耕地土壤板結(jié)原因和改良途徑研究進(jìn)展

郭振 汪怡珂 盧垟杰 徐艷

摘 要：根據(jù)已有的文獻(xiàn)資料，對(duì)貴州地區(qū)耕地土壤板結(jié)概況進(jìn)行介紹，并從降雨量大且集中、耕作制度不合理、化肥施用不合理、有機(jī)肥不足、秸稈還田量少、塑料制品投入多、污水灌溉等方面分析土壤板結(jié)形成原因，同時(shí)，針對(duì)性地在轉(zhuǎn)變耕作方式、科學(xué)合理施肥、積極推廣作物秸稈還田、適時(shí)揭膜、設(shè)立污水過(guò)濾措施、合理利用土壤調(diào)節(jié)劑等方面對(duì)土壤板結(jié)改良途徑進(jìn)行總結(jié)，旨在為貴州地區(qū)耕地土壤板結(jié)改良提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：貴州地區(qū)；土壤板結(jié)；原因；改良

中圖分類(lèi)號(hào)：S156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.12.024

Abstract： In this paper， according to the existing literature， the situation of soil hardening in Guizhou cultivated land were introduced， the reasons of soil hardening were analyzed， which included heavy and concentrated rainfall， unreasonable farming system， unreasonable application of chemical fertilizer， insufficient organic fertilizer， less straw returning， more application of plastic products， and sewage irrigation， and also the improvement methods of soil hardening were summarized， which included changing farming methods， scientific and rational fertilization， actively promoting crop straw returning， timely film uncovering， setting up sewage filtration measures， and rational use of soil conditioners， aiming to provide reference for the improvement of soil hardening in Guizhou cultivated land.

Key words： Guizhou； soil hardening； reasons； improvement

土壤像“皮膚”一樣覆蓋在整個(gè)地球陸地表面，保障著生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)，并維持著多種生命的繁衍[1]，特別是地表耕層土壤，是植物的重要養(yǎng)分來(lái)源[2]。近年來(lái)，我國(guó)土壤退化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，其中以農(nóng)田可耕性下降表現(xiàn)較為典型，耕地越種越硬，地力越來(lái)越貧瘠，使農(nóng)作物的生長(zhǎng)嚴(yán)重受阻，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量嚴(yán)重下降[3]。板結(jié)作為土壤退化的一個(gè)典型表現(xiàn)，是眾多因素共同作用的結(jié)果。耕地土壤的板結(jié)很大一部分是人為造成的，由于長(zhǎng)期施用氮磷鉀化肥、有機(jī)肥嚴(yán)重不足，再加上塑料制品過(guò)多投入，以及不科學(xué)的耕作方式、輪作制度和施肥方式的共同作用，破壞了土壤上層結(jié)構(gòu)，使耕地土壤板結(jié)，最終導(dǎo)致土壤的可耕性變得越來(lái)越差[4-5]。據(jù)報(bào)道，土壤板結(jié)已經(jīng)成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一大問(wèn)題[6]，解決這個(gè)問(wèn)題首先需要了解土壤板結(jié)的形成原因。

本文以貴州地區(qū)為例，通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)耕地板結(jié)概況及其形成原因進(jìn)行分析和總結(jié)，針對(duì)性地提出治理措施，以期為貴州地區(qū)耕地板結(jié)土壤改良提供參考。

1 貴州地區(qū)土壤板結(jié)概況

貴州地區(qū)處于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候帶，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，年降雨量充沛，相對(duì)濕度較大，森林覆蓋率大，地形多以山地為主，為典型的喀斯特地貌環(huán)境；土壤耕作層較薄，早年間施肥多以農(nóng)家肥為主，有機(jī)質(zhì)含量豐富。

隨著化工行業(yè)的迅速發(fā)展，農(nóng)民的耕作觀念發(fā)生了巨大的改變；化肥被大量施入耕作土壤，加上不科學(xué)的耕作方式，導(dǎo)致土壤退化，形成板結(jié)。貴州畢節(jié)地區(qū)坡耕地較多，是貴州地區(qū)土壤板結(jié)主要發(fā)生區(qū)域，降雨過(guò)后表土層細(xì)小的土壤顆粒被帶走，使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，土料分散，干燥后受內(nèi)聚力作用使土面變硬，耕層土壤發(fā)僵，土體粘韌板滑[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前貴州地區(qū)耕地面積為449.99萬(wàn)hm2，其中土壤板結(jié)退化區(qū)域約占6.01%[7-8]。

2 貴州地區(qū)耕地土壤板結(jié)的原因

2.1 降雨量大且集中、耕作制度不合理

吳俊銘等[9]研究表明，貴州在1958年以前自然生態(tài)環(huán)境良好，自然災(zāi)害較輕；后因各種原因?qū)е露钙職Я謿Р蓍_(kāi)荒，林草植被遭到嚴(yán)重破壞，由于林草植被的破壞、水土流失和石漠化日益嚴(yán)重，使貴州山地逐漸變成石山禿嶺多、土少、林少、水少的情況。森林覆蓋率降低，植被嚴(yán)重破壞導(dǎo)致水土流失，從而影響團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成，而大量的集中降雨會(huì)加劇土壤結(jié)構(gòu)破壞，這是造成土壤板結(jié)的一大原因。

楊子家等[10]研究表明，土粒間的接觸面積和分子引力隨粒級(jí)的分散程度增大而增大，而土壤黏接性越大，其膨脹性、可塑性和黏著性就會(huì)越強(qiáng)，從而容易引起土壤板結(jié)。貴州地區(qū)農(nóng)田土壤耕層淺，質(zhì)地黏重，且土壤中毛細(xì)管的孔隙較少，通氣透水性和增溫性較差，尤其在下雨或灌水以后，孔隙容易被堵塞，從而造成土壤表層結(jié)皮[11]。因此，要使用科學(xué)的耕作方式和耕作器械，以增加土壤的耕作層，減緩?fù)寥腊褰Y(jié)程度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從平整土地、施肥、播種到后期的田間管理均在一定程度上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。大型機(jī)械頻繁地在耕地里反復(fù)碾壓，長(zhǎng)此以往，在物理的作用下形成板結(jié)；尤其是在大雨過(guò)后，土壤中含水量較大，經(jīng)過(guò)碾壓的土壤板結(jié)會(huì)更加嚴(yán)重[12]。

2.2 化肥的不合理施用

隨著化工行業(yè)的迅速發(fā)展，化肥逐漸代替了大部分或全部有機(jī)肥，而長(zhǎng)期單一使用化肥又使得土壤有機(jī)質(zhì)含量和容重降低，從而造成土壤板結(jié)[13]。

氮肥長(zhǎng)期的不科學(xué)施用，是導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)減少的主要原因。L?等[14]研究表明，在用水稻殼堆制肥料時(shí)應(yīng)該將C/N的值調(diào)節(jié)到25∶1最優(yōu)值，土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)會(huì)隨C/N值的增加而增強(qiáng)。N素作為微生物體細(xì)胞的合成元素之一，每消耗一份就要提供25份碳素，而碳素是由土壤有機(jī)質(zhì)供給；其次有機(jī)質(zhì)作為土壤微生物活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和能量來(lái)源，其含量的降低會(huì)影響微生物的活性，有機(jī)質(zhì)含量降低的同時(shí)土壤中的膠結(jié)作用也在降低，從而影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致土壤板結(jié)。

此外，單施磷肥或鉀肥也會(huì)造成土壤板結(jié)，因?yàn)橥寥乐械拟}和鎂等陽(yáng)離子會(huì)和磷肥中的磷酸根離子形成難溶性磷酸鹽，這樣的施肥方式既浪費(fèi)了磷肥又破壞了土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、導(dǎo)致土壤板結(jié)；鉀離子具有較強(qiáng)的置換性，能置換出土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的離子，而鉀離子由于是一鍵，不具有鍵橋作用，故土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的鍵橋作用被破壞，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)減少，亦可導(dǎo)致土壤板結(jié)。

2.3 有機(jī)肥嚴(yán)重不足，秸稈還田量減少

隨著最近幾年大量使用化學(xué)肥料，農(nóng)家肥的施用量大大減少，使土壤有機(jī)物含量嚴(yán)重偏低、結(jié)構(gòu)變差，影響微生物活性，從而影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，造成土壤的酸堿性過(guò)大或過(guò)小，導(dǎo)致土壤板結(jié)。國(guó)家提出了“化肥零增長(zhǎng)”口號(hào)，要求配施一定量的有機(jī)肥[15]。陳煌等[16]在不同復(fù)混有機(jī)肥對(duì)植煙土壤的影響研究中表明，大量化肥的施用造成植煙土壤酸化、板結(jié)，氮磷鉀等養(yǎng)分的利用率不高，難以供應(yīng)烤煙生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而造成煙葉品質(zhì)下降。在沒(méi)有配施有機(jī)肥的情況下大量施用化肥，使土壤肥力透支，最后造成土壤板結(jié)化嚴(yán)重、菌種單一等現(xiàn)象，同時(shí)亦不能提高作物如烤煙的產(chǎn)量，反而會(huì)降低其品質(zhì)[17]。

2.4 塑料制品投入過(guò)多及污水灌溉

塑料制品在目前的農(nóng)業(yè)中經(jīng)常被用來(lái)覆膜，起到抑制雜草生長(zhǎng)的作用，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很大的促進(jìn)作用[18]。但是，不科學(xué)地使用以及隨處亂扔已經(jīng)造成很大的環(huán)境污染問(wèn)題，地膜和塑料袋等在土壤中是無(wú)法被微生物所降解的，因而形成有害的塊狀物，促進(jìn)了土壤板結(jié)和耕地質(zhì)量的退化[19]。另外，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，以及一些不規(guī)范地排放污水，導(dǎo)致部分地下水和灌溉水被工業(yè)污染，如長(zhǎng)期利用被重金屬污染的灌溉水，就會(huì)使有毒物質(zhì)積累過(guò)量，引起土壤表面板結(jié)[20]。

3 有效治理和改良途徑

3.1 轉(zhuǎn)變耕作方式

堅(jiān)持深耕與旋耕相結(jié)合的方式對(duì)土壤板結(jié)有一定的減緩作用[21]，每隔2～3年用深松機(jī)具在深度30～50 cm位置深松一遍，這種耕作措施可以打破犁底層，使土壤耕作層加厚，增強(qiáng)了土壤蓄水能力和保墑能力，深松后更有利于作物扎根，擴(kuò)大根系的吸水吸肥范圍，此外土壤的養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)化能力也會(huì)有所加強(qiáng)[22]。

3.2 科學(xué)合理施肥

土壤板結(jié)大多與不科學(xué)不合理施肥關(guān)系密切，如長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)肥而不施有機(jī)肥或長(zhǎng)期施用單一化肥，或是重氮肥輕磷、鉀肥，都會(huì)導(dǎo)致土壤的有機(jī)質(zhì)含量下降[5]。王寶檔等[23]研究表明，增施有機(jī)肥降低了土壤容重，使土壤有機(jī)質(zhì)和陽(yáng)離子交換量有所提高，從而改良了土壤板結(jié)狀況，使土壤肥力和作物產(chǎn)量明顯提高。王秋杰等[24]研究表明，增施有機(jī)肥后，土壤中的氮磷鉀以及微量元素鋅和鉬等有效性增加；同時(shí)還能夠提供大量的有機(jī)質(zhì)和各種微生物，有機(jī)物腐解后形成的有機(jī)質(zhì)膠體能與土壤礦物膠體形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠體和各種微生物團(tuán)聚體，改善土壤水、肥、氣、熱等理化性質(zhì)，具有很好的培肥土壤效果。

現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施肥越來(lái)越科學(xué)化，大量采用測(cè)土配方施肥技術(shù)[25]。指導(dǎo)農(nóng)戶合理施肥，宜借助政府的號(hào)召力，推進(jìn)測(cè)土配方施肥技術(shù)的宣傳和普及工作，提高測(cè)土配方施肥技術(shù)的到位率；政府部門(mén)宜選擇一批信譽(yù)度高、質(zhì)量好的配方肥企業(yè)參與這項(xiàng)工作，建立一個(gè)政府推動(dòng)、企業(yè)參與、農(nóng)戶響應(yīng)的良好態(tài)勢(shì)和安全體系。

3.3 積極推廣作物秸稈還田

秸稈還田有不同的途徑，我國(guó)北方還田方式采用的基本上是焚燒還田，但是這種方式效率并不是很高，對(duì)耕地的有機(jī)質(zhì)增加并沒(méi)有太大的促進(jìn)作用，反而還會(huì)造成環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。西南地區(qū)通過(guò)秸稈翻壓和覆蓋還田的正確方式能有效地改善土壤的物理性質(zhì)，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累和養(yǎng)分含量的提高[26-27]，一方面能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加有機(jī)質(zhì)含量，另一方面又能增加土壤的透氣蓄水能力，是防止板結(jié)的重要方法之一[28]。潘劍玲等[29]研究表明，合理有效的秸稈還田技術(shù)能給土壤中的微生物提供豐富的碳源，激發(fā)土壤微生物活性，促進(jìn)其對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分解，從而提升土壤肥力。

3.4 適時(shí)揭膜及設(shè)立污水過(guò)濾措施

針對(duì)不同的農(nóng)作物確定最佳的揭膜時(shí)期，做到殘膜在田間韌性還較強(qiáng)時(shí)揭膜回收，提高殘膜回收利用率?？緹熆稍诓煽就曛胁咳~片后進(jìn)行揭膜回收，玉米在大喇叭口期進(jìn)行揭膜回收，小春馬鈴薯可在塊莖膨大期進(jìn)行揭膜回收，其他農(nóng)作物、林業(yè)苗木根據(jù)氣候、生長(zhǎng)特性適時(shí)揭膜回收[30]。

是否可以使用污染水灌溉農(nóng)田的決定性因素是土壤類(lèi)型和水文地質(zhì)條件，一般的原則是在土層滲透系數(shù)大、含水層出露和地下水位偏高的地區(qū)，要盡量避免使用污水灌溉，在飲用水源區(qū)周?chē)?，一定要避免任何種類(lèi)的污水灌溉形式[31]。灌溉時(shí)，需要做好土壤污染程度測(cè)量，如果發(fā)現(xiàn)污染數(shù)值超過(guò)承受值，就要立即停止灌溉。另外，還要從源頭上確保灌溉污水達(dá)標(biāo)，使污水灌溉符合國(guó)家的相關(guān)排放規(guī)定。正確的做法是在污染區(qū)設(shè)立相應(yīng)的過(guò)濾處理設(shè)施，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.5 合理利用土壤調(diào)節(jié)劑

土壤板結(jié)現(xiàn)象究其原因就是土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞主要與化肥施用不科學(xué)和耕種方式不合理有關(guān)[12，24]，比如大量施用生理酸性肥料會(huì)造成硅、鈣、鐵等二價(jià)陽(yáng)離子的流失等。針對(duì)這種現(xiàn)象可以施用一些土壤調(diào)節(jié)劑，能夠迅速有效地改善土壤理化性質(zhì)。土壤調(diào)節(jié)劑中的陽(yáng)離子能與土壤膠體快速形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使得土壤的物理性質(zhì)得以改善，調(diào)節(jié)板結(jié)土壤的固、液、氣三相比例，提高土壤的自然活力和自我調(diào)節(jié)能力，解決土壤的板結(jié)問(wèn)題[32-36]。

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