分析農(nóng)機(jī)作業(yè)對耕地土壤壓實(shí)現(xiàn)象及解決措施

杜 鵑

我國農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)技術(shù)隨著科技的飛速發(fā)展日漸成熟，各種新型農(nóng)機(jī)的全面推廣使用促使各地農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平快速提高，很多地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐與硬件保障，不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，還有效降低了人工成本，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主導(dǎo)作業(yè)模式已離不開農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)，大大推進(jìn)了我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程。農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用量和使用次數(shù)的大幅提高，在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)同時，同樣也一定程度的制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，我們知道土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它是由土壤顆粒、有機(jī)物、水和空氣幾部分組成的，各自占有一定的空間比例，正常蓬松度的土壤有利于農(nóng)作物的正常生長，但由于農(nóng)業(yè)機(jī)械在田間行走作業(yè)時輪胎及器械自身重量對土壤發(fā)生的碾壓作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過土壤的承載能力，造成土壤被機(jī)械壓實(shí)現(xiàn)象，土壤結(jié)構(gòu)被破壞，水和空氣含量減少，實(shí)際上從農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)地土壤壓實(shí)就已經(jīng)開始，土壤壓實(shí)會造成耕地質(zhì)量整體下降、農(nóng)作物正常生長受到抑制、水土流失嚴(yán)重、土壤退化面積增加等一系列的不良后果，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量，阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長期可持續(xù)性發(fā)展。土壤壓實(shí)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中一個隱藏的環(huán)境問題，農(nóng)業(yè)機(jī)械化快速發(fā)展使這個問題越發(fā)彰顯，已成為一個不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，科學(xué)工作者也逐漸認(rèn)識到土壤壓實(shí)所帶來的嚴(yán)重后果，如何在發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)優(yōu)勢的同時，有效解決土壤壓實(shí)問題，將土壤壓實(shí)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失降到最低點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)性發(fā)展，是農(nóng)機(jī)工作者和農(nóng)機(jī)研發(fā)者必須要面對的、迫切要解決的首要任務(wù)。

一、土壤壓實(shí)

土壤由土壤顆粒、有機(jī)物、水和空氣組成，是一個包含氣體、液體和固體的多相體系，三者之間的比例相對穩(wěn)定，使土壤具有一定的抗機(jī)械壓力的能力，正常蓬松狀態(tài)下水分和空氣約占土壤50%左右的空間比例，作物可以正常生長，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤肥力的重要指標(biāo)，土壤質(zhì)量直接影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，在外力的作用下土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，土壤的三相比例之間重新分配，土壤物質(zhì)散布開來，土壤肥力、水分和滲透性降低，干燥后發(fā)生凝聚的現(xiàn)象，這是土壤壓實(shí)，土壤壓實(shí)是重力壓迫形成的結(jié)果，是一個相當(dāng)普遍的土壤退化現(xiàn)象，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題。土壤壓實(shí)不是一直對農(nóng)作物生長不利，在實(shí)際生產(chǎn)中，適當(dāng)程度的土壤壓實(shí)有利于種子的萌發(fā)和農(nóng)作物健康生長，但如果土壤壓實(shí)嚴(yán)重，則非常不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)對耕地土壤頻繁擾動、不斷往復(fù)作業(yè)，是超過土壤承載能力的嚴(yán)重壓實(shí)。國外試驗(yàn)研究判定各類土壤壓實(shí)程度以土壤空隙度的破壞極限值為參考標(biāo)準(zhǔn)：砂質(zhì)土壤49%、粘性土壤45%、重粘土壤47%。另外，要強(qiáng)調(diào)的是土壤壓實(shí)和土壤板結(jié)不是一回事，土壤板結(jié)是土壤受長期施用化肥，降雨或灌溉等外部因素影響，導(dǎo)致土壤表面結(jié)構(gòu)不良和缺乏有機(jī)物而凝聚變硬不松散，就比如有人蒸饃像石頭，有人蒸饃像棉花，要區(qū)分開來對待，土壤壓實(shí)和土壤板結(jié)解決方法也有所不同，不能一概而論。

二、土壤壓實(shí)的原因

土壤壓實(shí)是一個非常普遍的土壤退化現(xiàn)象，按土壤退化類型劃分，土壤壓實(shí)屬于土壤物理退化，是土壤退化的重要表現(xiàn)之一，阻礙作物根系發(fā)展。導(dǎo)致土壤產(chǎn)生壓實(shí)的原因主要包括兩方面，由土壤自然產(chǎn)生的壓實(shí)是內(nèi)因、由機(jī)械化作業(yè)產(chǎn)生的壓實(shí)是外因，外因是人工最易控制的。

1、外因

①農(nóng)業(yè)機(jī)械行走壓實(shí)

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)是導(dǎo)致土壤被壓實(shí)的主要原因，由于多數(shù)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)采用輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械開展作業(yè)活動，機(jī)具行走時輪胎的轉(zhuǎn)動會不同程度的對土壤產(chǎn)生壓實(shí)作用，而且隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的提高，土壤壓實(shí)越來越嚴(yán)重。土壤被壓實(shí)的深度隨不同的機(jī)型作業(yè)而不同，通常被壓實(shí)的范圍在10～45cm 之間，我們知道，從事農(nóng)事作業(yè)的機(jī)械多以大型農(nóng)機(jī)為主，這些機(jī)械自重較大，重量高達(dá)幾噸甚至十幾噸，作業(yè)過程中每壓過一片土地，就對土地造成一次傷害，當(dāng)其作業(yè)時對土壤產(chǎn)生的表面載荷遠(yuǎn)大于普通農(nóng)機(jī)產(chǎn)生的載荷，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了土地的承受能力，對土壤深層產(chǎn)生壓實(shí)作用以地表面到地下10cm 的土壤壓實(shí)最為嚴(yán)重，表層土壤被壓實(shí)率超過30%，輪胎與地面的接觸面積較小，對土壤產(chǎn)生壓實(shí)是局部壓實(shí)，由于多數(shù)農(nóng)機(jī)作業(yè)采用前驅(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械，作業(yè)時機(jī)械70%的荷載量完全集中在后輪，重量始終處于失衡狀態(tài)，輪胎的過大載荷使被壓實(shí)部分土壤的透氣性、保水保墑等能力均下降，另外，現(xiàn)階段大力推廣的免耕播種技術(shù)，沒有翻耕這一作業(yè)環(huán)節(jié)，對土壤的壓實(shí)是一個逐漸累積的長期效果，應(yīng)引起各地重視，因?yàn)檫@種累積效果無論對農(nóng)作物生長還是對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的影響都是不能忽略的存在。

②反復(fù)進(jìn)地作業(yè)壓實(shí)

土壤壓實(shí)的程度隨農(nóng)業(yè)機(jī)械反復(fù)進(jìn)地作業(yè)次數(shù)的增加而不斷遞增，機(jī)具進(jìn)地作業(yè)次數(shù)增加導(dǎo)致表層土壤受到不同程度的載荷作用，對土壤產(chǎn)生二次壓實(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)機(jī)具第一次進(jìn)地作業(yè)對土壤的壓實(shí)最大，田地在經(jīng)過一次碾壓之后，表層土壤的堅(jiān)實(shí)度有效提升，增加幅度最高可達(dá)85%以上，之后隨作業(yè)次數(shù)的不斷增加對土壤的壓實(shí)效果逐漸降低，通常30cm 的土壤被壓實(shí)之后，土壤自身密度增加，形成了排列更為緊密的土壤顆粒，土壤結(jié)構(gòu)的孔隙度降低為40%左右，持水和蓄水能力以及土壤通氣性下降，養(yǎng)分的成效降低；深層土壤的堅(jiān)實(shí)度在8%左右，變化幅度較小，但土壤的壓實(shí)深度會隨農(nóng)機(jī)具作業(yè)次數(shù)逐漸向土壤更深層次發(fā)展。當(dāng)土壤被嚴(yán)重壓實(shí)，土壤結(jié)構(gòu)的孔隙度會下降至10%，水分和空氣不能正常的進(jìn)入，氧氣含量減少，土壤整體質(zhì)量明顯下降，不僅農(nóng)作物不能正常生長，還會加劇地表徑流，造成土壤退化，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長期可持續(xù)性發(fā)展。在眾多農(nóng)業(yè)機(jī)具中，拖拉機(jī)作業(yè)對土壤壓實(shí)程度較其它農(nóng)機(jī)具大，可達(dá)75%左右。

③土壤含水量多

農(nóng)機(jī)作業(yè)時土壤水分不是越少越好，水分占土壤構(gòu)成的38%，這時的土壤間空隙合理，是土壤蓬松的理想狀態(tài)，非常適合作物生長，也適合農(nóng)機(jī)田間作業(yè)，農(nóng)機(jī)作業(yè)對土壤的壓實(shí)范圍相對較小，在土壤表層10cm 以內(nèi)，當(dāng)土壤含水量較多時，水分充滿土壤孔隙，在土壤中占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出理想的38%，此時的水分相當(dāng)于農(nóng)機(jī)輪胎的潤滑劑，使輪胎與土壤間的摩擦力減小，加速了農(nóng)機(jī)作業(yè)壓實(shí)土壤的深度和速度，由此可見，土壤含水量越高農(nóng)機(jī)對土壤壓實(shí)越深，以對土壤7.5～15cm 土層造成的壓實(shí)最為嚴(yán)重。

2、內(nèi)因

①土層自然壓實(shí)

部分土壤不經(jīng)農(nóng)機(jī)作業(yè)也能產(chǎn)生壓實(shí)，如由土壤層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定產(chǎn)生壓實(shí)或黏土層的自然壓實(shí)導(dǎo)致的，不同質(zhì)地土壤抗壓實(shí)能力不同，質(zhì)地較重的土壤由于土壤中的孔隙不多，水分和空氣運(yùn)移較慢，更容易壓實(shí)，粘土和壤質(zhì)粘土土壤水分多，即使不施加任何外界作用力，也能自然形成壓實(shí)。

②氣候因素

氣候等自然因素也可以對土壤作用形成壓實(shí)。雨季過后，表層土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，土壤壓實(shí)，由氣候產(chǎn)生的壓實(shí)通常發(fā)生在土壤表層15cm 范圍內(nèi)；冰凍環(huán)境下土壤也會形成壓實(shí)。

③耕作措施

長期單一耕作或多年連續(xù)種植同一作物都能導(dǎo)致土壤壓實(shí)，翻耕、旋耕能使表層土壤疏松，隨著耕作年限的增加也能使耕層以下特別是心土層形成更堅(jiān)硬的緊實(shí)層，厚度可達(dá)30～60cm；同一作物根系下扎深度一致，對土壤的穿透力減弱，影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，形成土壤壓實(shí)。

三、土壤壓實(shí)的危害

1、土壤中基本成分比例失調(diào)

土壤基本成分包括空氣（12%)、水（38%)、有機(jī)物（5%）以及各種礦物質(zhì)（45%)，土壤壓實(shí)嚴(yán)重影響了土壤中基本成分的比例，當(dāng)土壤壓實(shí)到一定程度土壤顆粒之間的空隙明顯減少，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)基本成分比例嚴(yán)重失調(diào)，水分、有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)、氧氣的空間被土壤顆粒占用，土壤密度變大，導(dǎo)致土壤中營養(yǎng)成分大量流失，農(nóng)作物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)鏈斷裂，而更小的空隙被水占據(jù)，氧氣含量下降。土壤孔隙度減少，土壤顆粒吸附水分的能力大幅降低，土壤的保水性與透氣性被破壞，持水能力降低，降水無法快速的滲入土壤之中，滲入速度大幅降低，出現(xiàn)明顯的地表徑流，加劇水土流失，導(dǎo)致土壤內(nèi)部嚴(yán)重缺失水分，農(nóng)作物生長緩慢甚至死亡。

2、微生物菌群數(shù)量和活性降低

土壤結(jié)構(gòu)因土壤壓實(shí)產(chǎn)生明顯變化，土壤間空隙減少、氧氣含量降低，使依靠吸收土壤中的水分、氧氣以及有機(jī)質(zhì)才能存活的有益微生物、寄居生物因養(yǎng)分的減少和生存環(huán)境被破壞，數(shù)量明顯減少，活力明顯降低，如果土壤長時間處于壓實(shí)狀態(tài)，將會造成寄居生物失去天然生存空間而大量死亡，從而影響土壤中蛋白質(zhì)、養(yǎng)分及植物纖維的分解速度，土壤質(zhì)量退化。

3、影響作物生長

①農(nóng)作物生長緩慢

相比正常土壤壓實(shí)的土壤對農(nóng)作物存在著明顯的不良影響。土壤壓實(shí)后，空氣、養(yǎng)分和水分含量減少，土壤顆粒間的密實(shí)度增加，使水分滲透受到阻礙，農(nóng)作物獲得水分和養(yǎng)分更加困難，無法有效吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)，使幼苗生長發(fā)育不良，正常生長受到抑制，營養(yǎng)元素的缺乏，出現(xiàn)營養(yǎng)失衡現(xiàn)象，表現(xiàn)生長緩慢，抗倒伏能力下降，作物最終減產(chǎn)。土壤壓實(shí)可使玉米、大豆產(chǎn)量分別降低9.5%-16.2%，3.8%-13.4%。

②作物根系吸收能力下降

土壤被壓實(shí)后硬度明顯增加，滲透性、導(dǎo)水率降低，作物根系生長阻力增加，生長空間受限，獲得氧氣更少，根部呼吸受到嚴(yán)重影響，生長速率降低，作物根系在壓實(shí)區(qū)表層土壤分布較多，生長變粗，由于吸收土壤下層的有效養(yǎng)分較少，根系扎入土壤的深度不足，在深層土壤分布的則很少，根系相對細(xì)弱，為作物生長提供的能量減少，使整個植株吸收營養(yǎng)成分不均衡，影響作物果穗的飽滿程度和生長高度，降低作物產(chǎn)量。

四、土壤壓實(shí)的解決措施

1、合理調(diào)整耕作模式，防止土壤壓實(shí)

機(jī)械化耕作對耕地土壤造成擾動，使土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)比例嚴(yán)重下降，是土壤壓實(shí)的主要原因，應(yīng)合理優(yōu)化耕作方式，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，緩解土壤壓實(shí)的不利影響，生產(chǎn)上多采用保護(hù)性耕作技術(shù)，保護(hù)性耕作有傳統(tǒng)耕作無法比擬的優(yōu)勢，能夠使土壤的性狀趨向于蓬松和合理，減少農(nóng)機(jī)進(jìn)地次數(shù)，有效改善土壤壓實(shí)問題。如深松整地可以打破傳統(tǒng)耕作生成的堅(jiān)硬犁底層，提高土壤吸收水分的能力，使水分滲入到地下更深區(qū)域，解決底層土壤密實(shí)度高的問題，是近年來國家大力推廣的技術(shù)；淺松作業(yè)是利用整地工具（淺松機(jī)、圓盤耙）對耕地的表層土壤進(jìn)行淺翻淺松，改變表層土壤性狀，還能減少雜草滋生，此技術(shù)解決土壤壓實(shí)最為直接、有效；秸稈還田可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，協(xié)調(diào)土壤中各種物質(zhì)的平衡，殘茬覆蓋可以鎖住土壤水分，防止土壤結(jié)構(gòu)受到破壞，還有少耕法和免耕法。注意：為了避免二次壓實(shí)，淺松和深松應(yīng)嚴(yán)格控制好機(jī)械疏松頻率。

2、配套農(nóng)藝措施，增加土壤有機(jī)質(zhì)

有機(jī)質(zhì)是土壤基本組成成分，占到近一半的比例，土壤中有機(jī)質(zhì)含量豐富，能夠有效抵抗土壤壓實(shí)的形成，在農(nóng)藝措施方面可通過合理輪作、增施有機(jī)肥來增加土壤中的營養(yǎng)成分，消除土壤壓實(shí)。結(jié)合土壤肥力進(jìn)行合理的配方施肥，減少化肥用量；將有機(jī)肥料、合理數(shù)量的作物殘?jiān)蚋吆康奈⑸镏苿┑然旌嫌谕寥乐?，都可?yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的蓬松程度，抵御土壤被壓實(shí)。

3、合理選擇農(nóng)機(jī)進(jìn)地時間，避免土壤高濕機(jī)耕作業(yè)

機(jī)耕作業(yè)應(yīng)選擇土壤含水量適宜時進(jìn)行，土壤中的含水量過高接近田間持水量時，機(jī)械化作業(yè)會加劇土壤壓實(shí)度，對土壤造成更為嚴(yán)重的壓實(shí)；土壤含水量較低時作業(yè)，雖對土壤壓實(shí)較輕，但會增大耕作阻力，作業(yè)前應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確判斷土壤含水率，盡量在土壤較干燥時期進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，避免土壤高濕狀態(tài)下作業(yè)，減輕農(nóng)機(jī)載荷，以緩解土壤壓實(shí)，保證作業(yè)質(zhì)量。

4、采取聯(lián)合機(jī)械作業(yè)，減少農(nóng)機(jī)進(jìn)地次數(shù)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可采用聯(lián)合作業(yè)機(jī)組進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，科學(xué)整合傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)單一功能，能充分發(fā)揮聯(lián)合作業(yè)的實(shí)效性，完成多項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，有效減少單一類型農(nóng)業(yè)機(jī)械的進(jìn)地次數(shù)，均勻傳遞農(nóng)業(yè)機(jī)械對土壤的荷載量，緩解土壤壓力。同時，現(xiàn)在大面積推廣使用的聯(lián)合農(nóng)業(yè)機(jī)械多數(shù)具備一機(jī)多用的功能，取代了多種農(nóng)機(jī)同時作業(yè)、單一作業(yè)的局面，像聯(lián)合收獲機(jī)、聯(lián)合整地機(jī)、免耕播種機(jī)等，均能有效減少農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)地次數(shù)，緩解土壤壓實(shí)問題。

5、固定作業(yè)行駛路線，減少土壤壓實(shí)

合理設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)運(yùn)行路線并固定下來，將農(nóng)機(jī)行走路線與作物的生長區(qū)分離開來，保證農(nóng)機(jī)行走不會對農(nóng)作物的生長區(qū)域造成影響，以此降低農(nóng)機(jī)對土壤壓實(shí)的影響，與傳統(tǒng)田間行進(jìn)相比，固定作業(yè)行駛路線相當(dāng)于“局部壓實(shí)”作業(yè)，會占用部分農(nóng)田，如拖拉機(jī)會占用20%左右的農(nóng)田用地，但可進(jìn)行人工硬化處理，也可靠提升作物產(chǎn)量來彌補(bǔ)局部壓實(shí)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失，從生產(chǎn)實(shí)踐得出，固定農(nóng)機(jī)作業(yè)行駛路線能明顯降低作業(yè)成本和能源消耗，使拖拉機(jī)的運(yùn)行性能得到保障，與保護(hù)性耕作系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用可降低水土流失。

6、使用新型農(nóng)機(jī)，減輕土壤壓實(shí)

前驅(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械后輪承擔(dān)了機(jī)械超過70%的重量，作業(yè)時后輪對土壤壓實(shí)較為嚴(yán)重，基于這種情況，選擇農(nóng)業(yè)機(jī)械盡量以四驅(qū)功能的機(jī)械為主，四驅(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械行走作業(yè)時在不增加農(nóng)機(jī)重量的情況下，前后輪均衡分?jǐn)偭宿r(nóng)機(jī)的載荷，對土壤施加的壓力也呈現(xiàn)出均勻分布，而不是集中在后輪，有效降低了土壤壓實(shí)度。

7、增加輪胎接地面積，降低土壤壓實(shí)

農(nóng)業(yè)機(jī)械對土壤壓實(shí)程度主要受輪胎類型和內(nèi)壓影響，這是產(chǎn)生土壤壓實(shí)的主要原因之一，通常農(nóng)機(jī)的輪胎都會有一個比較適合行駛的標(biāo)準(zhǔn)氣壓，但是會對土壤造成傷害。輪胎內(nèi)的氣壓決定輪胎與地面的接觸面積，生產(chǎn)上可以在農(nóng)機(jī)重量不變的情況下，通過改變輪胎內(nèi)壓來增加輪胎接地面積，增加拖拉機(jī)附著力，以此分散農(nóng)機(jī)對土壤的荷載量，從而減輕對土壤的壓實(shí)，如子午線輪胎、并列輪胎、網(wǎng)格輪胎都屬于低壓輪胎，也可以采用履帶拖拉機(jī)作業(yè)，橡膠履帶拖拉機(jī)對心土層的壓實(shí)較輕，效果更好。