压砂地土壤质量变化分析

刘学智+李王成+赵自阳

摘要 随着生态环境破坏日益加剧，合理的种植模式对缓解生态脆弱具有一定的价值。针对压砂地种植模式对土壤质量影响的机理问题，详细回顾了压砂地土壤入渗蒸发效应、土壤氮磷钾的变化、酶活性和病虫害等方面的研究进展，并结合目前研究的热点问题，提出了压砂地的未来研究建议，为进一步了解压砂地土壤状况和生态环境改善提供理论参考。

关键词 压砂地；土壤质量；入渗；蒸发；酶活性

中图分类号 S158 文献标识码 A 文章编号 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

农业发展、生态环境建设以及社会进步对土地资源的需求日益加剧，改变传统种植模式，大力创新是缓解土地资源紧张的有效途径。干旱地区土地资源丰富，但土壤质量较贫瘠，因而采取创新模式是缓解土壤质量紧张、发展农业的有效方法之一。国内外大量研究和实践证明，农田覆砂不仅可以缓解干旱地区缺水现状，还对土壤质量改善、生态环境建设具有促进作用。压砂地是西北地区在土壤表面铺设一定厚度的砂石用于协调土壤水、肥、气、热，创造作物生长环境条件，提高作物产量的种植模式[1-2]，能够有效抑制土地盐渍化，促进农业结构调整，实现生态恢复和改善[3-4]。因此，进行压砂地土壤的物理、化学及生物等性状的研究，对维持土地的可持续利用具有重要参考价值。

1 压砂地入渗和蒸发情况

土壤质量、农作物健康生长以及合理的灌排制度受土壤理化性质的制约[5]。入渗和蒸发是自然界水循环中的重要环节，在农田水量平衡和能量平衡中占有重要的位置。在土体表面覆盖10～20 cm粒径集中、团聚体多的砂石，不仅可改变土壤物理框架，还会影响入渗和蒸发状况[6-7]。大量国内外学者研究了压砂地土壤水分入渗和蒸发情况，取得了很多成果。

1.1 壓砂地入渗情况

入渗是指水分通过地表进入土壤，在土壤中运动、储存并形成土壤水的复杂过程，入渗能力的强弱决定土壤储水性能[8-9]。Abraham等[10]研究表明土壤入渗率与表面砂石覆盖成负相关关系。对研究土壤水分入渗奠定了基础，然而由于试验环境的局限性，研究结果不具有普遍性。Li X Y[11]和王小燕等[12]分析表明，由于砂石空隙大、渗透能力强，表面覆砂可有效提高土壤水分入渗，研究结果为提高干旱区土壤储水量提供了参考。然而又有学者进一步研究表明，不同砂石粒径和不同隔层位置对土壤水分入渗有促进和阻滞双面影响，并且砂田不同层次的土壤含水率均高于裸田，从均值来看，0～40 cm土壤平均含水率砂田为14.6%、裸田为11.1%，有效提高了土壤的含水率[13-14]。但砂石作为土体表面覆盖物，随着使用年限的增加，其发生破碎、风化等形式的破坏，使土砂比增加，导致入渗能力逐渐降低，土壤质量呈下降趋势，对压砂地的发展提出了新的挑战[15-16]。通过这些研究结果可以充分证明压砂地对土壤水分入渗的影响呈先增加后下降的趋势，这对砂田的宏观改良具有指导意义。

1.2 压砂地蒸发情况

土壤水分蒸发作为农田水分循环系统中的主要环节，是造成农田缺水、干旱、作物减产的主要因素。土壤表面压砂可以改变小生境的热量和水分条件，有效降低土壤水分蒸发，满足作物需水要求[17]。然而覆盖厚度、粒径大小及颜色对蒸发的影响不同。研究者通过田间和模拟土柱试验表明，覆盖厚度与抑制蒸发之间成正相关关系，10 cm左右厚度效果较显著，这一结论为农田机械工作提供了理论指导，但具体的覆砂厚度还要结合实际情况而定[18-19]。砂石粒径大小与蒸发关系密切，近年来多数学者致力于研究较优的砂石配比组，取得了很多成果。表明粒径大小与抑制蒸发能力成负相关，粒径越小，其抑制蒸发效果越明显，蒸发越平稳，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%较为理想[20-23]。虽然针对砂石具体颜色与蒸发之间关系的研究较少，但也有研究者通过试验取得了一定的成绩，周约[24]、Govers等[25]研究表明，紫色砂石对土壤蒸发的抑制效果较好，白色次之，青色最小。因此，砂石对土壤水分蒸发的影响取决于覆盖厚度、粒径大小和颜色等综合指标。

2 压砂地的氮、磷、钾状况

由于土壤体内含有一定的化学元素。农田表层压砂必然会改变土壤理化性状，土壤空隙和肥力特征发生变化，进而影响土壤原有化学元素存在的状态，造成氮、磷、钾含量改变。国内外研究工作者对此开展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。

作物的生长发育需要一定的养分条件，氮、磷、钾元素表征了土壤中主要的营养成分。在干旱半干旱地区，土壤氮、磷、钾含量较低，导致农业发展受限。许 强等[26]指出，压砂地对土壤氮、磷、钾的影响主要表现为对速氮、速磷、速钾的影响。压砂地有利于促进土壤速效氮、磷、钾的增加，但随着使用年份的增加，作物对氮、磷、钾的消耗逐渐加剧，再加上外界没有养分的补充，速效氮、磷、钾含量不断降低，土壤肥力逐渐减弱。陈宏灏等[27]研究表明，土壤全氮、全磷、全钾含量随压砂年限的增加在上下波动中表现出下降趋势。同一土壤深度对照的硝态氮、速效钾含量均高于所有压砂地土壤，养分含量在不同土壤深度和不同压砂年限之间存在差异性[28]。随着压砂地使用年限的延长，在土壤不施肥或少施肥的情况下，作物消耗了氮、磷、钾等养分，使得土壤质量逐渐降低。在人类可持续发展的要求下，对土壤质量逐渐下降的压砂地进行补肥是必要的，研究表明，有机肥、农家肥都能够较好地改善氮、磷、钾含量的变化。

3 压砂地对土壤微生物和酶活性的影响

土壤微生物是生态系统稳定性和持续性的保障[29]。农田压砂后原来的微生物性状发生变化。陈宏灏等[27]研究表明，1年压砂地土壤微生物活性最高，其他各年限土壤微生物活性随压砂年限增加而缓慢下降。压砂地不同利用年限的土壤微生物群落总菌数整体低于农田对照，且随着压砂利用年限的增加而逐年减少[30]。潘佳颖等[31]为了研究土壤微生物对碳源利用率和微生物量碳、氮的变化规律，以宁夏香山区的压砂瓜田为研究对象，结果表明，压砂明显提高了土壤微生物对碳源的利用率，砂田土壤微生物量碳、氮随使用年限的延长整体呈下降趋势。土壤酶对土壤有机质的分解和植物营养元素的循环起着非常重要的作用，也影响着环境质量和作物生产力。因此，土壤酶活性也是表征土壤肥力质量的重要指标[32]。压砂地改变了原来土壤酶活性，对作物的正常生长生育产生了一定的影响。土壤全氮、碱解氮、速效磷、速效钾随压砂地的利用年限呈降低趋势。研究表明，随着压砂年限的增加，过氧化氢酶、脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶的活性呈逐年降低的趋势[33-34]。可见压砂虽然一定程度上可以提高作物的肥力，但随着使用年限的增加土壤酶活性呈下降趋势，将导致作物减产、减量、减质、不利于压砂地的可持续利用。在砂田耕作的过程中必须进行科学合理的施肥与耕作，以保证砂田的持续利用。

4 展望

压砂地的出现，不仅使在干旱地区大规模发展经济作物成为可能，而且对改善生态环境和保障人类可持续发展起着积极作用。但随着压砂地使用年限的增加，土壤质量问题日益突出，因而改善压砂地土壤质量成为相关领域关注的热点。大多数学者围绕压砂覆盖对土壤质量影响的规律进行了大量有益的研究，得出了重要的结论，对土壤质量改善提供了一定的理论支持。由于压砂地土壤结构复杂，影响因素众多，对土壤质量改善的详细机制尚未建立，一些局部研究成果难以推广。随着我国农业大力发展，建立合理的土壤质量改善制度十分关键。根据对压砂地土壤质量变化的研究进展，目前还可以从以下几方面进行探讨。

（1）进一步定量研究压砂覆蓋对土壤物理、化学和生物性状的影响，探明更加全面、详细的影响规律，构建压砂地物理、化学和生物改良的综合措施；同时应加强压砂地土壤质量长期变化的监测，建立仿真模型，实现对土壤质量变化的长期预测，为经济作物的发展提供指导。

（2）通过研究压砂覆盖对水质、温室气体、土壤重金属等环境因子的影响，确定压砂地对环境的影响规律，助力全球环境改善；加强对压砂田生态系统水分转化规律以及作物生理、生态特征与特性的研究，建立压砂田的生态系统发展机制。

（3）研究在压砂地上种植枸杞、枣树等经济作物的生产效益，建立多作物种植模式，缓解种植单一对砂田造成的压力；加强作物套种和轮种模式的建立，优化机制，从而缓解压砂地土壤质量的下降。

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