土壤紧实被广泛认为是土壤退化的重要表现之一,频繁的农业机械化耕作可能是造成耕地土壤紧实的原因之一。玉米是我国第一大作物,是黄淮海地区冬小麦-夏玉米种植系统主要组成,玉米对土壤紧实相对敏感。频繁的机械化作业对该区的土壤构成了严峻的挑战。田间机械压实对作物生长的影响已见报道,表明土壤紧实是土壤-气候-作物-机械相互作用的结果。但以往的研究大多是在极端条件下,如高强度机器操作、极端田间状况下来研究这一问题,这并不能代表田间实际情况。因此,我们的研究基于传统农民田间操作,调查土壤特性和玉米生长对土壤紧实的响应。本研究共设2年田间试验(2016-2017年),3个田间处理(CK,土壤无压实;C-2Wh,土壤机械压实两遍;C-6Wh,土壤机械压实6遍),采用5.26Mg的轮辐进行碾压;采用随机区组设计,材料为2个玉米品种(郑单-958和先玉-335)。2016年进行土壤深松耕作(至25cm),2017年进行浅旋耕作(至10cm)。本研究测定了0-50 cm土层的土壤参数如容重、穿透阻力、总孔隙度、渗透率、含水量和水稳定粒径分布。作物生长指标包括作物叶面积指数、植株高度、干物质积累、产量和产量构成因子。并对根系生长和分布进行了评估。试验结果表明,机械压实导致表层土壤(<30厘米土壤剖面)紧实,上部0-30cm土层的土壤容重和穿透阻力显著增加,显著高于对照最高16.4%,浅表层0-10cm差异更显著。同时,表层土壤孔隙度显著降低幅度高达17%。压实两遍与压实六遍贯穿阻力峰值分别产生于22.5和17.5cm,而无压实的正常土壤发生则30cm,且2017年的变化幅度高于2016年,最显著的差异发生在10-20和20-30 cm土层。表明机械压实显著增加了土壤的贯穿阻力。2016年,中等压实(C-2Wh)的作物产量略有增加,这是由于在2016年进行机械压实之前的深松耕作的作用效果。在深松松散土壤后,适度的再压实并没有产生压实效应。然而,在2017年进行土壤压实之前,没有进行深松耕作,导致了机械压实土壤对作物生长和产量产生了负面影响。土壤压实对产量的负面影响随着压实次数的增加而增加,在处理中(C-6Wh)最高(15.5%)。压实诱导了土壤物理性质的变化,特别是在表层土壤的深层土壤中,容重和渗透阻力增加导致限制了根系生长和增生;由此,阻碍作物生长和产量(2017年产量下降7.58%-15.50%)。我们发现,在10-30 cm土层中压实对根系生长和分布的最显著影响。与对照相比,机械压实两遍与六遍使10-20cm土层根长密度分别下降19.56%与41.30%,20-30cm土层内下降37.81%与58.30%,30-40cm土层内根长下降59.78%与82.60%。田间机械压实显著降低了叶面积指数、株高、干物质积累、干物质分配及籽粒数,对作物生长产生显著的负效应。植物生长指数,特别是对作物生长指标叶面积指数和株高的负面影响在早期生长阶段更为显著。机械压实对0-30 cm土层剖面影响更显著,压实诱导的土壤容重和渗透性的变化与作物指标变量呈现显著负相关;土壤指标变量与籽粒产量之间的负相关非常显著。总结研究结果,机械连续高强度耕作会导致表层土壤紧实,并对土壤性质造成严重影响。尽管在不同的气候条件和种植制度下,不良影响的程度不如研究报道那么显著,但目前研究表明黄淮海地区压实诱导土壤紧实仍存在潜在负效应。进一步的调查并结合不同土壤类型,如何通过同步农业机械和土壤耕作来减少土壤紧实胁迫以优化土壤特性及促进作物增产值得进一步研究。