机械化整地方式对低洼水田土壤理化性质及水稻产量影响

王秋菊，焦 峰，韩东来，隋玉刚，杨兴玉，王雪冬，丁德会，郝明俊，刘 峰

机械化整地方式对低洼水田土壤理化性质及水稻产量影响

王秋菊1,2，焦 峰3，韩东来4，隋玉刚4，杨兴玉4，王雪冬4，丁德会4，郝明俊4，刘 峰1※

（1. 黑龙江省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，哈尔滨 150086； 2. 黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室，哈尔滨 150086；3. 黑龙江八一农垦大学，大庆 163319；4. 黑龙江省农垦建三江管理局八五九农场，饶河 155700）

低洼地是黑龙江省分布在三江平原地区的地势较低的一类耕地土壤，由于地势低、易受渍涝影响，土壤生产力低，作物产量低而不稳，提高这类土壤生产力对农业生产尤为重要。该文以低洼地典型的一类土壤沼泽土为供试土壤，采用大田对比试验的方法，开展旋耕、深松、深翻、深松鼠洞4种不同机械化整地方式对低洼水田理化性质改良效果的研究。结果表明：与常规旋耕比，深松、深翻机械整地可以使0～30 cm土层土壤含水率降低10.03%～27.23%，土壤透水性提高，土壤容重增加0.05～0.18 g/cm3、增幅为6.60%～16.98%，差异显著，深松、深翻使土壤硬度提高，总孔隙降低幅度3.16%～11.92%，滞水现象得到改善，深松鼠洞机械整地效果与旋耕比差异不明显；在排水晒田后，土壤温度明显上升，平均每天增加1～2℃，深松效果好于深翻，土壤氮素供应强度增加；深松整地水稻产量连年增加，第1年增产4.21%，第2年增产10.46%，达到显著水平，深翻对水稻产量无影响，第2年有增加趋势，差异不显著，深松鼠洞整地第1年和第2年水稻产量与旋耕比无差异显著，在深松鼠洞改土技术及机械研发上要进行新的改进与探讨。

机械化；土壤；整地；低洼水田；沼泽土；土壤物理性质；产量

0 引 言

三江平原位于黑龙江省东部，是黑龙江、松花江和乌苏里江汇流冲积形成的低平原区，总面积10.89万km2，耕地面积366.77万hm2，其中低湿耕地占63.7%[1]。平原区海拔为65～80 m，地势低洼，土质黏重，降水集中，易发生涝灾，导致大田作物大幅度减产；另外，收获季节土壤过湿，机械不能作业，经常发生丰产不丰收现象[2]。因此，在三江平原开发初期，首先是通过建立大型排水渠道解决了地表水问题；其次是通过开展深松、超深松和心土混层等技术打破滞水层，在排除“壤中水”方面取得了一定效果[3-4]但在降雨集中季节，洪涝灾害仍频繁困扰农业生产。为彻底解决农田涝害，“七五”期间黑龙江省提出“以稻治涝”的低湿地治理对策，通过推进“旱改水”大力发展水稻，不仅粮食产量大增，也为改善国家口粮构成做出重要贡献[5-6]。随种稻时间推移，一些排水不良的低洼地块产生了新的问题，一是由于土壤质地黏、土体冷凉、透水性差，加之排水渠系不完善，水田落水后土壤干湿交替过程缓慢，难以形成犁底层，土壤通体软黏，机械承载力低，影响机械收获等作业，导致水稻在田间发生霉变、雪捂等次生灾害[7-8]；二是土壤长期处于还原条件，易产生硫化氢等有毒物质危害水稻根系，影响生育和产量[9-10]；三是由于这类土壤有机质多在50 g/kg以上，土壤有机质在水稻生育中后期供氮过盛而导致水稻倒伏减产。改良低洼水田滞水问题刻不容缓，改良这类土壤的目标就是要使它变硬，提高机械承载力，促进有机质分解，提高土壤养分有效性。目前有关低洼水田的机械改良研究仍处于空白状态，相关的耕整地技术也是为了保水、保肥、提高土壤养分供给、建立水田耕层为目的，当前的耕整地主要为旋耕和翻耕，但不同土壤上效果不同，王秋菊等在黑土和盐化草甸土上开展深翻研究，得出深翻在黑土上对水稻增产效果明显，在盐化草甸土上则明显减产[11]，说明任何耕作技术都要以土壤自身特性为前提，因地制宜，才能达到预期的效果。三江平原的低洼水田存在的问题，也急需相应的耕作技术去改善这类土壤。因此，本文针对低洼水田滞水问题，在耕作方面根据生产上常用的旋耕机械开展旋耕耕作、深翻机械开展深翻耕作、根据自主研发的水田深松机械开展深松和深松鼠洞耕作技术的对比研究，明确土壤的排水状况，以期通过提高土壤的通透性，提高低洼水田土壤生产能力，为改良低洼水田提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验地点设在黑龙江省农垦建三江管理局859农场第29作业区（47°30′N、134°20′E，海拔为65.6 m），年降雨量550～600 mm，有效积温2 200 ℃。

供试土壤为草甸沼泽土型水田土壤，种植水稻年限15 a。草甸沼泽土剖面发育明显（图1）：第1层为黑土层，厚度约18 cm，富含有机质，松软，大孔隙多；第2层为氧化还原层，厚度约10 cm，无结构，软黏致密，由于水汽交换频繁，氧化铁大量聚集，土色呈亮黄色；第3层为潜育层，灰色、有斑纹，无结构，软黏，不透水；土体内未见明显犁底层。

图1 典型草甸沼泽土剖面

供试土壤化学性质如表1所示，0～18 cm表层土壤有机质和全氮含量高于相同区域的其他耕地土壤[12]，向下层呈明显降低趋势。从土壤物理性质看，供试土壤土体的黏粒含量均为40%以上，土质黏重。

表1 供试土壤物理化学性质

1.2 试验设计

试验于2016年秋季开始实施，每年水稻收获后在同一处理区进行相同耕作处理，试验设以下4个处理。

1）旋耕（CK）：为对照处理，采用旋耕机（山东潍坊象力机械有限公司生产，型号：GAN200）进行旋耕处理（图2a），耕深10～12 cm，旋耕1～2遍，土块均匀，翌年水泡田整地。

2）深松（DS）：采用自主研制的水田深松犁（图2b）作业，该深松犁为5个深松铲双行排列，前3后2，前后相间，铲间距50 cm，每条深松沟距离25 cm，作业深度30～35 cm。深松前旋耕1～2遍，土块均匀，然后深松，翌年水泡田整地。

3）深翻（DP）：采用自主研制的水田深耕犁（图2c）作业，耕深20～25 cm。该犁有2组犁铧组成，单铧耕幅46 cm。深翻后旋耕1～2遍，土块均匀，然后深松，翌年水泡田整地。

4）深松鼠洞深耕（MH）：采用自主研发的水田深松鼠洞犁（图2d）作业，该犁由两个深松铲组成，铲间距离为100 cm，在深松铲尖后面用铁链链接1个直径8 cm的圆锥钢体，作业时可在深松沟底部形成孔洞，深松深度40～45 cm。深松前旋耕1～2遍，土块均匀，然后深松，翌年水泡田整地。

注：CK、DS、DP、MH 分别代表旋耕、深松、深翻和深松鼠洞，下同。

试验设3次重复，每小区宽15 m，长30 m，宽度根据机械作业幅度适当微调，小区面积约450 m2。水稻于2017年4月10日播种，5月20日移栽到试验区，9月30日收获，收获后秸秆移出田块。人工插秧，插秧规格行距30 cm，株距10 cm，每穴插3株，水稻品种龙粳31。试验区灌排系统设施完善，能及时灌水和排出田面水。试验区水分管理一致，采用浅-湿-干间歇灌溉模式。试验区施肥一致，N、P2O5、K2O肥施用量分别为120、60、60 kg/hm2。其中N按照基肥、返青肥、穗肥比例4:3:3施肥；钾肥按基肥、穗肥比例3:2施肥；磷肥作为基肥一次性施入。2018年管理同2017年一致。试验区10 a平均降雨量580 mm，有效积温2 210 ℃[13]。

1.3 测定项目与方法

土壤取样方法：土壤取样时间为2017年10月份，水稻收获前取样。化学样品取样，耕层土壤化学样品0～10、>10～20、>20～30 cm土层土壤每个处理按S型取样5点，混合后按四分法留500 g左右土样带回实验室备用。原状土用装有100 cm3环刀的取土器采取土壤，每小区取3次重复。取样层次为5～10、20～25、30～35 cm土层。深松区和深松鼠洞区取样位置为深松犁铲经过之处，按照土壤不同层次取样，对照区和深翻区在试验区随机选出有代表性的位置取样。

化学指标分析方法：土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮含量测定采用凯氏定氮法测定；全磷含量采用HF-硝酸混合消煮，钼锑蓝比色法，全钾含量采用HF-硝酸混合消煮，火焰光度法测定；碱解氮采用扩散吸收法测定；土壤pH值采用土壤pH计测定[14-15]。

物理指标测定方法：土壤容重采用100 cm3环刀法测定、土壤自然含水率采用烘干法测定；土壤饱和导水率采用DIK-4012透水性测定仪测定；土壤通气系数采用DIK-5001透气性测定仪测定[16]；土壤硬度采用圆锥角30°、底面积2 cm2的贯入式土壤硬度仪田间现场测定；土壤质地采用MS-2000激光粒度仪测定[17]；土壤总孔隙度采用100 cm3环刀法测定[18]；孔隙组成比，先用压力模测定不同水吸力下的土壤体积含水量，然后计算出孔隙当量直径，根据不同当量直径间的体积含水量差值计算出孔隙组成，最后计算出各组空隙占总孔隙度的百分数。土壤孔隙当量直径计算计算公式如下

=/3

式中为孔隙当量直径，mm；为土壤水吸力，cm（以H2O计）。

本文将孔隙当量直径>0.05 mm的孔隙定义为大孔隙；当量直径在0.05～0.000 2 mm的孔隙定义为中孔隙；当量直径小于0.000 2 mm的孔隙定义为小孔隙。

土壤水分变化动态采用6050X3K5B-MiniTrase Kit土壤水分监测仪测定，测定深度为5～10 cm，从2017年6月23日－6月29日水稻撤水晒田期逐日测定土壤水分变化，测定时间为每日上午9－10时；同时采用MicroLite II-U盘式土壤温度记录仪监测土壤温度日变化，并计算出日平均温度。

产量测定：水稻籽实收获采用久保田水稻联合收割机进行全区实收，计算水稻单位面积产量。

1.4 数据分析

所有测定数据采用Microsoft Excel软件进行输入和作图，数据显著性分析采用 DPS 6.85进行LSD分析方法进行试验数据的显著性分析，<0.05的显著性水平下认为均值具有显著性差异，<0.01的显著性水平下认为均值具有极显著性差异。

2 结果与分析

2.1 机械化整地方式对水稻产量的影响

表2为不同机械处理的水稻产量。从表2看出，连续2年调查水稻产量，深松比对照旋耕处理分别增产4.21%、10.46%，其中第2年达到差异显著水平；深翻处理第1年与对照相比无差异，第2年比对照增产5.15%，差异不显著；深松鼠洞处理与旋耕对照相比第1年减产6.48%，第2年有增产趋势，比对照增产2.38%，连续2 a差异不显著。

表2 不同机械化处理对水稻产量影响

注：同一列不同小写字母、大写字母分别代表在0.05和0.01水平上差异显著，下同。

Note: Different lowercase letters and capital letters in the same column represent significant differences at the level of 0.05 and 0.01 respectively, the same below.

2.2 对土壤通气、透水、容重、硬度等性质影响

表3为2017年水稻收获时土壤水分、容重、通气性和透水性调查结果。从表3看出，0～10 cm表层土壤水分，深松区和深翻区分别比对照降低10.50%和10.03%，>20～30 cm土层，深松区比对照低27.23%；深翻区和深松鼠洞区分别低13.48%和14.29%，达到差异显著或极显著水平。

表3 不同机械处理土壤物理性质

从土壤容重看，深翻和深松可增加各层土壤，在0～10 cm土层与对照相比分别增加0.18和0.05 g/cm3，增加比例为16.98%和6.60%，深翻土壤容重与对照相比差异达到显著性水平；在20～30 cm土层，与旋耕对照相比分别增加0.12和0.08 g/cm3，增加比例为11.21%和7.48%，差异显著；在30～40 cm土层各处理土壤容重差异不显著。深松鼠洞处理各层不规律。不同处理对土壤通气性和透水性影响不明显，深松对深层土壤的通气、透水性有一定的提高作用。

从土壤硬度（图3）调查结果看出，由于土壤水分降低，土壤硬度有所增加，其中深松土区土壤硬度高于旋耕对照及其他处理，在＞20～30 cm土层可达到1.5 MPa，深翻和深松鼠洞处理土壤硬度与对照间差异不明显。

图3 不同机械化处理对土壤硬度的影响

2.3 对土壤孔隙的影响

2017年土壤孔隙调查结果如表4所示。总体来看，供试土壤以小孔隙为主，当量直径<0.000 2 mm小孔隙占土壤总孔隙度的76.18%～88.48%，大孔隙和中孔隙分别仅占总孔隙度的0.17%～6.01%和10.99%～20.06%，这样的孔隙组成特点是土壤排水性不良的内因。比较不同处理土壤总孔隙度变化看出，0～10、20～30 cm土层，深松区分别比对照降低3.97%和11.92%，深翻区分别降低3.16%和4.81%；而深松鼠洞区0～10 cm土层与对照差异不显著，20～30 cm土层降低显著，30～40 cm土层差异不显著。结合自然土壤含水率看出，凡是孔隙度降低的处理土壤含水率均低，表明土壤在干燥收缩是导致土壤孔隙度降低的重要原因。

表4 不同机械化处理土壤总孔隙度及不同孔隙比例

2.4 晒田期土壤水温变化动态

为控制水稻无效分蘖，2017年6月22日于盛期开始排水晒田。6月23日－6月29日土壤水分、温度连续监测结果如图4所示。从图4看出，土壤含水量随晒田天数增加而降低。其中深松区排水效果最佳，从排水后第2天开始土壤水分明显低于其他各处理，并且在在整个晒田期间土壤水分始终处于最低状态；深翻区土壤水分下降也较快，但深松鼠洞处理和旋耕对照区差异不大，直到晒田结束，土壤含水量仍较高。土壤温度与土壤含水量相反，深松土壤温度最高，平均每天比旋耕对照处理高1～2 ℃；深翻对土壤温度也有一定的提高作用，深松鼠洞对土壤温度影响不明显。

图4 不同机械处理土壤水温动态变化

2.5 对土壤有机质和氮素影响

表5是晒田期土壤氮素调查结果，从表5看出，由于深翻将一部分下层瘠薄土壤混入到耕层中，因此深翻区0～10 cm土层土壤有机质、全氮和碱解氮含量均低于对照区，差异不显著，其他处理与旋耕对照差异不显著。从氮素释放强度看，各层土壤以深松区处理土壤氮素释放强度最高。

表5 不同机械处理土壤养分变化

3 讨 论

三江平原属于低平原，地势低、土质黏重、透水性低，经常受涝害威胁，旱田作物产量低而不稳[19]。改为水田可以充分发挥土壤自身的保水性能，趋利避害。但土质黏重也影响土壤气体交换，不利于水稻生长发育[20-22]，及土壤微生物区系组成和微生物活性[23-25]；长期滞水会导致土壤氧化还原电位降低，产生的有毒物质危害水稻生育；高产稻田犁底层土壤透水系数指标为10-4～10-5cm/s、24 h减水深指标为1.5～2.0 cm，水分的渗透有利于水稻根系获得生长所需要的氧分子[26]。水田的犁底层是承载机械行走的基础[27-28]，供试土壤在0～30 cm土层硬度小于1 MPa，表层硬度接近0，即使种植水稻多年也无犁底层形成，造成机械作业困难，降低了机械化作业水平；日本研究认为高产稻田土壤剖面中要有人为形成的犁底层，具有较高的土壤硬度，一般犁底层厚度10～12 cm，硬度要达到2～2.5 MPa是理想稻田犁底层的厚度和硬度[29]。本研究中，深松和深翻处理增加土壤容重、增加硬度效果明显，对于提高土壤承载机械的能力，提高土壤通气、透水性、在浅-湿-干间歇灌溉模式下，促进土壤内部水分下渗、降低土体内含水量，对增强土壤硬化有一定作用。

关于深松、深翻对土壤的影响，在旱田上大量研究结果认为可以降低耕层以下土层土壤容重、硬度，提高土壤孔隙[30-31]，我们课题在水田黑土上研究也得出可以降低犁底层硬度[11,32]，稻麦轮作区对犁底层厚的水田土壤上深松，同样得出可降低犁底层硬度[33]，这些研究与本文并不矛盾，大量研究证实，耕层土壤容重一般为1.1～1.3 g/cm3是最适合作物生长的范围，高于或低于这个范围都不利于作物生长[34-35]。同样的耕作技术在不同的土壤上表现的效果不同。旱田土壤随着长期耕作，会在耕层下形成坚硬的犁底层，一般容重超过1.5 g/cm3，硬度在3 MPa以上，导致作物根系不能下扎，生存空间变小，影响作物正常生长，如白浆土的白浆层容重超过1.5 g/cm3，就是作物生长的障碍土层[36]，还有黑土、黑钙土都会因长期浅耕导致犁底层变硬和增厚[37-38]，深松、深翻都是有效的打破犁底层的耕作方式，降低土壤硬度，提高通透性，黑土老稻田由于犁底层坚硬也适合每2～3年进行深松或深翻一次，但盐化草甸土不适合深翻，会导致耕层土壤盐离子增加，使水稻生长受阻[11]。有些砂质稻田或漏水稻田不适合深耕作业，深耕易造成土壤漏水、漏肥[29]。本文的沼泽土深松30～40 cm，在土壤中每个25 cm宽度会形成1个深松沟，当水田排水晒田时，田面水在水平方向排到沟渠后，土体内部的水分会通过深松沟向下入渗到距地表30～40 cm的位置，上层土壤会很快达到干燥状态，试验中调查也发现深松处理0～30 cm土层在秋季干燥状态时土壤含水量明显低于对照，长期干湿交替有利于这类土壤硬度增加，容重增加，使这类水田不良的物理性质得到改善，向着适合作物生长的条件转变。深松和深翻处理晒田后均可迅速降低土壤水分，提高地温1～2 ℃，有利于土壤微生物活动，促进土壤养分矿化，对于改善土壤供氮能力，提高水稻产量有重要作用。连续2 a深松，可提高水稻产量4.21%～10.46%；深翻虽然在改良低湿土壤不良理化性质方面有一定效果，但短期内效果不明显，与水田黑土或盐化草甸土深翻效果均不一致[11-32]，可能与深翻导致耕层土壤肥力降低有一定关系。深松鼠洞处理对土壤理化性质没有明显影响，与作业机械深松铲间距过宽，不能使土壤通透性得到有效提高、土壤排水效果差有关；另外，水田土壤由于机械搅浆整地，土粒的机械破碎和下移过程会使机械作业形成的大孔洞被土粒回填，形成的孔洞很快恢复原土壤状态，造成改土效果不明显，深松鼠洞技术应在机械作业间距上改变。利用机械耕作改良低湿土壤所需成本低于埋设暗管等的工程排水技术，且便于实施[39]。因此，应该根据土壤的特性选择适合的改土技术，才能达到事半功倍的效果。

三江平原低湿地水田土壤有机质丰富，潜在肥力高，但养分释放缓慢。因此改善土壤排水性对于活化土壤养分有重要意义[40-41]。随气温升高，养分释放速度逐渐增加，在水稻生育后期易出现氮素供应过剩，可能招致水稻后期生长过旺，降低食味和产量[42]，因此，在改良这类土壤的同时也要关注施肥的调整。

4 结 论

在三江平原地区的低洼水田上，深耕可改良这土壤的软、黏、滞、冷凉、有机质分解慢等不良理化性质，且不同机械化深耕技术改土效果不同。

深松改土使土壤向下透水特性得到提高，土壤容重、硬度升高，增强土壤的机械承载能力力，在排水晒田后，土壤温度明显上升，氮素供应强度增加，水稻产量连年增加，增产4.21%～10.46%。深翻也可改善土壤不良理化性质，但效果不如深松明显，且深翻会导致上层土壤肥力降低，水稻产量没有得到提高，在黑土层薄的土壤上深翻应慎重。深松鼠洞对低洼水田改良效果不明显，在深松鼠洞改土技术及机械研发上要进行新的探讨。

[1] 姜秋香，付强，王子龙，等. 三江平原水土资源空间匹配格局[J]. 自然资源学报，2011，26(2)：270－278.

Jiang Qiuxiang, Fu Qiang, Wang Zilong, et al. Spatial matching patterns of land and water resources in Sanjiang plain[J]. Journal of Natural Resources, 2011, 26(2): 270－278. (in Chinese with English abstract)

[2] 赵魁义，娄彦景，胡金明，等. 三江平原湿地生态环境受威胁现状及其保育研究[J]. 自然资源学报，2008，23(5)：790－796.

Zhao Kuiyi, Lou Yanjing, Hu Jinming, et al. A study of current status and conservation of threatened wetland ecological environment in Sanjiang Plain[J]. Journal of Natural Resources, 2008, 23(5): 790－796. (in Chinese with English abstract)

[3] 刘彦随，甘红，张富刚. 中国东北地区农业水土资源匹配格局[J]. 地理学报，2006，61(8)：847－854.

Liu Yansui, Gan Hong, Zhang Fugang. Analysis of the matching patterns of land and water resources in norhteast China[J]. Acta Geographica Sinica, 2006, 61(8): 847－854. (in Chinese with English abstract)

[4] 孟庆英，张春峰，贾会彬，等. 不同机械改土方式对白浆土物理特性及酶活性的影响[J]. 土壤学报，2016，53(2)：552－559.

Meng Qingying, Zhang Chunfeng, Jia Huibin, et al. Effects of mechanical soil amelioration method on physical properties of and enzyme activity in planosol[J]. Acta Pedologica Sinica, 2016, 53(2): 552－559. (in Chinese with English abstract)

[5] 张守金，王学农，袁斌. “以稻治涝”是近期解决三江平原渍涝的好办法[J]. 黑龙江水利科技，1988(2)：16－17.

Zhang Shoujin, Wang Xuenong, Yuan Bin. “Rice for Waterlogging” is the good way to solve the waterlogging of Sanjiang Plain[J]. Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy, 1988(2): 16－17. (in Chinese with English abstract)

[6] 程思顺，黄润哲，李芳. 以稻治涝，以稻致富[J]. 黑龙江水利科技，1998(1)：28－30.

Cheng Sishun, Huang Runzhe, Li Fang. Using rice to govern waterlogging and to become rich[J]. Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy, 1998(1): 28－30. (in Chinese with English abstract)

[7] Oster J D, Frenkel H. The chemistry of the reclamation of sodic soils with gypsum and lime[J]. Soil Science Society of America Journal, 1980, 44(1): 41－45.

[8] Oster J D, Grattan S R. Drainage water reuseI[J]. Rrigation and Drainage Systems, 2002, 16(4): 297－310.

[9] 陆建建. 湿地生态学[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[10] 夏贵菊，何彤慧，于骥，等. 银川平原草甸湿地盐土及其盐分分布特征[J]. 土壤，2016，48(4)：785－792.

Xia Guiju, He Tonghui, Yu Ji, et al. Salt profile distributions of meadow wetland in Yinchuan Plain[J]. Soils, 2016, 48(4): 785－792. (in Chinese with English abstract)

[11] 王秋菊，刘峰，焦峰，等. 盐化草甸土和黑土型水田土壤连续深耕改土效果[J]. 农业工程学报，2017，33(22)：152－158.

Wang Qiuju, Liu Feng, Jiao Feng, et al. Effect on improving mollisol paddy soil and saline meadow soil by continuous deep ploughing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(22): 152－158. (in Chinese with English abstract)

[12] 黑龙江省土地管理局，黑龙江省土壤普查办公室. 黑龙江土壤[M]. 北京：农业出版社，1992.

[13] 黑龙江省统计局. 黑龙江省统计年鉴[M]. 北京：中国统计出版社，2007－2017.

[14] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业出版社，2005：30－165.

[15] 鲁如坤. 土壤农业化学分析[M]. 北京：中国农业科技出版社，1999.

[16] 翁德衡. 土壤物理性测定法[M]. 重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1979.

[17] 杨金玲，张甘霖，李德成，等. 激光法与湿筛-吸管法测定土壤颗粒组成的转换及质地的确定[J]. 土壤学报，2009，46(5)：772－780.

Yang Jinling, Zhang Ganlin, Li Decheng, et al. Relationships of soil particle size distribution between sieve-pipette and laser diffraction methods[J]. Acta Pedologica Sinica, 2009, 46(5): 772－780. (in Chinese with English abstract)

[18] 刘孝义，依艳丽. 土壤物理学基础及其研究法[M]. 沈阳：东北大学出版社，1998.

[19] 何琏. 中国三江平原[M]. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2000.

[20] 龚子同，张效朴. 我国水稻土资源特点及低产水稻土的增产潜力[J]. 农业现代化研究，1988(3)：33－36.

Gong Zitong, Zhang Xiaopu. The characteristics of our country paddy soil resources and potential of low yield paddy soil[J]. Research of Agricultural Modernization, 1988(3): 33－36. (in Chinese with English abstract)

[21] 张琳，张凤荣，姜广辉，等.我国中低产田改造的粮食增产潜力与粮食安全保障[J]. 农业现代化研究，2005，26(1)：22－25.

Zhang Lin, Zhang Fengrong,Jiang Guanghui, et al. Potential improvement of medium low yielded farmland and guarantee of food safety in China[J]. Research of Agricultural Modernization, 2005, 26(1): 22－25. (in Chinese with English abstract)

[22] 刘占军，艾超，徐新朋.低产水稻土改良与管理研究策略[J]. 植物营养与肥料学报，2015，21(2)：509－516.

Liu Zhanjun, Ai Chao, Xu Xinpeng. Research strategy of reclamation and management for low-yield rice paddy soils[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(2): 509－516. (in Chinese with English abstract)

[23] Boehm M J, Wu T, Stone A G, et al. Cross polarized magic-angle spinning13C nuclear magnetic resonance spectroscopic characterization of soil organic matter relative to culturable bacterial species composition and sustained biological control of pythium root rot[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1997, 63: 162－168.

[24] 汤宏，沈健林，张杨珠，等. 秸秆还田与水分管理对稻田土壤微生物量碳、氮及溶解性有机碳、氮的影响[J]. 水土保持学报，2013，27(1)：240－246.

Tang Hong, Shen Jianlin, Zhang Yangzhu, et al. Effect of rice straw incorporation and water management on soil microbial biomass carbon, nitrogen and dissolved organic carbon, nitrogen in a rice paddy field[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(1): 240－246. (in Chinese with English abstract)

[25] 侯翠翠，宋长春，李英臣，等. 不同水分条件沼泽湿地土壤轻组有机碳与微生物活性动态[J]. 中国环境科学，2012，32(1)：113－119.

Hou Cuicui, Song Changchun, Li Yingchen, et al. Light fractions of soil organic carbon and microbial activity dynamics in marshes under different water conditions[J]. China Environmental Science, 2012, 32(1): 113－119. (in Chinese with English abstract)

[26] 李庆逵. 中国水稻土[M]. 北京：科学出版社，1992.

[27] 周卫. 低产水稻土改良与原理[M]. 北京：科学出版社，2015.

[28] 陈溢，郑亭，樊高琼，等. 不同土壤水分条件下拖拉机行走对四川丘陵旱地土壤特性及小麦生长的影响[J]. 水土保持学报，2013，27(6)：147－151.

Chen Yi, Zheng Ting, Fan Gaoqiong, et al. Effects of tractor traffic on soil properties and wheat growth in sichuan hilly areas under different soil moisture content[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(6): 147－151. (in Chinese with English abstract)

[29] 川口桂三郎编，汲惠吉译. 水田土壤学[M]. 北京：农业出版社，1985.

[30] 何鑫. 不同耕作方式对农田黑土理化性质及玉米叶片PSⅡ功能的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2017.

He Xin. Effects of Different Tillage on Physicochemical Properties of Farmland Mollisoil and PSⅡ Function of Maize Leaves[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[31] 宋涛. 耕作及秸秆还田对土壤蓄水能力及春玉米水分利用效率的影响[D]. 沈阳：沈阳农业大学，2016.

Song Tao. The Effect of Tillage and Straw Application on Soil Water and Water Use Efficiency of Spring Maize[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[32] 王秋菊，高中超，张劲松，等. 黑土型稻田连续深耕改善土壤理化性质提高水稻产量[J]. 农业工程学报，2017，33(9)：126－132.

Wang Qiuju, Gao Zhongchao, Zhang Jinsong, et al. Improvement of soil physical and chemical properties and rice yield by continuous deep ploughing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 126－132. (in Chinese with English abstract)

[33] 葛双洋. 水稻土深松对土壤物理性质及小麦生长影响的研究[D]. 南京：南京农业大学，2017.

Ge Shuangyang. Effects of Subsoiling on Paddy Soil Physical Properties and Growth of Wheat[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[34] 曹立为. 耕层深度及土壤容重对大豆生长发育和产量的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2015.

Cao Liwei. The Effect of Topsoil Depth and Bulk Density on Soybean Growth and Yield[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[35] 王加旭. 关中农田土壤物理质量退化特征[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2016.

Wang Jiaxu. Soil Physical Quality Degradation Characteristics in the Guanzhong Farmland[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[36] 朱宝国，张春峰，贾会彬，等. 深翻结合心土与不同改土物料混合改良白浆土的效果[J]. 农业工程学报，2018，34(14)：107－114.

Zhu Baoguo, Zhang Chunfeng, Jia Huibin, et al. Improving effect of planosol by deep tillage combined with subsoil mixed with ameliorative materials[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(14): 107－114. (in Chinese with English abstract)

[37] 王玥凯，郭自春，张中彬，等. 不同耕作方式对砂姜黑土物理性质和玉米生长的影响[J]. 土壤学报，2019[2019-06-18] DOI:10.11766/trxb201902280624.

Wang Yuekai, Guo Zichun, Zhang Zhongbin, et al. Effect of tillage practices on soil physical properties and maize growth in Shajiang black soil (vertisol)[J]. Acta Pedologica Sinica, 2019[2019-06-18], DOI:10.11766/trxb201902280624. (in Chinese with English abstract)

[38] 张薇. 不同耕作与施肥对黑钙土理化性状的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2010.

Zhang Wei. Effects of Tillage and Fertilization on Physical and Chemical Properties of Chernozem[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2010. (in Chinese with English abstract)

[39] 王秋菊，刘峰，常本超，等. 三江平原低湿地水田土壤特性及暗管排水效果[J]. 农业工程学报，2017，33(14)：138－143.

Wang Qiuju, Liu Feng, Chang Benchao, et al. Characteristics of paddy soil and the effect of the underground pipe drainage in Sanjiang Plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14): 138－143. (in Chinese with English abstract)

[40] 古汉虎，向万胜，李玲. 湿地农田低产土壤改良利用研究[J]. 长江流域资源与环境，1997(11)：334－339.

Gu Hanhu, Xiang Wansheng, Li Ling. A study on wetland low-yield soil and its improvement[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 1997(11): 334－339. (in Chinese with English abstract)

[41] 李凯，窦森，张庆联，等. 暗管排水技术及其在苏打盐碱土改良上的应用[J]. 吉林农业科学，2012，37(1)：41－43.

Li Kai, Dou Sen, Zhang Qinglian, et al. Subsurface pipe drainage technology and its application on improvement of soda-saline soil[J]. Journal of Jilin Agricultural Sciences, 2012, 37(1): 41－43. (in Chinese with English abstract)

[42] 王秋菊. 黑龙江地区土壤肥力和积温对水稻产量、品质影响研究[D]. 沈阳：沈阳农业大学，2012.

Wang Qiuju. Effect of Soil Fertility and Temperature on Rice Yield and Quality in Heilongjiang Area[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2012. (in Chinese with English abstract)

Impact of different mechanical soil preparation methods on physical and chemical properties of soil in low-lying paddy fields and rice yield

Wang Qiuju1,2, Jiao Feng3, Han Donglai4, Sui Yugang4, Yang Xingyu4, Wang Xuedong4, Ding Dehui4, Hao Mingjun4, Liu Feng1※

(1.,150086,; 2.150086; 3.163319; 4.859,,155700,)

Located in the east of Heilongjiang Province, the Sanjiang Plain is an alluvial low plain formed by the confluence of Heilongjiang River, Songhuajiang River and Wusulijiang River, and covers a total area of 108 900km2, with 3 667 700 hm2of cultivated area, in which the low-lying wet cultivated land accounts for 63.7%. The low-lying wet cultivated land generally features heavy soil and frequent waterlogging disaster, resulting in dramatic production reduction. In the harvest season, the soil is too wet to cause machinery operation unavailable, resulting in generally "high yield not bumper harvest". Which due to the following three reasons. First, the drying and wetting alternation process of soil after the water falls is slow and it is difficult to form a plough pan due to heavy clay soil, poor drainage property of soil body, and imperfect drainage channel system. The entire soil body is soft and sticky and has a low mechanical bearing capacity, which is bad for field drying and meanwhile impacts the mechanical harvest, and other operations, causing rice mildewed and snow-clad in the field, and other secondary disasters; second, the soil is in the reducing condition for a long term, so it easily generates hydrogen sulfide, and other poisoning substances to harm the rice root system; third, such kind of soil organic matters are generally 50g/kg above, so at the early stage, the soil is cold and stiffen, and the seedlings don't spring up. While at the middle and late growth stage, lodging is always caused to reduce production due to excessive soil nitrogen supply along with the decomposition of soil organic matters. It is extremely urgent to improve the issue of stagnant water in the low-lying wet soil. We took the boggy soil in the Sanjiang Plain as the test soil, and conducted field comparison experiment including the rotary tillage, deep scaification, deep plowing, mouse hole four treatments in 2017 and 2018, and studied the improvement effect of different mechanical soil preparation methods on physical and chemical properties and rice yield of the low-lying paddy field. The results show that the mechanical soil preparation methods of deep scarification and deep plowing can achieve the following: the soil water cut in 0-30 cm soil layer reduces by 10.03%-27.23%, the soil drainage property improves, the soil volume weight increase by 0.05-0.18 g/cm3, increasing degree is 6.60%-16.98%, the hardness rises, and the total pore space decrease by 3.16%-11.92%. While the mouse-hole effect is not obvious; after water drainage and field drying, the soil temperature rises significantly on an average of 1-2 ℃ every day. The effect of deep scarification is better than that of deep plowing, and the nitrogen supply intensity increases; the rice production by deep scarification increases year on year, achieving a significant level, namely, increasing by 4.21% in the 1st year and 10.46% in the 2nd year. While deep plowing generates no impact on the rice production, the rice production shows an increase trend in the 2nd year but the effect is not obvious. As for the mouse-hole, the rice production and contrast ratio in the 1st year and the 2nd year show no significant difference. So the new improvement and discussion is required on the mouse-hole soil improvement technology and machinery research & development.

mechanization; soils; soil preparation; low-lying paddy; boggy soil; physical property of soil; production

王秋菊，焦 峰，韩东来，隋玉刚，杨兴玉，王雪冬，丁德会，郝明俊，刘 峰.机械化整地方式对低洼水田土壤理化性质及水稻产量影响[J]. 农业工程学报，2019，35(18)：70－77.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.009 http://www.tcsae.org

Wang Qiuju, Jiao Feng, Han Donglai, Sui Yugang, Yang Xingyu, Wang Xuedong, Ding Dehui, Hao Mingjun, Liu Feng. Impact of different mechanical soil preparation methods on physical and chemical properties of soil in low-lying paddy fields and rice yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(18): 70－77. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.009 http://www.tcsae.org

2019-02-13

2019-07-08

国家重点研发项目（2017YFD0300502-5）

王秋菊，博士，副研究员，从事土壤改良研究。Email：bqjwang@126.com.

刘 峰，研究员，从事土壤改良研究。Email：liufengjms@163.com.

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.009

S343.2

A

1002-6819(2019)-18-0070-08