土壤物理機械性質(zhì)對于植物根系的發(fā)育速度和根系在土壤剖面中空間分布特征的影響是土壤學界關(guān)注的重要課題。其中緊實度是土壤物理機械性質(zhì)中很重要的一項，試驗用土壤硬度計研究發(fā)布土壤緊實度越大，植物根系在土壤中的穿插所受到的機械壓力也就越大。在已有的眾多的研究報道，發(fā)現(xiàn)許多重要的農(nóng)作物（大麥、小麥、玉米和甜菜）的根系在土壤中穿插速度在極小的機械壓力下（20~50 kPa）會下降一半，并指出給大麥根系施加50 kPa的壓力，可使側(cè)根發(fā)生區(qū)從根尖30mm縮短到只有4 mm，植物往往通過增長側(cè)根來彌補主根長度縮短的缺陷。
下圖1是在冬小麥整個生育期間，不進行灌溉，依賴于自然降水維持小麥生產(chǎn)條件下，旋耕小區(qū)主要根區(qū)土壤的緊實度等值線圖。從下圖1所示的旋耕區(qū)土壤緊實度等值線圖可以看出，在小麥生育期間土壤緊實度剖面特征具有"上虛下實"特征。上虛只是指在0~15土層范圍內(nèi)土壤緊實度變異在400~l 400 kPa，變化幅度不大。下實是指在15 cm以下土層土壤緊實度變異在1 000~3 400 kPa，變化過程明顯，幅度較大。*，植物根系細胞在土壤中穿插受到細胞壁和周圍土壤強度的限制，根系細胞膨壓是根在土壤中游插的驅(qū)動力。
Taylor和Ratliff研究得出根細胞的膨壓一般約為700~1 200 kPa。也就是說土壤緊實度若高于此值，植物就會受到機械脅迫作用。Elders等研究發(fā)現(xiàn)，對于燕麥根系土壤緊實度大于3 600 kPa時，其根系生長就停止。
由此可見，我國中部地區(qū)土壤由于長年旋耕等原因，土壤緊實化的問題已經(jīng)顯得較為明顯。雖然0~15 cm土層土壤緊實度相對較小，不會對根系生長產(chǎn)生機械脅迫作用，但由于該層土壤含水量偏低，且不穩(wěn)定（見下圖2），土壤水分欠缺會脅迫根系生長。而下層土壤過于緊實，程度不同地對作物根系延伸有著機械脅迫作用。下層的土壤過于緊實，以及較高的水分含量，使得土壤氧氣不足，導致根系生長受限已經(jīng)被眾多學者所證實。
圖1還清楚地顯示，在小麥生育期間0~40 cm剖面范圍內(nèi)土壤緊實度變化過程明顯的與土壤水分變化過程相一致，尤其是在15~40 cm范圍內(nèi)，隨著水分升降而按照相反的趨勢在變化著。小麥播種40 d后，土壤剖面水分從22％下降到18％，土壤緊實度從800 kPa急劇增大到l 400 kPa，之后從第40~140 d時間里土壤墑情基本穩(wěn)定，土壤緊實度也幾乎沒有很明顯的變化；在第140~160 d期間，緊實度因為土壤墑情變化有一個降低過程，從第160天起，由于作物耗水和強烈的土壤蒸發(fā)，土壤緊實度也在急劇地增加到1 400 kPa以上較高水平。土壤的物理狀態(tài)受環(huán)境變遷過程的明顯作用，意味著土壤自身協(xié)調(diào)能力嚴重受損，土壤表現(xiàn)出現(xiàn)了明顯的"疲勞癥"。
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