油料作物对土壤紧实胁迫响应研究进展

沈浦++冯昊++罗盛++王才斌++陈殿绪

摘要：土壤紧实胁迫严重威胁油料作物的生长发育及产量和品质状况。本文综述了土壤紧实胁迫的发生及其对土壤肥力和油料作物的危害，阐明紧实胁迫下土壤“水、肥、气、热”受到的影响，由此抑制了油菜、大豆、芝麻、向日葵、蓖麻等作物根系发育，进而危及这些地上结实作物的生育特性及物质积累，并指明花生作为地下结实作物对土壤紧实胁迫的响应更为敏感。文章综述了改良油料作物土壤紧实胁迫的几个重要途径：（1）开展耕翻松土作业，打破土壤紧实；（2）秸秆还田；（3）掺沙改粘，降低土壤粘质性和容重；（4）合理水肥管理，减少板结发生；（5）选育高抗紧实胁迫的品种。最后，本文提出了油料作物应对土壤紧实胁迫需要加强的重点研究方向。

关键词：油料作物；抗紧实胁迫；耕作；容重；品种选育

中图分类号：S154.4-1

文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2015）12-0111-04

油料作物在我国国民经济生活中占有重要的地位，常年种植面积约2千万公顷，2012年总产近5千万吨。然而，我国油料作物农田复种指数高、土壤肥力水平总体较低，生产中常常出现各种障碍性因素，制约着产量的进一步提升。近年来，随着农业机械化的应用普及和农田粗放管理等，土壤板结、容重增大现象突出，油菜、大豆、花生、芝麻等作物生长出现紧实胁迫状况日益严重。弄清土壤紧实胁迫的发生及其危害，探究控制其形成的管理措施，是当前和未来油料作物栽培实践的重点难题。本文以土壤紧实胁迫的诱因为人手点，分析了土壤肥力要素的变化状况，探讨了土壤紧实胁迫下典型油料作物的根、茎、叶和果实的响应特征，并分析了地下结果作物与地上结果作物的差异。另外，本文就油料作物应对土壤紧实胁迫需要加强的研究进行了展望。

1 土壤紧实胁迫发生因素

土壤紧实胁迫顾名思义为土壤紧实度增加，且对作物生长发育产生一定程度的限制。其发生过程为土壤孔隙度降低、团聚体重新排列、单位体积内土壤固相增大。栽培实践中，引起土壤紧实胁迫的因素很多，主要有机械压实、化肥施用、灌溉排水及土粒自然沉实等。全球土壤机械压实引起的紧实胁迫等土地退化面积已达到6千万公顷以上，这在油料作物生产中发生的概率也不断扩大，在影响作物生长同时，也产生了严重的生态环境问题。化肥的连续不合理施用，可导致土壤结构的破坏，胶体物质的调控机能受损，引起土壤板结及容重增加。灌溉和排水过程中，土壤孔隙发生变化，土粒吸水膨胀或脱水收缩后，紧实度的变化明显。土壤颗粒还受到外界气候环境如降雨、高温等影响，发生自然沉实的现象。在油料作物栽培中，随着农业机械化的普及，机械压实正成为土壤紧实胁迫的主因。而不同农田中引起紧实胁迫的主因还存在差异，深入探究这些发生的因素，弄清缓解机理及采取相应的措施，是油料作物生产中解决土壤紧实胁迫的重要思路。

2 土壤紧实胁迫对土壤肥力的影响

土壤肥力状况很大程度上决定了油料作物生长的外界营养及生态环境条件。土壤紧实度影响了土壤“水、肥、气、热”四大因素及其物理、化学及生物过程。因而，深入探究土壤肥力状况对紧实胁迫的响应非常必要。

紧实度的增加伴随着土壤水分、空气比例的下降。对于土壤水分来说，土壤压实等易造成孔隙在表土层和心土层的连接性减弱，水分主要停留在上层无效孔隙中。土壤紧实度增加也导致了水与矿物质的接触面下降；同时，土壤吸收外界降水的能力下降、饱和导水率减少，地表径流和侵蚀发生的可能性增加。土壤空气在紧实胁迫过程中会减少，容易降低微生物的生物量和生命活性，特别是在通气不良情况下真菌数量减少的更多。在紧实度增加过程中，土壤的温室气体排放受到影响。土壤中氮素易发生反硝化作用，常以N₂O等形式排出，而且降低了豆科植物结瘤和共生固氮的能力。Jensen等发现土壤呼吸强度随压实下降了57%～69%，而导致C0₂的排放增加。另外，土壤温度与紧实度也有密切关系，紧实胁迫下土壤的热导率和热容量随之增加，土壤升温慢、降温也慢。

土壤养分的有效性受紧实胁迫影响会发生显著变化，一方面由于紧实度增加影响了养分的运移状况，另一方面由于养分在土壤中发生了各种物理、化学和生物学反应，如铜、锌、铁、锰等会随着S6+的还原而释放出来。紧实度增加还影响到植物对养分的获取，致使残留在土壤中的有效养分较多。王群等研究发现高紧实度土壤比低紧实度土壤，氮磷钾养分减少速率分别下降6.4%～20.0%、9.3%～18.5%、14.6%～29.5%。土壤空气、水分、温度的变化也会影响到微生物的生命活动，致使根瘤菌的活动下降，活磷、活钾等微生物群体组成变化。与此同时，与微生物生命活动相关的养分转化酶，如脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶等活性也受到紧实度变化的影响。总之，紧实胁迫下土壤调节“水肥气热”能力不足，土壤物理、化学和生物学肥力显著下降。

3 油料作物对土壤紧实胁迫的响应

土壤紧实胁迫改变了油料作物的生长环境，影响其生长发育及产量和品质状况。然而，油料作物不同部位对紧实胁迫的敏感度存在差异，且不同油料作物（地上结实与地下结实）之间也存在差异。

紧实胁迫下土壤水分、空气、温度、养分发生变化，影响了根系的生长及其对水分、养分的吸收利用。随着土壤紧实度的增加，大豆、油菜、花生等根系生长受到抑制，侧根发育受阻，主根变粗，根系活力、呼吸速率、养分吸收能力下降。蓖麻、芝麻、胡麻、向日葵等在土壤紧实胁迫下也有相似状况。植株地下部根系生长受阻，会导致地上部茎叶的生长发育不良，叶片光合能力下降，生物量累积较少。一方面由于土壤紧实破坏了根系养分吸收，根系的发育不良进而危及地上部茎叶的发育；另一方面紧实胁迫下根系分泌的一些激素信息直接抑制了地上部茎叶生长。

更重要的是，紧实胁迫下大豆、油菜等油料作物营养体发育不良，影响物质的累积及其向果实的转移，进而产量品质显著下降、经济效益低。对于不同油料作物而言，地下结果的花生对紧实胁迫敏感度更大。花生的果针下扎及荚果发育在高紧实土壤中难以较好完成，从而使得荚果数减少、荚果重下降。由此，土壤紧实胁迫是油料作物栽培生长中重要的障碍因素之一，探究相应缓解措施是其高产高效栽培的重要方向。endprint

4 土壤紧实胁迫的应对改良措施

4.1 开展耕翻松土作业，打破土壤紧实

耕翻松土措施能够打破土壤紧实胁迫，增加土壤通透性，使土壤蓄水保水能力加强，微生物活性提高，进而促进油料作物根系活力的提升，促使根系生长恢复。对于耕翻深度而言，常规浅翻（15～20cm）能够很大程度缓解紧实胁迫，而深松、深耕（30～40cm）对于构建高肥力土壤结构有更好的作用。由此，定期（如2～3年）开展油料作物农田的深耕翻是目前和未来应对土壤紧实胁迫的重要措施。

4.2 秸秆还田

秸秆翻人土中或覆盖均能对土壤紧实度及作物生长产生显著影响。秸秆覆盖条件下有利于反射太阳能，减少土壤表面的热量传导，能够减少水分蒸发等，从而有利于维持微生物生命活动的稳定性以及油料作物对水分的利用和生长发育。王幸研究发现秸秆还田下土壤容重下降，促进了大豆的增产增收，且随着年限增加秸秆还田对土壤容重的影响有可能大于耕作方式的作用。秸秆还田同样能够缓解油菜等的土壤紧实胁迫，促进其株高、根干重和地上部干重增加，而秸秆还田量需维持在适宜水平。

4.3 掺沙改粘，减少土壤粘质性和容重

对于粘质性强的土壤，通透性差，土壤容重大。耕翻等农业管理措施在处理之初效果明显，而处理后期由于自然沉实、水土团聚等仍会出现土壤紧实胁迫的现象。对此情况，可通过掺沙方式，能够迅速提高土壤砂粘质比例，进而改善土壤物理性状，使得土壤水肥供给良好，微生物活性增强，土壤肥力快速提升。

4.4 合理水肥管理，减少板结发生

长期不合理的使用化学肥料容易造成土壤孔隙度下降、板结等，难以发挥肥料的作用效果，甚至使土壤肥力低于不施肥处理。根据土壤性质和油料作物生育状况，选择适宜酸碱度肥料，如酸性土壤选择钙镁磷肥、碱性土壤选择过磷酸钙肥等；同时注意氮肥与磷钾肥的配施，以及化学肥料、有机肥与缓控释肥的配施，从而减少土壤板结和紧实胁迫的发生。合理的灌溉管理，在供给油料作物水分需求的同时，还能够促进土壤微生物的活动以及养分的释放。由此，油料作物农田开展适宜的水肥一体化管理（如喷灌、滴灌），对于满足作物水肥需求，缓解土壤紧实胁迫，提高资源利用效率，降低环境污染，具有显著的优势。

4.5 选育高抗土壤紧实胁迫的品种

不同品种大豆、油菜、花生等对土壤紧实胁迫的响应不尽一致。高抗紧实胁迫的品种，能够通过根系形态变化、降低呼吸消耗等提高养分吸收、促进生长发育；而对紧实胁迫敏感的品种，则生长发育易受阻，造成显著减产。可见，在油料作物生产中，选育高抗土壤紧实胁迫品种也是未来重要的应对手段之一。

5 展望

土壤紧实胁迫是油料作物生产中重要的非生物胁迫因子之一。今后在应对土壤紧实胁迫危害过程中，有必要针对土壤紧实消除和作物适应选择等方面开展深入研究：（1）确定土壤紧实胁迫发生的紧实度临界点，弄清土壤耕翻与紧实度的关系方程，建立适宜油料作物生长的土壤耕作体系；（2）明确秸秆还田种类、还田量对土壤紧实度的影响，开展秸秆腐熟分解试验及后效试验，探究秸秆对土壤紧实胁迫的缓解潜力；（3）针对粘滞性强土壤，深入探究掺沙比例的效果，构建土壤砂粘比与紧实度的关系模型，量化缓解土壤紧实胁迫所需掺入的沙量；（4）探究土壤紧实度与水肥供给的关系，明确不同紧实度下油料作物的水肥需求规律，在满足作物需求同时，进一步通过水肥管理措施缓解土壤紧实胁迫；（5）从营养代谢、形态解剖、信号物质传递等方面研究油料作物抗紧实胁迫的机制，选育抗紧实胁迫的品种。endprint