涂张焕, 丰文庆,徐唐奇,3

(1.长安大学 土地工程学院,陕西 西安 710054；2.西安地质矿产勘查开发院有限公司,陕西 西安 710100；3.陕西省土地整治重点实验室,陕西 西安 710054)

土壤作为人类赖以生存的物质基础，近年来其生态状况不容乐观，土壤质量日益恶化，但人们对它的重视程度远远不够。不合理的耕作、使用土地致使土地的退化加剧，近年来其恶性后果逐渐突显出来。我国土地退化的总面积高达4.6 x 108hm2，占我国土地总面积的2/5，全球土地退化面积的1/4，人地矛盾尖锐，已经威胁到了我国的粮食安全。土壤板结属土壤的性质恶化，其通过影响表层土壤的通气性和透水性直接危害到作物根系的生长和养分的吸收，研究土壤板结的成因、预防及解决措施对作物增产具有现实而远大的意义。

1 土壤板结的概念

1.1 正应力式土壤板结

土壤的气相和液相一般是此消彼长的关系，但在人为不合理耕种或外力作用下这种平衡会被打破，土壤原本疏松的结构被破坏、土料分散，当土壤表层水分蒸发后，土壤会变得质地坚硬。当土壤受到外部承重载荷时(如农用机的碾压)，土壤被夯实，使原有的疏松土壤团粒结构被破坏，由于土壤中的固相和液相是相对不可压缩的，因此主要被压缩的是气相即土壤孔隙，使土壤的容重和密度增大，作物根系向下生长遇到巨大阻力。当土壤比较干燥时，土壤受到承重载荷时主要是在垂直方向的正应力(压力)，这种垂直方向上的压力使土壤孔径缩小，使土壤变得紧实。当土壤含水量较高时，土壤受到承重荷载时除了受到垂直方向上的正应力外还要受到切应力(剪切力)作用，在这两种力的作用下，土壤颗粒变得排布紧密，毛细管增多，使土壤的毛管作用强烈，保水通气能力急剧下降，在土壤表层形成紧密的外壳和龟裂。

1.2 水分冲刷地表土粒粘结式土壤板结

当田面遭受漫灌或者强降水时，土地表层的水分不能及时排除，对田面造成强烈冲刷，形成淤积。过量的水分使田间持水量达到饱和，剩余水分从田面流走，使细小的土壤粘粒沉积在地表，随着水分蒸发，细小的土壤颗粒由于水的表面张力、范德华力、H键的综合作用粘结在一起，在土壤颗粒-水-静电力体系下斥力和引力达到平衡，形成牢固的土壤粘聚力。根据土壤颗粒的大小可将土壤划分为黏土、壤土、沙土。土壤颗粒越小，土壤的粘聚力越大，且黏土中所含的有机质少，土壤的通气透水性能较差，难以锁住水分，当漫灌之后土壤中的孔隙被水分代替，随着水分蒸发由于粘聚力和胶结作用，土粒粘结在一起，土壤孔隙急剧减少，剧增的毛细管将土壤中的水分牵引至土壤表层，加剧水分的蒸发，致使田面结成紧密、坚硬的泥壳。当表层板结硬化之后，水分就难以下渗，灌溉效果会大大减弱，若不配合深耕与有机质的追加，土壤肥力难以恢复。

2 土壤板结的主要成因

2.1 农用机械的使用

现代农业投入了大量农机，虽然大大解放了劳动力，但在一定程度上对农田造成了破坏。在不超出土壤塑性范围时，农用机械驶过田面表层土壤由于车轮的压力发生塑流下陷，土壤表层的团聚体被破坏。土壤较干燥时，压力作用下团聚体崩裂，团聚体间的孔隙被压缩，土粒分散并被夯实，由于大型机械的巨大压力，土壤往往被夯实的厚度超过作物根系的活动层。当土壤较湿润时，在压力下土粒之间相粘结，表层土壤水分蒸发后变得坚硬。虽然旋耕机广泛使用，但耕地的深度难以达到作物生长的需求，其耕地深度通常为12～15 cm，深耕达不到要求，土壤原有结构体系不能得到恢复，作物生长时根系的下行和水分吸收会受到影响，最终影响作物产量。

2.2 不合理的灌溉方式

漫灌是一种较为原始的灌溉方式，又称重力灌水法，水流借助重力在田面流动，边流边下渗，其操作简单，在过去是一种主要的灌溉方式，但这种灌溉方式存在极大的弊端，其对田面平整度要求高，水的利用率低，同时也对田面造成巨大损害，带走田间土壤，使田面淤积，田面土体团粒结构被破坏，田面干燥后毛细管增多，田面板结，同时剧增的毛细管将较高含盐量的地下水通过毛管作用带到土壤上层造成土壤反盐，造成盐碱化的同时进一步加剧土壤板结。

2.3 不合理的施肥结构

自从化肥问世以来，很快成为农业的新宠，化肥的不断追加使土壤营养结构发生了巨大改变，长期单一的营养结构难免带来副作用。无机肥料的使用同时加速了有机物的分解，破坏土壤成分构成比例，致使土壤结构被破坏。土壤微生物消耗N与C的比例为1/25,过量的氮肥追加会引起土壤有机质的快速分解。通常过磷酸钙、重过磷酸钙等被用作磷肥，但磷肥过量追加，磷酸根容易与土壤中的阳离子生成难溶性沉淀，不利于作物吸收，影响土壤组成结构和营养结构。如果长期不追加有机肥，土壤中的有机质会大大减少，土壤将逐渐失去蓬松结构，易造成土壤板结。

3 土壤板结的危害

3.1 水分下渗困难

当发生土壤板结时，灌溉水或者自然降水进入田间，由于表层土壤质密紧促，在相同时间内健康状态的土壤水分下渗深度要远大于板结土壤水分下渗深度。板结土壤内部失去了像健康土壤一样的蓬松团粒结构，孔隙量大大减少，单位体积的土体涵水能力远不及拥有团粒结构的土壤。另一方面由于水的表面张力使得水分下渗更加困难，往往进入田间的水分还未穿透上层土壤，多数水分就以地表径流的方式流失掉，留在地表的水分由于下渗不及时，又以地表蒸发的方式散失掉大部分。

3.2 影响植物根系水分及矿物养分的吸收

存在于土壤中的水分有三种形态，即固态、液态、气态。当土壤中存在固态水时，作物根系一般发生冻害，属于不可利用水。气态水存在于土壤孔隙中，凝结为液态水时可被作物吸收利用。根据液态水的运动特性可以分为毛管水、重力水、吸着水。毛管水是悬着在土壤毛细管内的液态水，是作物根系吸收利用的主要水分来源，其最大含量被称为田间持水量。重力水是能在土壤孔隙中自由运动的水分，是毛管水达到最大无法吸附的部分，在地下水位较低时，重力水很快流失掉，当地下水位较高时，由于地下水位的顶托作用，重力水停留在根系层内，影响根系的呼吸，易造成根系的腐烂，属于过剩水。吸着水仅仅吸附在土粒表面，是作物所不能利用的，属于无效水。

土壤发生板结时，团粒间的孔隙减少，土粒与土粒之间粘结在一起，毛细管之间直连相通，通向地表，将原有土壤颗粒之间的毛管水牵引至地表蒸发散失，作物的主要水分来源被切断，作物吸收营养是通过吸收溶解在水分中的无机物，失去水分后根系也将失去营养供给，导致作物发生缺素症、萎蔫等症状。土壤中的吸附水紧紧吸附在土粒表面，无溶解能力，呈现固态水性质，不可被利用。孔隙中的重力水下层渗漏掉或者被毛管力牵引至地表蒸发散失，此时土壤表面坚硬、质密，外在补充水分难以下渗。板结土壤使作物根系难以向下生长，土壤间孔隙少，氧气不足，作物根系呼吸困难，影响作物的正常生长。

4 治理措施

4.1 离子替换法

在我国西北干燥黏土区，由于不合理的耕作，土壤反盐严重，土壤表面由于盐分的作用固化板结，地表质地坚硬，作物根系向下生长困难，大量灌溉水以地表径流和蒸发的形式散失。此类土壤内部结构主要是盐-土粒系统，黏土的微观结构成小片状，在土片周围粘结了大量的盐分，盐分包裹的土片成平面分布，构成一张拦截水分的“网”，在灌溉水中加入一定浓度的可溶性钙可以打破这种平衡。当可溶性钙溶液进入坚固难以透水的盐-土片体系时，钙离子替换土片周围的钠离子，吸附在土片上的钙离子更薄，土片可在在垂直结构上重叠，平面布置的拦水“网”出现漏洞，水分便可以下渗，在同样时间内，可溶性钙溶液下渗深度是普通灌溉水下渗深度的2～3倍，水分的下渗率增加可以有效减少灌溉水用水量，避免水分对田面的过分冲刷和地下水携带水分上移造成土壤板结。

4.2 绿肥轮作与秸秆还田

在农闲季节通过种植绿肥可以让土壤得到间歇性恢复，绿肥投资成本低、管理投入少但却能带来很高的综合效益，通过对田面的覆盖可以减少雨水对土壤的冲刷，避免水土流失。某些豆科绿肥可以有效固氮，吸收钾元素，提高土壤肥力。绿肥和秸秆还田能够为土壤补充大量新鲜有机质，在土壤中分解形成腐殖质，腐殖质在土壤中与钙结合可以形成疏松多孔的土壤团粒，使土壤的耕作层变得疏松多孔，提高土壤的通气透水性和保水保肥能力。这些新鲜残体在土壤分解过程可以促进土壤微生物数量的增加，加快土壤的熟化，同时配合深耕能够有效避免土壤的板结。值得注意的是不经过处理的绿肥、秸秆中可能含有虫卵，造成虫害的发生。

4.3 使用土壤改良剂

土壤改良剂分为天然改良剂、人工合成改良剂、生物改良剂等。天然改良剂有天然矿石、有机、无机固体废物和天然高分子化合物等，其中如石灰、石膏，通过中和反应改良土壤的pH值，改善土壤酸碱环境，保证作物的正常生长，还有另一些天然矿物改良剂施加在土壤中可以黏着土壤颗粒，形成土壤团聚体，增强保水能力。生物改良剂主要是有益微生物制剂类，通过增加土壤有益菌群，改变土壤的理化性质和营养结构，促进土壤生态的稳定。人工合成改良剂主要是高分子化合物，如聚乙烯醇类、聚丙烯酸类等，此类改良剂施加到土壤中会粘结土壤中的小土粒，形成大的土壤团聚体，增加土壤孔隙和毛管孔隙度，从而使土壤的容重降低，可以明显的改善土壤的通气透水性，增加水分下渗率，减少灌溉水的地表径流和地面蒸发损失，起到保水保肥，避免土壤板结的效果。

5 结语

自古以来中国农业模式都是以精耕细作为主，耕作者为求在有限的土地中获得更大收益。在近几十年，现代化农业快速发展，机械化耕作普及，化肥成了高产的保证，人们渐渐忽视了对耕地的保护，土壤板结是人们不合理利用土地造成的后果，但也不是不可避免、不可修复的问题。当前，实现社会经济的均衡协调和可持续发展是我国的基本方略，生态文明建设不可或缺的，这就需要改变以前先破坏再治理的发展模式，除了大气污染、水污染，土地退化问题也应该被高度重视，土地是我们生存的支柱，关系着我国的粮食安全，国家战略安全，而土地内部的污染往往是肉眼不可见的，也容易被忽视，相比治理，预防要容易的多。土地问题一直都是我国的一道伤疤，我们应该正视这些问题，在政策上给予支持，提高大众对土地退化的认识，积极保护我们的耕地，避免现在普遍存在的土地板结问题进一步加重。