马建业1，2，3，4

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安710075；3.国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安710075)

1 引言

土壤紧实作为目前影响农业生产的重要威胁之一，是影响农田作物生长和土壤理化性质的一种重要的限制因子，可以作为土壤恶化状况表征指标之一[1]。土壤紧实度是一个合成指标，主要由土壤摩擦力、抗剪力和压缩力等构成，也可用土壤穿透阻力或土壤硬度表示，可以用来衡量土壤抵抗外力的压实和破碎能力。土壤紧实能够影响作物对水分和养分的吸收利用，进而会对作物产量产生影响，土壤紧实对作物生长与产量的影响成为全球关注的问题。目前国内外对紧实度研究主要集中于测量手段和评价方法及对作物生长的影响等方面[2]，且多侧重研究单一覆盖或耕作措施对作物性状和土壤理化性状的影响。黄土旱区耕作历史悠久，但由于不合理的农业生产与耕作方式，使得该地区土壤紧实化较为严重，改良农田土壤紧实化对于指导当地农业生产活动、提高粮食产量具有重要的意义。

2 典型区域土壤紧实化特征

随着土地集约化及化学物质的大量使用，中国农田土壤紧实性障碍问题越来越突出[3]。陕西省作为我国重要的农业大省，大部分耕地位于黄土旱区。目前耕层土壤紧实度未出现较大障碍，但犁底层土壤则面临过于紧实状况，其平均紧实度达到了耕层的3.7倍，形成了明显的机械障碍层。尤其是关中和渭北地区，犁底层的平均紧实度甚至达到了耕层土壤的4.3倍以上，且呈现愈发严重的态势。据统计，陕西省近70%的区域呈明显的物理障碍，并已呈区域化发生趋势[4]，其中关中和陕南地区约有30%的区域具有严重的紧实障碍。研究表明关中地区土壤只有表层0～10cm属于较为正常范围，而10～20和20～30cm层已经达到紧实和很紧实状态[5]。犁底层土壤发生紧实，可能会影响水分在土壤中的入渗特征，阻碍根系向深层穿透，导致土壤对外界环境影响的缓冲性能降低，容易产生农田作物干旱、易受洪涝灾害影响，作物生长特性较差，不利于作物的高产和对水肥的高效利用[6]。目前，关中渭北一带施肥不增产、不施肥便减产，化肥的使用量居高不下，历史上的“一炮轰”已经不能满足作物生长发育过程对养分需求，追肥次数又增加，在泾河一带，非水田长时间地表积水和逢雨河水必涨等，都与农田内部紧实化密切相关。土壤紧实化已经成为制约粮食安全生产、环境及生态安全的一道屏障，亟待加快研究其发生机理，以便得到有效地改良与校正。

3 土壤紧实度危害

土壤紧实度增加了土壤容重，降低孔隙度，使得根系在土壤中的生长受阻，同时水分入渗减小，影响植物根系活动特性，低化根系对土壤养分的利用率[8]。土壤紧实也会以直接或间接方式影响作物的健康生长，且涉及的利用机理比较复杂。一般而言，土体紧实会使土壤大孔隙减少，降低土壤孔隙度，进而降低水分渗透率和导水率，造成土壤接纳降水的能力以及对水分的调节能力下降，既不利于作物生长，又会引起水土流失[7]。同时，紧实还会影响作物对养分的吸收，从而导致土壤化学性质产生变化，如在过分紧实的土壤中，作物根系生长受限，降低了养分的获取能力，迫使追肥量增加，作物产量增加却效果不明显，造成养分流失，面源污染危险递增[8]。土壤过分紧实，土体的水汽交换作用减弱，微生物活性降低[9]，不利于有益微生物的转化活动，进而导致土壤反硝化作用强，使得土壤中氮肥以NO2释放到大气中，造成环境污染[10]。

关于土壤紧实对作物根系生长的机理研究报道也不少，一般而言，当土壤紧实度过高(700～1200 kPa)，就会对植物根系产生一定的机械胁迫作用，如砂壤土过于紧实，在1470 k Pa以上时，就会开始阻碍作物的根系生长，而当阻力超过2450 kPa时，则植物生长严重受阻[11]。过度紧实阻碍根系新陈代谢、正常伸长，影响根系形态和其他生理功能，从而使得根系主要集中于浅层土壤，降低抗逆性，迫使作物根系对人为频繁施肥与灌溉的依赖增加。此外，过紧实还会影响根的导水率、水分和养分的吸收。土壤紧实度的增大，玉米根系的根系形态和生理特征受到影响，长期的胁迫作用会降低植株的导水率[12]，一般情况下过于紧实土壤中作物根系通过增加释放化学信号ABA和乙烯等化学信号物质，调节根系的生长。同时出苗、产量以及一些地上生理指标也会受到土壤紧实的间接影响，紧实会导致不同作物产量下降10%～50%[13]，不同品种作物以及同一作物对在不同土壤紧实程影响下所做出的的反应存在差异，如研究发现紧实胁迫对大豆和小麦的生理特征影响较玉米和烟草更小。

4 土壤紧实度的影响因素

土壤紧实过程是由于外力作用下，使得孔隙空间的降低，土壤颗粒排列紧密，导致土壤容重增加，影响土壤水肥气热状况，制约农作物的生长，而土壤质地、土壤水分、耕作方式、种植模式、施肥方式和农业机械等都会对土壤紧实度产生影响。一般情况，质地较细的粘土和壤土发生紧实的可能性较大，砂土的土壤紧实度最小[14]。土壤水分含量是影响紧实过程的最重要因素，含水量较多时水分充满孔隙，土壤颗粒间的内聚力增强，容易使土壤颗粒“滑”到一起，发生紧实[15]。不合理的施肥和种植措施也会造成土壤紧实，如单一使用化肥，导致土壤胶体的交换性离子组成，使得团聚化胶体分散，导致土体紧实，土壤抗逆性降低；同一作物连续多年生长以后，根系深度下扎一致，从而形成紧实[16]。而近年来，随着农业现代化发展，农业机械的大规模使用，造成土层压实，成为现代农业土壤紧实的主要原因之一，而过度和不合理使用农业机械均会加剧土壤紧实化现状。

5 土壤紧实度的改良

基于生产需求研究黄土高原旱地农田土壤紧实化的产生机理，探究其对作物生长的负面效应，并基于科学的试验提出在农田中预防和消除紧实的改良方案，保障农田的可持续发展，农田土壤－作物的健康提供科学基础。目前土壤紧实的主要措施有：添加有机肥料如农家肥、堆肥或其他的有机质如木屑、报纸、城市淤泥等改善土壤结构[17]；改变农田耕作制度，实行科学地耕作，如深松、免耕等；同时还可以改变作物的轮作制度，实行轮作和间套作种植制度，通过深耕和浅根作物的交替种植，改变土壤结构；由于现代化农业机械化对土壤压实，也可以造成土体紧实[18]，因此改进农业机械也是目前改善土壤紧实的一个重要措施[16]。