粉壟耕作對(duì)農(nóng)田赤紅壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響*

王世佳，蔣代華?，朱文國(guó)，張蓉蓉，李軍偉，韋本輝

粉壟耕作對(duì)農(nóng)田赤紅壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響*

王世佳1，蔣代華1?，朱文國(guó)1，張蓉蓉1，李軍偉1，韋本輝2

（1. 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530004；2. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，南寧 530004）

為揭示粉壟耕作對(duì)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響，探明其變化機(jī)理，通過(guò)團(tuán)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(duì)赤紅壤進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合耕作后土壤養(yǎng)分的變化，分析比較了常規(guī)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(jié)果表明：FL40相對(duì)其他耕作方式，增加了1～0.25 mm粒徑機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（<0.05），減少了大于3 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（<0.05）。相對(duì)于CT20和DT40，粉壟耕作處理土壤微形態(tài)改變呈現(xiàn)出骨骼顆粒細(xì)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(diǎn)；DT40速效養(yǎng)分含量較CT20、FL20和FL40均達(dá)到顯著差異（<0.05）。相對(duì)于CT20和DT40，粉壟耕作能增加赤紅壤的中團(tuán)聚體含量，使赤紅壤形態(tài)特征存在明顯差異；其中，F(xiàn)L20使作物增產(chǎn)顯著。

粉壟；團(tuán)聚體；微形態(tài)；孔隙分布；土壤養(yǎng)分

赤紅壤區(qū)是我國(guó)主要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物主產(chǎn)區(qū)之一，其中水稻播種面積占全國(guó)90%以上[1]，甘蔗產(chǎn)量占全國(guó)60%以上[2-3]，在全國(guó)糧食生產(chǎn)中占有重要地位。近年來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的要求不斷提高，化肥、農(nóng)藥的投入水平又需得到有效控制[4]；在穩(wěn)定“化學(xué)農(nóng)業(yè)”投入的同時(shí)，如何采取其他有效措施提升土壤肥力具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

研究[5-8]表明，不同耕作方式對(duì)土壤理化性質(zhì)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(dá)到作物增產(chǎn)提質(zhì)的效果。赤紅壤地區(qū)多采用鏵式犁作為耕地工具進(jìn)行深翻旋耕[9]，雖然長(zhǎng)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(shí)也破壞了對(duì)地面的保護(hù)，導(dǎo)致耕層變淺[10]，土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，土壤蓄水保肥能力嚴(yán)重下降等問(wèn)題[11]。來(lái)自廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院韋本輝研究員發(fā)明的粉壟技術(shù)，是繼人力、畜力、拖拉機(jī)耕作之后一種全新高效的耕作方式，其特點(diǎn)為立式螺旋型旋削刀具快速擾動(dòng)土壤，懸浮成壟而不破壞土層，且能打破犁底層，以達(dá)到深耕深松的效果[12]。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道[13]，粉壟耕作能使作物增產(chǎn)10%～30%，品質(zhì)提升5%以上。2017年以來(lái)，粉壟耕作被原農(nóng)業(yè)部列為全國(guó)主推技術(shù)且評(píng)估達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，得到袁隆平院士、張洪程院士等專家學(xué)者的一致認(rèn)可[14-15]；目前，該技術(shù)已在全國(guó)25個(gè)省份、35種作物上推廣應(yīng)用[16]。因此，研究粉壟耕作對(duì)赤紅壤理化特性的影響，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

土壤團(tuán)聚體分布及數(shù)量能直接表明土壤結(jié)構(gòu)的抗蝕性和機(jī)械穩(wěn)定性，王彩霞等[17]研究表明，旋耕和覆蓋深松相對(duì)于傳統(tǒng)耕作能夠增加小于0.01 mm粒級(jí)的微團(tuán)聚體；而張祥彩等[18]研究表明，深松能夠明顯增加土壤大團(tuán)聚體含量；劉艷等[19]指出了耕作制度下土壤團(tuán)聚體對(duì)干濕交替的響應(yīng)；王恩姮等[20]研究了自然條件下黑土微形態(tài)的變化狀況；姜宇等[21]則研究了凍融條件下黑土大孔隙結(jié)構(gòu)特征；靳曉敏等[22]研究了粉壟耕作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響。這些研究未將不同耕作方式下土壤團(tuán)聚體含量分布特征結(jié)合土壤形貌結(jié)構(gòu)及微孔隙變化差異進(jìn)行系統(tǒng)研究，其中，粉壟耕作對(duì)赤紅壤理化性質(zhì)的研究鮮有報(bào)道，特別是粉壟耕作對(duì)農(nóng)田赤紅壤團(tuán)聚體含量及結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響研究未見(jiàn)報(bào)道。

因此，本研究從粉壟耕作技術(shù)對(duì)赤紅壤形貌和結(jié)構(gòu)分析角度出發(fā)，探討粉壟耕作方式下赤紅壤理化性質(zhì)特征。以赤紅壤為研究對(duì)象，采用一系列物理表征手段與化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，比較分析了常規(guī)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(zhì)變化的特征，了解粉壟耕作對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要作用，為赤紅壤地區(qū)推廣粉壟耕作技術(shù)提供理論依據(jù)和實(shí)踐支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西壯族自治區(qū)南寧市隆安縣那桐鎮(zhèn)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?guī)r上覆蓋第四紀(jì)紅土，土壤類型為濕熱鐵鋁亞綱的赤紅壤。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降水量1 301 mm，年內(nèi)降水量分配很不均勻，季節(jié)性較強(qiáng)，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(yàn)地為平地，無(wú)坡度；前茬作物為南瓜，過(guò)去常年土地利用方式為水稻田。土壤母質(zhì)為第四紀(jì)紅土，肥力中等，土壤質(zhì)地為粉質(zhì)壤土。2018年試驗(yàn)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(jī)質(zhì)30.22 g·kg–1，pH 4.94，容重1.16 g·cm–3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分為4個(gè)耕作處理，分別為常規(guī)旋耕20 cm（CT20）：采用功率為132 kW拖拉機(jī)，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(jī)，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(jī)，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(jī)對(duì)試驗(yàn)地先進(jìn)行深翻，深度為40 cm，再進(jìn)行常規(guī)旋耕，旋耕深度均為20 cm。

試驗(yàn)于2018年4月進(jìn)行，耕作在同一天完成，采用間隔重復(fù)設(shè)計(jì)，重復(fù)4次，即共4個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組4個(gè)處理，隨機(jī)排列，每個(gè)處理小區(qū)面積90 m2（長(zhǎng)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(hào)。各處理按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)習(xí)慣統(tǒng)一供試肥料用量及種類：復(fù)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(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

本試驗(yàn)均在每個(gè)小區(qū)采集表層土（0～20 cm），每個(gè)小區(qū)均采集5個(gè)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(dòng)植物殘?bào)w，最后采用四分法收集約1 kg土壤，置于干凈的硬質(zhì)塑料盒，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干備用。

1.3 土壤團(tuán)聚體粒徑測(cè)定

機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體采用人工干篩法對(duì)團(tuán)聚體進(jìn)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(fēng)干土置于3 mm孔篩，加蓋后人工手篩將土分為6個(gè)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(jīng)篩分的各粒級(jí)團(tuán)聚體分別準(zhǔn)確稱量，計(jì)算得到各粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量百分比。

水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用Elliott土壤團(tuán)聚體濕篩法測(cè)定[23]。具體方法為：采用土壤團(tuán)粒分析儀（DM200-V，德碼信息技術(shù)有限公司，上海），稱取風(fēng)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(gè)套篩緩慢放入水中，使水面淹過(guò)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(tuán)聚體，共6個(gè)粒徑組，收集各粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，在105～108 ℃下烘8 h干燥后稱重，計(jì)算得到各粒級(jí)團(tuán)聚體含量。

1.4 土壤微形態(tài)、比表面和孔隙度測(cè)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(fēng)干的土壤選取2～5 mm大小的團(tuán)聚體，保證其至少有一個(gè)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(jìn)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(tài)特征。

土壤比表面和孔隙度采用全自動(dòng)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(cè)定。試驗(yàn)條件：飽和蒸汽壓/ kPa：10，脫氣系統(tǒng)溫度范圍為20～200 ℃，吸附氣體為氮?dú)狻?/p>

1.5 土壤養(yǎng)分含量測(cè)定

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

1.6 甘蔗產(chǎn)量及品質(zhì)性狀測(cè)定

試驗(yàn)均在每個(gè)小區(qū)取10 m長(zhǎng)度的甘蔗進(jìn)行稱量，然后換算成理論產(chǎn)量；每處理小區(qū)隨機(jī)取10株甘蔗，分別用數(shù)顯糖度計(jì)（AMR100，美國(guó)）、游標(biāo)卡尺和卷尺對(duì)甘蔗的糖分（取甘蔗上、中、下部位的平均值）、莖徑和株高進(jìn)行測(cè)量。

1.7 數(shù)據(jù)處理

結(jié)構(gòu)體破壞率是表征土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)特征的重要指標(biāo)之一，反映了團(tuán)聚體對(duì)水的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)體破壞率越小，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[25]。計(jì)算公式如下：

式中，PAD為結(jié)構(gòu)體破壞率，%；d為風(fēng)干團(tuán)聚體中大于0.25 mm粒級(jí)所占的比例，%；w為水穩(wěn)性團(tuán)聚體中大于0.25 mm粒級(jí)所占的比例，%。

本試驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用SPSS19和EXCEL2010軟件進(jìn)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(jié)果與討論

2.1 不同耕作方式下赤紅壤養(yǎng)分變化

由表1可知，不同耕作方式下，DT40的pH相對(duì)于其他耕作方式低0.25～0.35 個(gè)單位；對(duì)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(dá)到差異顯著（<0.05）；而有機(jī)質(zhì)變化不明顯（>0.05）。不同耕作方式下土壤的pH 和養(yǎng)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(yǎng)分存在差異，這是DT40土壤養(yǎng)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(dá)到顯著差異水平，這可能與粉壟耕作擾動(dòng)土壤礦物晶粒所釋放的養(yǎng)分較高有關(guān)。

2.2 不同耕作方式下赤紅壤團(tuán)聚體分布特征

2.2.1 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布特征 由表2可知，赤紅壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)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(tuán)聚體含量顯著高于其他三種方式（<0.05），其中，F(xiàn)L40與DT40之間差異最大。相反，大于3 mm粒徑團(tuán)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(tuán)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(zhì)

注：CT20、FL20、FL40和DT40分別代表處理常規(guī)旋耕20 cm、粉壟20 cm、粉壟40 cm和深翻旋耕40 cm，同列小寫(xiě)字母不同表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。下同。Note：CT20，F(xiàn)L20，F(xiàn)L40 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(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成

四種耕作方式下，各處理均以大于0.25 mm粒徑團(tuán)聚體為優(yōu)勢(shì)團(tuán)聚體。在不同耕作方式下，機(jī)械穩(wěn)定性各粒徑團(tuán)聚體存在不同的差異。相對(duì)于其他三種耕作方式，F(xiàn)L40耕作處理下大團(tuán)聚體向1～0.25 mm粒徑的中團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化明顯；這主要由于FL40處理對(duì)土體的擾動(dòng)強(qiáng)度和深度較大，減少了土壤的大團(tuán)聚體，而增加了土壤中、微團(tuán)聚體。Bailey等[26]研究指出，較小的團(tuán)聚體內(nèi)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(yǎng)分的吸收。

2.2.2 水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征 由表3可知，不同耕作方式下赤紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體各粒徑含量分布中，均為2～1 mm粒徑范圍內(nèi)含量所占比例最大，F(xiàn)L20相對(duì)于CT20和DT40均達(dá)到差異顯著（<0.05）。大于3 mm粒徑團(tuán)聚體含量中，F(xiàn)L40與DT40和CT20達(dá)到顯著水平（<0.05），F(xiàn)L40與DT40差異最大。在3～2 mm粒徑范圍內(nèi)，DT40顯著低于FL40和CT20（<0.05），與FL20差異不顯著（>0.05）；在團(tuán)聚體其他粒徑中，差異則不明顯。

四種耕作方式下，赤紅壤結(jié)構(gòu)體破壞率表現(xiàn)為：DT40>FL40>CT20>FL20。說(shuō)明在這四種耕作方式下，DT40土壤結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定；反之，F(xiàn)L20土壤結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。但FL20與CT20土壤結(jié)構(gòu)體破壞率差異極小，即穩(wěn)定性差異不明顯。該研究中，耕作機(jī)械力與土層翻動(dòng)共同影響著土壤結(jié)構(gòu)體，對(duì)其進(jìn)行量化且明確作用機(jī)理是今后研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

表3 不同耕作方式下土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成

注：PAD：結(jié)構(gòu)體破壞率。Note：PAD：Failure rate of structures.

水穩(wěn)性團(tuán)聚體中，不同耕作處理大于3 mm粒徑團(tuán)聚體含量較機(jī)械穩(wěn)定性均明顯減少，3～1 mm和小于0.25 mm粒徑團(tuán)聚體含量明顯增多。其中，DT40在大于3 mm粒徑團(tuán)聚體含量減少最為明顯，但在小于0.25 mm粒徑微團(tuán)聚體增加顯著，在四種不同耕作方式下土壤結(jié)構(gòu)體最不穩(wěn)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(wěn)定性與粉壟和常規(guī)旋耕不破壞土層的方式存在差別，從而使團(tuán)聚體各粒徑與其他耕作存在差異。不同粒徑團(tuán)聚體在養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)過(guò)程作用不同[27]，微團(tuán)聚體較大團(tuán)聚體具有較大的比表面，影響了土壤的物理、化學(xué)與生物特性。不同耕作方式對(duì)團(tuán)聚體分散、破碎、重新排列和再團(tuán)聚過(guò)程的改變影響土壤的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致作物根系吸收利用水分與養(yǎng)分的效率不同。在今后的研究中，應(yīng)關(guān)注土壤團(tuán)聚體各粒徑含量動(dòng)態(tài)變化。

粉壟耕作較傳統(tǒng)耕作方式具有碎土性好、松土量大和機(jī)械鉆頭橫向擾動(dòng)土壤等特點(diǎn)，增加了土壤中、微團(tuán)聚體含量，而小粒級(jí)的團(tuán)聚體養(yǎng)分儲(chǔ)存量會(huì)得到提升，更有利于作物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，這可能是粉壟耕作能使作物增產(chǎn)提質(zhì)的重要原因，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

2.3 不同耕作方式下赤紅壤團(tuán)聚體微形態(tài)特征

如圖1所示，將土壤團(tuán)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(jié)構(gòu)，并且能夠粗略判斷赤紅壤剖面黏土礦物的類型。土壤微結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)三維圖像，能夠準(zhǔn)確區(qū)分結(jié)構(gòu)體和顆粒體、土壤微結(jié)構(gòu)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(jiàn)絮片狀黏粒物質(zhì)連接成的團(tuán)聚體和腐殖質(zhì)及形成的孔道。耕作處理后，赤紅壤形態(tài)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(tài)表面光滑、骨骼顆粒細(xì)小緊實(shí)，排列緊密、規(guī)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(xù)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(xì)顆粒體較小，形成的結(jié)構(gòu)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(xù)放大至1萬(wàn)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(duì)土壤微形態(tài)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(jí)孔隙不明顯，排列緊密且表面明顯光滑。

不同耕作處理對(duì)土壤微形態(tài)的影響變化存在差異，通過(guò)掃描電鏡（SEM）三種不同視場(chǎng)觀察表面超微形態(tài)，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(chǔ)存的功能；土壤微孔隙的類型、數(shù)量、組合及剖面分布狀況，對(duì)土壤肥力具有重要的意義[28]。粉壟耕作較CT20和DT40呈現(xiàn)出土壤表面骨骼顆粒細(xì)小，排列規(guī)整且緊密，表面更光滑和孔隙更發(fā)達(dá)等特點(diǎn)，對(duì)水分和養(yǎng)分吸收利用可能具有更大吸附性能。粉壟耕作與傳統(tǒng)耕作相比，不僅赤紅壤各粒級(jí)團(tuán)聚體含量分布存在差異，而且團(tuán)聚體表面微形態(tài)也存在著差異；這些形態(tài)結(jié)構(gòu)的差異，極可能是粉壟耕作技術(shù)能增產(chǎn)提質(zhì)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(jié)構(gòu)變化

采用氮?dú)馕摳椒▽?duì)不同耕作處理赤紅壤的比表面、孔結(jié)構(gòu)及孔徑分布的變化進(jìn)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(jié)構(gòu)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(xiàn)為粉壟耕作略大于其他耕作，平均孔徑的大小也呈現(xiàn)類似的規(guī)律。土壤微形態(tài)的差異通過(guò)比表面積和孔隙度分析儀測(cè)定分析，可看出，粉壟耕作下赤紅壤的BET比表面積較CT20達(dá)顯著差異水平（<0.05）；較高的比表面積說(shuō)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(xiàn)出類似的規(guī)律，進(jìn)一步說(shuō)明耕作方式能對(duì)黏土礦物土壤顆粒之間的孔隙分布產(chǎn)生影響。研究表明[30-31]，土壤納米級(jí)孔隙表面能發(fā)生許多化學(xué)反應(yīng)，養(yǎng)分在土壤顆粒上的吸脫附行為，與納米孔隙有關(guān)。在今后的研究中，應(yīng)注重研究不同耕作方式下赤紅壤對(duì)養(yǎng)分的吸附與解吸效應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證各耕作處理產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)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?dú)馕椒ǖ耐寥揽紫段⒎智€和累積曲線見(jiàn)圖4。氮?dú)馕剑∟AI）的測(cè)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(guān)[32]。微分曲線的峰值所出現(xiàn)的位置是最可幾孔隙，代表出現(xiàn)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(xiàn)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(duì)土壤本身的表層土的擾動(dòng)強(qiáng)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(xiàn)出相同的規(guī)律。

根據(jù)土壤孔隙性質(zhì)和大小，可分為構(gòu)造孔隙和結(jié)構(gòu)孔隙。構(gòu)造孔隙與土壤顆粒組成有關(guān)，主要指團(tuán)聚體內(nèi)部的孔隙或細(xì)小顆粒間的孔隙，具有較高穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)孔隙與土壤團(tuán)聚體有關(guān)，主要指微團(tuán)聚體之間和團(tuán)聚體之間的孔隙，其穩(wěn)定性易受外界環(huán)境的擾動(dòng)；顯然，耕作方式會(huì)對(duì)土壤構(gòu)造孔隙，特別是結(jié)構(gòu)孔隙產(chǎn)生影響。由Tisdall和Oades[33]的等級(jí)理論可知，微團(tuán)聚體依靠陽(yáng)離子橋或有機(jī)聚合物形成有機(jī)-礦物復(fù)合體穩(wěn)定自身結(jié)構(gòu)，大團(tuán)聚體則主要依靠多糖等有機(jī)物質(zhì)。土壤的團(tuán)聚體和土壤孔隙是構(gòu)成土壤結(jié)構(gòu)的重要組成部分，土壤結(jié)構(gòu)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(chǎng)所及運(yùn)動(dòng)通道。不同耕作方式下赤紅壤不同尺度的孔隙度動(dòng)態(tài)變化有待進(jìn)一步研究，進(jìn)而探明不同耕作下土壤團(tuán)聚體及孔隙大小變化機(jī)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(chǎn)量及品質(zhì)

由表5可知，四種耕作方式下甘蔗產(chǎn)量及品質(zhì)性狀存在差異，粉壟耕作下甘蔗產(chǎn)量較高，其中，F(xiàn)L20較DT40和CT20差異達(dá)到顯著水平。FL20較FL40產(chǎn)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(dá)到顯著差異（<0.05），其原因可能是該處理機(jī)械對(duì)土壤擾動(dòng)的深度和強(qiáng)度最大，釋放了土壤中更多礦物養(yǎng)分的同時(shí)，對(duì)后期施肥的養(yǎng)分儲(chǔ)蓄和釋放具有更好的效應(yīng)。與CT20比較，F(xiàn)L40與DT40增加了作物產(chǎn)量，但效果不明顯，說(shuō)明耕作層增加能提升作物產(chǎn)量，與韓上等[34]研究結(jié)果一致。終上所述，粉壟耕作對(duì)甘蔗有增產(chǎn)提質(zhì)的效果。

表5 不同耕作方式對(duì)甘蔗產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的影響

注：1）數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定。Note：1）Determination by the digital display sugar meter.

3 結(jié) 論

不同耕作方式下，赤紅壤機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布存在差異。其中，F(xiàn)L40在0.5～0.25 mm和1～0.5 mm粒徑機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量顯著高于其他耕作方式；大于3 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量中，F(xiàn)L40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(xiàn)出顆粒細(xì)小、排列規(guī)則且緊密、表面光滑、比表面積大及孔隙發(fā)達(dá)等特點(diǎn)。結(jié)果表明，粉壟耕作使作物達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)的效果。

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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(guó)，張蓉蓉，李軍偉，韋本輝. 粉壟耕作對(duì)農(nóng)田赤紅壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，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(xiàng)（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(huán)境生態(tài)研究。E-mail：1490873154@qq.com

2019–02–11；

2019–04–06；

優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2019–05–10

（責(zé)任編輯：陳榮府）