粉壟耕作對(duì)平地和坡耕地蔗田土壤有機(jī)碳礦化和結(jié)構(gòu)的影響*

陳仕林，胡鈞銘，黃忠華，李婷婷，鄭佳舜，黃俞銘，羅維鋼，何鐵光，韋翔華

粉壟耕作對(duì)平地和坡耕地蔗田土壤有機(jī)碳礦化和結(jié)構(gòu)的影響*

陳仕林1,2，胡鈞銘1**，黃忠華3，李婷婷1，鄭佳舜1,2，黃俞銘1,2，羅維鋼3，何鐵光1，韋翔華2**

（1．廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南寧 530007；2．廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530004；3．南寧市灌溉試驗(yàn)站，南寧 530001）

2018-2019年在廣西南寧丘陵山區(qū)甘蔗田采用雨養(yǎng)模式，設(shè)置粉壟耕作與常規(guī)耕作兩種耕作方式，開展平地和坡耕地甘蔗田間試驗(yàn)。試驗(yàn)在甘蔗全生育期不進(jìn)行人工灌溉，收獲期采集0-15cm耕層及15-30cm耕層土壤樣品，用土壤緊實(shí)度儀多點(diǎn)位測(cè)定0-45cm深度土壤緊實(shí)度，利用濕篩法測(cè)定土壤團(tuán)聚體，應(yīng)用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)-堿液吸收法測(cè)定土壤有機(jī)碳礦化量，以探索粉壟耕作對(duì)坡耕地雨養(yǎng)蔗田土壤有機(jī)碳礦化速率、累積礦化量及土壤團(tuán)聚體與緊實(shí)度結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響。結(jié)果表明：（1）平地蔗田土壤有機(jī)碳累積礦化量始終高于坡耕地，粉壟耕作處理下，平地0-15cm和15-30cm耕層土壤有機(jī)碳礦化量較坡耕地分別提高0.32倍和1.05倍；坡耕地蔗田土壤0-15cm和15-30cm耕層有機(jī)碳7日累積礦化量粉壟耕作比常規(guī)耕作升高81.7%和降低7.5%，平地上則降低8.4%和升高2.6%；（2）與常規(guī)耕作方式相比，粉壟耕作提高了蔗田土壤大團(tuán)聚體含量，平地和坡耕地分別增加5.53%和2.30%，平地土壤大團(tuán)聚體含量為坡耕地的1.00～1.03倍，粉壟耕作降低了蔗田土壤中小、微團(tuán)聚體含量。同時(shí)，粉壟耕作提高了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD），與常規(guī)耕作相比，平地和坡耕地MWD分別提高15.6%和58.7%，GMD分別提高31.4%和48.1%。同種耕作模式下平地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD值和GMD值均高于坡耕地，平地常規(guī)耕作和粉壟耕作土壤MWD值較坡耕地分別提高1.19和0.60倍，平地常規(guī)耕作和粉壟耕作土壤GWD值較坡耕地分別提高0.99 和0.77倍；（3）粉壟耕作方式對(duì)坡耕地蔗田土壤緊實(shí)度的影響比平地大，粉壟耕作降低了蔗田土壤緊實(shí)度，且15-30cm耕層影響較明顯。因此，粉壟雨養(yǎng)甘蔗提高了平地和坡耕地土壤耕層碳存儲(chǔ)，可降低土壤緊實(shí)度，增加土壤大團(tuán)聚體形成，優(yōu)化土壤耕層結(jié)構(gòu)，該模式可作為南方蔗田土壤干旱逆境調(diào)控技術(shù)措施。

粉壟；坡耕地；土壤礦化；土壤團(tuán)聚體；蔗田

農(nóng)業(yè)是全球氣候變化的主要承受者和受害者[1-2]，亞熱帶地區(qū)季節(jié)性干旱是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要?dú)庀笳系K因素[3-4]。廣西地處喀斯特丘陵山區(qū)，65%以上旱地屬于坡耕地類型[5]，旱坡地甘蔗生產(chǎn)中土壤水分多寡是影響甘蔗產(chǎn)量的重要因素，發(fā)展坡地雨養(yǎng)適水甘蔗生產(chǎn)對(duì)穩(wěn)定甘蔗生產(chǎn)意義巨大[6]。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)[7]，土壤有機(jī)碳礦化是土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)的核心[8-9]。土壤有機(jī)碳礦化和土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)劣影響土壤有機(jī)質(zhì)變化，有機(jī)碳礦化速率受土壤水分影響較為敏感，在長(zhǎng)期水分虧缺狀態(tài)下，土壤有機(jī)碳微生物呼吸作用減弱[10-11]。不合理的耕作導(dǎo)致土壤耕層變淺，犁底層變厚、上移，通透性變差，蓄水保肥能力下降[12-14]。理想耕作對(duì)土壤納水作用有積極的影響，利于土壤蓄水保墑和耕層營(yíng)養(yǎng)調(diào)控[15]，土壤深松耕，可增加土壤含水量，降低土壤容重及緊實(shí)度[16]。因此，采用現(xiàn)代農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝耕作耦合技術(shù)，發(fā)展低碳綠色農(nóng)業(yè)已成為現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)典型特征之一[17-18]。

新型粉壟深旋耕技術(shù)在南方紅壤地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上已得到較為廣泛的應(yīng)用[19-20]。粉壟耕作影響稻田土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)度和容重[21]，對(duì)稻田溫室氣體排放有一定的減排作用[22]。甘秀芹等研究表明，在旱作生產(chǎn)中，粉壟耕作有利于土壤水分存儲(chǔ)，促進(jìn)作物增產(chǎn)[23]，但粉壟耕作對(duì)土壤耕層碳庫(kù)環(huán)境影響方面研究仍顯不足。本研究在粉壟深旋耕技術(shù)發(fā)源地南寧，選擇典型紅壤區(qū)平地和坡耕地甘蔗園開展試驗(yàn)，全生育期不進(jìn)行人工灌溉，就粉壟耕作對(duì)蔗田土壤有機(jī)碳礦化速率、累積礦化量及土壤團(tuán)聚體與緊實(shí)度結(jié)構(gòu)效應(yīng)進(jìn)行研究，以期為粉壟雨養(yǎng)甘蔗生產(chǎn)中土壤碳庫(kù)管理與土壤耕層調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)位于亞熱帶紅壤黏土區(qū)南寧市雨養(yǎng)甘蔗種植區(qū)，選取典型平地和坡耕地（坡度8°-10°）進(jìn)行試驗(yàn)，平地位于南寧市灌溉試驗(yàn)站，坡耕地位于南寧市隆安縣那桐鎮(zhèn)。試驗(yàn)區(qū)年均降水量約1300mm，試驗(yàn)地概況及土壤背景值如表1所示。

表1 試驗(yàn)地概況及土壤背景值

1.2 處理設(shè)置

2018-2019年甘蔗生長(zhǎng)季在平地和坡耕地兩種地形上開展試驗(yàn)，設(shè)置粉壟耕作和常規(guī)耕作兩種耕作方式，試驗(yàn)共4個(gè)處理，每處理3個(gè)重復(fù)，每處理小區(qū)面積148.5m2。2018年3月15日采用廣西產(chǎn)的粉壟深旋耕機(jī)進(jìn)行農(nóng)田耕作，耕深40cm，對(duì)照采用常規(guī)拖拉機(jī)旋耕20cm犁田整地（表2）。供試甘蔗品種為桂糖42號(hào)。甘蔗生長(zhǎng)季施用三元復(fù)合肥（氮-磷-鉀比例為16:16:16），按2250kg·hm?2進(jìn)行施肥，甘蔗種植前期（耕作時(shí)同步施肥）底肥占70%，后期（苗期、伸長(zhǎng)期）追施占30%。于2018年3月30日下種，行距80cm，2019年1-2月采收。田間管理按廣西雙高甘蔗生產(chǎn)進(jìn)行。

表2 田間試驗(yàn)處理設(shè)置

1.3 測(cè)試項(xiàng)目

1.3.1 土壤有機(jī)碳礦化

在甘蔗收獲期2019年1月采集土壤樣品，用S形多點(diǎn)法取0-15cm和15-30cm耕層土壤，新鮮土樣過10目土篩，用以測(cè)定土壤有機(jī)碳礦化。土壤有機(jī)碳礦化采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)-堿液吸收法，每個(gè)樣品稱取50g新鮮土樣放入500mL的大白瓶中，取容量為50mL的小白瓶放入10mL濃度為0.1mol·L?1的NaOH溶液，將小白瓶放入大白瓶?jī)?nèi)，大白瓶加蓋密封。同時(shí)，對(duì)各樣品的重量含水率進(jìn)行測(cè)定。以不含土樣的空白瓶為對(duì)照。樣品均培養(yǎng)7d，3個(gè)重復(fù)。在培養(yǎng)的第1、2、3、5、7天取出NaOH溶液，加入2mL濃度為1mol·L?1的BaCl2固定堿液中的CO2后，以酚酞為指示劑，即刻用0.1mol·L?1HCl滴定NaOH溶液，用以計(jì)算土壤CO2-C釋放量、CO2礦化速率和培養(yǎng)期間CO2累積釋放量，計(jì)算方式為[24]

（1）培養(yǎng)期間釋放量MC

式中，MC為培養(yǎng)期間土壤有機(jī)碳的礦化釋放量（mgCO2·kg?1干土）；V0為空白標(biāo)定時(shí)所消耗的鹽酸體積（mL），V為標(biāo)定樣品時(shí)消耗的HCl體積（mL）；CHCl為標(biāo)準(zhǔn)鹽酸濃度（mol·L?1），為0.1mol·L?1；m為試驗(yàn)土樣質(zhì)量（g），50g；a為土壤重量含水率（%）。

（2）培養(yǎng)期間CO2的礦化速率

式中，t為最近兩次測(cè)定間隔的時(shí)間（d）。

（3）培養(yǎng)期間CO2的累積釋放量

式中，n為CO2釋放量的測(cè)定次數(shù)。

1.3.2 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體

在甘蔗收獲期，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)采樣點(diǎn)，3次重復(fù)，每次采集土樣1kg，將采集到的土樣置于便捷式保鮮盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，將大土塊用手輕掰成直徑約1cm的小土塊，清除石塊和動(dòng)植物殘?bào)w，風(fēng)干備用。

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用Elliott團(tuán)聚體濕篩法測(cè)定[25]：采用土壤團(tuán)粒分析儀（DM200-V，上海），稱取風(fēng)干土樣100g，將土樣置于3mm孔徑篩上，自上而下放孔徑為3.0、2.00、1.00、0.5、0.25、0.125和0.0625mm孔篩，再將整個(gè)套篩緩慢放入水中，使水面淹過頂層篩，土樣在水中浸泡3min，上下振蕩孔篩（上下振幅38mm，每分鐘30次），分離出>3mm（I）、2～3mm（II）、1～2mm（III）、0.5～1.0mm（IV）、0.25～0.50mm（V）、0.125～0.250（VI）和＜0.125mm（VII）土壤團(tuán)聚體，共7個(gè)粒徑組，I級(jí)為土壤大團(tuán)聚體，II-V級(jí)為土壤中小團(tuán)聚體，VI級(jí)和VII級(jí)為土壤微團(tuán)聚體。將各粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，在105℃下烘8h，干燥后稱重，計(jì)算各粒級(jí)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分比、平均質(zhì)量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)。

（1）各級(jí)土壤團(tuán)聚體質(zhì)量百分比[26]

式中，wi為第i粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量百分比（%），Mi為第i粒級(jí)團(tuán)聚體干重（g），MT為團(tuán)聚體總重量（g），為100g。

（2）土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑[26]

式中，MWD為水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（mm），Ri為相鄰兩級(jí)團(tuán)聚體的平均粒徑（mm），wi為第i粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量百分比（%）。

（3）土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體幾何平均直徑[26]

式中，Mi為第i粒級(jí)團(tuán)聚體干重（g），Ri為相鄰兩級(jí)團(tuán)聚體的平均粒徑（mm）。

1.3.3 土壤緊實(shí)度

在甘蔗收獲期測(cè)定土壤緊實(shí)度，每個(gè)處理選取3個(gè)具有代表性區(qū)域，每個(gè)區(qū)域選取4個(gè)點(diǎn)用SC-900便攜式土壤緊實(shí)度儀測(cè)定0-45cm土壤緊實(shí)度。

1.4 數(shù)據(jù)分析和處理

采用IBM SPSS Statistics 19軟件分析數(shù)據(jù)，用LSD法進(jìn)行多重比較及差異顯著性檢驗(yàn)，采用Microsoft Excel 2010制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉壟耕作對(duì)蔗田土壤有機(jī)碳礦化速率的影響

由圖1a可見，平地上土壤樣品培養(yǎng)初期，有機(jī)碳礦化速率不穩(wěn)定，培養(yǎng)3d后緩慢降低并逐漸趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定期數(shù)據(jù)顯示，粉壟（SR）與常規(guī)（CT）耕作方式在0-15cm層土壤有機(jī)碳礦化速率差異顯著（P＜0.05），培養(yǎng)結(jié)束時(shí)常規(guī)耕作的土壤有機(jī)碳礦化速率為28.2mg·kg?1·d?1，而粉壟耕作的有機(jī)碳礦化速率低于常規(guī)耕作，為常規(guī)的89.07%；在15-30cm耕層，兩種耕作方式間土壤有機(jī)碳礦化速率無(wú)顯著差異。說(shuō)明在平坦耕地上，粉壟耕作可明顯降低0-15cm耕作層土壤有機(jī)碳礦化速率，對(duì)15-30cm耕層影響不大。

圖1 兩種耕作方式下平地和坡耕地土壤培養(yǎng)7d過程中有機(jī)碳礦化速率的動(dòng)態(tài)變化

注：CT1和CT2分別表示常規(guī)耕作平地和坡耕地處理，SR1和SR2分別表示粉壟耕作平地和坡耕地處理，?1和?2分別表示0-15cm和15-30cm耕層。小寫字母表示處理間差異顯著性。短線表示標(biāo)準(zhǔn)誤。下同。

Note:CT1 and CT2 represent conventional tillage flat land and slope farmland treatment respectively. SR1 and SR2 represent smash ridging tillage flat land and slope farmland treatment respectively. ?1 and ?2 represent 0-15cm and 15-30cm topsoil respectively. Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The bar is standard error. The same as below.

由圖1b可見，在0-15cm和15-30cm耕層，粉壟（SR）和常規(guī)（CT）兩種耕作方式下坡耕地上土壤有機(jī)碳礦化速率均低于平地，隨培養(yǎng)時(shí)間增加其變化趨勢(shì)與平地一致，后期逐漸趨于穩(wěn)定或略升高。從數(shù)據(jù)大小看，在0-15cm耕層，坡耕地上粉壟耕作的有機(jī)碳礦化速率顯著高于常規(guī)耕作（P<0.05），平均為20.23mg·kg?1·d?1，是常規(guī)耕作的1.93倍；在15-30cm耕層，兩種耕作方式間土壤有機(jī)碳礦化速率無(wú)顯著差異。可見，粉壟耕作可顯著提高坡耕地0-15cm耕層土壤有機(jī)碳礦化速率。

2.2 粉壟耕作對(duì)蔗田土壤有機(jī)碳累積礦化量的影響

由圖2a可見，平地上土壤樣品培養(yǎng)初期，有機(jī)碳累積礦化量增長(zhǎng)幅度大，3d后增長(zhǎng)緩慢。穩(wěn)定期數(shù)據(jù)顯示，粉壟（SR）與常規(guī)（CT）兩種耕作方式在0-15cm層土壤有機(jī)碳累積礦化量差異顯著（P<0.05），培養(yǎng)結(jié)束時(shí)常規(guī)耕作的土壤有機(jī)碳累積礦化量為149.60mg·kg?1，而粉壟耕作的有機(jī)碳累積礦化量低于常規(guī)耕作，僅為常規(guī)的92.22%；15-30cm耕層，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)粉壟耕作的土壤有機(jī)碳累積礦化量為172.98mg·kg?1，較常規(guī)耕作提高了2.7%。說(shuō)明在平坦耕地上，粉壟耕作可明顯降低0-15cm耕作層土壤有機(jī)碳累積礦化量，提高15-30cm耕層土壤有機(jī)碳累積礦化量。

由圖2b可見，在0-15cm和15-30cm耕層，坡耕地上土壤有機(jī)碳累積礦化量均低于平地，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，其變化趨勢(shì)與平地一致，后期增長(zhǎng)趨緩。從數(shù)據(jù)大小看，培養(yǎng)7d后，在0-15cm耕層，坡耕地上粉壟耕作的有機(jī)碳累積礦化量顯著高于常規(guī)耕作（P<0.05），平均為104.35mg·kg?1，是常規(guī)耕作的1.82倍；在15-30cm耕層，粉壟耕作土壤有機(jī)碳累積礦化量低于常規(guī)耕作，較常規(guī)降低了7.5%。表明粉壟耕作可顯著提高坡耕地0-15cm耕作層土壤有機(jī)碳累積礦化量，降低15-30cm耕層土壤有機(jī)碳累積礦化量。

2.3 粉壟耕作對(duì)蔗田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響

由表3可知，CT1、SR1、SR2處理中蔗田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布均以>3mm粒級(jí)為主，CT2處理團(tuán)聚體粒徑主要集中在0.25～0.50mm。在平地，2～3mm粒徑團(tuán)聚體含量SR1與CT1處理差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。在0.125～0.250mm粒徑范圍內(nèi)，SR1顯著低于CT1（P<0.05），其它粒徑團(tuán)聚體差異則不明顯；在坡耕地，0.125～0.250mm粒徑以及0.125～0.250mm范圍內(nèi)，SR1均顯著低于CT1（P<0.05），其它粒徑團(tuán)聚體差異不明顯。

不論是平地還是坡耕地，蔗田土壤粉壟耕作大團(tuán)聚體含量均高于常規(guī)耕作，平地和坡耕地分別增加了28.9%、120.6%，表明粉壟耕作能促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體的形成。同種耕作方式下，平地土壤大團(tuán)聚體含量均高于坡耕地，其含量為坡耕地的1.06～2.53倍，表明平地對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定有積極作用。

圖2 兩種耕作方式下平地和坡耕地土壤培養(yǎng)7d過程中有機(jī)碳累積礦化量的動(dòng)態(tài)變化

表3 兩種耕作方式下平地和坡耕地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（%）

注：小寫字母表示處理間差異顯著性。

Note: Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level.

土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）和平均幾何直徑（GMD）是反映土壤團(tuán)聚體大小分布狀況及其穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，MWD和GMD值越大表明團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越強(qiáng)。由表3可知，平地和坡耕地中，MWD和GMD值均表現(xiàn)為SR1>CT1>SR2>CT2。與常規(guī)耕作相比，粉壟耕作條件下平地和坡耕地MWD值分別提高15.6%、58.7%，GMD值分別提高31.4%、48.1%，表明粉壟耕作土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性相對(duì)較好。同種耕作模式下，平地MWD值和GMD值均高于坡耕地，平地常規(guī)耕作和粉壟耕作MWD值較坡耕地分別提高1.19和0.60倍，平地GWD值較坡耕地分別提高0.99和0.77倍，表明平地更有利于增加土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。

2.4 粉壟耕作對(duì)蔗田土壤緊實(shí)度的影響

圖3為粉壟甘蔗各處理土壤緊實(shí)度與土層深度的關(guān)系。由圖可見，隨著土層深度的增加，各處理土壤緊實(shí)度整體呈現(xiàn)先增大后減少再增大的趨勢(shì)，0-15cm耕層土壤緊實(shí)度明顯低于15-30cm耕層。采用粉壟耕作后，平地（SR1）和坡耕地（SR2）處理，與常規(guī)耕作（CT1、CT2）處理相比，15-30cm耕層土壤緊實(shí)度明顯降低，說(shuō)明粉壟耕作可有效降低蔗田15-30cm耕層土壤緊實(shí)度。

在常規(guī)耕作方式下，平地（CT1）與坡耕地（CT2）相比，0-15cm耕層CT1處理的緊實(shí)度低于CT2處理，相反，15-30cm耕層CT1處理的緊實(shí)度高于CT2處理；在粉壟耕作方式下，平地（SR1）與坡耕地（SR2）相比，0-15cm耕層SR1處理的緊實(shí)度低于SR2處理，相反，15-30cm耕層SR1處理的緊實(shí)度高于SR2處理。說(shuō)明平地對(duì)0-15cm耕層土壤緊實(shí)度有降低的作用，但升高了15-30cm耕層土壤緊實(shí)度。

圖3 兩種耕作方式下平地和坡耕地土壤緊實(shí)度

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

粉壟耕作有利于提高平地蔗田土壤有機(jī)碳礦化量。良好的土壤環(huán)境有利于土壤微生物活動(dòng)[27]。保護(hù)性耕作能夠提高土壤固碳量，減少CO2排放，有利于改善土壤碳庫(kù)[28]。坡耕地地形結(jié)構(gòu)導(dǎo)致土壤資源重新配置，使土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化產(chǎn)生空間格局差異，直接影響了地表植被生長(zhǎng)、水土養(yǎng)分的分布[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作增加了坡耕地蔗田土壤0-15cm耕層累積礦化量，但15-30cm耕層的累積礦化量有所降低，較常規(guī)耕作分別升高和降低了81.7%和7.5%；相反，粉壟耕作降低了平地蔗田耕層土壤累積礦化量，提高了15-30cm耕層的累積礦化量，較常規(guī)耕作分別降低7.8%和升高2.7%。形成這種差異可能是土壤礦化過程受到影響，平地和坡耕地地形差異導(dǎo)致土壤呼吸強(qiáng)度不同，同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作平地蔗田土壤有機(jī)碳礦化量高于坡耕地，這進(jìn)一步說(shuō)明可能因?yàn)榈匦斡绊懥送寥鲤B(yǎng)分分布及微生物的活動(dòng)，從而影響土壤有機(jī)碳礦化過程。有關(guān)粉壟雨養(yǎng)甘蔗耕層土壤礦化效應(yīng)有待進(jìn)一步研究。

粉壟耕作增強(qiáng)了蔗田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。合理的耕作措施影響土壤有機(jī)質(zhì)的氧化，降低了土壤容重，增強(qiáng)了作物根際土壤微生物呼吸，有助于團(tuán)聚體的形成[30]。MWD、GMD越高，土壤團(tuán)聚體抗侵蝕能力越強(qiáng)[31]。保護(hù)性耕作主要影響了0-5cm土層土壤團(tuán)聚體，增加團(tuán)聚體含量，提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，改善土壤結(jié)構(gòu)[32]。相反，傳統(tǒng)耕作措施減少了土壤大團(tuán)聚體含量，這是因?yàn)槠鋵?duì)土壤擾動(dòng)程度大，導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞[33]。粉壟耕作提高了蔗田土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量，平地和坡耕地分別增加了5.53%、2.30%，增加蔗田土壤團(tuán)聚體形成，本研究結(jié)果與上述結(jié)論較為一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作更有利于增加平地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，其原因是因?yàn)槟戏降貐^(qū)降雨量大，坡耕地不利于水分的管控，雨水造成坡耕地土壤養(yǎng)分的垂直流失高于平地。在平地和坡耕地中不同粒級(jí)土壤團(tuán)聚體在養(yǎng)分的保持、供應(yīng)和轉(zhuǎn)化過程中的作用不同，團(tuán)聚體作為土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化與代謝的場(chǎng)所，其數(shù)量和質(zhì)量對(duì)協(xié)調(diào)土壤肥力狀況、改善土壤耕性等有重要作用，影響土壤有機(jī)碳、生物活性和土壤其它功能的發(fā)揮。

粉壟耕作降低了蔗田土壤緊實(shí)度，對(duì)15-30cm耕層影響明顯。作物種植上可采用合理的耕作措施改善土壤結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)土壤水、肥、氣、熱等因素，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增質(zhì)[34]。土壤緊實(shí)度隨土層深度的增加呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，達(dá)到一定深度后趨于穩(wěn)定[35]。此外，0-15cm耕層與15-30cm耕層土壤緊實(shí)度空間分布特征受土壤質(zhì)地、地形、耕作方式等多種因素的影響[36]。深松耕作能夠降低土壤緊實(shí)度，增加土壤通透性，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)[37]，為作物生長(zhǎng)提供有利的環(huán)境條件。本研究發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作降低了蔗田土壤緊實(shí)度，且對(duì)15-30cm土層影響最明顯，這與粉壟深旋耕打破土壤耕作層和犁底層，使土粒破碎均勻，增加土壤通透性有關(guān)。

3.2 結(jié)論

粉壟雨養(yǎng)甘蔗栽培方式能改善蔗田土壤通透性，降低土壤緊實(shí)度，增加土壤大團(tuán)聚體含量，同時(shí)對(duì)改善蔗田土壤礦化有一定積極作用，提高了平地和坡耕地土壤耕層碳庫(kù)存儲(chǔ)，該模式可作為南方蔗田土壤干旱逆境調(diào)控技術(shù)措施。

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Effects of Smash Ridging on Soil Organic Carbon Mineralization and Structure of Sugarcane Field in Flat and Slope Farmland

CHEN Shi-lin1,2, HU Jun-ming1, LI Ting-ting1, HUANG Zhong-hua3, ZHENG Jia-shun1,2, HUANG Yu-ming1,2, Luo Wei-gang3, HE Tie-guang1, WEI Xiang-hua2

(1. Agricultural Resource and Environment Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China; 2. Agricultural College, Guangxi University, Nanning 530004, China; 3. Nanning Irrigation Experiment Station, Nanning 530001, China)

It is the main way of rain-fed sugarcane in smash ridging production in hilly areas of south China. In order to explore the effects of slope farmland on the mineralization rate, accumulation of mineralization, soil aggregates and compact-degree structure of rain-raised sugarcane soil. In 2018-2019, smash ridging and conventional tillage were adopted in Nanning, Guangxi. Field positioning experiments were carried out on flat land and sloping farmland with no artificial irrigation during the whole growth period. Soil samples were collected in the 0-15cm topsoil and 15-30cm topsoil during the harvest period of sugarcane, and soil compactness meter was used to measure soil compactness at a depth of 0-45cm at multiple points. Soil aggregates were determined by wet sieve method. The content of soil organic carbon mineralization was determined by indoor constant temperature culture-alkali absorption method. The results showed that, (1)the soil organic carbon accumulative mineralization of rain-fed sugarcane soil in flat land is always higher than that in sloping farmland, the soil organic carbon mineralization in the 0-15cm topsoil and 15-30cm topsoil of the flat land under smash ridging was 0.32 and 1.05 times higher than that in the sloping farmland, respectively. The cumulative mineralization of organic carbon in the 0-15cm topsoil and the 15-30cm topsoil of the sugarcane field increased and decreased by 81.7% and 7.5%, respectively, and decreased and increased by 8.4% and 2.6%, respectively, in the flat land. (2)The content of large aggregates in the soil of rain-fed sugarcane was increased by smash ridging. Flat land and sloping land increased by 5.53 and 5.30 percent respectively. The content of large aggregates in flat soil was 1.00-1.03 times of that in sloping farmland. On the contrary, smash ridging reduced the content of small and micro aggregates in rain-fed sugarcane. The average mean weight diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD) of soil water stable aggregates were improved by smash ridging. Compared with conventional cultivated plain land and sloping farmland, MWD increased 15.6% and 58.7%, respectively, and GMD increased 31.4% and 48.1%, respectively. The MWD and GMD values of soil water stability aggregates in the same tillage mode were higher than those of sloping farmland. The MWD values of flat land conventional tillage and smash ridging tillage were 1.19 and 0.60 times higher than that of slope farmland respectively, and the GWD values of flat land conventional tillage and smash ridging tillage were 0.99 and 0.77 times higher than that of slope farmland respectively. (3)The soil compactness of rain-fed sugarcane was affected by smash ridging more than that of plain field. The soil compactness of rain-fed sugarcane was decreased by smash ridging, and the effect was most obvious at 15-30cm. Therefore, rain-fed sugarcane in smash ridging improves the carbon storage in the topsoil of flat land and slope farmland, reduce soil compactivity, increase the formation of large aggregates, and optimize the topsoil structure. This model can be used as a technical measure to control drought and stress in sugarcane fields in southern China.

Smash ridging; Slope farmland; Soil mineralization; Soil aggregate; Sugarcane field

10.3969/j.issn.1000-6362.2020.05.004

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2019?11?15

胡鈞銘，E-mail：jmhu06@126.com；韋翔華，E-mail：xhwfd@gxu.edu.cn

廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)重大專項(xiàng)（桂科AA17204037-3）；廣西第二十一批“十百千人才工程”專項(xiàng)資金；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（桂農(nóng)科2018YT08）；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技發(fā)展專項(xiàng)(桂農(nóng)科2017JZ09；桂農(nóng)科2017ZX01)

陳仕林，E-mail: shilinz1995@163.com