壓砂地土壤質量變化分析

劉學智+李王成+趙自陽

摘要 隨著生態(tài)環(huán)境破壞日益加劇，合理的種植模式對緩解生態(tài)脆弱具有一定的價值。針對壓砂地種植模式對土壤質量影響的機理問題，詳細回顧了壓砂地土壤入滲蒸發(fā)效應、土壤氮磷鉀的變化、酶活性和病蟲害等方面的研究進展，并結合目前研究的熱點問題，提出了壓砂地的未來研究建議，為進一步了解壓砂地土壤狀況和生態(tài)環(huán)境改善提供理論參考。

關鍵詞 壓砂地；土壤質量；入滲；蒸發(fā)；酶活性

中圖分類號 S158 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）12-0192-02

Abstract With the increasing of ecological damage，the reasonable planting pattern has certain value to alleviate the ecological fragility. In view of the mechanism of the effect of planting pattern on the soil quality in sandy ground，research advances on soil infiltration and evaporation，changes of N，P and K，enzyme activity，pests and diseases were reviewed in detail. Combining with current research hotspots，some suggestions for the future study of sandy ground were put forward，some references for further understanding of soil condition and ecological environment improvement in sandy ground were provided.

Key words sandy ground；soil quality；infiltration；evaporation；enzyme activity

農業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設以及社會進步對土地資源的需求日益加劇，改變傳統(tǒng)種植模式，大力創(chuàng)新是緩解土地資源緊張的有效途徑。干旱地區(qū)土地資源豐富，但土壤質量較貧瘠，因而采取創(chuàng)新模式是緩解土壤質量緊張、發(fā)展農業(yè)的有效方法之一。國內外大量研究和實踐證明，農田覆砂不僅可以緩解干旱地區(qū)缺水現(xiàn)狀，還對土壤質量改善、生態(tài)環(huán)境建設具有促進作用。壓砂地是西北地區(qū)在土壤表面鋪設一定厚度的砂石用于協(xié)調土壤水、肥、氣、熱，創(chuàng)造作物生長環(huán)境條件，提高作物產(chǎn)量的種植模式[1-2]，能夠有效抑制土地鹽漬化，促進農業(yè)結構調整，實現(xiàn)生態(tài)恢復和改善[3-4]。因此，進行壓砂地土壤的物理、化學及生物等性狀的研究，對維持土地的可持續(xù)利用具有重要參考價值。

1 壓砂地入滲和蒸發(fā)情況

土壤質量、農作物健康生長以及合理的灌排制度受土壤理化性質的制約[5]。入滲和蒸發(fā)是自然界水循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，在農田水量平衡和能量平衡中占有重要的位置。在土體表面覆蓋10～20 cm粒徑集中、團聚體多的砂石，不僅可改變土壤物理框架，還會影響入滲和蒸發(fā)狀況[6-7]。大量國內外學者研究了壓砂地土壤水分入滲和蒸發(fā)情況，取得了很多成果。

1.1 壓砂地入滲情況

入滲是指水分通過地表進入土壤，在土壤中運動、儲存并形成土壤水的復雜過程，入滲能力的強弱決定土壤儲水性能[8-9]。Abraham等[10]研究表明土壤入滲率與表面砂石覆蓋成負相關關系。對研究土壤水分入滲奠定了基礎，然而由于試驗環(huán)境的局限性，研究結果不具有普遍性。Li X Y[11]和王小燕等[12]分析表明，由于砂石空隙大、滲透能力強，表面覆砂可有效提高土壤水分入滲，研究結果為提高干旱區(qū)土壤儲水量提供了參考。然而又有學者進一步研究表明，不同砂石粒徑和不同隔層位置對土壤水分入滲有促進和阻滯雙面影響，并且砂田不同層次的土壤含水率均高于裸田，從均值來看，0～40 cm土壤平均含水率砂田為14.6%、裸田為11.1%，有效提高了土壤的含水率[13-14]。但砂石作為土體表面覆蓋物，隨著使用年限的增加，其發(fā)生破碎、風化等形式的破壞，使土砂比增加，導致入滲能力逐漸降低，土壤質量呈下降趨勢，對壓砂地的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)[15-16]。通過這些研究結果可以充分證明壓砂地對土壤水分入滲的影響呈先增加后下降的趨勢，這對砂田的宏觀改良具有指導意義。

1.2 壓砂地蒸發(fā)情況

土壤水分蒸發(fā)作為農田水分循環(huán)系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)，是造成農田缺水、干旱、作物減產(chǎn)的主要因素。土壤表面壓砂可以改變小生境的熱量和水分條件，有效降低土壤水分蒸發(fā)，滿足作物需水要求[17]。然而覆蓋厚度、粒徑大小及顏色對蒸發(fā)的影響不同。研究者通過田間和模擬土柱試驗表明，覆蓋厚度與抑制蒸發(fā)之間成正相關關系，10 cm左右厚度效果較顯著，這一結論為農田機械工作提供了理論指導，但具體的覆砂厚度還要結合實際情況而定[18-19]。砂石粒徑大小與蒸發(fā)關系密切，近年來多數(shù)學者致力于研究較優(yōu)的砂石配比組，取得了很多成果。表明粒徑大小與抑制蒸發(fā)能力成負相關，粒徑越小，其抑制蒸發(fā)效果越明顯，蒸發(fā)越平穩(wěn)，以2.5～5.0 mm占34.5%、5～10 mm占25.5%、10～25 mm占20.8%、25.0～31.5 mm占13.1%、31.5～40.0 mm占6.1%較為理想[20-23]。雖然針對砂石具體顏色與蒸發(fā)之間關系的研究較少，但也有研究者通過試驗取得了一定的成績，周約[24]、Govers等[25]研究表明，紫色砂石對土壤蒸發(fā)的抑制效果較好，白色次之，青色最小。因此，砂石對土壤水分蒸發(fā)的影響取決于覆蓋厚度、粒徑大小和顏色等綜合指標。

2 壓砂地的氮、磷、鉀狀況

由于土壤體內含有一定的化學元素。農田表層壓砂必然會改變土壤理化性狀，土壤空隙和肥力特征發(fā)生變化，進而影響土壤原有化學元素存在的狀態(tài)，造成氮、磷、鉀含量改變。國內外研究工作者對此開展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。

作物的生長發(fā)育需要一定的養(yǎng)分條件，氮、磷、鉀元素表征了土壤中主要的營養(yǎng)成分。在干旱半干旱地區(qū)，土壤氮、磷、鉀含量較低，導致農業(yè)發(fā)展受限。許 強等[26]指出，壓砂地對土壤氮、磷、鉀的影響主要表現(xiàn)為對速氮、速磷、速鉀的影響。壓砂地有利于促進土壤速效氮、磷、鉀的增加，但隨著使用年份的增加，作物對氮、磷、鉀的消耗逐漸加劇，再加上外界沒有養(yǎng)分的補充，速效氮、磷、鉀含量不斷降低，土壤肥力逐漸減弱。陳宏灝等[27]研究表明，土壤全氮、全磷、全鉀含量隨壓砂年限的增加在上下波動中表現(xiàn)出下降趨勢。同一土壤深度對照的硝態(tài)氮、速效鉀含量均高于所有壓砂地土壤，養(yǎng)分含量在不同土壤深度和不同壓砂年限之間存在差異性[28]。隨著壓砂地使用年限的延長，在土壤不施肥或少施肥的情況下，作物消耗了氮、磷、鉀等養(yǎng)分，使得土壤質量逐漸降低。在人類可持續(xù)發(fā)展的要求下，對土壤質量逐漸下降的壓砂地進行補肥是必要的，研究表明，有機肥、農家肥都能夠較好地改善氮、磷、鉀含量的變化。

3 壓砂地對土壤微生物和酶活性的影響

土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和持續(xù)性的保障[29]。農田壓砂后原來的微生物性狀發(fā)生變化。陳宏灝等[27]研究表明，1年壓砂地土壤微生物活性最高，其他各年限土壤微生物活性隨壓砂年限增加而緩慢下降。壓砂地不同利用年限的土壤微生物群落總菌數(shù)整體低于農田對照，且隨著壓砂利用年限的增加而逐年減少[30]。潘佳穎等[31]為了研究土壤微生物對碳源利用率和微生物量碳、氮的變化規(guī)律，以寧夏香山區(qū)的壓砂瓜田為研究對象，結果表明，壓砂明顯提高了土壤微生物對碳源的利用率，砂田土壤微生物量碳、氮隨使用年限的延長整體呈下降趨勢。土壤酶對土壤有機質的分解和植物營養(yǎng)元素的循環(huán)起著非常重要的作用，也影響著環(huán)境質量和作物生產(chǎn)力。因此，土壤酶活性也是表征土壤肥力質量的重要指標[32]。壓砂地改變了原來土壤酶活性，對作物的正常生長生育產(chǎn)生了一定的影響。土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀隨壓砂地的利用年限呈降低趨勢。研究表明，隨著壓砂年限的增加，過氧化氫酶、脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶的活性呈逐年降低的趨勢[33-34]?？梢妷荷半m然一定程度上可以提高作物的肥力，但隨著使用年限的增加土壤酶活性呈下降趨勢，將導致作物減產(chǎn)、減量、減質、不利于壓砂地的可持續(xù)利用。在砂田耕作的過程中必須進行科學合理的施肥與耕作，以保證砂田的持續(xù)利用。

4 展望

壓砂地的出現(xiàn)，不僅使在干旱地區(qū)大規(guī)模發(fā)展經(jīng)濟作物成為可能，而且對改善生態(tài)環(huán)境和保障人類可持續(xù)發(fā)展起著積極作用。但隨著壓砂地使用年限的增加，土壤質量問題日益突出，因而改善壓砂地土壤質量成為相關領域關注的熱點。大多數(shù)學者圍繞壓砂覆蓋對土壤質量影響的規(guī)律進行了大量有益的研究，得出了重要的結論，對土壤質量改善提供了一定的理論支持。由于壓砂地土壤結構復雜，影響因素眾多，對土壤質量改善的詳細機制尚未建立，一些局部研究成果難以推廣。隨著我國農業(yè)大力發(fā)展，建立合理的土壤質量改善制度十分關鍵。根據(jù)對壓砂地土壤質量變化的研究進展，目前還可以從以下幾方面進行探討。

（1）進一步定量研究壓砂覆蓋對土壤物理、化學和生物性狀的影響，探明更加全面、詳細的影響規(guī)律，構建壓砂地物理、化學和生物改良的綜合措施；同時應加強壓砂地土壤質量長期變化的監(jiān)測，建立仿真模型，實現(xiàn)對土壤質量變化的長期預測，為經(jīng)濟作物的發(fā)展提供指導。

（2）通過研究壓砂覆蓋對水質、溫室氣體、土壤重金屬等環(huán)境因子的影響，確定壓砂地對環(huán)境的影響規(guī)律，助力全球環(huán)境改善；加強對壓砂田生態(tài)系統(tǒng)水分轉化規(guī)律以及作物生理、生態(tài)特征與特性的研究，建立壓砂田的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展機制。

（3）研究在壓砂地上種植枸杞、棗樹等經(jīng)濟作物的生產(chǎn)效益，建立多作物種植模式，緩解種植單一對砂田造成的壓力；加強作物套種和輪種模式的建立，優(yōu)化機制，從而緩解壓砂地土壤質量的下降。

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