复合土壤改良剂对东北黑土区土壤水力特性的影响机制及优化施用研究

针对东北黑土区因黏土质地和犁底层压实导致的水蚀问题，研究人员通过复合土壤改良剂（含SAP、PAM和有机肥）的田间试验，发现中剂量（M2）处理显著提升土壤入渗能力（K?0.5增加15.9倍）和持水性能（Nw和Mw分别提高12.18%和18.73%），其机制与增加大孔隙度（>0.05 mm）和大团聚体（>2 mm）形成相关，为黑土退化防治提供科学依据。

　　

东北黑土区是我国最重要的粮食生产基地，但长期高强度耕作和侵蚀导致土壤退化问题日益严峻。黏土质地的黑土在降雨后易形成地表径流，而压实犁底层进一步阻碍水分入渗，加剧了水土流失和养分流失。如何改善土壤水力特性（hydraulic characteristics）成为该区域生态保护和农业可持续发展的关键挑战。

针对这一问题，中国科学院相关团队在《Soil Advances》发表研究，创新性地将超吸水性聚合物（SAP）、聚丙烯酰胺（PAM）和有机肥复配，通过田间试验揭示了复合改良剂对土壤水力特性的提升机制。研究发现，中剂量处理（M2：PAM 0.075 t ha^?1+SAP 0.075 t ha^?1+有机肥1.5 t ha^?1）能最优协调土壤结构改良与水分调控功能，为黑土保护提供了可推广的技术方案。

研究采用四项关键技术方法：（1）基于微型圆盘入渗仪（Mini Disk infiltrometer）的原位入渗测定，量化?0.5 hPa和?6.0 hPa吸力下的水力传导度（K_?0.5、K_?6.0）；（2）恒水头法测定饱和导水率（K_{s）；（3）Yoder湿筛法分析水稳性团聚体（WSAR）分布；（4）砂箱法结合孔隙分级（>0.05 mm为宏孔隙）解析孔隙特征。所有试验在黑龙江海伦市150 m²径流小区开展，土壤为粉砂黏壤土。}

3.1 土壤入渗性能
中剂量处理（M2）在低吸力（?0.5 hPa）下表现最优：初始入渗率和稳定入渗率分别提升98.8%和320.9%，K_?0.5显著增加15.9倍（p<0.05）。非线性拟合显示，宏孔隙度每增加1%，K_?0.5呈幂函数增长（R²=0.85），证实大孔隙是水分快速迁移的主要通道。

3.2 土壤持水能力
M2处理使自然含水量（N_w）和最大持水量（M_w）分别提高12.2%和18.7%。实时监测显示，在干旱期和89 mm强降雨事件中，M2处理的表层土壤体积含水量较对照（CK）平均提升23.6-36.1%。

3.3 土壤结构改良
宏孔隙度与>2 mm大团聚体（WSAR_>2）是关键靶点。M2处理的宏孔隙度达20.8%（较CK增加57.7%），同时大团聚体含量提升69.2%。相关性分析表明，N_w与WSAR_>2呈对数正相关，而M_w与宏孔隙度呈指数关系。

4.2 作用机制讨论
PAM通过氢键促进土壤颗粒团聚，而SAP的缓释特性抵消了有机肥中钠钾离子的分散作用。二者协同增加>2 mm团聚体，形成"海绵状"孔隙结构。但过量施用（M3/M4）会因SAP溶胀堵塞孔隙，反降低宏孔隙度18-21%。

该研究首次阐明复合改良剂通过"大孔隙-大团聚体"双途径提升黑土水力特性的机制，提出的中剂量方案可兼顾防蚀与抗旱需求。未来需开展长期定位试验验证效果持续性，并为不同坡度农田制定差异化施用标准。论文成果对东北黑土保护和国家粮食安全战略实施具有重要实践价值。