摘要 [目的]探究粉壟耕作對(duì)植煙土壤養(yǎng)分含量及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)影響,為粉壟耕作應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。[方法]以青島煙區(qū)傳統(tǒng)翻耕(CK)為對(duì)照,對(duì)比30 cm(SM1)、40 cm(SM2)、50 cm(SM3)粉壟深度下的土壤養(yǎng)分及團(tuán)聚體特征的影響。[結(jié)果]在相同耕作深度條件下,粉壟耕作技術(shù)較傳統(tǒng)耕作能夠提高植煙土壤全氮、速效磷、有效鉀及有機(jī)質(zhì)含量。粉壟耕作增加>2.000 mm、>1.000~2.000 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體及>0.250 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量,促進(jìn)大團(tuán)聚體及水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成,且以粉壟耕作深度40 cm時(shí)的養(yǎng)分含量、平均重量直徑(MWD)及幾何平均數(shù)(WMD)最大,分形維數(shù)(D)最小。[結(jié)論] 粉壟耕作技術(shù)能夠提高植煙土壤養(yǎng)分含量,改善土壤結(jié)構(gòu),且以40 cm粉壟深度作為青島煙區(qū)最適宜的耕作深度。
關(guān)鍵詞 粉壟耕作;植煙土壤;土壤養(yǎng)分;團(tuán)聚體特征
中圖分類號(hào) S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611(2024)13-0136-04
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.034
開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)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(xiàng)目 山東青島煙草有限公司科技項(xiàng)目(2020370200240076)。
作者簡(jiǎn)介 薄國(guó)棟(1986—),男,山東臨沂人,農(nóng)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(dǎo)師,從事煙草種植及肥料開發(fā)研究。
收稿日期 2023-09-13
烤煙作為我國(guó)的重要經(jīng)濟(jì)作物之一,植煙土壤對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量起到重要的作用[1]。但近年來,產(chǎn)區(qū)受到耕地資源及種植方式等因素的影響,植煙土壤出現(xiàn)一定耕層淺、板結(jié)、養(yǎng)分失調(diào)等土壤質(zhì)量問題,影響烤煙的產(chǎn)量及質(zhì)量[2]。團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)組成的基本單位,其數(shù)量比例及分布能夠在一定程度上反映土壤質(zhì)量,對(duì)調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)及土壤生態(tài)環(huán)境具有重要作用[3]。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性作為土壤質(zhì)量重要的評(píng)價(jià)指標(biāo),其特征與團(tuán)聚體的組成、分布及有機(jī)質(zhì)密切相關(guān)[4]。研究表明,平均重量直徑(MWD)及幾何平均數(shù)(GMD)能夠反映土壤分布及其穩(wěn)定性,分形維數(shù)能夠表征團(tuán)聚體數(shù)量組成及其均一性狀況[5-7]。因此,研究植煙土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征對(duì)植煙土壤改良具有一定的理論指導(dǎo)意義。
當(dāng)前煙區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作機(jī)具多以小型動(dòng)力翻耕作業(yè)為主,翻耕深度淺導(dǎo)致犁底層變厚而上移動(dòng),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(zhǎng)也受到影響,對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收變小,土壤的生產(chǎn)力也逐漸下降[8-9]。Pinheiro等[10]研究表明,傳統(tǒng)耕作模式能夠破壞土壤結(jié)構(gòu),穩(wěn)定性團(tuán)聚體下降,土壤容易被侵蝕。粉壟耕作技術(shù)作為一種新型耕作方式,在耕作過程中將土壤進(jìn)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(shù)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(diǎn)[12],能夠打破原有緊實(shí)的土壤表層,起到深松土壤、改善土壤結(jié)構(gòu)的作用,擴(kuò)大土壤的保水保肥能力,對(duì)調(diào)節(jié)土壤水分、肥力、通透性等理化性質(zhì)具有重要作用[13]。研究表明,粉壟耕作技術(shù)能夠促進(jìn)作物根系發(fā)育,提高光合效率[14],對(duì)于提高作物產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)、改善土壤生態(tài)環(huán)境具有一定的作用[15-18]。
筆者以山東青島煙區(qū)典型植煙土壤(棕壤土)為研究對(duì)象,分別利用干、濕篩法探究不同粉壟耕作深度對(duì)植煙土壤養(yǎng)分及團(tuán)聚體穩(wěn)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(shù)在煙草種植領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)于2020年在山東省青島市黃島經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)寶山鎮(zhèn)向陽(yáng)村(119°86′E,36°01′N)進(jìn)行。試驗(yàn)地位于溫帶季風(fēng)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(shí)數(shù)為2 541.1 h。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
共設(shè)4個(gè)處理,分別為常規(guī)翻耕(CK)、30 cm粉壟(SM1)、40 cm粉壟(SM2)、50 cm粉壟(SM3),隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),小區(qū)面積為667 m2,3次重復(fù),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(fā)酵豆餅300 kg/hm2、煙草專用肥324 kg/hm2、硫酸鉀復(fù)合肥153 kg/hm2。移栽后30~35 d,追施硝酸鉀復(fù)合肥88.5 kg/hm2,磷酸二胺30 kg/hm2。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法
1.3.1 樣品采集及處理。
煙葉采收后,使用5點(diǎn)取樣法壟上采集0~20 cm耕層混合檢測(cè)樣及原狀土?;旌蠙z測(cè)樣在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干,過1 mm孔徑篩后檢測(cè)。原狀土沿自然結(jié)構(gòu)輕輕掰成直徑小于1 cm的小土塊,去除植物殘?bào)w、小石塊、及蚯蚓等,風(fēng)干備用。
1.3.2 測(cè)定方法。
參考《土壤農(nóng)化分析》對(duì)混合樣進(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)(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(jì)法)的檢測(cè)。
參考Kemper等[19]的方法進(jìn)行土壤團(tuán)聚體的測(cè)定,具體操作如下。
機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)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(jìn)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(tuán)聚體,然后分別稱其重量。
水穩(wěn)定性團(tuán)聚體:稱取100 g原狀土,每處理3次重復(fù)。濕篩法選擇與干篩相同篩孔的套篩,利用團(tuán)粒分析儀進(jìn)行不同粒徑篩分,將篩好的各級(jí)團(tuán)聚體無損地轉(zhuǎn)移到已編號(hào)計(jì)重的鋁盒中,50 ℃烘干稱重。
土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)、幾何平均數(shù)(GMD)、分形維數(shù)(D)的計(jì)算參考如下公式。
MWD=ni=1xi·wi(1)
式中,xi為i粒級(jí)團(tuán)聚體平均直徑,wi為i粒級(jí)團(tuán)聚體重量所占比例。
GMD=Expni=1wiInini=1wi(2)
式中,wi為i粒級(jí)團(tuán)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(jí)團(tuán)聚體平均直徑;M(r<xi)為粒徑小于xi的團(tuán)聚體的重量;MT 為團(tuán)聚體總重量;xmax為團(tuán)聚體的最大粒徑。
1.4 數(shù)據(jù)分析與處理
采用Microsoft Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,SPSS 23.0進(jìn)行方差分析和皮爾遜相關(guān)性檢驗(yàn),origin 2021進(jìn)行作圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 粉壟耕作對(duì)植煙土壤理化性質(zhì)的影響
粉壟耕作對(duì)植煙土壤理化性質(zhì)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(jī)質(zhì)及全氮含量,綜合以上來看,SM2土壤速效養(yǎng)分的含量最高。
2.2 粉壟耕作對(duì)耕層土壤團(tuán)聚體特征的影響
2.2.1 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布特征。
粉壟耕作對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響見圖2。由圖2可知,各個(gè)處理不同粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體組成分布一致,均呈隨著粒徑的減少,占比減少趨勢(shì)。各個(gè)處理均以>2.000 mm土壤團(tuán)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(tuán)聚體比例,降低了>1.000~2.000 mm團(tuán)聚體比例,且以SM1及SM2處理>2.000 mm團(tuán)聚體比例較大,>1.000~2.000 mm團(tuán)聚體比例較?。黄渌麍F(tuán)聚體粒徑比例之間差異不顯著。
2.2.2 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布特征。
粉壟耕作對(duì)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響見圖3。由圖3可知,水穩(wěn)定性團(tuán)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(wěn)定性團(tuán)聚體比例最高。>2.000 mm、>1.000~2.000 mm及>0.500~1.000 mm粒徑水穩(wěn)定性團(tuán)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(duì)提高青島煙區(qū)耕層土壤>0.250 mm粒徑水穩(wěn)定性團(tuán)聚體效果最好。
2.3 粉壟耕作對(duì)植煙土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
粉壟耕作
技術(shù)對(duì)耕層植煙土壤穩(wěn)定性的影響見圖4。由圖4可知,粉壟耕作技術(shù)能
夠提高耕層植煙土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD)及幾何平均數(shù)(GMD),但差異不顯著。與CK相比,SM1及SM2能夠顯著提高水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)及幾何平均數(shù)(GMD)。這說明粉壟耕作深度在30 cm(SM1)及40 cm(SM2)時(shí),有利于提高青島煙區(qū)植煙土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體穩(wěn)定性。
分形維數(shù)也是團(tuán)聚體數(shù)量組成以及質(zhì)地均一性的綜合性指標(biāo),被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布的影響,分形維數(shù)越小,土壤的組成及均一性越好。干篩法測(cè)得土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)(D)以SM2的值最小,各個(gè)處理之間差異不顯著;濕篩法測(cè)的分析維數(shù)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(duì)青島煙區(qū)耕層土壤組成及均一性提升效果最佳。
水穩(wěn)定性團(tuán)聚體特征與植煙土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析見表1。由表1可知,幾何平均數(shù)(GMD)與pH呈顯著負(fù)相關(guān),與有機(jī)質(zhì)及有效鉀呈顯著正相關(guān);分形維數(shù)(D)與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)。
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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要問題,與此同時(shí),傳統(tǒng)的小型翻耕機(jī)械長(zhǎng)期施用破壞植煙土壤結(jié)構(gòu),土壤的水分、養(yǎng)分及氣體交換能力下降[20-22]。粉壟耕作技術(shù)采用物理機(jī)械的方法改良土壤結(jié)構(gòu),為作物地下部的生長(zhǎng)發(fā)育提供好的生境[23]。該研究表明,與傳統(tǒng)耕作相比,粉壟耕作能夠提高土壤養(yǎng)分含量,且以粉壟耕作深度在40 cm(SM2)時(shí)的養(yǎng)分含量最高。由于粉壟耕作采用立體垂直粉碎的方式進(jìn)行耕作,粉壟耕作后的土壤較傳統(tǒng)耕作更細(xì)碎,孔隙度增加,土壤對(duì)養(yǎng)分的吸附作用增加,減少了養(yǎng)分流失[13,24-26]。粉壟耕作的機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱量也能夠促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分的釋放[20]。
粉壟耕作技術(shù)較常規(guī)耕作相比,降低了土壤pH。傳統(tǒng)的耕作方式多以深翻為主,對(duì)土壤干擾性較強(qiáng),土壤有機(jī)質(zhì)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(shù)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(dǎo)致植煙土壤漏水漏肥導(dǎo)致土壤養(yǎng)分降低。
團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本組成,是研究改善各類型土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)[28]。該研究表明,粉壟耕作主要對(duì)青島煙區(qū)植煙土壤>2.000 mm及>1.000~2.000 mm機(jī)械團(tuán)聚體組成影響較大,且粉壟耕作深度在30 cm(SM1)及40 cm(SM2)時(shí)提高>2.000 mm機(jī)械團(tuán)聚體穩(wěn)定性及分布效果最佳。與傳統(tǒng)耕作相比,粉壟耕作能夠減少農(nóng)田中大團(tuán)聚體運(yùn)轉(zhuǎn),減少對(duì)土壤的干擾,促進(jìn)微團(tuán)聚體中的有機(jī)碳形成閉合,進(jìn)而使微團(tuán)聚體中保存更多的有機(jī)碳,形成更多的大團(tuán)聚體[29-30]。此外,>0.250 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體與土壤肥料呈正相關(guān)關(guān)系[31],該研究發(fā)現(xiàn),粉壟耕作深度在30 cm(SM1)及40 cm(SM2)提高了>0.250 mm粒徑水穩(wěn)定性團(tuán)聚體比例、水穩(wěn)定性團(tuán)聚體穩(wěn)定性及分布均一性。粉壟耕作后的土壤機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體數(shù)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(qiáng),促進(jìn)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成的膠結(jié)物質(zhì)產(chǎn)生,利于水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成[31]。粉壟耕作深度高于40 cm時(shí)可能耕作深度過深導(dǎo)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(jié)構(gòu)破壞。因此,雖然粉壟耕作能夠提高植煙土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其分布,改善土壤結(jié)構(gòu),但需要合理的耕作深度。
4 結(jié)論
粉壟耕作技術(shù)能夠提高植煙土壤養(yǎng)分含量,促進(jìn)機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體及水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成,粉壟耕作深度40 cm(SM2)時(shí)的養(yǎng)分含量、平均重量直徑(MWD)及幾何平均數(shù)(WMD)的值最大,分形維數(shù)(D)最小。幾何平均數(shù)(GMD)與pH呈顯著負(fù)相關(guān),與有機(jī)質(zhì)及有效鉀呈顯著正相關(guān);分形維數(shù)(D)與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)??傊?,粉壟耕作技術(shù)能夠提高青島煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分含量,改善土壤結(jié)構(gòu),且以粉壟耕作深度在40 cm時(shí)的效果最佳。
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