覆蓋作物根系對(duì)砂姜黑土壓實(shí)的響應(yīng)*

嚴(yán) 磊，張中彬，丁英志，王玥凱，王永玖，甘 磊，彭新華

（1. 桂林理工大學(xué)，廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科教結(jié)合科技創(chuàng)新基地，廣西桂林 541004；2. 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4. 安徽省龍亢農(nóng)場，安徽懷遠(yuǎn) 233426）

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高，農(nóng)用大型機(jī)械的使用頻率和重量不斷增加，田間土壤壓實(shí)已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的主要問題[1]。祝飛華等[2]對(duì)關(guān)中農(nóng)田土壤容重研究發(fā)現(xiàn) 0～60 cm 土層土壤容重介于1.32～1.69 g·cm-3之間，20～40 cm 土層土壤容重高達(dá)1.67 g·cm-3，表明土壤壓實(shí)嚴(yán)重。壓實(shí)使得土壤顆粒重新排列得更加緊密，孔隙度減小，土壤緊實(shí)度增加，水分滲透能力下降，嚴(yán)重影響作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收利用[3]。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明壓實(shí)普遍導(dǎo)致作物減產(chǎn)10%以上，最高可達(dá)47%[4]。壓實(shí)對(duì)土壤造成的危害持續(xù)時(shí)間可達(dá)14 年之久[5]。因此，研究如何緩解土壤壓實(shí)，對(duì)于促進(jìn)作物生長，維護(hù)糧食安全等方面有重要的指導(dǎo)意義。

目前，最常用的緩解土壤壓實(shí)的手段是深松法。深松雖能改善土壤物理性質(zhì)，在一定程度上緩解土壤壓實(shí)，但是深松容易破壞土壤中大孔隙連通性，造成二次壓實(shí)[6]。覆蓋作物作為土壤保護(hù)性作物，多數(shù)覆蓋作物的根系對(duì)土壤有較強(qiáng)的穿透能力。覆蓋作物可通過根系的穿插改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤質(zhì)量，從而緩解土壤壓實(shí)，提高作物產(chǎn)量[7-8]。Chen和Weil[9]發(fā)現(xiàn)覆蓋作物能改善壓實(shí)土壤容重和土壤含水量，提高后茬作物玉米產(chǎn)量。不同覆蓋作物的根系形態(tài)存在較大差異，因此，不同覆蓋作物根系生長對(duì)土壤壓實(shí)的響應(yīng)差異較大。昭日格圖和張玉旭[10]研究了不同覆蓋作物對(duì)土壤硬度的影響，結(jié)果顯示裸地土壤硬度最大，其次為黑麥種植地，最小的是毛野豌豆種植地。Chen 和Weil[11]研究表明不同覆蓋作物根系在同一壓實(shí)水平下25～50 cm 土層穿透能力由大到小依次為蘿卜、油菜、黑麥。同時(shí)，氣候和土壤等條件的差異，也會(huì)造成不同覆蓋作物在不同區(qū)域的適應(yīng)性存在較大差異[12-13]。因此，有必要針對(duì)特定區(qū)域開展不同覆蓋作物根系對(duì)土壤壓實(shí)的響應(yīng)研究。

砂姜黑土主要分布于我國河南南部、安徽北部等地區(qū)，土壤黏粒含量高，漲縮性強(qiáng)，干時(shí)緊實(shí)僵硬。詹其厚[14]的研究表明，砂姜黑土區(qū)耕層容重在1.36 ～1.50 g·cm-3之間，耕層以下土壤容重在1.50 g·cm-3以上。王玥凱等[15]的研究也顯示免耕條件下砂姜黑土耕層容重為1.48～1.57 g·cm-3，耕層以下容重為1.55～1.62 g·cm-3，可見砂姜黑土壓實(shí)嚴(yán)重。因此，本研究在安徽省砂姜黑土區(qū)設(shè)置壓實(shí)與不壓實(shí)處理，并以種植不同覆蓋作物（休閑、苜蓿、油菜、蘿卜＋毛苕子混播）為研究對(duì)象，分析三種種植模式下覆蓋作物根系對(duì)土壤壓實(shí)的響應(yīng)，從而篩選適宜該區(qū)域的覆蓋作物來緩解土壤壓實(shí)，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)地點(diǎn)位于安徽省龍亢農(nóng)場（33°32′N，115°59′E），屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年均溫度14.8 ℃，年均降水量約900 mm。土壤為河湖相石灰性沉積物發(fā)育的砂姜黑土。該區(qū)域種植模式主要為冬小麥/夏玉米一年兩熟輪作制度，耕作方式主要為旋耕。試驗(yàn)實(shí)施前，該區(qū)域耕層平均土壤容重為1.50 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017 年11 月玉米收獲后開展。試驗(yàn)采取裂區(qū)設(shè)計(jì)，首先間隔設(shè)置不壓實(shí)（Non-compacted，NC）和壓實(shí)（Compacted，C）2 個(gè)主處理，每個(gè)主處理下設(shè)置4 個(gè)副處理，分別是不種植覆蓋作物（休閑）和種植不同覆蓋作物（苜蓿、油菜、蘿卜＋毛苕子混播）處理，共8 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)。該試驗(yàn)共24 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長寬分別為10 m 和7 m。壓實(shí)處理通過大型農(nóng)業(yè)機(jī)械凱特迪爾KAT1504輪式拖拉機(jī)（功率150 kW，四輪驅(qū)動(dòng)，前輪胎型號(hào)14.9-26，后輪胎型號(hào)18.4-38（雙胎），自重7 400 kg）以輪跡平排的方式連續(xù)碾壓3 遍；不壓實(shí)處理用深松機(jī)間隔深松至35 cm 土層。為便于播種，用小型旋耕機(jī)淺旋5～10 cm，然后采用人工撒種方式進(jìn)行覆蓋作物的播種。

1.3 土壤物理性質(zhì)測定

在壓實(shí)處理完成后，不壓實(shí)處理深松前，立即用土壤緊實(shí)度儀（SC900，RIMIK，澳大利亞）分別測定不壓實(shí)和壓實(shí)處理下0～45 cm 土層土壤緊實(shí)度，每隔2.5 cm 土層記錄一次測量結(jié)果，每個(gè)處理重復(fù)30 次。

在休閑處理下，于2018 年5 月采用100 cm3不銹鋼環(huán)刀分別取不壓實(shí)和壓實(shí)處理下原狀土壤樣品，取樣深度分別為0～10、10～20、20～30、30～50 cm，共取48 個(gè)樣品，用以測定土壤收縮特征和土壤容重。測定時(shí)，先將土壤樣品飽和72 h，然后讓其在自然條件下脫水風(fēng)干，當(dāng)環(huán)刀樣品風(fēng)干后，將其放入烘箱中分別以30 ℃、60 ℃、105 ℃逐步烘干。每當(dāng)環(huán)刀樣品損失2～4 g 時(shí)稱量樣品重量，用深度游標(biāo)卡尺測量環(huán)刀樣品上表面六個(gè)固定位置的高度。天平的精確度為0.01 g，深度游標(biāo)卡尺精確度為0.01 mm。風(fēng)干過程假定土體的徑向收縮和垂向收縮的收縮程度是一致的。收縮曲線的擬合采用Peng 和Horn[16]基于Van-Genuchten 方程改進(jìn)的模型，公式如下：

式中，e( )?為土壤孔隙比，cm3·cm-3；se為土壤飽和孔隙比，cm3·cm-3；re為土壤殘余孔隙比，cm3·cm-3；?為土壤水分比，cm3·cm-3；χ、p、q 為無量綱擬合參數(shù)。根據(jù)方程（1）擬合出來的收縮曲線參數(shù)進(jìn)而計(jì)算收縮曲線的最大斜率，具體原理和方法參見Peng 和Horn[16]。土壤收縮系數(shù)（COLE）用于描述土體在干燥和飽和兩點(diǎn)間的收縮程度[17]，具體計(jì)算公式如下：

式中，L0為土體飽和時(shí)的高度，cm；L105C°為土體105 ℃烘干之后的高度，cm。當(dāng)COLE<0.03，土壤具有較低的收縮能力，0.030.06 土壤具有較高的收縮能力。

1.4 覆蓋作物生長特征測定

在覆蓋作物苗期測定其地表覆蓋度。將1 m×1 m的金屬框架隨機(jī)擺放在種植覆蓋作物的小區(qū)內(nèi)，擺放時(shí)注意放平，并通過照相機(jī)進(jìn)行拍照收集，共采集36 張。首先將收集到的照片導(dǎo)入WGEO 圖片矯正工具中進(jìn)行圖片矯正，然后將照片導(dǎo)入Photoshop CS6.0 中，將圖片沿著金屬框架邊緣進(jìn)行剪裁，并通過顏色替換將作物生長區(qū)替換成黑色，未生長區(qū)替換為白色。再利用ImageJ1.51 計(jì)算出1 m×1 m金屬框架內(nèi)覆蓋作物覆蓋度。

在覆蓋作物開花期，采用內(nèi)徑為10 cm 的根鉆對(duì)覆蓋作物種植區(qū)0～70 cm 土層內(nèi)作物根系進(jìn)行采集，每次采集深度為10 cm。先將所取根系清洗干凈，通過WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)（Regent Instruments Inc，加拿大）測定根系特征參數(shù)（根體積密度、根長密度和根比表面積），然后80℃烘干稱重，計(jì)算根干重密度和地下部分生物量。2018 年5 月，通過樣方法測定地上部分生物量，每個(gè)小區(qū)收割3 個(gè)1 m2面積的地上部分，風(fēng)干后稱重，計(jì)算生物量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

通過MATLAB R2014a 對(duì)土樣的收縮曲線進(jìn)行擬合，以獲取收縮曲線參數(shù)。采用SPSS 17.0 進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA），并用鄧肯（Duncan）法進(jìn)行多重比較，顯著水平為P<0.05。采用Origin 2017 進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié) 果

2.1 壓實(shí)對(duì)土壤容重和穿透阻力的影響

休閑地中，壓實(shí)和不壓實(shí)處理下不同土層深度土壤容重如圖1a）所示。壓實(shí)和不壓實(shí)處理下，土壤容重隨深度的變化趨勢均是先增大后降低，在10～20 cm 達(dá)到最大值，分別為 1.65 g·cm-3和1.54 g·cm-3。與不壓實(shí)處理相比，壓實(shí)處理顯著增加了0～30 cm 土壤容重（P<0.05），而對(duì)30～50 cm土壤容重的影響不顯著（P>0.05）。

覆蓋作物種植前穿透阻力在0～45 cm 土層內(nèi)的變化結(jié)果如圖1b）所示。不壓實(shí)處理下，在0～20 cm 土層穿透阻力隨土層深度增大而增加，在20 cm 土層達(dá)到穩(wěn)定，以下深度則變化幅度小，保持1 200～1 500 kPa。壓實(shí)處理下，0～5 cm 土層內(nèi)穿透阻力急劇增大并在 2.5 cm 土層形成峰值至2 000 kPa 以上，5 cm 以下土層逐漸下降至30 cm 土層，然后又呈增加趨勢，總體上在1 500 kPa 左右。與不壓實(shí)處理相比，壓實(shí)處理顯著增加了 0～27.5 cm 和37.5～45 cm 土層的穿透阻力（P<0.05）。

2.2 壓實(shí)對(duì)土壤收縮特性的影響

由表1 知，壓實(shí)處理下，0～50 cm 土層內(nèi)每一層土壤飽和孔隙比（es）均較不壓實(shí)處理顯著下降（P<0.05）；0～40 cm 土層內(nèi)每一層土壤殘余孔隙比（er）也較不壓實(shí)處理顯著降低（P<0.05）。由擬合方程的相關(guān)系數(shù)（r）和均方根誤差（RMSE）可知，方程（1）能很好地?cái)M合出所有樣品的收縮曲線（r≥0.99，RMSE<0.05）。

表1 不同壓實(shí)處理各土層土壤收縮曲線擬合參數(shù)Table 1 The saturated void ratio（es），residual void ratio（er），fitting parameters（χ，p，q）of soil shrinkage curves，correlation coefficient（r）and root mean square errors（RMSE）relative to soil layer and soil compactness（C）treatments

不同壓實(shí)處理下0～50 cm 土層內(nèi)土壤收縮曲線如圖2 所示，所有曲線均呈現(xiàn)較好“S”形狀。0～30 cm 土層壓實(shí)處理下整個(gè)收縮曲線均低于不壓實(shí)處理，隨著深度的增加，壓實(shí)和不壓實(shí)處理下收縮曲線間的差距逐漸減小。0～30 cm 土層，不壓實(shí)處理下土壤收縮曲線較為平緩，而壓實(shí)處理下土壤收縮曲線更加陡峭；并且隨著深度的增加，壓實(shí)和不壓實(shí)處理下收縮曲線形狀的差異逐漸減小。

土壤收縮系數(shù)均在0.05 以上，表現(xiàn)為較強(qiáng)的收縮特性（圖3a））。在壓實(shí)和不壓實(shí)處理下，土壤收縮系數(shù)均隨深度的增加表現(xiàn)為先減小后增大，在30～50 cm 土層達(dá)到最大值，分別為0.10 和0.09。壓實(shí)處理0～10 cm 土層的收縮系數(shù)顯著高于不壓實(shí)處理（P<0.05），而10～50 cm 土層兩種處理土壤收縮系數(shù)的差異不顯著（P>0.05）。

0～30 cm 土層不壓實(shí)處理下土壤收縮曲線最大斜率隨深度的增加而增加，而壓實(shí)處理下土壤收縮曲線最大斜率隨深度的增加而減小（圖3b））。相比于不壓實(shí)處理，壓實(shí)處理下0～10 cm 和10～20 cm土層深度土壤收縮曲線的最大斜率顯著增加（P<0.05），分別為不壓實(shí)處理的1.59 倍和1.41 倍。

2.3 壓實(shí)對(duì)覆蓋作物的影響

三種種植模式下覆蓋作物根干重密度均隨深度的增加而下降（圖4）。相比不壓實(shí)處理，壓實(shí)處理降低了0～70 cm 土層苜蓿、0～60 cm 土層油菜和0～50 cm 土層蘿卜+毛苕子每一層（10 cm）的根干重密度，平均降幅分別為 61.4%、57.8%和48.2%。壓實(shí)條件下，三種種植模式下0～10 cm 土層內(nèi)覆蓋作物根干重密度由大到小依次為油菜（1 719 g·cm-3）、苜蓿（1 585 g·cm-3）、蘿卜+毛苕子（924 g·cm-3）；10～30 cm 土層苜蓿根干重密度高于油菜和蘿卜+毛苕子；而30～70 cm 土層，蘿卜+毛苕子根干重密度分別為苜蓿和油菜根干重密度的1.13 倍和1.55 倍。

根體積密度隨深度的變化（圖4）表現(xiàn)出與根干重密度相同的變化趨勢。0～70 cm 土層內(nèi)壓實(shí)處理較不壓實(shí)處理分別降低了苜蓿、油菜、蘿卜＋毛苕子根體積密度的63.68%、21.38%、43.40%。不壓實(shí)情況下，各土層苜蓿的根體積密度均明顯高于油菜和蘿卜+毛苕子；0～30 cm 土層油菜的根體積密度平均高于蘿卜+毛苕子33.5%，而30 cm 以下土層油菜的根體積密度平均僅為蘿卜+毛苕子35.2%。壓實(shí)條件下，0～50 cm 土層苜蓿和油菜的根體積密度平均為蘿卜+毛苕子的1.67 倍和1.79 倍，而50～70 cm 蘿卜+毛苕子的根體積密度均為苜蓿、油菜的2.29 倍。

壓實(shí)處理下，0～20 cm 土層苜蓿的根長密度平均高于不壓實(shí)處理57.6%；20 cm 以下土層苜蓿的根長密度平均低于不壓實(shí)處理的61.3%（圖4）。壓實(shí)處理下0～70 cm 土層，油菜的根長密度每一土層均低于不壓實(shí)處理（平均減少11.4%）。壓實(shí)處理下0～70 cm 土層（除40～50 cm 土層外）蘿卜＋毛苕子的根長密度均高于不壓實(shí)處理（平均增加46.7%）。在不壓實(shí)處理下，苜蓿根長密度均大于油菜和蘿卜＋毛苕子。在壓實(shí)處理下，0～30 cm 土層苜蓿的平均根長密度分別為油菜和蘿卜+毛苕子的3.00 倍和3.31 倍，而30～70 cm 土層蘿卜+毛苕子的平均根長密度最大，分別為苜蓿和油菜的1.32 倍和2.35 倍。

不壓實(shí)處理下，三種種植模式下覆蓋作物根比表面積隨深度的增加而逐漸增加（圖4）。壓實(shí)處理下，0～30 cm 土層各覆蓋作物根比表面積隨深度增加而增加，而30 cm 以下土層根比表面積隨深度波動(dòng)較大、變異也較大。在不壓實(shí)處理下，10～40 cm土層苜蓿根比表面積小于油菜和蘿卜+毛苕子；而壓實(shí)處理下，不同覆蓋作物根比表面積差異不明顯。壓實(shí)處理下0～70 cm 土層內(nèi)苜蓿、油菜、蘿卜＋毛苕子的根比表面積均值較不壓實(shí)處理分別增加了91.5%、51.3%、19.7%。

如圖5a）所示，與不壓實(shí)處理相比，壓實(shí)處理下苜蓿、油菜、蘿卜+毛苕子作物長勢均較弱，覆蓋度也較低；壓實(shí)處理下，覆蓋程度最好的為蘿卜+毛苕子。定量分析表明，不論壓實(shí)與否，蘿卜+毛苕子覆蓋度均顯著高（P<0.05）于苜蓿和油菜（圖5b））。與不壓實(shí)處理相比，壓實(shí)導(dǎo)致苜蓿和油菜的覆蓋度顯著下降（P<0.05），降幅分別為53.6%、50.6%，而對(duì)蘿卜+毛苕子的覆蓋度影響不顯著（P>0.05）。

不同壓實(shí)處理下覆蓋作物地上、地下部分生物量如圖6a）和6b）所示。不壓實(shí)處理下，油菜的地上部分生物量（圖6a））最高（5 422 kg·hm-2），分別為蘿卜+毛苕子和苜蓿的1.15 倍和2.10 倍；而壓實(shí)處理下蘿卜+毛苕子地上部分生物量顯著大于苜蓿和油菜（P<0.05）。相比于不壓實(shí)處理，壓實(shí)顯著減少苜蓿和油菜兩種作物地上部分生物量（P<0.05），減少比例分別為62.5%和67.6%；而壓實(shí)僅降低蘿卜+毛苕子地上部分生物量的15.8%，影響不顯著（P>0.05）。

不壓實(shí)處理下苜蓿和油菜地下部分生物量（圖6b）顯著大于蘿卜＋毛苕子（P<0.05）；壓實(shí)處理下三種種植模式下覆蓋作物地下部分生物量差異不顯著（P>0.05）。壓實(shí)處理較不壓實(shí)處理顯著減小苜蓿和油菜地下部分生物量（P<0.05），減小幅度分別為61.4%和57.7%；而蘿卜＋毛苕子的地下部分生物量僅減少47.8%，影響未達(dá)到顯著水平（P>0.05）。

3 討 論

3.1 壓實(shí)對(duì)土壤容重、穿透阻力及收縮特性的影響

土壤穿透阻力與容重是衡量土壤物理質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)[18]。本研究顯示壓實(shí)顯著增加了 0～30 cm 土層土壤容重，影響了0～45 cm 土層土壤穿透阻力（圖1b））。高愛民等[19]研究割草機(jī)對(duì)苜蓿地土壤壓實(shí)影響，發(fā)現(xiàn)0～30 cm 土層內(nèi)土壤緊實(shí)度明顯增加，而王憲良等[20]的研究顯示，0～40 cm 土層壓實(shí)處理土壤緊實(shí)度明顯大于不壓實(shí)處理，且每一層土壤容重分別較不壓實(shí)處理增加了3.3%、17.2%、13.0%、11.0%，壓實(shí)影響深度能達(dá)到40 cm 土層。土壤被壓實(shí)的程度不僅取決于土壤類型，還包括壓實(shí)機(jī)械的荷載、輪胎接觸面積及被壓實(shí)的次數(shù)，表層土壤受到的壓實(shí)作用主要來自于輪胎的壓力，而壓實(shí)深度主要取決于壓實(shí)機(jī)械的荷載重量[21-22]。

本研究中土壤收縮系數(shù)大多在0.06 以上，屬于強(qiáng)收縮能力土壤。這主要是由于砂姜黑土黏粒含量豐富，黏粒礦物質(zhì)主要以脹縮性強(qiáng)的蒙脫石為主[23]。宗玉統(tǒng)[24]報(bào)告砂姜黑土在0～20 cm 和20～40 cm 土層收縮系數(shù)的平均值分別為0.099 和0.098，與本研究結(jié)果接近。壓實(shí)或不壓實(shí)處理下土壤的收縮能力隨土壤容重的增加而下降（圖1a），圖3a）），這與多數(shù)研究結(jié)果一致[25-26]。但是本研究發(fā)現(xiàn)0～30 cm土層內(nèi)，壓實(shí)增加了土壤的容重，同時(shí)也增加了土壤收縮系數(shù)，提高了收縮曲線的最大斜率，這與Peng等[27]的研究結(jié)果不同。Peng 等[27]指出壓實(shí)前后土壤收縮曲線平行。然而Sch?ffer 等[28]則發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度壓實(shí)顯著改變了收縮曲線的形狀，使其更為陡峭，也增加了土壤收縮系數(shù)，這與本研究的結(jié)果較為一致。土壤結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性的變化會(huì)顯著改變土壤的收縮行為，土壤結(jié)構(gòu)性越好、穩(wěn)定性越強(qiáng)，其收縮能力越弱[29-30]。本研究中使用大型拖拉機(jī)多次反復(fù)的壓實(shí)破壞了土壤大孔隙結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性，因而導(dǎo)致土壤收縮幅度增加。收縮曲線最大斜率值作為衡量土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一個(gè)指標(biāo)[17]，壓實(shí)后該斜率明顯增加則進(jìn)一步表明壓實(shí)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)惡化。

3.2 不同覆蓋作物根系對(duì)壓實(shí)響應(yīng)的差異

根系作為植物吸收和利用養(yǎng)分的重要器官，生長發(fā)育受到土壤結(jié)構(gòu)和壓實(shí)程度等多因素影響[31]。壓實(shí)一方面減少了土顆粒之間孔隙，從而增加土壤穿透阻力，限制根系的伸展；另一方面，壓實(shí)導(dǎo)致土壤孔隙間的連通性較差，降低了水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸能力[32]。因此，本研究發(fā)現(xiàn)壓實(shí)影響最大的0～30 cm 土層，不同覆蓋作物根干重密度和根體積密度均較不壓實(shí)處理顯著降低（圖4）。但是本研究也發(fā)現(xiàn)壓實(shí)對(duì)油菜根長密度影響相對(duì)較弱，甚至還增加了表層0～20 cm 苜蓿和除40～50 cm 土層外蘿卜+毛苕子的根長密度；同時(shí)壓實(shí)總體上增加了不同覆蓋作物的根比表面積（圖4）。G??b[33]研究發(fā)現(xiàn)壓實(shí)增加了0～10 cm 土層苜蓿小于0.2 mm 的細(xì)根長度，降低了0～30 cm 土層苜蓿根系的平均直徑。這一結(jié)果表明壓實(shí)雖然降低了根系的生物量，不利于粗壯的主根生長，但同時(shí)在一定程度上導(dǎo)致覆蓋作物側(cè)根等細(xì)小根系相對(duì)增加，提高了單位根系生物量吸收水分和養(yǎng)分的能力。在壓實(shí)或不壓實(shí)處理下，不同覆蓋作物生長狀況表現(xiàn)出明顯的差異。在不壓實(shí)處理下，苜蓿根系較油菜和蘿卜+毛苕子表現(xiàn)出更強(qiáng)的穿透能力（圖4），而苜蓿的苗期覆蓋度和地上部分生物量卻最低（圖5b）），圖6a））。壓實(shí)條件下，蘿卜+毛苕子總根系生物量最低（圖6b）），但卻表現(xiàn)出最強(qiáng)的穿透能力，50 cm 以下土層其根干重密度、根體積密度和根長密度均高于苜蓿和油菜（圖4），蘿卜+毛苕子的苗期覆蓋度和地上部分生物量也顯著高于苜蓿和油菜（圖5b）），圖6a））。有研究發(fā)現(xiàn)苜蓿根系發(fā)達(dá)，在不壓實(shí)土壤中生長一年的苜蓿入土深度可達(dá)1～2 m；而在壓實(shí)土壤中苜蓿根系生長受到抑制，生長一年的苜蓿根系入土深度多小于1 m[34-35]。蘿卜被認(rèn)為具有很強(qiáng)的穿透壓實(shí)土壤的能力，Chen 和Weil[11]報(bào)道蘿卜的根系數(shù)量隨著穿透阻力的增加而增加，而油菜和黑麥根系數(shù)量隨穿透阻力增加而減小，這主要是由于蘿卜粗壯的肉質(zhì)根有利于其根系穿透高強(qiáng)度的土壤。此外，蘿卜作為肉質(zhì)儲(chǔ)藏根，壓實(shí)可能只對(duì)根的早期生長產(chǎn)生影響，對(duì)其后期生長影響較弱[36]。毛苕子是一種豆科作物，可以起到固氮的作用，地上部分生物量較大。毛苕子和非豆科作物蘿卜混播有利于促進(jìn)養(yǎng)分的吸收和作物地上、地下部分的生長[37]，而在壓實(shí)脅迫下，這一效應(yīng)可能更加顯著。因此，在本研究中蘿卜+毛苕子混播模式較苜蓿和油菜單一播種模式更適應(yīng)壓實(shí)的土壤條件，是更適宜用于緩解土壤壓實(shí)的覆蓋作物種植模式。

4 結(jié) 論

壓實(shí)顯著增加了砂姜黑土0～30 cm 土層內(nèi)土壤容重，增加了0～27.5 cm 和37.5～45 cm 土層土壤穿透阻力，同時(shí)破壞了土壤結(jié)構(gòu)，改變了0～20 cm土層土壤收縮特性；壓實(shí)降低了苜蓿、油菜、蘿卜+毛苕子三種種植模式下覆蓋作物的根干重密度和根體積密度，但增加了根比表面積。不壓實(shí)處理下，苜蓿的根干重密度和根體積密度最大，穿透能力表現(xiàn)為最強(qiáng)，但受壓實(shí)影響最嚴(yán)重。壓實(shí)處理下，蘿卜+毛苕子根系在壓實(shí)土壤中穿透能力較苜蓿和油菜更強(qiáng)，且蘿卜+毛苕子地上部分生物量、地下部分生物量及覆蓋度受壓實(shí)影響程度最小。因此，蘿卜+毛苕子混合種植較單一的苜?；蛴筒朔N植能更好地適應(yīng)壓實(shí)的土壤，具有較好的緩解土壤壓實(shí)的潛力。