广东省4地高产水田土壤物理特征研究

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4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、MATLAB拟合VG模型参数，探究其土壤物理特征。结果表明，4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40.50%、25.17%，1.24 g/cm3、1.57 g/cm3和51.79%、39.04%。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。VG模型参数n值、黏粒含量均值为犁底层（1.333、9.01%）＞耕作层（1.274、5.14%），n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 S152 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）06-0061-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.06.017

Study on Soil Physical Characteristics of 4 High Yield Paddy Fields in Guangdong Province

YAN Lin－yuan， XU Ruo－yi， LI Jia－yin et al

（Zhongkai College of Agricultural Engineering， Guangzhou， Guangdong 510225）

Abstract In order to better serve the construction needs of reclaiming paddy fields in Guangdong Province. The soil physical index detection and variance analysis were carried out for the samples of plough layer and plow bottom collected from four high－yield paddy fields in Boluo County， Huidong County， Renhua County and Yingde City in Guangdong Province. MATLAB fitted the parameters of the VG model to explore its soil physical characteristics.The results showed that the average values of saturated water content， bulk density and total porosity of the plough layer and plow bottom layer of the four plots were 40.50%， 25.17%;1.24 g/cm3， 1.57 g/cm3;51.79%， 39.04%， respectively. The bulk density of the tillage layer has a very significant positive correlation with the sand content， and a significant negative correlation with the silt and clay content.The mean values of the VG model parameter n and clay content were the plow layer （1.333， 9.01%） > the tillage layer （1.274， 5.14%）， and the n increased with the increase of the clay content.

Key words High yield paddy field;Soil physical characteristics;Moisture characteristic curve

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［1］。水稻（Oryza sativa L.）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［2-3］。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［4］。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1.06～1.21和1.36～1.64 g/cm3［3］。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［5-8］。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［9］。

《广东省垦造水田三年行动方案（2021—2023年）》按照“占优补优、占水田补水田”要求，到2023年，全省至少完成垦造水田1万hm2，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［10］。第三次全国国土调查主要数据表明，博罗县水田1 993.33 hm2，占耕地67.51%；惠东县水田2 106.67 hm2，占耕地87.49%；仁化县耕水田9 640 hm2，占耕地94.22%；而清远市水田13.22万hm2，占耕地75.30%，英德市、连州市和阳山县3个县（市）耕地面积较大，占全市耕地的65.87%。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4个地区的水田面积均在50%以上，其中2021年度全省垦造水田计划的最低要求为惠州市80 hm2、韶关市80 hm2以及清远市206.67 hm2，共计366.67 hm2，占全省水田垦造计划的11%。该试验选取以上4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。

1 材料与方法

1.1 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4个地区（图1）。

1.2 试验方法

以2018年的耕地质量等别中的高产水田数据库为依据，在4个县级行政区布设3个调查样点（表1）。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3个环刀，并取耕作层与犁底层散土样品各1 kg，用密封袋装好并做好样品标识。

1.3 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［11-13］。

式中，θ为体积含水率，cm3/cm3;θr为残留含水率，cm3/cm3；θs为饱和含水率，cm3/cm3；h为负压，cmH2O;a、n和m为经验拟合参数，m=1-1/n。

1.4 统计分析

采用Microsoft Office Excel 2013对取样数据进行整理，使用IBM SPSS Statistics 26.0进行描述性统计、方差分析以及相关性分析，使用SigmaPlot 10.0绘图，采用Matlab 2018b调用非曲线拟合函数lsqcurefit，并计算VG模型参数。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性状分析

2.1.1 土壤饱和含水量。

由图2可知，所选取的4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，4处样地土壤饱和含水量在28.21%～50.22%，均值为40.50%，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28.11%，显著低于另外3个调查样地，饱和含水量最高的是仁化县，达到50.22%。犁底层中，4处样地土壤饱和含水量在23.33%～26.56%，均值为25.17%；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23.33%；仁化县饱和含水量最高，为26.56%。

2.1.2 土壤容重。

由图3可知，所选取的4个样地的犁底层土壤容重显著高于耕作层。耕作层中，4处样地间的耕作层土壤容重为1.09～1.45 g/cm3，均值为1.24 g/cm3，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1.09 g/cm3，最高的惠东县为1.45 g/cm3，二者之间差异性显著（P＜0.05）。犁底层中，4处样地间的犁底层土壤容重在1.55～1.61 g/cm3，均值为1.57 g/cm3，样地间差异性不显著，其中土壤容重最高的博罗县为1.61 g/cm3。

2.1.3 土壤总孔隙度。

由图4可知，所选取的4个样地的耕作层土壤总孔隙度显著高于犁底层。耕作层中，4处样地土壤总孔隙度为43.76%～57.72%，均值为51.79%，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57.72%，最低的惠东县为43.76%；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，4处样地土壤总孔隙度在36.80%～41.22%，均值为39.04%，表现为惠东县＞博罗县＞仁化县＞英德市，最高的惠东县为41.22%，最低的英德市为36.80%，4处样地犁底层土壤总孔隙度差异不显著（P＞0.05）。

2.1.4 土壤机械组成。

由图5可知，耕作层中，4处样地黏粒含量为3.50%～6.67%，平均值5.14%，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6.67%，最低的英德市为3.50%。犁底层中，4处样地黏粒含量在5.60%～9.36%，平均值9.01%，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9.36%，最低的英德市为5.60%；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（P＞0.05），其余3处样地均表现为差异性显著（P＜0.05）。

由图6可知，耕作层中，4处样地粉粒含量为30.81%～44.31%，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44.31%，最低的惠东县为30.81%。犁底层中，4处样地粉粒含量在43.68%～51.21%，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51.21%，最低的惠东县为43.68%；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（P＞0.05），惠东县、英德市耕作层与犁底层黏粒含量差异性显著（P＜0.05）。

由图7可知，耕作层中，4处样地砂粒含量49.51%～58.35%，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58.35%，最低的仁化县为49.51%。犁底层中，4处样地砂粒含量在40.77%～47.22%，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47.22%，最低的博罗县为40.77%。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（P＞0.05），博罗县、英德市耕作层与犁底层砂粒含量差异性显著（P＜0.05）。

按照国际制土壤质地分类［13］对4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2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（P<0.05）、极显著负相关（P<0.01）以及极显著正相关（P<0.01）；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（P<0.05）以及极弱相关。