不同机械化整地技术对稻田土壤理化性质和水稻产量的影响

摘要 [目的]了解不同机械化整地技术对稻田土壤理化性状和水稻产量的影响，为机械化技术模式的推广和开发新型农业机械提供参考。[方法]2017—2019年在安徽省肥東县进行田间试验，比较3种不同机械化整地方式旋耕（处理①）、深松（处理②）、深翻（处理③）对稻田0～10、10～20、20～30 cm土层土壤理化性质和水稻产量的影响。[结果]与处理①相比，处理②和③在0～20 cm土层可导致土壤含水率降低9.67%～26.79%，土壤容重增加0.08～0.16 g/cm3，且差异达到显著水平，土壤透气性有所提高，土壤孔隙度降低3.05%～11.67%;各土层总体表现出有机碳、全氮和碱解氮含量均逐渐降低，0～10 cm土层的有机质、全氮和碱解氮含量均低于处理①;处理②条件下水稻产量2年持续增加，第1、2年分别增产4.91%和9.54%，处理③对水稻产量影响较小，仅在第2年呈现出增长的趋势，但是差异不显著。[结论]深松可以提高稻田土壤向下的透水性和容重，对土壤有机质和氮素影响较小，可连年增加水稻产量。深翻虽然也可以改善土壤的理化性质，但是效果较深松处理差，且会降低上层土壤肥力，水稻产量增加不明显。

关键词 机械化;整地技术;水稻;土壤;理化性质;产量

中图分类号 S 28  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）14-0200-03

Abstract [Objective] To understand the effects of different mechanized soil preparation technologies on the physical and chemical properties of paddy soil and rice yield， and to provide references for the promotion of mechanized technology models and the development of new agricultural machinery.[Method]Field trials were carried out in Feidong County， Anhui Province from 2017 to 2019. Three different mechanized land preparation methods were compared with rotary tillage （treatment ①）， subsoiling （treatment ②） and deep plowing （treatment ③） on rice fields of 0-10，10-20，20-30 cm soil physical and chemical properties and the influence of rice yield.[Result]Compared with treatment ①， treatments ② and ③ in the 0-20 cm soil layer can reduce the soil moisture content by 9.67% to 26.79%，soil bulk density increased by 0.08-0.16 g/cm3， and the difference reached a significant level， soil air permeability was improved， and soil porosity decreased by 3.05%-11.67%，the overall soil layers showed that the contents of organic carbon， total nitrogen and alkali hydrolyzed nitrogen gradually decreased， and the contents of organic matter， total nitrogen and alkali hydrolyzed nitrogen in the 0-10 cm soil layer were all lower than treatment ①;under the condition of treatment ②， the rice yield increased continuously for 2 years， and the yield increased by 4.91% and 9.54% in the first and second years respectively. Treatment ③ had little effect on rice yield， and showed an increasing trend only in the second year， but the difference was not significant.[Conclusion]Subsoiling can increase the downward water permeability and bulk density of the paddy soil， and has little effect on soil organic matter and nitrogen， and can increase rice yield year after year.Although deep plowing can also improve the physical and chemical properties of the soil， it is less effective than deep loosening， and will reduce the fertility of the upper soil， and the increase in rice yield is not obvious.

Key words Mechanization;Land preparation technology;Rice;Soil;Physical and chemical properties;Yield

作者简介 周秀梅（1976—），女，安徽合肥人，工程师，从事农业机械监管、农业机械新技术推广等工作。

收稿日期 2021-01-27

自十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念以来，全国各地都坚定了走绿色发展的道路。农业要以绿色发展作为引领，实现高产、高效、优质、安全和生态的发展目标，并构建环境友好型、资源节约型的高效生产模式[1]。随着信息化、农业现代化和城镇化的快速发展，农业机械化也得到了迅速发展，机械化整地作业已逐渐成为重要的农业生产方式[2]。但是，应用机械化技术必然会对土壤理化性质和作物产量等产生不同程度的影响。王秋菊等[3]研究指出，深松和深翻机械整地可以使0～30 cm土层土壤含水率降幅高达10%～27%，同时可提高土壤透水性、土壤容重、土壤硬度，降低土壤总孔隙。丁文芹等[4]研究表明，单螺旋耕作施肥机可以明显改善0～30 cm土壤紧实度、总容重、孔隙度。李毅杰等[5]研究指出，在采用大型收获机械进行甘蔗生产时，机械碾压土壤后增加了土壤紧实度，限制了甘蔗的根系生长，进而对植株的生长产生严重影响。

安徽省是我国粮食主产省，农作物种植面积常年超过850 hm2，且水稻和小麦的播种面积居于前2位，超过农作物播种总面积的50%[6]。随着农业现代化发展进程的推进，如何设计新型的农业机械，并推动农业机械与农艺的融合发展变得尤为重要。因此，该研究结合机械化整地作业的需求，比较不同机械化整地技术对稻田土壤理化性质和水稻产量的影响，为机械化技术模式的推广和开发新型农业机械提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

试验水稻品种为C两优华占。试验于2017年开始在安徽省肥东县实施，供试土壤为水稻土，前茬为玉米。土壤理化性质：有机质含量20.12 g/kg、全氮含量1.02 g/kg、有效磷含量8.46 mg/kg、速效钾含量122.87 mg/kg、pH 7.13。

1.2 试验设计

试验共设置3个处理，处理①：旋耕，比较适宜在玉米秸秆粉碎离田的地块作业。选用灭茬旋耕起垄作业机进行作业，灭茬深度保持在8 cm左右，旋耕深度保持在10～15 cm，起垄高度保持在16～20 cm;旋耕2遍，使土块均匀。将处理①作为对照（CK）。处理②：深松，实现秸秆粉碎全部还田。用玉米联合收获机将玉米秸秆粉碎并还田，若未达到标准再用秸秆粉碎机进行二次粉碎还田，留茬高度不可超过10 cm，粉碎长度不可超过10 cm，秸秆撕裂后抛洒至地表，不可成堆;选用深松机进行中耕深松作业，保持深松深度35～40 cm;深松作业前旋耕2遍，使土块均匀后再进行深松。处理③：深翻，实现秸秆粉碎全部还田。用玉米联合收获机将玉米秸秆粉碎并还田，若未达到标准再用秸秆粉碎机进行二次粉碎还田，留茬高度不可超过10 cm，粉碎长度不可超过10 cm，秸秆撕裂后抛洒至地表，不可成堆;选用液压翻转犁进行深翻作业，翻深25～30 cm，秸秆埋置地下25 cm，扣垡要严密整齐;选用重耙进行耙捞，耙地时要保持与耕向有一定角度，耙深控制在10～15 cm;深翻作业后旋耕2遍，使土块均匀后再进行深松。

小区面积360 m2（15 m×24 m），试验重复3次，根据机械作业幅度的大小适当调整宽度。水稻于2018年5月12日播种，6月10日移栽，10月3日收获。试验区灌排系统较为完善，施肥管理一致，供试肥料为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）、氯化钾（K2O 60%），各处理N、P、K肥施用量分别为210、75、120 kg/hm2，其中，P、K肥各处理均全部基施，N肥各处理均按照分蘖肥∶返青肥∶穗肥4∶3∶3施入。其他管理措施各处理在水稻生育期内保持一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤理化性质测定。于2018年9月水稻收获前土壤取样，采集土层包括0～10、10～20和20～30 cm。测定指标包括土壤含水率、容重、通气系数、饱和透水系数、孔隙度、有机质、全氮、碱解氮。

1.3.2 水稻产量测定。全区实收，统计水稻产量。

1.4 数据分析

采用Excel 2010对试验数据进行统计分析，并利用SPSS 20.0 软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同机械化整地技术对稻田土壤物理性质的影响

由表1可知，在含水率方面，0～10 cm土层，处理②、③分别较处理①降低10.07%和9.67%，各处理间差异显著;10～20 cm土层，处理②、③分别较处理①降低26.79% 和13.47%，各处理间差异显著;20～30 cm土层，各处理间差异不显著。

土壤容重方面，处理②、③在各土层均为增加，0～10 cm土层分别较处理①增加0.08、0.16 g/cm3，增加比例分別为7.48%、14.95%;10～20 cm土层，处理②、③分别较处理①增加0.09、0.13 g/cm3，增加比例分别为8.41%、12.15%;20～30 cm土层，处理②、③均较处理①有所增加，但各处理间差异不显著。

土壤的通气性和透水性方面，处理①、②、③对各土层土壤的通气性和透水性产生的影响较小，但处理②可不同程度提高深层土壤的通气性和透水性。

土壤孔隙方面，在0～10、10～20 cm土层，处理②较处理①分别降低3.89%和11.67%，处理③较处理①分别降低3.05%和4.13%;20～30 cm土层，3个处理的孔隙度较为接近，差异不显著。结合土壤含水率可以看出，孔隙度较低的处理含水率也较低，这可以说明土壤干燥收缩是引起孔隙度降低的重要原因。

2.2 不同机械化整地技术对稻田土壤有机质和氮素的影响

由表2可知，各土层总体表现出0～10、10～20、20～30 cm的有机质、全氮和碱解氮含量逐渐降低。由于处理③将部分下层的瘠薄土壤混至耕层，因此在0～10 cm土层的全氮和碱解氮含量均低于处理①，但差异不显著，处理②与处理①相比差异也不显著。

2.3 不同机械化整地技术对水稻产量的影响

由表3可知，2018、2019年连续2年各处理条件下水稻产量排序为处理②>处理③>处理①，均以处理②最高。其中，处理②较处理①分别增产4.91%和9.54%，且2019年的差异达到显著水平;处理③较处理①分别增产0.36%和4.39%，但差异均未达到显著水平。

3 讨论与结论

关于旋耕、深松、深翻对土壤理化性状影响的研究较多，且大量研究表明以上整地方式会降低耕层以下土壤的硬度和容重[7]，并提高孔隙度[8-9]。当耕层的土壤容重为1.0～1.3 g/cm3时较适合作物生长，低于或高于这个范围均会对作物生长产生不利影响[10-11]。同种整地技术在不同土壤上的效果也不同，周鹏翀等[12]研究指出，随着耕作年限的延长，旱田土壤会在耕层下形成坚硬的犁地层，且容重大于1.5 g/cm3、硬度超過 3 MPa，致使作物根系无法下扎，减小了作物的生存空间，对作物的生长发育产生严重影响。而黑钙土会因为长期浅耕作业导致犁地层增厚[13]，深松、深翻整地方式可以打破犁地层，降低土壤的硬度和提高土壤的通透性[14]。还有研究指出，盐化草甸土不可进行深翻作业，会增加耕层土壤的盐离子水平，阻碍水稻生长[15]。漏水稻田和砂质稻田不适合采用深耕作业，容易导致土壤漏肥和漏水[16]。

该研究结果表明，与旋耕（处理①）相比，深松（处理②）和深翻（处理③）在0～20 cm土层可导致土壤含水率降低9.67%～26.79%，土壤容重增加0.08～0.16 g/cm3，且差异达到显著水平，土壤透气性有所提高，土壤孔隙度降低3.05%～11.67%;各土层总体表现出有机质、全氮和碱解氮含量均逐渐降低，0～10 cm土层的有机质、全氮和碱解氮含量均低于旋耕;深松（处理②）条件下水稻产量2年持续增加，第1、2年分别增产4.91%和9.54%，处理③对水稻产量影响较小，仅在第2年呈现出增长的趋势，但是差异不显著。由此可见，相对于旋耕作业而言，深松、深翻作业均可以增加土壤的容重，提高土壤的通气性和透光性，可以促进土壤水分下渗，有利于增强土壤的硬化。研究过程中还发现，在0～20 cm土层，深松作业在秋季土壤含水量明显低于旋耕作业的土壤，有利于增加土壤的容重，可以改善土壤的物理性质，连续2年深松作业水稻产量提高了4.91%～9.54%;深翻作业也可以改良土壤的理化性质，但是在连续2年试验期间的效果不明显，这可能是由于深翻作业降低了耕层土壤的肥力导致的。因此，要根据土壤特性来选用适宜的机械化整地技术，以达到事半功倍的效果。

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