Soil and Tillage Research | 不同土壤水分亏缺条件下草地土壤交通致压实与物理质量

题目：

Emanuela Lepore

University College Dublin, School of Agriculture and Food Science, Belfield, Dublin 4, Ireland

土壤压实被广泛认为是欧洲土壤退化的主要原因之一。农民和土地管理者需要这些信息来指导管理决策并防止交通引起的土壤压实。混合SMD模型预测的土壤水分亏缺(SMD)可以提供有关何时适合机械运输的土壤条件的信息。本研究的目的是调查土壤含水量与交通引起的土壤压实之间的关系，以及是否可以确定一个预测的SMD阈值水平，超过该阈值土壤可以进行运输而不会发生明显的土壤压实。该研究还评估了选定的土壤物理指标（如土壤容重和水稳性团聚体）在各种土壤含水量下指示土壤物理退化的能力。该实验是在爱尔兰韦克斯福德的中等排水草地上进行的。在一年四季的田间对配备满载泥浆罐车的拖拉机进行土壤机械运输进行了评估。在目标预测SMD + 10 mm（相对干燥的土壤）、0 mm（相对潮湿的土壤）和 −10 mm（相对潮湿的土壤）处实施交通。每次交通事件后，在车轮轨道中间的三个深度（0-10、10-20 和 20-30 cm）处采集样本以评估土壤容重。在第四次交通事件后，在相同的三个深度评估水团聚体稳定性。结果表明，在规划田间机械作业时，尤其是重复的交通事件时，当预测 SMD ≤ 0 mm 时，土壤容易发生物理退化。在预测 SMD 0 mm（接近田间持水量）的土壤上进行交通会导致两次交通事件后压实。然而，当预测SMD为 −10 mm 时，土壤容重与未交通土壤没有显著差异。当在预测 SMD 0 mm 和 −10 mm 交通土壤上测量水稳性团聚体时，表明土壤发生了物理退化。因此，当土壤在相对潮湿或饱和条件下（SMD -10 cm）运输时，仅凭容重并不能准确指示土壤结构质量。这些结果表明，避免在预测 SMD ≤ 0 cm时对草地土壤进行机械运输将有助于保护土壤物理结构。对于一年中可能发生多次机械操作的土壤，建议在预测 SMD > 0 cm时进行运输，以最大限度地减少土壤物理质量的损失。

Fig. 1.A: Experimental site location and aerial field photo. Each of the four blocks, representing field replicates, were divided in eight plots. B: Experimental design. Representation of the levels of traffic imposed on each plot: NT, no traffic serving as the control; RT, repeated traffic; ST, single traffic, and plots: D, dry soil trafficked when predicted SMD was +10 mm; M, moist soil trafficked when predicted SMD was 0 mm; W, wet soil trafficked when predicted SMD was −10 mm. C: Sampling design for soil bulk density measurements. The sampling area marked was established in the middle of the wheel track.

Fig. 2.Soil bulk density (Mg m⁻³) measured from repeated traffic (RT), and no traffic (NT) plots, at three depths, reported in a grid. The top left and right reports bulk density measured after the first (spring) and second (summer) traffic events, respectively, while the bottom left and right reports bulk density measured after the third (autumn) and fourth (winter) traffic events, respectively. Each plot represents the mean of four replicates, with corresponding upper level of the standard error.

Fig. 3.These results were obtained after four traffic events for the 0–10 cm depth soil layer. A: water-stable aggregates (WSA, %) for 0.25–2 mm fraction, and B: for the 2–5.6 mm fractions. The dashed lines in A and B represent the critical water-stable aggregate limit below which soil structural quality is considered poor. C: mean plot of soil bulk density, BD (Mg m⁻³). D: Reported bulk density values and corresponding volumetric water content (VWC, %). The different letters above the plots denote significant differences between values at p < 0.05 within the plots D (dry), M (moist), and W (wet).

Fig. 4.Soil bulk density - water content curves from Proctor laboratory test and field traffic. Field bulk density was measured from the 0–10 cm layer in the middle of the wheel track from ST plots, after a single traffic event imposed at different soil water contents during the experimental year.

预测的 SMD 能够推断机械运输导致土壤结构退化的潜在风险。当预测的 SMD 从 +10 mm减少到 0 mm时，土壤容重显著增加。当没有预测的土壤水分亏缺（负 SMD）时，我们发现单独的土壤容重并不是土壤结构退化的良好指标。在这些条件下，土壤容重和水稳性团聚体的组合可以更好地了解土壤结构质量状况。

生长季土壤上交通事件的次数增加会增加遭遇潮湿土壤条件的风险，从而导致土壤压实的风险增加。在本研究中，在春季和夏季，在田间持水量条件（SMD 0 mm）下，仅进行两次机械运输事件后，所有土层（深度达 30 厘米）的土壤容重均达到最高。在非常潮湿的条件下运输时，仅凭容重可能无法提供足够的土壤结构状态信息。在更广泛的土壤含水量范围内，需要结合水稳性团聚体和容重信息来捕捉机械运输后土壤结构的变化。

需要进行更多研究来完善预测 SMD 的明确阈值，超过该阈值压实风险就会增加。根据这项研究，该 SMD 阈值介于 0 mm和 +10 mm之间，并且可能会因季节、土壤类型和土壤排水等级而有所不同，以考虑先前的土壤湿度条件。然而，由于土壤对交通的物理反应跨越一系列测量的土壤水分含量，我们能够确定一个上限阈值，即大约 35.2% 的体积含水量，无论一年中的什么时候，这都是保持良好土壤结构所必需的。

虽然混合模型预测的 SMD 在田间精度方面存在一些限制，但基于这些发现，当预测 SMD = + 10 mm时，农民可以自信地在中等排水草地土壤上规划田间机械作业，同时降低土壤结构退化的风险。当 SMD 介于 +10 和 0 mm之间时，这种风险会增加。虽然 SMD 已显示出成为农民和农场顾问在临时草地管理决策中的重要工具的潜力，但应该认识到土壤的机械特性主要受实际含水量和吸力的控制，而不仅仅是 SMD。因此，在开始田间作业之前，国家气象预报服务提供的预测 SMD 信息应该由对土壤条件的实时田间观测支持。