油料作物對土壤緊實脅迫響應研究進展

沈浦++馮昊++羅盛++王才斌++陳殿緒

摘要：土壤緊實脅迫嚴重威脅油料作物的生長發育及產量和品質狀況。本文綜述了土壤緊實脅迫的發生及其對土壤肥力和油料作物的危害，闡明緊實脅迫下土壤“水、肥、氣、熱”受到的影響，由此抑制了油菜、大豆、芝麻、向日葵、蓖麻等作物根系發育，進而危及這些地上結實作物的生育特性及物質積累，并指明花生作為地下結實作物對土壤緊實脅迫的響應更為敏感。文章綜述了改良油料作物土壤緊實脅迫的幾個重要途徑：（1）開展耕翻松土作業，打破土壤緊實；（2）秸稈還田；（3）摻沙改粘，降低土壤粘質性和容重；（4）合理水肥管理，減少板結發生；（5）選育高抗緊實脅迫的品種。最后，本文提出了油料作物應對土壤緊實脅迫需要加強的重點研究方向。

關鍵詞：油料作物；抗緊實脅迫；耕作；容重；品種選育

中圖分類號：S154.4-1

文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2015）12-0111-04

油料作物在我國國民經濟生活中占有重要的地位，常年種植面積約2千萬公頃，2012年總產近5千萬噸。然而，我國油料作物農田復種指數高、土壤肥力水平總體較低，生產中常常出現各種障礙性因素，制約著產量的進一步提升。近年來，隨著農業機械化的應用普及和農田粗放管理等，土壤板結、容重增大現象突出，油菜、大豆、花生、芝麻等作物生長出現緊實脅迫狀況日益嚴重。弄清土壤緊實脅迫的發生及其危害，探究控制其形成的管理措施，是當前和未來油料作物栽培實踐的重點難題。本文以土壤緊實脅迫的誘因為人手點，分析了土壤肥力要素的變化狀況，探討了土壤緊實脅迫下典型油料作物的根、莖、葉和果實的響應特征，并分析了地下結果作物與地上結果作物的差異。另外，本文就油料作物應對土壤緊實脅迫需要加強的研究進行了展望。

1 土壤緊實脅迫發生因素

土壤緊實脅迫顧名思義為土壤緊實度增加，且對作物生長發育產生一定程度的限制。其發生過程為土壤孔隙度降低、團聚體重新排列、單位體積內土壤固相增大。栽培實踐中，引起土壤緊實脅迫的因素很多，主要有機械壓實、化肥施用、灌溉排水及土粒自然沉實等。全球土壤機械壓實引起的緊實脅迫等土地退化面積已達到6千萬公頃以上，這在油料作物生產中發生的概率也不斷擴大，在影響作物生長同時，也產生了嚴重的生態環境問題。化肥的連續不合理施用，可導致土壤結構的破壞，膠體物質的調控機能受損，引起土壤板結及容重增加。灌溉和排水過程中，土壤孔隙發生變化，土粒吸水膨脹或脫水收縮后，緊實度的變化明顯。土壤顆粒還受到外界氣候環境如降雨、高溫等影響，發生自然沉實的現象。在油料作物栽培中，隨著農業機械化的普及，機械壓實正成為土壤緊實脅迫的主因。而不同農田中引起緊實脅迫的主因還存在差異，深入探究這些發生的因素，弄清緩解機理及采取相應的措施，是油料作物生產中解決土壤緊實脅迫的重要思路。

2 土壤緊實脅迫對土壤肥力的影響

土壤肥力狀況很大程度上決定了油料作物生長的外界營養及生態環境條件。土壤緊實度影響了土壤“水、肥、氣、熱”四大因素及其物理、化學及生物過程。因而，深入探究土壤肥力狀況對緊實脅迫的響應非常必要。

緊實度的增加伴隨著土壤水分、空氣比例的下降。對于土壤水分來說，土壤壓實等易造成孔隙在表土層和心土層的連接性減弱，水分主要停留在上層無效孔隙中。土壤緊實度增加也導致了水與礦物質的接觸面下降；同時，土壤吸收外界降水的能力下降、飽和導水率減少，地表徑流和侵蝕發生的可能性增加。土壤空氣在緊實脅迫過程中會減少，容易降低微生物的生物量和生命活性，特別是在通氣不良情況下真菌數量減少的更多。在緊實度增加過程中，土壤的溫室氣體排放受到影響。土壤中氮素易發生反硝化作用，常以N₂O等形式排出，而且降低了豆科植物結瘤和共生固氮的能力。Jensen等發現土壤呼吸強度隨壓實下降了57%～69%，而導致C0₂的排放增加。另外，土壤溫度與緊實度也有密切關系，緊實脅迫下土壤的熱導率和熱容量隨之增加，土壤升溫慢、降溫也慢。

土壤養分的有效性受緊實脅迫影響會發生顯著變化，一方面由于緊實度增加影響了養分的運移狀況，另一方面由于養分在土壤中發生了各種物理、化學和生物學反應，如銅、鋅、鐵、錳等會隨著S6+的還原而釋放出來。緊實度增加還影響到植物對養分的獲取，致使殘留在土壤中的有效養分較多。王群等研究發現高緊實度土壤比低緊實度土壤，氮磷鉀養分減少速率分別下降6.4%～20.0%、9.3%～18.5%、14.6%～29.5%。土壤空氣、水分、溫度的變化也會影響到微生物的生命活動，致使根瘤菌的活動下降，活磷、活鉀等微生物群體組成變化。與此同時，與微生物生命活動相關的養分轉化酶，如脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶等活性也受到緊實度變化的影響。總之，緊實脅迫下土壤調節“水肥氣熱”能力不足，土壤物理、化學和生物學肥力顯著下降。

3 油料作物對土壤緊實脅迫的響應

土壤緊實脅迫改變了油料作物的生長環境，影響其生長發育及產量和品質狀況。然而，油料作物不同部位對緊實脅迫的敏感度存在差異，且不同油料作物（地上結實與地下結實）之間也存在差異。

緊實脅迫下土壤水分、空氣、溫度、養分發生變化，影響了根系的生長及其對水分、養分的吸收利用。隨著土壤緊實度的增加，大豆、油菜、花生等根系生長受到抑制，側根發育受阻，主根變粗，根系活力、呼吸速率、養分吸收能力下降。蓖麻、芝麻、胡麻、向日葵等在土壤緊實脅迫下也有相似狀況。植株地下部根系生長受阻，會導致地上部莖葉的生長發育不良，葉片光合能力下降，生物量累積較少。一方面由于土壤緊實破壞了根系養分吸收，根系的發育不良進而危及地上部莖葉的發育；另一方面緊實脅迫下根系分泌的一些激素信息直接抑制了地上部莖葉生長。

更重要的是，緊實脅迫下大豆、油菜等油料作物營養體發育不良，影響物質的累積及其向果實的轉移，進而產量品質顯著下降、經濟效益低。對于不同油料作物而言，地下結果的花生對緊實脅迫敏感度更大。花生的果針下扎及莢果發育在高緊實土壤中難以較好完成，從而使得莢果數減少、莢果重下降。由此，土壤緊實脅迫是油料作物栽培生長中重要的障礙因素之一，探究相應緩解措施是其高產高效栽培的重要方向。endprint

4 土壤緊實脅迫的應對改良措施

4.1 開展耕翻松土作業，打破土壤緊實

耕翻松土措施能夠打破土壤緊實脅迫，增加土壤通透性，使土壤蓄水保水能力加強，微生物活性提高，進而促進油料作物根系活力的提升，促使根系生長恢復。對于耕翻深度而言，常規淺翻（15～20cm）能夠很大程度緩解緊實脅迫，而深松、深耕（30～40cm）對于構建高肥力土壤結構有更好的作用。由此，定期（如2～3年）開展油料作物農田的深耕翻是目前和未來應對土壤緊實脅迫的重要措施。

4.2 秸稈還田

秸稈翻人土中或覆蓋均能對土壤緊實度及作物生長產生顯著影響。秸稈覆蓋條件下有利于反射太陽能，減少土壤表面的熱量傳導，能夠減少水分蒸發等，從而有利于維持微生物生命活動的穩定性以及油料作物對水分的利用和生長發育。王幸研究發現秸稈還田下土壤容重下降，促進了大豆的增產增收，且隨著年限增加秸稈還田對土壤容重的影響有可能大于耕作方式的作用。秸稈還田同樣能夠緩解油菜等的土壤緊實脅迫，促進其株高、根干重和地上部干重增加，而秸稈還田量需維持在適宜水平。

4.3 摻沙改粘，減少土壤粘質性和容重

對于粘質性強的土壤，通透性差，土壤容重大。耕翻等農業管理措施在處理之初效果明顯，而處理后期由于自然沉實、水土團聚等仍會出現土壤緊實脅迫的現象。對此情況，可通過摻沙方式，能夠迅速提高土壤砂粘質比例，進而改善土壤物理性狀，使得土壤水肥供給良好，微生物活性增強，土壤肥力快速提升。

4.4 合理水肥管理，減少板結發生

長期不合理的使用化學肥料容易造成土壤孔隙度下降、板結等，難以發揮肥料的作用效果，甚至使土壤肥力低于不施肥處理。根據土壤性質和油料作物生育狀況，選擇適宜酸堿度肥料，如酸性土壤選擇鈣鎂磷肥、堿性土壤選擇過磷酸鈣肥等；同時注意氮肥與磷鉀肥的配施，以及化學肥料、有機肥與緩控釋肥的配施，從而減少土壤板結和緊實脅迫的發生。合理的灌溉管理，在供給油料作物水分需求的同時，還能夠促進土壤微生物的活動以及養分的釋放。由此，油料作物農田開展適宜的水肥一體化管理（如噴灌、滴灌），對于滿足作物水肥需求，緩解土壤緊實脅迫，提高資源利用效率，降低環境污染，具有顯著的優勢。

4.5 選育高抗土壤緊實脅迫的品種

不同品種大豆、油菜、花生等對土壤緊實脅迫的響應不盡一致。高抗緊實脅迫的品種，能夠通過根系形態變化、降低呼吸消耗等提高養分吸收、促進生長發育；而對緊實脅迫敏感的品種，則生長發育易受阻，造成顯著減產。可見，在油料作物生產中，選育高抗土壤緊實脅迫品種也是未來重要的應對手段之一。

5 展望

土壤緊實脅迫是油料作物生產中重要的非生物脅迫因子之一。今后在應對土壤緊實脅迫危害過程中，有必要針對土壤緊實消除和作物適應選擇等方面開展深入研究：（1）確定土壤緊實脅迫發生的緊實度臨界點，弄清土壤耕翻與緊實度的關系方程，建立適宜油料作物生長的土壤耕作體系；（2）明確秸稈還田種類、還田量對土壤緊實度的影響，開展秸稈腐熟分解試驗及后效試驗，探究秸稈對土壤緊實脅迫的緩解潛力；（3）針對粘滯性強土壤，深入探究摻沙比例的效果，構建土壤砂粘比與緊實度的關系模型，量化緩解土壤緊實脅迫所需摻入的沙量；（4）探究土壤緊實度與水肥供給的關系，明確不同緊實度下油料作物的水肥需求規律，在滿足作物需求同時，進一步通過水肥管理措施緩解土壤緊實脅迫；（5）從營養代謝、形態解剖、信號物質傳遞等方面研究油料作物抗緊實脅迫的機制，選育抗緊實脅迫的品種。endprint