灌溉及土壤有机质对土壤容重影响的研究

2016-02-06张梦婷

中国农业信息 2016年11期

关键词：灌溉水灌水孔隙

王之，张梦婷

（河海大学，江苏南京 210098）

灌溉及土壤有机质对土壤容重影响的研究

王之，张梦婷

（河海大学，江苏南京 210098）

文章主要从灌溉方式、灌溉水质、土壤有机质含量等三个方面，研究其对土壤容重的影响，进而指导农业生产。

灌溉水质方式土壤有机质土壤容重

水是影响国民经济发展和人民生活水平的重要因素。水资源缺乏是当前我国社会可持续发展面临的突出问题之一。水资源短缺同时也制约着我国农业的发展。2009年，全国总用水量为5 933亿m3，农业用水量为3 687亿m3，占总用水量的62.1%。

目前，我国灌溉水利用系数平均为0.50，远低于世界的先进水平0.7～0.8，这说明，我国灌溉水利用系数具有很大的提升空间。如果灌溉水利用系数从0.50提高到0.55，仅此一项，则可使我国每年节约水量达150亿～200 亿m3［1］。在农业可用水量逐渐减少而粮食产量需求增加的客观现实之下，农业节水备受世人关注，因此，节水灌溉原理与技术研究进展较快［2］。

土壤是人类赖以生存的根本资源，土壤作为灌溉水长期载体，而引发自身质量或环境的变化，并没有引起人们足够的重视。土壤容重作为土壤最为重要的土壤物理性状之一，对研究灌溉水质及灌水方式对土壤容重的影响十分必要。土壤容重是指一定容积的土壤（包括土粒及粒间孔隙）烘干后，重量与同容积水重的比值，不仅可以综合反映土壤的松紧度和通气透水性，还能间接反映土壤的肥力状况和生产力水平［3］。

土壤有机质是指存在于土壤中的所含碳的有机物质。它包括各种动植物的残体、微生物体及会分解和合成的各种有机物质，是土壤固相部分的重要组成。尽管土壤有机质的含量只占土壤总量的很小一部分，但它对土壤的形成、土壤的肥力、环境的保护及农林业可持续发展等方面，都有着极其重要的作用［4］。而土壤容重是土壤最为重要的土壤物理性状之一。因此，国内外对土壤有机质含量与土壤容重的关系展开了相关研究。

1 灌溉对土壤容重的影响

1.1 水质影响

近年来，国内外研究认为，不同灌溉水的水质对土壤物理性质影响极大，如Beltran［5］分析了咸水灌溉可能带来的环境问题，提出了避免盐分积累的多种措施。肖振华学者提出，以灌溉水矿化度和钠吸附比（SAR）为两个主要指标，研究不同灌溉水质对土壤化学性质和作物生长的影响。肖振华、Tedeschi、吴忠东等人［6］的研究表明，咸水灌溉会对土壤物理和化学性质产生影响，土壤积盐程度与灌水化度相关，并且会使土壤饱和浸提液的SAR 升高。在短期咸水灌溉条件下，供水不足时，作物可以充分利用土壤水分，以赢为主；在非充分供水条件下，土壤水分以亏为主。长期高矿化度咸水灌溉下，使得土壤中盐分严重沉积，土壤水分以赢为主，土壤含水量保持在较高的水平。叶海燕通过中科院南皮生态试验站冬小麦微咸水灌溉试验，研究出不同灌溉定额，对土壤水分利用效率、盐分运移规律及作物产量的影响，并提出灌区适宜的灌溉制度。因此，可以认为，作物耗水量随着灌溉水矿化度的提高而降低，土壤容重也随着土壤含盐量的增高而降低，且当土壤含盐量较高时，水分消耗量主要受灌溉水质的影响。

付小勇等人通过对造纸废水灌溉沙漠人工林土壤容重和孔隙度的研究表明，随着灌溉时间的增加，土壤容重呈减小的趋势，而土壤孔隙度表现为明显增大的趋势。土壤经造纸废水灌溉后，废水中含有的大量有机质进入土壤，可促进土壤的酶活性，从而增强了土壤的透气性和透水性。李家业等研究表明，长期使用造纸污染水灌溉，会对土壤的理化性质产生显著影响，土壤的容重降低，土壤的孔隙度增加。但，土壤的有机质含量增加，有利于改善土壤的理化性质。

因此，相同深度土壤的容重，随着灌溉年限的增加逐渐降低；土壤孔隙度，随着灌溉年限的增加而增加。此外，近年来对于灌溉水质的研究，则主要集中在污水灌溉、咸水灌溉、再生水灌溉及工业废水灌溉方面，而灌溉水质中，含有的重金属元素在土壤中的转化、迁移机制及土壤重金属起始含量与灌溉水质的关系，对土壤环境质量的影响关注较少。基于土壤不同的理化条件，制定不同灌溉水质标准，具有重要的指导作用。

1.2 方式影响

目前，国内外关于灌水方式对土壤容重的影响，进行了大量的研究，取得了相当多的成果。

王建东等人通过多年的田间试验，研究出在充分灌水和非充分灌水条件下，土壤容重的影响变化。在充分灌水条件下，灌水方式对各层土壤容重的影响不显著，但长时期内，不同灌水模式下的各土层容重，必然会产生明显差异，从而会造成土壤结构和土壤松紧度的各异。地面灌水相比地表滴灌具有更大灌水定额，地面灌水5～10 cm土壤容重，大于地表滴灌5～10 cm土壤容重；非充分灌水条件下，无论是地面灌水，还是地表滴灌方式，3 年内的容重平均最小值，均出现在5～10 cm 土层。非充分灌时，灌水方式对表层土壤0～10 cm的土壤容重影响相对较小。

李蕊在研究不同灌溉方式下，林地的土壤水分物理性质时，分析得到，林地实行喷灌方式，较无水灌溉和大水漫灌，土壤容重有所下降，喷灌能在一定条件下，降低土壤容重，改善土壤孔隙状况，提高土壤的持水能力，从而改善土壤水分的理化性质。此外，大水漫灌不仅不能改善土壤水分的物理性质，而且还会导致水的利用率下降。

费良军等人研究浑水波涌灌和连续灌条件下，田间土壤容重、泥沙颗粒组成、沉积厚度等沿畦长的分布规律时提出，对于浑水波涌灌和连续灌，除了沉沙厚度大于2 cm的田，土壤容重大小接近外，其它位置的田，土壤容重大小和沉沙厚度基本呈正相关系。浑水波涌畦灌和连续畦灌后，平均容重大小相差不大，而清水连续畦灌和波涌畦灌后，整块田间土壤平均容重基本相同。

针对上述灌水方式对土壤容重影响的研究表明，在充分灌水的长时间内，地面灌对上层耕作土壤（0～30 cm）容重变化的影响，要大于非充分灌水条件作用下的，说明地面灌水方式提高了表层土壤（0～10 cm）的紧实度。在非充分灌水条件下，无论是地面灌，还是地表滴灌，都对表层耕作土壤（0～10 cm）的土壤容重影响相对较小。在林地灌溉中，应首选喷灌方式，喷灌可使土壤容重下降，使土壤的总孔隙度增加，进而改善土壤的理化性质。在浑水波涌灌和连续灌水条件下，田间畦首和畦尾沉沙厚度和容重大，畦中部沉沙厚度和容重小。

通过研究可以看出，国内针对灌水方式，对土壤肥容重的影响研究较多，进而研究对种植作物产量、品质的影响。但是，绝大多数实验只研究了单一影响因素对土壤理化性状的影响。因此，在今后的研究中，可以加强多因素灌水方式对土壤容重的影响，进而提出符合田间实际情况的灌溉制度。

2 有机质含量对土壤容重的影响

农作物的生长是从土壤中获得生长发育所需的有机物及其它营养物质。土壤有机质虽只占土壤总质量的极小比重，但却严重影响着土壤的理化性质［4］。土壤有机质含量作为土壤固相的重要组成部分，而土壤容重则是土壤最为重要的土壤物理性状之一。Logsdon认为，容重可以反映土壤的紧实度和孔隙情况，是评价土壤质量的重要指标之一。因此，研究土壤有机质含量与土壤容重的关系，对于指导农业生产具有重要意义。

马麟英等人以广西东兰县退耕还林地和荒山林地的土壤剖面为研究对象，用重铬酸钾法-外加热法，测定土壤有机质的含量；采用环刀法，测定土壤容重。研究表明，随着林地土壤有机质含量的增加，其土壤容重值下降，土壤疏松多孔，即土壤总孔隙度增加。但土壤容重的下降量，却与有机质含量的增加量不相关。耕作层土壤有机质含量较之其它土层土壤的有机质含量，土壤容重变化更为密切。

Arvidsson，J等人研究了春季播种后，耕地中有机质与土壤容重之间的关系。Ruehlmann，J等人运用非线性回归模型，分析了有机质含量对土壤容重的影响。刘明等人通过对桂林市10个典型剖面所代表的农田耕作层土壤样品的容重和有机质测定数据，进行统计分析，得出桂林市典型农田耕作土壤的容重和土壤有机质含量的时空变异性规律。

土壤中有机质含量越多，土壤孔隙度越小，土壤容重越小。因此，土壤进行有机质处理，能提高土壤孔隙度，降低土壤容重，显著改善土壤的物理性质。推测土壤有机质含量变化，将影响整个农业生态系统的可持续发展，并将最终影响到食物安全。