崔烜瑋 何進(jìn)宇 楊佳鶴 劉飛楊 楊艷 馬巧梅

崔烜瑋，何進(jìn)宇，楊佳鶴，等. 粉壟耕作對(duì)作物生境、產(chǎn)量及品質(zhì)影響研究現(xiàn)狀與展望［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（7）：10-16.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.07.002

（1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021； 2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，寧夏銀川 750021；3.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，寧夏銀川 750021）

摘要：土壤耕層變淺、土壤結(jié)構(gòu)愈發(fā)密實(shí)、孔隙連通效果變差等因素是制約土地質(zhì)量和作物產(chǎn)量品質(zhì)的一大掣肘。粉壟耕作技術(shù)可以改善土壤環(huán)境，提升作物生長(zhǎng)發(fā)育水平，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提質(zhì)。綜述粉壟耕作對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分、土壤鹽分、微生物多樣性和作物產(chǎn)量品質(zhì)的影響，以及與其他農(nóng)藝措施融合的研究進(jìn)展。粉壟耕作能夠有效降低耕作層土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤含水量和儲(chǔ)水能力，增強(qiáng)水分入滲并減少地表徑流，從而加強(qiáng)土壤抗旱能力；粉壟耕作可以擴(kuò)大土壤儲(chǔ)肥空間，綜合養(yǎng)分含量得到提高，土壤養(yǎng)分相比旋耕更能有效被利用，且該耕作方式能加速淋洗鹽效果，提供更適宜的土壤環(huán)境，促進(jìn)土壤微生物的繁殖和活動(dòng)。粉壟耕作對(duì)甘蔗、玉米、馬鈴薯等作物生育情況有著顯著的提升，可以增強(qiáng)作物對(duì)水肥的吸收利用效率，使得作物往往表現(xiàn)出長(zhǎng)勢(shì)迅速、果實(shí)優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)。此外，粉壟耕作與地膜覆蓋、間作和開溝排水等農(nóng)藝措施融合，更利于解決干旱、低效、農(nóng)田淹水等問題。目前粉壟耕作在多個(gè)地區(qū)已取得良好的試驗(yàn)結(jié)果，但成本大、能耗高，不適用于濕土、軟土、沙土以及存在地下水污染風(fēng)險(xiǎn)等問題，仍亟待學(xué)者們進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞：粉壟；土壤物理性質(zhì)；土壤鹽分；土壤微生物多樣性；土壤養(yǎng)分

中圖分類號(hào)：S341.1；S152? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1002-1302（2024）07-0010-07

土壤是糧食生產(chǎn)的載體，對(duì)土地進(jìn)行合理耕作，能明顯改變土壤結(jié)構(gòu)，優(yōu)化土壤環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提質(zhì)的重要手段［1］。我國(guó)的耕作方式常見有翻耕、免耕、旋耕等，這些耕作方式的長(zhǎng)期應(yīng)用導(dǎo)致土壤耕層變淺、結(jié)構(gòu)密實(shí)以及物理性質(zhì)惡化，進(jìn)而使水分入滲和作物根系生長(zhǎng)受阻；不僅作物難以吸收水分養(yǎng)料，且由于水肥富集于表層土壤，易受到水土流失和蒸發(fā)作用的強(qiáng)烈影響，還會(huì)出現(xiàn)土壤蓄水保肥能力嚴(yán)重下降的問題［2-4］。韋本輝在木薯增產(chǎn)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)疏松土壤條件下種植的木薯的產(chǎn)量明顯優(yōu)于土壤板結(jié)和表皮結(jié)膜條件下種植的木薯的產(chǎn)量，說明改變現(xiàn)有農(nóng)田耕層淺、土壤板結(jié)的狀況是提高作物產(chǎn)量的有效途徑，在此理論基礎(chǔ)上，韋本輝團(tuán)隊(duì)經(jīng)過眾多大田試驗(yàn)以及對(duì)市場(chǎng)耕作機(jī)械的調(diào)研后，于2008年開始自主研發(fā)粉壟技術(shù)及其專用機(jī)械［5］。韋本輝在2009年、2010年將粉壟技術(shù)應(yīng)用于淮山藥、木薯、花生、大豆、玉米、紅薯等作物的種植，發(fā)現(xiàn)作物均表現(xiàn)出根系發(fā)達(dá)、植株健壯的特點(diǎn)，產(chǎn)量也均獲大幅提高［6］。之后，韋本輝等又對(duì)粉壟甘蔗、粉壟水稻的產(chǎn)量品質(zhì)及土壤環(huán)境進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)粉壟耕作不僅能加厚耕作層，打通上下毛管聯(lián)系，促進(jìn)水分、溶質(zhì)運(yùn)移，提高土壤保水、保肥、淋洗鹽能力，還能促進(jìn)植株根系的生長(zhǎng)發(fā)育，為作物增產(chǎn)提質(zhì)創(chuàng)造條件［7-9］。本研究通過針對(duì)粉壟耕作對(duì)土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律、養(yǎng)分遷移變化、生物多樣性影響的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，從中發(fā)現(xiàn)粉壟耕作技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用前景，進(jìn)而為不同地區(qū)未來深入開展農(nóng)作物粉壟耕作提供理論依據(jù)。

1 粉壟耕作對(duì)土壤環(huán)境的影響

土壤是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，而耕作是改變土壤理化性質(zhì)的手段。通過合理的耕作措施，可以有效改善土壤的水分、養(yǎng)分、氣體和熱量條件，從而提升土壤肥力，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)和提質(zhì)的效果［10］。粉壟耕作技術(shù)通過其特點(diǎn)，對(duì)土壤物理性質(zhì)、養(yǎng)分狀況、鹽分運(yùn)移及生物多樣性產(chǎn)生較顯著的影響。

1.1 粉壟耕作對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

粉壟耕作依靠其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的雙向刀頭，快速切割粉碎土壤，使其粉化，首先影響土壤的物理性質(zhì)，許多學(xué)者針對(duì)粉壟耕作對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響進(jìn)行研究。為達(dá)到維護(hù)土壤結(jié)構(gòu)和保持土壤肥力的目的，很多農(nóng)民采用免耕技術(shù)，但吳建富等認(rèn)為，短期內(nèi)采用免耕措施確實(shí)可以改善土壤的物理性質(zhì)，但隨著連續(xù)免耕時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤理化性質(zhì)會(huì)逐漸變劣，土壤養(yǎng)分易富集于表層，影響作物正常生長(zhǎng)［11］。另外，農(nóng)民常用的淺旋耕方式同樣存在類似的問題。首先，土壤犁底層上移，耕層土壤變淺，使得根系無法充分扎根，影響作物的水分吸收能力和營(yíng)養(yǎng)攝取能力；其次，深層土壤逐漸變得密實(shí)，導(dǎo)致土壤的滲透能力和通氣性能下降，影響土壤的水分入滲和氣體交換；最后，最重要的是長(zhǎng)期淺旋耕會(huì)削弱土壤的保水保肥能力，導(dǎo)致土壤水分和養(yǎng)分流失，使土壤肥力逐漸減弱［12］。

1.1.1 粉壟對(duì)土壤容重、孔隙度的影響

土壤容重、孔隙度是土壤重要的物理指標(biāo)，對(duì)土壤的水-肥-氣-熱交換及作物汲取水分與養(yǎng)分至關(guān)重要，主要與土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)。一般而言，相同性質(zhì)的土壤容重越小，則孔隙越發(fā)達(dá)，土壤越疏松，為作物生長(zhǎng)與微生物活動(dòng)提供有利條件。土壤是由固、液、氣3相物質(zhì)組成，3相組成的變化對(duì)土壤肥力的高低具有直接的影響。陶星安等認(rèn)為，粉壟耕作重新分配了土壤中氣-液-固3相的占比，使得土壤結(jié)構(gòu)指數(shù)升高和3相結(jié)構(gòu)距離降低，令耕層土壤結(jié)構(gòu)趨向于理想狀態(tài)［13］；楊博等通過比較傳統(tǒng)耕作和粉壟耕作，發(fā)現(xiàn)粉壟可打破土壤犁底層，使更深處的土壤被外力作用打散、重組，進(jìn)而改善耕作層深度的土壤結(jié)構(gòu)，起到顯著降低土壤容重，增大土壤孔隙度的作用［14］；熊梓沁等認(rèn)為，不同深度的粉壟耕作處理均比常規(guī)旋耕處理更能有效降低土壤容重，提高土壤孔隙度，改善土壤耕層結(jié)構(gòu)［15］；何進(jìn)宇等也對(duì)不同深度、不同耕作方式土壤進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)旋耕相比，粉壟耕作能夠有效降低土壤容重并提高土壤孔隙度［16］。

1.1.2 粉壟對(duì)土壤水分狀況的影響

水分對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，其中土壤水分是作物水分的主要來源。蔣發(fā)輝等認(rèn)為，粉壟耕作能夠有效調(diào)節(jié)土壤水分的傳輸和蓄存過程，可以加快水分運(yùn)移，增大土壤的儲(chǔ)水量，這有助于抵御土壤區(qū)頻發(fā)的季節(jié)性干旱［17］；楊永輝等通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)深松耕作可以提高土壤的水分下滲速度，高于常規(guī)耕作方式［18］；馬強(qiáng)等對(duì)田間土壤水分滲透速度進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)深松耕作可以顯著提升土壤的入滲能力［19］；張玉嬌等也指出，粉壟耕作可有效提高土壤含水量，增強(qiáng)土壤儲(chǔ)水能力，從而加強(qiáng)土壤的抗旱能力［20-23］。

土壤持水能力由土壤顆粒與水分子間的作用力以及土壤毛管力所決定，受多個(gè)因素影響，其中土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量和毛細(xì)管孔隙數(shù)量是主要影響因素［24］。相較于傳統(tǒng)犁地和常規(guī)旋耕，粉壟耕作能粉碎較深處密實(shí)的土壤，并將下層土壤與上層土壤充分混合，完成對(duì)土壤顆粒的分散、破碎和重新組合。在此過程中土壤毛管重新形成，毛管半徑也處于合適的范圍，在毛管中可供懸著的水量增加，進(jìn)而土壤持水能力得到增強(qiáng)。此外，粉壟耕作還能擴(kuò)大土壤的儲(chǔ)水空間，與淺層土壤相比，大氣蒸發(fā)對(duì)深層土壤影響較小，多余的水分可以更好地保存在土壤中，這對(duì)作物在干旱期的水分汲取十分重要。甘秀芹等認(rèn)為，粉壟耕作能改善土壤的滲透性，提高土壤對(duì)深層水分的調(diào)蓄能力［25］。這種改善主要是通過使用垂直螺旋鉆頭深入作用于土壤，使土壤顆粒得到細(xì)碎，土壤結(jié)構(gòu)得到重組而實(shí)現(xiàn)，且粉壟耕作后的土表一般呈粗糙狀，這在降水時(shí)能減少地表徑流的形成，使更多的水流滲入土壤。

1.1.3 粉壟耕作對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)聚體是土壤中儲(chǔ)存養(yǎng)分的重要部分，對(duì)土壤的供肥能力具有直接影響。耕層中不同粒徑級(jí)別的土壤團(tuán)聚體數(shù)量是評(píng)估土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，它們直接或間接反映土壤理化性質(zhì)的優(yōu)劣程度。王彩霞等認(rèn)為，旋耕比傳統(tǒng)農(nóng)作和免耕能夠增加特征微團(tuán)聚體的數(shù)量，同時(shí)可以增加較大顆粒的特征微團(tuán)聚體的有機(jī)碳和全氮含量［26］；張祥彩等認(rèn)為，深松能夠明顯增加土壤中粒徑大于0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量［27］；陳仕林等認(rèn)為，粉壟耕作下土壤團(tuán)聚體的平均質(zhì)量直徑和平均幾何直徑明顯高于常規(guī)耕作，說明粉壟耕作后土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和土壤的抗侵蝕能力更強(qiáng)［28］；王世佳等認(rèn)為，粉壟耕作后的土壤顆粒變得光滑細(xì)小，排列變得緊密，這使土壤中形成了更多0.25～1.00 mm粒徑的機(jī)械性團(tuán)聚體［29］。不同耕作方式一定有著不同土壤團(tuán)聚體形成的機(jī)制，也存在土壤團(tuán)聚體數(shù)量分布的差異性，但現(xiàn)有研究在這些方面還比較空白。

1.2 粉壟耕作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

粉壟耕作對(duì)土壤擾動(dòng)程度較大，能使上下層土壤進(jìn)行充分的交換與混合，進(jìn)而較大地改變了養(yǎng)分在土壤中的分布。靳曉敏等認(rèn)為，粉壟耕作下土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的含量比增加［30］；Wei等對(duì)粉壟耕作處理后的稻田進(jìn)行土壤理化性狀測(cè)定，發(fā)現(xiàn)土壤中所有養(yǎng)分的含量明顯增加［31］；蔣發(fā)輝等認(rèn)為，不同深度的粉壟耕作均可顯著增加土壤中的全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量［32］；聶勝委等認(rèn)為，粉壟耕作可以顯著提高潮土的速效鉀含量和砂姜黑土的有效磷含量［33］?？梢?，粉壟耕作可使土壤密度下降、團(tuán)聚體數(shù)量增加，擴(kuò)大土壤儲(chǔ)肥空間，這正是土壤養(yǎng)分含量高于旋耕的原因之一。鄭佳舜等認(rèn)為，與常規(guī)耕作相比，不同施肥處理下的粉壟耕作均使水稻全生育期內(nèi)的土壤總有機(jī)碳含量減少，但是下層土壤較上層土壤的總有機(jī)碳含量降低率均低于常規(guī)耕作［34］。這與其他學(xué)者的研究結(jié)論有些許差異，造成此差異的原因可能是粉壟耕作下的不同作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收能力不同，且不同的土壤質(zhì)地也使得有機(jī)碳分布和有機(jī)碳下滲速率出現(xiàn)差異，這又導(dǎo)致根系對(duì)養(yǎng)分的吸收速率存在變化。

另外，粉壟耕作既可以使上下層土壤交換混合，又可以提高水分的入滲速率，這就使得施于土表的肥料在耕作過程中更易被帶至下層土壤，且水溶性養(yǎng)料也會(huì)隨水分流至下層土壤，便于作物根系充分吸收；而常規(guī)旋耕由于耕作深度淺，下層土壤相對(duì)密實(shí)，所以養(yǎng)分富集于表層土壤，難被較深處作物的根系吸收?？傮w而言，在坡耕地等容易發(fā)生侵蝕的土壤區(qū)，粉壟耕作使水肥養(yǎng)分存儲(chǔ)于下層土壤中，可以減少水土流失，使得土壤養(yǎng)分相比旋耕更能有效被利用［35］。

1.3 粉壟耕作對(duì)土壤鹽分的影響

土壤鹽分脅迫是導(dǎo)致干旱地區(qū)作物生產(chǎn)力下降和環(huán)境污染的主要原因之一［36］。適用的耕作措施可以為作物提供適宜的生長(zhǎng)微環(huán)境，降低耕層土壤的鹽分含量，從一定程度上減輕土壤的鹽堿化問題［37-38］ 。周慧等認(rèn)為，土壤氨揮發(fā)總量隨著土壤鹽漬化程度的提高而增加，環(huán)境污染也會(huì)隨之加?。?9］；Ding等認(rèn)為，深耕結(jié)合蚯蚓糞的處理相比于免耕和未施用改良劑的土壤可降低土壤的鹽分和堿度，進(jìn)而改良土壤的特性［40］；張柯雨等認(rèn)為，粉壟機(jī)械的螺旋鉆頭在旋削土壤時(shí)，使耕作深度內(nèi)的土壤得到均勻深松和重組，也將表層土壤中的鹽分帶至深處，同時(shí)，鉆頭的橫向切割斷開了土壤毛細(xì)管，影響土壤中水和鹽分的運(yùn)動(dòng)，使深層土壤中的鹽分不易被蒸騰作用“返鹽”，因此土壤含鹽量減少，極大地改善了根系土壤環(huán)境［41］；曹明海等認(rèn)為，粉壟耕作處理下的水鹽運(yùn)移速率較傳統(tǒng)耕作更快，淋洗鹽效果更好［42］。綜上，粉壟耕作可有效降低土壤含鹽量，對(duì)鹽堿地改良有著重要意義。

1.4 粉壟耕作對(duì)微生物多樣性的影響

作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量變化的重要指標(biāo)，土壤微生物群落多樣性受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注［43］。土壤微生物是土壤中最活躍的組成部分，對(duì)土壤中的養(yǎng)分循環(huán)和利用等起著重要作用。通過耕作可直接改變土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，從而間接影響土壤中微生物和酶的活性。土壤酶活性的提高可以通過酶促反應(yīng)來降低土壤中的有毒物質(zhì)含量，減少對(duì)作物的毒害作用。相比翻耕和旋耕，保護(hù)性耕作和粉壟耕作能夠提供更加適宜的土壤環(huán)境，從而促進(jìn)土壤微生物的繁殖和活動(dòng)［44］。楊慰賢認(rèn)為，與常規(guī)耕作相比，粉壟耕作能顯著提高土壤中微生物的數(shù)量和酶活性，從而改善土壤質(zhì)量，尤其在0～40 cm深度的土壤中，粉壟耕作使微生物數(shù)量顯著增加［45］；夏皖豫采用Illumina MiSeq測(cè)序技術(shù)綜合分析得出，與傳統(tǒng)耕作相比，粉壟耕作可以明顯改善土壤中細(xì)菌的多樣性和豐富度估計(jì)量［46］。這是因?yàn)橥寥牢⑸锘钚耘c土壤pH值和養(yǎng)分含量密切相關(guān)［47］，而粉壟耕作使土壤水鹽運(yùn)移情況得到改善，進(jìn)而使土壤pH值和養(yǎng)分含量容易處于有利于微生物群落生存的范圍。相比之下，長(zhǎng)期進(jìn)行傳統(tǒng)耕作會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅減少，土壤質(zhì)量下降，給微生物的生存環(huán)境帶來不利影響。

粉壟耕作能對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生正向影響，原因一方面可能是粉壟耕作實(shí)現(xiàn)了對(duì)更深層土壤的較大擾動(dòng)，這種擾動(dòng)可以改善土壤碳分布，削弱土壤的碳流失，還可以增加土壤團(tuán)聚體的形成［48］，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化又反饋控制土壤微生物活動(dòng)和土壤有機(jī)質(zhì)組分的分異作用，使得土壤有機(jī)質(zhì)組分-土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)-微生物群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化之間存在耦合作用，進(jìn)而改變細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性［49］；另一方面由于粉壟使土壤持水能力增強(qiáng)，降水入滲和土壤水分調(diào)蓄改變了微生物的群落結(jié)構(gòu)，土壤細(xì)菌豐度、細(xì)菌功能基團(tuán)和土壤酶活性的提高也作用于土壤微生物功能多樣性和碳源代謝能力，促進(jìn)微生物活性與養(yǎng)分循環(huán)，從而逐步改善耕地土壤質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量。

2 粉壟耕作對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響

2.1 粉壟對(duì)作物根系發(fā)育、植株表現(xiàn)和產(chǎn)量品質(zhì)的影響

有許多相關(guān)研究結(jié)果表明，粉壟耕作對(duì)作物生育情況有顯著的提升作用，具體表現(xiàn)為根系發(fā)育和作物生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)的變化，這些指標(biāo)的升高同樣反映作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。李浩等認(rèn)為，經(jīng)40 cm深度粉壟耕作的甘蔗在整個(gè)生育期內(nèi)的根系發(fā)育指標(biāo)和作物生長(zhǎng)指標(biāo)都遠(yuǎn)高于旋耕處理，且新植蔗和宿根蔗平均產(chǎn)量的提高率分別為18.9%、12.9%，糖分含量分別提高11.8%、3.9%（表1）［50］；張邦彥等認(rèn)為，粉壟30、40、60 cm深度處理均比旋耕處理下的馬鈴薯產(chǎn)量有顯著提高［51］；任曉月等認(rèn)為，不同粉壟耕作深度處理下種植的玉米籽粒的百粒重、穗粒數(shù)、平均穗數(shù)和平均產(chǎn)量較旋耕處理均顯著增加（表2）［52］；石偉業(yè)等認(rèn)為，粉壟 30～60 cm深度處理相較于旋耕處理，水稻的株高、穗粒數(shù)、籽粒的千粒重和單位產(chǎn)量均有不同程度提高，其中以粉壟 50 cm 處理為最優(yōu)（表3）［53］；孫美樂等對(duì)比傳統(tǒng)翻耕、隔年粉壟、連年粉壟對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)隔年粉壟與連年粉壟處理下的棉花產(chǎn)量性狀差異不顯著，但二者都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)翻耕，此外，粉壟對(duì)土壤環(huán)境和作物生育的影響具有持久性［54］。

2.2 粉壟耕作實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提質(zhì)的機(jī)制解析

土壤環(huán)境的改善是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提質(zhì)的根本原因。王奇等采用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)對(duì)甘蔗根系中氮素吸收利用相關(guān)基因表達(dá)水平進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)粉壟耕作與傳統(tǒng)翻耕種植的甘蔗存在45個(gè)有關(guān)氮素吸收利用的基因表達(dá)水平存在差異，其中粉壟甘蔗根系有44個(gè)基因表達(dá)水平優(yōu)于傳統(tǒng)翻耕［55］。李素麗等認(rèn)為，粉壟條件下，甘蔗苗期良好的根系發(fā)育促使甘蔗在伸長(zhǎng)期和成熟期具有較強(qiáng)的光合作用能力，這有利于作物積累有機(jī)物［56］。高偉等對(duì)粉壟花生進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)粉壟耕作后優(yōu)渥的土壤條件是作物根系良好發(fā)育的原因，發(fā)達(dá)的根系為作物生長(zhǎng)提供了大量的水分養(yǎng)料，進(jìn)而提升作物地上部分的生長(zhǎng)水平［57］。

綜上，粉壟耕作可以提高根系土壤的水肥含量，促進(jìn)作物生育前期的根系生長(zhǎng)，也能保證作物生育后期的養(yǎng)分供給；另外，其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善還可以增加根系與土壤的接觸面積，從而提高作物根系對(duì)水肥的利用效率。兩者因素相結(jié)合使作物在全生育期內(nèi)表現(xiàn)出長(zhǎng)勢(shì)迅速、果實(shí)優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)作物的增產(chǎn)提質(zhì)。

3 粉壟耕作與其他農(nóng)藝的融合

粉壟耕作技術(shù)的理論基礎(chǔ)來源于“疏松的土壤提高了木薯產(chǎn)量”這一試驗(yàn)結(jié)論。蔣發(fā)輝等認(rèn)為，粉壟耕作能疏松土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)水鹽環(huán)境、增加土壤養(yǎng)分含量和提高作物產(chǎn)量［58-59］ 。同時(shí)，結(jié)合配施外源有機(jī)碳，粉壟耕作還可調(diào)節(jié)土壤pH值，顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量［60］。還有學(xué)者認(rèn)為，將粉壟耕作的優(yōu)勢(shì)與其他農(nóng)藝措施相融合，可對(duì)多種技術(shù)的正向影響實(shí)現(xiàn)疊加效果。

地膜覆蓋是一種控溫保水的有效技術(shù)手段，近年來在旱作農(nóng)業(yè)方面發(fā)揮了巨大優(yōu)勢(shì)。秦舒浩等認(rèn)為，覆膜耕作可以提高作物的蒸騰耗水效率，減少無效蒸發(fā)耗水量，促進(jìn)作物地上部分的干物質(zhì)積累［61-62］；齊智娟等認(rèn)為，全膜覆蓋可以大幅提高土壤含水率，并對(duì)耕層土壤有著顯著的保溫效果，在一定程度上可以解決旱區(qū)農(nóng)作水分利用效率低的狀況［63］。粉壟耕作也對(duì)解決土壤干旱和作物缺水問題有著重要意義。張邦彥等從粉壟耕作與覆膜結(jié)合對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和土壤物理性質(zhì)的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)粉壟結(jié)合覆膜措施較其他單一措施和耕作，均可以顯著優(yōu)化土壤水分環(huán)境，馬鈴薯抗旱增產(chǎn)提質(zhì)效果明顯［64］。

經(jīng)濟(jì)效益通常用來評(píng)價(jià)作物種植的合理性，通過計(jì)算分析作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值以對(duì)同一土壤不同作物的種植制度進(jìn)行比較。木薯種植以廣西壯族自治區(qū)為主，但其存在產(chǎn)量低、效益差的問題，這使得木薯種植面積呈減小趨勢(shì)。勞承英等采用木薯‖大豆間作結(jié)合粉壟耕作解決木薯效益、產(chǎn)量問題，發(fā)現(xiàn)粉壟耕作可以有效提升木薯前期生育水平；在相同粉壟深度下，間作木薯產(chǎn)量稍低于單作木薯，但大豆與木薯的共同經(jīng)濟(jì)效益均超過單作處理［65］?？梢?，間作對(duì)解決作物效益的優(yōu)點(diǎn)與粉壟耕作提高作物產(chǎn)量的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，兩者的融合應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)木薯的增產(chǎn)提效。

開溝排水是改善農(nóng)田淹水狀況的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)手段。龔嘉等認(rèn)為，粉壟耕作和開溝排水處理對(duì)烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育具有顯著影響，在整個(gè)生育期內(nèi)，粉壟耕作和開溝排水處理下的土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量均高于常規(guī)處理，尤其是粉壟耕作與開溝排水結(jié)合處理下，土壤在整個(gè)生育期內(nèi)的速效養(yǎng)分含量最高，烤煙根系發(fā)育水平明顯更好［66］。粉壟深耕和開溝排水都能提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)［67-68］，這與二者技術(shù)對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物生長(zhǎng)的水肥環(huán)境的改善密不可分。此外，粉壟耕作與開溝排水技術(shù)結(jié)合，還能提高作物器官干物質(zhì)量，調(diào)節(jié)作物化學(xué)性狀。

4 問題與展望

粉壟耕作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方法的改革，可以有效改善土壤環(huán)境，提升作物光合能力，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。但是在實(shí)際田間作業(yè)中，現(xiàn)有的粉壟機(jī)械動(dòng)力消耗較大，且與作用深度成正比，若想充分發(fā)揮粉壟耕作的優(yōu)勢(shì)，有時(shí)需要增加作業(yè)深度。因此，粉壟機(jī)械設(shè)計(jì)還需進(jìn)一步改進(jìn)，以滿足我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村生產(chǎn)特點(diǎn)，減小作業(yè)消耗、提高輕便靈活性。粉壟機(jī)械不適合在濕土、軟土等條件下耕作，且粉壟耕作帶來的作物增產(chǎn)提質(zhì)效果是基于對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物和酶活性的改善實(shí)現(xiàn)的，不能為本就無鹽堿、土壤不板結(jié)的沙土地帶來明顯效果。粉壟耕作后的土壤孔隙更發(fā)達(dá)、水分運(yùn)移路徑更短，較強(qiáng)的入滲能力加劇了無機(jī)氮隨水分的淋溶和運(yùn)移，使得氨素更易累積于深層土壤中，而累積在深層土壤中的氨素?zé)o法被作物利用，可能對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生負(fù)向影響。粉壟技術(shù)可耕至50～60 cm深度，發(fā)達(dá)的土壤孔隙結(jié)構(gòu)可以加強(qiáng)水分和溶質(zhì)的運(yùn)移能力，且粉壟耕作可以改善微生物的群落結(jié)構(gòu)，加速微生物活動(dòng)。但從粉壟機(jī)械的耕作特點(diǎn)來看，粉壟過程必然會(huì)把土壤中利于土壤改良、物質(zhì)循環(huán)、生物多樣性的蚯蚓殺死，且機(jī)械所產(chǎn)生的內(nèi)能會(huì)破壞它們的生存環(huán)境，粉壟耕作對(duì)如蚯蚓這樣的生物會(huì)產(chǎn)生何種負(fù)向影響，又對(duì)不同的作物種植和不同的土壤環(huán)境產(chǎn)生何種影響還需要學(xué)者們進(jìn)行后續(xù)研究。此外，發(fā)達(dá)孔隙的形成會(huì)削弱水溶性肥料流向深層土壤的阻力，存在肥料流失所導(dǎo)致的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。

“農(nóng)業(yè)-農(nóng)村-農(nóng)民”是我國(guó)持續(xù)向好發(fā)展的基礎(chǔ)。新時(shí)代下的“三農(nóng)”工作更應(yīng)依托于工程技術(shù)的發(fā)展而實(shí)現(xiàn)大面積機(jī)械化。粉壟耕作順應(yīng)時(shí)代而生，無疑為我國(guó)的“三農(nóng)”工作提供了技術(shù)支持。希望通過各地不同作物的粉壟耕作試驗(yàn)，不斷完善技術(shù)模式，改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)，早日使我國(guó)農(nóng)業(yè)地位跨上新的臺(tái)階。

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基金項(xiàng)目：寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重大項(xiàng)目（編號(hào)：2019BBF02006-1）；寧夏高等學(xué)校一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：NXYLXK2021A03）；寧夏大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（編號(hào)：G2021107490024）；寧夏大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金（編號(hào)：030700002306）。

作者簡(jiǎn)介：崔烜瑋（1998—），男，河北邯鄲人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源高效利用研究。E-mail：cuixueyang137@163.com。

通信作者：何進(jìn)宇，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)水生態(tài)與水土資源高效利用研究。E-mail：hejinyu2017@163.com。