广东省4地高产水田土壤物理特征研究_闫林源.pdf

广东省 地高产水田土壤物理特征研究闫林源，徐若怡，李嘉寅，姚思彤，张 晖，陈 平，蔡宝昌（仲恺农业工程学院，广东广州；广东省土地开发整治中心，广东广州）摘要 为更好地服务于广东省垦造水田建设需要，对采集于广东省内水田占比较大的博罗县、惠东县、仁化县以及英德市 地高产水田的耕作层、犁底层样品，进行土壤物理指标检测和方差分析、拟合 模型参数，探究其土壤物理特征。结果表明，处样地耕作层、犁底层的饱和含水量、容重和总孔隙度均值分别为、，、和、。耕作层容重与砂粒含量呈极显著正相关，与粉粒、黏粒含量显著负相关，犁底层则与砂粒含量正相关但不显著，而与粉粒含量呈显著负相关。模型参数 值、黏粒含量均值为犁底层（、）耕作层（、），值随黏粒含量的增加而变大。关键词 高产水田；土壤物理特征；水分特征曲线中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，），；，；，（，）（，），；基金项目 广东省自然资源厅科技项目（）。作者简介 闫林源（），男，河南周口人，硕士研究生，研究方向：园林植物与观赏园艺。通信作者，高级工程师，从事耕地保护研究。收稿日期 随着城市化的高速发展和生态环境工程的实施，全国耕地面积将进一步减少。要增加粮食产量以满足日益增加的粮食需求，保障粮食安全，只能依靠单位面积产量的提高，土壤质量便成为决定生产力的决定因素。水稻（）是我国主要的粮食作物之一，水田土壤的物理性状随着长期水耕而发生变化，耕作层有着比犁底层更大的大孔隙度、大孔隙面积以及大孔隙数量，以满足植物根系的生长以及扩散；犁底层通常有着比耕作层更大的土壤容重，代表其保水性能优于耕作层。耕作层土壤是作物赖以生存的基础，耕作层土体结构不仅直接影响作物根系的立体分布特征，而且间接影响茎叶生长发育和经济产量状况；犁底层对作物生长也有影响，主要体现在根系的生长发育上，根系是联系作物和土壤的纽带，是获取水分和养分的重要器官，不合理的耕层结构会导致根系下扎困难，根系生长受限，作物易倒伏等，进而影响作物的生长发育以及经济产量状况。研究表明，水田理想耕作层和犁底层土壤容重的适宜范围分别为 和 。土壤质量的改良测评指标主要以土壤质量评价指标、肥力指标、粮食产量指标等的选择为主。有文献表明土壤剖面结构与水分情况可以通过土壤改良技术措施进行改善。广东省垦造水田三年行动方案（年）按照“占优补优、占水田补水田”要求，到 年，全省至少完成垦造水田 万，鼓励各地在此基础上垦造更多水田，严格落实耕地占补平衡，牢牢守住耕地保护红线。第三次全国国土调查主要数据表明，博罗县水田 ，占耕地；惠东县水田 ，占耕地；仁化县耕水田 ，占耕地；而清远市水田 万，占耕地，英德市、连州市和阳山县 个县（市）耕地面积较大，占全市耕地的。惠州市博罗县、惠州市惠东县、韶关市仁化县以及清远市英德市 个地区的水田面积均在 以上，其中 年度全省垦造水田计划的最低要求为惠州市 、韶关市 以及清远市 ，共计 ，占全省水田垦造计划的。该试验选取以上 处样地中的高产水田作为取样点，进行耕作层、犁底层土壤理化性状分析，具备较高的代表性，为科学评价垦造水田成效提供参考，为进一步耕地质量提升改良提供依据。材料与方法 研究区概况 该研究调查范围为惠州市博罗县、惠州市惠东县、韶关市仁化县以及清远市英德市 个地区（图）。试验方法 以 年的耕地质量等别中的高产水田数据库为依据，在 个县级行政区布设 个调查样点（表）。对样点的耕作层和犁底层分别进行土壤取样。对应取样点的耕作层和犁底层，采用钻土机挖坑，环刀取土，于坑内耕作层与犁底层原状土取样，每层各取 个环刀，并取耕作层与犁底层散土样品各 ，用密封袋装好并做好样品标识。安徽农业科学，（）：，图 高产水田所在位置示意 表 样地基本情况 县区样地名称 利用等别 地形地貌 地理坐标 博罗县 鹊楼村平原区，大陂村，吉石村，惠东县 石溪村丘陵台地区，下埔村，榄涌村，仁化县 麻塘村山地丘陵区，车湾村，夏富村，英德市 黎沙村丘陵地区，赤米村，城樟居委会，检测内容和方法 对土壤饱和含水量、土壤容重、土壤总孔隙度、土壤机械组成、土壤微团聚体以及水分特征曲线参考土壤理化性质实验指导书以及土壤农业化学分析方法测定。对于 模型，由美国学者 于 年提出，其表达式如下：（）式中，为体积含水率，；为残留含水率，；为饱和含水率，；为负压，；、和 为经验拟合参数，。统计分析 采用 对取样数据进行整理，使用 进行描述性统计、方差分析以及相关性分析，使用 绘图，采用 调用非曲线拟合函数，并计算 模型参数。结果与分析 土壤物理性状分析 土壤饱和含水量。由图 可知，所选取的 个样地的耕作层土壤饱和含水量普遍高于犁底层；耕作层中，处样地土壤饱和含水量在，均值为，表现为仁化县博罗县英德市惠东县，惠东县的土壤饱和含水量为，显著低于另外 个调查样地，饱和含水量最高的是仁化县，达到。犁底层中，处样地土壤饱和含水量在，均值为；博罗县、惠东县、仁化县以及英德市各犁底层的土壤饱和含水量之间差异性不显著；博罗县的土壤饱和含水量最低，为；仁化县饱和含水量最高，为。土壤容重。由图 可知，所选取的 个样地的犁底层土壤容重显著高于耕作层。耕作层中，处样地间的耕作层土壤容重为 ，均值为 ，表现为惠东县英德市博罗县仁化县，土壤容重最低的仁化县为 安徽农业科学 年注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（）。：（）图 土壤饱和含水量比较 ，最高的惠东县为 ，二者之间差异性显著（）。犁底层中，处样地间的犁底层土壤容重在 ，均值为 ，样地间差异性不显著，其中土壤容重最高的博罗县为 。注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（）。：（）图 土壤容重比较 土壤总孔隙度。由图 可知，所选取的 个样地的耕作层土壤总孔隙度显著高于犁底层。耕作层中，处样地土壤总孔隙度为，均值为，表现为仁化县博罗县英德市惠东县，土壤总孔隙度最高的仁化县为，最低的惠东县为；其中博罗县与惠东县样地耕作层土壤总孔隙度差异性显著，惠东县与仁化县样地耕作层土壤总孔隙度差异性显著。犁底层中，处样地土壤总孔隙度在，均值为，表现为惠东县博罗县仁化县英德市，最高的惠东县为，最低的英德市为，处样地犁底层土壤总孔隙度差异不显著（）。土壤机械组成。由图 可知，耕作层中，处样地黏粒含量为，平均值，表现为仁化县博罗县惠东县英德市，黏粒含量最高的仁化县为，最低的英德市为。犁底层中，处样地黏粒含量在 ，平均值，表现为博罗县仁化县英德市惠东县，黏粒含量最高的博罗县为，最低的英德市为注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（）。：（）图 土壤总孔隙度比较 ；土壤黏粒的含量总体表现为犁底层耕作层，除惠东县耕作层与犁底层黏粒含量差异性不显著（），其余 处样地均表现为差异性显著（）。注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（）。：（）图 土壤黏粒含量比较 由图 可知，耕作层中，处样地粉粒含量为，表现为仁化县博罗县英德市惠东县，粉粒含量最高的仁化县为，最低的惠东县为。犁底层中，处样地粉粒含量在，表现为英德市博罗县仁化县惠东县，粉粒含量最高的英德市为，最低的惠东县为；其中博罗县、仁化县耕作层与犁底层黏粒含量差异性不显著（），惠东县、英德市耕作层与犁底层黏粒含量差异性显著（）。由图 可知，耕作层中，处样地砂粒含量 ，表现为惠东县英德市博罗县仁化县，砂粒含量最高的惠东县为，最低的仁化县为。犁底层中，处样地砂粒含量在，表现为惠东县仁化县英德市博罗县，砂粒含量最高的惠东县为，最低的博罗县为。土壤砂粒的含量总体表现为耕作层犁底层，其中惠东县、仁化县耕作层与犁底层砂粒含量差异性不显著（），博罗县、英德市耕作层与犁底层砂粒含量差异性显著（）。卷 期 闫林源等 广东省 地高产水田土壤物理特征研究注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（）。：（）图 土壤粉粒含量比较 注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（）。：（）图 土壤砂粒含量比较 按照国际制土壤质地分类对 处样地的土壤进行土壤质地分类，耕作层和犁底层分类结果分别为：博罗县为壤土和粉质壤土、惠东县为砂质壤土和壤土、仁化县为壤土和壤土、英德市为砂质壤土和壤土。耕作层容重、犁底层容重与黏粒、粉粒、砂粒相互呈现不同程度的相关性。由表 可知，耕作层容重与黏粒、粉粒以及砂粒的相关程度分别为显著负相关（）、极显著负相关（）以及极显著正相关（）；犁底层容重与黏粒、粉粒以及砂粒的相关程度分别为极弱相关、显著负相关（）以及极弱相关。土壤微团聚体。耕作层土壤微团聚体以 为优势粒级，含量在 ，平均值为；其次是 粒径，含量在 ，平均值为；含量最小的是 粒级，含量仅（图）。博罗县土壤微团聚体以 为优势粒级，含量为，明显高于惠东县、仁化县和英德市，其次是 粒径，含量为。其余 处样地也均以 为优势粒级，含量分别为、和。表 容重与黏粒、粉粒、砂粒含量相关性分析 ，容重 黏粒粉粒砂粒耕作层 犁底层 注：表示极显著相关（），表示显著相关（）。：（），（）图 耕作层团聚体结构 犁底层土壤微团聚体以 为优势粒级，含量在 ，平均值为，其次是 粒径，含量在，平均值为；含量最小的是 粒级含量，含量仅 （图）。图 犁底层团聚体结构 总体来看，处样地耕作层土壤微团聚体优势粒径为，且博罗县含量高于其余 处样地。犁底层土壤微团聚体优势粒径在不同样地表现有所差异，处样地犁底层土壤微团聚体优势粒径分别为 （博罗县、英德市）和 （惠东县、仁化县）。在犁底层中，粒径土壤微团聚体表现为英德市博罗县仁化县惠东县，但差异不显著（）；粒径土壤微团聚体表现为仁化县英德市惠东县博罗县，且差异不显著（）。水分特征曲线拟合。水分特征曲线见图。水 安徽农业科学 年分特征曲线 值表现为耕作层小于犁底层，博罗县、惠东县、仁化县及英德市的 模型曲线形状系数 值耕作层分别为、及，犁底层分别为、及；耕作层 值分别为、及，犁底层分别为、及（表）。图 耕作层水分特征曲线 图 犁底层水分特征曲线 耕作层残留含水率 ，犁底层残留含水率 ，犁底层显著大于耕作层残留含水率（表）。表 模型拟合结果 土壤分层 样地 残留含水率 值 耕作层博罗县 惠东县仁化县英德市犁底层博罗县 惠东县仁化县英德市 结论与讨论耕作涉及土壤机械扰动的各种复杂机制，旨在通过为作物生长创造相关条件来改善其物理结构，每个特定的耕作概念对土壤物理参数至关重要。耕层物理性质中饱和含水量、容重、总孔隙度以及机械组成等，在其作物生长以及产量上等均有不同的影响程度。处样地的耕作层、犁底层的饱和含水量、容重以及总孔隙度分别在 、，、，、。饱和含水量表现为耕作层大于犁底层，犁底层土壤容重显著高于耕作层，耕作层土壤总孔隙度显著高于犁底层，较为主要的因素是耕作层有更多植物根系分布，而总孔隙度、容重也是影响土壤饱和含水量的因素，耕作层在长期水耕条件下细黏粒向下部沉降，逐渐填充犁底层的孔隙，这也符合土壤机械组成当中犁底层黏粒占比大于耕作层的现象。土壤容重是衡量土壤松紧度是否适合作物根系生长的量化标准之一，当容重过大时，土壤就会变紧实，土壤孔隙度减小，阻碍土壤内部通透性，不利于土壤团聚体的形成和作物的生长发育，从而影响作物产量的提高。该研究 处样地的高产水田耕作层土壤容重在 ，犁底层土壤容重在 ，土壤容重随着土层深度的增加而增大，而水稻种植过程中，施肥、轮作以及机械化生产均为影响容重大小的因素。垦造水田过程中，科学合理的土壤容重范围，可以避免产生土壤容重过大所引起的水稻生长不良的情况。犁底层容重影响肥料向深层迁移，进行垦造水田，在之后生产过程中施加肥料后，可以使肥料在土层中进一步均衡分布，有利于作物对肥料的吸收，减少肥料损失，从而增加产量。在耕作层与犁底层的微团聚体主要团聚体以 和 范围粒径为主，高含量的小粒级微团聚体（）有助于土壤养分离子的吸附保存，尤其是氮、磷养分；大粒级微团聚体（）则有助于土壤养分的解吸供应。相同含水量下，质地越细，水吸力就愈大，曲线愈陡；反之质地越粗，吸力越小，曲线愈平缓。处样地拟合参数 值均值表现为犁底层（）耕作层（）。从土壤质地结果来看，也符合 处样地犁底层黏粒含量均值大于耕作层黏粒含量的结果。综上可知，容重、饱和含水量、总孔