花生栽培措施消減土壤緊實脅迫危害研究現狀與展望

孫學武，柳開樓，鄒曉霞，司賢宗，鄭永美，丁紅，吳正鋒，沈浦，王才斌

（1.山東省花生研究所／國家花生工程技術研究中心，山東 青島 266100；

2.江西省紅壤研究所，江西 南昌 331717；3.青島農業大學農學院，山東 青島 266109；4.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南鄭州 450002）

花生是我國重要的食用、油料兩用經濟作物，在農業種植業結構調整、國民經濟發展及對外貿易中具有重要地位。花生種植中，經常存在的各種障礙性因素，影響花生的產量與品質，制約花生產業健康穩定發展。土壤緊實脅迫即是其中之一，容易發生，難以防范。農業機械化［1］、不合適的耕作［2-9］、不合理的水分管理［4，10］、不科學的施肥［11-14］、單一的種植模式［15，16］均會增加土壤容重引起土壤緊實脅迫。土壤容重是土壤物理性質的主要指標之一，可以反映土壤緊實度。較高的土壤容重意味著土壤緊實度較高，會減少土壤養分和水分的存儲供應、降低肥力、影響花生對水肥的吸收利用，還會對花生根系和地上部產生強烈的負效應，限制花生生長發育，導致減產。

合理的田間栽培管理，能夠有效消減和防止土壤緊實脅迫的發生，例如合理耕作、輪作、水肥管理等，能夠改善土壤理化性狀，改善土壤結構，有效消解土壤壓實，促進作物根系健壯及生長發育［17］。近年來，國內外有關土壤緊實脅迫及其對花生生長發育影響的研究取得重大進展，豐富和發展了花生栽培理論與技術。我國花生種植區域廣，各地氣候條件、資源稟賦、土壤類型、種植習慣等差異導致花生種植模式多樣，不同區域的花生田與根系生長密切相關的土壤物理結構（比如容重、緊實度等指標）也不盡相同。因此，總結梳理花生田土壤緊實脅迫研究，并討論研究中所存在的問題及其發展前景，對花生生產發展及保障食用油脂安全有重要意義。

1 花生田土壤緊實狀況的變化及危害

過高和過低的土壤緊實度均不利于田間生態環境及花生的生長發育（圖1），而花生生產中土壤緊實脅迫的發生較為常見。花生田土壤緊實板結、容重增大現象日益突出。黃淮海地區是我國重要的花生產區，全國花生面積和產量居前兩位的河南和山東均在這一區域。有調查發現，黃淮海北部地區耕層平均厚度14.74 cm，其中76%的地塊存在制約根系下扎的犁底層，容重在1.54 g／cm3左右，分布在 15～30 cm土層［18］。從長期發展角度看，土壤緊實脅迫成為限制花生生產的關鍵因素之一和潛在風險。

圖1 花生生長發育對土壤緊實的響應

1.1 土壤緊實脅迫對花生田生態環境的影響

花生田緊實脅迫狀況的出現，顯著影響土壤物理、化學及生物學特性。適宜作物生長的理想土壤結構固、液、氣三相比為5∶3∶2，緊實度的增加伴隨著土壤水分、空氣比例的下降。對水分來說，土壤壓實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。土壤緊實度增加導致土壤吸收外界降水的能力下降，澇災、地表徑流和侵蝕發生的可能性增加。同時，緊實度變化影響土壤溫度，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［19］。

土壤緊實度通過影響微生物活性及代謝過程影響土壤碳氮循環，當土壤容重大于1.6 g／cm3時，碳的礦化和氮的硝化作用被較強地抑制，壓實3周后硝態氮較未壓實土壤降低8%～16%［20］；在緊實度增加過程中，土壤中氮素易發生反硝化作用，常以N2O等形式排出，與未壓實土壤相比，壓實土壤在75 d中反硝化釋放的氮顯著增加［21］。

緊實脅迫下土壤由于大孔隙減少、小孔隙被水所封閉導致的空氣交換受阻等變化使得土壤動物特別是蚯蚓數量減少、微生物數量下降和微生物種類組成發生變化，繼而微生物活性降低、根瘤菌活動下降、解磷解鉀等微生物群體組成發生變化，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影響［22-24］。

1.2 土壤緊實脅迫對花生生長發育的影響

土壤緊實度變化改變了農田生態環境，引起水分、空氣、溫度、養分等生長環境的變化，影響根系生長［25］及其對水分、養分的吸收利用［26］。隨著土壤緊實度的增加，花生根系生長受到抑制，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［27］。同時，地下結果的花生對緊實脅迫的敏感度比小麥、玉米等地上結實作物更大。土壤容重過高在花生整個生育期均不利于葉片葉綠素含量、光合速率、SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量的提高和MDA含量的降低，導致產量降低［27］。花生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［19］。也有研究表明，高緊實度土壤比低緊實度土壤，植株氮磷鉀養分累積量分別下降6.4%～20.0%、9.3% ～18.5%和14.6% ～29.5%［28］。

1.3 維持適宜土壤緊實度對花生生長發育的作用

適宜的土壤緊實度能夠協調土壤“水、肥、氣、熱”四大因素及其物理、化學及生物過程［29］。花生田適宜的土壤緊實狀況，能保持較高的IAA、GA3、ZR含量和較低的ABA含量，有利于根系生長和保持較好的根系形態，且在整個生育期尤其是中后期均能使葉片保持較高的葉綠素含量、光合速率、SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量和較低的MDA含量，延緩花生衰老［29］。適度的土壤容重（1.2～1.3 g／cm3）既能保證根系發展期根系的伸長和表面積擴大，又能延緩根系衰退期根系長度和和表面積的衰退，有利于果針形成和入土、莢果膨大和干物質積累，后期中大莢果數多、體積大和干物質積累多，且小果數量少［19，30］。

2 花生田土壤緊實脅迫發生發展的影響因素

2.1 自然因素

不同質地土壤，抗緊實能力不同。研究發現，即使外界對土壤不施加任何作用力，粘土比例高的土壤也能形成緊實層［31］。土壤水分含量是影響其緊實過程的最重要因素［32，33］。土壤含水量較多時水分充滿孔隙，土壤顆粒間的內聚力增強，水分像潤滑劑一樣，使土壤顆粒“滑”到一起，發生緊實［34］。同時，土壤含水量是影響機械壓實的重要因素［35，36］，在不影響產量的前提下，土壤所能承受的最大地面允許壓力和其含水率成反比。即在一定載荷作用下，土壤壓實程度隨含水量增加而增加。氣候等自然因素對土壤的作用也可以形成緊實，例如降雨形成的土壤結皮會阻止種子的發芽［37］。

2.2 人為因素

農業機械的應用普及是現代農業中土壤緊實的主要原因。土壤耕作從牛耕、小型拖拉機到中大型拖拉機，土壤承受的重量逐漸增加，提高了土壤壓實的程度和風險。機械壓實程度主要受輪胎內壓、軸載和土壤含水量影響。輪胎內壓決定土壤表層（0～30 cm）的壓實程度，軸載決定心土層（30～70 cm）被壓實的程度，輪胎內壓和軸載產生的影響受土壤含水量的影響顯著，隨含水量的增加壓實加重［38］。長期不合適的耕作也會導致土壤緊實，當前生產上多年采用的旋耕法，使得土體較為緊實，不同程度地制約著作物根系的延伸［39］。單施化肥容易導致土壤有機質含量下降、土壤膠體的調控機能嚴重受損、土壤團聚體不易形成，容易造成土壤板結。同一作物多年連續種植后，由于根系下扎深度一致，減弱其對土壤的穿透力，同時單一種植使根系周圍離子平衡被打破，影響到團粒結構體的形成，導致緊實程度加重。

3 消減花生田土壤緊實脅迫的高效栽培措施

土壤緊實脅迫使花生田土壤的物理、化學和生物學性質惡化，抑制花生根系生長，進而危害地上部生長發育和干物質累積，影響莢果產量和品質。有關消減土壤緊實脅迫的危害，可采取的農業管理措施如表1。

表1 花生田土壤緊實脅迫消減有關措施

3.1 科學合理耕地

我國農田主要耕地方式有傳統耕地（耕翻和深松耕）、少耕（淺耕和旋耕）和免耕（留茬和留茬覆蓋）等。東北風沙土區試驗表明，和常規耕種（春季破壟苗帶移位播種）相比，翻耕、深翻和超深翻耕層土壤緊實度增加1.1～1.6倍，犁底層則降低8.7%～43.6%；旋耕對犁底層土壤緊實度無顯著影響，但是降低耕層土壤緊實度［40］。山西旱地試驗表明，連續采用不同耕地措施后，不同層次和不同時期的土壤緊實度存在較大差異，免耕覆蓋處理對緊實度的影響主要集中在0～15 cm表層土壤，各時期均表現為最高；15～30 cm和30～45 cm深層土壤中則是淺旋耕和常規處理高于其它處理，主要是淺旋耕和常規耕地方式由于機械的壓實容易形成犁底層，導致下層土壤緊實度增加［41］。國外研究表明，耕深45 cm比30 cm能更好地緩解深層土壤的壓實［42］。

一般認為，耕翻松土措施能夠打破土壤緊實脅迫，提升花生根系活力，促進根系生長。常規旋耕能夠很大程度緩解花生結果層（0～15 cm）土壤緊實脅迫，而深松、深耕（30～40 cm）對于打破犁底層降低深層土壤緊實度有更好的作用，深松對土壤容重的影響隨時間推移減小且主要在前兩年［39，43］。因此，定期（如 2～3年）開展花生田深耕（松）打破犁底層，結合常年旋耕降低耕層土壤容重是應對土壤緊實脅迫的重要措施。

3.2 肥水高效管理

土壤容重增大，影響根系生長，導致作物對養分的吸收減少，合理施肥可在一定程度上消除土壤緊實脅迫的危害。緊實脅迫顯著降低花生對氮、磷、鉀、鈣的累積量［44，45］，可能會促進花生對鐵的奢侈吸收，抑制鎂等營養元素的吸收［46，47］。研究表明，施用有機肥可有效緩解土壤緊實脅迫，降低土壤容重，且隨有機肥用量的增加而逐漸降低，0～10 cm土層低量和高量有機肥處理較不施有機肥分別降低10.56%和19.72%，10～20 cm土層低量和高量有機肥處理較對照分別降低5.10%和 10.19%［48］。此外，花生施用鈣鎂磷肥可以改良紅壤的理化性狀，降低土壤容重［49］。

合理灌溉能夠維持土壤適宜的孔隙度，促進土壤微生物的活動以及養分的釋放，減少土壤板結和緊實脅迫的發生，灌水不當容易引起土壤板結。傳統的溝灌對土壤有著很強的沉實作用，采用表層節點式滲灌能逐漸降低土壤容重，表層容重比傳統的溝灌低 0.04 g／cm3（3.57%），到 15 cm處達到最低，比溝灌低 0.11 g／cm3（10.0%），20 cm以下與溝灌差異逐漸降低，最后趨近一致［50］。花生膜下滴灌日益成熟完善，應用效果良好。

3.3 施用調理物質

外源施用的調節物質主要包括土壤調理劑以及植株生長調節劑。土壤調理劑能降低土壤容重，直接消減花生田土壤的緊實脅迫。定位試驗表明，與不施改良劑對照相比，0～20 cm土層施750 kg／hm2化學改良劑（硅粉＋生物炭顆粒）處理土壤容重降低5.4%，20～40 cm土層降低2.9%，花生產量顯著增加［51］。施用土壤調理劑時應注意最佳用量，用多了效果增加不顯著或者適得其反。有研究表明，施用900 kg／hm2麥飯石、牡蠣殼、蒙脫石、硅鈣礦和有機肥的土壤容重分別降低6.07%、2.27%、5.27%、3.14%和2.60%，用量為1 800 kg／hm2時分別降低 8.41%、6.27%、2.47%、5.74%和3.94%［52］。土壤結構改良劑聚丙烯酰胺施用濃度小于1.0 g／m2時，土壤容重隨施用濃度的增加呈下降趨勢，大于1.0 g／m2時土壤容重隨施用濃度的增加呈上升趨勢［53］。

植物生長調節劑能夠調節花生的營養生長與生殖生長的平衡，提高土壤緊實脅迫下花生的根系活力，促進根系向深層土壤擴展，間接消減土壤緊實脅迫對花生造成的傷害。植物生長調節劑烯效唑、調環酸鈣、多效唑、縮節胺等均可促進根系發育，增強根系活力。對花生莢果生長發育有顯著促進作用的生長調節劑有甲哌鎓、蕓苔素內酯、多效唑等。

3.4 研發適宜農機具

長期以來我國耕地方式以鏵式犁耕為主，導致土壤顆粒結構遭到嚴重破壞，板結現象嚴重。土壤疏松機只松土不翻土，既使堅硬的犁底層得到了疏松，又使耕作層的肥力和水分得到保持，有助于改善土壤板結現象。近年來，業內專家研發出多種效果不錯的深松整地機械，可以較好地完成耕地深松耕作要求［54-57］。當前我國研制的深松機械包括鑿式深松機、可調翼鏟式深松機、振動式深松機以及深松整地聯合作業機等。雖然有研究表明土壤對機械荷載的抗壓閾值與土壤質地關系不大［58］，但是不同深松機具因結構特點不一，作業性能也有一定差異，適用土壤及耕地類型也有一定的變化。我國花生種植區域廣，土地類型各異，需要注意根據耕地的土質、土壤的墑情、深松的深度確定所匹配的機械。

3.5 地膜與秸稈覆蓋

地膜覆蓋下適宜的土壤溫濕度，有利于土壤微生物分解植物根系和動植物殘體，降低土壤容重。同時它還可以減輕人工管理過程中的踐踏，防止土壤板結。透明膜和黑色膜降低土壤容重幅度分別為 2.31%和 2.78%［59］，反光膜和普通透光膜降低幅度分別為 11.0%和 7.9%［60］，花生覆膜種植顯著降低0～10 cm土層土壤容重［61］。4年連續定位試驗發現，隨著地膜厚度的增加，田間表層土壤緊實度和土壤容重逐漸降低，0.010、0.012 mm處理土壤容重比0.008 mm（CK）分別降低1.25%、2.43%，而 0.006 mm處理比 CK提高0.76%［62］。冬閑期覆膜也可以有效降低土壤容重，與冬閑壓青露地、冬閑翻耕露地、冬閑免耕露地處理相比，冬閑壓青覆膜、冬閑翻耕覆膜、冬閑免耕覆膜處理0～10 cm的土壤容重分別降低3.36%、3.21%、2.05%；10～20 cm分別降低3.61%、2.43%、2.33%［63］。秸稈覆蓋較不覆蓋處理，可以降低0～45 cm土層土壤緊實度7.9%，而秸稈、地膜雙覆蓋緊實度耕地較不覆蓋下降10.3%［64］。起壟覆蓋小麥秸稈 4 500 kg／hm2也可顯著降低花生田土壤容重，可較好改善土壤理化性質［65］。

3.6 優化種植模式

與單一作物連作模式相比，輪作、間套作等模式能夠發揮不同植物根系在緩解土壤緊實方面的作用。有些植物的根系能夠穿透緊實度比較高的土壤，這類植物與其它植物輪作，有助于改善土壤物理性質［66］。花生長期定位試驗表明，0～20 cm土層，與花生連作處理相比，輪作處理顯著降低土壤容重16.2%；20～40 cm土層，輪作方式的土壤容重降幅達14.3%［51］。麥套花生相對于純作花生，2～9 cm和16～23 cm土層的土壤容重提高13.0%和 1.2%［67］；而與麥田對照相比，則顯著降低0～20 cm土層土壤容重［61］。玉米花生間作試驗表明，花生幅帶中，容重表現為單作花生＞玉米花生2∶10＞玉米花生8∶16＞玉米花生10∶10，三者分別比單作花生減小1.97%、2.96%和3.83%，與單作花生間差異達到顯著水平［68］。花生與小麥、油菜、玉米等作物輪作，可以破除土壤板結，同時前茬作物秸稈還田對土壤緊實度及花生生長產生積極影響，秸稈還田下土壤容重下降，促進作物株高、根干重和地上部干重，繼而促進作物的增產增收，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地方式的作用［30，43，69，70］。

3.7 選用抗土壤緊實品種

土壤緊實脅迫制約作物生長發育及產量形成，從作物自身解決問題，篩選培育耐緊實土壤的新品種是最為經濟和有效的途徑。土壤緊實脅迫下不同品種的響應差異較大，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、提高養分吸收，花生可較好地生長發育；而對緊實脅迫敏感的品種，則容易生長發育受阻，顯著減產。有研究表明，緊實脅迫下小花生品種千葉半蔓和大花生品種魯花11產量較高，大花生品種更易受到土壤緊實脅迫的抑制作用，造成減產。緊實脅迫與非緊實脅迫下，小花生品種（BL、花育39和日本千葉半蔓）產量對不同緊實度的響應不顯著，而大花生品種（魯花11、花育22和中花24）產量對不同緊實度的響應顯著（P＜0.05）［71］。開展不同土壤生態類型花生品種適應性篩選，明確適用于不同地區土壤緊實狀況的品種，可以有效應對土壤緊實脅迫的不良影響。

4 存在問題與研究展望

4.1 存在問題

目前已對土壤緊實脅迫的發生發展及花生的響應開展很多研究，這對有效應對和消減花生田土壤緊實脅迫的危害起到很好的促進作用。然而，我國花生種植面積大、區域廣，不同地區的氣候條件、土壤類型、主栽品種、種植模式和習慣等差異較大，各地土壤緊實脅迫程度和發生原因不盡相同，因此關于不同土壤類型、不同種植模式下適宜花生品種對土壤緊實度響應的研究還有待進一步開展。同時，需要加強植物抗機械阻力遺傳學基礎的研究，從生理或分子水平上調控緊實度、土壤機械阻力、根信號等之間的關系，有利于培育抗土壤機械阻力的品種。另外，現有土壤緊實脅迫改良機械多為通用，或者是針對其它作物所研發，還缺少根據花生田土質、土壤墑情、深松深度及生長發育特點所研制的緩解土壤緊實脅迫的深松機具。

4.2 研究展望

花生是地上開花、地下結果的作物，除了根系處于土壤中外，其果實和部分果針也要在土壤中發育，也受到土壤緊實脅迫的影響。因此，未來花生抗土壤緊實脅迫研究需要針對品種選育、土壤改良及農藝農機結合等方面開展。

4.2.1 加強品種選育 土壤緊實脅迫下不同品種花生的響應有較大差異，可開展不同土壤生態類型花生品種適應性篩選，明確適用于不同地區土壤緊實狀況的品種，推動將品種對土壤緊實脅迫適應能力作為花生品種常規評價指標。另外，加強選育高抗土壤緊實脅迫的品種，重視土壤抗緊實能力強、產量高、品質優的品種選育目標，并建立系統性鑒定體系，開展抗緊實脅迫種質資源多樣性保護。

4.2.2 土壤綜合改良 綜合耕作措施、水肥管理、種植模式等對土壤緊實的影響，將花生田土壤緊實度改良技術集成到土壤綜合改良技術中，貫穿于田間管理操作規范中，實現操作技術優化不繁瑣，從而形成土壤緊實度下降、土壤肥力提升、保水能力增強為核心的花生田土壤綜合改良技術。

4.2.3 農藝農機結合 加強專用、高效的花生抗緊實脅迫機械研發，不斷改進深松機械的作業方式，統一機械生產標準，制定適宜的農藝農機相結合的技術規程，同時繼續出臺政策鼓勵農民進行土壤疏松作業，提高耕地質量。