深耕配施結構調理劑對新墾低丘紅壤水分的影響

池永清，章明奎

(1.麗水市土肥植保能源總站，浙江 麗水 323050；2.浙江大學 環境與資源學院，浙江 杭州 310058)

南方丘陵山地新墾耕地普遍存在季節性缺水問題[1-4]，這一方面與該地區降水分布不均、 供需矛盾突出有關，另一方面與土壤本身調控供水能力較弱有關。過去幾十年國內研究者已從開源節流、降耗增效等方面對丘陵山地土壤的抗旱作過調研，提出了等高撩壕栽培、深溝高畦耕作、選用抗旱品種、推廣秸稈覆蓋、間作套種、節水灌溉、改良土壤結構、中耕松土及割草覆蓋保水防旱等技術[5-7]，均得到了一定的成就。研究表明，土壤深層水分也可被作物吸收利用[8]，因此，如何通過擴蓄增容來增加土壤蓄水性在一定程度上可減免農作物干旱，但有關丘陵紅壤新墾耕地抗旱與保蓄的研究較為薄弱。以往的研究表明，施用結構調理劑可改善土壤物理性狀，提高土壤保水性[9-12]。為此，基于前期對土壤結構改良劑比較研究的基礎上，在浙中地區選擇3種代表性不同質地(砂壤土、黏壤土和黏土)的新耕紅壤旱地，開展了深耕配施結構調理劑對土壤水分狀況的影響試驗。

1 試驗處理

1.1 供試土壤

觀察試驗在浙中金衢盆地內進行。分別選擇3類質地不同的新墾低丘紅壤旱地進行試驗，其基本性狀見表1，試驗地土壤有機質含量均較低，呈酸性，陽離子交換量以黏土最高，砂土最低。

表1 供試土壤基本性狀Table 1 Basic properties of the tested soil

1.2 供試改良劑

聚丙烯酰胺(PAM)和商品有機肥。

1.3 試驗設置

試驗觀察時間為2019年12月至2020年12月。各設置3個處理，每一處理的面積12 m2(3 m×4 m)：(1)對照：不施任何改良劑，耕作深度0～20 cm(常規耕作)；(2)施結構調理劑：耕作深度0～20 cm，結合耕作每小區施4.05 kg聚丙烯酰胺(PAM)+54 kg商品有機肥(相當于每667 m2施PAM 225 kg和商品有機肥3 000 kg)；(3)深耕配施結構調理劑：耕作深度0～50 cm，每小區施4.05 kg聚丙烯酰胺(PAM)+54 kg商品有機肥與0～20 cm土層混勻。分別在2020年1、3、5、7、9、11月用土鉆取樣方法，測定各深度土壤的含水量。并在2020年12月用容重圈法測定土壤容重、最大吸濕量、田間持水量和飽和導水率，同時取原狀土測定水穩定性團聚體含量。每次用土鉆法取樣后，用附近農地碎土填封取土洞，并用木樁作上記號，避免下次取樣在附近打鉆。每次取樣重復5次。試驗期間年降水量1 450 mm，試驗地年平均溫度約17.3 ℃。各處理上種植黑麥草。

1.4 測試方法

土壤團聚體用濕篩法測定[13]；土壤含水率用新鮮土樣直接烘干測定；土壤pH值用電位計測定[13]，土水比1∶2.5；有機碳用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定[13]；陽離子交換量(CEC)用醋酸銨交換法測定[13]；土壤容重和田間持水量用容重圈法測定[13]；飽和導水率依據森林土壤滲透性測定方法(LY/T 1218-1999)測定。

2 結果與分析

2.1 對土壤容重、水穩定性團聚體的影響

深耕和施用結構調理劑均可明顯降低土壤容重，但僅施用結構調理劑的處理只對表土容重產生影響(表2)，砂壤土、黏壤土和黏土表層土壤的容重分別下降0.07、0.09和0.03 g·cm-3；深耕后全剖面的土壤容重均有明顯的下降，砂壤土、黏壤土和黏土表層土壤的容重分別下降0.08、0.08和0.04 g·cm-3，20～<35 cm土壤分別下降0.05、0.08和0.07 g·cm-3，35～50 cm土壤分別下降0.10、0.11和0.11 g·cm-3，下降幅度隨深度有所增加，在3種質地的土壤中表現較為一致。深耕對土壤水穩定性團聚體形成無明顯的影響，但施用結構調理劑后，表層土壤水穩定性團聚體含量均有明顯的提高，這在砂壤土中特別明顯，砂壤土、黏壤土和黏土表層土壤的>0.25 mm水穩定性團聚體分別增加32.60%、30.81%和18.67%。

表2 深耕和施用結構調理劑對土壤物理性狀的影響Table 2 Effects of deep tillage and application of structural conditioner on soil physical properties

2.2 對土壤田間持水量和飽和導水率的影響

測定表明，對照處理砂壤土、黏壤土和黏土的表層土壤最大吸濕量分別為0.97%、1.96%和3.14%，施用結構改良劑后相應最大吸濕量分別為1.03%、1.94%和3.08%，深耕+結構調理劑后相應最大吸濕量分別為1.02%、1.96%和3.11%，表明深耕和結構調理劑對土壤最大吸濕量影響不明顯。但深耕及施用結構調理劑后土壤的保水性也發生了變化，對照處理砂壤土、黏壤土和黏土的表層土壤田間持水量分別為16.63%、22.73%和31.43%，施用結構改良劑后相應土壤田間持水量分別為18.21%、24.67%和35.78%，分別比對照增加1.58%、1.94%和4.35%；深耕+結構調理劑后相應土壤田間持水量分別為17.98%、25.01%和34.11%，分別比對照增加1.35%、2.28%和2.68%，表明結構調理劑可顯著提高表層土壤的保水性，其中在黏土中最為明顯，但深耕對表層土壤的保水性影響不明顯。由于容重和水穩定性團聚體的變化，施用調理劑和深耕大大增加了土壤的飽和導水率，其中深耕增加了全剖面的導水率，這表明雨季有更多的降水可進入土壤，深耕后土壤中水分向下遷移的潛力明顯增強。深耕后砂壤土、黏壤土和黏土的表層土壤飽和導水率分別比對照增加2.90、7.49和10.71 mm·d-1；20～<35 cm土壤飽和導水率分別比對照增加4.19、5.89和13.93 mm·d-1；35～50 cm土壤飽和導水率分別比對照增加4.74、7.66和15.46 mm·d-1；飽和導水率隨深度增加，在黏土和黏壤土中的效果好于砂壤土。

2.3 對土壤含水量的影響

表3為對各試驗小區水分動態觀察的結果。每次水分檢測都在晴天進行。結果表明，各試驗區土壤含水量隨時間發生明顯的變化，1-7月，土壤含水量呈現增加，7-11月，土壤含水量又逐漸下降。施用結構調理劑后，1-7月，多數情況下表層土壤含水量明顯高于對照，20～<35 cm土層中水分也有增加的趨勢；深耕后，1-7月，表土含水量明顯高于對照；7-11月，雖然表土含水量逐漸下降，與對照和施用調理劑處理的較為接近，但20～50 cm土層中水分始終高于對照和施調理劑處理的土壤。這一結果證明了深耕可增加深層土壤的水分含量，與以上土壤容重和飽和導水率的變化一致。

表3 深耕和施用結構調理劑對各土層土壤水分狀況的影響Table 3 Effects of deep tillage and application of structural conditioner on soil water status in different soil layers

2.4 對土壤蓄水量的影響

表4為0～50 cm土體貯水量的計算結果。結果表明，施用結構調理劑后土壤貯水量發生了變化，1-7月間，砂壤土、黏壤土和黏土0～50 cm土體貯水量分別比對照增加0.17%～10.78%、-2.10%～3.45%和3.27%～9.61%，以黏土和砂壤土的增幅較為明顯，對黏壤土的影響較小。對于砂壤土，施用調理劑后，雨季貯水量有所增加，但9月份后，其貯水量卻有輕微下降，這可能是砂壤土施調理劑后由于結構改善、增加了毛管孔隙，在干旱季節增加了土壤的蒸發損失。但深耕后，無論土壤質地是砂壤土還是黏壤土或黏土，其土壤貯水量均顯著增加，砂壤土、黏壤土和黏土貯水量分別比對照高2.06%～12.16%、1.73%～12.41%和5.53%～23.62%，以黏土的增幅最為明顯。這一結果表明，深耕對增加黏質耕地貯水能力有很大的幫助。

表4 深耕和施用結構調理劑對0～50 cm土體貯水量的影響Table 4 Effect of deep ploughing and application of structural conditioner on the water storage capacity of 0-50 cm soil

3 結論

施用結構調理劑和深耕對土壤水分特性的一年觀察試驗表明：1)深耕配施結構調理劑可顯著降低土壤容重，提高了土壤水穩定性團聚體的數量，增加土壤保水性；2)深耕配施結構調理劑顯著提高雨季土壤蓄水量，干旱季20～50 cm土層水分也明顯高于對照；3)深耕對改善土壤水分的效果在黏土中最為明顯，在砂壤土中效果較不明顯。