土體構(gòu)型對(duì)土壤水氮儲(chǔ)運(yùn)的影響研究進(jìn)展①

劉愫倩，徐紹輝，李曉鵬，閆一凡，趙永超，劉建立*

（1 青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，山東青島　266071；2 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京　210008）

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土體構(gòu)型對(duì)土壤水氮儲(chǔ)運(yùn)的影響研究進(jìn)展①

劉愫倩1，2，徐紹輝1，李曉鵬2，閆一凡2，趙永超2，劉建立2*

（1 青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，山東青島266071；2 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京210008）

摘要：土體構(gòu)型是土壤剖面中不同質(zhì)地層次的排列、組合狀況，其對(duì)土壤水分、溶質(zhì)運(yùn)移過程和作物生長(zhǎng)等均具有顯著影響，具有重要的農(nóng)學(xué)和環(huán)境意義。本文對(duì)該領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)和最新進(jìn)展作了綜述，重點(diǎn)探討了土體構(gòu)型對(duì)土壤水分和氮素儲(chǔ)存、運(yùn)動(dòng)過程的影響機(jī)理及其農(nóng)學(xué)效應(yīng)，并對(duì)今后有關(guān)土體構(gòu)型的研究和改良技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：土體構(gòu)型；水分運(yùn)動(dòng)；氮素儲(chǔ)運(yùn)；改良技術(shù)

土體構(gòu)型（soil configuration）是土壤的結(jié)構(gòu)形態(tài)，是整個(gè)土體各層次的分布、排列和組合狀況，一般由自然和人為作用形成，是發(fā)育在土壤剖面尺度上的物理非均質(zhì)現(xiàn)象［1］。土體構(gòu)型作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的立地條件之一，不僅深刻影響著水分、養(yǎng)分在土壤中的儲(chǔ)存、運(yùn)移以及作物的根系生長(zhǎng)，而且在較大程度上決定了農(nóng)田的地力水平和農(nóng)作物的產(chǎn)量［2］。因此，可視為構(gòu)成耕作土壤肥力的基礎(chǔ)。

土壤中的水分和氮素是作物生長(zhǎng)狀況和農(nóng)田生產(chǎn)力水平的重要決定因素，如何提高土體的水分涵養(yǎng)能力和氮素利用率、減少因氮素淋失所造成的深層土壤及地下水污染等一直是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要研究課題［3］。要解決這些問題，不但需要從水肥耦合調(diào)控、作物品種改良、新肥料研發(fā)等方面入手，還需要深刻認(rèn)識(shí)到土壤本身對(duì)水氮儲(chǔ)運(yùn)的重要作用。

土體構(gòu)型對(duì)土壤水分和溶質(zhì)運(yùn)移影響的研究，涉及結(jié)構(gòu)化土壤、層狀土壤等剖面尺度的空間非均質(zhì)性或優(yōu)勢(shì)流過程，一直都是國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題［4-6］。諸多研究均表明，土體構(gòu)型對(duì)土壤水氮儲(chǔ)存、運(yùn)移過程的影響，主要是由于構(gòu)成土壤剖面的各土層理化性狀存在顯著差異，導(dǎo)致土層間出現(xiàn)水分和溶質(zhì)運(yùn)移的突變界面，不同土體構(gòu)型剖面中砂黏性質(zhì)及厚度的不同會(huì)導(dǎo)致剖面土壤物理性質(zhì)的變化，改變土體對(duì)水分和氮肥的保持能力和作物的吸收能力，使得水氮在土體、作物、環(huán)境間的去向比例分配發(fā)生變化［7-8］。

土體構(gòu)型對(duì)土壤水氮儲(chǔ)運(yùn)、農(nóng)田地力、作物產(chǎn)量等的影響，即土體構(gòu)型的農(nóng)學(xué)效應(yīng)，目前國(guó)內(nèi)外已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道，特別是作物根系影響范圍內(nèi)土壤質(zhì)地層次組合變化的研究［9-11］，在田間全剖面條件下開展的研究亦在受到更多研究者的重視；近年來，相關(guān)研究已不僅僅局限在單純的農(nóng)學(xué)或土壤學(xué)領(lǐng)域，而是拓展至環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個(gè)學(xué)科范疇［12-13］。

本文以土體構(gòu)型的農(nóng)學(xué)效應(yīng)為重點(diǎn)，對(duì)近年來有關(guān)土體構(gòu)型對(duì)土壤水氮儲(chǔ)存、運(yùn)移過程以及農(nóng)田地力影響方面的研究作了系統(tǒng)性的梳理和評(píng)述，并對(duì)該領(lǐng)域今后可能的發(fā)展方向進(jìn)行展望，對(duì)環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)等其他領(lǐng)域研究工作有一定的參考價(jià)值。

1　土體構(gòu)型的分類方法和研究技術(shù)

土體構(gòu)型識(shí)別和劃分的基礎(chǔ)是土壤質(zhì)地類型。土壤質(zhì)地分類制常見有：國(guó)際制、卡欽斯基制（蘇聯(lián)制）、美國(guó)制和中國(guó)制等，將土壤按粒級(jí)分為砂、粉、黏等［14］。嚴(yán)昶升等［15］在此基礎(chǔ)上提出以土壤質(zhì)地和孔隙組成為指標(biāo)來分類土體構(gòu)型并命名。土壤質(zhì)地是區(qū)分土壤的基礎(chǔ)，孔隙組成則可以反映不同土層的通透性，二者結(jié)合可以較確切地反映土壤壘結(jié)構(gòu)造，比較標(biāo)準(zhǔn)也相對(duì)清晰一致。后來的研究中更是引入了表達(dá)土壤質(zhì)地層次排列的餡、底、蒙金，表達(dá)剖面形態(tài)的燒砂、黏質(zhì)等，使土體構(gòu)型的分類和劃分更加細(xì)致［1］。

關(guān)于土體構(gòu)型的分類，葉文華［1］于 1985年對(duì)華北平原豐產(chǎn)區(qū)土壤的土體構(gòu)型進(jìn)行了分類，劃分出4大類共 10種類型：均質(zhì)型（砂土、壤土和黏土型）、薄體型（薄層、底漏沙和底障礙層型）、夾層型（砂夾黏、黏夾砂和砂、壤、黏互層型）和上松下緊型。由于華北平原地區(qū)土壤在沖積物上發(fā)育，質(zhì)地層次分明，較有代表性，之后李學(xué)敏等［2］根據(jù)其與土壤肥力的關(guān)系，將土體構(gòu)型分為以下4類：均質(zhì)型（剖面通體無質(zhì)地類型差別），蒙金型（上輕下黏，上虛下實(shí)），腰砂型（上下黏中間砂）和疊加型（薄的砂、壤、黏層交替疊加）。在其他不同土質(zhì)地區(qū)則有其他分類方式，如典型旱作區(qū)三江平原，可劃分為以下6類：薄土層型、散砂型、下部砂礫型、夾層型、黏鰍型和適體型［16］。

土體構(gòu)型將土壤剖面視作一個(gè)整體來研究，在實(shí)地研究過程中對(duì)研究方法會(huì)有諸多限制。目前，多采用傳統(tǒng)的打土鉆或開挖剖面，采樣并分析各層土壤質(zhì)地類型的方法來了解土體的層次組成及其排列組合情況，其缺點(diǎn)是野外工作量大、效率低，且土壤具有較強(qiáng)的空間變異性，破壞性采樣會(huì)影響土壤原狀結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)的發(fā)展和科研要求的提高，更多的新技術(shù)被用以探索土體構(gòu)型。①探地雷達(dá)（GPR）技術(shù)。GPR法是基于電磁波的原位探測(cè)方法，由地球物理領(lǐng)域引入，具有無損、快速探測(cè)的優(yōu)勢(shì)［17］，已經(jīng)開始應(yīng)用于如土壤水分測(cè)定［18］、污染土壤中污染物含量測(cè)定［19］等，但其目前仍存在一些問題［20］，如間接解譯層面分布導(dǎo)致不夠直觀，無法擺脫土體本身性質(zhì)的干擾，對(duì)深部土層的探測(cè)無法保證分辨率等。②電阻率技術(shù)。水文地質(zhì)中經(jīng)常使用到的一種電探技術(shù)。以多芯電纜連接電極向地下加載電流，通過反饋回的不同電阻率信號(hào)診斷不同質(zhì)地與構(gòu)造［21］。電阻率技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/半自動(dòng)化，采集速度快且效率高，采集數(shù)據(jù)量大，抗干擾能力強(qiáng)，但會(huì)受到溫度變化的顯著影響。目前此技術(shù)正被逐漸應(yīng)用到土壤水文學(xué)和多尺度土壤特性的監(jiān)測(cè)中［22］。此外，地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，即采用隨機(jī)函數(shù)來分析不確定現(xiàn)象，通過已知采樣點(diǎn)信息對(duì)未知點(diǎn)進(jìn)行空間估計(jì)和模擬的方法則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法在空間數(shù)據(jù)分析上的不足，特別是地理信息系統(tǒng)（GIS）的發(fā)展更是極大地推動(dòng)了空間數(shù)據(jù)的分析和挖掘［23］。這也為區(qū)域尺度上的土壤構(gòu)型研究提供了有效手段。

2　土體構(gòu)型對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)的影響機(jī)理

土體構(gòu)型由于土體質(zhì)地差異引起水分運(yùn)動(dòng)差異，目前的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)主要集中在土層界面位置的物理、化學(xué)和生物過程的不連續(xù)或突變。土體構(gòu)型對(duì)水分運(yùn)動(dòng)的影響主要是由于剖面尺度的土體非均質(zhì)性造成了水流阻滯效應(yīng)［24］。其根源在于土體構(gòu)型中的異質(zhì)層（textural contrast layer），即在自然和人為的共同作用下土壤中出現(xiàn)的質(zhì)地差異明顯的層次結(jié)構(gòu)［25］，如沖積或沉積成因的砂、黏互層，長(zhǎng)期耕作形成的犁底層等。不同土體構(gòu)型中水分運(yùn)動(dòng)的差異正是由于土體中出現(xiàn)異質(zhì)層，使得質(zhì)地界面（textural interface）處的土壤孔隙和水力學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)明顯的不連續(xù)性，從而影響整個(gè)土體內(nèi)的水流通量和含水量分布［26］。

關(guān)于土體剖面縱向非均質(zhì)性引起的水流阻滯效應(yīng)，國(guó)內(nèi)外很多研究者均嘗試從水動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行解釋。如 Alfnes等［27］指出，水流阻滯的作用機(jī)理主要包括兩種：含水量較低時(shí)的毛細(xì)阻滯（capillary barrier）和含水量較高時(shí)的水力阻滯（hydraulic barrier）。毛細(xì)阻滯是指土壤含水量較低時(shí)，水流由持水能力較強(qiáng)的黏質(zhì)層流向持水能力較弱的砂質(zhì)層，粗孔隙的砂質(zhì)土由于不存在有效導(dǎo)水能力，毛管力會(huì)阻止水分由細(xì)孔隙的黏質(zhì)土向粗孔隙的砂質(zhì)土移動(dòng)，層間毛細(xì)水聯(lián)系發(fā)生斷裂，造成該土體中黏質(zhì)土層能持有明顯高于均質(zhì)土持水量的現(xiàn)象［28-29］。由于其發(fā)生在非飽和條件下且是由質(zhì)地較細(xì)土壤流向較粗土壤，與通常意義上理解的“土壤大孔隙的增加能使溶質(zhì)更快速地穿透土體”相反，非常容易被忽視或誤讀。水力阻滯的作用機(jī)理與毛細(xì)阻滯相反，指在含水量較高時(shí)，黏質(zhì)土層由于自身導(dǎo)水力低而降低整個(gè)土層的導(dǎo)水能力，最終使得該土體中的砂質(zhì)土層也能夠持有明顯高于均質(zhì)土持水量的現(xiàn)象［30］。

毛細(xì)阻滯和水力阻滯的發(fā)生與土壤的持水能力（土壤水分特征曲線）和導(dǎo)水能力（非飽和導(dǎo)水率）密切相關(guān)［31］。毛細(xì)阻滯會(huì)隨著層狀土壤之間的水勢(shì)差降低而減弱，當(dāng)水流方向上的砂質(zhì)土導(dǎo)水能力達(dá)到或超過來水方向的黏質(zhì)土層時(shí)，毛細(xì)阻滯徹底消失；且其發(fā)生時(shí)通常伴隨著指流等土壤優(yōu)勢(shì)流形態(tài)，會(huì)加速其消失，同時(shí)造成水分在土體中進(jìn)行不均勻運(yùn)動(dòng)，使得傳統(tǒng)的活塞流模型不再成立［32-33］。水力阻滯則會(huì)因含水量增加后土層界面間導(dǎo)水能力差異增大而愈加明顯。

水流阻滯效應(yīng)雖發(fā)生在某一異質(zhì)層，但其對(duì)整個(gè)土體水分運(yùn)動(dòng)的影響卻是宏觀的［34］。水流方向上土層的實(shí)際導(dǎo)水能力在某些條件下要小于來水方向土層的導(dǎo)水能力，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)土體導(dǎo)水能力的減弱，及來水方向土層中水分的滯留和整個(gè)土體持水能力的增加［35］。在田間條件下，土體中的某些土壤層次可能產(chǎn)生水流阻滯效應(yīng)，從而使整個(gè)土體的水分運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化；且此效應(yīng)作用機(jī)理不盡相同，對(duì)水分的影響也十分復(fù)雜［36］，不僅與土壤水力學(xué)性質(zhì)差異有關(guān)，還與異質(zhì)土層在整個(gè)土體構(gòu)型中的埋深、厚度、層數(shù)、相鄰?fù)翆有再|(zhì)等因素有關(guān)［37］。因此，需要在土體構(gòu)型的相關(guān)研究中著重注意異質(zhì)層的作用。

隨著機(jī)理性研究的發(fā)展和深入，水流阻滯效應(yīng)已受到了越來越多研究者的重視，研究成果亦逐漸被應(yīng)用于地質(zhì)工程防滲［38-39］、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中控制土面蒸發(fā)和改良鹽堿土［9，40］等實(shí)際工作中。

3　土體構(gòu)型對(duì)土壤氮素遷移轉(zhuǎn)化的影響機(jī)理

3.1土體構(gòu)型對(duì)溶質(zhì)態(tài)氮素運(yùn)移的影響

土壤中的氮素運(yùn)移（對(duì)流和彌散過程）與其載體——土壤水分的運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。氮素隨著土壤水分的運(yùn)動(dòng)而遷移，且也會(huì)在自身濃度梯度的作用下運(yùn)動(dòng)。由于土壤水流過程改變，導(dǎo)水性減弱，持水性增強(qiáng)，氮素隨之運(yùn)移，其中以對(duì)流形式運(yùn)移的會(huì)減少，以彌散形式運(yùn)移的會(huì)增加［41］。在改變土壤水分運(yùn)動(dòng)的過程中，土體中異質(zhì)層的作用同樣不容忽視。在不同條件下，均有研究結(jié)果表明夾砂或夾黏都可有效地涵養(yǎng)水分，降低氮素運(yùn)移，提高氮素累積［12，42］。這是由于異質(zhì)層中水流阻滯效應(yīng)的存在，會(huì)降低或減緩?fù)寥浪纳顚訚B漏和蒸發(fā)，改變土壤水分的分布狀況，隨之改變?nèi)苜|(zhì)態(tài)氮素在土體中的分布并減少淋溶損失，阻礙氮素的運(yùn)移和淋溶，同時(shí)深層氮素也難以向上遷移，因此對(duì)降低深層土壤和地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)有顯著效果［43-44］。

但近年來有關(guān)土壤優(yōu)勢(shì)流的研究指出，由于土體中存在水分或溶質(zhì)運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道（如：根孔、蚯蚓洞等），會(huì)形成指流、漏斗流等形式的優(yōu)勢(shì)流，不僅會(huì)加速土壤溶質(zhì)的運(yùn)移，而且還可能導(dǎo)致溶質(zhì)遷移至更遠(yuǎn)的距離，而傳統(tǒng)的對(duì)流-彌散理論和模型無法很好地解釋優(yōu)勢(shì)流情況下的溶質(zhì)運(yùn)移過程［45］。目前這一過程正在逐漸得到國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注［46-47］。

3.2土體構(gòu)型對(duì)土體中氮素化學(xué)和生物行為的影響

土體構(gòu)型對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化過程的影響還體現(xiàn)在土壤化學(xué)和生物環(huán)境方面。影響土壤氮素轉(zhuǎn)化的化學(xué)和生物作用主要包括微生物同化［48］、2︰1型黏土礦物對(duì)-N的固定［49］以及苯酚類化合物與NH4+-N的聚合反應(yīng)［50］等。這幾類對(duì)氮素行為的影響都與土體構(gòu)型密切相關(guān)。土體構(gòu)型的不同會(huì)使土壤化學(xué)環(huán)境產(chǎn)生差異，影響土壤透氣性和含水量分布，使得氧化還原、微生物生存條件出現(xiàn)差異，進(jìn)而影響硝化/反硝化速率和不同形態(tài)氮素的含量以及微生物對(duì)施入氮肥的持留能力［51-52］，最終使不同土體構(gòu)型中的微生物活性和苯酚類化合物的累積量產(chǎn)生不同。耕作土壤中微生物對(duì)氮肥的固定起重要作用，微生物會(huì)優(yōu)先利用-N作為氮源，并隨著土壤中-N含量低調(diào)節(jié)自身機(jī)制決定優(yōu)先吸收的氮素形態(tài)［53］。此作用屬于生物固持。同時(shí)，-N還受到2︰1型黏土礦物的固定，其主要吸附于黏粒、粉粒中，土壤黏粒含量越高，對(duì)-N的固持作用也越強(qiáng)［54］。土壤中黏土礦物固定-N的能力受成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地、黏粒含量、黏土礦物組成等因素的影響，其中黏粒含量通常與氮素含量間存在較顯著的正相關(guān)關(guān)系，土壤質(zhì)地愈黏重，土壤氮素含量越高［55］。苯酚類化合物與-N的聚合反應(yīng)可簡(jiǎn)單描述為土壤中輕質(zhì)有機(jī)物對(duì)氮素的吸附，這也與-N自身易被吸附的性質(zhì)有關(guān)，且苯酚對(duì)硝化作用會(huì)產(chǎn)生一定程度上的抑制，使-N向-N的轉(zhuǎn)化受阻，從而提高-N在土壤中的持留量［56］。李梅和張學(xué)雷［57］已通過研究證實(shí)，通體砂構(gòu)型和上壤下砂構(gòu)型的保氮能力較其他構(gòu)型要差。

3.3土體構(gòu)型對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

不同土層的透氣性和緊實(shí)度存在差異，因此土體構(gòu)型會(huì)對(duì)植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育造成直接的影響。不同理化性質(zhì)的土層組合方式發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致土體中的植物根系分布發(fā)生變化［58］。通常認(rèn)為，土體過于緊實(shí)、土壤通氣狀況較差，根系生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到抑制，同化物用于冠部較多，使得根冠比降低；土體若較為松散，則作物根系延伸阻力小，更易追逐水源，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，根冠比增大［59］。值得注意的是，土體構(gòu)型對(duì)作物根系產(chǎn)生的這種影響最終仍會(huì)體現(xiàn)到土體中的水氮分布上。植物根系的生長(zhǎng)對(duì)土壤水分和養(yǎng)分具有趨向性。異質(zhì)層的水流阻滯效應(yīng)會(huì)提高土壤水分、養(yǎng)分庫(kù)容并影響其空間分布，從而改變作物對(duì)土壤剖面中不同層次水養(yǎng)的吸收量［60］。作物根系在異質(zhì)層的吸收作用通常會(huì)強(qiáng)于其他土層，導(dǎo)致該層根系發(fā)達(dá)，對(duì)水氮的吸收也更迫切，最終導(dǎo)致土體中不同層次間根系生長(zhǎng)狀況的顯著差異。

4　土體構(gòu)型的農(nóng)學(xué)效應(yīng)評(píng)估及其改良措施

土體構(gòu)型優(yōu)劣的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)視土地利用目的不同而有所區(qū)別。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的角度來看，好的土體構(gòu)型一般表現(xiàn)為土層深厚、土壤質(zhì)地適中、土壤保肥保水和供肥供水能力較強(qiáng)、排水和滲透條件好、地面平坦、無侵蝕無鹽堿威脅、利于機(jī)耕等［1］。嚴(yán)昶升等［61］研究了我國(guó)主要的幾種耕作土壤土體構(gòu)型，結(jié)果表明，良好的旱地土體構(gòu)型一般要求上部耕層較為疏松深厚，同時(shí)下部存在厚度適宜、質(zhì)地緊實(shí)的保水保肥層；良好的水田土體構(gòu)型則應(yīng)有利于保持相對(duì)穩(wěn)定的水層，底土又能爽氣供水。之后有研究者對(duì)土體構(gòu)型優(yōu)劣作了更細(xì)致的分析和評(píng)價(jià)，大致整理出不同土體構(gòu)型在潮土保墑能力上的差異：重壤土＞上壤下黏＞砂壤土＞上黏下砂＞砂土［62］。檀滿枝等［63］將河南封丘縣典型潮土分為8種土體構(gòu)型，其中砂-砂-砂型小麥生產(chǎn)力水平最低，壤-黏-壤、壤-黏-黏構(gòu)型是肥力條件較好的土壤，砂-壤-壤、壤-壤-壤、壤-壤-黏構(gòu)型是肥力條件最好的土壤，進(jìn)一步細(xì)化了良好構(gòu)型和不良構(gòu)型的種類。

針對(duì)不利于水肥保持的土體構(gòu)型，可采用外部手段對(duì)其進(jìn)行改良，如添加有機(jī)肥、增施綠肥、淺層摻黏、淺層翻壓等［64］。有研究表明，向土壤中施入粉碎秸稈能顯著增加土壤團(tuán)聚體評(píng)價(jià)指標(biāo)，如：大團(tuán)聚體含量（R0.25）、團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）等，使土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性顯著提高；不同處理秸稈施入土壤后，均能逐步改善土壤孔隙的均勻性和連通性，效果較單施無機(jī)土壤改良劑措施更優(yōu)［65］。近年來，韓曉增等［66］在東北黑土區(qū)開展了肥沃耕層構(gòu)建研究，結(jié)合大型機(jī)械，通過深松、秸稈深埋和有機(jī)肥相結(jié)合的方式快速改善亞耕層（犁底層）的土壤水分物理性質(zhì)。結(jié)果表明，向20 ～ 35 cm土層（犁底層）施入秸稈和有機(jī)肥可明顯改善其土壤組成，減小土壤體積質(zhì)量，提高土壤孔隙度，增加土壤的透氣性和疏松程度。同時(shí)，肥沃耕層的構(gòu)建也增加了土壤的飽和導(dǎo)水率和透水性，減少了地表徑流損失，增加了大氣降水的入滲。若能解決技術(shù)上的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)這一課題的大面積推廣，無疑將為我國(guó)農(nóng)田地力提升的未來發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5　結(jié)語和展望

本文對(duì)土體構(gòu)型及其對(duì)土壤水氮儲(chǔ)存運(yùn)移影響方面的文獻(xiàn)報(bào)道作了較全面的梳理，同時(shí)進(jìn)一步探討了土體構(gòu)型的農(nóng)學(xué)效應(yīng)及其改良措施。結(jié)果表明，土體構(gòu)型是決定農(nóng)田生產(chǎn)力的重要物理基礎(chǔ)，其對(duì)土壤水氮儲(chǔ)存能力和運(yùn)移過程的影響主要源于發(fā)育在土體中的異質(zhì)層：構(gòu)型中異質(zhì)土層的土壤性狀突變使層次界面處發(fā)生水流阻滯效應(yīng)（其中含毛細(xì)阻滯和水力阻滯），對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)和再分布產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，同時(shí)界面處的物理、化學(xué)、生物環(huán)境的突變也會(huì)對(duì)氮素的分布、遷移和轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重要影響，最終使整個(gè)土體中不同土層間的水氮儲(chǔ)運(yùn)狀況產(chǎn)生差異。

在該領(lǐng)域未來的研究中，還應(yīng)著重注意以下幾個(gè)方面：

1） 研究尺度的進(jìn)一步拓展：首先應(yīng)將土體全剖面作為一個(gè)整體來開展研究，而非僅僅局限于耕層和亞耕層；其次，應(yīng)進(jìn)一步引入新的數(shù)據(jù)挖掘、空間模擬技術(shù)，以便更好地實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)尺度到區(qū)域尺度的拓展。

2） 研究技術(shù)手段的進(jìn)一步更新：諸如GPR法、電阻率法等無損探測(cè)技術(shù)業(yè)已顯現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景，應(yīng)進(jìn)一步探索其在農(nóng)業(yè)土壤領(lǐng)域中的適用性，為實(shí)現(xiàn)大面積快速監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐。

3） 機(jī)理研究的進(jìn)一步深化：土體構(gòu)型對(duì)土體中各種物理、化學(xué)、生物過程的影響主要體現(xiàn)在土壤層次界面或異質(zhì)層處的突變，耦合過程的影響因素、發(fā)生機(jī)理、演變規(guī)律涉及到農(nóng)業(yè)、環(huán)境、生態(tài)學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，應(yīng)是今后相關(guān)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

4） 土體構(gòu)型改良技術(shù)的推廣應(yīng)用：土體構(gòu)型是由長(zhǎng)期的自然、人為作用形成的，對(duì)不利的構(gòu)型進(jìn)行改良應(yīng)考慮到投入產(chǎn)出比，特別是大面積推廣應(yīng)用必須研制或引入新的大型機(jī)械，其工作模式是否適應(yīng)我國(guó)國(guó)情等都需要考慮。

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Effects of Soil Profile Configuration on Soil Water and Nitrogen Storage and Transportation： A Review

LIU Suqian1，2， XU Shaohui1， LI Xiaopeng2， YAN Yifan2， ZHAO Yongchao2， LIU Jianli2*
（1 Department of Environmental Science， Qingdao University， Qingdao， Shandong266071， China；2 Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences， Nanjing210008， China）

Abstract：Soil configuration is the arrangement and combination of differently textured soil layers in a profile. This configuration has significant effects on soil water/solute transport and crop growth， and therefore is of fundamental significance in sustainable agriculture and environmental protection. This paper summarized the research progresses and latest achievements in this field， especially the effects of soil configuration on water and nitrogen storage and transport and their agronomic responses. The prospects of the future research on this topic were also presented.

Key words：Soil configuration； Water movement； Nitrogen storage and transport； Amelioration techniques

中圖分類號(hào)：S152.4

DOI：10.13758/j.cnki.tr.2016.02.002

基金項(xiàng)目：①國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41171179，41171183）和中國(guó)科學(xué)院STS課題（KFJ-EW-STS-055-5）資助。

* 通訊作者（jlliu@issas.ac.cn）

作者簡(jiǎn)介：劉愫倩（1990—），女，山東青島人，碩士研究生，主要從事水環(huán)境模擬研究。E-mail： liusuqian1990@sina.com