深松技術(shù)及其對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

霍星辰　楊詩(shī)韻　趙鵬飛　潘峰　祝一賀　趙萍

摘要：土壤深松技術(shù)具有改善土壤理化性質(zhì)、促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育、提高作物產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)。闡述深松技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及深松機(jī)具的發(fā)展歷程，總結(jié)深松技術(shù)對(duì)土壤水分、容重、養(yǎng)分等理化性質(zhì)及土壤微生物的影響規(guī)律，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：深松；土壤；影響；水分；容重；養(yǎng)分

中圖分類(lèi)號(hào)：S223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）03-0062-03

1 深松技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展及研究現(xiàn)狀

土壤是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，耕作方法在很大程度上影響其理化性質(zhì)。人畜踩壓及各種農(nóng)機(jī)具壓實(shí)特別是鏵式犁的長(zhǎng)期翻耕，致使土壤耕層底部形成堅(jiān)硬的犁底層，有效耕層變少，不利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育。深松是指超過(guò)正常耕層深度的松土作業(yè)，但不翻土、不打亂土層，僅破壞堅(jiān)硬的犁底層，加深耕作層，增加土壤的透氣透水及蓄水能力。

土壤深松技術(shù)是土壤保護(hù)性耕作技術(shù)之一，是改善土壤、提高產(chǎn)量的一項(xiàng)根本性現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。國(guó)內(nèi)外對(duì)這一技術(shù)都給予了相當(dāng)?shù)闹匾暋Ｔ趪?guó)外，美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、以色列和巴基斯坦等國(guó)已將深松耕作視為少耕法的重要組成部分并廣泛應(yīng)用。在英國(guó)，應(yīng)用深松耕地的土壤面積占總耕地面積40%以上。在美國(guó)，70%以上耕地采用取代鏵式犁的少耕、免耕法，其中大部分耕地應(yīng)用深松改善土壤。20世紀(jì)60年代，我國(guó)各科研單位才開(kāi)始相關(guān)技術(shù)的研究，并已在部分地區(qū)進(jìn)行深松耕作試驗(yàn)，取得了良好效果。目前我國(guó)正大力開(kāi)展保護(hù)性耕作技術(shù)，深松技術(shù)作為其重要組成部分備受重視。

1.1 深松作業(yè)的方式

深松技術(shù)按作業(yè)性質(zhì)可分為全方位深松技術(shù)和局部深松技術(shù)2種。全方位深松技術(shù)利用深松鏟進(jìn)行全面松土并打破堅(jiān)硬犁底層，在土壤中切成梯形的截面土垡后鋪放回田中，創(chuàng)造出“上虛下實(shí)、左右松緊相間隔，緊層下部擁有鼠道”的有利于作物生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)土壤層，提高土壤通水透氣、儲(chǔ)蓄雨水能力，改善土壤耕層特性。局部深松（即行間深松）是利用立柱式深松鏟進(jìn)行間隔松土作業(yè)，松土區(qū)域與不松土區(qū)域相互間隔，使耕層土壤虛實(shí)共存，并且深松鏟能夠打破堅(jiān)硬犁底層，增加土壤的蓄水能力。

1.2 深松機(jī)具的發(fā)展歷程

伴隨著土壤耕作的歷史，深松機(jī)具的發(fā)展分為3個(gè)歷程。

第一個(gè)歷程是人們最開(kāi)始使用的以鑿式犁和深松鏟為代表的深松機(jī)具。它們的使用原理基本相同，都是利用在橫垂面內(nèi)呈豎直安裝的刀桿上鑿尖或箭式鏟松動(dòng)土層。該類(lèi)機(jī)具現(xiàn)已改進(jìn)成鏟柄與鏟頭的形式。其工作原理方面的改進(jìn)則是采用彈性鏟柄，以加強(qiáng)碎土作用。鑿式鏟類(lèi)深松機(jī)具工作時(shí)，利用豎直刀桿上的鑿尖對(duì)土壤施加無(wú)側(cè)限擠壓作用，進(jìn)而使土壤得到松碎。但在深層，豎直桿件只壓緊土壤并不產(chǎn)生松碎作用，徒耗能量。其工作阻力增加而松土范圍卻非常有限，松土系數(shù)只有0.3左右，并且在松后的土層中留下豎直溝縫，存在跑墑的后患。

第二個(gè)歷程是20世紀(jì)80年代初期，英國(guó)人首創(chuàng)斜柱犁，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在斜置鏟柱的下方裝一水平鏵。該犁避免了鏟柱擠壓土層而形成垂直縫隙這一弊端，工作時(shí)犁的斜置刀桿擴(kuò)大了對(duì)土壤施加無(wú)側(cè)限擠壓作用范圍，從而獲得了較大的松土范圍。斜置刀桿與底刀的結(jié)合，其結(jié)果使土壤產(chǎn)生抬升運(yùn)動(dòng)，土壤因受拉伸應(yīng)力的作用而破碎。因此，在減少阻力和改善土壤松碎效果方面都較前者有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。但也有明顯的缺點(diǎn)，即作為一種單側(cè)刀的土壤耕作部件而受力不對(duì)稱(chēng)。

第三個(gè)歷程幾乎與第二類(lèi)深松機(jī)具同時(shí)產(chǎn)生，在20世紀(jì)80年代初，前蘇聯(lián)首先將一種梯形框架式的工作部件用于土壤深松，國(guó)內(nèi)將這一深松機(jī)稱(chēng)為全方位深松機(jī)。該機(jī)具深松土壤時(shí)，充分利用刃的切割作用對(duì)土壤進(jìn)行刨削式加工，可使松土系數(shù)達(dá)0.8～0.9，并使土壤因受剪切應(yīng)力與拉伸應(yīng)力的作用而破壞，在土層中不產(chǎn)生大空隙，使無(wú)用動(dòng)能消耗降至最小，因而能收到松碎程度好、牽引阻力小的效果，耕后不會(huì)在土層中留下垂直縫隙。在20世紀(jì)90年代初，由我國(guó)自行研制的ISQ—250型全方位深松機(jī)克服了前蘇聯(lián)研制的全方位深松機(jī)配套動(dòng)力大、在國(guó)內(nèi)難以推廣的缺點(diǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，且兼有鼠道犁的功能，在適宜的結(jié)構(gòu)參數(shù)下在耕層底部形成一縱慣作業(yè)行的鼠道。目前，該機(jī)具已在我國(guó)推廣使用。

1.3 深松機(jī)具的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外從20世紀(jì)30年代開(kāi)始研究深松作業(yè)機(jī)具，已經(jīng)形成比較成熟的各種型式配套機(jī)具。目前，國(guó)外比較新型的深松機(jī)具主要有側(cè)彎刀式深松機(jī)，振動(dòng)深松機(jī)，深松、整地和播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)等。法國(guó)貝松 HELIOS-LM-900型深松機(jī)深松效果均勻，不混亂上下土層結(jié)構(gòu)，并且作業(yè)阻力小，牽引動(dòng)力消耗少，工作效率高。德國(guó)的雷肯Labradoi深松機(jī)最適合打破犁底層和深松行車(chē)道，它可使用2個(gè)或3個(gè)深松腿，作業(yè)深度最高可達(dá)到65 cm，能實(shí)現(xiàn)最佳深松。由于深松齒可以調(diào)整，所以它能調(diào)至與任何拖拉機(jī)后輪寬度一致，深松行距10～225 cm，配套功率132.3～154.4 kW。

我國(guó)對(duì)深松機(jī)械技術(shù)重要性的認(rèn)識(shí)稍晚，從20世紀(jì)60年代初才開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng)研究。很多科研院所、農(nóng)場(chǎng)等單位做了大量的研究工作，在深松機(jī)具的設(shè)計(jì)和制造生產(chǎn)方面取得一些進(jìn)展，目前已通過(guò)試驗(yàn)并投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，取得了較好效果。由黑龍江省水利科學(xué)研究院研制的多功能振動(dòng)式土壤改良機(jī)，采用自激往復(fù)式慣性振動(dòng)源，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)耕整地機(jī)械振動(dòng)式作業(yè)先河。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制生產(chǎn)的“V”形全方位深松機(jī)，黑龍江省生產(chǎn)的“L”形全方位深松機(jī)和鑿齒式全方位深松機(jī)是我國(guó)常用的全方位深松機(jī)。由沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)黃毅等設(shè)計(jì)的深耕合籠施肥機(jī)可實(shí)現(xiàn)深開(kāi)溝、化肥深施及起壟整壟聯(lián)合作業(yè)，配合玉米聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)可實(shí)現(xiàn)秸稈深埋還田。

2 深松技術(shù)對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

土壤是作物生長(zhǎng)的載體，是種植業(yè)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量。耕作方式會(huì)使土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生不同的變化。大量的研究表明，深松耕作對(duì)土壤理化性質(zhì)有著積極的影響。深松耕作可以打破犁底層、加深耕作層，形成“上虛下實(shí)，虛實(shí)并存的耕層結(jié)構(gòu)，建立松緊適宜的土壤環(huán)境；改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，并具有一定的蓄水保墑、抗旱防澇、減少水蝕風(fēng)蝕作用。

2.1 深松對(duì)土壤水分的影響

土壤含水量是土壤理化性質(zhì)中最活躍的因素，對(duì)其他性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定的影響。土壤含水量決定作物對(duì)水分利用的難易程度，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量。傳統(tǒng)耕作阻斷了表層土壤與深層土壤之間空隙的連續(xù)性，導(dǎo)致土壤含水量降低，并且土壤各層之間的含水量變化差異較大。深松耕作能增加水分入滲，降低地表徑流蒸發(fā)，從而提高土壤含水量，增強(qiáng)土壤對(duì)干旱的緩沖能力。在具有阻礙根系伸長(zhǎng)的堅(jiān)硬犁底層土壤中，堅(jiān)硬土壤的低孔隙度限制了水分移動(dòng)，而深松耕作打破了犁地層，通過(guò)提高水分的入滲與貯存來(lái)提高作物土壤含水量?？傊钏赡艽蚱评绲讓樱岣咄寥赖目紫抖?，增加土壤含水量和水分滲入深度，將雨水有效儲(chǔ)存在土壤中，擴(kuò)大土壤的水庫(kù)容。

2.2 深松對(duì)土壤容重的影響

土壤容重是反映土壤緊實(shí)程度、孔隙狀況等結(jié)構(gòu)特征的重要指標(biāo)，其變化直接或間接影響土壤的水、肥、氣、熱狀況，進(jìn)而影響作物生長(zhǎng)。在土壤質(zhì)地相似的條件下，容重小表明土壤疏松多孔、結(jié)構(gòu)性良好；反之則表明土壤緊實(shí)板硬、缺乏團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。較高的土壤容重是機(jī)械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)較嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)土壤理化特征及作物產(chǎn)量有顯著影響。土壤容重增加會(huì)降低土壤孔隙度及空隙連續(xù)性，破壞土壤結(jié)構(gòu)的均勻性，使土壤水分、養(yǎng)分及氧氣的交換值下降，延緩?fù)寥郎镞^(guò)程。耕作是調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)（緊實(shí)度、孔隙度及導(dǎo)水率）最常用的農(nóng)業(yè)措施，能為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造一個(gè)優(yōu)良的環(huán)境。深松耕作能夠有效疏松土壤，打破犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重。

2.3 深松耕作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

耕作方式直接作用于土壤，通過(guò)改變土壤結(jié)構(gòu)影響?zhàn)B分轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響土壤肥力。有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力的重要指標(biāo)。有機(jī)質(zhì)含量增加，可增強(qiáng)土壤保肥、供肥能力，提高養(yǎng)分有效性。深松能夠更好的打破連續(xù)多年旋耕形成的堅(jiān)硬犁底層，形成良好的耕層結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造良好的土壤水分及養(yǎng)分條件，明顯提高玉米根長(zhǎng)、根深及根量，從而增加根系生物量，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)發(fā)育，通過(guò)根系殘?bào)w的分解增加土壤碳素。深松處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于傳統(tǒng)耕作處理。大量的研究指出，土壤氮素循環(huán)與碳素循環(huán)具有極顯著的相關(guān)關(guān)系，全氮含量變化與有機(jī)質(zhì)變化基本一致。與傳統(tǒng)耕作相比，深松處理使土壤全N，P，K含量增加。

土壤有效養(yǎng)分是指能夠被植物直接吸收利用的養(yǎng)分，其主要來(lái)自土壤中各種遲效態(tài)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及各種速效養(yǎng)分。遲效態(tài)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化既受自然條件的影響，也受耕作措施的影響。深松措施可降低土壤容重、改善土壤通透性，促進(jìn)土壤有機(jī)氮的礦化分解，有利于土壤速效氮數(shù)量的增加；深松可改善土壤的通透性，創(chuàng)造良好的水分條件，促進(jìn)土壤緩效態(tài)鉀的釋放，進(jìn)而提高土壤有效鉀的含量；深松可提高土壤pH值，使土壤趨于中性，利于無(wú)效磷素有效化。深松利于土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和利用，使農(nóng)作物產(chǎn)量得到一定提高。

2.4 深松耕作對(duì)土壤微生物和腐殖質(zhì)的影響

細(xì)菌、放線菌、真菌是土壤微生物的主要組成部分，而耕作方式會(huì)不同程度地影響土壤三大微生物的組成。傳統(tǒng)的鏵式犁耕作使耕地存在堅(jiān)實(shí)的犁底層，導(dǎo)致土壤通透性和蓄水保墑能力降低，影響微生物生存與繁衍。研究表明，深松可以增加土壤含氧量、有機(jī)碳含量，擴(kuò)大耕層深度，改善土壤結(jié)構(gòu)，利于土壤的氣體交換，進(jìn)而促進(jìn)好氧性微生物活化和礦物質(zhì)分解。土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量的增加，有利于改善深層土壤的微生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)微生物的多樣性，促進(jìn)土壤腐殖化。

3 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤深松技術(shù)越來(lái)越受到重視，深受大量農(nóng)民的認(rèn)可，并在政府的大力推廣與支持下，得到了迅猛發(fā)展與廣泛應(yīng)用。深松技術(shù)的實(shí)質(zhì)是耕作松碎土壤而不翻土，打破深層土壤因多年農(nóng)業(yè)機(jī)具耕作形成的犁底層，加深耕作層。深松可以增加土壤含水量，降低土壤容重，創(chuàng)造良好的土壤養(yǎng)分條件，且可節(jié)本增效、保護(hù)環(huán)境，在農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)中占據(jù)越來(lái)越重要的位置。