分析农机作业对耕地土壤压实现象及解决措施

杜 鹃

我国农业机械研发技术随着科技的飞速发展日渐成熟，各种新型农机的全面推广使用促使各地农业机械化水平快速提高，很多地区的农业生产基本已经实现了机械化作业，农业机械化的普及为农业生产提供了强大的技术支撑与硬件保障，不仅提高了农业生产效率，还有效降低了人工成本，现代农业生产的主导作业模式已离不开农业机械化作业，大大推进了我国农业机械化进程。农业机械的使用量和使用次数的大幅提高，在促进农业生产同时，同样也一定程度的制约了农业生产，我们知道土壤是农业生产的基础，它是由土壤颗粒、有机物、水和空气几部分组成的，各自占有一定的空间比例，正常蓬松度的土壤有利于农作物的正常生长，但由于农业机械在田间行走作业时轮胎及器械自身重量对土壤发生的碾压作用远远超过土壤的承载能力，造成土壤被机械压实现象，土壤结构被破坏，水和空气含量减少，实际上从农业机械进地土壤压实就已经开始，土壤压实会造成耕地质量整体下降、农作物正常生长受到抑制、水土流失严重、土壤退化面积增加等一系列的不良后果，进而影响作物产量，阻碍农业生产的长期可持续性发展。土壤压实是现代农业中一个隐藏的环境问题，农业机械化快速发展使这个问题越发彰显，已成为一个不可回避的现实问题，科学工作者也逐渐认识到土壤压实所带来的严重后果，如何在发挥农业机械作业优势的同时，有效解决土壤压实问题，将土壤压实导致的经济损失降到最低点，实现农作物增产增收，确保农业生产可持续性发展，是农机工作者和农机研发者必须要面对的、迫切要解决的首要任务。

一、土壤压实

土壤由土壤颗粒、有机物、水和空气组成，是一个包含气体、液体和固体的多相体系，三者之间的比例相对稳定，使土壤具有一定的抗机械压力的能力，正常蓬松状态下水分和空气约占土壤50%左右的空间比例，作物可以正常生长，土壤团粒结构是土壤肥力的重要指标，土壤质量直接影响农作物的产量和质量，在外力的作用下土壤团粒结构遭到破坏，土壤的三相比例之间重新分配，土壤物质散布开来，土壤肥力、水分和渗透性降低，干燥后发生凝聚的现象，这是土壤压实，土壤压实是重力压迫形成的结果，是一个相当普遍的土壤退化现象，也是农业生产中经常遇到的问题。土壤压实不是一直对农作物生长不利，在实际生产中，适当程度的土壤压实有利于种子的萌发和农作物健康生长，但如果土壤压实严重，则非常不利于农业生产。农业机械化作业对耕地土壤频繁扰动、不断往复作业，是超过土壤承载能力的严重压实。国外试验研究判定各类土壤压实程度以土壤空隙度的破坏极限值为参考标准：砂质土壤49%、粘性土壤45%、重粘土壤47%。另外，要强调的是土壤压实和土壤板结不是一回事，土壤板结是土壤受长期施用化肥，降雨或灌溉等外部因素影响，导致土壤表面结构不良和缺乏有机物而凝聚变硬不松散，就比如有人蒸馍像石头，有人蒸馍像棉花，要区分开来对待，土壤压实和土壤板结解决方法也有所不同，不能一概而论。

二、土壤压实的原因

土壤压实是一个非常普遍的土壤退化现象，按土壤退化类型划分，土壤压实属于土壤物理退化，是土壤退化的重要表现之一，阻碍作物根系发展。导致土壤产生压实的原因主要包括两方面，由土壤自然产生的压实是内因、由机械化作业产生的压实是外因，外因是人工最易控制的。

1、外因

①农业机械行走压实

在现代农业中农业机械作业是导致土壤被压实的主要原因，由于多数地区农业生产采用轮式农业机械开展作业活动，机具行走时轮胎的转动会不同程度的对土壤产生压实作用，而且随着农业机械化的提高，土壤压实越来越严重。土壤被压实的深度随不同的机型作业而不同，通常被压实的范围在10～45cm 之间，我们知道，从事农事作业的机械多以大型农机为主，这些机械自重较大，重量高达几吨甚至十几吨，作业过程中每压过一片土地，就对土地造成一次伤害，当其作业时对土壤产生的表面载荷远大于普通农机产生的载荷，也远远超出了土地的承受能力，对土壤深层产生压实作用以地表面到地下10cm 的土壤压实最为严重，表层土壤被压实率超过30%，轮胎与地面的接触面积较小，对土壤产生压实是局部压实，由于多数农机作业采用前驱农业机械，作业时机械70%的荷载量完全集中在后轮，重量始终处于失衡状态，轮胎的过大载荷使被压实部分土壤的透气性、保水保墒等能力均下降，另外，现阶段大力推广的免耕播种技术，没有翻耕这一作业环节，对土壤的压实是一个逐渐累积的长期效果，应引起各地重视，因为这种累积效果无论对农作物生长还是对农业产量的影响都是不能忽略的存在。

②反复进地作业压实

土壤压实的程度随农业机械反复进地作业次数的增加而不断递增，机具进地作业次数增加导致表层土壤受到不同程度的载荷作用，对土壤产生二次压实，研究发现，农机具第一次进地作业对土壤的压实最大，田地在经过一次碾压之后，表层土壤的坚实度有效提升，增加幅度最高可达85%以上，之后随作业次数的不断增加对土壤的压实效果逐渐降低，通常30cm 的土壤被压实之后，土壤自身密度增加，形成了排列更为紧密的土壤颗粒，土壤结构的孔隙度降低为40%左右，持水和蓄水能力以及土壤通气性下降，养分的成效降低；深层土壤的坚实度在8%左右，变化幅度较小，但土壤的压实深度会随农机具作业次数逐渐向土壤更深层次发展。当土壤被严重压实，土壤结构的孔隙度会下降至10%，水分和空气不能正常的进入，氧气含量减少，土壤整体质量明显下降，不仅农作物不能正常生长，还会加剧地表径流，造成土壤退化，影响农业生产的长期可持续性发展。在众多农业机具中，拖拉机作业对土壤压实程度较其它农机具大，可达75%左右。

③土壤含水量多

农机作业时土壤水分不是越少越好，水分占土壤构成的38%，这时的土壤间空隙合理，是土壤蓬松的理想状态，非常适合作物生长，也适合农机田间作业，农机作业对土壤的压实范围相对较小，在土壤表层10cm 以内，当土壤含水量较多时，水分充满土壤孔隙，在土壤中占比远远超出理想的38%，此时的水分相当于农机轮胎的润滑剂，使轮胎与土壤间的摩擦力减小，加速了农机作业压实土壤的深度和速度，由此可见，土壤含水量越高农机对土壤压实越深，以对土壤7.5～15cm 土层造成的压实最为严重。

2、内因

①土层自然压实

部分土壤不经农机作业也能产生压实，如由土壤层结构不稳定产生压实或黏土层的自然压实导致的，不同质地土壤抗压实能力不同，质地较重的土壤由于土壤中的孔隙不多，水分和空气运移较慢，更容易压实，粘土和壤质粘土土壤水分多，即使不施加任何外界作用力，也能自然形成压实。

②气候因素

气候等自然因素也可以对土壤作用形成压实。雨季过后，表层土壤团粒结构被破坏，土壤压实，由气候产生的压实通常发生在土壤表层15cm 范围内；冰冻环境下土壤也会形成压实。

③耕作措施

长期单一耕作或多年连续种植同一作物都能导致土壤压实，翻耕、旋耕能使表层土壤疏松，随着耕作年限的增加也能使耕层以下特别是心土层形成更坚硬的紧实层，厚度可达30～60cm；同一作物根系下扎深度一致，对土壤的穿透力减弱，影响土壤团粒结构的形成，形成土壤压实。

三、土壤压实的危害

1、土壤中基本成分比例失调

土壤基本成分包括空气（12%)、水（38%)、有机物（5%）以及各种矿物质（45%)，土壤压实严重影响了土壤中基本成分的比例，当土壤压实到一定程度土壤颗粒之间的空隙明显减少，土壤团粒结构基本成分比例严重失调，水分、有机质、矿物质、氧气的空间被土壤颗粒占用，土壤密度变大，导致土壤中营养成分大量流失，农作物生长所需营养物质的供应链断裂，而更小的空隙被水占据，氧气含量下降。土壤孔隙度减少，土壤颗粒吸附水分的能力大幅降低，土壤的保水性与透气性被破坏，持水能力降低，降水无法快速的渗入土壤之中，渗入速度大幅降低，出现明显的地表径流，加剧水土流失，导致土壤内部严重缺失水分，农作物生长缓慢甚至死亡。

2、微生物菌群数量和活性降低

土壤结构因土壤压实产生明显变化，土壤间空隙减少、氧气含量降低，使依靠吸收土壤中的水分、氧气以及有机质才能存活的有益微生物、寄居生物因养分的减少和生存环境被破坏，数量明显减少，活力明显降低，如果土壤长时间处于压实状态，将会造成寄居生物失去天然生存空间而大量死亡，从而影响土壤中蛋白质、养分及植物纤维的分解速度，土壤质量退化。

3、影响作物生长

①农作物生长缓慢

相比正常土壤压实的土壤对农作物存在着明显的不良影响。土壤压实后，空气、养分和水分含量减少，土壤颗粒间的密实度增加，使水分渗透受到阻碍，农作物获得水分和养分更加困难，无法有效吸收水分和营养物质，使幼苗生长发育不良，正常生长受到抑制，营养元素的缺乏，出现营养失衡现象，表现生长缓慢，抗倒伏能力下降，作物最终减产。土壤压实可使玉米、大豆产量分别降低9.5%-16.2%，3.8%-13.4%。

②作物根系吸收能力下降

土壤被压实后硬度明显增加，渗透性、导水率降低，作物根系生长阻力增加，生长空间受限，获得氧气更少，根部呼吸受到严重影响，生长速率降低，作物根系在压实区表层土壤分布较多，生长变粗，由于吸收土壤下层的有效养分较少，根系扎入土壤的深度不足，在深层土壤分布的则很少，根系相对细弱，为作物生长提供的能量减少，使整个植株吸收营养成分不均衡，影响作物果穗的饱满程度和生长高度，降低作物产量。

四、土壤压实的解决措施

1、合理调整耕作模式，防止土壤压实

机械化耕作对耕地土壤造成扰动，使土壤的团粒结构比例严重下降，是土壤压实的主要原因，应合理优化耕作方式，改善土壤团粒结构，缓解土壤压实的不利影响，生产上多采用保护性耕作技术，保护性耕作有传统耕作无法比拟的优势，能够使土壤的性状趋向于蓬松和合理，减少农机进地次数，有效改善土壤压实问题。如深松整地可以打破传统耕作生成的坚硬犁底层，提高土壤吸收水分的能力，使水分渗入到地下更深区域，解决底层土壤密实度高的问题，是近年来国家大力推广的技术；浅松作业是利用整地工具（浅松机、圆盘耙）对耕地的表层土壤进行浅翻浅松，改变表层土壤性状，还能减少杂草滋生，此技术解决土壤压实最为直接、有效；秸秆还田可以增加土壤中的有机质，协调土壤中各种物质的平衡，残茬覆盖可以锁住土壤水分，防止土壤结构受到破坏，还有少耕法和免耕法。注意：为了避免二次压实，浅松和深松应严格控制好机械疏松频率。

2、配套农艺措施，增加土壤有机质

有机质是土壤基本组成成分，占到近一半的比例，土壤中有机质含量丰富，能够有效抵抗土壤压实的形成，在农艺措施方面可通过合理轮作、增施有机肥来增加土壤中的营养成分，消除土壤压实。结合土壤肥力进行合理的配方施肥，减少化肥用量；将有机肥料、合理数量的作物残渣或高含量的微生物制剂等混合于土壤之中，都可优化土壤结构，提高土壤的蓬松程度，抵御土壤被压实。

3、合理选择农机进地时间，避免土壤高湿机耕作业

机耕作业应选择土壤含水量适宜时进行，土壤中的含水量过高接近田间持水量时，机械化作业会加剧土壤压实度，对土壤造成更为严重的压实；土壤含水量较低时作业，虽对土壤压实较轻，但会增大耕作阻力，作业前应当准确判断土壤含水率，尽量在土壤较干燥时期进行生产作业，避免土壤高湿状态下作业，减轻农机载荷，以缓解土壤压实，保证作业质量。

4、采取联合机械作业，减少农机进地次数

农业生产中可采用联合作业机组进行联合作业，科学整合传统农机单一功能，能充分发挥联合作业的实效性，完成多项农业生产任务，有效减少单一类型农业机械的进地次数，均匀传递农业机械对土壤的荷载量，缓解土壤压力。同时，现在大面积推广使用的联合农业机械多数具备一机多用的功能，取代了多种农机同时作业、单一作业的局面，像联合收获机、联合整地机、免耕播种机等，均能有效减少农业机械进地次数，缓解土壤压实问题。

5、固定作业行驶路线，减少土壤压实

合理设计农业机械作业运行路线并固定下来，将农机行走路线与作物的生长区分离开来，保证农机行走不会对农作物的生长区域造成影响，以此降低农机对土壤压实的影响，与传统田间行进相比，固定作业行驶路线相当于“局部压实”作业，会占用部分农田，如拖拉机会占用20%左右的农田用地，但可进行人工硬化处理，也可靠提升作物产量来弥补局部压实对农业生产造成的损失，从生产实践得出，固定农机作业行驶路线能明显降低作业成本和能源消耗，使拖拉机的运行性能得到保障，与保护性耕作系统联合应用可降低水土流失。

6、使用新型农机，减轻土壤压实

前驱农业机械后轮承担了机械超过70%的重量，作业时后轮对土壤压实较为严重，基于这种情况，选择农业机械尽量以四驱功能的机械为主，四驱农业机械行走作业时在不增加农机重量的情况下，前后轮均衡分摊了农机的载荷，对土壤施加的压力也呈现出均匀分布，而不是集中在后轮，有效降低了土壤压实度。

7、增加轮胎接地面积，降低土壤压实

农业机械对土壤压实程度主要受轮胎类型和内压影响，这是产生土壤压实的主要原因之一，通常农机的轮胎都会有一个比较适合行驶的标准气压，但是会对土壤造成伤害。轮胎内的气压决定轮胎与地面的接触面积，生产上可以在农机重量不变的情况下，通过改变轮胎内压来增加轮胎接地面积，增加拖拉机附着力，以此分散农机对土壤的荷载量，从而减轻对土壤的压实，如子午线轮胎、并列轮胎、网格轮胎都属于低压轮胎，也可以采用履带拖拉机作业，橡胶履带拖拉机对心土层的压实较轻，效果更好。