油料作物對(duì)土壤緊實(shí)脅迫響應(yīng)研究進(jìn)展

沈浦++馮昊++羅盛++王才斌++陳殿緒

摘要：土壤緊實(shí)脅迫嚴(yán)重威脅油料作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)狀況。本文綜述了土壤緊實(shí)脅迫的發(fā)生及其對(duì)土壤肥力和油料作物的危害，闡明緊實(shí)脅迫下土壤“水、肥、氣、熱”受到的影響，由此抑制了油菜、大豆、芝麻、向日葵、蓖麻等作物根系發(fā)育，進(jìn)而危及這些地上結(jié)實(shí)作物的生育特性及物質(zhì)積累，并指明花生作為地下結(jié)實(shí)作物對(duì)土壤緊實(shí)脅迫的響應(yīng)更為敏感。文章綜述了改良油料作物土壤緊實(shí)脅迫的幾個(gè)重要途徑：（1）開(kāi)展耕翻松土作業(yè)，打破土壤緊實(shí)；（2）秸稈還田；（3）摻沙改粘，降低土壤粘質(zhì)性和容重；（4）合理水肥管理，減少板結(jié)發(fā)生；（5）選育高抗緊實(shí)脅迫的品種。最后，本文提出了油料作物應(yīng)對(duì)土壤緊實(shí)脅迫需要加強(qiáng)的重點(diǎn)研究方向。

關(guān)鍵詞：油料作物；抗緊實(shí)脅迫；耕作；容重；品種選育

中圖分類號(hào)：S154.4-1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2015）12-0111-04

油料作物在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中占有重要的地位，常年種植面積約2千萬(wàn)公頃，2012年總產(chǎn)近5千萬(wàn)噸。然而，我國(guó)油料作物農(nóng)田復(fù)種指數(shù)高、土壤肥力水平總體較低，生產(chǎn)中常常出現(xiàn)各種障礙性因素，制約著產(chǎn)量的進(jìn)一步提升。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的應(yīng)用普及和農(nóng)田粗放管理等，土壤板結(jié)、容重增大現(xiàn)象突出，油菜、大豆、花生、芝麻等作物生長(zhǎng)出現(xiàn)緊實(shí)脅迫狀況日益嚴(yán)重。弄清土壤緊實(shí)脅迫的發(fā)生及其危害，探究控制其形成的管理措施，是當(dāng)前和未來(lái)油料作物栽培實(shí)踐的重點(diǎn)難題。本文以土壤緊實(shí)脅迫的誘因?yàn)槿耸贮c(diǎn)，分析了土壤肥力要素的變化狀況，探討了土壤緊實(shí)脅迫下典型油料作物的根、莖、葉和果實(shí)的響應(yīng)特征，并分析了地下結(jié)果作物與地上結(jié)果作物的差異。另外，本文就油料作物應(yīng)對(duì)土壤緊實(shí)脅迫需要加強(qiáng)的研究進(jìn)行了展望。

1 土壤緊實(shí)脅迫發(fā)生因素

土壤緊實(shí)脅迫顧名思義為土壤緊實(shí)度增加，且對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生一定程度的限制。其發(fā)生過(guò)程為土壤孔隙度降低、團(tuán)聚體重新排列、單位體積內(nèi)土壤固相增大。栽培實(shí)踐中，引起土壤緊實(shí)脅迫的因素很多，主要有機(jī)械壓實(shí)、化肥施用、灌溉排水及土粒自然沉實(shí)等。全球土壤機(jī)械壓實(shí)引起的緊實(shí)脅迫等土地退化面積已達(dá)到6千萬(wàn)公頃以上，這在油料作物生產(chǎn)中發(fā)生的概率也不斷擴(kuò)大，在影響作物生長(zhǎng)同時(shí)，也產(chǎn)生了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。化肥的連續(xù)不合理施用，可導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的破壞，膠體物質(zhì)的調(diào)控機(jī)能受損，引起土壤板結(jié)及容重增加。灌溉和排水過(guò)程中，土壤孔隙發(fā)生變化，土粒吸水膨脹或脫水收縮后，緊實(shí)度的變化明顯。土壤顆粒還受到外界氣候環(huán)境如降雨、高溫等影響，發(fā)生自然沉實(shí)的現(xiàn)象。在油料作物栽培中，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及，機(jī)械壓實(shí)正成為土壤緊實(shí)脅迫的主因。而不同農(nóng)田中引起緊實(shí)脅迫的主因還存在差異，深入探究這些發(fā)生的因素，弄清緩解機(jī)理及采取相應(yīng)的措施，是油料作物生產(chǎn)中解決土壤緊實(shí)脅迫的重要思路。

2 土壤緊實(shí)脅迫對(duì)土壤肥力的影響

土壤肥力狀況很大程度上決定了油料作物生長(zhǎng)的外界營(yíng)養(yǎng)及生態(tài)環(huán)境條件。土壤緊實(shí)度影響了土壤“水、肥、氣、熱”四大因素及其物理、化學(xué)及生物過(guò)程。因而，深入探究土壤肥力狀況對(duì)緊實(shí)脅迫的響應(yīng)非常必要。

緊實(shí)度的增加伴隨著土壤水分、空氣比例的下降。對(duì)于土壤水分來(lái)說(shuō)，土壤壓實(shí)等易造成孔隙在表土層和心土層的連接性減弱，水分主要停留在上層無(wú)效孔隙中。土壤緊實(shí)度增加也導(dǎo)致了水與礦物質(zhì)的接觸面下降；同時(shí)，土壤吸收外界降水的能力下降、飽和導(dǎo)水率減少，地表徑流和侵蝕發(fā)生的可能性增加。土壤空氣在緊實(shí)脅迫過(guò)程中會(huì)減少，容易降低微生物的生物量和生命活性，特別是在通氣不良情況下真菌數(shù)量減少的更多。在緊實(shí)度增加過(guò)程中，土壤的溫室氣體排放受到影響。土壤中氮素易發(fā)生反硝化作用，常以N₂O等形式排出，而且降低了豆科植物結(jié)瘤和共生固氮的能力。Jensen等發(fā)現(xiàn)土壤呼吸強(qiáng)度隨壓實(shí)下降了57%～69%，而導(dǎo)致C0₂的排放增加。另外，土壤溫度與緊實(shí)度也有密切關(guān)系，緊實(shí)脅迫下土壤的熱導(dǎo)率和熱容量隨之增加，土壤升溫慢、降溫也慢。

土壤養(yǎng)分的有效性受緊實(shí)脅迫影響會(huì)發(fā)生顯著變化，一方面由于緊實(shí)度增加影響了養(yǎng)分的運(yùn)移狀況，另一方面由于養(yǎng)分在土壤中發(fā)生了各種物理、化學(xué)和生物學(xué)反應(yīng)，如銅、鋅、鐵、錳等會(huì)隨著S6+的還原而釋放出來(lái)。緊實(shí)度增加還影響到植物對(duì)養(yǎng)分的獲取，致使殘留在土壤中的有效養(yǎng)分較多。王群等研究發(fā)現(xiàn)高緊實(shí)度土壤比低緊實(shí)度土壤，氮磷鉀養(yǎng)分減少速率分別下降6.4%～20.0%、9.3%～18.5%、14.6%～29.5%。土壤空氣、水分、溫度的變化也會(huì)影響到微生物的生命活動(dòng)，致使根瘤菌的活動(dòng)下降，活磷、活鉀等微生物群體組成變化。與此同時(shí)，與微生物生命活動(dòng)相關(guān)的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化酶，如脲酶、過(guò)氧化氫酶、磷酸酶等活性也受到緊實(shí)度變化的影響?？傊o實(shí)脅迫下土壤調(diào)節(jié)“水肥氣熱”能力不足，土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)肥力顯著下降。

3 油料作物對(duì)土壤緊實(shí)脅迫的響應(yīng)

土壤緊實(shí)脅迫改變了油料作物的生長(zhǎng)環(huán)境，影響其生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)狀況。然而，油料作物不同部位對(duì)緊實(shí)脅迫的敏感度存在差異，且不同油料作物（地上結(jié)實(shí)與地下結(jié)實(shí)）之間也存在差異。

緊實(shí)脅迫下土壤水分、空氣、溫度、養(yǎng)分發(fā)生變化，影響了根系的生長(zhǎng)及其對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收利用。隨著土壤緊實(shí)度的增加，大豆、油菜、花生等根系生長(zhǎng)受到抑制，側(cè)根發(fā)育受阻，主根變粗，根系活力、呼吸速率、養(yǎng)分吸收能力下降。蓖麻、芝麻、胡麻、向日葵等在土壤緊實(shí)脅迫下也有相似狀況。植株地下部根系生長(zhǎng)受阻，會(huì)導(dǎo)致地上部莖葉的生長(zhǎng)發(fā)育不良，葉片光合能力下降，生物量累積較少。一方面由于土壤緊實(shí)破壞了根系養(yǎng)分吸收，根系的發(fā)育不良進(jìn)而危及地上部莖葉的發(fā)育；另一方面緊實(shí)脅迫下根系分泌的一些激素信息直接抑制了地上部莖葉生長(zhǎng)。

更重要的是，緊實(shí)脅迫下大豆、油菜等油料作物營(yíng)養(yǎng)體發(fā)育不良，影響物質(zhì)的累積及其向果實(shí)的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而產(chǎn)量品質(zhì)顯著下降、經(jīng)濟(jì)效益低。對(duì)于不同油料作物而言，地下結(jié)果的花生對(duì)緊實(shí)脅迫敏感度更大。花生的果針下扎及莢果發(fā)育在高緊實(shí)土壤中難以較好完成，從而使得莢果數(shù)減少、莢果重下降。由此，土壤緊實(shí)脅迫是油料作物栽培生長(zhǎng)中重要的障礙因素之一，探究相應(yīng)緩解措施是其高產(chǎn)高效栽培的重要方向。endprint

4 土壤緊實(shí)脅迫的應(yīng)對(duì)改良措施

4.1 開(kāi)展耕翻松土作業(yè)，打破土壤緊實(shí)

耕翻松土措施能夠打破土壤緊實(shí)脅迫，增加土壤通透性，使土壤蓄水保水能力加強(qiáng)，微生物活性提高，進(jìn)而促進(jìn)油料作物根系活力的提升，促使根系生長(zhǎng)恢復(fù)。對(duì)于耕翻深度而言，常規(guī)淺翻（15～20cm）能夠很大程度緩解緊實(shí)脅迫，而深松、深耕（30～40cm）對(duì)于構(gòu)建高肥力土壤結(jié)構(gòu)有更好的作用。由此，定期（如2～3年）開(kāi)展油料作物農(nóng)田的深耕翻是目前和未來(lái)應(yīng)對(duì)土壤緊實(shí)脅迫的重要措施。

4.2 秸稈還田

秸稈翻人土中或覆蓋均能對(duì)土壤緊實(shí)度及作物生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響。秸稈覆蓋條件下有利于反射太陽(yáng)能，減少土壤表面的熱量傳導(dǎo)，能夠減少水分蒸發(fā)等，從而有利于維持微生物生命活動(dòng)的穩(wěn)定性以及油料作物對(duì)水分的利用和生長(zhǎng)發(fā)育。王幸研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田下土壤容重下降，促進(jìn)了大豆的增產(chǎn)增收，且隨著年限增加秸稈還田對(duì)土壤容重的影響有可能大于耕作方式的作用。秸稈還田同樣能夠緩解油菜等的土壤緊實(shí)脅迫，促進(jìn)其株高、根干重和地上部干重增加，而秸稈還田量需維持在適宜水平。

4.3 摻沙改粘，減少土壤粘質(zhì)性和容重

對(duì)于粘質(zhì)性強(qiáng)的土壤，通透性差，土壤容重大。耕翻等農(nóng)業(yè)管理措施在處理之初效果明顯，而處理后期由于自然沉實(shí)、水土團(tuán)聚等仍會(huì)出現(xiàn)土壤緊實(shí)脅迫的現(xiàn)象。對(duì)此情況，可通過(guò)摻沙方式，能夠迅速提高土壤砂粘質(zhì)比例，進(jìn)而改善土壤物理性狀，使得土壤水肥供給良好，微生物活性增強(qiáng)，土壤肥力快速提升。

4.4 合理水肥管理，減少板結(jié)發(fā)生

長(zhǎng)期不合理的使用化學(xué)肥料容易造成土壤孔隙度下降、板結(jié)等，難以發(fā)揮肥料的作用效果，甚至使土壤肥力低于不施肥處理。根據(jù)土壤性質(zhì)和油料作物生育狀況，選擇適宜酸堿度肥料，如酸性土壤選擇鈣鎂磷肥、堿性土壤選擇過(guò)磷酸鈣肥等；同時(shí)注意氮肥與磷鉀肥的配施，以及化學(xué)肥料、有機(jī)肥與緩控釋肥的配施，從而減少土壤板結(jié)和緊實(shí)脅迫的發(fā)生。合理的灌溉管理，在供給油料作物水分需求的同時(shí)，還能夠促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)以及養(yǎng)分的釋放。由此，油料作物農(nóng)田開(kāi)展適宜的水肥一體化管理（如噴灌、滴灌），對(duì)于滿足作物水肥需求，緩解土壤緊實(shí)脅迫，提高資源利用效率，降低環(huán)境污染，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

4.5 選育高抗土壤緊實(shí)脅迫的品種

不同品種大豆、油菜、花生等對(duì)土壤緊實(shí)脅迫的響應(yīng)不盡一致。高抗緊實(shí)脅迫的品種，能夠通過(guò)根系形態(tài)變化、降低呼吸消耗等提高養(yǎng)分吸收、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育；而對(duì)緊實(shí)脅迫敏感的品種，則生長(zhǎng)發(fā)育易受阻，造成顯著減產(chǎn)?？梢?jiàn)，在油料作物生產(chǎn)中，選育高抗土壤緊實(shí)脅迫品種也是未來(lái)重要的應(yīng)對(duì)手段之一。

5 展望

土壤緊實(shí)脅迫是油料作物生產(chǎn)中重要的非生物脅迫因子之一。今后在應(yīng)對(duì)土壤緊實(shí)脅迫危害過(guò)程中，有必要針對(duì)土壤緊實(shí)消除和作物適應(yīng)選擇等方面開(kāi)展深入研究：（1）確定土壤緊實(shí)脅迫發(fā)生的緊實(shí)度臨界點(diǎn)，弄清土壤耕翻與緊實(shí)度的關(guān)系方程，建立適宜油料作物生長(zhǎng)的土壤耕作體系；（2）明確秸稈還田種類、還田量對(duì)土壤緊實(shí)度的影響，開(kāi)展秸稈腐熟分解試驗(yàn)及后效試驗(yàn)，探究秸稈對(duì)土壤緊實(shí)脅迫的緩解潛力；（3）針對(duì)粘滯性強(qiáng)土壤，深入探究摻沙比例的效果，構(gòu)建土壤砂粘比與緊實(shí)度的關(guān)系模型，量化緩解土壤緊實(shí)脅迫所需摻入的沙量；（4）探究土壤緊實(shí)度與水肥供給的關(guān)系，明確不同緊實(shí)度下油料作物的水肥需求規(guī)律，在滿足作物需求同時(shí)，進(jìn)一步通過(guò)水肥管理措施緩解土壤緊實(shí)脅迫；（5）從營(yíng)養(yǎng)代謝、形態(tài)解剖、信號(hào)物質(zhì)傳遞等方面研究油料作物抗緊實(shí)脅迫的機(jī)制，選育抗緊實(shí)脅迫的品種。endprint