不同年限蓖麻連作對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響

劉曉芳 張智勇 丁 寧 田福東 李雅劍

（通遼市農(nóng)牧科學(xué)研究所生物技術(shù)工程與資環(huán)研究中心，內(nèi)蒙古通遼 028015）

蓖麻屬于大戟科，作為一種適應(yīng)性強(qiáng)、種植性能好的深根植物，其具有很高的綜合利用價(jià)值。蓖麻籽壓榨出的蓖麻油是重要的工業(yè)原料，在縫合劑、液壓油等化工品的開(kāi)發(fā)上均有廣泛用途[1]。但是，多年連作蓖麻會(huì)出現(xiàn)連作障礙現(xiàn)象，導(dǎo)致生長(zhǎng)受到抑制，病害加重，也會(huì)給土壤物理性狀帶來(lái)一定影響，同時(shí)產(chǎn)量也會(huì)呈現(xiàn)一定程度的下降[2]。有學(xué)者研究了蓖麻連作土壤中微生物代謝多樣性，結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，平均每孔顏色變化率值不斷增加。同時(shí)，連作影響了土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響水分含量變化、養(yǎng)分及土壤中的物質(zhì)交換、微生物區(qū)系活動(dòng)、作物根系分布等過(guò)程，最終影響作物生長(zhǎng)發(fā)育[3]。蓖麻作為油料作物，因存在不耐連作的實(shí)際情況，輪作是常見(jiàn)的種植方式，但是關(guān)于蓖麻連作對(duì)土壤物理性狀的影響研究較少。本研究旨在分析土壤物理結(jié)構(gòu)的同時(shí)明確蓖麻多年連作對(duì)土壤機(jī)械組成的影響，為該區(qū)連作及輪作蓖麻的合理耕作種植及農(nóng)田土壤物理性狀年際動(dòng)態(tài)變化研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)田位于通遼市農(nóng)牧科學(xué)研究所試驗(yàn)區(qū)，位于北緯 42°15′～45°41′、東經(jīng) 119°15′～123°43′，地處松遼平原西端，蒙古高原遞降到低山丘陵和傾斜沖擊平原地帶，屬中溫帶季風(fēng)大陸性氣候，日照充足，四季分明，雨熱同季，年平均降水量350～400 mm，年平均氣溫7.0℃左右。土壤肥力中等偏上，土質(zhì)為白五花土。試驗(yàn)田種植作物為蓖麻，連作蓖麻分別于2000年、2010年和2015年播種，輪作蓖麻于2000年播種，與其輪作的作物為當(dāng)?shù)卦耘嗟暮瘫究谱魑铩?/p>

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為連作5年（A）、連作10年（B）、連作20年（C），以與禾本科高粱常年輪作作對(duì)照（CK）。3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積100m2（5 m×20 m）。各處理均在每年5月播種，10月收獲。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤樣品于2019年秋季收獲后采集于通遼市農(nóng)牧科學(xué)研究所，農(nóng)耕地為長(zhǎng)期連作的定位蓖麻田，對(duì)不同處理3個(gè)重復(fù)小區(qū)0～30 cm土層進(jìn)行土樣采集，每次采集3點(diǎn)混勻后取1 kg左右土樣，每個(gè)處理同樣的方法取樣3次，土壤樣品采集后放在硬質(zhì)鋁盒內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，以免破壞團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)。在自然結(jié)構(gòu)面用手將采回的土壤掰成直徑1 cm以下的小土塊，處理時(shí)盡量避免受到機(jī)械壓力，篩除根系和小石粒，土壤風(fēng)干備用。采用Elliott提出的干篩法測(cè)定土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量；用環(huán)刀法測(cè)定各土層土壤容重[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年限蓖麻連作對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)百分比的影響

由圖1可知，不同年限蓖麻連作的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分布呈現(xiàn)出隨粒徑逐漸增大先升高后下降的趨勢(shì)，各處理均在＜0.25 mm的土壤微團(tuán)聚體土壤粒徑所占的百分比最大，處理A、B、C及CK占比分別為42.97%、46.03%、30.98%、38.84%， 其中＜0.500 mm、＜1.000 mm、＜2.000 mm的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)出處理A＞CK＞處理C＞處理B的分布規(guī)律，同時(shí)＞2.000mm的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分布中表現(xiàn)為CK＞處理A＞處理C＞處理B。

2.2 不同年限蓖麻連作對(duì)每100 g土壤所含土壤團(tuán)聚體質(zhì)量的影響

由圖2可知，各處理中間團(tuán)聚體（0.25～2.00 mm）＞大團(tuán)聚體（＞2 mm）＞微團(tuán)聚體（0.053～0.250 mm）＞粉黏粒（＜0.053 mm），各處理以中間團(tuán)聚體所占100 g土壤質(zhì)量最大，且表現(xiàn)出隨著連作年份的累加呈現(xiàn)出先上升再下降的趨勢(shì)，其中處理A和處理B分別較CK提高了13.27%、0.36%，而處理C較CK降低了18.75%。土壤微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和土壤粉黏粒結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)為隨著連作年份累加呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢(shì)，且以處理C最高，分別較CK提高2.6、2.1倍。

2.3 不同年限蓖麻連作對(duì)土壤容重及含水量的影響

由表1可知，各處理土壤容重隨著蓖麻連作年限的增加呈現(xiàn)出先下降后上升再下降的變化趨勢(shì)，其中CK的土壤容重最大，處理A、B、C分別較CK降低了11.51%、6.47%、12.23%，而各處理收獲后的土壤含水量表現(xiàn)為處理B＞處理A＞處理C＞CK，且各處理較CK分別提高2.61%、10.10%、1.31%。

表1 不同年限蓖麻連作對(duì)土壤容重及含水量的影響

3 結(jié)論與討論

不同粒徑的土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性可反映土壤結(jié)構(gòu)的變化[5]，團(tuán)聚體幾何平均直徑（GMD）和平均重量直徑（MWD）作為體現(xiàn)土壤中團(tuán)聚體穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)，GMD和MWD值越大，團(tuán)聚度越高，穩(wěn)定性越強(qiáng)[6-7]。蓖麻田土壤團(tuán)聚體組分均以中間團(tuán)聚體和大團(tuán)聚體為主，微團(tuán)聚體和粉黏粒為輔，不同連作年限的土地利用方式并未直接影響土壤團(tuán)聚體主要組分的分布。對(duì)于微團(tuán)聚體、粉黏粒而言，連作10年和連作20年的蓖麻田明顯高于輪作的蓖麻田，而連作5年的蓖麻田略低于輪作蓖麻田。說(shuō)明5年的短期蓖麻連作可以導(dǎo)致大團(tuán)聚體破碎、中間團(tuán)聚體增加，尤其是微團(tuán)聚體和粉黏粒下降；短期連作較輪作蓖麻田而言并未對(duì)土壤造成結(jié)構(gòu)性退化，有效避免了中間團(tuán)聚體的破壞，減少了微團(tuán)聚體及粉黏粒的每百克所占質(zhì)量，一定程度上提高了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。連作10～20年的蓖麻田土壤微團(tuán)聚體和粉黏粒所占比例明顯高于對(duì)照輪作蓖麻田，說(shuō)明多年連作會(huì)在一定程度上增加微團(tuán)聚體和粉黏粒的比例，造成土壤結(jié)構(gòu)的退化，同時(shí)不利于土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，也不利于維系土壤良好結(jié)構(gòu)。綜合來(lái)看，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的年際動(dòng)態(tài)變化一定程度取決于作物的種植方式、連作時(shí)間的長(zhǎng)短等因素。

土壤容重和孔隙度代表土壤的松緊程度及孔隙狀況，是土壤物理性狀的重要指標(biāo)[8]，也是反映土壤物理結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)和影響因素。本試驗(yàn)結(jié)果表明：蓖麻多年連作田的土壤容重隨著連作時(shí)間的增加呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)下降的變化規(guī)律；土壤含水量的年際動(dòng)態(tài)變化與土壤容重相反，呈現(xiàn)出隨連作時(shí)間增加而逐漸升高的變化規(guī)律，在一定程度上增加了土壤表層0～30 cm的土壤含水量。

有學(xué)者研究表明，壓實(shí)使得土壤顆粒重新排列得更加緊密，土壤容重增加，孔隙度減小，土壤緊實(shí)度增加，水分滲透能力下降，嚴(yán)重影響作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收利用[9]。土壤物理性狀中，水穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量、容重、土壤含水量是評(píng)估土壤質(zhì)量常用的指標(biāo)[10-12]，隨著蓖麻連作年限的增加，土壤容重逐漸減小，且土壤含水量相對(duì)增加，與此研究一致，可能是由于蓖麻屬于直根系，有較強(qiáng)穿透土壤的能力，容易打破土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，而對(duì)照蓖麻—高粱輪作田因?yàn)橹备蹬c須根系作物輪作倒茬，減少了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響，使其保持相對(duì)穩(wěn)定的原始狀態(tài)。也有學(xué)者研究表明，覆蓋作物根干重密度均隨深度的增加而下降[13]，土壤緊實(shí)度隨著根干重密度增加而減少，同時(shí)降低土壤容重。本文未對(duì)根干重進(jìn)行測(cè)定與探索，對(duì)輪作及連作作物根干重密度的影響結(jié)果不明，待進(jìn)一步研究。也有學(xué)者研究表明，總孔隙度和土壤含水量與容重的空間分布相反[14]，大量的毛管孔隙有利于水分及營(yíng)養(yǎng)的快速供應(yīng)，保證作物的生長(zhǎng)需求，而在團(tuán)粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)之間存在的非毛管孔隙，則有利于通氣透水，減少了由于雨水沖蝕造成的地表侵蝕，防止水土流失的發(fā)生[15]。＞0.1 mm粒徑的土壤均為毛管孔隙結(jié)構(gòu)，其中10年連作蓖麻田與20年連作蓖麻田較對(duì)照輪作蓖麻田的毛管孔隙有明顯提高，同時(shí)土壤含水量也高于對(duì)照輪作蓖麻田，而5年連作蓖麻田因?yàn)橥寥廊葜剌^小，土壤含水量也高于對(duì)照輪作蓖麻田，有學(xué)者認(rèn)為土壤含水量與地形、質(zhì)地和氣候等因素的影響有關(guān)，且時(shí)空分布存在明顯差異[16]，這與該學(xué)者研究結(jié)果不一致。