全 文 ：植物营养与肥料学报 ２０１５，２１（３）：６９４－７０１ ｄｏｉ牶１０１１６７４／ｚｗｙｆ．２０１５０３１６
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｈｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｌａｎｔｎｕｔｒｉｆｅｒｔ．ｏｒｇ
收稿日期：２０１４－０４－０９　　　接受日期：２０１４－１１－１６　　　网络出版日期：２０１５－０１－２７
基金项目：陕西省农业厅项目“陕西苹果土壤与施肥标准化管理技术研究”资助。
作者简介：魏彬萌（１９８９—），女，陕西咸阳人，硕士研究生，主要从事土壤质量方面的研究。Ｅｍａｉｌ：４４２５１６０３１＠ｑｑ．ｃｏｍ
 通信作者 Ｅｍａｉｌ：ｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃｓ＠１６３ｃｏｍ
渭北果园土壤物理退化特征及其机理研究
魏彬萌，王益权
（西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 ７１２１００）
摘要：【目的】针对我国渭北苹果主产区出现的随植果年限增加，果园土壤质量严重退化，树势衰弱、树体过早衰
老、抗性降低、腐烂病及早期落叶病频繁发生，果品产量与品质下降等问题，开展了渭北苹果园土壤物理质量退化
特征、退化机理及危害程度等问题的研究，以期查明制约果业可持续发展的因素，为果园土壤科学管理提供依据。
【方法】在渭北黄土塬区选取了＜１０ａ、１０ ２０ａ、＞２０ａ３个园龄段果园各４个，并以土壤条件相同的农田作对照，
在果树冠层投影范围内距树干２／３处采取土样，测定土壤剖面不同层次容重、紧实度、孔隙度、饱和导水率、粘粒含
量等物理性指标。【结果】渭北果园土壤容重和紧实度随园龄和土层深度的增加而增大，尤其在表层（２０ｃｍ）以下，
土壤容重已经达到了１４５ １６１ｇ／ｃｍ３，紧实度达到９３３ ２４３３ｋＰａ，严重超出果树健康生长的阈值。土壤孔隙
度仅在０—２０ｃｍ土层能够保持在５０％以上，属于良好状态，而２０—６０ｃｍ土层维持在４０％ ４６％，已处于紧实和
严重紧实状态。土壤饱和导水率在果园表层和紧实层均表现出随植果园龄的增大而减小的趋势，尤其是１０ ２０ａ
和＞２０ａ的果园亚表层土壤饱和导水率低至４６８８ｃｍ／ｄ和２０８９ｃｍ／ｄ，制约着降水入渗和土壤蓄墒。３个园龄段
果园土壤剖面上粘粒含量随土层深度呈递增趋势，且在０—３０ｃｍ土层随园龄的增加而明显减少，而在３０ｃｍ以下
则随园龄的增加而呈递增趋势。进一步分析发现，粘粒含量与土壤容重、紧实度以及孔隙度之间呈极显著的相关
关系。以压实密度（ＰＤ）为指标，对渭北果园土壤压实程度进行评估，发现渭北果园２０ｃｍ土层以下的土壤压实密
度都在１４０ｇ／ｃｍ３以上，均达到了中度压实的程度，严重影响果树根系的健康生长及对养分的吸收。【结论】渭北
果园２０ｃｍ以下的亚表层土壤孔隙密实、容重和紧实度增大，土壤饱和导水率递减是其土壤物理性质退化的主要
特征，表层土壤粘粒的深层移动与淀积是土壤物理退化的主要过程和机理，果园土壤翻耕扰动少、对物理退化干预
少是其土壤物理退化程度逐渐加剧的外在原因，土壤团聚体稳定性差是土壤物理状态退化的根本原因。
关键词：苹果园土壤；物理退化；容重；紧实度；饱和导水率
中图分类号：Ｓ１５２５；Ｓ６０６＋．１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００８－５０５Ｘ（２０１５）０３－０６９４－０８
Ｐｈｙｓｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｏｆｏｒｃｈａｒｄｓｏｉｌｉｎＷｅｉｂｅｉＲｅｇｉｏｎ
ＷＥＩＢｉｎｍｅｎｇ，ＷＡＮＧＹｉｑｕａｎ
（ＣｏｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ】ＡｐｐｌｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓｔｏｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙｉｎＳｈａａｎｘｉｐｒｏｖｉｎｃｅｇｒｅａｔｌｙ．Ｂｕｔｓｏｉｌｑｕａｌｉｔｙ
ｏｆｔｈｅｏｒｃｈａｒｄｌａｎｄｈａｓｄｅｇｒａｄａｔｅｄｇｒｅａｔｌｙａｆｔｅｒｙｅａｒｓｏｆｆｒｕｉｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈａｔｍａｙｈａｓｌｅｄｔｏｍａｎｙｉｓｓｕｅｓｓｕｃｈａｓ
ｔｒｅｅｓｗｅａｋｅｎｉｎｇ，ｆａｓｔａｇｉｎｇａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｙｔｈｅａｐｐｌｅｔｒｅｅｖａｌｓａｃａｎｋｅｒａｎｄｌｅａｆｄｅｆｏｌｉａｔｉｏｎ
ｄｉｓｅａｓｅｓｏｃｃｕｒｍｏｒｅｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ，ａｎｄｆｒｕｉｔｙｉｅｌｄａｎｄｑｕａｌｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｓｇｒｅａｔｌｙ．Ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｗａｓｔｏ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｅｇｒｅｅｏｆｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎｄｉｆｅｒｅｎｔａｇｅｄｏｒｃｈａｒｄｓ，ｔｏ
ｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｏｒｃｈａｒｄｓｏｉｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｅｖｅｎｔｕａｌｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｙｉｅｌｄａｎｄｑｕａｌｉｔｙｏｆａｐｐｌｅ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．【Ｍｅｔｈｏｄｓ】Ｆｏｕｒｒｅｐｌｉｃａｔｅｓｏｆ＜１０－，１０－２０－ａｎｄ＞２０－ｙｅａｒｏｌｄｏｒｃｈａｒｄｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｔｈｅ
ｓｔｕｄｙ．Ｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｉｎｔｗｏｔｈｉｒｄｓｏｆｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｔｒｅｅｃａｎｏｐｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅｔｒｕｎｋｗｅｒｅｔａｋｅｎ．Ｓｏｉｌ
ｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ，ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｓａｔｕｒａｔｅｄ
３期　　　 魏彬萌，等：渭北果园土壤物理退化特征及其机理研究
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｃｈａｒｄａｎｄａｄｊａｃｅｎｔｓｉｍｉｌａｒ
ｆａｒｍｌａｎｄｓｏｉｌｓ．【Ｒｅｓｕｌｔｓ】Ｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｏｒｃｈａｒｄａｇｅａｎｄｓｏｉｌｄｅｐｔｈ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｙ
ａｔ２０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ，ｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙｒｅａｃｈｅｄ１４５－１６１ｇ／ｃｍ３，ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｄ９３３－２４３３ｋＰａ．Ｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆ
ｔｈｅｓｏｉｌｐｒｏｆｉｌｅｉｎ０－２０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｒｅｍａｉｎｅｄ５０％，ａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｉｎｇｏｏｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｏｉｌ
ｐｏｒｏｓｉｔｙｒｅａｃｈｅｄ４０％－４６％ ｉｎｔｈｅ２０－６０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ，ｗｈｉｃｈｗａｓｉｎａｓｔａｔｅｏｆｃｏｍｐａｃｔｉｏｎａｎｄｓｅｖｅｒｅｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ．
Ｓｏｉｌｓａｔｕｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｅｖｅｎｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｌａｙｅｒａｓｔｈｅｏｒｃｈａｒｄａｇｅｄ．Ｉｎｔｈｅ１０－２０ａｎｄ＞
２０－ｙｅａｒｏｌｄｏｒｃｈａｒｄｓ，ｓｏｉｌｓａｔｕｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｎｔｈｅｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｄｅｃｌｉｎｅｄｔｏ４６８８ａｎｄ２０８９ｃｍ／ｄ，
ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒａｉｎｆａｌａｎｄｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅ．Ｓｏｉｌｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅ
ｄｅｐｔｈｏｆｓｏｉｌｐｒｏｆｉｌｅ．Ｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔａｔｔｈｅ０－３０ｃｍｄｅｐｔｈｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｒｃｈａｒｄａｇｅｂｕｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｅｌｏｗ
ｔｈｅ３０ｃｍｌａｙｅｒ．Ｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｓｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｃｏｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ，
ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ，ａｎｄｐｏｒｏｓｉｔｙ．Ｕｓｉｎｇｐａｃｋｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙａｓｉｎｄｅｘｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｏｉｌ，ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｏｉｌｐａｃｋｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙｏｆｏｒｃｈａｒｄｓｗａｓａｂｏｖｅ１４０ｇ／ｃｍ３ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ２０ｃｍｄｅｐｔｈｉｎＷｅｉｂｅｉ
ｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｅｏｒｃｈａｒｄｓｏｉｌｓｉｎｔｈｉｓａｒｅａｈａｖｅｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｍｏｄｅｒａｔｅｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ．【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ】Ｔｈｅｍａｉｎ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｏｒｃｈａｒｄｓｉｎＷｅｉｂｅｉＲｅｇｉｏｎｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｏｉｌ
ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｏｉｌｓａｔｕｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｏｒｃｈａｒｄｓｏｉｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｒｅｃｌａｙｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｌａｙａｔｄｅｅｐｓｏｉｌ．Ｒｅｄｕｃｅｄｐｌｏｗ
ａｎｄａｅｒａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｓｉｓｔｈｅｍａｉｎｅｘｔｅｒｎａｌｃａｕｓｅｔｏａｎａｂａｔｉｃｄｏｍｉｎａｎｔｅｄｓｏｉｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｉｓｒｅｆｌｅｃｔｅｄｗｉｔｈｌｅｓｓ
ｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｏｒｃｈａｒｄｓｏｉｌ牷ｐｈｙｓｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ牷ｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ牷ｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ牷
ｓｏｉｌｓａｔｕｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
　　良好的土壤环境是果树健康生长的基本条件。
土壤质地轻、土层深厚、土体疏松、通透性强、酸碱度
适宜、保水保肥力强、富含有机质是果树健康生长对
土壤的最基本要求［１］，也是渭北地区被作为苹果优
生基地的基本条件，由于该区气候条件独特，所生产
的苹果品质优良，优质苹果生产已成为该地区乃至
陕西省发展经济的支柱产业之一，为促进该区域的
经济发展，解决“三农”问题，改善生态环境做出了
巨大的贡献［２－３］。然而，随着植果年限的增加，一些
果园出现了树势衰弱，树体衰老，抗性降低，腐烂病
及早期落叶病频繁发生，盛果期缩短，果品产量与品
质明显下降及耐储藏性降低等问题，已严重影响着
该区果业的健康发展［４］。
对于渭北果树早期衰老与果品质量退化的原因
已有一些报道，但均是从果园土壤养分的递减与不
平衡、土壤有机质含量衰减及重金属累积等化学质
量退化方面进行了研究［２，５］，而对渭北果园土壤物
理质量的退化问题则少有报道。渭北地区土壤虽有
满足苹果优生的优势条件，却也有自身的缺陷和不
足［６］。如该区土壤为壤质土，有机质含量相对欠
缺，土壤团聚作用差、“稳定性”不强，属于结构活跃
型土壤，即易结块和易散碎［４，７］。因土壤团聚体的
不稳定性和易散碎，植果期间土壤中分散的粘粒会
向下移动，“淀积粘化”过程明显，在土壤剖面的亚
表层发生着明显的紧实化过程，难以维持其应有的
土体疏松状态［８］。另外也与人为管理不当有一定
关系［５，９］。由于果园土壤极少翻耕扰动，导致粘粒
累积和土体紧实化程度逐渐增大，不利于果树根区
内水、气、热的交换和果树根系的延伸，从而影响果
树的健康生长。然而，至今人们对渭北果园土壤物
理退化问题仍未足够关注，对其退化机理的研究文
献极其鲜见，很难找到可以借鉴的研究资料和信息。
本文以不同园龄段果园土壤为研究对象，以土壤物
理性状指标的变化为切入点，深入分析了果园土壤
物理质量退化的部位、退化特征、退化机理及危害程
度，以期为揭示果树衰老机理，为获取具有可持续性
特征的果园土壤管理措施提供科学依据。
１　材料与方法
１１　试验区概况
试验选在具有较长植果历史的苹果主产区之一
的陕西省彬县新民镇黄土塬区。该地属渭北旱塬的
塬梁沟壑区，海拔约１１０８ｍ，年平均气温９７℃，昼
夜温差１１７℃，多年平均降水量 ５７９ｍｍ，无霜期
１８０ｄ，属典型大陆性暖温带半干旱气候特征。地带
性土壤类型为黑垆土（系统分类名称为堆垫干润均
５９６
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
腐土，ＣｕｍｕｌｉＵｓｔｉｃＩｓｏｈｕｍｏｓｏｌｓ）。具有海拔较高、光
照资源充足、昼夜温差大、气候较为干燥、环境污染
小、土层深厚、土体疏松等优越的自然条件。苹果种
植历史在整个渭北旱塬果区具有很好的代表性。
１２　采样及分析方法
试验于２０１３年９月苹果采收期间进行。在两
个乡镇地域范围内选择自然生态条件相同，园龄分
别为＜１０年（＜１０ａ）、１０ ２０年（１０ ２０ａ）和 ＞
２０年（＞２０ａ）３个园龄段苹果园各４个（重复）作为
研究对象，果树品种均为“红富士”，并在果园附近
选取土壤条件相同的农田作对照。在每个果园果树
冠层投影范围内距树干 ２／３处用土钻按照 ０—１０
ｃｍ、１０—２０ｃｍ、２０—３０ｃｍ、３０—４０ｃｍ、４０—５０
ｃｍ、５０—６０ｃｍ、６０—８０ｃｍ和８０—１００ｃｍ逐层采
取土样，每个果园随机取 ２钻，将相同土层土样混
匀，在室内风干、研磨、过筛等，用于土壤相关性质的
测定；用镶有１００ｃｍ３环刀的原状土取土钻，在剖面
０—６０ｃｍ范围内，按照１０ｃｍ的间距从上到下依次
采取各层次的原状土样，每个果园取２个剖面点，测
定土壤容重；在各果园用原状土取土钻分别采取表
层（０—１０ｃｍ）和下部（２０—３０ｃｍ）紧实土层的土
壤，每个果园各取２个采样点，测定耕层土壤和紧实
化土层的饱和导水率。这样相当于相同园龄段的果
园设有８个重复，确保资料的可信度。
１３　测定项目与方法
土壤容重用环刀法；含水率用烘干法（１０５℃烘
干１２ｈ）测定［１０］。
土壤坚实度用ＳＣ－９００型土壤坚实度仪测定，
在田间按２５ｃｍ的间距测定０—４５ｃｍ内果园土壤
坚实度，每个果园布置３个以上点测定。
土壤比重用比重瓶法测定；土壤总孔隙度通过
容重和比重计算而得［１０］。
土壤饱和导水率用“恒定水头法”测定［１１－１２］，从
饱和水传导开始第一滴起，每隔５ｍｉｎ记录一次马
氏瓶水位下降高度，直至马氏瓶水位下降速率稳定
为止，其测定结果换算成１０℃下的饱和导水率。
土壤颗粒采用国际粒级分类制，用沉降分析的
吸管法测定［１０］。
１４　 数据分析
试验数据采用 Ｅｘｃｅｌ２００７进行处理，用 ＳＰＳＳ
１９０进行ＬＳＤ００５差异显著性检验和相关性分析。
２　结果与分析
２１　果园土壤物理性状退化的主要特征及退化
趋势
２１１果园土壤容重的变化趋势与评价　土壤容重
是表征土壤松紧状况的指标，是影响作物根系发育
的重要因素之一，不同类型作物因根系构造不同对
土壤容重的要求差异很大。对于果树而言，一般认
为适宜的土壤容重应在 １００ １３０ｇ／ｃｍ３之
间［４］，而不同质地类型的土壤影响作物根系生长的
容重阈值也应有所不同，根据前人的研究结果，对于
中壤质土壤（渭北地区土壤质地类别），其容重阈值
应当为１３５ １４０ｇ／ｃｍ３［１３］。
本研究发现，渭北果园只有在表层０—２０ｃｍ范
围内的土壤容重变化在１２２ １３５ｇ／ｃｍ３，基本满
足果树正常生长的需求。在２０—６０ｃｍ各土层容重
变化在１４５ １６１ｇ／ｃｍ３之间，已经超过了果树根
系适宜的容重阈值。特别是在 ２０—３０ｃｍ土层，＜
１０ａ、１０ ２０ａ、＞２０ａ３个园龄段果园的土壤容重
比０—２０ｃｍ土层处分别增大了１７８９％、１８３９％、
１３８３％，而农田土壤只增加了６１９％。２０ｃｍ以下
底层土壤容重明显超过了根系生长的“适宜容重”
范围，必然制约果树根系的延伸和发育、根区土壤水
分入渗和气体交换与更新等，尤其对于旱地果树来
说，底层土壤紧实化必然会威胁果树的抗旱性。
与当地春播玉米的农田相比，表层（０—２０ｃｍ）
范围的果园土壤容重与农田土壤基本相当，具有明
显差异的是在２０—６０ｃｍ土层处。果园土壤受耕作
翻动次数少和深度浅的影响，容重均明显高于农田
（图１），显著体现出种植果树对土壤物理性状的作
用范围主要在底土层，而影响的趋势表现为在０—
６０ｃｍ范围内果园土壤容重均随园龄增加显著增
大。目前，表层（０—２０ｃｍ）土壤容重虽有增大态
势，但暂未达到威胁果树生长的程度，而底土层容重
极为明显地规律性增大，已经威胁到果树根系的延
伸。由此可见，渭北果园土壤容重在０—２０ｃｍ土层
较小，土壤较为疏松，但在２０—６０ｃｍ底土层明显增
大，亚表层以下土层的紧实化成为渭北果园土壤物
理退化的显著特征，但是在空间上具有很强的隐蔽
性，至今仍未被人们所觉察。
２１２果园土壤紧实度的变化与评价　紧实度对土
壤的水、肥、气、热及其物理、化学和生物学过程等都
有调控作用［１４］，进而影响植物对养分的吸收和植株
根、叶等器官的生长发育［１５］。土壤紧实已被广泛认
为是对农业、林业和园艺生产越来越具有挑战性的
问题［１６－１７］。许多研究表明，适当紧实的土壤可以增
加根和土的密切接触程度，提高根系对养分的吸收
６９６
３期　　　 魏彬萌，等：渭北果园土壤物理退化特征及其机理研究
图１　不同园龄段果园土壤容重的变化
Ｆｉｇ．１　Ｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈ
ｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
利用率。但土壤过于紧实，一方面可使土壤容重增
加，大孔隙减少，水分渗透率和持水能力明显降低
等［１８－１９］。Ｓｉｎｇｈｋ等［２０］在沙壤土上研究表明，随容
重增加，土壤水分渗透率由１２３５ｃｍ／ｈ降为３４６
ｃｍ／ｈ。另一方面，土壤机械阻力过大，根系生长受
阻，不能在土体中均匀分布，不利于根系吸收土壤中
的养分。尚庆文等［２１］测定了不同容重土壤中生姜
植株的主要生理特性，结果表明紧实土壤加速了生
姜植株的衰老。
对于渭北果园土壤管理而言，尽管机械化使用
程度并不高，却同样存在着土壤紧实度增大的问题，
影响了果树根系的穿插能力，进而减小了根系觅水、
觅肥的空间与能力。因此，探讨渭北果园土壤紧实
度变化规律与影响因子，是评价果园土壤物理退化
的重要内容。
土壤紧实度是孔隙度和含水量共同作用的结
果，孔隙度和含水量的递减都会使紧实度增大。为
此，在同一时刻土壤含水量变化在 １７６４％
２０２３％（图２），相当于该土壤田间持水量（２２％）的
８０％，即无土壤水分胁迫，且在各果园之间土壤水分
差异不显著的情况下，分别测定３个园龄段果园的
土壤紧实度。结果表明，各园龄段果园土壤紧实度
有随土层深度和园龄的增加而呈显著增大的趋势
（图３）。就农田土壤而言，尽管其土壤剖面含水量
远低于果园，但土壤紧实度与果园的差异并不明显，
说明土壤孔隙度减小是左右渭北地区果园土壤紧实
度的主导因素。
关于制约作物根系延伸的紧实度值已有不少学
者进行了研究，Ｓｈａｗ［２２］提出当土壤紧实度超过 １
ＭＰａ，作物根系生长将变缓；当超过５ＭＰａ，根系生长
基本停止。Ｂａｒｌｅｙ等［２０］研究表明，抑制根生长的机
械阻力为８００ ５０００ＫＰａ。以这些为依据，可以看
出，只有＜１０ａ和１０ ２０ａ果园在１０ｃｍ以上土层
对根系延伸无制约外，＞２０ａ的果园和所有果园１０
ｃｍ以下土层土壤紧实度均超过或远远超过了限制
根系延伸标准（图２），必须给予足够重视。
图２　不同园龄段果园土壤含水率变化
Ｆｉｇ．２　Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈ
ｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
图３　不同园龄段果园土壤紧实度变化
Ｆｉｇ．３　Ｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈ
ｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
２１３果园土壤孔隙度的变化与评价　 孔隙度是
表征土壤团聚性、透水性、导热性和疏松程度的重要
指标，其大小也说明土壤水分和空气容量的大
小［２３－２４］。孔隙度是土壤容重和比重共同决定的，对
于黑垆土而言，其土壤剖面属非均质的土层构造，根
据本研究土壤剖面容重和比重的结果，得到渭北果
园及农田土壤孔隙度的剖面状况（图４）。
３个园龄段果园土壤剖面孔隙度大体以２０ｃｍ
处为界，具有明显的“上松下实”的变异特征。各果
园０—２０ｃｍ土壤孔隙度基本一致，保持在５０％以
７９６
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
图４　不同园龄段果园土壤总孔隙度变化
Ｆｉｇ．４　Ｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
上，而２０—６０ｃｍ土层基本维持在４０％ ４６％，明
显低于０—２０ｃｍ土层。且随果园年龄的增加０—
６０ｃｍ范围内的土壤孔隙度均显著减小。按照
Шеин［１３］提出的孔隙度在５０％以上，属于结构良好
状态，４５％ ５０％属于压实状态，４０％ ４５％属于
严重压实状态的标准，渭北果园土壤耕层属于物理
结构良好状态外，２０—６０ｃｍ已处于压实和严重压
实状态，不利于果树根系的延伸。
果园土壤孔隙度在０—２０ｃｍ土层基本均大于
农田土壤，而２０ｃｍ以下土层农田土壤孔隙度却均
高于果园土壤。这与农田土壤表层频繁扰动与压实
以及地面保护条件较差有直接关系，也佐证了该区
土壤团聚体的活跃性和不稳定性。果园土壤由于人
为耕作扰动次数少及树冠对降雨的缓冲作用，有效
地保护了表层土壤结构，其土壤总孔隙度也较大。
２１４果园土壤饱和导水率的变化与评价　 饱和
导水率是土壤最为重要的水分动力学参数，可表征
土壤的透水性能［２５－２６］。在旱塬地区关系到自然降
水进入土壤水库的性能和土壤的蓄墒能力。图５显
示，果园表层（０—１０ｃｍ）和紧实层（２０—３０ｃｍ）的
土壤饱和导水率均表现出随种植园龄的增加而减小
的趋势，且各果园土壤紧实层的饱和导水率小于表
层，主要原因是紧实层的土壤容重大，而容重是影响
土壤饱和导水率的主导因素［２７］。各果园表层土壤
的饱和导水率均小于农田，主要是因为农田表层受
耕作扰动，土壤中大孔隙比较多，而果园土壤耕作扰
动少、土壤大孔隙少；农田底土紧实层的饱和导水率
也很小，与农田土壤机械作业以及人为踩踏严重使
该土层出现紧实化有关。
土壤饱和导水率也是评价土壤质量和土壤退化
状态的重要指标之一。Шеин等［１３］很早就提出了
依据土壤饱和导水率评价土壤质量的分级指标，只
要土壤饱和导水率在７０ｃｍ／ｄ以上，就属于渗透性
良好的土壤。土壤饱和导水率受土壤质地和结构状
态的影响，Шеин等［１３］提出了针对不同土壤质地类
别土壤饱和导水率的评价阈值，对于中壤质土而言，
良好的土壤饱和导水率阈值不小于５０ｃｍ／ｄ，以此
为依据不难看出，只有＜１０ａ和１０ ２０ａ果园的表
层土壤以及农田表层土壤的饱和导水率处于良好的
物理状态，而１０ ２０ａ果园底层、＞２０ａ果园以及
农田底土层土壤饱和导水率均低于５０ｃｍ／ｄ，即已
经处于不良物理状态，尤其是亚表层土壤导水能力
的显著下降，已经严重制约了自然降水的入渗性能，
诱发表层土壤侵蚀和养分流失，这对于气候干旱的
旱地环境而言无疑是最严重的土壤退化。
图５　不同园龄段果园土壤饱和导水率变化
Ｆｉｇ．５　Ｓｏｉｌｓａｔｕｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｎ
ｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
从理论上来讲，土壤饱和导水率应该是一个常
数，但这是建立在土壤团聚体稳定的基础上。对于
“结构活跃性土壤”而言，在导水期间受团聚体分散
的影响，其导水孔隙发生了变化，使得土壤饱和导水
率不再是常数。即使在室内恒定水头情况下，土壤
饱和导水率因土壤团聚体的不稳定性而随时间发生
着变化。因此，某种程度上饱和导水率的变化过程
也可以表征土壤团聚体的稳定性。渭北果园土壤饱
和导水率随时间的变化规律见图６。在恒定水头情
况下，连续历时２００ｍｉｎ，各处理土壤饱和导水率变
化均处于递减趋势，递减幅度最大的是 ＜１０ａ果园
和农田的表层土壤，其次是 ＜１０ａ果园的紧实层和
１０ ２０ａ果园的表层土壤，其余土壤均维持着较低
的导水能力和较低的递减速率，说明仅从饱和导水
率的变化来看，不同园龄果园土壤团聚体的稳定性
和退化状态差异明显，对于园龄较大的果园，其土壤
８９６
３期　　　 魏彬萌，等：渭北果园土壤物理退化特征及其机理研究
图６　不同园龄段果园土壤饱和导水率随时间的变化
Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｓｏｉｌｓａｔｕｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
团聚体几乎退化到相对稳定的水平，即“结构孔隙”
已经不明显，只有“质地孔隙”的水平。
２２　果园土壤物理性状退化的原因分析
以上分析表明，底层土壤紧实化是渭北果园土
壤物理质量退化的主要特征，探究其土壤紧实化的
原因对于评价土壤质量演化趋势和防止土壤紧实化
显得极为重要。一般土壤紧实化有诸如耕作、交通
和灌溉等人为活动与自然因素等方面的作用。对于
渭北果园而言，耕作扰动次数很少，几乎不涉及机械
压实，更无灌溉的影响，可底层土壤紧实化问题仍较
为严重，这只能是土壤粘粒向下迁移的自然结果。
为此，本研究测定了３个园龄段果园土壤剖面的粘
粒含量（图７）。
图７　不同园龄段果园土壤粘粒含量变化
Ｆｉｇ．７　Ｓｏｉｌｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈ
ｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
从图７可以看出，供试土壤在剖面５０—１００ｃｍ
处是黑垆土层，其较高的粘粒含量缘于发生学过程，
而０—５０ｃｍ是黄土的沉积与多年使用土粪形成的
覆盖层，从发生学角度讲，该土层应具有基本一致的
颗粒组成。但是３个园龄段果园土壤剖面粘粒含量
存在明显的差异，尤其在０—３０ｃｍ处土壤粘粒含量
随种植年限的增加而明显减少，３０ｃｍ以下则随种
植年限的增加而呈增加趋势，说明植果期间黑垆土
覆盖层因团聚作用差，在降雨期间团聚体分散，“活
性粘粒”向深层移动淀积，产生了明显的淀积粘化
作用。并因果园土壤翻耕少，使得粘粒在底土层逐
渐积累，并填充了底层土壤孔隙，造成底土层土壤紧
实化和坚实化。进一步分析发现，土壤粘粒含量与
容重、紧实度以及孔隙度之间呈极显著的相关关系
（表１），再次证明渭北果园土壤物理退化的主要原
因在于粘粒的迁移与分化。培肥果园土壤，促进土
壤颗粒的团聚化程度是防止土壤物理退化的根本
措施。
２３　果园土壤物理性状退化程度的评价
压实密度（ｐａｃｋｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙ）是衡量土壤压实程
度的量化指标，主要在德国和英国等欧洲国家被使
用。压实密度采用公式：ＰＤ＝ＢＤ＋００９Ｃ
式中，ＰＤ—压实密度（ｇ／ｃｍ３）；ＢＤ—土壤容重
（ｇ／ｃｍ３）；Ｃ—土壤粘粒含量。
压实密度（ＰＤ）在１４０ｇ／ｃｍ３和１７５ｇ／ｃｍ３可
视为压实程度低、中、高阈值［２８］。渭北果园在２０ｃｍ
土层以下土壤压实密度都已达到了中度压实的程
度，而且在同一土层，果园土壤压实密度比农田土壤
大（表２）。说明渭北土壤团聚体的弱结持性引起的
自然压实是限制该区果业可持续发展的一个重要问
题，应该引起人们足够重视。
９９６
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
表１　土壤物理参数间的相关性分析
Ｔａｂｌｅ１　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
项目
Ｉｔｅｍ
容重
Ｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ
总孔隙度
Ｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙ
紧实度
Ｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ
粘粒含量
Ｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔ
容重Ｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ １０００ －０９９２ ０９６４ ０６１８
总孔隙度Ｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙ １０００ －０９７１ －０５９８
紧实度Ｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ １０００ ０６７４
粘粒含量Ｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔ １０００
　　注（Ｎｏｔｅ）：—Ｐ＜００５；—Ｐ＜００１．
　　在果园土壤管理方面，增加有机物投入，促进土
壤稳定性团聚体的形成，适度地深翻土壤，干扰粘粒
在深层的聚集等，将有助于保证疏松土体构造，提高
土壤蓄水、透气和保肥能力等，为果树健康生长营造
最佳的土壤物理条件。同时，疏松的土体也有助于
果树根系的延伸和扩展活动范围，增加根系吸收功
能，有利于维持果树的健康树势，延缓果树衰
老等［２９］。
表２　不同园龄段果园土壤压实密度（ｇ／ｃｍ３）
Ｔａｂｌｅ２　Ｓｏｉｌｐａｃｋｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙｉｎｏｒｃｈａｒｄｓｗｉｔｈ
ｄｉｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅｓ
土层深度
Ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ
（ｃｍ）
种植年限Ｐｌａｎｔｉｎｇａｇｅ
＜１０ａ １０ ２０ａ ＞２０ａ
农田
Ｆａｒｍｌａｎｄ
０—１０ １２３ １３１ １３６ １２７
１０—２０ １２４ １３０ １３５ １３８
２０—３０ １４６ １５３ １５４ １４７
３０—４０ １４９ １５３ １５６ １４４
４０—５０ １５１ １５３ １６２ １４８
５０—６０ １４９ １５２ １５８ １４７
３　结论
渭北果园土壤物理退化的主要特征是容重和紧
实度随植果园龄和土层深度的增加而增大，尤其是
在２０ｃｍ土层以下，土壤容重已经达到１４５ １６１
ｇ／ｃｍ３，紧实度达到９３３ ２４３３ＫＰａ。孔隙度在０—
２０ｃｍ土层基本保持在５０％以上，属于结构良好状
态，而２０—６０ｃｍ土层基本维持在４０％ ４６％，已
经处于压实和严重压实状态。土壤饱和导水率在果
园土壤表层和紧实层均表现出随种植园龄的增加而
减小的趋势。因此，亚表层及其以下土层的紧实化
是渭北果园土壤物理退化的主要特征。以压实密度
为指标，对渭北果园土壤压实程度进行评估，发现渭
北果园２０ｃｍ土层以下均达到了中度压实的程度，
严重影响了果树根系的健康生长及对养分的吸收。
渭北果园土壤物理退化的主要原因是，该区土
壤质地为壤质土，有机质含量相对欠缺，土壤团聚
作用差，团聚体“稳定性”不强，加之果园土壤翻耕
扰动少，对物理退化干预少，在植果期间土壤粘粒
逐渐向深层移动与累积，最终造成果园土壤亚表层
及其以下土层的紧实化，影响果园的健康、可持续
发展。
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