不同机械压实条件下黑土性质及入渗特征变化研究

马仁明，付 娟，贾燕锋，范昊明，张博翔，李 爽，张 茜，于茗耀，杨明春，李梦缘

（沈阳农业大学水利学院/辽宁省水土流失防控与生态修复重点实验室，沈阳 110161）

东北黑土区作为我国重要商品粮生产基地，年均粮食总产量占全国25%以上，是国家粮食安全的“压舱石”。早在1959年，东北地区就开始推进农业机械化，至2019年黑龙江省、吉林省、辽宁省综合机械化率分别达到97%、81%和85%[1]。农业机械水平的提高不但大幅提高了农田作业效率，同时也使农田土壤遭受严重的机械碾压，甚至导致作物减产、土壤退化等[2]。研究发现，当机械接地压力大于50 kPa就会发生土壤压实[3]，但进行农田机械作业时接地压力通常超过70 kPa[4]，即大部分的农田机械作业活动均使农田土壤遭受压实影响，尤其黑土土壤质地黏重，更易遭受压实影响[5]。

土壤入渗是指地表水渗入土壤剖面的过程[6]。一方面，土壤入渗将地表水转化为土壤水。土壤水作为植被作物可吸收利用水分的唯一途径[7]，是土壤水分循环的重要环节，即土壤入渗对植被作物生长及农田管理具有重要意义。另一方面，土壤入渗将地表水转化为地下水，对于调节地表径流、涵养水源及防治农田土壤侵蚀具有重要意义[8]。目前，众多学者开展了关于农田土壤入渗影响因素的研究。研究表明，影响土壤入渗的因素包括土壤性质及外部因素。土壤性质，如土壤质地、结构、容重和有机质等，外部因素如土壤含水量、降雨强度、植被覆盖和人为活动等[9-11]。区域农田范围内气候环境及土壤性质相似，因此人为活动导致的不同的农田管理措施是影响农田土壤入渗的主要因素。以东北地区为例，即使以种植单季作物为主，农田土壤经历耕、种、收及田间管理后，机械作业仍可达8~15次[12]，压实面积占比高达85%~90%，其中10%~80%的面积更要遭受多次机械碾压[13]。因此，研究农田机械压实对黑土土壤入渗特征的影响对指导黑土耕作过程的农业机械的使用管理及防治因农田机械耕作而导致的土壤侵蚀具有重要参考意义。

国内外关于机械压实对土壤物理性质的影响研究已较为全面[6,14]。张兴义等[15]指出，机械压实会打破适宜作物生长的农田土壤三相比，即固、液、气比为5∶3∶2的状态。SMITH等[16]通过研究不同机械对砂壤土的压实得出地压更大的机械对0~30 cm 容重的影响也更显著。周艳丽等[17]发现随压实程度的增加，不同深度土层含水量均下降，且表层土壤比深层土壤水分下降更显著。SOLGI等[18]发现，压实可致使森林土壤孔隙减小50%~60%。机械压实通过影响土壤物理性质从而影响土壤入渗，现有研究明确了机械压实对土壤入渗起到消极作用。王晓燕等[19]在观测拖拉机压实后径流小区土壤的入渗过程中发现压实显著减小土壤产流时间，且使土壤稳渗速率减小86%。AL-ESAWI等[20]通过对比不同质地土壤压实后入渗速率，发现压实使砂壤土和黏土入渗速率分别降低86%和73%。这些试验均明确了压实致使土壤入渗能力减弱。由于室内试验条件较为理想，现有研究多为室内模拟试验，室内研究已基本明确压实对土壤各项物理性质的影响机制及单一压实条件下土壤入渗的作用因素。然而，实际田间机械压实受气候地域限制、机械型号及压实次数等影响，压实过程及对土壤的作用过程复杂，室内研究并不能完全解释实际情况中机械压实对土壤物理性质及土壤入渗的作用机制。

因此，本研究选取东北黑土区黑龙江省齐齐哈尔市克山县典型黑土作为研究对象，根据当地农作物耕种收机械类型及进地次数选取机械及确定压实次数，在当地农作物秋收后进行田间模拟机械压实，力求与实际田间机械压实一致。在田间进行3种不同马力机械在0，1，3，5，7，9次压实后的模拟机械压实，通过室内土壤物理性质测定及双环入渗试验，分析黑土农田在不同机械压实条件下土壤物理性质及土壤入渗规律的变化，探讨农田机械压实对黑土物理性质及土壤入渗的作用机制，研究将为黑土区农田作业机械的合理使用提供指导，为缓解因机械压实导致的农田土壤生态系统的健康问题提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于黑龙江省齐齐哈尔市克山县英民村（东经126°01′~126°41′，北纬47°43′~48°18′）。克山县属温带大陆性季风气候，寒暑变化明显。年平均气温2.4 ℃，年平均风速4 m·s-1，年无霜期122 d左右，年平均降水量约500 mm。年内降水分布不均匀，雨热同季，降雨集中在6-8月份，主要土壤类型为黑土，黑土层厚度>60 cm，属典型厚层黑土区。研究区种植作物以大豆玉米轮作为主。

1.2 试验设计

2022年9月，选取英民村秋收后坡度基本一致（3°~4°）的大豆耕地，沿垄向设置25 m×5 m的16块样地，每块样地内含4条可用垄沟。使用不同马力农机（华夏HX2104-C：154 kW、约翰迪尔554：40 kW、中国海山：19 kW）沿垄沟进行不同次数（1，3，5，7，9 次）碾压，以未经压实处理的垄沟作为对照，在处理后垄沟处进行采样及测定。为增加研究的适用性及方便区分对比，按照赵明宇等[21-22]对于大型拖拉机及小型拖拉机的划分，将本研究所使用的农业机械进行归类，华夏HX2104-C 为大型机械、约翰迪尔554为中型机械、中国海山改装车为小型机械。各机械参数具体如表1。

表1 试验用农机参数Table 1 Parameters of experimental agricultural machinery

1.3 双环入渗试验

由于双环入渗法准确性高且适用于异质性较强的土壤[23-24]，因此采用双环入渗法测定土壤入渗。双环内环直径30 cm，高20 cm；外环直径50 cm，高40 cm。入渗试验前先将待测样地表面的枯落物清除并整平地面，把双环放置在同一圆心的位置上，垂直均匀打入土中20 cm；同时向内外环供水并保持环内水层高度3 cm，每隔一定时间记录1次内环加水量。土壤入渗速率先快后慢，所以记录时间间隔由快变慢，分别在3，5，10，15，20，25，30，30 min 后每间隔15 min 记录。试验后期，若出现3 个相同时间间隔内内环加水量基本相等，可结束试验。入渗总历时2 h。入渗试验装置如图1。

图1 入渗试验装置Figure 1 Infiltration test setup

参考前人研究，设置初始入渗速率为0~3 min[25-26]。稳定入渗速率为连续3 个相同时间间隔内内环加水量基本相等时的平均入渗速率。入渗总历时120 min，故取120 min 的渗透总量作为累计入渗量。入渗速率计算公式为：

式中:Vi为第i次测量时的入渗速率（mm·min-1）；Qi为第i次测量时量筒加入的水量（mL）；A为内环横截面积（cm2）；Ti为第i次测量的时间间隔（min）。

第n次测量时的累计入渗量为：

式中：n为总加水次数。

1.4 土壤理化性质测定

通过预试验可知，土壤双环入渗的水分入渗深度在20 cm 以内，因此采集0~20 cm 土层土样测定土壤物理性质。用100 cm³标准环刀在各样地垂直方向每10 cm分层采集土壤表层20 cm的原状土样，每层3个重复，共96个样品。

土壤容重、土壤含水率、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度采用环刀法测定[27-28]；土壤机械组成采用比重计法进行测定[29]；土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定[30]。试验地土壤基本理化性质如表2。

表2 试验地土壤基本理化性质Table 2 Basic physical and chemical properties of soil in the test site

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2021 和Origin 2021b 对数据处理和统计分析；用单因素方差分析（One-way ANOVA）进行显著性检验（p<0.05）；以Spearman法进行相关性分析。运用Canaco 5对土壤入渗特征与土壤物理性质进行冗余分析（redundancy analysis,RDA）。

2 结果与分析

2.1 机械压实对土壤容重的影响

由图2可知，在0~10 cm土层，土壤容重变化范围为0.96~1.50 g·cm-3。随压实次数增加，土壤容重增加，大型、中型及小型机械压实后土壤容重增加范围分别为42.71%~54.17%、32.29%~56.25%和33.33%~46.88%。大型机械压实后土壤容重增加趋势较其他两机械更为明显。首次压实，土壤容重增加最为显著，大型、中型、小型机械压实后土壤容重相比未压实土壤分别显著增加44.79%、32.29%、36.46%。此时，大型机械相比小型及中型机械压实后土壤容重增加更为显著。大型机械首次压实后随压实次数增加土壤容重不再有显著差异；而中型、小型机械至5 次压实后，随压实次数增加土壤容重不再产生显著差异。此时，中型、小型机械与大型机械相比无显著差异。说明压实次数的增加可以使压实作用累积，多次压实后，这种累积作用会减小不同马力机械对土壤容重的影响差异。在10~20 cm土层，土壤容重变化范围为1.25~1.58 g·cm-3。随压实次数增加，土壤容重总体呈增加趋势，但相比0~10 cm 土层土壤容重，其增幅变缓，大型、中型、小型机械压实后土壤容重增加范围分别为7.94%~25.4%、0.00%~19.05%和0.79%~11.90%。首次压实，大型机械压实土壤容重相比未压实土壤显著增加7.94%，而中型、小型机械压实后土壤容重与未压实土壤相比无显著差异。此时，各机械压实后土壤容重无显著差异。3 次压实，大型机械压实后土壤容重相比中型、小型机械差异显著，至7 次压实，机械间无显著差异。说明大型机械在少次压实就对深层土壤产生影响，而中型、小型机械要随着压实次数增加产生的累积作用对较深层土壤产生影响。

2.2 机械压实对土壤孔隙特征的影响

由表3 可知，0~10 cm 土层，土壤总孔隙度变化范围为39.62%~57.43%。随压实次数增加，土壤总孔隙度呈下降趋势，大型、中型及小型机械压实后土壤总孔隙度分别减小22.81%~31.58%、15.79%~28.07%和19.30%~29.82%，中型机械相比大型及小型机械，其土壤总孔隙度下降较小。大型、中型、小型机械首次压实后土壤总孔隙度相比未压实土壤均显著降低，降幅分别为22.55%、16.68%和20.18%。此时，大型机械相比中型及小型机械差异显著。随压实次数增加，各机械压实后土壤总孔隙度降幅减缓，至7 次压实，各机械压实后土壤总孔隙度无显著差异。10~20 cm 土层，土壤总孔隙度变化范围为38.22%~52.16%，随压实次数增加，土壤总孔隙度呈逐渐减小趋势，大型、中型、小型机械压实后土壤孔隙减小范围分别为10.35%~26.73%、3.95%~15.82%和2.88%~20.61%。大型、中型机械首次压实后土壤总孔隙度与未压实土壤相比分别显著减少10.35%和8.03%，而小型机械无显著差异；至3 次压实，小型机械与未压实土壤相比显著减小13.86%，此后，随压实次数增加，土壤总孔隙度均表现为中型机械>小型机械>大型机械；至9 次压实，大型、中型、小型机械压实对土壤孔隙度的影响均达到最大，大型机械与中型机械之间存在显著差异。0~10 cm 土层，土壤毛管孔隙度变化范围为38.91%~48.55%。随压实次数增加，土壤毛管孔隙度总体呈下降趋势，大型、中型、小型机械压实后土壤毛管孔隙度降幅分别为8.94%~19.86%、3.91%~15.65%和8.69%~18.35%。各机械首次压实后土壤毛管孔隙度与未压实土壤相比均无显著差异；至3次压实，大型及小型机械压实后土壤毛管孔隙度与未压实土壤相比分别显著减小11.64%和11.43%，中型机械差异不显著；至7次压实，中型机械压实后土壤毛管孔隙度才与未压实土壤相比显著减小12.15%。值得注意的是，中型机械与大型、小型机械在首次压实土壤毛管孔隙度差异显著，但3 次压实后，各机械间土壤毛管孔隙度再无显著差异。10~20 cm 土层，土壤毛管孔隙度变化范围为38.01%~49.01%。随压实次数增加，毛管孔隙度总体呈下降趋势，大型、中型、小型机械压实后土壤毛管孔隙度变化范围分别为10.69%~22.44%、1.71%~14.26%和5.22%~20.04%，中型机械相比大型及小型机械总体降幅较缓。大型及小型机械首次压实，毛管孔隙度相比未压实土壤分别显著降低10.69%和5.22%；至5次压实，中型机械压实后土壤毛管孔隙度与未压实土壤相比显著减小10.30%。0~10 cm土层，土壤非毛管孔隙度变化范围为0.01%~8.88%。各机械首次压实后土壤非毛管孔隙度相比未压实土壤均显著减小，大型、中型及小型机械分别减小81.64%、86.49%和98.31%。随压实次数增加，土壤非毛管孔隙度无显著变化，且各机械间土壤非毛管孔隙度也无显著差异。10~20 cm土层，土壤非毛管孔隙度变化范围为0.21%~4.21%。随压实次数增加，土壤非毛管孔隙度总体呈下降趋势，大型、中型、小型机械压实后土壤非毛管孔隙度降幅为5.08%~93.33%、24.44%~68.89%和33.65%~55.78%，大型压实后非毛管孔隙下降最大。各机械首次压实后土壤非毛管孔隙度与未压实土壤无显著差异；至3次压实，大型机械压实后土壤毛管孔隙度与未压实土壤相比显著减小84.13%，而中型及小型机械压实随压实次数增加土壤非毛管孔隙与未压实土壤无显著差异，各机械间也无显著差异。

表3 机械压实对土壤孔隙特征的影响Table 3 Effect of mechanical compaction on soil pore characteristics

2.3 机械压实对土壤含水率影响

由图3可知，0~10 cm土层，各机械压实后土壤含水率变化范围为25.00%~32.00%。随压实次数增加，土壤含水率呈下降趋势，大型、中型、小型机械压实后土壤含水率分别下降9.68%~19.35%、5.38%~16.13%和3.23%~9.68%。大型机械首次压实土壤含水率相比未压实显著下降9.68%，而中型、小型机械压实后土壤含水率略有增加，但差异不显著；至3 次压实，大型、中型、小型机械压实后土壤含水率与未压实土壤相比均显著减少，分别减少12.90%、5.38%和3.23%。值得注意的是，第1、第3 次压实时，大型机械压实后土壤含水率相比中型、小型机械具有显著差异，而7次压实后，表现为大型机械与中型机械差异显著，至9 次压实，大型机械与小型机械差异显著。10~20 cm 土层范围内，各机械压实后土壤含水率变化范围为20.67%~27.33%。随压实次数增加，土壤含水率波动变化但总体呈下降趋势，大型、中型及小型机械压实后土壤含水率分别下降1.23%~23.46%%、3.70%~17.29%和3.70%~16.05%。3 次压实时，中型机械压实后土壤含水率与未压实土壤产生显著差异，减少8.64%；而至5 次压实，小型机械压实后土壤含水率与未压实土壤相比显著减少16.05%；直至9 次压实，大型机械压实后土壤含水率与未压实土壤相比才产生显著差异，使土壤含水率减少23.46%。

图3 机械压实对土壤含水率的影响Figure 3 Effect of mechanical compaction on soil moisture content

2.4 压实次数与土壤各物理性质的变化关系

为深入探究压实次数对0~20 cm 土层土壤各物理性质的影响，构建压实次数与容重、孔隙特征及含水率的定量关系拟合方程（表4）。0~10 cm 土层，土壤容重与压实次数呈指数增加，而土壤总孔隙度、非毛管孔隙与毛管孔隙度则与压实次数呈指数减小。除中型机械压实后土壤含水率与压实次数存在线性递减关系，大型、小型机械压实后土壤含水率与压实次数间也呈现指数减小关系。说明压实次数的增加可以导致土壤孔隙特征及土壤含水率下降，导致土壤容重增加，但当压实达到一定次数，0~10 cm土层土壤性质最终趋于稳定。10~20 cm土层，大型及中型机械压实后土壤容重与压实次数呈指数增加。随压实次数增加，土壤总孔隙度及毛管孔隙度呈减小趋势，除中型机械压实后总孔隙度与压实次数呈线性递减关系外，中型及小型机械压实后土壤总孔隙度及毛管孔隙度随压实次数增加呈指数减小关系。大型机械压实后非毛管孔隙度与压实次数呈线性递减关系，而中型、小型机械压实后非毛管孔隙度与压实次数无明显关系。大型、中型机械压实土壤含水率与压实次数可以用线性相关函数表示，随压实次数增加土壤含水率减小，但小型机械压实土壤含水率与压实次数则无明显关系。说明在10~20 cm 土层，相比于中型及小型机械，大型机械压实条件下土壤性质对压实次数的响应更为敏感。

表4 压实次数与土壤物理性质的关系拟合Table 4 Relationship between the number of compaction and various soil properties

2.5 机械压实对土壤入渗特征的影响

不同机械压实处理下，土壤入渗特征如图4。除大型机械1 次压实外，各机械压实后土壤各入渗参数及与未压实土壤相比均显著减小。中型及小型机械首次压实2 h 累计入渗量及初渗速率与未压实土壤产生显著差异，中型机械压实使2 h累计入渗量及初渗速率分别减少87.16%和87.59%，小型机械压实使2 h累计入渗量及初渗速率分别减少50.81%和70.93%。至3次压实，大型机械压实后2 h累计入渗量与初渗速率相比未压实土壤分别显著减小73.29%和75.67%。此后，随压实次数增加，2 h累计入渗量及初渗速率虽然呈现逐渐减小趋势，但无显著变化。中型机械首次压实后土壤稳渗速率相比未压实土壤显著降低92.90%，至3次压实，大型及小型机械压实土壤稳渗速率与未压实土壤相比分别显著减小74.07%和66.97%，此后，随压实次数增加土壤稳渗速率减小，但变化不显著。值得注意的是，第1、第3次压实，各机械间压实后土壤入渗指标存在显著差异，但随压实次数增加，机械间差异减小，至7次压实，各机械间土壤各入渗特征均无显著差异。

图4 不同机械压实土壤入渗特征Figure 4 Infiltration characteristics of different mechanically compacted soils

2.6 0~20 cm土层压实土壤性质对土壤入渗特征的影响

为进一步探究压实对土壤入渗特征的作用机理，分析不同压实处理后0~20 cm 土层土壤物理性质与土壤2 h 累计入渗量、初渗速率和稳渗速率之间的关系。由表5 可知，0~10 cm 土层，土壤各入渗特征与容重均呈极显著负相关，与土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度极显著正相关；而非毛管孔隙度与2 h 累计入渗量显著正相关，与初渗速率及稳渗速率极显著正相关。10~20 cm 土层，土壤各入渗特征与容重均显著负相关；土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度均与土壤2 h 累计入渗量、初渗速率显著正相关，与土壤稳渗速率极显著正相关；非毛管孔隙度与初渗速率显著正相关。说明0~20 cm 土层土壤容重及土壤孔隙特征均影响机械压实土壤入渗特征，但0~10 cm 土层土壤性质是影响入渗特征的主要因素。土壤容重增加、土壤孔隙度减小使土壤入渗能力减弱已被众多学者证实[8,31]。土壤容重的变化体现了土壤中孔隙状况的变化，压实使土壤颗粒排列更为紧密，土壤孔隙结构变差，土壤容重增加，土壤水分入渗特征就越差。

表5 土壤入渗特征与物理性质Spearman相关系数Table 5 Spearman's correlation coefficient between soil infiltration characteristics and physical properties

对0~20 cm 土层土壤容重、含水率及孔隙度特征与土壤入渗特征进行冗余分析（RDA）。由图5 可知，第1 排序轴和第2 排序轴的解释率分别为80.91%和1.54%，累积解释了82.45%的土壤入渗变化，可以基本反应土壤物理性质与土壤入渗特征的关系。0~10 cm 土层土壤容重（61.1%，F=25.1，p=0.002）是影响综合土壤入渗特征的主导因素，这与云慧雅等[32]的研究结果一致。这是因为土壤容重综合反映土壤结构状况，容重越大说明土壤孔隙度越小，而土壤孔隙是影响土壤入渗过程的重要因素。

图5 机械压实土壤入渗特征与土壤物理性质RDA分析Figure 5 RDA analysis of infiltration characteristics and soil physical properties of mechanically compacted soil

3 讨论与结论

本研究发现，各机械在首次压实就对0~10 cm 表层土壤性质产生显著影响，使容重均增加32.29%以上，土壤总孔隙度均减小15.8%以上。而对10~20 cm 土层土壤性质的影响依靠压实次数的增加实现。除大型机械在首次压实就使土壤容重显著增加7.94%，中型及小型机械在3次压实后土壤容重才显著增加，大型、中小及小型机械分别使容重最大分别增加25.4%、9.05%和11.90%；大型及中型机械在首次压实使土壤总孔隙度分别显著减小10.35%和8.03%，小型机械在3 次压实后总孔隙度显著减小13.86%。各机械对土壤含水率的影响均在3次压实后达显著水平。试验结果与前人研究相似[33-34]。这是由于机械对土壤的应力是从表层向深层传导，表层土壤遭受机械直接碾压，所受应力较大，对土壤的扰动也更大，因此即使少次压实对土壤性质的影响程度也更明显，而深层土壤受机械施加应力通过表层土壤层层传递，所受应力逐级削弱，对土壤的扰动也较小，因此其对土壤性质的影响主要依靠压实次数的累计作用实现[35]。

压实次数的累积能够减小不同机械对表层及深层土壤容重、孔隙及含水率的差异。对于表层土壤，各机械首次压实后对土壤的影响效果最为显著。这是由于本试验中，收获作业时期土壤含水率较高，达25%以上，即使质量较小的机械在少次压实时也能对表层土壤造成较严重的压实[36]。此外，首次压实后土壤颗粒排列就较为紧密，此后，随压实次数增加，土壤颗粒可排列的范围也越来越小，因此，土壤各物理性质变化幅度也变缓[37]。对于较深层土壤，机械压实对土壤的影响则主要靠压实次数的累积。首次压实，机械对土壤施加的应力主要作用于表层土壤，而对深层土壤颗粒的排列影响较小[35]，随压实次数增加，表层土壤颗粒排列愈加紧密，此时，机械对深层土壤施加应力变大[38-39]，压实次数对深层土壤容重影响的累积效应也愈发明显。

机械压实对土壤孔隙状况的改变影响土壤持水及入渗产流能力，与土壤侵蚀、作物生长密切相关[40]。总孔隙度较大的土壤水分入渗较快，因此贮存水分、涵养水源的能力强；而总孔隙度小的土壤则不利于水分入渗，地表径流因此增加，土壤遭受侵蚀的可能也增加。LUXMOORE[41]指出，土壤孔隙中非毛管孔隙是土壤通气透水的主要通道，孔隙中的水分流动主要受重力势的支配迁移运动；李华等[42]通过对比压实后土壤的孔隙分布曲线和渗透性曲线也证明孔隙分布较大时土壤渗透系数也更大，即压实导致的非毛管孔隙的减小会减小土壤的入渗能力，从而增加土壤侵蚀发生的可能性。土壤中毛管孔隙度主要功能是蓄水和供水，可以表征土壤的田间持水量。田间持水量不但代表农田土壤可利用的有效水上限，它是衡量土壤保水性的重要指标，对农田灌溉、作物水管理具有重要意义[43-44]。机械压实使土壤毛管孔隙度减弱，使土壤的保水性能及作物生长可利用的有效水也随之减少，抑制了作物生长及土壤的抗侵蚀能力。

无论对于表层土壤或深层土壤，大型机械相比中型、小型机械对土壤容重、孔隙及含水的影响都更明显。这是因为机械质量是影响压实程度的重要因素之一[35,45]，对于表层土壤，大型机械由于较大的质量在少次压实时对土壤性质的影响强于中小型机械。而对于深层土壤，由于大型机械的质量优势，少次压实时大型机械相比中小型机械其在土壤中传递的应力也更深[46]，因此对土壤物理性质的影响也更大，但随着压实次数的增加，土壤压实的累积效应越明显，机械质量对深层土壤容重的影响优势被削弱。有研究表明，3 次压实后土壤容重增幅减缓[17]，这就是因为压实次数对土壤影响的累积作用。可见，质量较小的机械随压实次数增加其对土壤的影响也可依靠累积效应的增加与质量较大的机械接近。

本研究中，中型及小型机械在首次压实就使土壤各入渗特征与未压实土壤相比显著下降，而大型机械至3次压实土壤入渗特征与未压实土壤相比显著下降。首次压实，中型及小型机械使2 h累计入渗量分别减少87.16%和50.81%；初渗速率分别减少87.59%和70.93%；中型机械使稳渗速率显著减少92.90%。3次压实，大型机械使2 h累计入渗量、初渗速率显著减小73.29%和75.67%；至5次压实后各机械间土壤各入渗特征无显著差异。说明少次压实时，中型机械入渗能力受影响最大，大型机械受影响最小，这应当与机械本身及机械与土壤之间的接触有关。大型机械与中型机械相比拥有更大的质量，因此对土壤的压实作用也更强烈，这在压实对土壤的容重、孔隙特征方面有所体现，但大型机械也拥有更强的发动机马力及更深的轮胎的花纹深度。在机械行驶过程与土壤接触面的摩擦力也更大，因此对表层土壤的扰动作用相比中型机械也更大。有研究表明，大型机械在少次压实土壤变形较中型机械更大[47]，表层土壤状态更为松散，而松散土壤吸收径流的能力更好，其入渗能力也就更好。至5次压实后，各机械压实后土壤入渗能力土壤各项入渗指标变化不再显著。一方面是由于主压实次数增加，压实作用的累积效应显现导致土壤入渗性能逐渐减弱；另一方面，机械对土壤入渗特征的影响存在阈值，当土壤受压实作用到阈值以后，土壤各项物理性质不再明显变化，这在周艳丽等[17]的研究中也被证明。

综合来看，0~20 cm土层土壤容重及土壤孔隙特征均影响机械压实土壤入渗特征，0~10 cm土层土壤容重是影响综合土壤入渗特征的主导因素。土壤容重增加、土壤孔隙度减小使土壤入渗能力减弱已被众多学者证实[7,31]。土壤容重的变化体现了土壤中孔隙状况的变化，压实使土壤颗粒排列更为紧密，土壤孔隙结构变差，土壤容重增加，土壤水分入渗就越差。土壤入渗过程可分为渗润阶段、渗漏阶段和渗透阶段。渗润阶段，水分在土粒分子力作用下被土粒吸附形成吸湿水，进而形成薄膜水，水分继续入渗至渗漏阶段，毛管力和重力成为影响土壤水分下渗的主要作用力，在毛管力和重力的共同作用下，水分在土壤非毛管孔隙中不稳定运动，并逐步填充土壤孔隙并逐渐达到饱和状态，随后入渗过程进行至渗透阶段，水分在重力作用下沿土壤非毛管孔隙继续向深层运动。即在整个土壤入渗过程中，土壤中孔隙结构主要影响水分入渗。而容重作为综合反映土壤孔隙结构的指标，与土壤渗透能力极显著负相关，能够表征机械压实对土壤入渗特征的影响。