農(nóng)機(jī)作業(yè)對耕地土壤壓實(shí)的影響及有效解決措施

趙麗華　李慶慧

耕地土壤是由有機(jī)物、土壤顆粒和空氣等組成，在常規(guī)耕地中，土壤蓬松度可以提高一倍。但由于當(dāng)下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用農(nóng)業(yè)機(jī)械來進(jìn)行耕種，在農(nóng)業(yè)機(jī)械反復(fù)作業(yè)下，不斷壓實(shí)土壤，導(dǎo)致土壤之間的顆粒排列越發(fā)緊密，使空氣和水無法正常進(jìn)入土壤，導(dǎo)致農(nóng)作物在生長過程中，無法獲得足夠的養(yǎng)分，從而對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，廣泛使用農(nóng)業(yè)機(jī)械來進(jìn)行耕種與收割作業(yè)，土壤壓實(shí)問題不可避免，因此，如何將此問題進(jìn)行有效解決、提高土壤活性、盡可能降低廣大農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)損失，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要任務(wù)。

一、土壤壓實(shí)的原因

造成土壤壓實(shí)的原因主要有兩種，一是土壤自然產(chǎn)生的厚實(shí)；二是機(jī)械化作業(yè)導(dǎo)致的壓實(shí)，這兩種情況主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，應(yīng)用輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械，這種機(jī)械的輪胎與地面有著非常小的接觸面積，會使局部土壤出現(xiàn)壓實(shí)問題，這種類型的壓實(shí)一般只在有限的深度發(fā)生。第二，由于應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)時(shí)，對機(jī)械進(jìn)行超負(fù)載行駛，或因一些大型農(nóng)機(jī)的運(yùn)用，輪胎會對土壤造成很大影響，會壓實(shí)深層的土壤。第三，采取農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行耕種或收割過程中，需要其反復(fù)進(jìn)行作業(yè)，多次對土壤表面進(jìn)行碾壓，土壤不斷承受載荷，產(chǎn)生了二次壓實(shí)，在壓力的不斷傳遞作用下，土壤壓實(shí)也由普通程度向更深層次發(fā)展。第四，不采用農(nóng)機(jī)作業(yè)，土壤在自然條件下也有可能會產(chǎn)生壓實(shí)問題，多是由黏土層自然壓實(shí)所造成的，或是土壤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定所致，造成土壤下沉，從而引發(fā)壓實(shí)問題。

二、土壤壓實(shí)所受應(yīng)力特征

土壤壓實(shí)通常是指機(jī)械壓實(shí)，機(jī)械壓實(shí)會對土壤造成應(yīng)力影響，這種影響大體可分為3個(gè)階段。一是農(nóng)機(jī)作用過程中對土壤進(jìn)行碾壓，土壤表面受應(yīng)力影響；二是應(yīng)力從土壤表面作用到土壤內(nèi)部；三是應(yīng)力最終導(dǎo)致土壤發(fā)生形變，最終形成耕地土壤壓實(shí)。機(jī)械壓實(shí)對土壤產(chǎn)生的3個(gè)階段的應(yīng)力影響常常同時(shí)發(fā)生，而且相互聯(lián)系。

機(jī)械類型、機(jī)械的行駛速度、其壓實(shí)的次數(shù)以及土壤質(zhì)地等，均與土壤所受應(yīng)力相關(guān)。例如，雙輪拖拉機(jī)及履帶式拖拉機(jī)對土壤產(chǎn)生的應(yīng)力，要小于單輪拖拉機(jī)，這因?yàn)槁膸侠瓩C(jī)與輪胎式拖拉機(jī)相比，其接地面積更大，在很大程度上減小了車輛對耕地土壤的垂直應(yīng)力。兩種拖拉機(jī)與土壤接觸時(shí)的負(fù)重點(diǎn)存在一定的差異，輪胎式拖拉機(jī)的主要負(fù)重點(diǎn)在其接地輪胎上，呈現(xiàn)出比較均勻的應(yīng)力分布，而履帶式拖拉機(jī)與輪胎式不同，其負(fù)重點(diǎn)主要在各負(fù)重輪的下方位置，負(fù)重輪的下方應(yīng)力分布最大，邊緣較小。

農(nóng)機(jī)的行駛速度也會直接影響土壤所受應(yīng)力，隨著機(jī)械行駛速度的增加，土壤淺層也隨之增加了所受應(yīng)力，但＞0.35 m 深度的土壤所受應(yīng)力減小，這是因?yàn)橥寥辣韺訐碛休^大的含水量，所造成的形變土壤孔隙內(nèi)增加了水壓力，而深層土壤由于農(nóng)機(jī)不斷增加速度，反而輪胎對土壤的作用時(shí)間減小了，同時(shí)對土壤的應(yīng)力作用也隨之減小。土壤質(zhì)地也與機(jī)械對土壤造成的應(yīng)力大小有關(guān)，比如在砂土中，農(nóng)機(jī)對土壤的應(yīng)力會沿垂直方向傳播，但在粘質(zhì)土壤中，農(nóng)機(jī)對土壤的應(yīng)力則呈現(xiàn)出多向傳播的態(tài)勢，這源于砂土中大孔隙含量要高于黏土中的大孔隙含量，與砂土相比，土壤中黏粒含量較多，會對應(yīng)力在垂直方向傳播形成限制，從而對表層土壤造成了更為嚴(yán)重的影響。除此之外，含水量高、有機(jī)質(zhì)低的土壤環(huán)境，會使土壤的承載力大幅下降，導(dǎo)致應(yīng)力在土層沿著垂直方向傳播也更深。

土壤強(qiáng)度，即土壤能夠抵抗各種應(yīng)力的能力。土壤強(qiáng)度的大小與容重、含水量和機(jī)械組成有著密切的聯(lián)系。其容重越大，土壤的含水量就越低，而土壤中的黏粒成分越少，其強(qiáng)度就越高，也能夠增強(qiáng)抵抗外部應(yīng)力的能力。此外土壤強(qiáng)度也與壓實(shí)次數(shù)相關(guān)，在對土壤進(jìn)行重復(fù)壓實(shí)，第二次壓實(shí)的土壤表面更堅(jiān)硬，土壤強(qiáng)度也更大。

三、土壤壓實(shí)對耕地造成的危害

1、水分吸收慢，嚴(yán)重流失養(yǎng)分

土壤主要由水、空氣和有機(jī)物，其中還包括各種礦物質(zhì)等基本成分組成，基本成分中礦物質(zhì)含量占48%、空氣占14%、水分占36%、有機(jī)質(zhì)占4%，這些數(shù)據(jù)屬于正常土壤中，各種成分的占比數(shù)據(jù)。一旦出現(xiàn)土壤壓實(shí)的現(xiàn)象，其基本成分的比例會變得嚴(yán)重失調(diào)，當(dāng)受到一定程度的壓縮后，土壤顆粒之間的空隙會大幅縮減，土壤顆粒占用了原本水分和有機(jī)質(zhì)的空間，降低了原本土壤中的氧氣含量，會造成大量的營養(yǎng)成分流失。并且，土壤的密實(shí)度不斷增加之后，土壤顆粒大幅度降低了吸附水分的能力，這就導(dǎo)致地表水以及外部降水無法滲透到含有有機(jī)質(zhì)的土層當(dāng)中，致使土壤內(nèi)部水分缺失嚴(yán)重，在農(nóng)作物的生長過程中，需要大量的水分和養(yǎng)分，如果因土壤壓實(shí)，導(dǎo)致水分和養(yǎng)分的供應(yīng)嚴(yán)重不足，不但會使農(nóng)作物生長緩慢，而且狀況嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致農(nóng)作物大面積死亡。

2、根系生長受限，影響作物高度

土壤被壓實(shí)之后，增加了土壤顆粒之間的密實(shí)度，如果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)過程中，使用了荷載量較大的農(nóng)業(yè)機(jī)具，并且反復(fù)進(jìn)行碾壓，不斷增加土壤密度，嚴(yán)重影響了農(nóng)作物對水分和其他養(yǎng)分的吸收。農(nóng)作物在生長過程中，必須供應(yīng)充足的水分和營養(yǎng)，否則，其根系、莖葉和果穗會發(fā)生營養(yǎng)失衡，生長極為緩慢。

此外，通常情況下，在生產(chǎn)作業(yè)時(shí)使用農(nóng)業(yè)機(jī)具，往往造成耕地的表層土壤被壓實(shí)，而底部土壤的蓬松度無太多明顯的變化，這會造成在表層被壓實(shí)的土壤中，農(nóng)作物根系逐漸變粗，而在土壤中縱向生長的根系則越來越細(xì)小纖弱，整個(gè)植株難以均衡地吸收水分和營養(yǎng)，對農(nóng)作物的生長高度形成了阻礙，與此同時(shí)，也會影響作物果穗的飽滿度。

3、土壤菌群失衡，妨礙寄居物生長

在土壤中含有大量的微生物和寄居生物，它們經(jīng)常在土壤中活動，使土壤變得蓬松，為土壤帶來水分和空氣，非常有利于農(nóng)作物的生長，其存活條件需要大量吸收土壤中的水分和氧氣，以及一些有機(jī)質(zhì)，但是，當(dāng)土壤出現(xiàn)壓實(shí)之后，逐漸減少了土層之間的空隙，一些土壤中的寄居生物被破壞了賴以生存的環(huán)境，如蚯蚓等。土壤如果一直處于密實(shí)度峰值，會導(dǎo)致寄居生物大量死亡，并且土壤中的一些活性物質(zhì)，和其他的有益微生物菌群，將難以生存，對農(nóng)作物的健康生長造成了嚴(yán)重的影響。

四、土壤蓬松的方法及優(yōu)勢和弊端

1、機(jī)械蓬松

土壤蓬松比較直接的方式便是機(jī)械蓬松，在農(nóng)田中應(yīng)用機(jī)械用具進(jìn)行松土，可以使土壤恢復(fù)原來的狀態(tài)，當(dāng)土壤處于蓬松狀態(tài)時(shí)，由于能夠吸收充足的水分，會使生態(tài)系統(tǒng)維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的水平，利用機(jī)械用具，可以向土壤更底層挖掘，深層土壤更有利于農(nóng)作物的生長，但是，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，往往更注重對成本的控制，采用機(jī)械用具來蓬松土壤，會大幅度增加成本。

2、有機(jī)蓬松

這種方法是向土壤中撒入一些農(nóng)作物秸稈或有機(jī)肥料，使土壤得到自然蓬松。不但可以科學(xué)利用農(nóng)作物的秸稈，還能夠?yàn)橥寥涝龇?，但此種方法對有機(jī)物有著較大的需求。

3、其它蓬松

除了使用機(jī)械蓬松和有機(jī)蓬松之外，還可以應(yīng)用其他蓬松方法。比如在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，會采用鋤頭或耕犁等方式，對土壤進(jìn)行畜力蓬松，也能起到很好的效果。這種傳統(tǒng)土壤蓬松的方式，比較消耗人力和畜力，不會消耗其他方面的資源。

五、解決土壤壓實(shí)的技術(shù)措施

1、合理選擇耕種方法

從當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況來看，廣泛實(shí)行機(jī)械化耕作，這是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，現(xiàn)階段，土壤壓實(shí)的問題很難徹底解決，但從我國地域特點(diǎn)來看，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也具有各種形態(tài)和特征，可以針對這些形態(tài)和特征作具體分析。比如，在我國東北和華東一帶，平原面積較大，土地比較開闊，在進(jìn)行農(nóng)耕作業(yè)時(shí)，可以使用大型農(nóng)業(yè)機(jī)械，這會提高作業(yè)效率，對于使用大型農(nóng)業(yè)機(jī)械所造成的土壤壓實(shí)問題，可使用農(nóng)業(yè)機(jī)械對土壤進(jìn)行疏松。在我國西南與華南一帶，分布了大面積的山地和丘陵，耕地也較為分散，這種情況就不能使用大型農(nóng)機(jī)進(jìn)行作業(yè)，否則，會對耕地造成嚴(yán)重的土壤壓實(shí)，因?yàn)楫?dāng)?shù)馗氐拿娣e比較狹窄，若想農(nóng)機(jī)作業(yè)覆蓋全部區(qū)域，需要重復(fù)行駛農(nóng)機(jī)才可以做到，因此，在這種耕地形態(tài)下，不能夠盲目應(yīng)用大型農(nóng)機(jī)作業(yè)，可嘗試使用小型農(nóng)機(jī)，或者繼續(xù)使用人力耕種或畜力耕種，以防土壤的壓實(shí)。

2、土壤壓實(shí)的預(yù)防

為了防止土壤壓實(shí)，可以做好相應(yīng)的預(yù)防工作，嘗試從以下幾方面入手：首先，可設(shè)計(jì)重量比較小的農(nóng)機(jī)，很明顯，農(nóng)機(jī)重量越小，碾壓土壤的力就越小，緩解土壤壓實(shí)問題；其次，要充分考慮農(nóng)機(jī)與地面接觸面積的寬窄問題，將農(nóng)機(jī)的輪胎進(jìn)行加寬設(shè)計(jì)，可以分散農(nóng)機(jī)的壓力，在很大程度上減少農(nóng)機(jī)對土壤的壓實(shí)，如果對農(nóng)機(jī)的輪胎進(jìn)行更窄的設(shè)計(jì)，雖然會對土壤形成較大的壓力，但是會減少其壓力面積。因此，要根據(jù)實(shí)際情況，來設(shè)計(jì)輪胎的寬窄，針對不同地域的不同土壤，以土壤的堅(jiān)實(shí)程度為基礎(chǔ)，來進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，前提是不能影響農(nóng)機(jī)原本的工作效率。最后，科學(xué)規(guī)劃農(nóng)機(jī)的行進(jìn)路線，大幅度減少土壤壓實(shí)面積，若條件允許，可以設(shè)置農(nóng)機(jī)固定的行進(jìn)路線，并采用混凝土進(jìn)行硬化，路面硬化會造成耕地面積減少，但可以提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率，可嘗試對耕地的田埂實(shí)施硬化，便于應(yīng)用大型農(nóng)機(jī)作業(yè)。

3、減少機(jī)械用具進(jìn)地次數(shù)

目前來看，對于解決土壤壓實(shí)問題，有一種方法比較有效，利用機(jī)械設(shè)備淺松耕地表層土壤，這種作業(yè)主要通過圓盤耙等用具，淺翻或淺松土壤表層，一方面能夠使表層土壤的性狀得到改善，另一方面也可以平整耕地、使耕種范圍內(nèi)的雜草大面積減少?，F(xiàn)階段，國家對機(jī)械化深松作業(yè)大力推行，這種作業(yè)方法，可以有效解決土壤密實(shí)度高的現(xiàn)象，有效恢復(fù)土壤的吸水保墑能力。但是，不論是對土壤表層進(jìn)行淺松還是深松，都需要使用大型農(nóng)業(yè)機(jī)械，如果作業(yè)較為頻繁，會導(dǎo)致耕地土壤發(fā)生二次壓實(shí)問題，所以，為了盡量避免出現(xiàn)這種情況，農(nóng)民在對土壤進(jìn)行疏松的過程中，應(yīng)嚴(yán)格把控大型機(jī)械的進(jìn)地次數(shù)，并且要對機(jī)械疏松土壤的頻率做到嚴(yán)格控制。

4、使用新型農(nóng)機(jī)進(jìn)行作業(yè)

從當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況來看，我國大部分地區(qū)在進(jìn)行農(nóng)耕作業(yè)活動時(shí)，仍采用前驅(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械來完成，這就導(dǎo)致機(jī)械后輪集中了70%的荷載量，作業(yè)中的機(jī)械一直處于重量失衡狀態(tài)，不斷增加土壤的壓實(shí)度。基于此種情況，在選擇農(nóng)業(yè)機(jī)械時(shí)，廣大農(nóng)戶要盡量選擇那些四驅(qū)農(nóng)機(jī)，這種機(jī)械會由前后輪共同分?jǐn)偤奢d量，對土壤所造成的壓力也會均勻分布，在很大程度上降低了對土壤的壓實(shí)度。此外，為了對單一類型機(jī)械的進(jìn)地次數(shù)進(jìn)行控制，使土壤的壓力能夠得到緩解，廣大農(nóng)戶在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，可使用農(nóng)機(jī)多功能聯(lián)合作業(yè)的方式，使大型機(jī)械對土壤形成的荷載量能夠均勻傳遞，與此同時(shí)，還可以將一機(jī)多用的實(shí)效性發(fā)揮出來，多種農(nóng)機(jī)同時(shí)作業(yè)的方式將被聯(lián)合農(nóng)業(yè)機(jī)械所取代。例如，常見的聯(lián)合農(nóng)機(jī)包括免耕播種機(jī)、聯(lián)合整地機(jī)和聯(lián)合收割機(jī)等，對這些多功能聯(lián)合機(jī)械進(jìn)行大規(guī)模推廣和使用，能夠有效減少農(nóng)機(jī)的進(jìn)地次數(shù)，可以從源頭上將土壤壓實(shí)的問題解決掉。

5、優(yōu)化耕種模式和作業(yè)流程

由于頻繁使用農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)，會導(dǎo)致耕地土壤壓實(shí)，對土壤中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)造成了很大影響，使其結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，土壤的透氣性和保水性在無形之中被破壞，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)中的水分和養(yǎng)分大量流失，阻礙了農(nóng)作物的健康生長。為了避免發(fā)生這種情況，在從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，應(yīng)積極調(diào)整耕種模式，盡量采取少耕的方式，有效減少大型農(nóng)機(jī)的進(jìn)地次數(shù)，保護(hù)土壤中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使其免遭破壞。并且，土壤表面的農(nóng)作物殘茬也能夠保護(hù)土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，不但使土壤增加了保水與蓄水的能力，而且還避免了土壤中水分和養(yǎng)分的流失。除此之外，在進(jìn)行農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)，廣大農(nóng)戶應(yīng)對土壤中的含水率進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，如果土壤中的含水率比較高，采用農(nóng)機(jī)作業(yè)，會升高土壤的壓實(shí)度。若因節(jié)氣的影響，一定要進(jìn)行耕種作業(yè)，農(nóng)戶可將輪胎與地面接觸的面積擴(kuò)大，使農(nóng)機(jī)對土壤的壓力得以有效緩解。

6、農(nóng)藝優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)

采用農(nóng)藝的方法來對土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以有效緩解大型農(nóng)業(yè)機(jī)械對土壤的壓實(shí)問題。農(nóng)藝能夠增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，可以修復(fù)土壤壓實(shí)。土壤中的有機(jī)物質(zhì)容重低、孔隙度較低，向土壤中適當(dāng)施加綠肥、有機(jī)肥，可以提高土壤中的孔隙度。此外，也可以將牲畜糞便施在土壤中，這種方式能夠修復(fù)大型農(nóng)機(jī)對土壤造成的少量碾壓，在土壤中施用綠肥，可降低土壤容重和土壤硬度，有效緩解表層土壤的壓實(shí)問題。在土壤中混合有機(jī)物質(zhì)，能夠提高土壤蓬松度，并增加其中的營養(yǎng)成分，可以有效緩解土壤壓實(shí)現(xiàn)象。與此同時(shí)，土壤的蓬松度高，也為蚯蚓等一些有益微生物提供了適宜的生存環(huán)境，在土壤深處，這些有益微生物所進(jìn)行的活動，會使土壤產(chǎn)生很多孔隙，對土壤起到活化作用，有效改善土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效改善土壤的壓實(shí)程度。

7、設(shè)計(jì)農(nóng)機(jī)專用路線

合理整合人工與農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出農(nóng)機(jī)行駛的專用路線，將機(jī)械行走線路通過人工的方式對其做硬化處理，盡量避免農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)作物的生長區(qū)進(jìn)行行走碾壓，這種將大型機(jī)械的行走路線固化的方式，與傳統(tǒng)行走路線相比，不但能夠降低作業(yè)成本，還能減少農(nóng)業(yè)機(jī)械對土壤壓實(shí)的影響?？茖W(xué)的人工與機(jī)械作業(yè)組合，制定農(nóng)業(yè)機(jī)械行進(jìn)專用路線，不但能夠有效緩解土壤壓實(shí)，而且還可以提高農(nóng)戶的生產(chǎn)效率。

總之，由于當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，其導(dǎo)致的土壤壓實(shí)問題不可避免，給農(nóng)業(yè)增產(chǎn)帶來了較大的阻力。因此，針對農(nóng)機(jī)作業(yè)對土壤壓實(shí)產(chǎn)生的影響，要采取有效的解決措施，不斷發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢，如合理選擇耕種方式，使用新型農(nóng)機(jī)，減少機(jī)械的進(jìn)地次數(shù)，優(yōu)化耕種模式和作業(yè)流程，設(shè)計(jì)農(nóng)機(jī)專用路線等，使農(nóng)機(jī)對土壤的壓實(shí)問題得以有效解決，促進(jìn)農(nóng)戶實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。

（作者單位：250200山東省濟(jì)南市章丘區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）