提高大豆產(chǎn)量

朱寶國1,2，張春峰1,2※，賈會彬1,2，孟慶英1,2，王囡囡1,2，匡恩俊3，張立波1,2，高雪冬1，王慶勝1，劉俊剛1，王宇先4

（1. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，佳木斯 154007； 2. 黑龍江省白漿土改良工程中心，佳木斯 154007；3. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，哈爾濱 150086； 4. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院，齊齊哈爾 161006）

為了提高改土效率，打破白漿土障礙層次白漿層，改善貧瘠的心土層創(chuàng)造有利條件，該文設(shè)計(jì)了將白漿土“上翻20 cm，下混30 cm，同時(shí)間隔62 cm不混拌”的心土間隔混層犁。2016－2017年在黑龍江省八五四農(nóng)場設(shè)置心土間隔混層區(qū)和淺翻深松區(qū)大區(qū)對比試驗(yàn)，研究改土作業(yè)后土壤理化性質(zhì)、大豆產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀變化，明確改土機(jī)械作業(yè)效果與作物增產(chǎn)機(jī)理。結(jié)果表明：與淺翻深松相比，心土間隔處理改土2 a內(nèi)：改善白漿土心土層土壤物理性質(zhì)，提高土壤含水率，>20～40 cm土層土壤含水率提高幅度為2.13～3.20個(gè)百分點(diǎn)；降低心土層土壤硬度，硬度值降低40%～50%，且在>20～40 cm心土層沒有出現(xiàn)峰值，改善土壤三相比例，固相值降低5.06個(gè)百分點(diǎn)，液相值增加3.17個(gè)百分點(diǎn)，氣相值增加1.89個(gè)百分點(diǎn)。改善心土層化學(xué)性質(zhì)，>20～40 cm土層堿解氮提高33.77%，有效磷提高39.25%，速效鉀提高4.16%，有機(jī)質(zhì)提高15.85%，同時(shí)提高心土層全量養(yǎng)分含量，降低土壤pH值，但效果不明顯。連續(xù)調(diào)查兩年大豆產(chǎn)量，心土間隔混層區(qū)比淺翻深松區(qū)增產(chǎn)12.66%～13.28%，一次改土后效時(shí)間長，增產(chǎn)效果顯著。該研究結(jié)果可為旱地白漿土及其同類低產(chǎn)土壤的改良提供技術(shù)支撐。

土壤；作物；白漿土；心土間隔混層；物理特性；化學(xué)特性；土壤改良

0 引 言

白漿土主要分布在黑龍江和吉林兩省的東北部[1]，是中國東北平原20世紀(jì)50年代末期大面積拓墾的主要土壤資源，在兩省的耕地資源中占有重要位置，在黑龍江省總面積約為331.2萬hm2。該省東部三江平原地區(qū)是白漿土集中分布區(qū)，耕地面積達(dá)到88.4萬hm2，約占該區(qū)總耕地面積的25.4%[2]。白漿土分布于中國東北黑土地帶，與黑土、草甸土呈復(fù)區(qū)分布，但其黑土層在相鄰?fù)寥乐凶畋?，平均?2.8cm，厚度范圍6～20 cm[3]，其獨(dú)特的成土條件不僅限制了黑土層的發(fā)育，還在黏化淀積層之上、黑土層之下形成了一個(gè)板結(jié)、緊實(shí)，阻礙植物根系生長、厚度范圍在20 cm左右的白漿層[4-5]。這層土壤不僅養(yǎng)分貧瘠，而且通透性能極差，引起黑土層水分變動劇烈，土壤表旱、表澇頻繁，長期耕作土壤偏酸嚴(yán)重[6]。因此，改良和利用好這類土壤資源，對于改變白漿土區(qū)低產(chǎn)面貌，提高中國糧食總產(chǎn)具有重要意義。

由于白漿土開發(fā)歷史較晚，土壤成因特殊，生產(chǎn)問題獨(dú)特，白漿土一直受到廣泛關(guān)注，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所最早開展白漿土資源詳查、成土學(xué)說以及綜合治理等系統(tǒng)研究[7-8]，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)相繼開展白漿土成因、地力評價(jià)以及綜合改土措施方面的研究[9-10]，黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院根據(jù)白漿土在機(jī)械組成上呈現(xiàn)兩層性的特點(diǎn)，提出了以淀積層的“黏”來治白漿層的“砂”的改土路線[11-13]，經(jīng)過多年試驗(yàn)研究，明確了“上翻20 cm，下混30～40 cm”的改土原理，成功地研制出三段式心土混層犁[14-16]，該機(jī)械把白漿層和淀積層進(jìn)行隨機(jī)混拌，打破堅(jiān)硬的白漿層，耕作深度可達(dá)50 cm以上，作業(yè)后顯著土壤通透性和儲水能力[17]。對白漿土物理性質(zhì)的改良效果十分明顯，一次改土后效可持續(xù)5年以上[18-19]。

經(jīng)過多年的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，心土全層混拌，機(jī)械效率低下，如遇春季多雨季節(jié)，容易造成心土過宣，影響機(jī)械播種。因此本項(xiàng)研究在三段犁的基礎(chǔ)上，通過心土間隔混層技術(shù)，把白漿土白漿層和淀積層進(jìn)行間隔混拌，形成虛實(shí)并存的土體構(gòu)型，既達(dá)到改善土壤通透性，提高心土層養(yǎng)分含量，又解決了土壤過宣問題，同時(shí)與原有三段式心土混層犁[20]相比作業(yè)效率提高1倍。因此本研究設(shè)置心土間隔混層區(qū)和淺翻深松區(qū)田間對比試驗(yàn)，調(diào)查心土間隔混層犁作業(yè)后土壤理化性質(zhì)變化，指示作物產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀變化，明確心土間隔混層技術(shù)改土增產(chǎn)效果，進(jìn)一步拓寬白漿土改良新途徑，為心土混層改土技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在黑龍江省八五四農(nóng)場旱田試驗(yàn)站進(jìn)行（東經(jīng)132°55'21''，北緯46°02'52''），試驗(yàn)于2016年5月開始，至2017年10月結(jié)束，試驗(yàn)采取連續(xù)定位測定，供試土壤類型為崗地白漿土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)26.23 g/kg、全氮1.29 g/kg、全磷1.76 g/kg、全鉀22.54 g/kg、堿解氮215.4 mg/kg、有效磷32.4 mg/kg、速效鉀137.0 mg/kg。土壤pH 6.12，試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，無灌溉條件。

1.2 氣象條件

2016年降雨量545.4 mm，2017年降雨量433.1 mm，具體5－9月降雨量如下（表1）所示。

表1 2016－2017年八五四農(nóng)場降雨量

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大區(qū)對比試驗(yàn)，設(shè)2個(gè)處理，3次重復(fù)，每個(gè)處理面積1.0 hm2。具體處理如下：

1）淺翻深松區(qū)(CK)，采用普通翻地犁進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)深度為0～20 cm；

2）心土間隔混層區(qū)（SIML）：采用自主研發(fā)的心土間隔混層犁作業(yè)，該犁為間隔混拌作業(yè)模式，即上翻黑土層20cm，其下白漿層和淀積層水平30 cm隨機(jī)混拌、62 cm未混拌，作業(yè)深度 50～60 cm。

供試品種：2016年、2017年均為“墾農(nóng)30號大豆”。2016年5月7日播種，10月1日收獲；2017年5月10日播種，10月5日收獲。壟距0.65 m，雙行單粒，株距0.1 m，密度為30萬株/hm2。施肥量：尿素65 kg/hm2，二銨180 kg/hm2，氯化鉀50 kg/hm2。不同處理施肥量和田間除草與當(dāng)?shù)匾话闵a(chǎn)田一致。

1.4 工作原理

心土間隔混層犁是一種新型改土機(jī)械，該改土機(jī)械主要由4個(gè)主體機(jī)械部件構(gòu)成：新增的和原有的第一犁為表土犁，第二犁為白漿層破碎器，第三犁為淀積層破碎器，這些部件順次安裝在主犁架上（圖1a），作業(yè)時(shí)，原有的第一犁作業(yè)幅寬46 cm，其下心土混拌幅寬30 cm，心土未混拌幅寬16 cm；新增的第一犁作業(yè)幅寬亦為46 cm，其下心土未混拌幅寬46 cm，從而實(shí)現(xiàn)30 cm混拌、62 cm未混拌的心土間隔混拌（圖1b）。

注：Ap：耕層；Aw：白漿層；B 層：淀積層。(1)-(7)為犁作業(yè)步驟。

作業(yè)參數(shù)：耕作幅寬：92 cm；耕作深度：50～60 cm；牽引阻力：45 kN；作業(yè)效率：0.6～1 hm2/h；作業(yè)成本：700～1 000元/hm2。

1.5 調(diào)查項(xiàng)目與方法

1.5.1 土壤含水率測定

土壤含水率采樣深度為60 cm，按10 cm一層分層取樣，共取6層，每層取3點(diǎn)，采用土鉆取土室內(nèi)烘干法測定，取樣時(shí)間是2016年7月大豆花期采樣1次，2017年的8月大豆結(jié)莢期采樣1次。

1.5.2 土壤硬度測定

土壤硬度測定深度為60 cm，按5 cm一層測定，每點(diǎn)測12 層，每小區(qū)連續(xù)測定10點(diǎn)，每點(diǎn)水平距離10 cm，采用日本大起理工制DIK-5521貫入式土壤硬度計(jì)測定，圓錐底面2 cm2，測定時(shí)間與土壤含水率取樣時(shí)間一致。

1.5.3 土壤三相測定

選擇每小區(qū)對角線交叉點(diǎn)為取樣點(diǎn)，采取人工方式挖土壤剖面，剖面規(guī)格為100 cm×100 cm×120 cm，用環(huán)刀取原狀土樣，環(huán)刀規(guī)格為高5 cm，容積100 cm3，取樣深度為60 cm，按20 cm一層分層取樣，每層取6點(diǎn)，環(huán)刀樣扣蓋，密封后備用，采用日本DIK-1120土壤三相儀器測定。測定時(shí)間2017年8月與含水量測定時(shí)間一致。

1.5.4 土壤化學(xué)指標(biāo)測定

用土鉆進(jìn)行取土，取樣深度為60 cm，按20 cm一層分層取樣，每層取3點(diǎn)，回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干備用。采用美國產(chǎn)原位土壤pH計(jì)測定土壤pH值，采用擴(kuò)散吸收法測定土壤堿解氮；采用碳酸氫鈉提取法測定土壤速效磷；采用鹽酸浸提-AAS法測定土壤速效鉀；采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)；采用半微量開氏法測定土壤全氮；采用NaOH熔融-鉬銻鈧比色法測定土壤全磷；采用NaOH熔融-火焰光度法測定土壤全鉀[21]。采樣時(shí)間為2017年10月10日。

1.5.5 產(chǎn)量指標(biāo)測定

大豆成熟以后各小區(qū)全區(qū)收獲測產(chǎn)。每區(qū)選有代表性的30株進(jìn)行產(chǎn)量構(gòu)成因素測定。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 7.05和Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 心土間隔混層對土壤水分的影響

心土間隔混層處理土壤后，連續(xù)2 a調(diào)查土壤含水率變化情況，從圖2中可以看出，0～60 cm土層土壤含水率隨著土層深度的加深，不同層次土壤含水率變化趨勢是先增大后減小，再增大。與對照區(qū)相比，>20～40cm土層土壤含水率明顯提高，第1年土壤含水率提高2.52～3.20個(gè)百分點(diǎn)，第2年土壤含水率提高2.13～2.30個(gè)百分點(diǎn)，差異達(dá)到顯著水平；0～20 cm和>40～60 cm 土層土壤含水率與對照相比雖有提高，但變化不明顯。說明心土間隔混層改土處理后，土壤致密的白漿層被間隔破碎和心土層進(jìn)行隨機(jī)混拌，間隔改變土體結(jié)構(gòu)，提高土壤通透性，有利于水分上下運(yùn)移，增大了>20～40 cm土層土壤儲水庫容，從而提高土壤含水量。

注：SIML為心土間隔混層處理，CK為淺翻深松區(qū)，下同。

2.2 心土間隔混層對土壤硬度的影響

心土間隔混層改土后2a內(nèi)，測定土壤硬度結(jié)果表明（圖3），對照區(qū)0～60 cm土層土壤硬度值變化趨勢是先增大后減小，在＞20～40 cm土層內(nèi)出現(xiàn)峰值，硬度最大值在2.5 MPa左右；心土間隔混層犁改土區(qū)，隨著土層加深硬度值逐漸變大，后趨于平穩(wěn)，＞20～40 cm心土層沒有出現(xiàn)峰值，硬度最大值在1.5 MPa左右，明顯降低了白漿土心土層土壤硬度值，較對照區(qū)硬度值降低40%～50%，＞0～20 cm和＞40～60 cm土層土壤硬度值雖有降低，但差異不顯著。說明心土間隔混層改土后間隔混拌了白漿層和淀積層，致密的白漿層被打破，硬度降低到了適合作物根系生長范圍內(nèi)，有利于作物根系生長，結(jié)果表明改土2a內(nèi)土壤硬度沒有恢復(fù)原狀，改土效果顯著。

圖3 不同耕作方式下土壤硬度變化

2.3 心土間隔混層對土壤三相的影響

白漿土心土層土壤物理性質(zhì)差，水分和氣體所占空間少，水分上下運(yùn)移不良，其主要問題出在障礙層次白漿層，心土間隔混層犁能夠打破白漿層，使白漿層和淀積層進(jìn)行間隔混拌，從而打破白漿層不良物理特性。心土間隔混層改土2 a后測定土壤三相值，從圖4可以看出，心土間隔混層與對照區(qū)相比0～60 cm土層土壤固相減小，液相和氣相增大，特別是＞20～40 cm土層變化明顯，與對照相比固相比例降低5.06個(gè)百分點(diǎn)，液相比例提高3.17個(gè)百分點(diǎn)，氣相比例提高1.89個(gè)百分點(diǎn)。0～20 cm和＞40～60 cm土壤三相雖有變化，但不明顯。說明經(jīng)過心土間隔混層犁處理過的土壤，2 a內(nèi)心土層土壤硬度沒有恢復(fù)，土壤通透性明顯改善，改土效果持久顯著。

圖4 不同耕作方式下土壤三相變化

2.4 心土間隔混層對土壤養(yǎng)分變化的影響

白漿土耕層養(yǎng)分含量低，很難滿足作物生長需要，利用心土間隔混層犁把白漿層和淀積層進(jìn)行隨機(jī)混拌，同時(shí)兩層養(yǎng)分也隨機(jī)混拌。表1是心土間隔混層犁改土2a后土壤養(yǎng)分測定結(jié)果，從表1中可以看出，0～20 cm土層變化不明顯，原因是耕層土壤只是平移翻轉(zhuǎn)，沒有混拌，因此對養(yǎng)分影響小。＞20～40 cm土層白漿層和淀積層進(jìn)行隨機(jī)間隔混拌，速效養(yǎng)分得到明顯提高，與對照相比堿解氮提高33.77%，有效磷提高39.25%，速效鉀提高4.16%，同時(shí)提高全氮和全磷含量，全鉀變化不明顯；有機(jī)質(zhì)含量提高15.85%，pH值變化不明顯。與＞20～40 cm變化相比，＞40～60 cm土層土壤速效養(yǎng)分和全量養(yǎng)分雖有提高，但變化不明顯。說明心土間隔混層后，兩層土壤養(yǎng)分隨機(jī)混合，提高了＞20～40 cm土層養(yǎng)分供給能力。

2.5 心土間隔混層對作物產(chǎn)量的影響

土壤處理后，連續(xù)調(diào)查2年作物農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量，從表2中看出，心土間隔混層犁改土處理區(qū)與對照區(qū)相比，都不同程度提高了大豆的單株株高、節(jié)數(shù)、莢數(shù)，增加大豆單株粒數(shù)和百粒質(zhì)量，特別是株高、莢數(shù)和粒數(shù)差異達(dá)到了顯著水平。心土間隔混層處理后提高了大豆產(chǎn)量，與淺翻深松區(qū)相比第1年大豆產(chǎn)量增產(chǎn)13.28%，第2年大豆產(chǎn)量增產(chǎn)12.66%。說明心土間隔混層改土后2個(gè)作物生育期內(nèi)大豆能夠持續(xù)增產(chǎn)10%以上，改土后效顯著。

表1 不同耕作方式下土壤養(yǎng)分變化

注：同列數(shù)值后不同小寫字母代表0.05水平差異顯著。下同，

Note: Values in the same column followed by different lowercase letters were significant difference at 0.05 probability level. The same below.

表2 大豆產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量

3 討 論

白漿土的土體構(gòu)型和土壤肥力的關(guān)系十分密切。心土間隔混層措施雖未給土壤帶來新的肥力物質(zhì)，但卻提高了作物的產(chǎn)量，其關(guān)鍵就在于調(diào)節(jié)了土層間的適當(dāng)配合，創(chuàng)造了一種有利于土壤水、肥、氣、熱的保持與協(xié)調(diào)的新的土體構(gòu)型。白漿土白漿層土壤粉砂含量高，養(yǎng)分含量低[22-23]，容易沉實(shí)，造成土壤板結(jié)、緊實(shí)，水分上下溝通困難，土層間的適當(dāng)配合受到阻礙，是白漿土低產(chǎn)的癥結(jié)所在。要改變這種狀況，要么大量施入有機(jī)肥，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[24-25]，活化不良心土層[26-27]，提高耕層土壤養(yǎng)分[28-29]；要么進(jìn)行土層改造。第一種措施在目前有機(jī)質(zhì)來源尚不能保證耕層培肥的情況下是難以實(shí)施的。第二種措施根據(jù)白漿土在土壤機(jī)械組成上具有兩層性[30]，白漿層與淀積層具有上沙下黏的特點(diǎn)，這就為創(chuàng)造一種沙黏適中的土體構(gòu)型提供了有利條件。

心土間隔混層后，土壤物理性質(zhì)明顯改善。淀積層和白漿層隨機(jī)混拌，土壤機(jī)械組成由原來的兩層性變?yōu)槿龑有裕锤麑?、混拌層和淀積層，且各自擁有不同的沙黏比，土壤形成了新的土體構(gòu)型。在這種土體構(gòu)型下，保證耕層土壤養(yǎng)分不變的情況下，明顯改善了心土層土壤的物理性質(zhì)[31-32]，顯著降低了白漿土心土層土壤的硬度，硬度可降低2倍左右，且在整個(gè)土層中硬度沒有出現(xiàn)峰值。增大儲水庫容，提高土壤含水量，改善土壤三相值，土壤水氣協(xié)調(diào)，提高土壤通透性，既決了白漿土區(qū)土壤表旱表澇的嚴(yán)重問題，又防止土壤板結(jié)現(xiàn)象。

心土間隔混層后，化學(xué)性質(zhì)得到明顯改善。心土間隔混層雖沒有添加任何肥力物質(zhì)，但把淀積層和白漿層進(jìn)行隨機(jī)混拌，提高土壤通透性，有利于耕層水分養(yǎng)分運(yùn)移，同時(shí)把兩層營養(yǎng)物質(zhì)也隨機(jī)混拌，所以20～40 cm心土層速效養(yǎng)分含量與原來貧瘠的白漿層相比明顯提高，土壤質(zhì)量得到明顯改善，同時(shí)作物根系能夠下扎到心土層，有利于根系吸收營養(yǎng)，促進(jìn)大豆生長發(fā)育，持續(xù)提高作物產(chǎn)量，連續(xù)測定兩年作物平均產(chǎn)量提高10%左右。

4 結(jié) 論

在保持表土層位置不變的情況下，心土間隔混層技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“上翻20 cm，下混30 cm，同時(shí)間隔62 cm不混拌”的新農(nóng)藝參數(shù)，心土層物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)得到明顯改善，同時(shí)提高改土效率和作物產(chǎn)量。

1）心土間隔混層技術(shù)改善白漿土物理性質(zhì)。＞20～40 cm土層各項(xiàng)指標(biāo)變化幅度明顯，土壤含水量提高2.13～3.20個(gè)百分點(diǎn)；固相降低5.06個(gè)百分點(diǎn)，液相增加3.17個(gè)百分點(diǎn)，氣相增加1.89個(gè)百分點(diǎn)；硬度降低40%～50%。

2）心土間隔混層技術(shù)改善白漿土化學(xué)性質(zhì)。提高＞20～40 cm心土層養(yǎng)分含量，土層堿解氮提高33.77%，有效磷提高39.25%，速效鉀提高4.16%，有機(jī)質(zhì)提高15.85%。

3）心土間隔混層技術(shù)提高大豆產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀。增加大豆株高、節(jié)數(shù)、莢數(shù)、粒數(shù)和百粒重，連續(xù)2 a調(diào)查大豆產(chǎn)量，心土間隔混層區(qū)比對照區(qū)增產(chǎn)12.66%～13.68%，一次改土后效持續(xù)時(shí)間長。

[1] 陳德祥，張春峰，王慶勝，等. 三江平原主要土壤資源利用現(xiàn)狀及對策[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2012，2(3)：21－24.

Chen Dexiang, Zhang Chunfeng, Wang Qingsheng, et al. The status and countermeasures of the major soil resources utilization in Sanjiang plain[J]. Journal of Agriculture, 2012, 2(3): 21－24. (in Chinese with English abstract)

[2] 趙德林. 三江平原低產(chǎn)土壤與改良[M]. 哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1992：60.

[3] 高子勤，宋玉，芳關(guān)熙，等. 白漿土形成過程中某些物理化學(xué)性質(zhì)的研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)，1988，25(1)：13－21.

Gao Ziqin, Song Yu, Fang Guanxi, et al. Study on the physical and chemical properties of albic soils in the forming processes[J]. Acta Pedologica Sinica, 1988, 25(1): 13－21. (in Chinese with English abstract)

[4] 劉婷婷，高中超，匡恩俊，等.白漿土某些物理性質(zhì)的研究Ⅰ.與土壤緊實(shí)和通透性質(zhì)相關(guān)的幾個(gè)物理特性[J]. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012(4)：49－52.

Liu Tingting, Gao Zhongchao, Kuang Enjun, et al. Study on physical characteristics of planosol I: Some physical characteristics about soil compaction and permeability[J]. Heilongjiang Agricultural Sciences, 2012(4): 49－52. (in Chinese with English abstract)

[5] 劉婷婷，高中超，匡恩俊，等. 白漿土某些物理性質(zhì)的研究ΙΙΙ.白漿土微結(jié)構(gòu)及孔隙特征[J]. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012(6)：45－48.

Liu Tingting, Gao Zhongchao, Kuang Enjun, et al. Study on physical characteristics of planosol III: Microstructure and porosity features[J]. Heilongjiang Agricultural Sciences, 2012(6): 45－48. (in Chinese with English abstract)

[6] 田秀平，張之一. 不同耕作制下白漿土pH變化規(guī)律研究[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，46(3)：37－40.

Tian Xiuping, Zhang Zhiyi. Study on pH varation under different tillage system in ablic soil[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2015, 46(3): 37－40. (in Chinese with English abstract)

[7] 曾昭順，莊季屏，李美平. 論白漿土的形成和分類問題[J].土壤學(xué)報(bào)，1963，11(2)：111－129.

Zeng Zhaoshun, Zhuang Jiping, Li Meiping. One the genesis and classification of paichiang soils[J]. Acta Pedologica Sinica, 1963, 11(2): 111－129. (in Chinese with English abstract)

[8] 高子勤. 三江平原白漿土農(nóng)林牧綜合治理[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，1991：170－191.

[9] 張之一，張?jiān)? 黑龍江省白漿土形成機(jī)理及改良途徑的研究報(bào)告[J]. 黑龍江省八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，1987(2)：13－23.

Zhang Zhiyi, Zhang Yuanfu. A report on the genesis and improvement of baijiang soil (albaqualts) in Heilongjiang province[J]. Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University, 1987(2): 13－23. (in Chinese with English abstract)

[10] 張之一. 利用牧草改良白漿土[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996：45－50.

[11] 趙德林，洪福玉. 三江平原主要土壤土體構(gòu)造特點(diǎn)與治理途徑的探討[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1983，16(1)：54－61.

Zhao Delin, Hong Fuyu. Investigation on the characters of soil constitution of the major soils in the Sanjiang plain, and the way for soil conservation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1983, 16(1): 54－61. (in Chinese with English abstract)

[12] 趙德林，劉豐，洪福玉，等. 白漿土土體構(gòu)型改造的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1989，22(5)：47－55.

Zhao Delin, Liu Feng, Hong Fuyu, et al. Studies on transforming constitution of plansol solum[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1989, 22(5): 47－55. (in Chinese with English abstract)

[13] 趙德林，劉豐，賈會彬，等. 心土混層耕改良白漿土效果研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994，27(4)：37－44.

Zhao Delin, Liu Feng, Jia Huibin, et al. The effect of transforming planosol by using subsoil mixed plough[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1994, 27(4): 37－44. (in Chinese with English abstract)

[14] Araya Ken, Zhao Delin, Liu Feng, et al. Improvement of planosol solum, part 5: Soil bin experiments with a three-stage subsoil mixing plough[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1996, 65: 143－149.

[15] Araya Ken, Zhao Delin, Liu Feng, et al. Improvement ofplanosol solum, part 6: Field experiments with a three-stage subsoilmixing plough[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1996b, 65: 151－158.

[16] Araya Ken, Zhao Delin, Liu Feng, et al. Improvement of planosol solum, part 4: Field experiments with prototype roll-in and drop-down ploughs[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1996, 63: 275－282.

[17] Liu Feng, Jia Huibin, Zhang Chunfeng, et al. Improvement of planosol solum.Part9: Fertilizer distributor for subsoil[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1998, 71: 213－219.

[18] Jia Huibin, Liu Feng, Zhang Chunfeng, et al. Improvement of planosol solum.Part10: Mixing of wheat straw and cron stalk into subsoil[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1998, 71: 221－226.

[19] 賈會彬，于忠和，石鳳善，等.撫遠(yuǎn)縣應(yīng)用三段式心土混層犁改良白漿土的可行性分析[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005(1)：4－8.

Jia Huibin, Yu Zhonghe, Shi Fengshan, et al. Reasonable analysis of a three-stage subsoil mixing plough for the improvement of albic soil in Fuyuan county[J]. Heilongjiang Agricultural Sciences, 2005(1): 4－8. (in Chinese with English abstract)

[20] 劉峰，趙德林，賈會彬，等.三段式心土混層犁[P]. ZL96203040.6，1997-01-01.

[21] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：22－101.

[22] 孫元宏，高雪瑩，趙興敏，等. 添加玉米秸稈對白漿土重組有機(jī)碳及團(tuán)聚體組成的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2017，54(4)：1009－1017.

Sun Yuanhong, Gao Xueying, Zhao Xingmin, et al. Effects of corn stalk incorporation on organic carbon of heavy fraction and composition of soil aggregates in albic soil[J]. Acta Pedologica Sinica, 2017, 54(4): 1009－1017. (in Chinese with English abstract)

[23] 李會彬，李東坡，武志杰，等. 不同開墾年限白漿土磷素吸附特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2013，27(3)：218－223，228.

Li Huibin, Li Dongpo, Wu Zhijie, et al. The phosphorus adsorption characteristics of albic soil under different cultivation years[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(3): 218－223, 228. (in Chinese with English abstract)

[24] 依艷麗，萬曉曉，沈月，等. 不同利用方式及不同開墾年限白漿土的肥力變化[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43(4)：449－455.

Yi Yanli, Wan Xiaoxiao, Shen Yue, et al. Baijiang soil fertility changes under different land use type and reclamation years[J]. Journal of Shenyang Agricultural University, 2012, 43(4): 449－455. (in Chinese with English abstract)

[25] 田秀平，張之一. 不同耕作制下白漿土pH變化規(guī)律研究[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，46(3)：37－40.

Tian Xiuping, Zhang Zhiyi. Study on pH varation under different tillage system in ablic soil[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2015, 46(3): 37－40. (in Chinese with English abstract)

[26] 朱寶國，張春峰，賈會彬，等. 秸稈心土混合犁改良白漿土效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(15)：57－63.

Zhu Baoguo, Zhang Chunfeng, Jia Huibin, et al. Effect of planosol improvement by using straw subsoil mixed layer plough[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(15): 57－63. (in Chinese with English abstract)

[27] 孟慶英，韓旭東，張春峰，等. 白漿土施有機(jī)肥及石灰對土壤酶活性與大豆產(chǎn)量的影響[J]. 中國土壤與肥料，2017(3)：56－60.

Meng Qingying, Han Xudong, Zhang Chunfeng, et al. Effects of organic fertilizer and lime application on soil enzyme and soybean yield in planosol[J].Soil and Fertilizer Sciences in China, 2017(3): 56－60. (in Chinese with English abstract)

[28] 董守坤，劉麗君，馬秀峰，等. 秸稈還田對白漿土養(yǎng)分含量的影響[J]. 作物雜志，2011(1)：53－55.

Dong Shoukun, Liu Lijun, Ma Xiufeng, et al. Effect of straw returning on planosol nutrient content[J]. Crops, 2011(1): 53－55. (in Chinese with English abstract)

[29] 向春陽，馬艷梅，田秀平. 長期耕作施肥對白漿土磷組分及其有效性的影響[J]. 作物學(xué)報(bào)，2005，31(1)：48－52.

Xiang Chunyang, Ma Yanmei, Tian Xiuping. Effects of long-tern culture and fertilization on the contents of form of phosphorus and their availability in albic soil[J]. Acta Agronomica Sinica, 2005, 31(1): 48－52. (in Chinese with English abstract)

[30] 賈會彬，劉峰，趙德林，等. 白漿土某些理化特性與改良研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)，1997，34(2)：130－137.

Jia Huibin, Liu Feng, Zhao Delin, et al. Research on some physical-chemical properties and improvement of plano sols[J]. Acta Pedologica Sinica, 1997, 34(2): 130－137. (in Chinese with English abstract)

[31] 孟慶英，張春峰，賈會彬，等. 不同機(jī)械改土方式對白漿土物理特性及酶活性的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2016，53(2)：552－559.

Meng Qingying, Zhang Chunfeng, Jia Huibin, et al. Effects of mechanical soil amelioration method on physical properties of and enzyme activity in planosol[J]. Acta Pedologica Sinica, 2016, 53(2): 552－559. (in Chinese with English abstract)

[32] 霍云鵬，劉興久，張宏. 白漿土的水分物理性與白漿土的改良[J]. 東北農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1983，27(3)：69－75.

Huo Yunpeng, Liu Xingjiu, Zhang Hong. Discussin on the problem of baijaing soil improvement based on the study of it’s physical property of moisture[J]. Journal of Northeast Agricultural College, 1983, 27(3): 69－75. (in Chinese with English abstract)

Improving physicochemical properties of planosol and increasing yield of soybean by using subsoil interval mixed layer technology

Zhu Baoguo1,2, Zhang Chunfeng1,2※, Jia Huibin1,2, Meng Qingying1,2, Wang Nannan1,2,Kuang Enjun3, Zhang Libo1,2, Gao Xuedong1, Wang Qingsheng1, Liu Jungang1, Wang Yuxian4

(1.154007,; 2.154007,; 3.,150086;4.,161006,)

Planosol is one of the main agricultural soils in the northeast of China, concentrates in Heilongjiang and Jilin provinces relatively. Its total area is approximately 3.312 million hm2in Heilongjiang Province, centrally distributed in the Sanjiang Plain, its cultivated land area is about 0.88 million hm2, accounting for 25.4% of the total arable land in the area. The subsoil of planosoloften presents the physical and chemical characteristics of “hard, board and thin” during the growing period of crops, which results in serious drought and water logging. According to the characteristics of the two-layer nature of the planosol in its mechanical composition, we proposed a new soil modification route to treat the “sand” of the Aw (planosol layer) horizon with the “clay” of the B horizon (illuvia horizon), clarified the principle of “the Ap horizon in depth of 20 cm undisturbed, while mix the subsoil in depth of 30-40 cm”, and developed a three-stage subsoil mixing plough which could mixed the Aw horizon and the horizon with the ratio of 1:1 under the condition of the black soil layer position unchanged, improved the permeability and the water storage capability of the subsoil. After many years experiment and demonstration, the whole subsoil layer mixed, seriously affect the mechanical seeding. In order to improve the soil modification efficiency, form suitable soil structure and improve barren subsoil, the subsoil interval mixing plough was designed on the basis of the three-stage subsoil mixing plough, which could plough the Ap horizon in depth of 20 cm undisturbed, mix the subsoil in depth of 30cm below, separate 62 cm without mixing. We conducted field experiment in the 854 state farmduring 2016-2017, and investigated the physical and chemical characteristics of soil and the agronomic traits and yield of soybean of subsoil interval mixing area and surface ploughing and deep digging area to definite the yield-increasing mechanism of the interval subsoil mixing plough The result showed that compared with surface ploughing and deep digging area two years after soil modification, the subsoil interval mixing area improved the physical characteristics of the subsoil, during 20-40 cm soil layer, the soil water content increased by 2.13-3.20 percentage point, the hardness reduced by 40%-50%，and there was no peak; improved the soil permeability, the solid phase decreased by 5.06 percentage point, the liquid phase increased by 3.17 percentage point, and the gas phase increased by 1.89 percentage point; improved nutrient content of subsoil, the available nitrogen increased by 33.77%, the available phosphorus increased by 39.25%, the available potassium increased by 4.16% and the organic matter increased by15.85%, improved the total nutrients content of subsoil and alleviated soil acidity meanwhile. The yield of soybean in two years increased by 12.66%-13.28% compared with the CK area, the soil modification effect last long at a time, significant increase in production. The results could provide technical support for improving planosol and the same low yield soil and promoting high crop yields.

soils; crops; planosol; subsoil interval mixing layer; physical characteristics; chemical characteristics; soil improvement

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.013

S223

A

1002-6819(2019)-15-0094-07

2019-03-13

2019-06-18

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503116-01）資助。

朱寶國，助理研究員，主要從事土壤肥料與低產(chǎn)土壤改良研究。Email：zhubaoguo82@163.com。

張春峰，研究員，博士，主要從事土壤肥料與低產(chǎn)土壤改良研究。Email：chunfeng-1@163.com

中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會會員：朱寶國（E040500133M）

朱寶國，張春峰，賈會彬，孟慶英，王囡囡，匡恩俊，張立波，高雪冬，王慶勝，劉俊剛，王宇先. 心土間隔混層技術(shù)改善白漿土理化性質(zhì)提高大豆產(chǎn)量[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(15)：94－100. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.013 http://www.tcsae.org

Zhu Baoguo, Zhang Chunfeng, Jia Huibin, Meng Qingying, Wang Nannan, Kuang Enjun, Zhang Libo, Gao Xuedong, Wang Qingsheng, Liu Jungang, Wang Yuxian. Improving physicochemical properties of planosol and increasing yield of soybean by using subsoil interval mixed layer technology [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 94－100. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.013 http://www.tcsae.org