(一)压实对土壤性质的影响

杨晓娟等(2008)对土壤压实的评价指标，对物理和化学性质的影响，以及对植物生长和环境的影响进行了比较系统的综述。对于农业土壤，土壤压实主要受耕作方式和土壤水分条件的影响。土壤压实增加直接影响土壤的物理结构、通气、水分运移和养分状况。土壤压实将减少土壤孔隙，特别是通气孔隙。压实还会影响土壤的热导率和热容，因为压实过程减少了土壤中的气相，增加了固相和液相比例，而固相和液相的热导率和热容都要大于气相，因此随着土壤紧实程度的增加，土壤的热导率和热容也会增加(Usowicz et at.1996)。

土壤饱和导水率随着压实度的增加而下降，这是由于土壤饱和导水率是由土壤中的大孔隙决定的，当土壤被压实后，土壤中大孔隙减少或形成了一些不利于土壤水运动的孔隙，造成土壤饱和导水率下降，并增加土壤侵蚀的危险性(Richard et al. 2001)。

上壤压实会影响土壤中的养分有效性，这主要是压实改变了土壤的氧化还原状况。Lipiec等(1995)指出，土壤通气状况影响土壤氧化还原过程，改变氮、锰和硫等元素的形态。压实土壤中的氧气减少，可能会影响一些变价元素的化学形态，例如，S(Ⅵ)会被还原，而与硫形成化合物的其他元素，如Fe, Zn, Cu和Mn等会被释放出来。Fe-P中的Fe⁺³会被还原，其中的磷会释放出来。Kemple等(1971)在研究中指出，土壤中养分的运移受土壤紧实度的影响，紧实土壤增加了质流运移的速率和养分扩散系数，也就加快了养分在土壤中的迁移速率，增加了养分的循环。

土壤压实导致土壤紧实度增加，会破坏土壤动物特别是蚯蚓的活动通道，造成蚯蚓死亡(Whalley et al. 1995), Bouwnman等(2000)通过四年的实验研究指出，紧实土壤对于线虫的总量没有影响，但对线虫的组成影响显著。压实造成的土壤通气性能下降，能使土壤中的厌氧微生物活动增加，好氧微生物活动减少。Jordan等(2003)证明，紧实土壤中微生物碳(单位土壤中的C)的数值为139 ug/g，而正常土壤中为 160 ug/g。由于土壤压实导致的通气不良，可降低真菌的数量，由此降低土壤微生物的C/N(Li et al. 2004)。

(二)压实对植物生长的影响

土壤压实对N、P和K这些植物生长所需要的大量元素的移动性有明显影响。由于压实会改变土壤的通气状况和氧化还原条件，因此可能会影响土壤中的反硝化过程，使气态氮的损失加大，降低土壤的矿化速率，并且减少豆科植物结瘤和共生固氮能力。压实通过改变土壤的导水能力，改变土壤的水力学性质。在沙土上，土壤压实增加持水量，能降低氮的淋洗；但在壤土上，土壤压实能增加土壤的不饱和导水率，加速了水分的移动，同时增加了氮流失的可能性；压实总体上降低土壤的饱和导水率，在降低土壤垂直入渗的同时可能增加土壤水分的侧向移动，加速土壤溶质的侧向流失。另外，土壤压实影响磷在土壤中的扩散速率，使磷在土壤中的移动速度增加，有利于植物对磷的吸收和利用。在紧实土壤中，植物对钾的吸收降低，主要是由于植物根系变小，使根系吸收面积减小。因此，生长在紧实土壤上的植物要达到一定的生物量和产量通常需要更多的肥料(Boone1986)。

土壤压实直接影响植物的根系形态。因为土壤压实，使植物主根伸长受到抑制，侧根形成数量增加，根系变短变粗。研究表明(刘晚苟等2003)，土壤压实降低了玉米根系的导水率，推测是由于植物根系直径变粗的缘故，因为根系直径和导水率有很好的负相关关系，理论上直径越大，水分通过皮层到木质部的阻力就越大，所以导水率降低。

紧实土壤中，单位根系的水分和养分吸收率都会增加，主要是由于土壤和根系的接触加大，不饱和导水率增加。然而，根系吸水率增加并不能弥补由于土壤紧实造成植株根长减小所导致的整株吸水量减少(Douglas et al. 1993)。对于养分也是如此，特别是那些以质流方式到达植物根表的养分元素。因为紧实土壤中根系不能为地上部提供充足的水分和养分，土壤压实也将导致地上部生长受到限制(杨晓娟等2008)。

(三)土壤压实的环境效应

土壤具有容纳水分的能力，有人形象地称之为“土壤水库”，土壤水库具有庞大的库容，而且具有“不占地、不跨坝、不怕淤、不耗能和不需要特殊地形”等优点(郭凤台1996)。土壤水库对生态环境的可持续发展具有重要的意义。首先土壤水库是植物生长水分的重要源泉，植物在整个生长发育过程中对水分的需求是连续不断的，而大气降水和灌溉都是间歇性供水，不能经常不断地满足植物对水分的要求。土壤水库不仅能使间歇性的不均匀供水变为对植物的连续均匀供水，而且对满足植物总需水量要求也有重要的调节作用。所以土壤水库具有良好的水稳性和自动调节能力。其次土壤水库具有防洪减灾的重要作用，土壤水库的破坏是洪水产生的重要原因之一。由于长江流域水土流失，近数十年来，仅上游地区累计损失土壤水库容则达150～200亿m³，与三峡工程的防洪库容(221.5亿m³)基本相当(史德明1999)。在上游损失多少土壤水库容，在中、下游则相应增加等量的洪水，这是水土流失加大长江中下游洪峰与流量不可忽视的重要原因之一。所以，土壤水库对于减少地表径流量，降低降雨洪峰，减少洪涝具有重要的意义。

城市土壤普遍存在压实退化现象，压实造成城市土壤孔隙度降低，尤其是大孔隙的减少。在城市环境中，土壤水库除具有供给和调节植物生长所需要的水分外，更重要的作用是减少城市降雨时瞬时洪涝。因为在城市里，存在大量的封闭地表，使得降雨径流系数非常大。封闭地表除了降雨时少量的蒸发外，全部形成地表径流。虽然城市绿地土壤面积比例并不占优势，而且又呈斑块状镶嵌分布，但对于减少和减弱瞬时洪涝却具有极其重要的意义。城市土壤水库滞洪库容起着最主要的作用。

杨金玲等(2005)将不同压实程度的土壤剖面分别进行计算，其具体库容状况见图9-6。从图中可以看出，极疏松土壤的总库容最大，随着压实程度的增加，土壤的总库容减少，这主要是由于压实引起土壤的总孔隙度减少所造成的。从滞洪库容来看，随着土壤的压实程度，库容量明显下降。这是由于随着压实程度的增加，土壤中的大孔隙显著减少的原因。从死库容来看，随着土壤压实程度的增加，库容量显著增加，这主要是由于土壤萎蔫点的含水量随着压实程度的增加而呈线性增加所引起的。从有效库容来看，似乎与压实程度无关，实际不然。有效库容与土壤的有效孔隙度密切相关，极疏松土壤的总孔隙度虽然很大，但是由于非常疏松，主要是大的通气孔隙，而毛管孔隙很少。所以疏松的土壤通过适度的压实可以增加田间持水量，这也是干旱地区蓄水保墒的重要措施之一。当土壤达到适度的压实程度，其有效水含量达到最高值。此时进一步压实会减少土壤中的有效孔隙，使得土壤有效库容显著减少。

图9-6 不同压实程度土壤水库的库容

图9-6也非常直观地反映了压实对于城市土壤水库库容的影响以及不同功能的库容量与总库容的比例关系。从图中可以看出，城市土壤的压实对土壤总库容虽然有所减少，程度并不很大。但土壤死库容占总库容的比例越来越大，从27.6％增加到70.2％；而土壤滞洪库容占总库容的比例越来越小，从66.4％减少到15.0％。可见，研究土壤水库库容的大小和作用时，不能仅注重总库容的大小，因为土壤压实会引起无效水含量增加，土壤死库容扩充，而滞洪严重萎缩，有效库容也有一定程度的下降，这使得城市土壤有效水含量下降，植物不耐干旱。所以必须将土壤水库的库容分别进行计算，将不同功能的库容分开来才能说明问题。按照南京市的具体情况计算，由菜地转化为城市用地后，在不同压实程度下，土壤总库容损失14.77×10⁴～16.49×10⁴ m³/km²，土壤滞洪库容损失4.32×10⁴～5.98×10⁴m³/km²。这种滞洪能力的损失无疑会对区域的径流形成产生显著的影响，极大地增加区域洪涝灾害的危险。

土壤紧实对于温室气体排放也有重要影响，特别是N₂O、CO₂和CH₄的排放。如前所述，土壤紧实影响土壤中硝化和反硝化过程。Ruser等(1998)的研究结果表明，如果施肥使用NO₃-N，与正常土壤相比，紧实土壤中N₂O的释放量增加12倍。湿润季节在田间经常会看到，在机械碾压过地方植物会表现出缺氮现象，这是由于紧实土壤上容易发生氮的反硝化作用，使土壤中的氮素损失，不但影响植物的生长，而且增加了土壤向大气中对氮氧化物的排放量(杨晓娟等2008)。

在紧实土壤上耕作也会间接增加CO₂排放量。在紧实土壤上耕作机械需要消耗更多能量，超量排出的CO₂也是很可观的。Eradat等(1990)计算出在美国1.5×10⁷hm²的禾谷类作物面积上，如果表层土的容重增加0.3 Mg/m³, CO₂的释放量每年会增加12.5 Tg。

土壤紧实会影响CH₄的排放和在大气中的平衡，主要是影响CH₄在土壤中的氧化过程。Hansen(1993)的结果表明，在排水通畅的土壤上，CH₄的氧化率在草地和小麦种植系统中分别是1.3和2.6g C/(hm²·d)，但土壤紧实后，他们的氧化率会降低到原来的58％，CH₄汇的作用也发生了变化。因此，全球气候变暖情况下，对于土壤紧实影响温室气体排放的研究就越来越重要。