全球土壤压实防治策略：综合指南

土壤压实，即土壤颗粒的压缩，是一个普遍存在的环境问题，影响着全球的农业生产力、水分渗透和整体生态系统健康。这是一个跨越地理界限的退化过程，对撒哈拉以南非洲的小农户和北美或欧洲的大型商业化农场都造成了同样的影响。了解其成因、影响和有效的预防策略对于全球可持续土地管理至关重要。

了解土壤压实

当外部压力压缩土壤颗粒时，就会发生土壤压实，从而减少孔隙空间并增加土壤密度。这种减少的孔隙空间限制了空气和水的流动，阻碍了根系生长和养分吸收。其结果是作物减产、土壤侵蚀加剧以及整体土壤健康状况下降。

土壤压实的成因

土壤压实的主要原因有：

• 重型机械：拖拉机、收割机和喷洒机等农业设备会对土壤表面施加巨大压力，尤其是在潮湿土壤上作业时。每次通行都会加剧这种机械的影响。
• 牲畜踩踏：集约化放牧会导致严重的土壤压实，尤其是在牲畜密度高的地区。这是全球牧区的一个重要问题。
• 耕作方式：传统的耕作方法虽然旨在疏松土壤，但可能导致耕作层下方的土壤压实，形成限制根系生长的“犁底层”。
• 建设活动：包括道路建设和城市发展在内的建筑项目通常涉及重型机械和土方工程，导致大范围的土壤压实。
• 自然因素：某些土壤类型，如粘土，比其他土壤更容易压实。反复的干湿循环也会随着时间的推移导致压实。

土壤压实的影响

土壤压实的后果是深远的，影响到环境和农业可持续性的多个方面：

• 作物产量下降：压实的土壤限制了根系生长，从而限制了对水分和养分的获取，最终导致作物减产。从澳大利亚的麦田到东南亚的稻田，各地区的研究都表明，压实导致了显著的产量下降。
• 土壤侵蚀加剧：压实土壤的入渗率降低，导致地表径流增加和土壤侵蚀加剧。这在坡地和易发暴雨的地区尤其成问题。
• 水质下降：压实土壤增加的径流会将沉积物、养分和污染物带入水道，降低水质并损害水生生态系统。
• 根系生长受阻：致密、压实的土壤物理上阻碍了根系的穿透，限制了根系的探索和对基本资源的获取。
• 养分有效性降低：压实的土壤限制了有益土壤微生物的活动，而这些微生物在养分循环和有效性中起着至关重要的作用。
• 温室气体排放增加：土壤压实会减少碳封存并增加温室气体的排放，从而加剧气候变化。

全球土壤压实防治策略

预防土壤压实对于维持土壤健康和确保长期农业生产力至关重要。需要根据特定区域条件量身定制一套综合管理措施，以实现有效预防。

1. 减少机械通行

减少机械通行的频率和强度是预防土壤压实的重中之重。策略包括：

• 可控交通耕作 (CTF)：CTF 将所有机械交通限制在固定的轮迹上，使田地的大部分区域不受干扰。该系统最大限度地减少了受压实的面积，并促进了非通行区域更健康的土壤结构。从澳大利亚的大型农场到欧洲的小型农场，CTF 在全球范围内得到实践。
• 降低轴载：使用轴载较轻的机械可以减少施加在土壤上的压力。考虑使用更宽的轮胎，将重量分布在更大的表面积上。
• 优化轮胎充气压力：保持适当的轮胎充气压力对于最大限度地减少土壤压实至关重要。降低轮胎压力会增加接触面积，从而减少施加在土壤上的压力。
• 把握田间作业时机：避免在土壤潮湿时进行田间作业至关重要。湿土比干土更容易被压实。应在较干燥的时期或土壤具有足够承载力时安排作业。

2. 实施免耕或少耕措施

耕作方式可能导致土壤压实，尤其是在耕作层以下。免耕或少耕系统可以最大限度地减少土壤扰动，并促进土壤结构的改善。

• 免耕农业：免耕农业是指不翻耕土壤，直接在前茬作物的残茬中播种。这种做法可以保持土壤水分、减少侵蚀，并随着时间的推移改善土壤结构。免耕在北美和南美被广泛采用，并在其他地区日益普及。
• 少耕：少耕系统最大限度地减少了耕作作业的强度和频率。这些系统旨在减少土壤扰动，同时仍能提供足够的苗床准备。
• 覆盖作物种植：在经济作物之间种植覆盖作物可以改善土壤结构，增加有机质含量，并保护土壤免受侵蚀。覆盖作物还通过其根系破碎密实土层，有助于缓解土壤压实。

3. 增加土壤有机质

增加土壤有机质含量可以改善土壤结构、团聚作用和持水能力，使土壤对压实更具弹性。

• 添加有机改良剂：施用堆肥、粪肥和绿肥等有机改良剂可以显著增加土壤有机质含量。这些改良剂还为植物生长提供必需的养分。
• 作物轮作：实施多样化的作物轮作可以改善土壤健康并增加有机质含量。不同的作物有不同的根系和养分需求，这有助于改善土壤结构。
• 残茬管理：收获后将作物残茬留在土壤表面可以保护土壤免受侵蚀，保持水分，并随着时间的推移增加有机质含量。

4. 管理牲畜放牧

适当的放牧管理对于防止牧场和草原的土壤压实至关重要。

• 轮牧：轮牧涉及将牧场划分为较小的围场，并在其中轮流放牧牲畜。这使得植被得以恢复，并防止了可能导致土壤压实的过度放牧。
• 载畜率管理：保持适当的载畜率对于防止过度放牧和土壤压实至关重要。载畜率应根据土地的承载能力进行调整。
• 提供备用水源：在远离敏感区域的地方提供备用水源，可以减少牲畜的集中，并最大限度地减少水源点周围的土壤压实。

5. 改良压实土壤

虽然预防是理想的，但有时也必须处理现有的土壤压实问题。有几种方法可用于改良压实土壤：

• 深耕：深耕涉及使用深松机或凿形犁等专用工具来破碎土壤剖面深处的压实层。然而，深耕可能耗能巨大，如果实施不当，可能对土壤结构产生负面影响。
• 种植深根覆盖作物：种植具有深穿透根系的覆盖作物，如萝卜或芜菁，可以帮助自然地破碎压实的土壤层。
• 施用石膏：施用石膏（硫酸钙）可以改善土壤结构并减少压实，尤其是在粘土中。石膏有助于粘土颗粒絮凝，形成更大的团聚体并改善水分渗透。

案例研究与全球范例

世界各地有几个地区已成功实施了土壤压实防治策略。以下是一些例子：

• 澳大利亚：澳大利亚农民广泛采用可控交通耕作 (CTF) 来最大限度地减少大规模种植系统中的土壤压实。事实证明，CTF 可以提高产量、降低投入成本并改善土壤健康。
• 欧洲：许多欧洲国家已经实施法规，限制在农田上使用重型机械，尤其是在潮湿时期。这些法规旨在防止土壤压实和保护土壤资源。
• 南美洲：免耕农业在南美洲被广泛实践，尤其是在巴西和阿根廷。事实证明，免耕可以改善这些地区的土壤结构、减少侵蚀并提高作物产量。
• 非洲：在非洲部分地区，农民正在使用保护性农业实践，如免耕和覆盖作物种植，以改善小农耕作系统中的土壤健康并防止土壤压实。
• 北美洲：变量施用技术的采用使农民能够根据土壤状况有针对性地施用肥料和种子，这可以缓解压实问题。

土壤压实评估工具与技术

准确评估土壤压实对于确定是否需要采取预防或修复措施至关重要。有多种工具和技术可用于评估土壤压实：

• 贯入仪：贯入仪测量土壤对贯入的阻力，从而提供土壤密度和压实度的指标。
• 土壤密度测量：测量土壤容重可以直接评估土壤压实情况。
• 土壤目测评估：土壤目测评估涉及观察土壤结构、团聚体和根系生长，以评估土壤健康和压实状况。
• 锥形贯入测试 (CPT)：CPT 是一种先进技术，使用专门的锥体测量土壤对贯入的阻力。
• 地球物理方法：地球物理方法，如电阻率层析成像 (ERT)，可用于绘制大面积的土壤压实模式图。

政策与法规

政府和国际组织在通过政策和法规促进土壤压实防治方面发挥着至关重要的作用。

• 土地利用规划：实施限制在敏感土壤上进行开发的土地利用规划法规，有助于防止土壤压实。
• 激励计划：为采用土壤保持措施（如免耕和覆盖作物种植）的农民提供财政激励，可以鼓励采纳土壤压实防治措施。
• 教育与推广：教育农民和土地所有者了解土壤压实的原因和影响，并推广最佳管理实践，可以提高认识并鼓励负责任的土地管理。
• 研究与开发：投资于研发，开发新的土壤压实防治技术和策略，对于长期可持续性至关重要。

结论

土壤压实是一个重大的全球性环境问题，威胁着农业生产力、水质和整体生态系统健康。防治土壤压实需要一套根据特定区域条件量身定制的综合管理措施。通过减少机械通行、实施免耕或少耕、增加土壤有机质、管理牲畜放牧以及利用适当的工具和技术，我们可以保护我们的土壤，并确保子孙后代的长期可持续性。持续的全球合作、知识共享和适应性策略是成功防治土壤压实和实现全球可持续土地管理的关键。