粉壟耕作對(duì)紅壤理化性質(zhì)及紅薯產(chǎn)量的影響①

蔣發(fā)輝，高 磊，韋本輝，李錄久，彭新華*

粉壟耕作對(duì)紅壤理化性質(zhì)及紅薯產(chǎn)量的影響①

蔣發(fā)輝1,2，高 磊1，韋本輝3，李錄久4，彭新華1*

(1 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，南寧 530007；4 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，合肥 230031)

為改善紅壤板結(jié)狀況，緩解紅壤區(qū)季節(jié)性干旱對(duì)作物的脅迫，本研究在江西省選擇發(fā)育于第四紀(jì)紅黏土的典型紅壤設(shè)置傳統(tǒng)旋耕15 cm(RT)和粉壟耕作20 cm(FL20)、30 cm(FL30)、40 cm(FL40)等4種耕作處理，通過監(jiān)測(cè)土壤耕層厚度、容重、水分、養(yǎng)分的變化及紅薯產(chǎn)量，以期揭示粉壟耕作對(duì)紅壤理化性質(zhì)和紅薯產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：與RT處理相比，F(xiàn)L30和FL40處理顯著增加了耕層厚度，降低了土壤容重，提高了土壤飽和導(dǎo)水率；粉壟耕作顯著提高了降雨后土壤水分下滲速度、下滲量、下滲深度以及耕層土壤儲(chǔ)水量，并導(dǎo)致干旱期土壤含水量的增幅大于濕潤(rùn)期。粉壟耕作導(dǎo)致土壤氮、磷等養(yǎng)分下移，形成“上減下增”的分布格局，與RT處理(23.10 t/hm2)相比，粉壟耕作20 ~ 40 cm(FL20、FL30和FL40)處理還提高了鮮薯產(chǎn)量89% ~ 117%。因此，粉壟耕作顯著改善了旱地紅壤物理性質(zhì)，改變了土壤養(yǎng)分在耕層中的分布，并有效調(diào)蓄了土壤水分合理分配，產(chǎn)能提升效果顯著。

土壤物理性質(zhì)；粉壟耕作；土壤儲(chǔ)水量；紅薯產(chǎn)量

我國(guó)紅壤區(qū)域總面積218萬(wàn)km2，占全國(guó)耕地總面積的1/5，是我國(guó)最主要的土壤資源之一[1]。但我國(guó)紅壤長(zhǎng)期存在“酸、瘦、黏、板、瘠”等土壤屬性障礙問題，同時(shí)也面臨季節(jié)性干旱對(duì)作物生長(zhǎng)的脅迫，加之過度集約化不合理的開發(fā)利用，造成紅壤耕層結(jié)構(gòu)變差，加劇水土流失及作物產(chǎn)量低且不穩(wěn)等問題[1-4]。這些問題嚴(yán)重威脅著我國(guó)紅壤區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。耕作措施可以改變土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤養(yǎng)分運(yùn)移和供給作物的能力，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量[5]。因此，尋求合理的耕作措施改良紅壤結(jié)構(gòu)、培肥紅壤地力，對(duì)高效利用紅壤區(qū)豐沛的水熱資源意義重大。

傳統(tǒng)旋耕是我國(guó)旱地紅壤最主要的耕作方式。旋耕的耕作深度一般不超過18 cm，長(zhǎng)期連年旋耕會(huì)使耕層變淺、養(yǎng)分表聚，深層土壤緊實(shí)形成致密的犁底層，導(dǎo)致根系難以下扎，作物可利用的水分和養(yǎng)分空間縮小[3,6-9]。前人研究表明，與常規(guī)旋耕相比，深耕能打破犁底層，降低土壤容重，擴(kuò)大水分庫(kù)容，具有一定蓄水保墑的作用，有利于作物根系利用深層土壤水分和養(yǎng)分[10-15]。但是，目前的深耕方式，如深翻常把肥力低的亞表層土壤翻到表層，肥力高的表層土壤翻到下層，不但加速土壤養(yǎng)分的礦化，甚至可能導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降[16]；而深松耕作僅間隔式打破土壤緊實(shí)層，松土區(qū)域有限，松緊程度不一，松后土塊較大，也會(huì)給作物生長(zhǎng)發(fā)育帶來不利影響[17]。韋本輝等[18-19]提出的粉壟耕作很好地避免了這些問題，其利用特制的高速旋轉(zhuǎn)鉆頭，垂直向下旋耕土壤，保持土壤上下層不擾動(dòng)，并形成深厚的疏松耕層。而且，粉壟耕作結(jié)合了深耕與旋耕的特點(diǎn)，耕作后土塊粉碎程度高，耕層孔隙連通性好。因此，粉壟耕作有望為我國(guó)紅壤板結(jié)、季節(jié)性干旱等問題提供解決方案。

江西省是我國(guó)典型的紅壤區(qū)，而紅薯是江西旱地重要的農(nóng)作物，年種植面積在14萬(wàn) hm2左右，但由于紅壤存在前述諸多缺點(diǎn)，導(dǎo)致江西紅薯產(chǎn)量偏低[20]。然而，該區(qū)土層深厚，水熱資源豐富，具有巨大的生產(chǎn)潛力[21]。因此，本文將粉壟耕作應(yīng)用于江西紅壤的紅薯種植，針對(duì)該地區(qū)水分季節(jié)分配不均、質(zhì)地黏重、肥力低下的特點(diǎn)，探討粉壟耕作對(duì)該區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)、水分和養(yǎng)分在耕層分配及對(duì)紅薯產(chǎn)量的影響，旨在為紅壤區(qū)豐產(chǎn)增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)在江西省鷹潭市余江區(qū)三分廠孫家小流域(28°15' N，116°55' E)進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔50 m，屬于中亞熱帶濕潤(rùn)氣候，年均日照數(shù)1 809.5 h，年均氣溫17.8 ℃，年均積溫5 527.6 ℃，年均降雨量1 795 mm，年均蒸發(fā)量1 318 mm。試驗(yàn)地土壤類型為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育而成的典型紅壤，0 ~ 20 cm土層的黏粒(<0.002 mm)、粉粒(0.002 ~ 0.05 mm)和砂粒(0.05 ~ 2 mm)分別為396、266和337 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)研究期為2018—2019年，試驗(yàn)地前茬作物為油菜。用機(jī)械收割油菜后，留茬秸稈粉碎還田。耕作前一次性表施化學(xué)肥料尿素(含N 464 g/kg)、磷鈣鎂肥(含P2O5120 g/kg)和復(fù)合肥(N : P2O5: K2O = 18 : 10 : 18)，折合純量N、P2O5和K2O分別為190、128和68 kg/hm2。

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)耕作處理：傳統(tǒng)旋耕15 cm(RT)、粉壟耕作20 cm(FL20)、粉壟耕作30 cm(FL30)和粉壟耕作40 cm(FL40)。每個(gè)處理重復(fù)2次，共計(jì)8個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)117 m、寬3.75 m。傳統(tǒng)旋耕15 cm，即使用傳統(tǒng)旋耕機(jī)械作業(yè)，松土深度為15 cm；粉壟耕作，即使用五豐粉壟機(jī)械作業(yè)，松土深度分別為20、30和40 cm。粉壟和旋耕之后統(tǒng)一使用旋耕起壟機(jī)械作業(yè)，懸浮成壟平均高出地面15 cm。起壟后，人工插植紅薯苗(商薯19)，株行距為0.3 m × 0.76 m。整個(gè)紅薯生長(zhǎng)季內(nèi)無(wú)灌溉。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定及方法

1.3.1 土壤耕層厚度 耕作當(dāng)天(2018-05-03)，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，用鋼尺插入土壤，測(cè)量地表水平面到地下堅(jiān)硬土層之間的厚度作為耕作層厚度。紅薯苗期(2018-06-01)和收獲期(2018- 10-22)，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取一個(gè)點(diǎn)挖開剖面(含2壟1溝)，觀察并找到土壤松緊度和顏色存在明顯差異的土層，并以該土層為分界，測(cè)量每個(gè)壟頂平面(計(jì)每個(gè)處理4個(gè)值)到該土層的深度作為土壤耕層厚度。

1.3.2 土壤容重、飽和導(dǎo)水率與耕層土壤儲(chǔ)水量 紅薯苗期和收獲期，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)按0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 40 cm分層取樣，每個(gè)深度分別設(shè)置3個(gè)重復(fù)，計(jì)每個(gè)處理6個(gè)樣品，環(huán)刀樣品在105 ℃下烘干測(cè)定土壤容重，鋁盒樣品在相同溫度下烘干測(cè)定土壤質(zhì)量含水量，并利用公式計(jì)算耕層土壤儲(chǔ)水量(土壤儲(chǔ)水量 = 土層厚度 × 土壤容重 × 土壤質(zhì)量含水量[22])。苗期環(huán)刀樣品烘干前，采用定水頭法測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率[23]。

1.3.3 土層體積含水量動(dòng)態(tài)變化 紅薯苗期，在每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)以橫埋方式埋設(shè)TDR-315水分傳感器(公司，美國(guó))。埋設(shè)深度：壟頂下10、20、40 cm處，分別代表0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 40 cm土層含水量。同時(shí)，利用雨量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降水量。

1.3.4 土壤養(yǎng)分 紅薯收獲期，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選擇2個(gè)點(diǎn)(計(jì)每個(gè)處理4個(gè)點(diǎn))，分別采集0 ~ 10、10 ~ 20和20 ~ 40 cm土層土壤樣品，混合均勻，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干并測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。其中，土壤全氮采用半微量開氏法、土壤全磷采用氫氟酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法、土壤全鉀采用氫氟酸-高氯酸消煮-火焰光度法[24]、土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法[25]、土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、土壤速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法、土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[24]。

1.3.5 作物生物量 紅薯收獲時(shí)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取2個(gè)面積為1 m × 1 m的樣方，采集地下部薯塊，立即帶回室內(nèi)洗凈，擦干，稱重，并計(jì)算鮮薯產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin Pro 9.0進(jìn)行制圖，SPSS 19.0進(jìn)行方差分析(One-Way ANOVA)及配對(duì)T檢驗(yàn)，并利用Duncan法進(jìn)行多重比較。文內(nèi)表格中所列數(shù)據(jù)均為：平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果

2.1 粉壟耕作對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

粉壟耕作下土壤耕層厚度變化如表1所示。在耕作當(dāng)日，F(xiàn)L20、FL30和FL40處理耕層厚度分別為24、31和43 cm，而RT處理為18 cm，各處理均達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)深度。在紅薯苗期和收獲期，耕層厚度下降幅度隨粉壟耕作深度增加而更加顯著。與苗期相比，收獲期FL20、FL30和FL40處理耕層厚度分別下降了5%、13% 和30%，而RT處理下降了19%。

表1 不同耕作處理對(duì)耕層厚度的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)；下同。

粉壟耕作可以顯著降低(<0.05)深層土壤容重(圖1)。粉壟耕作下10 ~ 40 cm各土層容重均有不同程度下降。與RT處理相比，F(xiàn)L30處理顯著降低10 ~ 20 cm土壤容重(收獲期，下降16.0%)；FL40處理則顯著降低10 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤容重(苗期分別下降11.2% 和2.0%，收獲期分別下降11.8% 和10.8%)。并且，與苗期相比，收獲期土壤容重下降程度更加明顯。

(柱圖上方不同小寫字母表示同一土層不同處理間差異顯著(P<0.05))

不同耕作處理下各土層土壤飽和導(dǎo)水率均隨深度的增加而降低，但下降的幅度差異很大。由表2可知，各耕作處理0 ~ 10 cm土層的土壤飽和導(dǎo)水率無(wú)顯著差異(>0.05)；10 ~ 20 cm土層FL30和FL40處理土壤飽和導(dǎo)水率較RT和FL20處理顯著提升，增幅可達(dá)上千倍；而20 ~ 40 cm土層土壤飽和導(dǎo)水率在各耕作處理間亦無(wú)顯著差異(>0.05)?？梢姡蹓鸥?0 cm和40 cm主要對(duì)10 ~ 20 cm土層土壤飽和導(dǎo)水能力有明顯改善作用。

表2 不同耕作處理對(duì)苗期0 ~ 40 cm 土壤飽和導(dǎo)水率的影響

2.2 粉壟耕作對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)變化及儲(chǔ)水量的影響

試驗(yàn)地降水隨時(shí)間分配不均，故依降水量多少將監(jiān)測(cè)期劃分為濕潤(rùn)期(6—7月，累積降雨量603.6 mm，占監(jiān)測(cè)期總降雨量的73.6%)和干旱期(8—10月，累積降雨量216.5 mm，僅占監(jiān)測(cè)期總降雨量的26.4%)。如圖2所示，各耕作處理0 ~ 40 cm土壤含水量隨時(shí)間呈現(xiàn)整體波動(dòng)下降的趨勢(shì)，0 ~ 10、10 ~ 20和20 ~ 40 cm土層各處理含水量的變異系數(shù)在濕潤(rùn)期高于干旱期，濕潤(rùn)期含水量變化范圍為0.035 ~ 0.203 cm3/cm3，變異系數(shù)達(dá)16.8%，而干旱期含水量變化范圍縮小為0.085 ~ 0.179 cm3/cm3，變異系數(shù)只有9.5%。另外，不同耕作方式改變了土壤水分隨剖面分布的規(guī)律。不同深度土層含水量分布規(guī)律變?yōu)? ~ 10 cm土層FL40 > FL30 > FL20 > RT(圖2A)；10 ~ 20 cm土層FL20 > RT > FL30 > FL40(圖2B)；20 ~ 40 cm深層FL20 > FL40 > FL30 > RT(圖2C)。配對(duì)T檢驗(yàn)顯示，所有處理兩兩之間差異均顯著(< 0.05)。

其次，粉壟耕作下土壤含水量顯著高于傳統(tǒng)旋耕，并且干旱期增幅大于濕潤(rùn)期。RT、FL20、FL30和FL40處理0 ~ 10 cm平均含水量在濕潤(rùn)期分別為0.156、0.169、0.171 和0.169 cm3/cm3(圖2A左)，干旱期分別為0.103、0.119、0.120 和0.121 cm3/cm3(圖2A右)；20 ~ 40 cm平均含水量依次是濕潤(rùn)期0.334、0.360、0.329 和0.335 cm3/cm3(圖2C左)，干旱期0.239、0.244、0.260和0.253 cm3/cm3(圖2C右)。與RT處理相比，粉壟處理0 ~ 10 cm土壤含水量在濕潤(rùn)期平均增幅為8.7%，干旱期為12.0%，20 ~ 40 cm土層平均增幅濕潤(rùn)期為1.4%，干旱期為6.7%。

圖2 不同耕作處理下0 ~ 40 cm 土壤體積含水量動(dòng)態(tài)變化

粉壟耕作使土壤水分的下滲速度、下滲量、下滲深度均較傳統(tǒng)旋耕提高。由最大降水日土壤水分5 min步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)圖(圖3)可知，降雨發(fā)生后，不同土層FL20、FL30和FL40處理土壤含水量曲線出現(xiàn)首個(gè)拐點(diǎn)的時(shí)間(即重力水下滲到對(duì)應(yīng)土層的時(shí)刻)均比RT處理早，說明粉壟耕作下土壤水分下滲速度大于傳統(tǒng)旋耕。最大波峰的峰高可代表此次降水該深度的最大蓄水量，也可以在一定程度上反映下滲到各土層的最大水量。10 cm和20 cm深度土壤不同耕作處理間土壤蓄水量差異不大(圖3A和3B)，而40 cm深度土層FL40處理約為RT處理的2倍(圖3C)，由此，粉壟耕作下土壤水分下滲深度和下滲水量均大于傳統(tǒng)旋耕。而且，F(xiàn)L40處理下40 cm深度土層極陡峭的峰尾還顯示，40 cm深度土層土壤水分繼續(xù)向下滲漏的速度也是粉壟耕作大于傳統(tǒng)旋耕(圖3C)。

(A：土層深度10 cm；B：土層深度20 cm；C：土層深度40 cm)

粉壟耕作提升耕層土壤儲(chǔ)水量顯著(表3)。與傳統(tǒng)旋耕相比，苗期FL20處理0 ~ 10、10 ~ 20和20 ~ 40 cm土壤儲(chǔ)水量分別提升14.6%、16.8% 和19.1%，F(xiàn)L30處理分別提升8.5%、11.7% 和14.5%，F(xiàn)L40處理20 ~ 40 cm土層提升8.5%；紅薯收獲期也有類似結(jié)果。在干旱條件下即收獲期，F(xiàn)L40處理保水效果最佳，0 ~ 40 cm儲(chǔ)水量為100.7 mm，高于RT (93.6 mm)、FL20(95.9 mm)和FL30(85.8 mm)等其他耕作處理。

表3 不同耕作處理對(duì)0 ~ 40 cm 土壤儲(chǔ)水量的影響

2.3 粉壟耕作對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

粉壟耕作下0 ~ 40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量顯著增加(<0.05)，并且隨耕作深度的增加下層土壤增幅更加明顯(表4)。0 ~ 10 cm表層，F(xiàn)L20、LF30和FL40處理有機(jī)質(zhì)含量分別較RT處理增加18.4%、24.1% 和23.9%，全氮含量分別增加12.2%、11.1% 和11.1%；10 ~ 20 cm 土層，前述處理有機(jī)質(zhì)分別增加5.3%、27.7% 和29.7%，全氮含量分別增加1.2%、9.5% 和12.0%；20 ~ 40 cm前述處理土壤有機(jī)質(zhì)增加10.2%、38.0% 和69.3%，全氮增加2.3%、13.6% 和25%。

粉壟耕作下土壤全磷和全鉀含量變化均表現(xiàn)為：上減(0 ~ 20 cm土層)下增(20 ~ 40 cm土層)。0 ~ 10 cm土壤全磷和全鉀含量降低但差異不顯著；10 ~ 20 cm土層除FL40處理全磷含量外，其余處理全磷、全鉀含量下降；20 ~ 40 cm土層FL40處理土壤全磷含量顯著增加(<0.05)，全鉀含量也有增加。

表4 不同耕作處理對(duì)0 ~ 40 cm土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量的影響

粉壟耕作對(duì)速效養(yǎng)分的影響與對(duì)全量養(yǎng)分的影響相似。粉壟耕作下0 ~ 40 cm土層土壤堿解氮含量顯著高于傳統(tǒng)旋耕，粉壟耕作越深增幅越大，擾動(dòng)越深下層增幅越大(表5)。與RT處理相比，F(xiàn)L20、FL30和FL40處理0 ~ 10 cm土壤堿解氮含量分別增加14.5%、11.6% 和8.3%，10 ~ 20 cm土層增加3.6%、6.4% 和20.1%，20 ~ 40 cm土層除FL20處理外，F(xiàn)L30、FL40處理增加16.6% 和83.4%。粉壟耕作下土壤有效磷和速效鉀的含量基本與堿解氮存在相似的規(guī)律。

表5 不同耕作處理對(duì)0 ~ 40 cm土壤速效養(yǎng)分含量的影響

2.4 粉壟耕作對(duì)紅薯產(chǎn)量的影響

粉壟耕作顯著提高紅薯的鮮薯產(chǎn)量(<0.05) (圖4)。FL20、FL30和FL40處理鮮薯產(chǎn)量分別為43.7、47.2和50.1 t/hm2，較RT處理(23.1 t/hm2)分別增加89%、104% 和117%。FL40處理增幅最大，但不同粉壟處理間差異不顯著。

3 討論

本研究通過對(duì)傳統(tǒng)旋耕及不同深度粉壟耕作下土壤理化性質(zhì)和紅薯產(chǎn)量的分析，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)旋耕相比，粉壟耕作增加了土壤耕層厚度(表1)，降低了土壤容重(圖1)，提高了土壤飽和導(dǎo)水率(表2)和土壤水分庫(kù)容(表3)，顯著改善了土壤結(jié)構(gòu)，這與多人研究結(jié)果一致[26-29]。此外，粉壟耕作使土壤磷和鉀下移，形成“上減下增”的分布格局(表4、表5)。

(柱圖上方不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05))

粉壟耕作能夠有效調(diào)節(jié)紅壤水分的傳輸和蓄存過程。粉壟耕作使得土壤含水量升高(圖2)，降水后水分下滲速快(圖3)，耕層土壤儲(chǔ)水量大(表3)，有助于抵御紅壤區(qū)頻發(fā)的季節(jié)性干旱。楊永輝等[30]采集田間原狀土進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)也得到深松耕作下土壤水分下滲速度大于常規(guī)耕作的結(jié)果，而馬強(qiáng)等[31]直接測(cè)定田間土壤水分滲透速度證實(shí)了深松耕作下田間土壤入滲量顯著提高的結(jié)論。其他研究也表明深耕、深松和深旋松(粉壟)均能增加土壤含水量，提高土壤儲(chǔ)水量，增強(qiáng)土壤抗旱能力[26, 32-35]。土壤持水能力由土壤顆粒與水分子間作用力和土壤毛細(xì)管力決定，主要受土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)以及土壤毛管孔隙數(shù)量的影響[36]。與傳統(tǒng)旋耕相比，粉壟耕作過程中秸稈旋磨較細(xì)，與土壤顆?；旌陷^均勻，并使土壤顆粒分散、破碎、重新排列形成蓬松土層，這可能是土壤含水量提升的重要原因。而粉壟耕作下上層土壤水分下滲速度提高，是因?yàn)槠涫杷闪送寥栏鲗?，降低了土壤容?圖1)，增加了土壤孔隙度，提高了土壤飽和導(dǎo)水率(表2)。此外，粉壟耕作還能有效打破犁底層，增厚耕層(表1)，擴(kuò)大儲(chǔ)水空間，深層土壤受到大氣蒸發(fā)力的影響較小，更有利于保存土壤水分，這些水分在干旱期對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育尤為重要，可以降低作物受季節(jié)性干旱的影響。對(duì)比不同深度粉壟耕作處理還發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作40 cm處理下土壤水分下滲最快，水分含量及儲(chǔ)量增幅最大，抗旱能力最強(qiáng)，對(duì)土壤水分調(diào)蓄效果最佳，這也是本研究中紅薯增產(chǎn)的一個(gè)重要原因。

粉壟耕作改變了土壤養(yǎng)分在土壤剖面的分布。本研究顯示，粉壟耕作下不同深度土壤全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量顯著升高，表層有效磷含量顯著降低，而下層有效磷、全磷含量顯著提高(表4、表5)。同此，Wei等[37]研究認(rèn)為水稻土粉壟耕作7 a后所有養(yǎng)分含量明顯增加；聶勝委等[38]研究表明粉壟耕作顯著提高潮土速效鉀含量及砂姜黑土有效磷含量。其中原因之一是粉壟耕作降低了0 ~ 40 cm土壤容重，也就是說減少了土壤質(zhì)量，造成養(yǎng)分含量高于傳統(tǒng)旋耕。如果綜合考慮養(yǎng)分含量和土壤容重，結(jié)果顯示粉壟耕作下0 ~ 40 cm土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮和速效鉀的儲(chǔ)量比旋耕分別增加了16.9%、3.2%、5.7% 和21.6%，而全磷、全鉀和有效磷的儲(chǔ)量反而有所降低。另外，粉壟耕作過程中把表施化學(xué)肥料帶到土壤下層，并且粉壟耕作增加入滲從而加大了養(yǎng)分淋溶并在土壤下層的富集。這造成了表層土壤有效磷含量低于傳統(tǒng)旋耕，而下層高于傳統(tǒng)旋耕的現(xiàn)象。紅壤坡耕地侵蝕嚴(yán)重，將肥料養(yǎng)分帶入下層土壤也消減了水土流失損失的部分[39]。因此，更為合理的土壤養(yǎng)分剖面分布特征是本研究中紅薯產(chǎn)量大幅度提升的另一個(gè)重要原因。

在耕層土壤能夠有效提供作物生長(zhǎng)發(fā)育所需的水分和養(yǎng)分的前提下，粉壟耕作顯著提升了紅薯產(chǎn)量。本研究中粉壟耕作較傳統(tǒng)旋耕增加了鮮薯的產(chǎn)量，其中以粉壟耕作40 cm增產(chǎn)最大，增幅達(dá)到117%。前人研究也表明深耕、深松、粉壟耕作均能增加作物產(chǎn)量[28,40-45]。紅薯根系生長(zhǎng)和塊莖膨大需要疏松的土壤環(huán)境，粉壟耕作能夠有效降低土壤容重，疏松土壤增厚耕層。紅薯生長(zhǎng)易受旱澇災(zāi)害的影響，粉壟耕作能夠有效調(diào)蓄土壤水分，降低紅薯生長(zhǎng)過程中的干旱脅迫。此外，紅薯吸肥能力極強(qiáng)，粉壟耕作不但打破犁底層，促進(jìn)根系下扎，而且提高了深層土壤供肥能力。

4 結(jié)論

本研究表明，與傳統(tǒng)旋耕相比，粉壟耕作顯著改善了土壤耕層物理結(jié)構(gòu)，增加了耕層厚度，降低了土壤容重，提高了土壤飽和導(dǎo)水率及入滲速度，打破了犁底層從而擴(kuò)大了土壤有效水分庫(kù)容，有效調(diào)蓄土壤水分分配，增強(qiáng)了作物抗旱能力。粉壟耕作提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，改變了養(yǎng)分在耕層的分布，提升了下層養(yǎng)分含量，有效改善了土壤養(yǎng)分狀況。通過提升耕層土壤通氣性、水分庫(kù)容以及養(yǎng)分庫(kù)容，促進(jìn)了紅薯根系下扎和塊莖膨大，粉壟耕作明顯提高紅薯的產(chǎn)量。在紅壤旱地中，不同粉壟耕作深度的效果存在一定差異，但考慮經(jīng)濟(jì)效益，粉壟耕作20 cm足以滿足產(chǎn)能大幅度提升。

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Impact of Fenlong Tillage on Soil Physiochemical Properties and Sweet Potato Yield in Dryland Red Soil

JIANG Fahui1,2, GAO Lei1, WEI Benhui3, LI Lujiu4, PENG Xinghua1*

(1 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Cash Crops Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China; 4 Institute of Soil and Fertilizer, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China)

To improve clayey soil structure and alleviate seasonal drought stress in the red soil region of south China, this study investigated the impacts of different tillage treatments on plough layer thickness, soil bulk density, moisture, nutrients and sweet potato yield. The tillage treatments included: conventional rotary tillage to 15 cm depth (RT) as a control, Fenlong tillage to 20 cm (FL20), 30 cm (FL30) and 40 cm (FL40) depths. The results showed, compared with RT, FL30 and FL40 treatments significantly increased the thickness of plough layer, reduced soil bulk density and enhanced saturated hydraulic conductivity. Felong tillage increased the rate, amount and depth of water infiltration, as consequently enhanced soil water storage which was greater in the dry season than in the wet season. Fenlong tillage further redistributed nutrients down to deep soil layer, causing “l(fā)ess content of nutrients in the surface layer but higher content in the deep layer”. Therefore, compared to RT, Fenlong tillage promoted sweet potato yield by 89%–117%. In conclusion, Fenlong tillage can remediate soil physical properties, redistribute soil nutrients in the plough layer, increase soil water storage, and then enhance crop yield significantly.

Soil physical properties; Fenlong tillage; Soil water storage; Sweet potato yield

S341；S152

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.03.024

蔣發(fā)輝, 高磊, 韋本輝, 等. 粉壟耕作對(duì)紅壤理化性質(zhì)及紅薯產(chǎn)量的影響. 土壤, 2020, 52(3): 588–596.

中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KFZD-SW-112-05)、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(BE2017385)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41725004；41571130053)資助。

(xhpeng@issas.ac.cn)

蔣發(fā)輝(1996—)，男，云南普洱人，碩士研究生，主要從事土壤結(jié)構(gòu)與耕作研究。E-mail：fhjiang@issas.ac.cn