甘 磊，張靜舉，黃太慶，陳曉冰，馬 蕊，張金蓮，陳廷速

基于CT技術(shù)的甘蔗地不同耕作措施下土壤孔隙結(jié)構(gòu)研究

甘 磊1，2，張靜舉1，3，黃太慶4，陳曉冰3，馬 蕊3，張金蓮5，陳廷速5

(1.桂林理工大學(xué)，廣西巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西桂林 541004;2.桂林理工大學(xué)，廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541004;3.桂林理工大學(xué)，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林 541004;4.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西南寧 530007;5.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究所，廣西南寧 530007)

【目的】開展不同耕作措施下土壤孔隙結(jié)構(gòu)研究，為土地合理耕作及耕地水土保持提供參考。【方法】以廣西甘蔗地為研究對象，在常規(guī)耕作和三年免耕條件下，利用CT(Computed tomography)掃描技術(shù)，通過相關(guān)插件計(jì)算獲得甘蔗地土壤孔隙數(shù)量、孔隙體積和表面積，土壤彎曲度、孔隙連通性和水力半徑等孔隙結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行三維重建和可視化。【結(jié)果】耕作區(qū)的孔隙面密度大于免耕作區(qū);耕作區(qū)的孔隙度均值(1.069%)和孔隙數(shù)均值(1194個(gè))都小于免耕區(qū)的孔隙度均值(1.195%)和孔隙數(shù)均值(1519個(gè));由彎曲度和連通性的均值數(shù)據(jù)可知，耕作區(qū)(1.374、0.512)大于免耕作區(qū)(1.333、0.299)。翻耕破壞土壤原有結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤中的大孔隙數(shù)量和孔隙度減少，但增加中小孔隙的數(shù)量。使得在二維分布中耕作區(qū)的孔隙面密度大于免耕區(qū)，而在土壤表層三維形態(tài)特征中免耕區(qū)土壤孔隙較耕作區(qū)分布更密集;翻耕破除了土壤孔隙之間的孤立性，增加了土壤的連通性，使得耕作區(qū)的彎曲度、連通性大于免耕區(qū)。【結(jié)論】適當(dāng)耕作比免耕有助于土壤內(nèi)部的連通和導(dǎo)水，促進(jìn)作物吸水以減少土壤水分流失。

CT技術(shù);土壤孔隙結(jié)構(gòu);三維重建;甘蔗地;免耕;廣西

【研究意義】土壤是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多孔介質(zhì)，由于孔隙結(jié)構(gòu)的高度空間變異性，決定了水分在土壤中分布和運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性[1]。耕作措施不僅可改變原有的土壤界面特征，更改變了土壤的孔隙特征，而由不同耕作措施所帶來的各種效應(yīng)，都可以歸結(jié)為土壤孔隙的變化間接改變其理化性能[2]。廣西作為我國甘蔗的主產(chǎn)區(qū)，其不同的耕作方式對土壤孔隙結(jié)構(gòu)的改變必然會影響甘蔗地土壤內(nèi)部的連通性和導(dǎo)水性，因此研究廣西甘蔗地不同耕作方式下土壤孔隙結(jié)構(gòu)，對該地區(qū)合理進(jìn)行甘蔗種植和耕地水土保持具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤孔隙的幾何形態(tài)是影響土壤中水分運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移的關(guān)鍵因子之一，孔隙的連通性、孔隙大小和孔隙度都會對土壤溶液的流動(dòng)速度和通量分布的均勻性產(chǎn)生直接影響[3]。Beven和German[4]的研究引起人們對土壤中較大孔隙及與之相關(guān)的水流和溶質(zhì)運(yùn)移現(xiàn)象的關(guān)注，在較大孔隙中快速運(yùn)動(dòng)的水流幾乎不與周圍土壤基質(zhì)作用[5]，造成土壤溶質(zhì)流失和農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)，削弱了土壤對污染物的凈化作用[6]，導(dǎo)致地下水污染[7-9]。過去對于孔隙研究由于缺乏先進(jìn)的非破壞性定量研究，測量工作十分困難，并且研究成果多是得到二維數(shù)據(jù)[10-11]。目前，在土壤孔隙研究中運(yùn)用較多的是利用CT掃描技術(shù)探究土壤孔隙對水分運(yùn)動(dòng)過程的影響[12]，識別和分析鹽漬土壤孔隙結(jié)構(gòu)[13]，研究退化沙質(zhì)草地土壤孔隙結(jié)構(gòu)特征[14]。與傳統(tǒng)土壤孔隙獲取方法相比，CT掃描技術(shù)是一種無損害非侵入的三維成像技術(shù)[15]，既可以得到與原狀土壤實(shí)際情況相符的孔隙結(jié)構(gòu)三維立體成像，方便查看土柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又不損壞土壤孔隙結(jié)構(gòu)[16]。【本研究切入點(diǎn)】利用CT掃描技術(shù)對廣西甘蔗地在不同耕作措施下對土壤孔隙結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究，具有方便快捷、不損壞土壤結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過CT掃描量化免耕和耕作條件下土壤孔隙數(shù)量、彎曲度、連通性等指標(biāo)，并可視化土壤孔隙結(jié)構(gòu)三維特征，分析兩種不同耕作措施下甘蔗地土壤孔隙結(jié)構(gòu)特征，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)耕作、灌溉和施肥等管理措施提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于廣西自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院武鳴里建科研基地(23。14′N;108。02′E)，處于我國低緯地區(qū)，其土壤母質(zhì)為第四紀(jì)紅土，基部巖層屬于石灰?guī)r，經(jīng)過人工管理后試驗(yàn)區(qū)地勢較為平坦，年平均氣溫為21.6℃，年平均相對濕度達(dá)79.0%，年均降雨量約1304.2 mm，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候。甘蔗經(jīng)濟(jì)作物為主要的旱地耕作物，本試驗(yàn)根據(jù)耕作與否的條件劃分成兩個(gè)次級區(qū)域:甘蔗耕作區(qū)(T)、甘蔗免耕區(qū)(NT)，其中免耕年限為3年。

1.2 樣品采集

綜合考慮甘蔗根系生長深度、深耕深度及成壟情況，對0～8、18～26和40～45 cm土層進(jìn)行原狀土壤樣(環(huán)刀體積100 cm3)和擾動(dòng)土壤樣采集，每層5個(gè)重復(fù)，用于測量土壤基本理化性質(zhì)。CT掃描土樣利用內(nèi)徑10 cm、高30 cm的PVC管進(jìn)行土柱采集，每塊樣地3個(gè)重復(fù)，樣地面積均為50 m2。運(yùn)輸途中盡量減少原狀土樣品受到撞擊、擠壓。

1.3 CT掃描與圖像處理

CT機(jī)器型號為Discovery CT HD 750(美國GE公司生產(chǎn))，掃描模式為GSI(寶石能譜成像)，管電壓為120 kV，管電流為600 mA。土柱分別垂直掃描后，采用CT自帶軟件的背景投影算法進(jìn)行圖像重建獲得的掃描圖像的分辨率為:垂直方向0.625 mm、橫向0.4000 mm，512×512像素的圖片，共430張。

將CT輸出的DICOM格式圖片導(dǎo)入ImageJ軟件對原圖像進(jìn)行模糊處理和去噪，采用全局閾值分割得到二值圖像并利用插件Measure Stack計(jì)算出土柱中孔隙在不同土壤深度所對應(yīng)的孔隙面積密度，并通過插件Volume Viewer進(jìn)行圖像的三維重建和可視化。其中孔隙數(shù)量、孔隙體積和表面積等參數(shù)利用插件3D-Object Counter計(jì)算。土壤孔隙結(jié)構(gòu)特征通過插件BoneJ進(jìn)行骨架化等操作和細(xì)化算法計(jì)算獲取土壤彎曲度、孔隙連通性和水力半徑等信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本理化性質(zhì)

從耕作和免耕2種耕作措施下甘蔗地土壤基本理化性質(zhì)(表1)可以看出，在質(zhì)地方面，兩種耕作措施下隨土壤深度增加，砂粒含量均隨深度減少，粘粒含量反之;而在相同土層，免耕作區(qū)的土壤粘粒含量小于耕作區(qū)，土壤砂粒含量大于耕作區(qū)。針對容重來說，耕作和免耕的土壤相差不大。就有機(jī)質(zhì)而言，在相同土層中，耕作區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量顯著小于免耕區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量(P＜0.05，下同);在不同土層，僅免耕區(qū)出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量隨深度增加而連續(xù)增加的現(xiàn)象，另外耕作和免耕2種條件下的土壤最上層有機(jī)質(zhì)含量均顯著小于最下層有機(jī)質(zhì)含量，其中耕作區(qū)18～26 cm的有機(jī)質(zhì)顯著低于其它深度土壤;而免耕區(qū)40～46 cm處的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其它深度土壤。

表1 甘蔗地土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physicochemical properties of sugarcane soil

圖1 甘蔗地土柱孔隙面密度隨深度的分布Fig.1 Pore surface density distribution with depth of soil column in sugarcane soil

2.2 2種不同耕作措施下土壤孔隙二維分布特征

從圖1可以看出，在相同深度土層，耕作區(qū)的孔隙面密度整體上比免耕地大，但是其波動(dòng)范圍也相對較大。在耕作區(qū)孔隙面密度的分布隨土壤深度的變化較為劇烈:0～80 mm處孔隙面密度比及其波動(dòng)較大，在120～160和220～280mm處孔隙面密度再次出現(xiàn)較大波動(dòng)。而免耕區(qū)的變化與耕作區(qū)不同，其孔隙面密度的分布隨土壤深度的變化相對均一，僅在0～140 mm中存在較大波動(dòng)，而其余深度波動(dòng)不大。

2.3 2種不同耕作措施下的土壤孔隙三維特性

從甘蔗地土柱的孔隙數(shù)據(jù)(表2)可以看出，孔隙度和孔隙數(shù)都屬于累計(jì)參數(shù)，僅僅可以反映土壤結(jié)構(gòu)空間中孔隙和孔隙的數(shù)量和大小，但不足以對孔隙在空間中的形狀、分布和延伸情況進(jìn)行展現(xiàn)。因此，采用水力半徑、彎曲度和連通性等參數(shù)對各土柱土壤孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行定量化的分析。從表2可以看出，耕作區(qū)的孔隙度均值(1.069%)和孔隙數(shù)均值(1194個(gè))都小于免耕區(qū)的孔隙度均值(1. 195%)和孔隙數(shù)均值(1519個(gè));耕作區(qū)的彎曲度均值(1.374)和連通性均值(0.512)均大于免耕區(qū)彎曲度均值(1.333)和連通性均值(0.299);但兩者的水力半徑差異不顯著。

表2 甘蔗地土柱的孔隙數(shù)據(jù)Table 2 Pore data of soil columns in sugarcane soil

利用CT掃描數(shù)據(jù)成像的甘蔗耕作區(qū)和免耕區(qū)土壤孔隙結(jié)構(gòu)三維形態(tài)特征如圖2～3所示。整體而言，免耕區(qū)土壤孔隙較耕作區(qū)土柱土壤孔隙分布更密集，特別是在土壤表層。從圖2中看出耕作區(qū)(T1和T2)的土壤孔隙結(jié)構(gòu)表層稀疏并隨著土壤深度增加分布逐漸密集，但T3土柱未見此變化，其在土柱中部土壤孔隙分布相對較疏松。免耕區(qū)土壤孔隙結(jié)構(gòu)基本隨土壤深度增加且趨向于密集，但NT2整體都表現(xiàn)為較密集。

3 討 論

3.1 2種不同耕作措施對土壤基本性質(zhì)的影響

在2種耕作措施下土壤質(zhì)地均隨深度的增加呈現(xiàn)出粘粒含量增加而砂粒含量減小的趨勢，這應(yīng)是由該地區(qū)土壤母質(zhì)的發(fā)育所決定的。但在相同土層，特別是上層土壤中免耕區(qū)土壤粘粒含量要小于耕作區(qū)，應(yīng)是翻耕作用造成土壤大顆粒的破碎所致[17-18]。耕作區(qū)未呈現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量隨深度增加的現(xiàn)象主要因翻耕將土壤上下層進(jìn)行了混合[19]，破壞了原有的分布規(guī)律。而2種耕作措施下土壤上層有機(jī)質(zhì)含量明顯小于下層主要?dú)w咎于甘蔗根系生長主要集中在30 cm以上土壤[20]，對有機(jī)質(zhì)的消耗也就更多;同樣由于翻耕提高通氣性和通水性有利于土作物生長[19]，對有機(jī)質(zhì)的需求也就更多，從而導(dǎo)致相同土層中耕作區(qū)有機(jī)質(zhì)含量低于免耕區(qū)。一般而言耕作會改變土壤容重[21-22]，但在本研究中耕作區(qū)和免耕區(qū)土壤容重沒有顯著性差異，這可能與施肥改善土壤容重有一定的關(guān)系。

圖2 甘蔗地耕作區(qū)的土壤孔隙三維圖Fig.2 Soil pore three-dimensional figure of sugarcane soil in tillage plot

圖3 甘蔗地免耕作區(qū)的土壤孔隙三維圖Fig.3 Soil pore three-dimensional figure of sugarcane soil in non-tillage plot

3.2 2種不同耕作措施下土壤孔隙二維特征

在相同深度土層，耕作區(qū)的孔隙面密度均值大于免耕區(qū)的孔隙面密度，主要是翻耕破壞土層結(jié)構(gòu)，對大孔隙破壞較多，導(dǎo)致土壤中的大孔隙數(shù)量減少，而增加中小孔隙的數(shù)量[23-24]，從而增大了孔隙面密度。同時(shí)，翻耕改變土壤界面特征，提高通氣性，通水性，有利于土壤中的微生物、動(dòng)植物活動(dòng)，也會增加中小孔隙的數(shù)量[25]。其中在2個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)出現(xiàn)的較大波動(dòng)可能與蚯蚓等生物活動(dòng)有關(guān)[1]。耕作區(qū)土壤表層0～80 mm孔隙面密度及其波動(dòng)較大，主要是因?yàn)楦魇沟帽韺油寥澜Y(jié)構(gòu)疏松孔隙增多;由于耕作對下層土壤的壓實(shí)作用，特別是在犁底層附近，引起孔隙容重增加，造成孔隙度減少[26]。免耕區(qū)不存在翻耕，土壤結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，其孔隙面密度波動(dòng)較小。

3.3 2種不同耕作措施下的土壤孔隙三維特性

耕作區(qū)的孔隙度和孔隙數(shù)均小于免耕區(qū)，原因主要為免耕區(qū)因?yàn)闆]有受到機(jī)械壓實(shí)影響，保留了土壤原有的孔隙結(jié)構(gòu)，而翻耕破壞土壤中的大孔隙結(jié)構(gòu)。翻耕破壞土壤表層原有孔隙結(jié)構(gòu)，尤其是土壤中較大孔隙結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，一方面保留了中小孔隙網(wǎng)絡(luò)，另一方面增大表層土壤孔隙數(shù)量，但機(jī)械翻耕又會對土層有壓實(shí)作用，客觀上又減少孔隙數(shù)量。眾多學(xué)者的研究均表示耕作的壓實(shí)作用往往會導(dǎo)致土壤孔隙的減少[27-29]，從而對于本研究而言，盡管表層土壤孔隙數(shù)量增多，但對于整個(gè)土柱而言，其孔隙是減少的。耕作區(qū)和免耕區(qū)的水力半徑?jīng)]有明顯變化，說明雖然耕作破壞較大孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但中小孔隙結(jié)構(gòu)的存在，對土壤孔隙的水力傳導(dǎo)性無較大的影響。就彎曲度而言，耕作區(qū)的彎曲度大于免耕區(qū)，保留的小的孔隙結(jié)構(gòu)繼續(xù)發(fā)育，導(dǎo)致孔隙在土壤中的分支總數(shù)增加，復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增大了水流沿孔隙通道的實(shí)際流經(jīng)路程[30]。耕作區(qū)的連通性大于免耕區(qū)，主要是耕作在改變土壤結(jié)構(gòu)的同時(shí)也使通水性、通氣性得到提高[3]，使得孤立大孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，產(chǎn)生相連的通道，促進(jìn)水分和運(yùn)移物質(zhì)的快速流動(dòng)。耕作和免耕條件下的土壤孔隙的三維分布存在明顯差異，主要原因是免耕區(qū)由于不受機(jī)械耕作的影響，土壤結(jié)構(gòu)比較均勻，容重在剖面的分布較一致，孔隙度變化不明顯，而耕作措施造成表層較大孔隙結(jié)構(gòu)被破壞且數(shù)量有所減少，但同時(shí)破除了土壤孔隙之間的孤立性，增加了土壤的連通性。因此，在本研究中適當(dāng)耕作條件下的土壤比免耕條件下的土壤連通性和導(dǎo)水性好，可促進(jìn)作物吸水以減少土壤水分流失，可為廣西地區(qū)甘蔗種植中土地合理耕作提供一定的理論依據(jù)。而掃描結(jié)果中T3和NT2土柱與其它土柱結(jié)果存在一定的差別這主要是由于土壤分布的異質(zhì)性導(dǎo)致的。

4 結(jié) 論

本研究條件下，翻耕破壞土壤原有結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤中的大孔隙數(shù)量減少，中小孔隙的數(shù)量增加，使得土壤結(jié)構(gòu)的二維分布中耕作區(qū)的孔隙面密度大于免耕作區(qū);在土壤三維形態(tài)特征中免耕區(qū)土壤孔隙較耕作區(qū)土柱土壤孔隙分布更密集，特別是在土壤表層，但耕作區(qū)的彎曲度、連通性大于免耕區(qū)。適當(dāng)耕作比免耕條件有助于改善土壤內(nèi)部連通和導(dǎo)水情況，促進(jìn)植物吸水以減少土壤水分損失。

[1]馮 杰，解河海，黃國如，等.土壤大孔隙流機(jī)理及產(chǎn)匯流模型[M].北京:科學(xué)出版社，2012:57-134.

[2]許淑青.不同農(nóng)作方式對耕層土壤理化性質(zhì)的影響[D].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008:22-24.

[3]程亞南，劉建立，張佳寶.土壤孔隙結(jié)構(gòu)定量化研究進(jìn)展[J].土壤通報(bào)，2012，43(4):988-994.

[4]Beven K，Germann P.Macroporesand water flow in soils[J].Water Resources Research，1982，18(5):1311-1325.

[5]Alaoui A，Helbling A.Evaluation of soil compaction using hydrodynamic water content variation:Comparison between compacted and non-compacted soil[J].Geoderma，2006，134(1-2):97-108.

[6]高朝俠，徐學(xué)選，趙嬌娜，等.土壤大孔隙流研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34(11):2801-2811.

[7]盛 豐，張利勇，吳 丹.土壤優(yōu)先流模型理論與觀測技術(shù)的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(6):1-10.

[8]李 勇，袁佳慧，張維維，等.太湖地區(qū)農(nóng)田土壤大孔隙及膠體釋放對有效磷下滲的影響[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2017，45(1):7-13.

[9]陳曉冰，程金花，陳引珍，等.基于林分空間結(jié)構(gòu)分析方法的土壤大孔隙空間結(jié)構(gòu)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(11):174-186.

[10]馮 杰，郝振純.CT在土壤大孔隙研究中的應(yīng)用評述[J].灌溉排水，2000，19(3):71-76.

[11]劉 勇，胡 霞，李宗超，等.基于醫(yī)學(xué)CT和工業(yè)CT掃描研究土壤大孔隙結(jié)構(gòu)特征的區(qū)別[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，32(14): 106-111.

[12]程亞南，劉建立，呂 菲，等.基于CT圖像的土壤孔隙結(jié)構(gòu)三維重建及水力學(xué)性質(zhì)預(yù)測[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(22): 115-122.

[13]洪明海，黃介生，曾文治，等.基于CT成像技術(shù)的鹽漬土壤孔隙結(jié)構(gòu)識別與分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2016(9):1-4.

[14]李宗超，胡 霞.小葉錦雞兒灌叢化對退化沙質(zhì)草地土壤孔隙特征的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2015，52(1):242-248.

[15]徐宗恒，徐則民，李凌旭.基于CT掃描的斜坡非飽和帶土體大孔隙定量化研究和三維重建[J].水土保持通報(bào)，2015，35(1): 133-138.

[16]吳華山，陳效民，陳 粲.利用CT掃描技術(shù)對太湖地區(qū)主要水稻土中大孔隙的研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2007，21(2):175-178.

[17]Chang C，Lindwall，C W.Effects of tillage and crop rotation on physical properties of a loam soil[J].Soil and Tillage Research，1992，22:383-389.

[18]Hayashi Y，Ken′ichirou K，Mizuyama T.Changes in pore size distribution and hydraulic properties of forest soil resulting from structural development[J].Journal of Hydrology，2006，331(1-2):85-102.

[19]Six J，Bossuyt H，Degryze S，et al.A history of research on the link between(micro)aggregates，soil biota，and soil organic matter dynamics[J].Soil and Tillage Research，2004，79(1):7-31.

[20]韋本輝，甘秀芹，申章佑，等.粉壟栽培甘蔗試驗(yàn)增產(chǎn)效果[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44(21):4544-4550.

[21]Horn R，Taubner H，Wuttke，M，et al.Soil physical properties related to soil structure[J].Soil and Tillage Research，1994，30(2-4): 187-216.

[22]Kladivko E J.Tillage systems and soil ecology[J].Soil and Tillage Research，2001，61:61-76.

[23]蔣云峰，屈明秋，王 月，等.不同耕作方式對耕層土壤性質(zhì)的影響[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，37(1):144-146.

[24]李德成，張?zhí)伊?，Velde B.CT分析技術(shù)在土壤科學(xué)研究中的應(yīng)用[J].土壤，2002，34(6):328-332.

[25]Kravchenko A N，Guber A K.Soil pores and their contributions to soil carbon processes[J].Geoderma，2017，287:31-39.

[26]Gan L，Peng X，Peth S，et al.Effects of grazing intensity on soil thermal properties and heat flux under Leymus chinensis and Stipa grandis vegetation in Inner Mongolia，China[J].Soil and Tillage Research，2012，118:147-158.

[27]Lipiec J，Hatano R.Quantification of compaction effects on soil physical properties and crop growth[J].Geoderma，2003，116(1-2):107-136.

[28]王 輝，王全九，邵明安，等.翻耕與壓實(shí)對坡地土壤溶質(zhì)遷移過程的影響[J].中國水土保持科學(xué)，2008，6(6):21-25.

[29]Gronle A，Lux G，B Hm H，et al.Effectof ploughing depth and mechanical soil loading on soil physical properties，weed infestation，yield performance and grain quality in sole and intercrops of pea and oat in organic farming[J].Soil and Tillage Research，2015，148:59 -73.

[30]相方園.土壤孔隙三維構(gòu)建與特征表達(dá)[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008:35-61.

(責(zé)任編輯 汪羽寧)

Pore Structure in Sugarcane Soil under Different Tillage M anagements Based on CT Scanning

GAN Lei1，2，ZHANG Jing-ju1，3，HUANG Tai-qing4，CHEN Xiao-bing3，MA Rui3，ZHANG Jin-lian5，CHEN Ting-su5
(1.Guilin University of Technology，Guangxi Collaborative Innovation Center for Water Pollution Control and Water Safety in Karst Plot，Guangxi Guilin 541004，China;2.Guilin University of Technology，Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology，GuangxiGuilin541004，China;3.Guilin University of Technology，Collegeof Environmental Scienceand Engineering，GuangxiGuilin 541004，China;4.Agricultural Resource and Environment Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Guangxi Nanning 530007，China;5.Microbiology Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Guangxi Nanning530007，China)

【Objective】The study aims to provide reference for appropriate tillage and conservation of soil and water，the soil pore structures under different tillagemanagements were studied.【Method】Sugarcane fields under the tillage and non-tillage for 3 years in Guangxi had been studied.CT，with related pluginswas applied to calculate the quantity，volume and surface area of soil pore，the connectivity and tortuosity of soil，aswell as hydraulic radius.The three-dimensional reconstruction and visualization of soil pore structure had been conducted.【Result】The pore surface density of tillage plotwas greater than non-tillage plot.However，the values of pore density(1.069%)and pore number(1194)in tillage plotwere less than thatof values(1.195%，1519)in non-tillage plot.The average tortuosity and connectivity in tillage plot(1.374，0.512)were greater than these values(1.333，0.299)in non-tillage plot.Destroyed soil structure by tillage induced the reduction ofmacropores and porosity but increase ofmesopores and micropores，which led to the greater pore surface density in tillage plot compared to non-tillage plot in two-dimension distribution.However，in three dimensionalmorphological characteristics，the distribution of soil poreswasmore intensive in non-tillage plot than that in tillage plot，especially in top soil.Tillage could break the isolation among soil pores and increase the connectivity and tortuosity in tillage plot.【Conclusion】The appropriate tillagemanagements improved the inner connection and hydraulic conductivity of soil，finally promoted water uptake of sugarcane and reduced soilwater loss. Key words:CT technology;Soil pore structure;Three-dimensional reconstruction;Sugarcane field;Non-tillage;Guangxi

S566.1

A

1001-4829(2017)8-1843-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.8.025

2017-05-06

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41501230，31360356);廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016GXNSFAA380197);廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)項(xiàng)目(2015JZ34)

甘 磊(1983-)，男，湖南岳陽人，博士，副教授，主要從事土壤結(jié)構(gòu)與土壤水熱運(yùn)動(dòng)模擬研究工作，E-mail:allengl2006@163.com。