土壤通氣性與根際通氣研究現狀及展望

郭慶 楊建飛 周亞飛

摘 要：土壤是作物生長的基礎，是人類賴以生存的自然資源。土壤通氣性良好有利于作物健康生長，土壤通氣性不足會影響作物生長，可能引起減產，但傳統的灌溉方式忽略了這一重要條件。通過采用一系列方法將空氣引入土壤中，能改善土壤通氣性，滿足作物生長的需求。分析了土壤通氣性的作用、研究現狀、存在問題與展望，以期為今后的農業生產及相關研究提供借鑒。

關鍵詞：土壤;通氣性;作物生長

文章編號：1004-7026（2020）12-0121-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：S154.4? ? ? ? 文獻標志碼：A

1? 土壤通氣性的作用

土壤通氣性是指土壤中空氣與大氣的交換和土壤內部氣體擴散的特性。土壤通氣性的好壞直接影響土壤肥力，進而影響作物生長發育。土壤通氣性較差，氧氣不足，就會抑制作物根系的呼吸作用，削弱根系吸收水肥的能力。良好的土壤通氣性可保障土壤空氣質量，有利于作物生長發育，保持較高的土壤肥力[1]。土壤通氣不暢，作物生長發育受到限制[2]，產量也會大幅度下降。

2? 研究現狀

2.1? 土壤通氣性測定方法

土壤通氣性又稱作土壤透氣性或土壤通透性，是反映氣體透過土壤孔隙的能力，是一種定性說法。目前，土壤通氣性的定量指標較多，主要包括土壤充氣孔隙度、土壤氧氣濃度或土壤溶解氧濃度、氧氣擴散速率、土壤導氣率、土壤氣體擴散系數等。但從儀器設備的可操作性及造價等方面考慮，土壤導氣率是最易測定的指標。土壤導氣率是指單位時間內單位面積土體中透過的氣體量[3]，反映了氣體透過土體的能力，是土壤通氣性的綜合影響指標。國內外學者提出了不同的土壤導氣率測算模型與方法，根據測量過程中供氣方式和氣體運動邊界條件不同，分為瞬態一維、瞬態三維、穩態一維和穩態三維4種形式。

瞬態三維測量裝置需記錄土柱管的內徑D和將土柱管插入土體中的插入深度H。裝置如圖1所示。穩態三維土壤導氣率測量裝置測量時記錄將土柱管豎直插入土壤中的插入深度H及土柱管的管口直徑D，測量裝置如圖2所示。

除此之外，還可采用PL-300型土壤導氣率測定儀（德國Umwelt Gerate Technik Gmbh公司生產）測定土壤導氣率，但儀器價格相對較貴。

2.2? 根際通氣方法

作物根系生長需要水和氧氣。這是兩個非常關鍵的因素，但人們通常注重管理水分，忽視了對通氣性的管理。如果通氣性不好，氧氣供應不足，作物根系的呼吸和新陳代謝作用都會受到影響，甚至會影響作物產量。目前，改善作物根際通氣性的常用方法大約有3種。

（1）灌后通氣。灌后通氣通常是用相同的灌水方式及灌水量，通氣時間設定在灌水以后，由空氣壓縮機注入。

（2）曝氣滴灌。曝氣滴灌是在地下滴灌的基礎上利用文丘里加氣設備將空氣吸入地下滴灌管道中，以微型氣泡的形式與水結合，輸送到作物根區土壤。

（3）水氣耦合滲灌。水氣耦合滲灌是通過特殊設備把空氣或者氧氣打碎成50 μm左右的小氣泡，與灌溉水混合均勻后，以滲灌的形式進行灌溉的一種技術。利用這種灌溉方式，土壤灌水后能保持疏松狀態，不破壞土壤結構，土壤表面不會板結，能為作物提供充足的水分和氧氣。同時，管道埋于地下，地表土壤濕度低，可有效地減少地面蒸發。水氣耦合滲灌技術的目的就是在給植物供應水分的同時，保證土壤的通氣性。

雖然根際通氣能改善土壤的通氣性，但也需要考慮土壤的質地。有些土壤的砂粒含量高，通氣性好;有些土壤中粘粒含量高，通氣性差。同時不同作物對氧的需求量有差異。農業生產應該因地制宜，結合當地土壤質地選擇性地種植作物。

2.3? 土壤通氣性的影響因素

土壤通氣性的影響因素主要包括兩個方面。一方面是土壤自身的指標，包括含水率、容重等;另一方面來自外部，包括氣溫、地溫、化肥和改良劑。

3? 存在問題

（1）關于土壤通氣性的研究大多集中在旱作農業中的甜瓜、黃瓜、玉米、西紅柿及土豆等作物方面，對水稻、蓮藕所在的水田中的土壤通氣性研究較少。

（2）大量研究主要集中在作物全生育期內，對農作物各生育期通氣量及通氣頻率還有待進一步研究，因為通氣量太大及通氣頻率高有可能破壞根系。

（3）農作物生長不僅要依靠土壤通氣性，還要依靠土壤中的微生物及施入土壤的肥料。目前，大多數研究集中在土壤通氣性方面，忽視了微生物和肥料對作物生長的影響和通氣性與微生物與肥料之間相互作用的機理。

（4）大量研究關注根際通氣與不通氣處理對作物的形態指標和產量的影響，對作物生理、生態等深層次的研究不足，對通入氣量的多少、灌溉水量的結合研究也較少。

4? 展望

“藏糧于地、藏糧于技”是國家確保糧食安全提出的新思路和新途徑，確保糧食安全需要使用農業技術措施不斷提升耕地質量。在我國耕地數量不斷減少、糧食需求不斷增加的前提下，提升基礎地力對保證糧食高產穩產和可持續生產具有重要作用。另外，中國農業科學院首次創建了覆蓋我國全域的高精度數字土壤，可以將土壤通氣性納入這個系統中，構建我國土壤時空大數據。通過節水灌溉、合理施肥、改善土壤通氣性等措施，提高農田生產效率和水平。

參考文獻：

[1]Peterson J B. Relations of soil air to roots as factors in plant growth [J]. Soil Science，1950，70（3）：175-186.

[2]Simojoki A. Response of soil respiration and barley growth to modified supply of oxygen in the soil [J]. Agricultural and Food Science in Finland，2000，9（4）：303-318.

[3]邵明安，王全九，黃明斌.土壤物理學[M].北京：高等教育出版社，2006.

（編輯：郭? 穎）