不同機械壓實條件下黑土性質及入滲特征變化研究

馬仁明，付 娟，賈燕鋒，范昊明，張博翔，李 爽，張 茜，于茗耀，楊明春，李夢緣

（沈陽農業大學水利學院/遼寧省水土流失防控與生態修復重點實驗室，沈陽 110161）

東北黑土區作為我國重要商品糧生產基地，年均糧食總產量占全國25%以上，是國家糧食安全的“壓艙石”。早在1959年，東北地區就開始推進農業機械化，至2019年黑龍江省、吉林省、遼寧省綜合機械化率分別達到97%、81%和85%[1]。農業機械水平的提高不但大幅提高了農田作業效率，同時也使農田土壤遭受嚴重的機械碾壓，甚至導致作物減產、土壤退化等[2]。研究發現，當機械接地壓力大于50 kPa就會發生土壤壓實[3]，但進行農田機械作業時接地壓力通常超過70 kPa[4]，即大部分的農田機械作業活動均使農田土壤遭受壓實影響，尤其黑土土壤質地黏重，更易遭受壓實影響[5]。

土壤入滲是指地表水滲入土壤剖面的過程[6]。一方面，土壤入滲將地表水轉化為土壤水。土壤水作為植被作物可吸收利用水分的唯一途徑[7]，是土壤水分循環的重要環節，即土壤入滲對植被作物生長及農田管理具有重要意義。另一方面，土壤入滲將地表水轉化為地下水，對于調節地表徑流、涵養水源及防治農田土壤侵蝕具有重要意義[8]。目前，眾多學者開展了關于農田土壤入滲影響因素的研究。研究表明，影響土壤入滲的因素包括土壤性質及外部因素。土壤性質，如土壤質地、結構、容重和有機質等，外部因素如土壤含水量、降雨強度、植被覆蓋和人為活動等[9-11]。區域農田范圍內氣候環境及土壤性質相似，因此人為活動導致的不同的農田管理措施是影響農田土壤入滲的主要因素。以東北地區為例，即使以種植單季作物為主，農田土壤經歷耕、種、收及田間管理后，機械作業仍可達8~15次[12]，壓實面積占比高達85%~90%，其中10%~80%的面積更要遭受多次機械碾壓[13]。因此，研究農田機械壓實對黑土土壤入滲特征的影響對指導黑土耕作過程的農業機械的使用管理及防治因農田機械耕作而導致的土壤侵蝕具有重要參考意義。

國內外關于機械壓實對土壤物理性質的影響研究已較為全面[6,14]。張興義等[15]指出，機械壓實會打破適宜作物生長的農田土壤三相比，即固、液、氣比為5∶3∶2的狀態。SMITH等[16]通過研究不同機械對砂壤土的壓實得出地壓更大的機械對0~30 cm 容重的影響也更顯著。周艷麗等[17]發現隨壓實程度的增加，不同深度土層含水量均下降，且表層土壤比深層土壤水分下降更顯著。SOLGI等[18]發現，壓實可致使森林土壤孔隙減小50%~60%。機械壓實通過影響土壤物理性質從而影響土壤入滲，現有研究明確了機械壓實對土壤入滲起到消極作用。王曉燕等[19]在觀測拖拉機壓實后徑流小區土壤的入滲過程中發現壓實顯著減小土壤產流時間，且使土壤穩滲速率減小86%。AL-ESAWI等[20]通過對比不同質地土壤壓實后入滲速率，發現壓實使砂壤土和黏土入滲速率分別降低86%和73%。這些試驗均明確了壓實致使土壤入滲能力減弱。由于室內試驗條件較為理想，現有研究多為室內模擬試驗，室內研究已基本明確壓實對土壤各項物理性質的影響機制及單一壓實條件下土壤入滲的作用因素。然而，實際田間機械壓實受氣候地域限制、機械型號及壓實次數等影響，壓實過程及對土壤的作用過程復雜，室內研究并不能完全解釋實際情況中機械壓實對土壤物理性質及土壤入滲的作用機制。

因此，本研究選取東北黑土區黑龍江省齊齊哈爾市克山縣典型黑土作為研究對象，根據當地農作物耕種收機械類型及進地次數選取機械及確定壓實次數，在當地農作物秋收后進行田間模擬機械壓實，力求與實際田間機械壓實一致。在田間進行3種不同馬力機械在0，1，3，5，7，9次壓實后的模擬機械壓實，通過室內土壤物理性質測定及雙環入滲試驗，分析黑土農田在不同機械壓實條件下土壤物理性質及土壤入滲規律的變化，探討農田機械壓實對黑土物理性質及土壤入滲的作用機制，研究將為黑土區農田作業機械的合理使用提供指導，為緩解因機械壓實導致的農田土壤生態系統的健康問題提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于黑龍江省齊齊哈爾市克山縣英民村（東經126°01′~126°41′，北緯47°43′~48°18′）?？松娇h屬溫帶大陸性季風氣候，寒暑變化明顯。年平均氣溫2.4 ℃，年平均風速4 m·s-1，年無霜期122 d左右，年平均降水量約500 mm。年內降水分布不均勻，雨熱同季，降雨集中在6-8月份，主要土壤類型為黑土，黑土層厚度>60 cm，屬典型厚層黑土區。研究區種植作物以大豆玉米輪作為主。

1.2 試驗設計

2022年9月，選取英民村秋收后坡度基本一致（3°~4°）的大豆耕地，沿壟向設置25 m×5 m的16塊樣地，每塊樣地內含4條可用壟溝。使用不同馬力農機（華夏HX2104-C：154 kW、約翰迪爾554：40 kW、中國海山：19 kW）沿壟溝進行不同次數（1，3，5，7，9 次）碾壓，以未經壓實處理的壟溝作為對照，在處理后壟溝處進行采樣及測定。為增加研究的適用性及方便區分對比，按照趙明宇等[21-22]對于大型拖拉機及小型拖拉機的劃分，將本研究所使用的農業機械進行歸類，華夏HX2104-C 為大型機械、約翰迪爾554為中型機械、中國海山改裝車為小型機械。各機械參數具體如表1。

表1 試驗用農機參數Table 1 Parameters of experimental agricultural machinery

1.3 雙環入滲試驗

由于雙環入滲法準確性高且適用于異質性較強的土壤[23-24]，因此采用雙環入滲法測定土壤入滲。雙環內環直徑30 cm，高20 cm；外環直徑50 cm，高40 cm。入滲試驗前先將待測樣地表面的枯落物清除并整平地面，把雙環放置在同一圓心的位置上，垂直均勻打入土中20 cm；同時向內外環供水并保持環內水層高度3 cm，每隔一定時間記錄1次內環加水量。土壤入滲速率先快后慢，所以記錄時間間隔由快變慢，分別在3，5，10，15，20，25，30，30 min 后每間隔15 min 記錄。試驗后期，若出現3 個相同時間間隔內內環加水量基本相等，可結束試驗。入滲總歷時2 h。入滲試驗裝置如圖1。

圖1 入滲試驗裝置Figure 1 Infiltration test setup

參考前人研究，設置初始入滲速率為0~3 min[25-26]。穩定入滲速率為連續3 個相同時間間隔內內環加水量基本相等時的平均入滲速率。入滲總歷時120 min，故取120 min 的滲透總量作為累計入滲量。入滲速率計算公式為：

式中:Vi為第i次測量時的入滲速率（mm·min-1）；Qi為第i次測量時量筒加入的水量（mL）；A為內環橫截面積（cm2）；Ti為第i次測量的時間間隔（min）。

第n次測量時的累計入滲量為：

式中：n為總加水次數。

1.4 土壤理化性質測定

通過預試驗可知，土壤雙環入滲的水分入滲深度在20 cm 以內，因此采集0~20 cm 土層土樣測定土壤物理性質。用100 cm3標準環刀在各樣地垂直方向每10 cm分層采集土壤表層20 cm的原狀土樣，每層3個重復，共96個樣品。

土壤容重、土壤含水率、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度采用環刀法測定[27-28]；土壤機械組成采用比重計法進行測定[29]；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定[30]。試驗地土壤基本理化性質如表2。

表2 試驗地土壤基本理化性質Table 2 Basic physical and chemical properties of soil in the test site

1.5 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2021 和Origin 2021b 對數據處理和統計分析；用單因素方差分析（One-way ANOVA）進行顯著性檢驗（p<0.05）；以Spearman法進行相關性分析。運用Canaco 5對土壤入滲特征與土壤物理性質進行冗余分析（redundancy analysis,RDA）。

2 結果與分析

2.1 機械壓實對土壤容重的影響

由圖2可知，在0~10 cm土層，土壤容重變化范圍為0.96~1.50 g·cm-3。隨壓實次數增加，土壤容重增加，大型、中型及小型機械壓實后土壤容重增加范圍分別為42.71%~54.17%、32.29%~56.25%和33.33%~46.88%。大型機械壓實后土壤容重增加趨勢較其他兩機械更為明顯。首次壓實，土壤容重增加最為顯著，大型、中型、小型機械壓實后土壤容重相比未壓實土壤分別顯著增加44.79%、32.29%、36.46%。此時，大型機械相比小型及中型機械壓實后土壤容重增加更為顯著。大型機械首次壓實后隨壓實次數增加土壤容重不再有顯著差異；而中型、小型機械至5 次壓實后，隨壓實次數增加土壤容重不再產生顯著差異。此時，中型、小型機械與大型機械相比無顯著差異。說明壓實次數的增加可以使壓實作用累積，多次壓實后，這種累積作用會減小不同馬力機械對土壤容重的影響差異。在10~20 cm土層，土壤容重變化范圍為1.25~1.58 g·cm-3。隨壓實次數增加，土壤容重總體呈增加趨勢，但相比0~10 cm 土層土壤容重，其增幅變緩，大型、中型、小型機械壓實后土壤容重增加范圍分別為7.94%~25.4%、0.00%~19.05%和0.79%~11.90%。首次壓實，大型機械壓實土壤容重相比未壓實土壤顯著增加7.94%，而中型、小型機械壓實后土壤容重與未壓實土壤相比無顯著差異。此時，各機械壓實后土壤容重無顯著差異。3 次壓實，大型機械壓實后土壤容重相比中型、小型機械差異顯著，至7 次壓實，機械間無顯著差異。說明大型機械在少次壓實就對深層土壤產生影響，而中型、小型機械要隨著壓實次數增加產生的累積作用對較深層土壤產生影響。

2.2 機械壓實對土壤孔隙特征的影響

由表3 可知，0~10 cm 土層，土壤總孔隙度變化范圍為39.62%~57.43%。隨壓實次數增加，土壤總孔隙度呈下降趨勢，大型、中型及小型機械壓實后土壤總孔隙度分別減小22.81%~31.58%、15.79%~28.07%和19.30%~29.82%，中型機械相比大型及小型機械，其土壤總孔隙度下降較小。大型、中型、小型機械首次壓實后土壤總孔隙度相比未壓實土壤均顯著降低，降幅分別為22.55%、16.68%和20.18%。此時，大型機械相比中型及小型機械差異顯著。隨壓實次數增加，各機械壓實后土壤總孔隙度降幅減緩，至7 次壓實，各機械壓實后土壤總孔隙度無顯著差異。10~20 cm 土層，土壤總孔隙度變化范圍為38.22%~52.16%，隨壓實次數增加，土壤總孔隙度呈逐漸減小趨勢，大型、中型、小型機械壓實后土壤孔隙減小范圍分別為10.35%~26.73%、3.95%~15.82%和2.88%~20.61%。大型、中型機械首次壓實后土壤總孔隙度與未壓實土壤相比分別顯著減少10.35%和8.03%，而小型機械無顯著差異；至3 次壓實，小型機械與未壓實土壤相比顯著減小13.86%，此后，隨壓實次數增加，土壤總孔隙度均表現為中型機械>小型機械>大型機械；至9 次壓實，大型、中型、小型機械壓實對土壤孔隙度的影響均達到最大，大型機械與中型機械之間存在顯著差異。0~10 cm 土層，土壤毛管孔隙度變化范圍為38.91%~48.55%。隨壓實次數增加，土壤毛管孔隙度總體呈下降趨勢，大型、中型、小型機械壓實后土壤毛管孔隙度降幅分別為8.94%~19.86%、3.91%~15.65%和8.69%~18.35%。各機械首次壓實后土壤毛管孔隙度與未壓實土壤相比均無顯著差異；至3次壓實，大型及小型機械壓實后土壤毛管孔隙度與未壓實土壤相比分別顯著減小11.64%和11.43%，中型機械差異不顯著；至7次壓實，中型機械壓實后土壤毛管孔隙度才與未壓實土壤相比顯著減小12.15%。值得注意的是，中型機械與大型、小型機械在首次壓實土壤毛管孔隙度差異顯著，但3 次壓實后，各機械間土壤毛管孔隙度再無顯著差異。10~20 cm 土層，土壤毛管孔隙度變化范圍為38.01%~49.01%。隨壓實次數增加，毛管孔隙度總體呈下降趨勢，大型、中型、小型機械壓實后土壤毛管孔隙度變化范圍分別為10.69%~22.44%、1.71%~14.26%和5.22%~20.04%，中型機械相比大型及小型機械總體降幅較緩。大型及小型機械首次壓實，毛管孔隙度相比未壓實土壤分別顯著降低10.69%和5.22%；至5次壓實，中型機械壓實后土壤毛管孔隙度與未壓實土壤相比顯著減小10.30%。0~10 cm土層，土壤非毛管孔隙度變化范圍為0.01%~8.88%。各機械首次壓實后土壤非毛管孔隙度相比未壓實土壤均顯著減小，大型、中型及小型機械分別減小81.64%、86.49%和98.31%。隨壓實次數增加，土壤非毛管孔隙度無顯著變化，且各機械間土壤非毛管孔隙度也無顯著差異。10~20 cm土層，土壤非毛管孔隙度變化范圍為0.21%~4.21%。隨壓實次數增加，土壤非毛管孔隙度總體呈下降趨勢，大型、中型、小型機械壓實后土壤非毛管孔隙度降幅為5.08%~93.33%、24.44%~68.89%和33.65%~55.78%，大型壓實后非毛管孔隙下降最大。各機械首次壓實后土壤非毛管孔隙度與未壓實土壤無顯著差異；至3次壓實，大型機械壓實后土壤毛管孔隙度與未壓實土壤相比顯著減小84.13%，而中型及小型機械壓實隨壓實次數增加土壤非毛管孔隙與未壓實土壤無顯著差異，各機械間也無顯著差異。

表3 機械壓實對土壤孔隙特征的影響Table 3 Effect of mechanical compaction on soil pore characteristics

2.3 機械壓實對土壤含水率影響

由圖3可知，0~10 cm土層，各機械壓實后土壤含水率變化范圍為25.00%~32.00%。隨壓實次數增加，土壤含水率呈下降趨勢，大型、中型、小型機械壓實后土壤含水率分別下降9.68%~19.35%、5.38%~16.13%和3.23%~9.68%。大型機械首次壓實土壤含水率相比未壓實顯著下降9.68%，而中型、小型機械壓實后土壤含水率略有增加，但差異不顯著；至3 次壓實，大型、中型、小型機械壓實后土壤含水率與未壓實土壤相比均顯著減少，分別減少12.90%、5.38%和3.23%。值得注意的是，第1、第3 次壓實時，大型機械壓實后土壤含水率相比中型、小型機械具有顯著差異，而7次壓實后，表現為大型機械與中型機械差異顯著，至9 次壓實，大型機械與小型機械差異顯著。10~20 cm 土層范圍內，各機械壓實后土壤含水率變化范圍為20.67%~27.33%。隨壓實次數增加，土壤含水率波動變化但總體呈下降趨勢，大型、中型及小型機械壓實后土壤含水率分別下降1.23%~23.46%%、3.70%~17.29%和3.70%~16.05%。3 次壓實時，中型機械壓實后土壤含水率與未壓實土壤產生顯著差異，減少8.64%；而至5 次壓實，小型機械壓實后土壤含水率與未壓實土壤相比顯著減少16.05%；直至9 次壓實，大型機械壓實后土壤含水率與未壓實土壤相比才產生顯著差異，使土壤含水率減少23.46%。

圖3 機械壓實對土壤含水率的影響Figure 3 Effect of mechanical compaction on soil moisture content

2.4 壓實次數與土壤各物理性質的變化關系

為深入探究壓實次數對0~20 cm 土層土壤各物理性質的影響，構建壓實次數與容重、孔隙特征及含水率的定量關系擬合方程（表4）。0~10 cm 土層，土壤容重與壓實次數呈指數增加，而土壤總孔隙度、非毛管孔隙與毛管孔隙度則與壓實次數呈指數減小。除中型機械壓實后土壤含水率與壓實次數存在線性遞減關系，大型、小型機械壓實后土壤含水率與壓實次數間也呈現指數減小關系。說明壓實次數的增加可以導致土壤孔隙特征及土壤含水率下降，導致土壤容重增加，但當壓實達到一定次數，0~10 cm土層土壤性質最終趨于穩定。10~20 cm土層，大型及中型機械壓實后土壤容重與壓實次數呈指數增加。隨壓實次數增加，土壤總孔隙度及毛管孔隙度呈減小趨勢，除中型機械壓實后總孔隙度與壓實次數呈線性遞減關系外，中型及小型機械壓實后土壤總孔隙度及毛管孔隙度隨壓實次數增加呈指數減小關系。大型機械壓實后非毛管孔隙度與壓實次數呈線性遞減關系，而中型、小型機械壓實后非毛管孔隙度與壓實次數無明顯關系。大型、中型機械壓實土壤含水率與壓實次數可以用線性相關函數表示，隨壓實次數增加土壤含水率減小，但小型機械壓實土壤含水率與壓實次數則無明顯關系。說明在10~20 cm 土層，相比于中型及小型機械，大型機械壓實條件下土壤性質對壓實次數的響應更為敏感。

表4 壓實次數與土壤物理性質的關系擬合Table 4 Relationship between the number of compaction and various soil properties

2.5 機械壓實對土壤入滲特征的影響

不同機械壓實處理下，土壤入滲特征如圖4。除大型機械1 次壓實外，各機械壓實后土壤各入滲參數及與未壓實土壤相比均顯著減小。中型及小型機械首次壓實2 h 累計入滲量及初滲速率與未壓實土壤產生顯著差異，中型機械壓實使2 h累計入滲量及初滲速率分別減少87.16%和87.59%，小型機械壓實使2 h累計入滲量及初滲速率分別減少50.81%和70.93%。至3次壓實，大型機械壓實后2 h累計入滲量與初滲速率相比未壓實土壤分別顯著減小73.29%和75.67%。此后，隨壓實次數增加，2 h累計入滲量及初滲速率雖然呈現逐漸減小趨勢，但無顯著變化。中型機械首次壓實后土壤穩滲速率相比未壓實土壤顯著降低92.90%，至3次壓實，大型及小型機械壓實土壤穩滲速率與未壓實土壤相比分別顯著減小74.07%和66.97%，此后，隨壓實次數增加土壤穩滲速率減小，但變化不顯著。值得注意的是，第1、第3次壓實，各機械間壓實后土壤入滲指標存在顯著差異，但隨壓實次數增加，機械間差異減小，至7次壓實，各機械間土壤各入滲特征均無顯著差異。

圖4 不同機械壓實土壤入滲特征Figure 4 Infiltration characteristics of different mechanically compacted soils

2.6 0~20 cm土層壓實土壤性質對土壤入滲特征的影響

為進一步探究壓實對土壤入滲特征的作用機理，分析不同壓實處理后0~20 cm 土層土壤物理性質與土壤2 h 累計入滲量、初滲速率和穩滲速率之間的關系。由表5 可知，0~10 cm 土層，土壤各入滲特征與容重均呈極顯著負相關，與土壤總孔隙度、土壤毛管孔隙度極顯著正相關；而非毛管孔隙度與2 h 累計入滲量顯著正相關，與初滲速率及穩滲速率極顯著正相關。10~20 cm 土層，土壤各入滲特征與容重均顯著負相關；土壤總孔隙度、土壤毛管孔隙度均與土壤2 h 累計入滲量、初滲速率顯著正相關，與土壤穩滲速率極顯著正相關；非毛管孔隙度與初滲速率顯著正相關。說明0~20 cm 土層土壤容重及土壤孔隙特征均影響機械壓實土壤入滲特征，但0~10 cm 土層土壤性質是影響入滲特征的主要因素。土壤容重增加、土壤孔隙度減小使土壤入滲能力減弱已被眾多學者證實[8,31]。土壤容重的變化體現了土壤中孔隙狀況的變化，壓實使土壤顆粒排列更為緊密，土壤孔隙結構變差，土壤容重增加，土壤水分入滲特征就越差。

表5 土壤入滲特征與物理性質Spearman相關系數Table 5 Spearman's correlation coefficient between soil infiltration characteristics and physical properties

對0~20 cm 土層土壤容重、含水率及孔隙度特征與土壤入滲特征進行冗余分析（RDA）。由圖5 可知，第1 排序軸和第2 排序軸的解釋率分別為80.91%和1.54%，累積解釋了82.45%的土壤入滲變化，可以基本反應土壤物理性質與土壤入滲特征的關系。0~10 cm 土層土壤容重（61.1%，F=25.1，p=0.002）是影響綜合土壤入滲特征的主導因素，這與云慧雅等[32]的研究結果一致。這是因為土壤容重綜合反映土壤結構狀況，容重越大說明土壤孔隙度越小，而土壤孔隙是影響土壤入滲過程的重要因素。

圖5 機械壓實土壤入滲特征與土壤物理性質RDA分析Figure 5 RDA analysis of infiltration characteristics and soil physical properties of mechanically compacted soil

3 討論與結論

本研究發現，各機械在首次壓實就對0~10 cm 表層土壤性質產生顯著影響，使容重均增加32.29%以上，土壤總孔隙度均減小15.8%以上。而對10~20 cm 土層土壤性質的影響依靠壓實次數的增加實現。除大型機械在首次壓實就使土壤容重顯著增加7.94%，中型及小型機械在3次壓實后土壤容重才顯著增加，大型、中小及小型機械分別使容重最大分別增加25.4%、9.05%和11.90%；大型及中型機械在首次壓實使土壤總孔隙度分別顯著減小10.35%和8.03%，小型機械在3 次壓實后總孔隙度顯著減小13.86%。各機械對土壤含水率的影響均在3次壓實后達顯著水平。試驗結果與前人研究相似[33-34]。這是由于機械對土壤的應力是從表層向深層傳導，表層土壤遭受機械直接碾壓，所受應力較大，對土壤的擾動也更大，因此即使少次壓實對土壤性質的影響程度也更明顯，而深層土壤受機械施加應力通過表層土壤層層傳遞，所受應力逐級削弱，對土壤的擾動也較小，因此其對土壤性質的影響主要依靠壓實次數的累計作用實現[35]。

壓實次數的累積能夠減小不同機械對表層及深層土壤容重、孔隙及含水率的差異。對于表層土壤，各機械首次壓實后對土壤的影響效果最為顯著。這是由于本試驗中，收獲作業時期土壤含水率較高，達25%以上，即使質量較小的機械在少次壓實時也能對表層土壤造成較嚴重的壓實[36]。此外，首次壓實后土壤顆粒排列就較為緊密，此后，隨壓實次數增加，土壤顆?？膳帕械姆秶苍絹碓叫?，因此，土壤各物理性質變化幅度也變緩[37]。對于較深層土壤，機械壓實對土壤的影響則主要靠壓實次數的累積。首次壓實，機械對土壤施加的應力主要作用于表層土壤，而對深層土壤顆粒的排列影響較小[35]，隨壓實次數增加，表層土壤顆粒排列愈加緊密，此時，機械對深層土壤施加應力變大[38-39]，壓實次數對深層土壤容重影響的累積效應也愈發明顯。

機械壓實對土壤孔隙狀況的改變影響土壤持水及入滲產流能力，與土壤侵蝕、作物生長密切相關[40]?？偪紫抖容^大的土壤水分入滲較快，因此貯存水分、涵養水源的能力強；而總孔隙度小的土壤則不利于水分入滲，地表徑流因此增加，土壤遭受侵蝕的可能也增加。LUXMOORE[41]指出，土壤孔隙中非毛管孔隙是土壤通氣透水的主要通道，孔隙中的水分流動主要受重力勢的支配遷移運動；李華等[42]通過對比壓實后土壤的孔隙分布曲線和滲透性曲線也證明孔隙分布較大時土壤滲透系數也更大，即壓實導致的非毛管孔隙的減小會減小土壤的入滲能力，從而增加土壤侵蝕發生的可能性。土壤中毛管孔隙度主要功能是蓄水和供水，可以表征土壤的田間持水量。田間持水量不但代表農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標，對農田灌溉、作物水管理具有重要意義[43-44]。機械壓實使土壤毛管孔隙度減弱，使土壤的保水性能及作物生長可利用的有效水也隨之減少，抑制了作物生長及土壤的抗侵蝕能力。

無論對于表層土壤或深層土壤，大型機械相比中型、小型機械對土壤容重、孔隙及含水的影響都更明顯。這是因為機械質量是影響壓實程度的重要因素之一[35,45]，對于表層土壤，大型機械由于較大的質量在少次壓實時對土壤性質的影響強于中小型機械。而對于深層土壤，由于大型機械的質量優勢，少次壓實時大型機械相比中小型機械其在土壤中傳遞的應力也更深[46]，因此對土壤物理性質的影響也更大，但隨著壓實次數的增加，土壤壓實的累積效應越明顯，機械質量對深層土壤容重的影響優勢被削弱。有研究表明，3 次壓實后土壤容重增幅減緩[17]，這就是因為壓實次數對土壤影響的累積作用?？梢?，質量較小的機械隨壓實次數增加其對土壤的影響也可依靠累積效應的增加與質量較大的機械接近。

本研究中，中型及小型機械在首次壓實就使土壤各入滲特征與未壓實土壤相比顯著下降，而大型機械至3次壓實土壤入滲特征與未壓實土壤相比顯著下降。首次壓實，中型及小型機械使2 h累計入滲量分別減少87.16%和50.81%；初滲速率分別減少87.59%和70.93%；中型機械使穩滲速率顯著減少92.90%。3次壓實，大型機械使2 h累計入滲量、初滲速率顯著減小73.29%和75.67%；至5次壓實后各機械間土壤各入滲特征無顯著差異。說明少次壓實時，中型機械入滲能力受影響最大，大型機械受影響最小，這應當與機械本身及機械與土壤之間的接觸有關。大型機械與中型機械相比擁有更大的質量，因此對土壤的壓實作用也更強烈，這在壓實對土壤的容重、孔隙特征方面有所體現，但大型機械也擁有更強的發動機馬力及更深的輪胎的花紋深度。在機械行駛過程與土壤接觸面的摩擦力也更大，因此對表層土壤的擾動作用相比中型機械也更大。有研究表明，大型機械在少次壓實土壤變形較中型機械更大[47]，表層土壤狀態更為松散，而松散土壤吸收徑流的能力更好，其入滲能力也就更好。至5次壓實后，各機械壓實后土壤入滲能力土壤各項入滲指標變化不再顯著。一方面是由于主壓實次數增加，壓實作用的累積效應顯現導致土壤入滲性能逐漸減弱；另一方面，機械對土壤入滲特征的影響存在閾值，當土壤受壓實作用到閾值以后，土壤各項物理性質不再明顯變化，這在周艷麗等[17]的研究中也被證明。

綜合來看，0~20 cm土層土壤容重及土壤孔隙特征均影響機械壓實土壤入滲特征，0~10 cm土層土壤容重是影響綜合土壤入滲特征的主導因素。土壤容重增加、土壤孔隙度減小使土壤入滲能力減弱已被眾多學者證實[7,31]。土壤容重的變化體現了土壤中孔隙狀況的變化，壓實使土壤顆粒排列更為緊密，土壤孔隙結構變差，土壤容重增加，土壤水分入滲就越差。土壤入滲過程可分為滲潤階段、滲漏階段和滲透階段。滲潤階段，水分在土粒分子力作用下被土粒吸附形成吸濕水，進而形成薄膜水，水分繼續入滲至滲漏階段，毛管力和重力成為影響土壤水分下滲的主要作用力，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穩定運動，并逐步填充土壤孔隙并逐漸達到飽和狀態，隨后入滲過程進行至滲透階段，水分在重力作用下沿土壤非毛管孔隙繼續向深層運動。即在整個土壤入滲過程中，土壤中孔隙結構主要影響水分入滲。而容重作為綜合反映土壤孔隙結構的指標，與土壤滲透能力極顯著負相關，能夠表征機械壓實對土壤入滲特征的影響。