不同農藝措施對土壤理化性質的影響

摘要" ［目的］揭示不同農藝措施對土壤理化性質的影響，篩選適宜寧南山區(qū)的種植技術模式。［方法］通過設置G1（翻耕不覆膜）、G2（翻耕覆膜+保水劑）、G3（翻耕覆膜）、G4（深松不覆膜）、G5（深松覆膜+保水劑）、G6（深松覆膜）6個處理，研究不同耕作模式下不同保水措施對土壤結構、養(yǎng)分和水分的影響。［結果］不同技術模式對土壤理化性質有明顯影響，與翻耕相比，深松處理提高了土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀的含量，有利于大粒徑團聚體的形成，提高了土壤田間持水量，降低了土壤容重，其中深松覆膜+保水劑處理的效果最佳；相關分析表明土壤大粒徑團聚體百分含量與土壤各養(yǎng)分均呈正相關。［結論］在該地區(qū)土壤和氣候條件下，深松覆膜+保水劑可作為理想的耕作技術模式。

關鍵詞" 耕作技術；深松模式；保水措施；土壤理化性質；土壤肥力

中圖分類號" S153" 文獻標識碼" A" 文章編號" 0517-6611（2024）05-0063-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.016

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Different Agronomic Measures on Soil Physicochemical Properties

WANG Lei1， JI Qiang1， 2， WANG Ya-lin1 et al

（1. College of Agriculture， Ningxia University， Yinchuan，Ningxia 750021;2. Institute of Resources and Environment， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan，Ningxia 750002）

Abstract" ［Objective］To reveal the effects of different agronomic measures on the soil physicochemical properties，a suitable planting technology model was selected in the mountainous area of southern Ningxia.［Method］ Six treatments were set up， including G1 （tillage without mulching）， G2（tilling and mulching + water-retaining agent）， G3 （tilling and mulching）， G4 （deep loosening without mulching）， G5 （deep-loose and mulching+water retaining agent） and G6 （deep-loose and mulching）， to study the effects of different water retaining measures on soil structure， nutrients and moisture under different tillage modes.［Result］The different technical modes had significant effects on soil physicochemical properties. Compared with tilling， deep loosening treatment increased the contents of soil organic matter， total nitrogen， available phosphorus and available potassium， was beneficial to the formation of large-particle size aggregates， increased soil field water capacity and reduced soil bulk density， and the deep-loose and mulching+water retaining agent treatment had the best effect. Correlation analysis showed that there was a positive correlation between the percentage of large particle size aggregates and all soil nutrients.［Conclusion］Under the conditions of soil and climate in this area， the deep-loose and mulching+water retaining agent can be used as the ideal tillage technology mode.

Key words" Tillage technology;Deep-loose mode;Water retention measures;Soil physicochemical property;Soil fertility

基金項目" 十四五農業(yè)高質量發(fā)展與生態(tài)保護項目（NGSB-2021-11-05）；農業(yè)基礎性長期性科技工作觀測監(jiān)測項目（NAES091AE18）。

作者簡介" 王磊 （1999—），男，寧夏固原人，碩士研究生，研究方向：農業(yè)資源利用。*通信作者，副教授，碩士生導師，從事土壤改良與農業(yè)廢棄物資源化利用研究。

收稿日期" 2023-03-17

寧夏南部山區(qū)（簡稱寧南山區(qū)）地處黃土高原西北邊緣，氣候干旱，年內降雨分布極為不均，農業(yè)用地以坡耕地、梯田為主，土壤有機質含量低，水土流失較為嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱，從而制約當地農業(yè)生產與經濟發(fā)展［1］。該區(qū)域具有較好的種植優(yōu)勢，如土地遼闊、空氣質量高、無污染等，但存在干旱少雨、溝壑縱橫、生態(tài)環(huán)境惡化等問題，加之耕作管理措施不當，造成耕層過淺、犁底層過厚，導致土質退化，嚴重影響著該地區(qū)農業(yè)高效可持續(xù)發(fā)展［2-3］。

土壤耕作是重要的農業(yè)生產技術措施，合理的耕作方式可以有效改善土壤理化性質，提高土壤肥力，從而加強土壤生產力。其中深松技術能夠打破犁底層而加深耕層，增加土壤的蓄水保肥能力，從而達到改善生態(tài)環(huán)境、提高土地利用率的目的［4］。深松是一種利用深松機進行操作的新型的保護性耕作，在翻轉土壤表層、打破犁底層的同時不會造成耕層的混亂，有較好的松土效果［5］。有研究表明，深松條件下土壤有機碳的密度提升幅度最大［6］。宿慶瑞等［4］研究表明深松技術模式對于土壤速效磷的提升有明顯幫助。李婷婷等［7］以退化黑土為研究對象，發(fā)現(xiàn)深松模式下降低土壤容重、提高田間持水量的效果最佳。

地膜覆蓋和施用保水劑是常見的保水措施。許多學者對地膜覆蓋進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋可以提高土壤肥力，增強土壤微生物活動，有效養(yǎng)分流失減少［8-9］。劉小虎等［10］研究表明，地膜覆蓋較之不覆蓋土壤有機質、速效磷、速效鉀含量均有不同程度的增加。保水劑是一種高分子吸水樹脂，吸水能力強，無毒無害，可反復吸水、釋水，同時還具有緩釋肥料和農藥的作用，從而為作物生長提供必要的養(yǎng)分［11］。保水劑對旱地土壤水分的保蓄和土壤結構的改善具有積極的意義［12］。

關于不同的耕作模式下保水措施的研究不夠充分，長期定位試驗較少。筆者針對寧南山區(qū)土壤基礎地力低下、土壤有機質含量低、水土流失嚴重、生態(tài)環(huán)境脆弱等問題研究了不同耕作模式下不同保水劑對土壤理化性質的影響，揭示農藝措施對土壤的保護效應，為該地區(qū)耕作技術模式的篩選和推廣應用提供科學依據。

1" 材料與方法

1.1" 試驗地概況

試驗于2021年4月在寧夏西吉縣馬建鄉(xiāng)馬建村莊子溝（35°56′39″N，105°30′11″E）進行，該地屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，常年干旱少雨。年平均氣溫12.8 ℃，年降水量570.5 mm，無霜期達198 d，試驗地為砂壤土。試驗開始時，耕層土壤的基本化學性質分別為0～20 cm，有機質16.42 g/kg，全氮0.93 g/kg，速效鉀242.50 mg/kg，速效磷20.17 mg/kg；20～40 cm，有機質13.13 g/kg，全氮0.51 g/kg，速效鉀122.50 mg/kg，速效磷5.81 mg/kg。

1.2" 試驗設計

采用裂區(qū)試驗設計，耕作方式分為翻耕和深松，保水措施分為不覆膜、覆膜、覆膜+保水劑，不同組合為6個處理，分別為G1（翻耕不覆膜）、G2（翻耕覆膜+保水劑）、G3（翻耕覆膜）、G4（深松不覆膜）、G5（深松覆膜+保水劑）、G6（深松覆膜）。地膜為無色透明的普通地膜，保水劑種類為聚丙烯酸鈉，用量為75 kg/hm2。以玉米寧單19號為供試作物，2021年4月播種，10月收獲，小區(qū)面積為80 m2（長16 m，寬5 m），總長度55 m，設置3次重復，不同處理之間種植密度和施肥狀況一致，玉米種植密度為5.25萬株/hm2，播種前施用尿素160 kg/hm2、磷酸二氫銨120 kg/hm2，到玉米拔節(jié)期追施尿素80 kg/hm2。試驗地具有相對較高的鉀素含量，所以試驗地未施鉀肥。

1.3" 樣品采集

在試驗前期采取0～60 cm深度土樣，每隔20 cm分層，按 “X”法，多點混合采取基礎樣品。試驗期內用相同的采樣方法按照試驗處理在播種前和收獲后采樣，播種前采樣主要用于測定土壤容重和田間持水量，收獲后的土壤樣品用于測定土壤團聚體。按試驗處理采取0～100 cm深度土樣，每隔20 cm分層進行土壤水分的測定。有機質、全氮、速效磷、速效鉀等常規(guī)肥力指標按試驗處理采取0～40 cm深度土樣，每隔20 cm分層進行采樣。

1.4" 測定項目與方法

采用烘干法測定土壤水分，采用環(huán)刀法［13］測定土壤容重；采用濕篩法［14］測定土壤團聚體。有機質含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；全氮含量采用凱式定氮法測定；速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量用1 mol/L NH4OAc溶液浸提-火焰光度法測定。

1.5" 數據分析

以Excel 2016軟件處理數據和作圖，同時采用Origin2021b 軟件進行單因素方差分析。

2" 結果與分析

2.1" 不同農藝措施對土壤養(yǎng)分的影響

土壤有機質是土壤肥力和基礎地力最重要的物質基礎，是土壤中一個關鍵組分［15-16］。由表1可知，隨著土層深度的增加，土壤有機質含量呈下降趨勢。整體上深松處理（G4、G5、G6）顯著高于翻耕處理（G1、G2、G3）。在0～20 cm土層中，G6較G4有機質含量顯著增加了15.6%，翻耕處理（G1、G2、G3）之間均無顯著差異。在20～40 cm土層中，較G1而言，G3和G4有機質含量分別顯著增加了73.4%和60.0%；G2相比于G3有機質含量無顯著性變化，相比于G5有機質含量顯著降低了11.2%；G6較G3有機質含量顯著增加了15.3%，較G4有機質含量顯著增加了25.0%；G5與G6之間無顯著差異。

由土壤全氮含量測量結果（表1）可知，在0～20 cm土層中，G3和G4與G1相比土壤全氮的含量均顯著增加了15.0%；與G2相比，G3土壤全氮含量降低了6.8%，G5土壤全氮的含量增加了16.2%；就G6而言，G3與G4土壤全氮含量均顯著降低了6.8%，G5土壤全氮含量增加了16.2%。在20～40 cm土層中，G1土壤全氮含量顯著低于G3、G4；與G2相比，G3土壤全氮含量顯著降低了14.5%，G5土壤全氮含量增加了32.7%；G6土壤全氮含量顯著高于G3、G4；G5土壤全氮含量相比于G6顯著增加了25.9%。

由土壤速效磷含量測量結果（表1）可知，隨著土層深度的增加，土壤速效磷含量呈明顯的下降趨勢。在0～20 cm土層中，G3土壤速效磷含量高于G1，但兩者間無顯著差異；G4土壤速效磷含量比G1顯著增加了86.0%；G2土壤速效磷含量顯著高于G3，顯著低于G5，增加幅度和降低幅度分別為117.5%和36.8%；G6土壤速效磷含量比G3、G4分別顯著增加了135.0%、39.7%，G5土壤速效磷含量相較于G6顯著增加了46.5%。20～40 cm土層土壤速效磷含量變化規(guī)律與0～20 cm土層相似，與G1相比，G3和G4土壤速效磷含量分別顯著增加了9.0和11.5倍；與G2相比，G3土壤速效磷含量顯著降低了45.4%，G5土壤速效磷含量增加了2.5%，差異不顯著；G6土壤速效磷含量比G3和 G4分別顯著增加了109.6%和68.3%；G5土壤速效磷含量與G6之間無顯著差異。

由土壤速效鉀含量測量結果（表1）可知，在0～20 cm土層中，G1土壤速效鉀含量最小，其次是G3，兩者之間無顯著差異，G4土壤速效鉀含量較G1顯著增加了6.5%；與G2相比，G3土壤速效鉀含量降低，G5顯著增加了6.1%；G6土壤速效鉀含量最高，較G3、G4和G5分別顯著增加了31.9%、26.7%和22.9%。在20～40 cm土層中，G3和G4土壤速效鉀含量較G1分別顯著增加了13.3%和11.1%，G2、G3和G5之間無顯著差異；G6土壤速效鉀含量最高，較G3、G4和G5分別顯著增加了14.8%、17.1%和13.7%。

2.2" 不同農藝措施對土壤物理性狀的影響

不同的耕作方式能明顯影響土體的物理結構，土壤容重作為衡量土壤物理性質的重要指標，對作物根系的生長與伸展有顯著影響［17］。由圖1可知，不同技術模式下土壤容重隨著土層的加深而增大。總體上看，深松處理（G4、G5、G6）對于降低土壤容重效果較翻耕處理（G1、G2、G3）更好，在0～20 cm土層平均降低了4.0%，在20～40 cm土層中平均降低了4.1%，說明深松模式可以改善土壤硬度、降低土壤容重。0～20、20～40 cm G2和G5、G3和G6處理之間差異不顯著，說明不同保水措施對土壤容重的影響并不顯著。

田間持水量是衡量土壤保水能力的重要指標，對土壤的物理性質和化學性質都有重要影響，作為作物需水量的重要參數，常被視為作物有效水的上限［18-19］。不同技術模式影響下田間持水量的變化如圖1所示，田間持水量隨著土層的加深而下降。在0～20 cm土層中，各處理相較于G1均明顯升高了土壤的田間持水量，其中G4的提升幅度最大，為12.4%，其次是G5，為11.9%，再次是G6。20～40 cm土層各處理對土壤田間持水量提升幅度為G5gt;G6gt;G4gt;G2gt;G1gt;G3。說明深松比翻耕效果更好，再配合保水措施能進一步改善土壤田間持水量。

不同技術模式對土壤含水量的影響如圖2所示，隨著土層深度的增加，不同處理下土壤含水量均呈現(xiàn)下降趨勢，在0～20 cm土層中G5和G6土壤含水量最高，G1最低；在0～100 cm土層內，G4、G5和G6的土壤含水量顯著高于G1、G2和G3。在0～60 cm土層，G3、G4與G1比較，土壤含水量分別提高了4.7%、9.8%；G2與G3、G5比較，土壤含水量分別降低了6.3%、9.8%；G6比G3土壤含水量提高10.1%，G5與G6土壤含水量一致。在60～100 cm土層，G3、G4土壤含水量較G1分別提高了1.7%、15.4%；G5與G2、G6比較，土壤含水量分別提高了21.6%、4.9%；G6與G3比較，土壤含水量提高了13.8%，與G4含水量相同。

圖2" 不同農藝措施對土壤含水量的影響

Fig.2" Effects of different agronomic measures on soil moisture content

2.3" 不同農藝措施對土壤結構體分布的影響

土壤團聚體數量及分布狀況直接影響著土壤結構的穩(wěn)定性及保水性，其中gt;0.25 mm粒級可反映土壤結構的優(yōu)劣［20］。由表2可見，與G1、G3相比，G2處理下粒徑gt;2.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別增加了455.8%和89.2%，前者差異顯著，后者差異不顯著，粒徑gt;1.00～2.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別增加了389.0%和138.0%，粒徑gt;0.25～1.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別降低了30.0%和78.8%，粒徑為lt;0.10 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數表現(xiàn)為G1gt;G2gt;G3，但三者間差異不顯著。與G4、G6相比，G5處理下粒徑gt;2.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別增加了49.3%和100.0%，粒徑gt;1.00～2.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別降低了35.2%和65.5%，粒徑為0.10～0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別降低了11.9%和12.5%，粒徑lt;0.10 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數與G6相當，較G4下降了9.4%，但差異不顯著。與G1相比，G4處理下粒徑為gt;2.00 mm和gt;1.00～2.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別增加了266.4%和302.2%，粒徑為gt;0.50～1.00、gt;0.25～0.50、0.10～0.25和lt;0.10 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數分別下降了26.8%、2.5%、8.8%和25.5%。綜上所述，G2較G1和G3提高了粒徑為gt;1.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數，降低了0.10～1.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數；G5較G4和G6提高了粒徑為gt;2.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數，降低了gt;1.00～2.00和0.10～0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數；G4較G1提高了粒徑為gt;1.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數，降低了lt;1.00 mm的水穩(wěn)性團聚體所占百分數。

2.4" 土壤結構、土壤養(yǎng)分及土壤水分指標間相關性分析

從圖3可以看出，gt;0.25 mm粒徑的水穩(wěn)性團聚體與有機質、全氮、速效磷、速效鉀呈正相關，與土壤水分間未表現(xiàn)出明顯的相關性。土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀與土壤含水量均呈負相關。土壤各養(yǎng)分之間呈正相關，其中，有機質與速效鉀呈顯著正相關（Plt;0.05），全氮與速效磷呈極顯著正相關（Plt;0.01）。

3" 討論

3.1" 不同農藝措施對土壤養(yǎng)分的影響

有研究表明受耕作方式的影響，有機質含量在深松0～20 cm土層影響不顯著，在20～40 cm土層有機質累積影響顯著［21］。另有研究表明少免耕對有機質含量的增加有較好的影響，分析認為是翻耕對土壤造成的擾動小，土壤中養(yǎng)分流失少的原因［22］。該研究發(fā)現(xiàn)，深松模式（G4、G5、G6處理）下土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量總體均高于翻耕處理（G1、G2、G3處理），說明深松處理對土壤養(yǎng)分的提高具有顯著的作用。這與楊艷等［23］、陳甜［24］的研究結果一致。覆膜能促進分解土壤中的有機質，有利于提高土壤速效養(yǎng)分和全量養(yǎng)分的含量［12］。保水劑能夠吸附土壤和肥料中的養(yǎng)分并將其吸附的養(yǎng)分緩慢釋放，從而減少了可溶性養(yǎng)分的淋溶損失［25］。劉小虎等［10］、舒英杰等［26］研究表明，覆膜后，土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量均有不同程度的增加。該研究顯示，深松模式下覆膜+保水劑的保水措施（G5處理）提高了土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量，說明深松模式配合保水措施能進一步增加土壤養(yǎng)分的含量。

3.2" 深松模式下不同保水措施對土壤物理性質的影響

土壤容重是重要的土壤物理性狀之一，直接或間接地影響著土壤的肥力狀況。金永貴等［27］研究表明，深松可顯著降低土壤容重1.61%。王周等［28］研究表明，深松降低20～40 cm土層的容重6.2%～7.7%。該研究表明，深松較翻耕處理降低了0～20 cm土層的容重4.0%，降低了20～40 cm土層的容重4.1%。相同耕作模式下不同保水劑對土壤容重沒有顯著影響，分析認為，土壤容重受耕作方式的影響較大，深松可疏松土壤降低土壤緊實度，從而降低土壤容重。該研究顯示，深松處理下不同保水措施均可顯著提高土壤的田間持水量，其中深松覆膜+保水劑的處理（G5）效果最好，這與包額爾敦嘎等［29］的研究結果一致。

土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，深松覆膜能增加土壤蓄水保墑能力，促進地表水分的下滲，從而提高土壤水分，因為深松模式可以有效打破耕作犁底層［30］。該研究表明，與翻耕不覆膜（G1）相比，各處理均提高了土壤不同深度的含水量。其中深松覆膜+保水劑（G5）對0～60 cm土層效果最好，深松覆膜對60～100 cm土層效果最好。分析認為，翻耕處理下土壤水分蒸散較快，保水劑能夠減少水分向深層下滲，使表層土壤保存較多水分［31］。楊俊峰等［32］研究表明覆膜能有效減少水分因蒸發(fā)而散失，從而提高土壤含水量。

3.3" 不同農藝措施對土壤結構體分布的影響

作為土壤結構的物質基礎，團聚體的組成、結構和穩(wěn)定性直接影響著土壤的質量。有研究表明深松可提高更耕層土壤團聚體的含量，改善旱地土壤結構［33］。該研究中，深松不覆膜處理（G4）較翻耕不覆膜處理（G1）提高了粒徑gt;1.00 mm的水穩(wěn)性團聚體百分含量，降低了粒徑0.25～1.00和lt;0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體百分含量。員學鋒等［34-35］、王琰等［36］研究表明，適量施用保水劑可以提高土壤水穩(wěn)性團聚體的含量，但過量施用會導致土壤出現(xiàn)板結等問題。賴忠盛等［37］研究表明，覆膜處理可提高土壤耕層各級團聚體的百分含量。該研究發(fā)現(xiàn)，在相同的耕作方式下，覆膜處理和施用保水劑均可提高gt;0.25 mm土壤團聚體百分含量，其中，翻耕覆膜（G3）、翻耕覆膜+保水劑（G2）較翻耕不覆膜（G1）均提高gt;0.25 mm土壤團聚體百分含量。深松覆膜（G6）、深松覆膜+保水劑（G5）較深松不覆膜（G4）均提高gt;0.25 mm土壤團聚體百分含量。綜上可說明，深松處理配合保水措施有利于保持良好的土壤結構。

3.4" 土壤結構、土壤養(yǎng)分及土壤水分指標間相關性分析

大粒徑（粒徑gt;0.25 mm）的土壤水穩(wěn)性團聚體與土壤全氮呈正相關，可能原因是土壤全氮與微生物活性息息相關，微生物活動有助于大粒徑團聚體的膠結。土壤有機質與土壤速效鉀呈顯著正相關，與土壤含水量呈負相關，分析認為，含水量下降時，土壤中微生物活性下降，從而減弱了礦化作用，土壤有機質含量提高，土壤的鉀素也被釋放出來，土壤速效鉀含量提高。

4" 結論

土壤容重主要受耕作方式的影響，且深松處理較翻耕更有助于降低土壤容重，在0～20 cm土層中，深松處理（G4、G5、G6）較翻耕（G1、G2、G3）平均降低了4.0%，20～40 cm深松較翻耕平均降低了4.1%。深松模式還有助于增大土壤孔隙度。在玉米全生育時期，各處理相較于翻耕不覆膜，均能提高土壤0～100 cm土壤含水量，以深松覆膜和深松覆膜加保水劑的效果最為顯著。翻耕深松模式下，覆膜、覆膜加保水劑的處理均能有效增加粒徑gt;0.25 mm的土壤團聚體含量。相同保水措施下，深松較翻耕能明顯提高土壤大團聚體含量。

通過對玉米不同生育時期0～40 cm土壤養(yǎng)分含量進行測定，結果發(fā)現(xiàn)，深松模式下，覆膜與覆膜加保水劑的措施對土壤養(yǎng)分含量有不同程度的提高。以玉米成熟期為例，翻耕和深松模式下，覆膜加保水劑和覆膜處理較不覆膜處理土壤有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量均明顯增加。相同保水措施下，深松處理較翻耕土壤養(yǎng)分增幅更大，以深松覆膜+保水劑處理增幅最高。

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