土壤硬度计分析旋耕对于土壤紧实度的影响

　　土壤物理机械性质对于植物根系的发育速度和根系在土壤剖面中空间分布特征的影响是土壤学界关注的重要课题。其中紧实度是土壤物理机械性质中很重要的一项，试验用土壤硬度计研究发布土壤紧实度越大，植物根系在土壤中的穿插所受到的机械压力也就越大。在已有的众多的研究报道，发现许多重要的农作物（大麦、小麦、玉米和甜菜）的根系在土壤中穿插速度在极小的机械压力下（20~50 kPa）会下降一半，并指出给大麦根系施加50 kPa的压力，可使侧根发生区从根尖30mm缩短到只有4 mm，植物往往通过增长侧根来弥补主根长度缩短的缺陷。
　　下图1是在冬小麦整个生育期间，不进行灌溉，依赖于自然降水维持小麦生产条件下，旋耕小区主要根区土壤的紧实度等值线图。从下图1所示的旋耕区土壤紧实度等值线图可以看出，在小麦生育期间土壤紧实度剖面特征具有"上虚下实"特征。上虚只是指在0~15土层范围内土壤紧实度变异在400~l 400 kPa，变化幅度不大。下实是指在15 cm以下土层土壤紧实度变异在1 000~3 400 kPa，变化过程明显，幅度较大。众所周知，植物根系细胞在土壤中穿插受到细胞壁和周围土壤强度的限制，根系细胞膨压是根在土壤中游插的驱动力。

　　Taylor和Ratliff研究得出根细胞的膨压一般约为700~1 200 kPa。也就是说土壤紧实度若高于此值，植物就会受到机械胁迫作用。Elders等研究发现，对于燕麦根系土壤紧实度大于3 600 kPa时，其根系生长就停止。
　　由此可见，我国中部地区土壤由于长年旋耕等原因，土壤紧实化的问题已经显得较为明显。虽然0~15 cm土层土壤紧实度相对较小，不会对根系生长产生机械胁迫作用，但由于该层土壤含水量偏低，且不稳定（见下图2），土壤水分欠缺会胁迫根系生长。而下层土壤过于紧实，程度不同地对作物根系延伸有着机械胁迫作用。下层的土壤过于紧实，以及较高的水分含量，使得土壤氧气不足，导致根系生长受限已经被众多学者所证实。

　　图1还清楚地显示，在小麦生育期间0~40 cm剖面范围内土壤紧实度变化过程明显的与土壤水分变化过程相一致，尤其是在15~40 cm范围内，随着水分升降而按照相反的趋势在变化着。小麦播种40 d后，土壤剖面水分从22％下降到18％，土壤紧实度从800 kPa急剧增大到l 400 kPa，之后从第40~140 d时间里土壤墒情基本稳定，土壤紧实度也几乎没有很明显的变化；在第140~160 d期间，紧实度因为土壤墒情变化有一个降低过程，从第160天起，由于作物耗水和强烈的土壤蒸发，土壤紧实度也在急剧地增加到1 400 kPa以上较高水平。土壤的物理状态受环境变迁过程的明显作用，意味着土壤自身协调能力严重受损，土壤表现出现了明显的"疲劳症"。