深松技术及其对土壤理化性质的影响

霍星辰　杨诗韵　赵鹏飞　潘峰　祝一贺　赵萍

摘要：土壤深松技术具有改善土壤理化性质、促进农作物生长发育、提高作物产量等优点。阐述深松技术的应用现状及深松机具的发展历程，总结深松技术对土壤水分、容重、养分等理化性质及土壤微生物的影响规律，为后续研究奠定基础。

关键词：深松；土壤；影响；水分；容重；养分

中图分类号：S223 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）03-0062-03

1 深松技术的应用发展及研究现状

土壤是作物生长的基础，耕作方法在很大程度上影响其理化性质。人畜踩压及各种农机具压实特别是铧式犁的长期翻耕，致使土壤耕层底部形成坚硬的犁底层，有效耕层变少，不利于作物的生长发育。深松是指超过正常耕层深度的松土作业，但不翻土、不打乱土层，仅破坏坚硬的犁底层，加深耕作层，增加土壤的透气透水及蓄水能力。

土壤深松技术是土壤保护性耕作技术之一，是改善土壤、提高产量的一项根本性现代农业技术。国内外对这一技术都给予了相当的重视。在国外，美国、澳大利亚、英国、以色列和巴基斯坦等国已将深松耕作视为少耕法的重要组成部分并广泛应用。在英国，应用深松耕地的土壤面积占总耕地面积40%以上。在美国，70%以上耕地采用取代铧式犁的少耕、免耕法，其中大部分耕地应用深松改善土壤。20世纪60年代，我国各科研单位才开始相关技术的研究，并已在部分地区进行深松耕作试验，取得了良好效果。目前我国正大力开展保护性耕作技术，深松技术作为其重要组成部分备受重视。

1.1 深松作业的方式

深松技术按作业性质可分为全方位深松技术和局部深松技术2种。全方位深松技术利用深松铲进行全面松土并打破坚硬犁底层，在土壤中切成梯形的截面土垡后铺放回田中，创造出“上虚下实、左右松紧相间隔，紧层下部拥有鼠道”的有利于作物生长的结构土壤层，提高土壤通水透气、储蓄雨水能力，改善土壤耕层特性。局部深松（即行间深松）是利用立柱式深松铲进行间隔松土作业，松土区域与不松土区域相互间隔，使耕层土壤虚实共存，并且深松铲能够打破坚硬犁底层，增加土壤的蓄水能力。

1.2 深松机具的发展历程

伴随着土壤耕作的历史，深松机具的发展分为3个历程。

第一个历程是人们最开始使用的以凿式犁和深松铲为代表的深松机具。它们的使用原理基本相同，都是利用在横垂面内呈竖直安装的刀杆上凿尖或箭式铲松动土层。该类机具现已改进成铲柄与铲头的形式。其工作原理方面的改进则是采用弹性铲柄，以加强碎土作用。凿式铲类深松机具工作时，利用竖直刀杆上的凿尖对土壤施加无侧限挤压作用，进而使土壤得到松碎。但在深层，竖直杆件只压紧土壤并不产生松碎作用，徒耗能量。其工作阻力增加而松土范围却非常有限，松土系数只有0.3左右，并且在松后的土层中留下竖直沟缝，存在跑墒的后患。

第二个历程是20世纪80年代初期，英国人首创斜柱犁，其结构特点是在斜置铲柱的下方装一水平铧。该犁避免了铲柱挤压土层而形成垂直缝隙这一弊端，工作时犁的斜置刀杆扩大了对土壤施加无侧限挤压作用范围，从而获得了较大的松土范围。斜置刀杆与底刀的结合，其结果使土壤产生抬升运动，土壤因受拉伸应力的作用而破碎。因此，在减少阻力和改善土壤松碎效果方面都较前者有实质性的进步。但也有明显的缺点，即作为一种单侧刀的土壤耕作部件而受力不对称。

第三个历程几乎与第二类深松机具同时产生，在20世纪80年代初，前苏联首先将一种梯形框架式的工作部件用于土壤深松，国内将这一深松机称为全方位深松机。该机具深松土壤时，充分利用刃的切割作用对土壤进行刨削式加工，可使松土系数达0.8～0.9，并使土壤因受剪切应力与拉伸应力的作用而破坏，在土层中不产生大空隙，使无用动能消耗降至最小，因而能收到松碎程度好、牵引阻力小的效果，耕后不会在土层中留下垂直缝隙。在20世纪90年代初，由我国自行研制的ISQ—250型全方位深松机克服了前苏联研制的全方位深松机配套动力大、在国内难以推广的缺点，各项指标都达到国际领先水平，且兼有鼠道犁的功能，在适宜的结构参数下在耕层底部形成一纵惯作业行的鼠道。目前，该机具已在我国推广使用。

1.3 深松机具的发展现状

国外从20世纪30年代开始研究深松作业机具，已经形成比较成熟的各种型式配套机具。目前，国外比较新型的深松机具主要有侧弯刀式深松机，振动深松机，深松、整地和播种联合作业机等。法国贝松 HELIOS-LM-900型深松机深松效果均匀，不混乱上下土层结构，并且作业阻力小，牵引动力消耗少，工作效率高。德国的雷肯Labradoi深松机最适合打破犁底层和深松行车道，它可使用2个或3个深松腿，作业深度最高可达到65 cm，能实现最佳深松。由于深松齿可以调整，所以它能调至与任何拖拉机后轮宽度一致，深松行距10～225 cm，配套功率132.3～154.4 kW。

我国对深松机械技术重要性的认识稍晚，从20世纪60年代初才开始进行相应研究。很多科研院所、农场等单位做了大量的研究工作，在深松机具的设计和制造生产方面取得一些进展，目前已通过试验并投入实际生产应用，取得了较好效果。由黑龙江省水利科学研究院研制的多功能振动式土壤改良机，采用自激往复式惯性振动源，开创了我国耕整地机械振动式作业先河。中国农业大学研制生产的“V”形全方位深松机，黑龙江省生产的“L”形全方位深松机和凿齿式全方位深松机是我国常用的全方位深松机。由沈阳农业大学黄毅等设计的深耕合笼施肥机可实现深开沟、化肥深施及起垄整垄联合作业，配合玉米联合收获机作业可实现秸秆深埋还田。

2 深松技术对土壤理化性质的影响

土壤是作物生长的载体，是种植业赖以生存的基础，直接影响作物的生长发育及产量。耕作方式会使土壤理化性质产生不同的变化。大量的研究表明，深松耕作对土壤理化性质有着积极的影响。深松耕作可以打破犁底层、加深耕作层，形成“上虚下实，虚实并存的耕层结构，建立松紧适宜的土壤环境；改善土壤的理化性质，促进农作物的生长发育，并具有一定的蓄水保墒、抗旱防涝、减少水蚀风蚀作用。

2.1 深松对土壤水分的影响

土壤含水量是土壤理化性质中最活跃的因素，对其他性质会产生一定的影响。土壤含水量决定作物对水分利用的难易程度，进而影响作物的生长发育及产量。传统耕作阻断了表层土壤与深层土壤之间空隙的连续性，导致土壤含水量降低，并且土壤各层之间的含水量变化差异较大。深松耕作能增加水分入渗，降低地表径流蒸发，从而提高土壤含水量，增强土壤对干旱的缓冲能力。在具有阻碍根系伸长的坚硬犁底层土壤中，坚硬土壤的低孔隙度限制了水分移动，而深松耕作打破了犁地层，通过提高水分的入渗与贮存来提高作物土壤含水量。总之，深松能打破犁底层，提高土壤的孔隙度，增加土壤含水量和水分渗入深度，将雨水有效储存在土壤中，扩大土壤的水库容。

2.2 深松对土壤容重的影响

土壤容重是反映土壤紧实程度、孔隙状况等结构特征的重要指标，其变化直接或间接影响土壤的水、肥、气、热状况，进而影响作物生长。在土壤质地相似的条件下，容重小表明土壤疏松多孔、结构性良好；反之则表明土壤紧实板硬、缺乏团粒结构。较高的土壤容重是机械化农业生产中一个较严重的问题，对土壤理化特征及作物产量有显著影响。土壤容重增加会降低土壤孔隙度及空隙连续性，破坏土壤结构的均匀性，使土壤水分、养分及氧气的交换值下降，延缓土壤生物过程。耕作是调整土壤结构（紧实度、孔隙度及导水率）最常用的农业措施，能为作物生长创造一个优良的环境。深松耕作能够有效疏松土壤，打破犁底层，改善土壤结构，降低土壤容重。

2.3 深松耕作对土壤养分的影响

耕作方式直接作用于土壤，通过改变土壤结构影响养分转化，进而影响土壤肥力。有机质含量是土壤肥力的重要指标。有机质含量增加，可增强土壤保肥、供肥能力，提高养分有效性。深松能够更好的打破连续多年旋耕形成的坚硬犁底层，形成良好的耕层结构，创造良好的土壤水分及养分条件，明显提高玉米根长、根深及根量，从而增加根系生物量，促进微生物生长发育，通过根系残体的分解增加土壤碳素。深松处理的土壤有机质含量均高于传统耕作处理。大量的研究指出，土壤氮素循环与碳素循环具有极显著的相关关系，全氮含量变化与有机质变化基本一致。与传统耕作相比，深松处理使土壤全N，P，K含量增加。

土壤有效养分是指能够被植物直接吸收利用的养分，其主要来自土壤中各种迟效态养分转化及各种速效养分。迟效态养分转化既受自然条件的影响，也受耕作措施的影响。深松措施可降低土壤容重、改善土壤通透性，促进土壤有机氮的矿化分解，有利于土壤速效氮数量的增加；深松可改善土壤的通透性，创造良好的水分条件，促进土壤缓效态钾的释放，进而提高土壤有效钾的含量；深松可提高土壤pH值，使土壤趋于中性，利于无效磷素有效化。深松利于土壤养分转化和利用，使农作物产量得到一定提高。

2.4 深松耕作对土壤微生物和腐殖质的影响

细菌、放线菌、真菌是土壤微生物的主要组成部分，而耕作方式会不同程度地影响土壤三大微生物的组成。传统的铧式犁耕作使耕地存在坚实的犁底层，导致土壤通透性和蓄水保墒能力降低，影响微生物生存与繁衍。研究表明，深松可以增加土壤含氧量、有机碳含量，扩大耕层深度，改善土壤结构，利于土壤的气体交换，进而促进好氧性微生物活化和矿物质分解。土壤细菌、放线菌数量的增加，有利于改善深层土壤的微生态环境，实现微生物的多样性，促进土壤腐殖化。

3 结语

在现代农业生产中，土壤深松技术越来越受到重视，深受大量农民的认可，并在政府的大力推广与支持下，得到了迅猛发展与广泛应用。深松技术的实质是耕作松碎土壤而不翻土，打破深层土壤因多年农业机具耕作形成的犁底层，加深耕作层。深松可以增加土壤含水量，降低土壤容重，创造良好的土壤养分条件，且可节本增效、保护环境，在农业耕作技术中占据越来越重要的位置。