深耕配施结构调理剂对新垦低丘红壤水分的影响

池永清，章明奎

(1.丽水市土肥植保能源总站，浙江 丽水 323050；2.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

南方丘陵山地新垦耕地普遍存在季节性缺水问题[1-4]，这一方面与该地区降水分布不均、 供需矛盾突出有关，另一方面与土壤本身调控供水能力较弱有关。过去几十年国内研究者已从开源节流、降耗增效等方面对丘陵山地土壤的抗旱作过调研，提出了等高撩壕栽培、深沟高畦耕作、选用抗旱品种、推广秸秆覆盖、间作套种、节水灌溉、改良土壤结构、中耕松土及割草覆盖保水防旱等技术[5-7]，均得到了一定的成就。研究表明，土壤深层水分也可被作物吸收利用[8]，因此，如何通过扩蓄增容来增加土壤蓄水性在一定程度上可减免农作物干旱，但有关丘陵红壤新垦耕地抗旱与保蓄的研究较为薄弱。以往的研究表明，施用结构调理剂可改善土壤物理性状，提高土壤保水性[9-12]。为此，基于前期对土壤结构改良剂比较研究的基础上，在浙中地区选择3种代表性不同质地(砂壤土、黏壤土和黏土)的新耕红壤旱地，开展了深耕配施结构调理剂对土壤水分状况的影响试验。

1 试验处理

1.1 供试土壤

观察试验在浙中金衢盆地内进行。分别选择3类质地不同的新垦低丘红壤旱地进行试验，其基本性状见表1，试验地土壤有机质含量均较低，呈酸性，阳离子交换量以黏土最高，砂土最低。

表1 供试土壤基本性状Table 1 Basic properties of the tested soil

1.2 供试改良剂

聚丙烯酰胺(PAM)和商品有机肥。

1.3 试验设置

试验观察时间为2019年12月至2020年12月。各设置3个处理，每一处理的面积12 m2(3 m×4 m)：(1)对照：不施任何改良剂，耕作深度0～20 cm(常规耕作)；(2)施结构调理剂：耕作深度0～20 cm，结合耕作每小区施4.05 kg聚丙烯酰胺(PAM)+54 kg商品有机肥(相当于每667 m2施PAM 225 kg和商品有机肥3 000 kg)；(3)深耕配施结构调理剂：耕作深度0～50 cm，每小区施4.05 kg聚丙烯酰胺(PAM)+54 kg商品有机肥与0～20 cm土层混匀。分别在2020年1、3、5、7、9、11月用土钻取样方法，测定各深度土壤的含水量。并在2020年12月用容重圈法测定土壤容重、最大吸湿量、田间持水量和饱和导水率，同时取原状土测定水稳定性团聚体含量。每次用土钻法取样后，用附近农地碎土填封取土洞，并用木桩作上记号，避免下次取样在附近打钻。每次取样重复5次。试验期间年降水量1 450 mm，试验地年平均温度约17.3 ℃。各处理上种植黑麦草。

1.4 测试方法

土壤团聚体用湿筛法测定[13]；土壤含水率用新鲜土样直接烘干测定；土壤pH值用电位计测定[13]，土水比1∶2.5；有机碳用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定[13]；阳离子交换量(CEC)用醋酸铵交换法测定[13]；土壤容重和田间持水量用容重圈法测定[13]；饱和导水率依据森林土壤渗透性测定方法(LY/T 1218-1999)测定。

2 结果与分析

2.1 对土壤容重、水稳定性团聚体的影响

深耕和施用结构调理剂均可明显降低土壤容重，但仅施用结构调理剂的处理只对表土容重产生影响(表2)，砂壤土、黏壤土和黏土表层土壤的容重分别下降0.07、0.09和0.03 g·cm-3；深耕后全剖面的土壤容重均有明显的下降，砂壤土、黏壤土和黏土表层土壤的容重分别下降0.08、0.08和0.04 g·cm-3，20～<35 cm土壤分别下降0.05、0.08和0.07 g·cm-3，35～50 cm土壤分别下降0.10、0.11和0.11 g·cm-3，下降幅度随深度有所增加，在3种质地的土壤中表现较为一致。深耕对土壤水稳定性团聚体形成无明显的影响，但施用结构调理剂后，表层土壤水稳定性团聚体含量均有明显的提高，这在砂壤土中特别明显，砂壤土、黏壤土和黏土表层土壤的>0.25 mm水稳定性团聚体分别增加32.60%、30.81%和18.67%。

表2 深耕和施用结构调理剂对土壤物理性状的影响Table 2 Effects of deep tillage and application of structural conditioner on soil physical properties

2.2 对土壤田间持水量和饱和导水率的影响

测定表明，对照处理砂壤土、黏壤土和黏土的表层土壤最大吸湿量分别为0.97%、1.96%和3.14%，施用结构改良剂后相应最大吸湿量分别为1.03%、1.94%和3.08%，深耕+结构调理剂后相应最大吸湿量分别为1.02%、1.96%和3.11%，表明深耕和结构调理剂对土壤最大吸湿量影响不明显。但深耕及施用结构调理剂后土壤的保水性也发生了变化，对照处理砂壤土、黏壤土和黏土的表层土壤田间持水量分别为16.63%、22.73%和31.43%，施用结构改良剂后相应土壤田间持水量分别为18.21%、24.67%和35.78%，分别比对照增加1.58%、1.94%和4.35%；深耕+结构调理剂后相应土壤田间持水量分别为17.98%、25.01%和34.11%，分别比对照增加1.35%、2.28%和2.68%，表明结构调理剂可显著提高表层土壤的保水性，其中在黏土中最为明显，但深耕对表层土壤的保水性影响不明显。由于容重和水稳定性团聚体的变化，施用调理剂和深耕大大增加了土壤的饱和导水率，其中深耕增加了全剖面的导水率，这表明雨季有更多的降水可进入土壤，深耕后土壤中水分向下迁移的潜力明显增强。深耕后砂壤土、黏壤土和黏土的表层土壤饱和导水率分别比对照增加2.90、7.49和10.71 mm·d-1；20～<35 cm土壤饱和导水率分别比对照增加4.19、5.89和13.93 mm·d-1；35～50 cm土壤饱和导水率分别比对照增加4.74、7.66和15.46 mm·d-1；饱和导水率随深度增加，在黏土和黏壤土中的效果好于砂壤土。

2.3 对土壤含水量的影响

表3为对各试验小区水分动态观察的结果。每次水分检测都在晴天进行。结果表明，各试验区土壤含水量随时间发生明显的变化，1-7月，土壤含水量呈现增加，7-11月，土壤含水量又逐渐下降。施用结构调理剂后，1-7月，多数情况下表层土壤含水量明显高于对照，20～<35 cm土层中水分也有增加的趋势；深耕后，1-7月，表土含水量明显高于对照；7-11月，虽然表土含水量逐渐下降，与对照和施用调理剂处理的较为接近，但20～50 cm土层中水分始终高于对照和施调理剂处理的土壤。这一结果证明了深耕可增加深层土壤的水分含量，与以上土壤容重和饱和导水率的变化一致。

表3 深耕和施用结构调理剂对各土层土壤水分状况的影响Table 3 Effects of deep tillage and application of structural conditioner on soil water status in different soil layers

2.4 对土壤蓄水量的影响

表4为0～50 cm土体贮水量的计算结果。结果表明，施用结构调理剂后土壤贮水量发生了变化，1-7月间，砂壤土、黏壤土和黏土0～50 cm土体贮水量分别比对照增加0.17%～10.78%、-2.10%～3.45%和3.27%～9.61%，以黏土和砂壤土的增幅较为明显，对黏壤土的影响较小。对于砂壤土，施用调理剂后，雨季贮水量有所增加，但9月份后，其贮水量却有轻微下降，这可能是砂壤土施调理剂后由于结构改善、增加了毛管孔隙，在干旱季节增加了土壤的蒸发损失。但深耕后，无论土壤质地是砂壤土还是黏壤土或黏土，其土壤贮水量均显著增加，砂壤土、黏壤土和黏土贮水量分别比对照高2.06%～12.16%、1.73%～12.41%和5.53%～23.62%，以黏土的增幅最为明显。这一结果表明，深耕对增加黏质耕地贮水能力有很大的帮助。

表4 深耕和施用结构调理剂对0～50 cm土体贮水量的影响Table 4 Effect of deep ploughing and application of structural conditioner on the water storage capacity of 0-50 cm soil

3 结论

施用结构调理剂和深耕对土壤水分特性的一年观察试验表明：1)深耕配施结构调理剂可显著降低土壤容重，提高了土壤水稳定性团聚体的数量，增加土壤保水性；2)深耕配施结构调理剂显著提高雨季土壤蓄水量，干旱季20～50 cm土层水分也明显高于对照；3)深耕对改善土壤水分的效果在黏土中最为明显，在砂壤土中效果较不明显。