免耕覆盖对黑土区土壤结构稳定性的影响机制

中图分类号：S152 文献标识码：A

引言

土壤结构稳定性是衡量土壤质量的重要指标，对土壤生态系统的功能和可持续性具有关键影响。在黑土区，由于长期的不合理耕作和高强度利用，土壤结构面临着不同程度的破坏，这不仅影响了土壤的保水保肥能力，还对农业生产的可持续性构成了威胁。免耕覆盖作为一种保护性耕作措施，近年来在改善土壤结构方面受到了广泛关注。它通过减少土壤扰动、增加地表覆盖等方式，对土壤的物理、化学和生物性质产生了一系列积极影响。

1 土壤团聚体稳定性提升

在传统耕作方式下，频繁的翻耕会破坏土壤原有的团聚体结构，使得土壤颗粒分散，降低了团聚体的稳定性。而免耕覆盖避免了对土壤的过度扰动，保留了土壤中原本存在的有机物质和微生物群落。作物残茬或覆盖物在土壤表面逐渐分解，为土壤微生物提供了丰富的碳源和能源，促进了微生物的生长和繁殖。这些微生物会分泌多糖等物质，像胶水一样将土壤颗粒粘结在一起，形成大小不同的团聚体。而且，免耕覆盖减少了雨滴对土壤表面的直接冲击，降低了土壤侵蚀的风险，使得已经形成的团聚体能够更好地保存下来。随着时间的推移，土壤中各级团聚体的数量和质量都得到了明显改善。大团聚体含量增加，增强了土壤的通气性和透水性，有利于根系的生长和发育。同时，小团聚体也能更好地保持土壤水分和养分，提高了土壤的保水保肥能力。这种良好的土壤团聚体结构，为植物生长创造了更加有利的土壤环境，也进一步增强了黑土区土壤结构的稳定性。

2 土壤孔隙结构优化

在传统耕作方式下，频繁的翻耕会破坏土壤原有的孔隙系统，导致大孔隙减少，小孔隙被挤压变形，影响土壤的通气和透水性能。而免耕覆盖处理中，由于没有机械外力的强烈干扰，土壤中的大孔隙得以较好地保留。作物根系在生长过程中会自然地穿插、延伸，在土壤中形成许多大小不一的通道，这些通道成为了良好的通气孔隙。同时，土壤微生物的活动也会对孔隙结构产生积极影响。微生物在分解有机物质时会产生气体，这些气体在土壤中形成微小的孔隙，增加了土壤的孔隙数量[1]。随着时间的推移，土壤中形成了更为合理的孔隙分布。大孔隙保证了土壤与外界的气体交换，使根系能够获得充足的氧气，有利于根系的呼吸作用和养分吸收。小孔隙则具有较强的持水能力，能够储存一定量的水分，在干旱时期为植物提供持续的水分供应。这种优化的孔隙结构不仅提高了土壤的通气性和透水性，还增强了土壤的抗侵蚀能力。雨水能够迅速通过大孔隙渗入土壤内部，减少了地表径流的产生，从而降低了土壤侵蚀的可能性。此外，优化的孔隙结构还为土壤生物提供了适宜的生存环境，促进了土壤生态系统的平衡和稳定。丰富的土壤生物群落又进一步参与到土壤的物质循环和能量转化过程中，对土壤结构的稳定性起到了重要的维持和促进作用。

3 土壤抗蚀性能增强

在免耕覆盖条件下，地表保留了作物残茬和秸秆等覆盖物，这些覆盖物如同一张天然的保护网，直接减少了雨滴对土壤表面的冲击。雨滴在接触到覆盖物时，其动能被分散和缓冲，无法直接对土壤颗粒产生强大的冲击力，从而避免了土壤颗粒的溅起和分散。同时，覆盖物还能够减缓地表径流的流速。当降雨形成径流时，覆盖物会增加径流的阻力，使水流速度降低。流速的降低意味着水流携带土壤颗粒的能力减弱，减少了土壤被水流冲刷带走的可能性。而且，覆盖物还可以拦截径流中携带的部分土壤颗粒，使其沉积在覆盖物下方，进一步减少了土壤的流失。此外，免耕覆盖有助于保持土壤的团粒结构。长期的免耕操作使得土壤中的微生物和土壤动物能够在相对稳定的环境中生存和活动。微生物分解有机物质，产生的多糖类物质可以将土壤颗粒粘结在一起，形成稳定的团粒结构。土壤动物如蚯蚓等在土壤中穿梭活动，也有助于改善土壤结构，增加土壤的孔隙度和透水性。这种良好的团粒结构使得土壤具有更强的抗蚀能力，能够更好地抵御水流和风力的侵蚀。

4 土壤水分动态改善

免耕覆盖在改善土壤水分动态方面发挥着关键作用。一方面，覆盖物就像一层天然的保护膜，有效地减少了土壤水分的蒸发。在阳光照射和空气流动的作用下，没有覆盖物的土壤水分会快速散失到空气中。而覆盖物能够阻挡阳光直射土壤表面，降低土壤温度，减少水分蒸发的动力。同时，覆盖物还能减缓空气在土壤表面的流动速度，进一步抑制水分的蒸发。这使得土壤能够较长时间地保持一定的水分含量，为植物生长提供持续的水分供应[2]。另一方面，免耕覆盖有利于雨水的入渗。当降雨时，覆盖物可以缓冲雨滴对土壤表面的冲击力，防止土壤表面形成板结层。没有板结层的阻碍，雨水能够更顺畅地渗透到土壤中，增加土壤的蓄水量。而且，免耕操作形成的良好土壤结构，如稳定的团粒结构和丰富的孔隙，也为雨水的下渗提供了更多的通道，使更多的雨水能够储存于土壤之中。此外，储存于土壤中的水分在干旱时期可以逐渐释放出来，供植物吸收利用，提高了土壤的抗旱能力，维持了土壤水分的动态平衡，为黑土区的农业生产创造了有利的水分条件。

5 微生物群落作用加强

免耕覆盖为微生物提供了更加稳定和适宜的生存环境。一方面，覆盖物在土壤表面逐渐分解，为微生物提供了丰富的有机碳源，促进了微生物的生长和繁殖。大量繁殖的微生物能够参与到土壤中各种物质的转化和循环过程，比如将有机物质分解为植物能够吸收利用的养分，提高土壤的肥力。另一方面，免耕操作减少了对土壤的扰动，使得土壤中的微生物群落结构更加稳定。不同种类的微生物之间形成了复杂而有序的生态关系，它们相互协作，共同完成土壤中的各项生态功能。例如，一些固氮微生物能够将空气中的氮气固定为含氮化合物，增加土壤中的氮素含量；而一些解磷微生物则可以将土壤中难溶性的磷转化为植物可利用的有效磷。此外，微生物在代谢过程中还会产生一些黏性物质，这些物质能够促进土壤颗粒的团聚，进一步改善土壤的结构，增强土壤的稳定性。而且，微生物的活动还可以调节土壤的酸碱度和氧化还原电位等理化性质，为植物根系创造更加良好的生长环境。在黑土区，微生物群落作用的加强对于维持土壤生态系统的平衡和健康，促进农业的可持续发展具有重要意义。

结束语

综上所述，免耕覆盖在黑土区展现出了多方面积极且显著的影响。从土壤团聚体稳定性的提升、孔隙结构的优化，到抗蚀性能的增强、水分动态的改善，再到微生物群落作用的加强，每一个方面都体现了免耕覆盖对于黑土区土壤结构稳定性的重要意义。这些影响共同构建了一个更加健康、稳定的土壤生态系统，为黑土区农业的可持续发展奠定了坚实基础。在未来的农业生产实践中，应进一步推广免耕覆盖技术，加大对其研究和应用的力度。

参考文献

[1] 毛鑫， 杨建利， 周翔， 王乃江， 姬祥祥， 冯浩， 何建强. 基于结构方程模型的油菜性状和产量关系研究.中国油料作物学报， 2019， 41（1）： 33-39.

[2] 蔡丽君.秸秆长期免耕覆盖对黑土有机碳和微生物碳代谢的影响[D].沈阳农业大学，2023.