有机物料还田对土壤导水导气性的综合影响

赵丽丽，李陆生，蔡焕杰，石小虎，薛少平

（1西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌 712100；2中国旱区节水农业研究院，陕西杨凌 712100；3华北水利水电大学水利学院，郑州 450046；4西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌 712100）

0 引言

【研究意义】陕西关中平原是我国主要的粮食生产区，以小麦-玉米轮作为主，一年两熟，属高度集约化农业生产区，具有悠久连续的农耕历史[1]。该区土壤类型以土为主，是基于黄土母质，伴随长期土粪堆垫，经反复旱耕、熟化发育而成的土壤[2]。关中平原受到长期灌溉、过量施用化肥和小型农机具耕作（以旋代耕）等农田管理措施的影响，土壤有机质流失（一般低于15 g·kg-1），土壤紧实、硬化、板结普遍发生，破坏了土壤孔隙结构，阻断了土壤水分和空气与外界的交换媒介，降低了土壤导水导气性能[3-5]。土壤导水导气性反映土壤水分和空气的更新速率，直接关系到土壤水气的流通、贮存及对作物的供应是否充分、协调，影响土壤热和养分状况，对作物的生长发育和产量形成具有重要的指导意义[6-9]。有机物料和化肥配施，综合了有机物料持久性和化肥速效性的优点，既能为农作物生长提供充足的养分，又能改善土壤孔隙结构，提高土壤导水导气性，为作物正常生长创造良好的水分和空气环境[10-12]。【前人研究进展】目前，关于施加有机物料对红壤[13]、潮土[14]、石灰性黑钙土[15]、砂姜黑土[16]和变性土[17]的孔隙分布、水分常数及水分入渗参数等的影响已有较多报道。针对土，YU等[18]和丁奠元等[19]研究指出秸秆粉碎氨化还田促进土壤孔隙结构发育，增加土壤总孔隙度和结构孔隙度，培肥土壤，改善土壤耕性；SHI等[20]和 ZHANG等[21]发现长期有机无机肥配施显著提高了土的非饱和导水率。而关于添加有机物料对土壤导气性的影响，国外学者指出施加稻壳或粪肥能够增加土壤大孔隙，改善土壤孔隙连通性，提高土壤导气性[22-24]。国内仅陈帅等[25]、罗松等[26]和王卫华等[27]利用 PL-300仪器分析了开垦年限、秸秆覆盖、覆膜和改良剂等田间管理措施下土壤导气性的变化。【本研究切入点】虽然以上研究考虑了有机物料还田对土壤孔隙结构、水力传导特征或导气性的影响，但缺乏其对土壤导水导气性的综合评价。另外，关中平原施用有机物料种类多样，故需对比不同有机物料还田对土壤导水导气性的改善效果，以确定最优还田模式。【拟解决的关键问题】本研究选取麦秆、麦壳、土粪和生物肥4种当地常用的有机物料，通过2年田间小区定位试验，分析其与化肥配施对0—30 cm土层土壤孔隙性和导水导气性的影响，并基于主成分分析获取不同土层改善效果最优的有机物料还田方式，旨在为关中平原地区合理利用有机物料资源及农业生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014年6月至2016年6月在西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室节水灌溉试验站进行（108°04′ E，34°17′ N，海拔 521 m）。该区属典型的暖温带半湿润季风气候，年均无霜期 210 d，日照时数2 164 h，气温13 °C，降水量632 mm，蒸发量1 510 mm。供试土壤类型为土（土垫旱耕人为土，Eum-Orthic Anthrosols），播前土壤基本理化性质见表1。

1.2 试验设计

试验田种植制度为冬小麦-夏玉米轮作。采用小区试验设计，共 5个处理：化肥（CK）；化肥+麦秆（MWS）：秸秆晒干后切割成约2 cm的小段；化肥+麦壳（MWH）：麦壳晒干粉碎后过10目筛备用；化肥+土粪（MFS）：土粪为当地农民腐熟好的羊粪和土壤的4﹕1混合物；化肥+生物肥（MBF）：生物肥为土粪+微生物菌剂（60 kg·hm-2，有效活菌数≥2×108cfu/g），各处理重复3次，固定小区定位处理，小区面积为30 m2（7.5 m×4.0 m），不同有机物料基本理化性质见表 2。试验前，田间肥料管理措施为单施化肥，施肥种类为尿素（46%N）和磷酸二铵（18%N，46%P2O5），冬小麦季施用150 kg N·hm-2，110 kg P2O5·hm-2，全部基施；夏玉米季施用 170 kg N·hm-2，170 kg P2O5·hm-2，60%基施，40%于大喇叭口期追施。有机物料还田试验，化肥施用量和施用方式遵循试验前农田施肥习惯，有机物料施用量为 20 000 kg·hm-2（干重）。播种前将化肥和有机物料均匀撒于小区地表，用铧式犁翻地1遍，旋耕机旋地2遍耙平土地，作业深度约25 cm。其他管理根据当地常规操作进行。

表1 播前0—30 cm土层土壤基本理化性质Table 1 Initial physio-chemical characteristics of the 0—30 cm soil layers in the experimental field under investigation

表2 试验用有机物料的理化性质Table 2 Physico-chemical characteristics of the applied organic materials

1.3 测定项目与方法

于2015年6月和2016年6月小麦收获前在各小区按三角形选取3个样点取样。利用土钻（直径5 cm）分层（每10 cm一层）取土至30 cm，采用烘干法测定土壤水分，比重瓶法测定土粒密度。用环刀（Φ5.046 cm×5 cm）分3层（2—7 cm、12—17 cm、22—27 cm）取原状土，采用环刀法测定土壤容重和10 kPa土壤水吸力条件下的土壤含水量（田间持水量）；根据土壤毛管水上升理论，10 kPa土壤水吸力条件下的土壤体积含水率等于土壤小孔隙（＜30 μm），同等土壤水吸力条件下的孔隙度等于土壤大孔隙（≥30 μm）[8]。土壤入渗性能采用环刀法测定，初渗率为初始3 min的平均入渗率；稳渗率为达到稳渗时的入渗率；平均入渗率为达到稳渗时的渗透总量与入渗时间的比值；因土壤入渗率在75 min均已达到稳定，为便于比较，累积入渗量取90 min的渗透总量。土壤饱和导水率采用定水头法测定[7]，土壤导气率在10 kPa土壤水吸力条件下采用一维稳态法测定[28]。于2014年6月（试验前）在试验田随机选取6个样点取样，测定土壤孔隙性和导水导气性相关指标的初始值（PT）。

土壤导气率和孔隙连通性的计算方法如下：

（1）土壤导气率

式中：ka为土壤导气率（μm2）；µ为干空气动态黏滞系数（Pa·s）；Z为土样高度（m）；Q为气体传导速率（m3·s-1）；A为横截面积（m2），ΔP为土柱管内密闭空间压强与大气压强差（Pa）。

干空气黏滞系数受温度影响，估算公式如下：

式中：T为空气温度（℃）。

（2）GROENEVELT等[29]提出反映土壤孔隙连通性的指标PO

式中：PO为孔隙连通性指标（μm2）；ka为一定土壤水吸力条件下（10 kPa）的土壤导气率（μm2）；ε为同等土壤水吸力条件下的土壤孔隙度（%）。

土壤导气率选用10 kPa土壤水吸力（土壤含水量接近田间持水量）条件下的数值，而未采用土壤完全干燥条件下的数值，具有明显优势：完全干燥条件下的土壤易收缩，产生较大裂缝，土壤结构遭受破坏，影响测量精度[30]；土壤导气率与大孔隙中水流密切相关，当土壤含水量接近田间持水量时，气体流动主要发生于大孔隙中[7]，易于探索土壤导气率和孔隙结构之间的关系；前人研究主要探讨10 kPa土壤水吸力条件下的土壤导气率变化特征，本研究选用相同的测定条件便于引用前人成果。

1.4 数据处理

通过SPSS 20.0进行显著性分析和主成分分析，利用Origin 8.0绘图。

2 结果

2.1 土壤孔隙性

土壤孔隙性包括孔隙度、孔隙分布和孔隙连通性，是土壤结构特征的反映，直接影响土壤导水导气性[7,19]。综合分析有机物料连续 2 年还田不同土层土壤孔隙性的变化特征（表 3）。结果表明：有机物料还田改善0—10 cm土层土壤容重和孔隙度，但未达到显著水平（P＞0.05），可能受田间管理措施影响较大。各有机物料处理0—10 cm土层土壤大孔隙较CK和 PT显著（P＜0.05）增加 25.5%—66.8%，其中以MWS处理增幅最大，说明该影响与有机物料自身结构特性有关（麦秆具有大量纤维结构（表 2），起到疏通土壤大孔隙的作用）。另外，MWS和MWH处理0—10 cm土层土壤孔隙连通性较CK和PT显著（P＜0.05）增加93.1%—221.2%。

有机物料连续还田 2年对土壤产生了直接的稀释效应[31]，降低了10—20 cm土壤容重、增加了土壤孔隙度，其中MWS、MWH和MFS处理均达到显著（P＜0.05）水平，较 CK和 PT土壤容重降低了3.2%—5.1%，土壤孔隙度增加了3.9%—6.0%。而且，高量有机物料还田可增加土壤有机质含量，疏松土壤，改善土壤容重和孔隙度，进而提高土壤孔隙连通性[22]。各有机物料处理10—20 cm土层土壤孔隙连通性较 CK和 PT显著（P＜0.05）增加了64.9%—374.5%。在孔隙分布方面，仅MWS处理2 年后显著（P＜0.05）增加 10—20 cm 土壤大孔隙，而MWH、MFS和MBF处理作用于土2年均显著（P＜0.05）增加10—20 cm土层土壤小孔隙，可能是由于有机物料还田疏松0—10 cm土层的土壤，灌水和降水过程导致表层土黏粒向下层土壤迁移，堵塞10—20 cm土层部分大孔隙，增加小孔隙[31]，而麦秆因具有大量纤维结构，更有利于形成大孔隙[19]；也可能是由于较低C/N比的有机物料（表2）腐解速率更快，可较快速的改善土壤微生物活性和土壤结构，有利于增加团聚体内部的小孔隙[18,20]。

有机物料连续2年还田，20—30 cm土层土壤大孔隙较CK和PT显著（P＜0.05）增加58.5%—136.4%，土壤小孔隙较CK和PT显著（P＜0.05）减少9.3%—17.9%；可能是有机物料还田促进了作物根系生长和土壤动物活动，有效增加了生物大孔隙[12]。但有机物料还田没有改善20—30 cm土层的孔隙连通性，MWH和MWS处理土壤孔隙连通性甚至显著（P＜0.05）降低，较CK和PT减小29.6%—52.5%，这可能受生物大孔隙的弯曲度影响。

2.2 土壤入渗性能

土壤入渗性能反映土壤导水性，是重要的土壤物理性质[7,20]。由图1可知，不同有机物料连续2年还田试验中，同一土层土壤初渗率、稳渗率、平均入渗率和90 min累积入渗量的变化规律基本一致。各有机

物料处理较CK和PT显著（P＜0.05）增加0—10 cm土层土壤初渗率 0.10—2.94 cm·min-1，稳渗率0.11—1.78 cm·min-1，平均入渗率 0.11—1.98 cm·min-1和累积入渗量9.73—175.15 cm，其中，MWS处理效果显著最优（P＜0.05），主要原因是MWS处理土壤大孔隙相对较多，对土壤入渗性能有显著正作用。同时，各有机物料处理较CK和PT也显著（P＜0.05）增加了 10—20 cm 土层土壤初渗率 0.14—1.57 cm·min-1，稳渗率 0.15—1.06 cm·min-1，平均入渗率0.16—1.33 cm·min-1和累积入渗量14.02—120.21 cm，而MBF处理效果显著最优（P＜0.05）。可能由于生物肥含有大量有效活菌，增加土壤微生物生物量，增强微生物活性，微生物的菌丝可有效地黏结土壤矿物颗粒，促进良好的团粒结构的形成，改善了土壤孔隙性，进而提高土壤入渗性能，土壤亚表层表现尤其明显[19,32]。同理，MBF处理对20—30 cm土层土壤入渗性能的改善效果也达到显著（P＜0.05）水平，较CK和 PT增加土壤初渗率 0.03—0.14 cm·min-1，稳渗率0.02—0.05 cm·min-1，平均入渗率 0.02—0.05 cm·min-1和累积入渗量2.06—4.88 cm。

表3 2014—2016年有机物料还田不同土层土壤容重、孔隙度、孔隙分布和孔隙连通性变化Table 3 Changes in soil bulk density, total porosity, macro and micro-porosity distribution and pore continuity of different depths with various organic amendments to soils in 2014-2016

图1 2014—2016年有机物料还田不同土层土壤入渗速率变化Fig. 1 Changes in soil infiltration rates of organic amendments at different depths in 2014-2016

2.3 土壤饱和导水率

土壤饱和导水率反映土壤导水性，是土壤水分和溶质运移的重要水力参数[7,20]。如图2-a和2-b所示，不同有机物料连续2年还田试验中，各土层土壤饱和导水率与土壤入渗性能变化规律相似。与CK和PT对比，有机物料还田显著（P＜0.05）提高0—20 cm土层土壤饱和导水率0.05—0.72 cm·min-1。其中，MWS处理在0—10 cm土层增幅最大，达0.63—0.72 cm·min-1，而MBF处理在10—20 cm土层增幅最大，达0.23—0.43 cm·min-1。MBF处理较CK和PT也显著（P＜0.05）增加了20—30 cm土层土壤饱和导水率，增幅为 0.01—0.02 cm·min-1，其他处理间无显著差异（P＞0.05）。

图2 2014—2016年有机物料还田不同土层土壤饱和导水率和导气率（10 kPa）变化Fig. 2 Changes in saturated hydraulic conductivity and air permeability at -10 kPa soil matric suction of organic amendments at different depths in 2014-2016

2.4 土壤导气率

土壤导气率是土壤导气性的重要指标，可充分反映土壤孔隙和土壤结构特征[6,24]。图2-c和2-d为不同有机物料还田土壤导气率的剖面分布特征。MWS和MWH处理较CK和PT显著（P＜0.05）增加0—10 cm土层导气率2.1—5.1倍，这与MWS和MWH处理具有较多的土壤大孔隙和良好的孔隙连通性有关。而且MWS和 MWH处理由于较好的孔隙连通性，较 CK和PT显著增加了10—20 cm土层导气率（P＜0.05）。另外，MBF处理由于增加了土壤微生物的腐解作用，使得土壤颗粒的团聚作用加强，土壤孔隙连通性增加[22]，能够显著改善10—20 cm土层导气率。各处理20—30 cm土层导气率均较低，但MBF和MFS处理土壤导气率较 CK和PT显著增加 0.6—1.2倍（P＜0.05），这主要因为增施土粪和生物肥增加了蚯蚓数量和土壤生物活性，进而增加了土壤生物大孔隙，改善土壤通气性[24]。

2.5 土壤导水导气性综合评价

结合土壤孔隙性（1.容重、2.孔隙度、3.大孔隙、4.小孔隙，5.孔隙连通性），导水性（6.初渗率、7.稳渗率、8.平均入渗率、9.90 min累积入渗量、10.饱和导水率）和导气性（11.土壤导气率）三类因子进行主成分分析（对容重进行同趋化处理），所有数据为两次取样的平均值。由图3可知，土壤导水性和导气性在0—10 cm和10—20 cm土层存在分异，在20—30 cm土层几乎重合。在0—10 cm土层，土壤导水性参数与大孔隙最接近（r=0.854—0.889，P＜0.01），土壤导气性参数与容重（r=-0.807，P＜0.01）、孔隙度（r=0.810，P＜0.01）和孔隙连通性（r=0.975，P＜0.01）最接近。土壤导水导气性参数与小孔隙分布相反（r=-0.533—-0.909，P＜0.01），相关系数均为负值。MWS处理0—10 cm土层土壤导水导气性综合得分最高（表4），主要是因为增施麦秆增加土壤大孔隙、提高土壤水力传导能力，效果最优；而且，增施麦秆也显著改善了土壤孔隙连通性和导气性。在10—20 cm土层，各土壤参数的分布情况与0—10 cm土层基本相似。MBF处理10—20 cm土层导水导气性综合得分最高，原因为生物肥相对于其他有机物料增加了土壤微生物的数量和活动范围[32]，提高了土壤孔隙连通性，不仅改善了土壤导气性，而且对土壤导水性的改善效果达到了最优。在 20—30 cm土层，生物肥增加土壤大孔隙，优化土壤孔隙结构，土壤导水导气性参数均与MBF处理最接近，综合得分最高。

3 讨论

3.1 有机物料还田对土壤导水性的影响

图3 各处理土壤导水导气性的主成分分析Fig. 3 Principal component analysis of soil water-gas transport parameters

表4 有机物料还田对土壤导水导气性影响的综合得分Table 4 Comprehensive scores of effects of organic amendments on soil water-gas transport properties

已有研究表明有机物料还田能有效提高土壤有机质含量，降低土壤容重，改善土壤孔隙结构，进而增强土壤水分传导性能，具有较好的土壤储水效能[21,33]。这种改善效果大部分是通过多年连续应用有机物料实现的[20-21,34]。但也有短期试验研究发现有机物料还田可显著改善土壤导水性[12,17,35]，例如YAZDANPANAH等[33]研究表明30 000 kg·hm-2有机废弃物和苜蓿草渣还田2年可显著改善土壤导水性能。与此相似，本研究在关中平原上开展了 2年高量有机物料还田试验（20 000 kg·hm-2），发现增施麦秆、麦壳、土粪和生物肥均能显著增加0—20 cm土层土壤入渗性能和饱和导水率（图1，2-a和2-b）。一方面是因为有机物料具有高纤维素含量和低容重特性（表 2），将其施于农田可有效降低土壤紧实状况，增加有效孔隙数量，改善土壤导水性能[33,35]。另一方面，有机物料还田，增加土壤有机质含量，存在于土壤有机质中的长链分子能有效地束缚和黏结矿物颗粒，稳定土壤团聚结构，加快土壤孔隙结构的形成，促进土壤已有孔隙向更大孔隙发育[19]（表 3），而大孔隙作为土壤水分运移的优势路径[8-9]，对土壤入渗性能和饱和导水率有显著的正作用（图3）。WATSON和LUXMOORE[36]指出超过 70%的壤中流发生于大孔隙中。CARMEIRA等[37]发现土壤大孔隙对土壤总入渗量的贡献率达到85%。KUNCORO等[8]也表明添加有机物料条件下，土壤大孔隙解释了土壤饱和导水率79%的变异。然而，郭慧超等[38]通过室内土柱模拟试验，发现添加生物有机肥能显著减小土饱和导水率，主要原因是有机肥与土壤充分混合后直接进行试验，缺少有机肥分解过程，土壤饱和后有机肥膨胀占据土壤大孔隙，降低了土壤饱和导水率。

另外，不同有机物料施加量虽相同，对土壤导水性的改善效果却存在差异（图1，2-a和2-b），这与有机物料自身属性相关[32-33]。4种有机物料中，麦秆含有大量的纤维结构，干容重最低（表 2），且呈约2 cm长的段状，经翻压大部分留于表层土[18]，对0—10 cm土层的稀释作用最强，导致土壤容重最低，土壤大孔隙最多，进而对土壤导水性的改善效果最好。另外，麦秆具有高有机碳含量和高C/N比特征（表2），利于土壤有机碳积累，显著增加0—10 cm土层大孔隙（表 3），对土壤导水性能的改善效果显著优于其他有机物料[35,39]。相反，微生物肥由于其低有机碳含量和低C/N比特征（表2），矿化速率高，腐解快，不利于稳定土壤有机碳[32]。但是，生物肥具有大量有效活菌，可增强土壤生物活性和土壤团聚作用，改善土壤孔隙分布，提高土壤孔隙连通性发育程度，促进土壤水分入渗，提高土壤饱和导水率，尤其是在10—30 cm土层，其改善效果最优（图1，2-a和2-b）。BORIE等[40]和 CELIK 等[32]也表明表层土壤由于受田间管理措施的影响较大，抑制土壤微生物的作用，而亚表层具有更好的微生物环境，促使土壤微生物数量和活性增加，有利于团聚体稳定胶结物质的形成，改善土壤孔隙结构，提高土壤水分传导性能。

3.2 有机物料还田对土壤导气性的影响

有机物料还田后经腐解可有效改善土壤孔隙结构，促进土壤空气与外界的交流，提高土壤导气能力[24]，具有较好的土壤通气效能。已有研究表明有机物料经翻耕还田后大部分混于耕层土壤[20-21]，因此其对耕层土壤导气性的影响尤其明显。本研究表明有机物料还田改善了0—20 cm土层土壤导气率，其中，增施麦秆和麦壳达到显著水平（图2-c和2-d），这不仅受土壤大孔隙的影响，还与土壤孔隙连通性密切相关（图 3）。试验表明麦秆和麦壳还田较单施化肥显著增加0—20 cm土层孔隙连通性，改善土壤导气性（表3，图2-c和 2-d），这与 ARTHUR等[22]和KHAN等[23]的研究结果类似。此外，HUBBE等[41]研究表明土壤导气性还与添加的有机物料种类密切相关，增施高纤维素含量的有机物料，对改善土壤导气性发挥显著正作用。这可能也正是本研究中麦秆和麦壳对 0—20 cm土层导气性的改善效果优于土粪和生物肥（尤其在0—10土层达到显著水平）的原因。虽然生物肥的纤维素含量相对较低（表 2），但能有效增加亚表层土壤微生物生物量和蚯蚓数量[32]，促进作物根系生长[22]，有利于形成生物大孔隙[24]并改善孔隙连通性，促使10—20 cm和20—30 cm土层的导气性得以显著提高。有机物料还田条件下，良好的土壤导气性不仅改善土壤肥力和土壤结构，而且阻碍土壤CO2和N2O排放，起到保护土壤环境和大气环境的作用[24]。然而，KUNCORO 等[8-9]表明土壤大孔隙相同的情况下，添加有机物料降低了土壤孔隙连通性，对土壤空气传输产生阻碍作用。这是因为有机物料未经腐解直接混于土壤，增加土壤黏粒质量分数，提高黏粒与土壤颗粒的聚集作用，阻塞了部分大孔隙，降低了土壤孔隙连通性和导气性。

3.3 土壤导水导气性的综合改善建议

由于关中平原长期单施化肥，以旋代耕造成土壤物理性质发生“隐型退化”，土体内部紧实，0—10 cm耕层土壤容重介于1.04—1.34 g·cm-3，符合农作物正常生长需要；而20—40 cm土壤容重在1.46—1.70 g·cm-3范围内，约36%的农田超过了1.60 g·cm-3的极限容重值[4]。土壤紧实阻碍土壤水分运移与气体交换，限制作物根系下扎，影响作物正常生长[8,21]。有机物料具有低容重、高孔隙度、高有机碳含量和高纤维结构等自然属性[32]，应用于农田可改善土壤孔隙结构并提高土壤导水导气性[24,35]，对黏粒含量相对较高的土壤其改善效果尤其明显[33]，因此，有机物料还田是关中平原（土）必要的农田管理措施。有机物料还田对土壤导水导气性的综合作用与其施加量和施加类型有关，需要在农田运用中重点考虑[33,41]。YAZDANPANAH等[33]和王晓娟等[42]指出短期（2年）有机物料还田对土壤紧实状况的改善效果随施加量的增加而增加。在施加量相同的条件下，不同有机物料类型因自身结构特性差异，对不同土层土壤导水导气性的影响存在差异[33,41]。本研究运用主成分分析对土壤导水导气性进行综合评价发现：增施麦秆和生物肥分别在0—10 cm和10—30 cm土层对土壤导水导气性的改良效果达到最优（图 3）。鉴于关中平原农田亚表层土壤的紧实化问题严重，0—30 cm土壤呈“上松下紧”的结构特征[4]，本研究认为增施生物肥为相对最优的有机物料还田方式，较其他有机物料处理显著改善10—30 cm土层导水导气性，有效缓解亚表层土壤紧实状况，提高土壤透水通气性。因此，在有机物料管理措施应用初级阶段，宜采用高量生物肥还田以构建合理的耕层结构，提高根层土壤水分和空气含量[22,33]，为种子萌发、根系发育和开花结果等作物生长过程提供良好水气条件和肥力条件[7]，增加作物产量和水分利用效率[5,18]，对提高关中平原农田土壤生产力具有重要意义。另外，生物肥原料充足[43]，易于制备，成本不高，在生产实践中可操作性强，可推广应用。

已有研究表明有机物料还田对土壤透水通气性能的正作用主要集中在耕作层[20-21]，为了更有效的改善土犁底层紧实程度，构建合理的耕层结构，促进耕层和心土层之间的水气交换，需将有机物料还田与合理的耕作方式相结合[44-47]。王秋菊等[44]发现深耕+秸秆还田对土壤饱和透水系数和通气系数的改善效果优于旋耕，但由于深耕成本高，易造成耕层养分下降，不建议连续深耕。相对于连年深耕，免耕和深松隔年轮耕可有效打破犁底层加深耕层，增加犁底层的孔隙度，改善土壤保水力和通气性[45]。翟振等[46]进一步研究不同深松作业深度的改土效果，发现对试验地进行25 cm深度的深松，形成耕层25 cm，犁底层5 cm的耕层构造，为相对较好的犁底层改良方式；与全虚耕层构造相比，既可节省农机动力消耗，又有透水、增产效能。秸秆心土混合犁[47]也是一种改善犁底层土壤结构并增加作物产量的有效措施，但其存在机械作业效率低、动力节余和浪费能源等弊端，可操作性相对较差。综上所述，免耕和深松（作业深度约25 cm）隔年轮耕与生物肥相结合，既可避免连年深耕的高成本和养分流失的弊端，又能改善犁底层土壤结构，增加土壤导水导气性，可能为缓解土“隐型退化”的有效措施。

此外，增施有机物料对农田土壤导水导气性的影响是一个渐进式的作用过程，经过多年连续定位试验后更能体现有机物料还田的实际效果。有机物料长期应用过程中，如何科学组装有机物料施加类型、施加量和耕作措施，实现土壤导水导气性的综合提升，推进资源节约和环境保护双赢，有待进一步长期深入的研究。

4 结论

不同种类有机物还田对各土层土壤导水导气性的影响存在差异。有机物料还田与单施化肥相比显著增加0—10 cm土层大孔隙，提高土壤入渗性能和饱和导水率，其中增施麦秆的改善效果最优；而且有机物料还田也改善了0—10 cm土层孔隙连通性和导气率，增施麦秆和麦壳达到显著水平。同时，各有机物料还田相对于单施化肥显著增加 10—20 cm土层孔隙连通性，改善土壤入渗性能和饱和导水率，尤其是增施生物肥，土壤导水性参数显著优于其他有机物料处理；增施生物肥较单施化肥也显著增加了10—20 cm土层导气率。另外，增施生物肥较单施化肥显著提高20—30 cm土层土壤大孔隙、入渗性能、饱和导水率和导气率。

综合考虑土壤孔隙性、导水性和导气性因素，发现有机物料还田为综合改善土导水导气性的有效措施，增施麦秆对0—10 cm土层的改善效果最优，增施生物肥对10—30 cm土层的改善效果最优。因此，建议在关中平原上增施生物肥，可有效改善亚表层土壤紧实状况，实现土导水导气性最优的改善效果。

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