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浅谈周至农田土壤通气性监测技术开发和科普宣传现状

2020-04-09 387 上传者：管理员

摘要：我国的周至幅员辽阔，土地资源丰富，是关中平原著名的农业大县之一。而高产优质农业发展依赖于健康的土壤，土壤性能中有两个重要的指标是土壤的肥力及通气性。作者通过实地调研、对比分析，找出了适合周至农田土壤通气性的监测技术，并对农田土壤通气性及科普宣传的一系列措施进行了分析说明，希望为周至探索农民增收致富打开思路、提供参考，从而推动周至乡村振兴和绿色农业经济发展。

关键词：
土地资源
土壤
科普宣传
通气性
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1、研究背景

周至是一个农业大县，现已形成了南部沿山旅游观光带、中部猕猴桃经济带、北部沿渭河苗木花卉蔬菜带的产业发展格局。这些特色产业带来的经济效益为县域经济社会的发展起到了非常重要的作用。为使这些经济效益逐年提高，一方面要依靠先进的种植技术，另外还要取决于土壤的性能。土壤性能中有两个重要的指标是土壤的肥力和通气性。农民常常关注前者而极易忽视后者。土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换的能力，以及土壤内部气体扩散的特性。土壤通气性能的好坏，直接影响土壤肥力的有效利用，进而影响作物生长。

2、通气性监测方法

土壤空气是影响土壤肥力的主要因素之一，土壤中的生物活动及物理化学过程大都与土壤空气密切相关。从种子发芽、根系发育到开花结果的作物生长发育过程与土壤空气状况直接相关[1]。土壤空气主要存在于土壤孔隙中，在土壤孔隙中不断运动，并与大气间空气进行气体交换[2]。土壤通气良好时，加强了好气性微生物的活动和繁殖，土壤有机质分解较快，矿质化明显增强，土壤有效氧气将得到充分供应，有利于作物对养分的吸收利用。土壤通气不良时，土壤中各种有利菌类活动受到抑制，不利于作物对养分的吸收，甚至产生有毒气体，危害作物生长，进而影响作物产量[2]。土壤导气率是指单位时间内单位面积土体上透过的气体数量[1]。它反映了气体透过土体的能力，是土壤通气性的综合影响指标。土壤导气率通常是在研究土体一端施加一定的气压，测定通过土体的稳定气体通量，由土壤空气对流通量方程获得[3-5]。目前国内外相关专家学者提出了不同的土壤导气率测算方法与模型，且根据模型供气装置不同分为瞬态法和稳态法；根据测量过程中气体运动边界条件不同，分为一维和三维两大类型。目前较为成熟的土壤导气率模型包括瞬态一维、瞬态三维、稳态一维和稳态三维4种形式。瞬态一维测量装置是将待测土样装入土柱管，记下管内土体高度。用铁架台固定土柱管，测量时拆下土柱管底部密封物。土柱管及储气筒上端用插有两小节导气硬管的橡皮塞密封，土柱管上两导气硬管插上导气软管后分别连接U形管压力计和储气筒，测定时应时刻保持U形管与地面垂直，装置如图1所示。

图1 瞬态一维土壤导气率测量装置

稳态一维土壤导气率测量装置供气部分为空气压缩机，压缩机上连有减压阀，用于调节压缩机输出气压，将气压控制在合理有效的范围之内。此外，还有调节输出气体流速的气体流量计，使气体输出速率保持在合理有效的范围内，方便数据记录，测量装置如图2所示。

图2 稳态一维土壤导气率测量装置

若拆掉图1和图2中的铁架台，倒出土柱管中土体，将土柱管垂直插入地面以下一定深度处，即构成了瞬态三维和稳态三维土壤导气率测量装置。显然，瞬态法测量装置简单，造价低廉，操作方便；而稳态法测量装置相对复杂，还要频繁通电给空气压缩机充气，搬运也相对麻烦。关于这些装置的操作，可查阅郭庆[6]和李陆生[7]已发表的硕士毕业论文，在此不一一赘述。除此之外，国内外相关专家学者还研发了大量测量土壤导气率仪器的电子设备，这些设备大多相对比较昂贵。考虑到周至县特殊的地形、农民的经济条件以及仪器操作的便捷性，笔者建议周至农田土壤通气性监测采用瞬态法进行。

3、土壤通气性改善措施

通常，不合理的耕作方式可能会导致土壤板结，过量的降水或灌水会导致土壤处于饱和状态，这些都会使土壤通气性变差。目前大多数学者只是对土壤导气率的模型和影响因素做过相关的研究，而对于改善土壤导气率方法的研究相对匮乏。笔者根据多年经验积累，总结出以下措施：

（1）增施有机肥。土壤中的微生物分解有机肥中的有机质，形成腐殖质，从而促进土壤中形成更多的团粒结构，使土壤疏松，防止板结，提高土壤通气性。

（2）秸秆还田。农作物秸秆是重要的有机肥源，粉碎的秸秆可提高土壤中有机质含量；还可增加土壤孔隙度，协调土壤中的水肥气热，为土壤微生物活动提供有利条件，从而有利于有机质软化、分解，改善土壤理化环境，提高土壤通气性。

（3）通气与深耕。借助在作物根区预埋的管道或者直接通过地下滴灌管道，将空气输送到作物根系周围，这些气体溢出土壤的过程中就能增加土壤的通气性。经常松土，深度超过30cm，改善耕层构造，从而防止土壤板结。

（4）测土配方施肥。依据土壤化验结果配方施肥，做到土壤中缺什么补什么，这样就可以避免盲目大量施肥，不会使土壤板结。

（5）控制灌水量。平时浇水一定要注意灌水量不宜过大，切忌大水漫灌，最好使用滴灌和喷灌。遇到暴雨时，要及时排水。

（6）清除农田残膜。地膜和塑料袋使用后若大量残留在土壤中，会形成有毒物质并破坏土壤结构，造成土壤板结，严重影响土壤的通气性。

（7）适当使用土壤改良剂。用于改善土壤通气性的土壤改良剂有松土精、聚丙烯酰胺（PAM）、石灰和石膏等。这些改良剂施入土壤，使土壤结构松散，能够增加了土壤团粒结构，改善土壤的通气性。

（8）施用蚯蚓粪。蚯蚓粪中富含大量有机物质，能改善土壤理化环境，提高土壤通气性。结合周至县的实际情况建议使用增施有机肥、秸秆还田、适度深耕、测土配方施肥及施用蚯蚓粪等方法改良土壤。

4、科普宣传

科普，顾名思义就是科学普及。它指的是利用不同媒介，以公众易于接受的形式宣传自然、社会和科学知识的一种教育覆盖[8]。在周至地区要进行土壤通气性科普宣传，可以从以下几个方面着手：

（1）加强新媒体内容制作。随着“互联网+”信息技术的飞速发展，新媒体技术的传播方式多样、传播内容丰富，可以将文字、图片、视频、虚拟现实技术等社会流行元素结合起来，从而实现传播模式一对多向多对多的转变[9]。目前，微博、微信、手机APP、抖音、快手等一系列社会化媒体正在周至农民中飞速普及；可以将土壤通气性方面的知识在这些媒体平台进行传播。

（2）丰富宣传作品的样式。科普宣传作品可以是图书、画册、科普展板、折页、活页教材，也可以更多地采用微视频、微电影、动漫、AR、VR等。内容上多侧重于土壤物理化学、土壤通气性及最新行业成果等内容。

（3）加强基层人员的培训。对周至地区的县级、镇级农业部门、及职业农民、村干部、乡土专家及农业创客等进行农田土壤通气性科普培训。使他们真正成为适应新时代农村发展有文化、懂技能、善经营、会管理、能致富的乡村人才。以传帮带的形式帮助越来越多的农民了解和掌握土壤通气性，使他们真正成为新时代的新农民。

5、结语

周至特色农业产业带来的经济效益为县域经济社会的发展起到了非常重要的作用。为使这些经济效益逐年提高，一方面要依靠先进的种植技术，另外还要取决于土壤的性能。只有将土壤通气性等一系列研究成果应用于农业生产中指导实践，建立周至农田土壤通气性监测评价体系及科普宣传，才能提升周至农民科学文化素质，提高特色农业产业的经济效益，促进农业增效，农民增收。

参考文献：

[1]邵明安,王全九,黄明斌.土壤物理学[M].北京—高等教育出版社,2006.

[2]王卫华.土壤导气率变化特征实验研究[D].西安:西安理工大学,2008.

[3]Shan C,Javandel I,Ronald W F.Analytical solutions for steady state gas flow to a soil vapor extraction well[J].Water Resources,1992,28(4):1105- 1120.

[4]Springer D S,Loaiciga H A,Cullen S J,et al.Air permeability of porous materials under controlled laboratory conditions [J].Ground Water,1998,36 (4):558-565.

[5]Poulsen T G,Moldrup P.Air permeability of compost as related to bulk density and volumetric air content[J].Waste Management Research,2007,25: 343-351.

[6]郭庆.地下滴灌对土壤导气率的影响[D].杨凌:西北农林科技大学,2012.

[7]李陆生.土壤导气率测量方法与计算模型研究[D].烟台:鲁东大学,2012.

[8]张扬.加强科普宣传,提升科学素质,为区域经济发展注入新活力[J].时代金融,2018,11:84-96.

[9]吴雯雯.基于新媒体技术的防震减灾科普宣传平台构架研究[J].电脑编程技巧与维护,2019,1(44):126-129.

郭庆,周亚飞,杨建飞.周至农田土壤通气性监测技术开发与科普宣传[J].花卉,2020,(4):277-278.

基金项目:陕西省提升公众科学素质研究计划项目(陕科协发〔2019〕普字21号)(79);杨凌职业技术学院自然科学研究基金项目(A2018016).