不同年限蓖麻连作对土壤团粒结构的影响

刘晓芳 张智勇 丁 宁 田福东 李雅剑

（通辽市农牧科学研究所生物技术工程与资环研究中心，内蒙古通辽 028015）

蓖麻属于大戟科，作为一种适应性强、种植性能好的深根植物，其具有很高的综合利用价值。蓖麻籽压榨出的蓖麻油是重要的工业原料，在缝合剂、液压油等化工品的开发上均有广泛用途[1]。但是，多年连作蓖麻会出现连作障碍现象，导致生长受到抑制，病害加重，也会给土壤物理性状带来一定影响，同时产量也会呈现一定程度的下降[2]。有学者研究了蓖麻连作土壤中微生物代谢多样性，结果表明，随着培养时间的延长，平均每孔颜色变化率值不断增加。同时，连作影响了土壤结构，进而影响水分含量变化、养分及土壤中的物质交换、微生物区系活动、作物根系分布等过程，最终影响作物生长发育[3]。蓖麻作为油料作物，因存在不耐连作的实际情况，轮作是常见的种植方式，但是关于蓖麻连作对土壤物理性状的影响研究较少。本研究旨在分析土壤物理结构的同时明确蓖麻多年连作对土壤机械组成的影响，为该区连作及轮作蓖麻的合理耕作种植及农田土壤物理性状年际动态变化研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验田位于通辽市农牧科学研究所试验区，位于北纬 42°15′～45°41′、东经 119°15′～123°43′，地处松辽平原西端，蒙古高原递降到低山丘陵和倾斜冲击平原地带，属中温带季风大陆性气候，日照充足，四季分明，雨热同季，年平均降水量350～400 mm，年平均气温7.0℃左右。土壤肥力中等偏上，土质为白五花土。试验田种植作物为蓖麻，连作蓖麻分别于2000年、2010年和2015年播种，轮作蓖麻于2000年播种，与其轮作的作物为当地栽培的禾本科作物。

1.2 试验设计

试验设4个处理，分别为连作5年（A）、连作10年（B）、连作20年（C），以与禾本科高粱常年轮作作对照（CK）。3次重复，共12个小区，小区面积100m2（5 m×20 m）。各处理均在每年5月播种，10月收获。

1.3 测定指标及方法

土壤样品于2019年秋季收获后采集于通辽市农牧科学研究所，农耕地为长期连作的定位蓖麻田，对不同处理3个重复小区0～30 cm土层进行土样采集，每次采集3点混匀后取1 kg左右土样，每个处理同样的方法取样3次，土壤样品采集后放在硬质铝盒内运回实验室，以免破坏团聚体结构。在自然结构面用手将采回的土壤掰成直径1 cm以下的小土块，处理时尽量避免受到机械压力，筛除根系和小石粒，土壤风干备用。采用Elliott提出的干筛法测定土壤机械稳定性团聚体含量；用环刀法测定各土层土壤容重[4]。

2 结果与分析

2.1 不同年限蓖麻连作对土壤团粒结构百分比的影响

由图1可知，不同年限蓖麻连作的土壤团粒结构分布呈现出随粒径逐渐增大先升高后下降的趋势，各处理均在＜0.25 mm的土壤微团聚体土壤粒径所占的百分比最大，处理A、B、C及CK占比分别为42.97%、46.03%、30.98%、38.84%， 其中＜0.500 mm、＜1.000 mm、＜2.000 mm的土壤团粒结构均呈现出处理A＞CK＞处理C＞处理B的分布规律，同时＞2.000mm的土壤团粒结构分布中表现为CK＞处理A＞处理C＞处理B。

2.2 不同年限蓖麻连作对每100 g土壤所含土壤团聚体质量的影响

由图2可知，各处理中间团聚体（0.25～2.00 mm）＞大团聚体（＞2 mm）＞微团聚体（0.053～0.250 mm）＞粉黏粒（＜0.053 mm），各处理以中间团聚体所占100 g土壤质量最大，且表现出随着连作年份的累加呈现出先上升再下降的趋势，其中处理A和处理B分别较CK提高了13.27%、0.36%，而处理C较CK降低了18.75%。土壤微团粒结构和土壤粉黏粒结构均表现为随着连作年份累加呈现先下降后上升的变化趋势，且以处理C最高，分别较CK提高2.6、2.1倍。

2.3 不同年限蓖麻连作对土壤容重及含水量的影响

由表1可知，各处理土壤容重随着蓖麻连作年限的增加呈现出先下降后上升再下降的变化趋势，其中CK的土壤容重最大，处理A、B、C分别较CK降低了11.51%、6.47%、12.23%，而各处理收获后的土壤含水量表现为处理B＞处理A＞处理C＞CK，且各处理较CK分别提高2.61%、10.10%、1.31%。

表1 不同年限蓖麻连作对土壤容重及含水量的影响

3 结论与讨论

不同粒径的土壤团聚体组成及其稳定性可反映土壤结构的变化[5]，团聚体几何平均直径（GMD）和平均重量直径（MWD）作为体现土壤中团聚体稳定性的关键指标，GMD和MWD值越大，团聚度越高，稳定性越强[6-7]。蓖麻田土壤团聚体组分均以中间团聚体和大团聚体为主，微团聚体和粉黏粒为辅，不同连作年限的土地利用方式并未直接影响土壤团聚体主要组分的分布。对于微团聚体、粉黏粒而言，连作10年和连作20年的蓖麻田明显高于轮作的蓖麻田，而连作5年的蓖麻田略低于轮作蓖麻田。说明5年的短期蓖麻连作可以导致大团聚体破碎、中间团聚体增加，尤其是微团聚体和粉黏粒下降；短期连作较轮作蓖麻田而言并未对土壤造成结构性退化，有效避免了中间团聚体的破坏，减少了微团聚体及粉黏粒的每百克所占质量，一定程度上提高了土壤团聚体的稳定性。连作10～20年的蓖麻田土壤微团聚体和粉黏粒所占比例明显高于对照轮作蓖麻田，说明多年连作会在一定程度上增加微团聚体和粉黏粒的比例，造成土壤结构的退化，同时不利于土壤团聚体的稳定性，也不利于维系土壤良好结构。综合来看，土壤团粒结构的年际动态变化一定程度取决于作物的种植方式、连作时间的长短等因素。

土壤容重和孔隙度代表土壤的松紧程度及孔隙状况，是土壤物理性状的重要指标[8]，也是反映土壤物理结构的重要指标和影响因素。本试验结果表明：蓖麻多年连作田的土壤容重随着连作时间的增加呈现出动态下降的变化规律；土壤含水量的年际动态变化与土壤容重相反，呈现出随连作时间增加而逐渐升高的变化规律，在一定程度上增加了土壤表层0～30 cm的土壤含水量。

有学者研究表明，压实使得土壤颗粒重新排列得更加紧密，土壤容重增加，孔隙度减小，土壤紧实度增加，水分渗透能力下降，严重影响作物根系对水分和养分的吸收利用[9]。土壤物理性状中，水稳定性团聚体数量、容重、土壤含水量是评估土壤质量常用的指标[10-12]，随着蓖麻连作年限的增加，土壤容重逐渐减小，且土壤含水量相对增加，与此研究一致，可能是由于蓖麻属于直根系，有较强穿透土壤的能力，容易打破土壤团粒结构，而对照蓖麻—高粱轮作田因为直根系与须根系作物轮作倒茬，减少了对土壤结构的影响，使其保持相对稳定的原始状态。也有学者研究表明，覆盖作物根干重密度均随深度的增加而下降[13]，土壤紧实度随着根干重密度增加而减少，同时降低土壤容重。本文未对根干重进行测定与探索，对轮作及连作作物根干重密度的影响结果不明，待进一步研究。也有学者研究表明，总孔隙度和土壤含水量与容重的空间分布相反[14]，大量的毛管孔隙有利于水分及营养的快速供应，保证作物的生长需求，而在团粒结构内部及团粒结构之间存在的非毛管孔隙，则有利于通气透水，减少了由于雨水冲蚀造成的地表侵蚀，防止水土流失的发生[15]。＞0.1 mm粒径的土壤均为毛管孔隙结构，其中10年连作蓖麻田与20年连作蓖麻田较对照轮作蓖麻田的毛管孔隙有明显提高，同时土壤含水量也高于对照轮作蓖麻田，而5年连作蓖麻田因为土壤容重较小，土壤含水量也高于对照轮作蓖麻田，有学者认为土壤含水量与地形、质地和气候等因素的影响有关，且时空分布存在明显差异[16]，这与该学者研究结果不一致。