機(jī)械化整地方式對(duì)低洼水田土壤理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量影響

王秋菊，焦 峰，韓東來，隋玉剛，楊興玉，王雪冬，丁德會(huì)，郝明俊，劉 峰

機(jī)械化整地方式對(duì)低洼水田土壤理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量影響

王秋菊1,2，焦 峰3，韓東來4，隋玉剛4，楊興玉4，王雪冬4，丁德會(huì)4，郝明俊4，劉 峰1※

（1. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所，哈爾濱 150086； 2. 黑龍江省土壤環(huán)境與植物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150086；3. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319；4. 黑龍江省農(nóng)墾建三江管理局八五九農(nóng)場(chǎng)，饒河 155700）

低洼地是黑龍江省分布在三江平原地區(qū)的地勢(shì)較低的一類耕地土壤，由于地勢(shì)低、易受漬澇影響，土壤生產(chǎn)力低，作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)，提高這類土壤生產(chǎn)力對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤為重要。該文以低洼地典型的一類土壤沼澤土為供試土壤，采用大田對(duì)比試驗(yàn)的方法，開展旋耕、深松、深翻、深松鼠洞4種不同機(jī)械化整地方式對(duì)低洼水田理化性質(zhì)改良效果的研究。結(jié)果表明：與常規(guī)旋耕比，深松、深翻機(jī)械整地可以使0～30 cm土層土壤含水率降低10.03%～27.23%，土壤透水性提高，土壤容重增加0.05～0.18 g/cm3、增幅為6.60%～16.98%，差異顯著，深松、深翻使土壤硬度提高，總孔隙降低幅度3.16%～11.92%，滯水現(xiàn)象得到改善，深松鼠洞機(jī)械整地效果與旋耕比差異不明顯；在排水曬田后，土壤溫度明顯上升，平均每天增加1～2℃，深松效果好于深翻，土壤氮素供應(yīng)強(qiáng)度增加；深松整地水稻產(chǎn)量連年增加，第1年增產(chǎn)4.21%，第2年增產(chǎn)10.46%，達(dá)到顯著水平，深翻對(duì)水稻產(chǎn)量無影響，第2年有增加趨勢(shì)，差異不顯著，深松鼠洞整地第1年和第2年水稻產(chǎn)量與旋耕比無差異顯著，在深松鼠洞改土技術(shù)及機(jī)械研發(fā)上要進(jìn)行新的改進(jìn)與探討。

機(jī)械化；土壤；整地；低洼水田；沼澤土；土壤物理性質(zhì)；產(chǎn)量

0 引 言

三江平原位于黑龍江省東部，是黑龍江、松花江和烏蘇里江匯流沖積形成的低平原區(qū)，總面積10.89萬(wàn)km2，耕地面積366.77萬(wàn)hm2，其中低濕耕地占63.7%[1]。平原區(qū)海拔為65～80 m，地勢(shì)低洼，土質(zhì)黏重，降水集中，易發(fā)生澇災(zāi)，導(dǎo)致大田作物大幅度減產(chǎn)；另外，收獲季節(jié)土壤過濕，機(jī)械不能作業(yè)，經(jīng)常發(fā)生豐產(chǎn)不豐收現(xiàn)象[2]。因此，在三江平原開發(fā)初期，首先是通過建立大型排水渠道解決了地表水問題；其次是通過開展深松、超深松和心土混層等技術(shù)打破滯水層，在排除“壤中水”方面取得了一定效果[3-4]但在降雨集中季節(jié)，洪澇災(zāi)害仍頻繁困擾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。為徹底解決農(nóng)田澇害，“七五”期間黑龍江省提出“以稻治澇”的低濕地治理對(duì)策，通過推進(jìn)“旱改水”大力發(fā)展水稻，不僅糧食產(chǎn)量大增，也為改善國(guó)家口糧構(gòu)成做出重要貢獻(xiàn)[5-6]。隨種稻時(shí)間推移，一些排水不良的低洼地塊產(chǎn)生了新的問題，一是由于土壤質(zhì)地黏、土體冷涼、透水性差，加之排水渠系不完善，水田落水后土壤干濕交替過程緩慢，難以形成犁底層，土壤通體軟黏，機(jī)械承載力低，影響機(jī)械收獲等作業(yè)，導(dǎo)致水稻在田間發(fā)生霉變、雪捂等次生災(zāi)害[7-8]；二是土壤長(zhǎng)期處于還原條件，易產(chǎn)生硫化氫等有毒物質(zhì)危害水稻根系，影響生育和產(chǎn)量[9-10]；三是由于這類土壤有機(jī)質(zhì)多在50 g/kg以上，土壤有機(jī)質(zhì)在水稻生育中后期供氮過盛而導(dǎo)致水稻倒伏減產(chǎn)。改良低洼水田滯水問題刻不容緩，改良這類土壤的目標(biāo)就是要使它變硬，提高機(jī)械承載力，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解，提高土壤養(yǎng)分有效性。目前有關(guān)低洼水田的機(jī)械改良研究仍處于空白狀態(tài)，相關(guān)的耕整地技術(shù)也是為了保水、保肥、提高土壤養(yǎng)分供給、建立水田耕層為目的，當(dāng)前的耕整地主要為旋耕和翻耕，但不同土壤上效果不同，王秋菊等在黑土和鹽化草甸土上開展深翻研究，得出深翻在黑土上對(duì)水稻增產(chǎn)效果明顯，在鹽化草甸土上則明顯減產(chǎn)[11]，說明任何耕作技術(shù)都要以土壤自身特性為前提，因地制宜，才能達(dá)到預(yù)期的效果。三江平原的低洼水田存在的問題，也急需相應(yīng)的耕作技術(shù)去改善這類土壤。因此，本文針對(duì)低洼水田滯水問題，在耕作方面根據(jù)生產(chǎn)上常用的旋耕機(jī)械開展旋耕耕作、深翻機(jī)械開展深翻耕作、根據(jù)自主研發(fā)的水田深松機(jī)械開展深松和深松鼠洞耕作技術(shù)的對(duì)比研究，明確土壤的排水狀況，以期通過提高土壤的通透性，提高低洼水田土壤生產(chǎn)能力，為改良低洼水田提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在黑龍江省農(nóng)墾建三江管理局859農(nóng)場(chǎng)第29作業(yè)區(qū)（47°30′N、134°20′E，海拔為65.6 m），年降雨量550～600 mm，有效積溫2 200 ℃。

供試土壤為草甸沼澤土型水田土壤，種植水稻年限15 a。草甸沼澤土剖面發(fā)育明顯（圖1）：第1層為黑土層，厚度約18 cm，富含有機(jī)質(zhì)，松軟，大孔隙多；第2層為氧化還原層，厚度約10 cm，無結(jié)構(gòu)，軟黏致密，由于水汽交換頻繁，氧化鐵大量聚集，土色呈亮黃色；第3層為潛育層，灰色、有斑紋，無結(jié)構(gòu)，軟黏，不透水；土體內(nèi)未見明顯犁底層。

圖1 典型草甸沼澤土剖面

供試土壤化學(xué)性質(zhì)如表1所示，0～18 cm表層土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量高于相同區(qū)域的其他耕地土壤[12]，向下層呈明顯降低趨勢(shì)。從土壤物理性質(zhì)看，供試土壤土體的黏粒含量均為40%以上，土質(zhì)黏重。

表1 供試土壤物理化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年秋季開始實(shí)施，每年水稻收獲后在同一處理區(qū)進(jìn)行相同耕作處理，試驗(yàn)設(shè)以下4個(gè)處理。

1）旋耕（CK）：為對(duì)照處理，采用旋耕機(jī)（山東濰坊象力機(jī)械有限公司生產(chǎn)，型號(hào)：GAN200）進(jìn)行旋耕處理（圖2a），耕深10～12 cm，旋耕1～2遍，土塊均勻，翌年水泡田整地。

2）深松（DS）：采用自主研制的水田深松犁（圖2b）作業(yè)，該深松犁為5個(gè)深松鏟雙行排列，前3后2，前后相間，鏟間距50 cm，每條深松溝距離25 cm，作業(yè)深度30～35 cm。深松前旋耕1～2遍，土塊均勻，然后深松，翌年水泡田整地。

3）深翻（DP）：采用自主研制的水田深耕犁（圖2c）作業(yè)，耕深20～25 cm。該犁有2組犁鏵組成，單鏵耕幅46 cm。深翻后旋耕1～2遍，土塊均勻，然后深松，翌年水泡田整地。

4）深松鼠洞深耕（MH）：采用自主研發(fā)的水田深松鼠洞犁（圖2d）作業(yè)，該犁由兩個(gè)深松鏟組成，鏟間距離為100 cm，在深松鏟尖后面用鐵鏈鏈接1個(gè)直徑8 cm的圓錐鋼體，作業(yè)時(shí)可在深松溝底部形成孔洞，深松深度40～45 cm。深松前旋耕1～2遍，土塊均勻，然后深松，翌年水泡田整地。

注：CK、DS、DP、MH 分別代表旋耕、深松、深翻和深松鼠洞，下同。

試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，每小區(qū)寬15 m，長(zhǎng)30 m，寬度根據(jù)機(jī)械作業(yè)幅度適當(dāng)微調(diào)，小區(qū)面積約450 m2。水稻于2017年4月10日播種，5月20日移栽到試驗(yàn)區(qū)，9月30日收獲，收獲后秸稈移出田塊。人工插秧，插秧規(guī)格行距30 cm，株距10 cm，每穴插3株，水稻品種龍粳31。試驗(yàn)區(qū)灌排系統(tǒng)設(shè)施完善，能及時(shí)灌水和排出田面水。試驗(yàn)區(qū)水分管理一致，采用淺-濕-干間歇灌溉模式。試驗(yàn)區(qū)施肥一致，N、P2O5、K2O肥施用量分別為120、60、60 kg/hm2。其中N按照基肥、返青肥、穗肥比例4:3:3施肥；鉀肥按基肥、穗肥比例3:2施肥；磷肥作為基肥一次性施入。2018年管理同2017年一致。試驗(yàn)區(qū)10 a平均降雨量580 mm，有效積溫2 210 ℃[13]。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤取樣方法：土壤取樣時(shí)間為2017年10月份，水稻收獲前取樣。化學(xué)樣品取樣，耕層土壤化學(xué)樣品0～10、>10～20、>20～30 cm土層土壤每個(gè)處理按S型取樣5點(diǎn)，混合后按四分法留500 g左右土樣帶回實(shí)驗(yàn)室備用。原狀土用裝有100 cm3環(huán)刀的取土器采取土壤，每小區(qū)取3次重復(fù)。取樣層次為5～10、20～25、30～35 cm土層。深松區(qū)和深松鼠洞區(qū)取樣位置為深松犁鏟經(jīng)過之處，按照土壤不同層次取樣，對(duì)照區(qū)和深翻區(qū)在試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選出有代表性的位置取樣。

化學(xué)指標(biāo)分析方法：土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤全氮含量測(cè)定采用凱氏定氮法測(cè)定；全磷含量采用HF-硝酸混合消煮，鉬銻藍(lán)比色法，全鉀含量采用HF-硝酸混合消煮，火焰光度法測(cè)定；堿解氮采用擴(kuò)散吸收法測(cè)定；土壤pH值采用土壤pH計(jì)測(cè)定[14-15]。

物理指標(biāo)測(cè)定方法：土壤容重采用100 cm3環(huán)刀法測(cè)定、土壤自然含水率采用烘干法測(cè)定；土壤飽和導(dǎo)水率采用DIK-4012透水性測(cè)定儀測(cè)定；土壤通氣系數(shù)采用DIK-5001透氣性測(cè)定儀測(cè)定[16]；土壤硬度采用圓錐角30°、底面積2 cm2的貫入式土壤硬度儀田間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定；土壤質(zhì)地采用MS-2000激光粒度儀測(cè)定[17]；土壤總孔隙度采用100 cm3環(huán)刀法測(cè)定[18]；孔隙組成比，先用壓力模測(cè)定不同水吸力下的土壤體積含水量，然后計(jì)算出孔隙當(dāng)量直徑，根據(jù)不同當(dāng)量直徑間的體積含水量差值計(jì)算出孔隙組成，最后計(jì)算出各組空隙占總孔隙度的百分?jǐn)?shù)。土壤孔隙當(dāng)量直徑計(jì)算計(jì)算公式如下

=/3

式中為孔隙當(dāng)量直徑，mm；為土壤水吸力，cm（以H2O計(jì)）。

本文將孔隙當(dāng)量直徑>0.05 mm的孔隙定義為大孔隙；當(dāng)量直徑在0.05～0.000 2 mm的孔隙定義為中孔隙；當(dāng)量直徑小于0.000 2 mm的孔隙定義為小孔隙。

土壤水分變化動(dòng)態(tài)采用6050X3K5B-MiniTrase Kit土壤水分監(jiān)測(cè)儀測(cè)定，測(cè)定深度為5～10 cm，從2017年6月23日－6月29日水稻撤水曬田期逐日測(cè)定土壤水分變化，測(cè)定時(shí)間為每日上午9－10時(shí)；同時(shí)采用MicroLite II-U盤式土壤溫度記錄儀監(jiān)測(cè)土壤溫度日變化，并計(jì)算出日平均溫度。

產(chǎn)量測(cè)定：水稻籽實(shí)收獲采用久保田水稻聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行全區(qū)實(shí)收，計(jì)算水稻單位面積產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有測(cè)定數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行輸入和作圖，數(shù)據(jù)顯著性分析采用 DPS 6.85進(jìn)行LSD分析方法進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯著性分析，<0.05的顯著性水平下認(rèn)為均值具有顯著性差異，<0.01的顯著性水平下認(rèn)為均值具有極顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 機(jī)械化整地方式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

表2為不同機(jī)械處理的水稻產(chǎn)量。從表2看出，連續(xù)2年調(diào)查水稻產(chǎn)量，深松比對(duì)照旋耕處理分別增產(chǎn)4.21%、10.46%，其中第2年達(dá)到差異顯著水平；深翻處理第1年與對(duì)照相比無差異，第2年比對(duì)照增產(chǎn)5.15%，差異不顯著；深松鼠洞處理與旋耕對(duì)照相比第1年減產(chǎn)6.48%，第2年有增產(chǎn)趨勢(shì)，比對(duì)照增產(chǎn)2.38%，連續(xù)2 a差異不顯著。

表2 不同機(jī)械化處理對(duì)水稻產(chǎn)量影響

注：同一列不同小寫字母、大寫字母分別代表在0.05和0.01水平上差異顯著，下同。

Note: Different lowercase letters and capital letters in the same column represent significant differences at the level of 0.05 and 0.01 respectively, the same below.

2.2 對(duì)土壤通氣、透水、容重、硬度等性質(zhì)影響

表3為2017年水稻收獲時(shí)土壤水分、容重、通氣性和透水性調(diào)查結(jié)果。從表3看出，0～10 cm表層土壤水分，深松區(qū)和深翻區(qū)分別比對(duì)照降低10.50%和10.03%，>20～30 cm土層，深松區(qū)比對(duì)照低27.23%；深翻區(qū)和深松鼠洞區(qū)分別低13.48%和14.29%，達(dá)到差異顯著或極顯著水平。

表3 不同機(jī)械處理土壤物理性質(zhì)

從土壤容重看，深翻和深松可增加各層土壤，在0～10 cm土層與對(duì)照相比分別增加0.18和0.05 g/cm3，增加比例為16.98%和6.60%，深翻土壤容重與對(duì)照相比差異達(dá)到顯著性水平；在20～30 cm土層，與旋耕對(duì)照相比分別增加0.12和0.08 g/cm3，增加比例為11.21%和7.48%，差異顯著；在30～40 cm土層各處理土壤容重差異不顯著。深松鼠洞處理各層不規(guī)律。不同處理對(duì)土壤通氣性和透水性影響不明顯，深松對(duì)深層土壤的通氣、透水性有一定的提高作用。

從土壤硬度（圖3）調(diào)查結(jié)果看出，由于土壤水分降低，土壤硬度有所增加，其中深松土區(qū)土壤硬度高于旋耕對(duì)照及其他處理，在＞20～30 cm土層可達(dá)到1.5 MPa，深翻和深松鼠洞處理土壤硬度與對(duì)照間差異不明顯。

圖3 不同機(jī)械化處理對(duì)土壤硬度的影響

2.3 對(duì)土壤孔隙的影響

2017年土壤孔隙調(diào)查結(jié)果如表4所示。總體來看，供試土壤以小孔隙為主，當(dāng)量直徑<0.000 2 mm小孔隙占土壤總孔隙度的76.18%～88.48%，大孔隙和中孔隙分別僅占總孔隙度的0.17%～6.01%和10.99%～20.06%，這樣的孔隙組成特點(diǎn)是土壤排水性不良的內(nèi)因。比較不同處理土壤總孔隙度變化看出，0～10、20～30 cm土層，深松區(qū)分別比對(duì)照降低3.97%和11.92%，深翻區(qū)分別降低3.16%和4.81%；而深松鼠洞區(qū)0～10 cm土層與對(duì)照差異不顯著，20～30 cm土層降低顯著，30～40 cm土層差異不顯著。結(jié)合自然土壤含水率看出，凡是孔隙度降低的處理土壤含水率均低，表明土壤在干燥收縮是導(dǎo)致土壤孔隙度降低的重要原因。

表4 不同機(jī)械化處理土壤總孔隙度及不同孔隙比例

2.4 曬田期土壤水溫變化動(dòng)態(tài)

為控制水稻無效分蘗，2017年6月22日于盛期開始排水曬田。6月23日－6月29日土壤水分、溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。從圖4看出，土壤含水量隨曬田天數(shù)增加而降低。其中深松區(qū)排水效果最佳，從排水后第2天開始土壤水分明顯低于其他各處理，并且在在整個(gè)曬田期間土壤水分始終處于最低狀態(tài)；深翻區(qū)土壤水分下降也較快，但深松鼠洞處理和旋耕對(duì)照區(qū)差異不大，直到曬田結(jié)束，土壤含水量仍較高。土壤溫度與土壤含水量相反，深松土壤溫度最高，平均每天比旋耕對(duì)照處理高1～2 ℃；深翻對(duì)土壤溫度也有一定的提高作用，深松鼠洞對(duì)土壤溫度影響不明顯。

圖4 不同機(jī)械處理土壤水溫動(dòng)態(tài)變化

2.5 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素影響

表5是曬田期土壤氮素調(diào)查結(jié)果，從表5看出，由于深翻將一部分下層瘠薄土壤混入到耕層中，因此深翻區(qū)0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量均低于對(duì)照區(qū)，差異不顯著，其他處理與旋耕對(duì)照差異不顯著。從氮素釋放強(qiáng)度看，各層土壤以深松區(qū)處理土壤氮素釋放強(qiáng)度最高。

表5 不同機(jī)械處理土壤養(yǎng)分變化

3 討 論

三江平原屬于低平原，地勢(shì)低、土質(zhì)黏重、透水性低，經(jīng)常受澇害威脅，旱田作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)[19]。改為水田可以充分發(fā)揮土壤自身的保水性能，趨利避害。但土質(zhì)黏重也影響土壤氣體交換，不利于水稻生長(zhǎng)發(fā)育[20-22]，及土壤微生物區(qū)系組成和微生物活性[23-25]；長(zhǎng)期滯水會(huì)導(dǎo)致土壤氧化還原電位降低，產(chǎn)生的有毒物質(zhì)危害水稻生育；高產(chǎn)稻田犁底層土壤透水系數(shù)指標(biāo)為10-4～10-5cm/s、24 h減水深指標(biāo)為1.5～2.0 cm，水分的滲透有利于水稻根系獲得生長(zhǎng)所需要的氧分子[26]。水田的犁底層是承載機(jī)械行走的基礎(chǔ)[27-28]，供試土壤在0～30 cm土層硬度小于1 MPa，表層硬度接近0，即使種植水稻多年也無犁底層形成，造成機(jī)械作業(yè)困難，降低了機(jī)械化作業(yè)水平；日本研究認(rèn)為高產(chǎn)稻田土壤剖面中要有人為形成的犁底層，具有較高的土壤硬度，一般犁底層厚度10～12 cm，硬度要達(dá)到2～2.5 MPa是理想稻田犁底層的厚度和硬度[29]。本研究中，深松和深翻處理增加土壤容重、增加硬度效果明顯，對(duì)于提高土壤承載機(jī)械的能力，提高土壤通氣、透水性、在淺-濕-干間歇灌溉模式下，促進(jìn)土壤內(nèi)部水分下滲、降低土體內(nèi)含水量，對(duì)增強(qiáng)土壤硬化有一定作用。

關(guān)于深松、深翻對(duì)土壤的影響，在旱田上大量研究結(jié)果認(rèn)為可以降低耕層以下土層土壤容重、硬度，提高土壤孔隙[30-31]，我們課題在水田黑土上研究也得出可以降低犁底層硬度[11,32]，稻麥輪作區(qū)對(duì)犁底層厚的水田土壤上深松，同樣得出可降低犁底層硬度[33]，這些研究與本文并不矛盾，大量研究證實(shí)，耕層土壤容重一般為1.1～1.3 g/cm3是最適合作物生長(zhǎng)的范圍，高于或低于這個(gè)范圍都不利于作物生長(zhǎng)[34-35]。同樣的耕作技術(shù)在不同的土壤上表現(xiàn)的效果不同。旱田土壤隨著長(zhǎng)期耕作，會(huì)在耕層下形成堅(jiān)硬的犁底層，一般容重超過1.5 g/cm3，硬度在3 MPa以上，導(dǎo)致作物根系不能下扎，生存空間變小，影響作物正常生長(zhǎng)，如白漿土的白漿層容重超過1.5 g/cm3，就是作物生長(zhǎng)的障礙土層[36]，還有黑土、黑鈣土都會(huì)因長(zhǎng)期淺耕導(dǎo)致犁底層變硬和增厚[37-38]，深松、深翻都是有效的打破犁底層的耕作方式，降低土壤硬度，提高通透性，黑土老稻田由于犁底層堅(jiān)硬也適合每2～3年進(jìn)行深松或深翻一次，但鹽化草甸土不適合深翻，會(huì)導(dǎo)致耕層土壤鹽離子增加，使水稻生長(zhǎng)受阻[11]。有些砂質(zhì)稻田或漏水稻田不適合深耕作業(yè)，深耕易造成土壤漏水、漏肥[29]。本文的沼澤土深松30～40 cm，在土壤中每個(gè)25 cm寬度會(huì)形成1個(gè)深松溝，當(dāng)水田排水曬田時(shí)，田面水在水平方向排到溝渠后，土體內(nèi)部的水分會(huì)通過深松溝向下入滲到距地表30～40 cm的位置，上層土壤會(huì)很快達(dá)到干燥狀態(tài)，試驗(yàn)中調(diào)查也發(fā)現(xiàn)深松處理0～30 cm土層在秋季干燥狀態(tài)時(shí)土壤含水量明顯低于對(duì)照，長(zhǎng)期干濕交替有利于這類土壤硬度增加，容重增加，使這類水田不良的物理性質(zhì)得到改善，向著適合作物生長(zhǎng)的條件轉(zhuǎn)變。深松和深翻處理曬田后均可迅速降低土壤水分，提高地溫1～2 ℃，有利于土壤微生物活動(dòng)，促進(jìn)土壤養(yǎng)分礦化，對(duì)于改善土壤供氮能力，提高水稻產(chǎn)量有重要作用。連續(xù)2 a深松，可提高水稻產(chǎn)量4.21%～10.46%；深翻雖然在改良低濕土壤不良理化性質(zhì)方面有一定效果，但短期內(nèi)效果不明顯，與水田黑土或鹽化草甸土深翻效果均不一致[11-32]，可能與深翻導(dǎo)致耕層土壤肥力降低有一定關(guān)系。深松鼠洞處理對(duì)土壤理化性質(zhì)沒有明顯影響，與作業(yè)機(jī)械深松鏟間距過寬，不能使土壤通透性得到有效提高、土壤排水效果差有關(guān)；另外，水田土壤由于機(jī)械攪漿整地，土粒的機(jī)械破碎和下移過程會(huì)使機(jī)械作業(yè)形成的大孔洞被土粒回填，形成的孔洞很快恢復(fù)原土壤狀態(tài)，造成改土效果不明顯，深松鼠洞技術(shù)應(yīng)在機(jī)械作業(yè)間距上改變。利用機(jī)械耕作改良低濕土壤所需成本低于埋設(shè)暗管等的工程排水技術(shù)，且便于實(shí)施[39]。因此，應(yīng)該根據(jù)土壤的特性選擇適合的改土技術(shù)，才能達(dá)到事半功倍的效果。

三江平原低濕地水田土壤有機(jī)質(zhì)豐富，潛在肥力高，但養(yǎng)分釋放緩慢。因此改善土壤排水性對(duì)于活化土壤養(yǎng)分有重要意義[40-41]。隨氣溫升高，養(yǎng)分釋放速度逐漸增加，在水稻生育后期易出現(xiàn)氮素供應(yīng)過剩，可能招致水稻后期生長(zhǎng)過旺，降低食味和產(chǎn)量[42]，因此，在改良這類土壤的同時(shí)也要關(guān)注施肥的調(diào)整。

4 結(jié) 論

在三江平原地區(qū)的低洼水田上，深耕可改良這土壤的軟、黏、滯、冷涼、有機(jī)質(zhì)分解慢等不良理化性質(zhì)，且不同機(jī)械化深耕技術(shù)改土效果不同。

深松改土使土壤向下透水特性得到提高，土壤容重、硬度升高，增強(qiáng)土壤的機(jī)械承載能力力，在排水曬田后，土壤溫度明顯上升，氮素供應(yīng)強(qiáng)度增加，水稻產(chǎn)量連年增加，增產(chǎn)4.21%～10.46%。深翻也可改善土壤不良理化性質(zhì)，但效果不如深松明顯，且深翻會(huì)導(dǎo)致上層土壤肥力降低，水稻產(chǎn)量沒有得到提高，在黑土層薄的土壤上深翻應(yīng)慎重。深松鼠洞對(duì)低洼水田改良效果不明顯，在深松鼠洞改土技術(shù)及機(jī)械研發(fā)上要進(jìn)行新的探討。

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Impact of different mechanical soil preparation methods on physical and chemical properties of soil in low-lying paddy fields and rice yield

Wang Qiuju1,2, Jiao Feng3, Han Donglai4, Sui Yugang4, Yang Xingyu4, Wang Xuedong4, Ding Dehui4, Hao Mingjun4, Liu Feng1※

(1.,150086,; 2.150086; 3.163319; 4.859,,155700,)

Located in the east of Heilongjiang Province, the Sanjiang Plain is an alluvial low plain formed by the confluence of Heilongjiang River, Songhuajiang River and Wusulijiang River, and covers a total area of 108 900km2, with 3 667 700 hm2of cultivated area, in which the low-lying wet cultivated land accounts for 63.7%. The low-lying wet cultivated land generally features heavy soil and frequent waterlogging disaster, resulting in dramatic production reduction. In the harvest season, the soil is too wet to cause machinery operation unavailable, resulting in generally "high yield not bumper harvest". Which due to the following three reasons. First, the drying and wetting alternation process of soil after the water falls is slow and it is difficult to form a plough pan due to heavy clay soil, poor drainage property of soil body, and imperfect drainage channel system. The entire soil body is soft and sticky and has a low mechanical bearing capacity, which is bad for field drying and meanwhile impacts the mechanical harvest, and other operations, causing rice mildewed and snow-clad in the field, and other secondary disasters; second, the soil is in the reducing condition for a long term, so it easily generates hydrogen sulfide, and other poisoning substances to harm the rice root system; third, such kind of soil organic matters are generally 50g/kg above, so at the early stage, the soil is cold and stiffen, and the seedlings don't spring up. While at the middle and late growth stage, lodging is always caused to reduce production due to excessive soil nitrogen supply along with the decomposition of soil organic matters. It is extremely urgent to improve the issue of stagnant water in the low-lying wet soil. We took the boggy soil in the Sanjiang Plain as the test soil, and conducted field comparison experiment including the rotary tillage, deep scaification, deep plowing, mouse hole four treatments in 2017 and 2018, and studied the improvement effect of different mechanical soil preparation methods on physical and chemical properties and rice yield of the low-lying paddy field. The results show that the mechanical soil preparation methods of deep scarification and deep plowing can achieve the following: the soil water cut in 0-30 cm soil layer reduces by 10.03%-27.23%, the soil drainage property improves, the soil volume weight increase by 0.05-0.18 g/cm3, increasing degree is 6.60%-16.98%, the hardness rises, and the total pore space decrease by 3.16%-11.92%. While the mouse-hole effect is not obvious; after water drainage and field drying, the soil temperature rises significantly on an average of 1-2 ℃ every day. The effect of deep scarification is better than that of deep plowing, and the nitrogen supply intensity increases; the rice production by deep scarification increases year on year, achieving a significant level, namely, increasing by 4.21% in the 1st year and 10.46% in the 2nd year. While deep plowing generates no impact on the rice production, the rice production shows an increase trend in the 2nd year but the effect is not obvious. As for the mouse-hole, the rice production and contrast ratio in the 1st year and the 2nd year show no significant difference. So the new improvement and discussion is required on the mouse-hole soil improvement technology and machinery research & development.

mechanization; soils; soil preparation; low-lying paddy; boggy soil; physical property of soil; production

王秋菊，焦 峰，韓東來，隋玉剛，楊興玉，王雪冬，丁德會(huì)，郝明俊，劉 峰.機(jī)械化整地方式對(duì)低洼水田土壤理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(18)：70－77.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.009 http://www.tcsae.org

Wang Qiuju, Jiao Feng, Han Donglai, Sui Yugang, Yang Xingyu, Wang Xuedong, Ding Dehui, Hao Mingjun, Liu Feng. Impact of different mechanical soil preparation methods on physical and chemical properties of soil in low-lying paddy fields and rice yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(18): 70－77. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.009 http://www.tcsae.org

2019-02-13

2019-07-08

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2017YFD0300502-5）

王秋菊，博士，副研究員，從事土壤改良研究。Email：bqjwang@126.com.

劉 峰，研究員，從事土壤改良研究。Email：liufengjms@163.com.

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.009

S343.2

A

1002-6819(2019)-18-0070-08