土壤通气性与根际通气研究现状及展望

    郭庆 杨建飞 周亚飞

    

    摘 要：土壤是作物生长的基础，是人类赖以生存的自然资源。土壤通气性良好有利于作物健康生长，土壤通气性不足会影响作物生长，可能引起减产，但传统的灌溉方式忽略了这一重要条件。通过采用一系列方法将空气引入土壤中，能改善土壤通气性，满足作物生长的需求。分析了土壤通气性的作用、研究现状、存在问题与展望，以期为今后的农业生产及相关研究提供借鉴。

    关键词：土壤;通气性;作物生长

    文章编号：1004-7026（2020）12-0121-02? ? ? ? ?中国图书分类号：S154.4? ? ? ? 文献标志码：A

    1? 土壤通气性的作用

    土壤通气性是指土壤中空气与大气的交换和土壤内部气体扩散的特性。土壤通气性的好坏直接影响土壤肥力，进而影响作物生长发育。土壤通气性较差，氧气不足，就会抑制作物根系的呼吸作用，削弱根系吸收水肥的能力。良好的土壤通气性可保障土壤空气质量，有利于作物生长发育，保持较高的土壤肥力[1]。土壤通气不畅，作物生长发育受到限制[2]，产量也会大幅度下降。

    2? 研究现状

    2.1? 土壤通气性测定方法

    土壤通气性又称作土壤透气性或土壤通透性，是反映气体透过土壤孔隙的能力，是一种定性说法。目前，土壤通气性的定量指标较多，主要包括土壤充气孔隙度、土壤氧气浓度或土壤溶解氧浓度、氧气扩散速率、土壤导气率、土壤气体扩散系数等。但从仪器设备的可操作性及造价等方面考虑，土壤导气率是最易测定的指标。土壤导气率是指单位时间内单位面积土体中透过的气体量[3]，反映了气体透过土体的能力，是土壤通气性的综合影响指标。国内外学者提出了不同的土壤导气率测算模型与方法，根据测量过程中供气方式和气体运动边界条件不同，分为瞬态一维、瞬态三维、稳态一维和稳态三维4种形式。

    瞬态三维测量装置需记录土柱管的内径D和将土柱管插入土体中的插入深度H。装置如图1所示。稳态三维土壤导气率测量装置测量时记录将土柱管竖直插入土壤中的插入深度H及土柱管的管口直径D，测量装置如图2所示。

    除此之外，还可采用PL-300型土壤导气率测定仪（德国Umwelt Gerate Technik Gmbh公司生产）测定土壤导气率，但仪器价格相对较贵。

    2.2? 根际通气方法

    作物根系生长需要水和氧气。这是两个非常关键的因素，但人们通常注重管理水分，忽视了对通气性的管理。如果通气性不好，氧气供应不足，作物根系的呼吸和新陈代谢作用都会受到影响，甚至会影响作物产量。目前，改善作物根际通气性的常用方法大约有3种。

    （1）灌后通气。灌后通气通常是用相同的灌水方式及灌水量，通气时间设定在灌水以后，由空气压缩机注入。

    （2）曝气滴灌。曝气滴灌是在地下滴灌的基础上利用文丘里加气设备将空气吸入地下滴灌管道中，以微型气泡的形式与水结合，输送到作物根区土壤。

    （3）水气耦合渗灌。水气耦合渗灌是通过特殊设备把空气或者氧气打碎成50 μm左右的小气泡，与灌溉水混合均匀后，以渗灌的形式进行灌溉的一种技术。利用这种灌溉方式，土壤灌水后能保持疏松状态，不破坏土壤结构，土壤表面不会板结，能为作物提供充足的水分和氧气。同时，管道埋于地下，地表土壤湿度低，可有效地减少地面蒸发。水气耦合渗灌技术的目的就是在给植物供应水分的同时，保证土壤的通气性。

    虽然根际通气能改善土壤的通气性，但也需要考虑土壤的质地。有些土壤的砂粒含量高，通气性好;有些土壤中粘粒含量高，通气性差。同时不同作物对氧的需求量有差异。农业生产应该因地制宜，结合当地土壤质地选择性地种植作物。

    2.3? 土壤通气性的影响因素

    土壤通气性的影响因素主要包括两个方面。一方面是土壤自身的指标，包括含水率、容重等;另一方面来自外部，包括气温、地温、化肥和改良剂。

    3? 存在问题

    （1）关于土壤通气性的研究大多集中在旱作农业中的甜瓜、黄瓜、玉米、西红柿及土豆等作物方面，对水稻、莲藕所在的水田中的土壤通气性研究较少。

    （2）大量研究主要集中在作物全生育期内，对农作物各生育期通气量及通气频率还有待进一步研究，因为通气量太大及通气频率高有可能破坏根系。

    （3）农作物生长不仅要依靠土壤通气性，还要依靠土壤中的微生物及施入土壤的肥料。目前，大多数研究集中在土壤通气性方面，忽视了微生物和肥料对作物生长的影响和通气性与微生物与肥料之间相互作用的机理。

    （4）大量研究关注根际通气与不通气处理对作物的形态指标和产量的影响，对作物生理、生态等深层次的研究不足，对通入气量的多少、灌溉水量的结合研究也较少。

    4? 展望

    “藏粮于地、藏粮于技”是国家确保粮食安全提出的新思路和新途径，确保粮食安全需要使用农业技术措施不断提升耕地质量。在我国耕地数量不断减少、粮食需求不断增加的前提下，提升基础地力对保证粮食高产稳产和可持续生产具有重要作用。另外，中国农业科学院首次创建了覆盖我国全域的高精度数字土壤，可以将土壤通气性纳入这个系统中，构建我国土壤时空大数据。通过节水灌溉、合理施肥、改善土壤通气性等措施，提高农田生产效率和水平。

    参考文献：

    [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.土壤物理学[M].北京：高等教育出版社，2006.

    （编辑：郭? 颖）