杜 鵑

我國農業(yè)機械研發(fā)技術隨著科技的飛速發(fā)展日漸成熟，各種新型農機的全面推廣使用促使各地農業(yè)機械化水平快速提高，很多地區(qū)的農業(yè)生產基本已經實現了機械化作業(yè)，農業(yè)機械化的普及為農業(yè)生產提供了強大的技術支撐與硬件保障，不僅提高了農業(yè)生產效率，還有效降低了人工成本，現代農業(yè)生產的主導作業(yè)模式已離不開農業(yè)機械化作業(yè)，大大推進了我國農業(yè)機械化進程。農業(yè)機械的使用量和使用次數的大幅提高，在促進農業(yè)生產同時，同樣也一定程度的制約了農業(yè)生產，我們知道土壤是農業(yè)生產的基礎，它是由土壤顆粒、有機物、水和空氣幾部分組成的，各自占有一定的空間比例，正常蓬松度的土壤有利于農作物的正常生長，但由于農業(yè)機械在田間行走作業(yè)時輪胎及器械自身重量對土壤發(fā)生的碾壓作用遠遠超過土壤的承載能力，造成土壤被機械壓實現象，土壤結構被破壞，水和空氣含量減少，實際上從農業(yè)機械進地土壤壓實就已經開始，土壤壓實會造成耕地質量整體下降、農作物正常生長受到抑制、水土流失嚴重、土壤退化面積增加等一系列的不良后果，進而影響作物產量，阻礙農業(yè)生產的長期可持續(xù)性發(fā)展。土壤壓實是現代農業(yè)中一個隱藏的環(huán)境問題，農業(yè)機械化快速發(fā)展使這個問題越發(fā)彰顯，已成為一個不可回避的現實問題，科學工作者也逐漸認識到土壤壓實所帶來的嚴重后果，如何在發(fā)揮農業(yè)機械作業(yè)優(yōu)勢的同時，有效解決土壤壓實問題，將土壤壓實導致的經濟損失降到最低點，實現農作物增產增收，確保農業(yè)生產可持續(xù)性發(fā)展，是農機工作者和農機研發(fā)者必須要面對的、迫切要解決的首要任務。

一、土壤壓實

土壤由土壤顆粒、有機物、水和空氣組成，是一個包含氣體、液體和固體的多相體系，三者之間的比例相對穩(wěn)定，使土壤具有一定的抗機械壓力的能力，正常蓬松狀態(tài)下水分和空氣約占土壤50%左右的空間比例，作物可以正常生長，土壤團粒結構是土壤肥力的重要指標，土壤質量直接影響農作物的產量和質量，在外力的作用下土壤團粒結構遭到破壞，土壤的三相比例之間重新分配，土壤物質散布開來，土壤肥力、水分和滲透性降低，干燥后發(fā)生凝聚的現象，這是土壤壓實，土壤壓實是重力壓迫形成的結果，是一個相當普遍的土壤退化現象，也是農業(yè)生產中經常遇到的問題。土壤壓實不是一直對農作物生長不利，在實際生產中，適當程度的土壤壓實有利于種子的萌發(fā)和農作物健康生長，但如果土壤壓實嚴重，則非常不利于農業(yè)生產。農業(yè)機械化作業(yè)對耕地土壤頻繁擾動、不斷往復作業(yè)，是超過土壤承載能力的嚴重壓實。國外試驗研究判定各類土壤壓實程度以土壤空隙度的破壞極限值為參考標準：砂質土壤49%、粘性土壤45%、重粘土壤47%。另外，要強調的是土壤壓實和土壤板結不是一回事，土壤板結是土壤受長期施用化肥，降雨或灌溉等外部因素影響，導致土壤表面結構不良和缺乏有機物而凝聚變硬不松散，就比如有人蒸饃像石頭，有人蒸饃像棉花，要區(qū)分開來對待，土壤壓實和土壤板結解決方法也有所不同，不能一概而論。

二、土壤壓實的原因

土壤壓實是一個非常普遍的土壤退化現象，按土壤退化類型劃分，土壤壓實屬于土壤物理退化，是土壤退化的重要表現之一，阻礙作物根系發(fā)展。導致土壤產生壓實的原因主要包括兩方面，由土壤自然產生的壓實是內因、由機械化作業(yè)產生的壓實是外因，外因是人工最易控制的。

1、外因

①農業(yè)機械行走壓實

在現代農業(yè)中農業(yè)機械作業(yè)是導致土壤被壓實的主要原因，由于多數地區(qū)農業(yè)生產采用輪式農業(yè)機械開展作業(yè)活動，機具行走時輪胎的轉動會不同程度的對土壤產生壓實作用，而且隨著農業(yè)機械化的提高，土壤壓實越來越嚴重。土壤被壓實的深度隨不同的機型作業(yè)而不同，通常被壓實的范圍在10～45cm 之間，我們知道，從事農事作業(yè)的機械多以大型農機為主，這些機械自重較大，重量高達幾噸甚至十幾噸，作業(yè)過程中每壓過一片土地，就對土地造成一次傷害，當其作業(yè)時對土壤產生的表面載荷遠大于普通農機產生的載荷，也遠遠超出了土地的承受能力，對土壤深層產生壓實作用以地表面到地下10cm 的土壤壓實最為嚴重，表層土壤被壓實率超過30%，輪胎與地面的接觸面積較小，對土壤產生壓實是局部壓實，由于多數農機作業(yè)采用前驅農業(yè)機械，作業(yè)時機械70%的荷載量完全集中在后輪，重量始終處于失衡狀態(tài)，輪胎的過大載荷使被壓實部分土壤的透氣性、保水保墑等能力均下降，另外，現階段大力推廣的免耕播種技術，沒有翻耕這一作業(yè)環(huán)節(jié)，對土壤的壓實是一個逐漸累積的長期效果，應引起各地重視，因為這種累積效果無論對農作物生長還是對農業(yè)產量的影響都是不能忽略的存在。

②反復進地作業(yè)壓實

土壤壓實的程度隨農業(yè)機械反復進地作業(yè)次數的增加而不斷遞增，機具進地作業(yè)次數增加導致表層土壤受到不同程度的載荷作用，對土壤產生二次壓實，研究發(fā)現，農機具第一次進地作業(yè)對土壤的壓實最大，田地在經過一次碾壓之后，表層土壤的堅實度有效提升，增加幅度最高可達85%以上，之后隨作業(yè)次數的不斷增加對土壤的壓實效果逐漸降低，通常30cm 的土壤被壓實之后，土壤自身密度增加，形成了排列更為緊密的土壤顆粒，土壤結構的孔隙度降低為40%左右，持水和蓄水能力以及土壤通氣性下降，養(yǎng)分的成效降低；深層土壤的堅實度在8%左右，變化幅度較小，但土壤的壓實深度會隨農機具作業(yè)次數逐漸向土壤更深層次發(fā)展。當土壤被嚴重壓實，土壤結構的孔隙度會下降至10%，水分和空氣不能正常的進入，氧氣含量減少，土壤整體質量明顯下降，不僅農作物不能正常生長，還會加劇地表徑流，造成土壤退化，影響農業(yè)生產的長期可持續(xù)性發(fā)展。在眾多農業(yè)機具中，拖拉機作業(yè)對土壤壓實程度較其它農機具大，可達75%左右。

③土壤含水量多

農機作業(yè)時土壤水分不是越少越好，水分占土壤構成的38%，這時的土壤間空隙合理，是土壤蓬松的理想狀態(tài)，非常適合作物生長，也適合農機田間作業(yè)，農機作業(yè)對土壤的壓實范圍相對較小，在土壤表層10cm 以內，當土壤含水量較多時，水分充滿土壤孔隙，在土壤中占比遠遠超出理想的38%，此時的水分相當于農機輪胎的潤滑劑，使輪胎與土壤間的摩擦力減小，加速了農機作業(yè)壓實土壤的深度和速度，由此可見，土壤含水量越高農機對土壤壓實越深，以對土壤7.5～15cm 土層造成的壓實最為嚴重。

2、內因

①土層自然壓實

部分土壤不經農機作業(yè)也能產生壓實，如由土壤層結構不穩(wěn)定產生壓實或黏土層的自然壓實導致的，不同質地土壤抗壓實能力不同，質地較重的土壤由于土壤中的孔隙不多，水分和空氣運移較慢，更容易壓實，粘土和壤質粘土土壤水分多，即使不施加任何外界作用力，也能自然形成壓實。

②氣候因素

氣候等自然因素也可以對土壤作用形成壓實。雨季過后，表層土壤團粒結構被破壞，土壤壓實，由氣候產生的壓實通常發(fā)生在土壤表層15cm 范圍內；冰凍環(huán)境下土壤也會形成壓實。

③耕作措施

長期單一耕作或多年連續(xù)種植同一作物都能導致土壤壓實，翻耕、旋耕能使表層土壤疏松，隨著耕作年限的增加也能使耕層以下特別是心土層形成更堅硬的緊實層，厚度可達30～60cm；同一作物根系下扎深度一致，對土壤的穿透力減弱，影響土壤團粒結構的形成，形成土壤壓實。

三、土壤壓實的危害

1、土壤中基本成分比例失調

土壤基本成分包括空氣（12%)、水（38%)、有機物（5%）以及各種礦物質（45%)，土壤壓實嚴重影響了土壤中基本成分的比例，當土壤壓實到一定程度土壤顆粒之間的空隙明顯減少，土壤團粒結構基本成分比例嚴重失調，水分、有機質、礦物質、氧氣的空間被土壤顆粒占用，土壤密度變大，導致土壤中營養(yǎng)成分大量流失，農作物生長所需營養(yǎng)物質的供應鏈斷裂，而更小的空隙被水占據，氧氣含量下降。土壤孔隙度減少，土壤顆粒吸附水分的能力大幅降低，土壤的保水性與透氣性被破壞，持水能力降低，降水無法快速的滲入土壤之中，滲入速度大幅降低，出現明顯的地表徑流，加劇水土流失，導致土壤內部嚴重缺失水分，農作物生長緩慢甚至死亡。

2、微生物菌群數量和活性降低

土壤結構因土壤壓實產生明顯變化，土壤間空隙減少、氧氣含量降低，使依靠吸收土壤中的水分、氧氣以及有機質才能存活的有益微生物、寄居生物因養(yǎng)分的減少和生存環(huán)境被破壞，數量明顯減少，活力明顯降低，如果土壤長時間處于壓實狀態(tài)，將會造成寄居生物失去天然生存空間而大量死亡，從而影響土壤中蛋白質、養(yǎng)分及植物纖維的分解速度，土壤質量退化。

3、影響作物生長

①農作物生長緩慢

相比正常土壤壓實的土壤對農作物存在著明顯的不良影響。土壤壓實后，空氣、養(yǎng)分和水分含量減少，土壤顆粒間的密實度增加，使水分滲透受到阻礙，農作物獲得水分和養(yǎng)分更加困難，無法有效吸收水分和營養(yǎng)物質，使幼苗生長發(fā)育不良，正常生長受到抑制，營養(yǎng)元素的缺乏，出現營養(yǎng)失衡現象，表現生長緩慢，抗倒伏能力下降，作物最終減產。土壤壓實可使玉米、大豆產量分別降低9.5%-16.2%，3.8%-13.4%。

②作物根系吸收能力下降

土壤被壓實后硬度明顯增加，滲透性、導水率降低，作物根系生長阻力增加，生長空間受限，獲得氧氣更少，根部呼吸受到嚴重影響，生長速率降低，作物根系在壓實區(qū)表層土壤分布較多，生長變粗，由于吸收土壤下層的有效養(yǎng)分較少，根系扎入土壤的深度不足，在深層土壤分布的則很少，根系相對細弱，為作物生長提供的能量減少，使整個植株吸收營養(yǎng)成分不均衡，影響作物果穗的飽滿程度和生長高度，降低作物產量。

四、土壤壓實的解決措施

1、合理調整耕作模式，防止土壤壓實

機械化耕作對耕地土壤造成擾動，使土壤的團粒結構比例嚴重下降，是土壤壓實的主要原因，應合理優(yōu)化耕作方式，改善土壤團粒結構，緩解土壤壓實的不利影響，生產上多采用保護性耕作技術，保護性耕作有傳統耕作無法比擬的優(yōu)勢，能夠使土壤的性狀趨向于蓬松和合理，減少農機進地次數，有效改善土壤壓實問題。如深松整地可以打破傳統耕作生成的堅硬犁底層，提高土壤吸收水分的能力，使水分滲入到地下更深區(qū)域，解決底層土壤密實度高的問題，是近年來國家大力推廣的技術；淺松作業(yè)是利用整地工具（淺松機、圓盤耙）對耕地的表層土壤進行淺翻淺松，改變表層土壤性狀，還能減少雜草滋生，此技術解決土壤壓實最為直接、有效；秸稈還田可以增加土壤中的有機質，協調土壤中各種物質的平衡，殘茬覆蓋可以鎖住土壤水分，防止土壤結構受到破壞，還有少耕法和免耕法。注意：為了避免二次壓實，淺松和深松應嚴格控制好機械疏松頻率。

2、配套農藝措施，增加土壤有機質

有機質是土壤基本組成成分，占到近一半的比例，土壤中有機質含量豐富，能夠有效抵抗土壤壓實的形成，在農藝措施方面可通過合理輪作、增施有機肥來增加土壤中的營養(yǎng)成分，消除土壤壓實。結合土壤肥力進行合理的配方施肥，減少化肥用量；將有機肥料、合理數量的作物殘渣或高含量的微生物制劑等混合于土壤之中，都可優(yōu)化土壤結構，提高土壤的蓬松程度，抵御土壤被壓實。

3、合理選擇農機進地時間，避免土壤高濕機耕作業(yè)

機耕作業(yè)應選擇土壤含水量適宜時進行，土壤中的含水量過高接近田間持水量時，機械化作業(yè)會加劇土壤壓實度，對土壤造成更為嚴重的壓實；土壤含水量較低時作業(yè)，雖對土壤壓實較輕，但會增大耕作阻力，作業(yè)前應當準確判斷土壤含水率，盡量在土壤較干燥時期進行生產作業(yè)，避免土壤高濕狀態(tài)下作業(yè)，減輕農機載荷，以緩解土壤壓實，保證作業(yè)質量。

4、采取聯合機械作業(yè)，減少農機進地次數

農業(yè)生產中可采用聯合作業(yè)機組進行聯合作業(yè)，科學整合傳統農機單一功能，能充分發(fā)揮聯合作業(yè)的實效性，完成多項農業(yè)生產任務，有效減少單一類型農業(yè)機械的進地次數，均勻傳遞農業(yè)機械對土壤的荷載量，緩解土壤壓力。同時，現在大面積推廣使用的聯合農業(yè)機械多數具備一機多用的功能，取代了多種農機同時作業(yè)、單一作業(yè)的局面，像聯合收獲機、聯合整地機、免耕播種機等，均能有效減少農業(yè)機械進地次數，緩解土壤壓實問題。

5、固定作業(yè)行駛路線，減少土壤壓實

合理設計農業(yè)機械作業(yè)運行路線并固定下來，將農機行走路線與作物的生長區(qū)分離開來，保證農機行走不會對農作物的生長區(qū)域造成影響，以此降低農機對土壤壓實的影響，與傳統田間行進相比，固定作業(yè)行駛路線相當于“局部壓實”作業(yè)，會占用部分農田，如拖拉機會占用20%左右的農田用地，但可進行人工硬化處理，也可靠提升作物產量來彌補局部壓實對農業(yè)生產造成的損失，從生產實踐得出，固定農機作業(yè)行駛路線能明顯降低作業(yè)成本和能源消耗，使拖拉機的運行性能得到保障，與保護性耕作系統聯合應用可降低水土流失。

6、使用新型農機，減輕土壤壓實

前驅農業(yè)機械后輪承擔了機械超過70%的重量，作業(yè)時后輪對土壤壓實較為嚴重，基于這種情況，選擇農業(yè)機械盡量以四驅功能的機械為主，四驅農業(yè)機械行走作業(yè)時在不增加農機重量的情況下，前后輪均衡分攤了農機的載荷，對土壤施加的壓力也呈現出均勻分布，而不是集中在后輪，有效降低了土壤壓實度。

7、增加輪胎接地面積，降低土壤壓實

農業(yè)機械對土壤壓實程度主要受輪胎類型和內壓影響，這是產生土壤壓實的主要原因之一，通常農機的輪胎都會有一個比較適合行駛的標準氣壓，但是會對土壤造成傷害。輪胎內的氣壓決定輪胎與地面的接觸面積，生產上可以在農機重量不變的情況下，通過改變輪胎內壓來增加輪胎接地面積，增加拖拉機附著力，以此分散農機對土壤的荷載量，從而減輕對土壤的壓實，如子午線輪胎、并列輪胎、網格輪胎都屬于低壓輪胎，也可以采用履帶拖拉機作業(yè)，橡膠履帶拖拉機對心土層的壓實較輕，效果更好。