李大偉，孟慶峰，周連仁，馬獻(xiàn)發(fā)

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，是土壤的重要組成部分［1］。增加土壤團(tuán)聚體，切斷土壤毛細(xì)管，抑制水鹽向上運(yùn)移是防止土壤鹽堿化的重要途徑［2］。堿化草甸土在開(kāi)墾種植過(guò)程中，由于耕作對(duì)土壤團(tuán)聚體的破壞，使土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體減少，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)性差，加劇了土壤鹽堿化。土壤有機(jī)碳是土壤肥力的核心，在促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成，調(diào)節(jié)土壤化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)，維持土壤養(yǎng)分的含量及其有效性等方面具有重要作用［3］。有機(jī)碳被認(rèn)為與團(tuán)聚體形成關(guān)系密切［4－5］。已有的研究表明［6］，大量 的有 機(jī)碳儲(chǔ)存在250～2000 μm 的團(tuán)聚體中。Puget等［7－8］認(rèn)為大團(tuán)聚體的形成是微團(tuán)聚體通過(guò)有機(jī)碳的膠結(jié)形成的，而團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)性破壞將導(dǎo)致土壤有機(jī)碳的流失。趙紅等［9］研究得出在蔬菜有機(jī)栽培中施有機(jī)肥可增加土壤團(tuán)聚體含量，是改良土壤結(jié)構(gòu)的有效措施。目前，有關(guān)土壤團(tuán)聚體的研究，多集中在森林土壤，紅壤，黑土等，而堿化草甸土的研究較少。本研究通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的不同種植年限堿化草甸土水穩(wěn)性團(tuán)聚體及其有機(jī)碳分布的分析，旨在為土壤的鹽堿化治理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于松嫩平原黑龍江省肇州縣永樂(lè)鎮(zhèn)太豐村東北農(nóng)業(yè)大學(xué)鹽堿土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)站（東經(jīng)125°16′，北緯45°42′），黑龍江省第一積溫帶，屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，該區(qū)年平均氣溫3.6℃，年均降水量434.5mm，年均蒸發(fā)量1800 mm。境內(nèi)無(wú)江河，是黑龍江省重點(diǎn)干旱的縣份之一，也是該省鹽漬土主要分布區(qū)。試驗(yàn)區(qū)根據(jù)綜合情況，每間隔幾年在堿化草甸土和草甸堿土呈復(fù)區(qū)分布的土壤上開(kāi)墾農(nóng)田，通過(guò)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的方式進(jìn)行土壤改良，試驗(yàn)區(qū)面積共計(jì)66.67hm2，有1，4，6，10和15a共5塊不同種植年限的農(nóng)田。種植作物為玉米。

1.2 土壤樣品采集

采集樣品的土壤類(lèi)型為堿化草甸土。以原始?jí)A化草甸土為對(duì)照，以長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的不同種植年限堿化草甸土農(nóng)田為研究對(duì)象，分別采集對(duì)照，種植1，4，6，10和15a原狀土土樣，重復(fù)4次，采集深度為0—20cm，采集過(guò)程中避免人為破壞土壤結(jié)構(gòu)，裝入塑料盒中帶回試驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干備用。

1.3 測(cè)定方法

將采集回來(lái)的原狀土樣在室內(nèi)沿自然結(jié)構(gòu)輕輕掰成直徑約2cm的小土塊，除去植物殘?bào)w等外來(lái)物，按Yoder法進(jìn)行分級(jí)，用干篩法先將土樣分成3級(jí)，即＞5mm，5～2mm，＜2mm，稱(chēng)重，然后用四分法按比例取包括各級(jí)團(tuán)粒的風(fēng)干土樣50g（3份），其中一份測(cè)定含水率。然后將50g土樣通過(guò)團(tuán)粒分析儀濕篩出＞5mm，5～2mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm，共5級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體。將分離出的水穩(wěn)性團(tuán)聚體在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干后，過(guò)0.25mm篩，測(cè)定土壤有機(jī)碳含量，測(cè)定方法采用外加熱重鉻酸鉀容量法測(cè)定［10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析，采用LSD方法進(jìn)行處理間顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量分布

堿化草甸土開(kāi)墾種植后明顯影響土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布，在長(zhǎng)期施用有機(jī)肥下，隨著種植年限的增加，土壤較大粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量減少，而0.25～0.5mm粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量明顯增加。

從圖1可以看出，＞5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量變化較大，呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)。種植達(dá)到4a時(shí)，＞5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量最低，由對(duì)照的17.54%下降到5.13%，下降趨勢(shì)顯著（p＜0.05），種植4～15a時(shí)＞5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量呈顯著增加趨勢(shì)，由4a的5.13%增加到15a的13.77%，基本與種植1a持平；開(kāi)墾種植后對(duì)于2～5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體破壞性最大，與對(duì)照土壤相比各種植年限此粒級(jí)含量降低明顯，達(dá)到極顯著差異（p＜0.01）；1～2mm和0.5～1mm粒級(jí)變化規(guī)律基本一致，均是隨種植年限的增加逐漸減少，由15.76%和14.84%分別降低到3.40%和8.21%；0.25～0.5mm 粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量變化規(guī)律與其它不同，對(duì)照土壤此粒級(jí)含量較低，隨著種植年限的增加，此粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量逐漸增加，各種植年限與對(duì)照相比均達(dá)到極顯著差異（p＜0.01），種植10a，15a與種植1a水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量差異顯著，其它各種植年限差異不顯著。

圖1 不同種植年限土壤各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量分布

2.2 有機(jī)碳含量分布

不同種植年限及不同粒級(jí)土壤有機(jī)碳含量不同，總體上來(lái)看，在長(zhǎng)期施用有機(jī)肥下，隨著種植年限的增加，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量逐漸增加。從對(duì)照到種植4a增加較快，種植4a后土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量增加趨勢(shì)平緩。

從不同粒級(jí)來(lái)看，2～5mm粒級(jí)土壤有機(jī)碳含量最高，平均達(dá)到23.4g／kg，隨粒級(jí)的減小，有機(jī)碳含量開(kāi)始逐漸減少，0.25～0.5mm粒級(jí)有機(jī)碳含量最低，平均為18.6g／kg。但＞5mm粒級(jí)土壤有機(jī)碳含量并不高，平均為19.6g／kg，介于1～2mm粒級(jí)和0.5～1mm粒級(jí)之間（圖2），土壤有機(jī)碳在粒級(jí)較大的團(tuán)聚體中含量較高。

2.3 相關(guān)性分析

土壤有機(jī)質(zhì)、黏粒及碳酸鈣是影響土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的主導(dǎo)因子［11］，其中土壤有機(jī)質(zhì)與團(tuán)聚體之間存在著密切的線性關(guān)系，它們是土壤團(tuán)聚體的主要膠結(jié)劑，能促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成［12］。在本研究中0.25～0.5mm粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳與水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量呈極顯著（p＜0.01）正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R＝0.8235 。其它各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量無(wú)顯著正相關(guān)關(guān)系。

圖2 不同種植年限土壤團(tuán)聚體各粒級(jí)中的有機(jī)碳含量

3 結(jié)果討論

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，在種植之初，土地利用方式的轉(zhuǎn)變首先使團(tuán)聚體破碎，改變了土壤結(jié)構(gòu)導(dǎo)致土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體的重新分配［13－16］。李海波等［17］研究發(fā)現(xiàn)草地植物細(xì)根系的連接和絆纏作用對(duì)大團(tuán)聚體的穩(wěn)定起到關(guān)鍵作用因而提高了土壤的團(tuán)聚化，相應(yīng)地草地微團(tuán)聚體和粉黏粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則顯著低于裸地和農(nóng)田無(wú)肥處理，本研究與其結(jié)果一致，尤其是＞5mm和2～5mm粒級(jí)原始?jí)A化草甸土水穩(wěn)性團(tuán)聚體明顯高于種植后土壤，種植后＞5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均下降51.99%，2～5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均下降90.40%。

雖然種植后土壤大團(tuán)聚體被明顯破壞，但是通過(guò)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥，在有機(jī)質(zhì)的作用下，0.25～0.5mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體明顯增加，說(shuō)明施用有機(jī)肥后，土壤微團(tuán)聚體開(kāi)始團(tuán)聚，形成0.25～0.5mm較小粒級(jí)的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，這部分水穩(wěn)性團(tuán)聚體相對(duì)穩(wěn)定，不易被耕作所破壞，對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)也最大，苗淑杰等［18］在黑土上的研究表明，當(dāng)化肥和有機(jī)肥配合施用后，主要促進(jìn)土壤中＜1mm團(tuán)聚體形成，尤其對(duì)0.5～0.25mm粒級(jí)團(tuán)聚體形成的促進(jìn)作用最大。史奕等［19］研究松嫩平原典型中厚黑土層團(tuán)聚體分布情況時(shí)得出，不同施肥模式黑土中＜1mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。本研究與其結(jié)果一致。

大量研究表明［20］，有機(jī)質(zhì)在團(tuán)聚體形成過(guò)程中起重要作用，是土壤團(tuán)聚體形成的膠結(jié)劑。在有機(jī)質(zhì)含量高的黑土和熟化度高的土壤中，有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用是形成水穩(wěn)性團(tuán)聚體的主要因素。苗淑杰等［21］研究表明，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施有利于黑土大顆粒團(tuán)聚體形成，促進(jìn)土壤有機(jī)碳在大團(tuán)聚體中的分配。施肥和作物輪作管理的綜合結(jié)果表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用有利于形成良好的土壤結(jié)構(gòu)。徐江兵等［22］研究表明，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施顯著提高了土壤中有機(jī)碳的含量，土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量隨團(tuán)聚體粒級(jí)減小而降低，廄肥處理對(duì)各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳及總有機(jī)碳含量促進(jìn)作用最明顯。本研究同樣得到相同結(jié)果，大團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量高于較小團(tuán)聚體，2～5mm粒級(jí)土壤有機(jī)碳平均含量最高，隨粒級(jí)的減小，有機(jī)碳含量開(kāi)始逐漸減少。但本研究＞5 mm粒級(jí)土壤有機(jī)碳平均含量并不高，具體原因有待進(jìn)一步研究。通過(guò)對(duì)各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與有機(jī)碳含量相關(guān)性分析得出，0.25～0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明耕作對(duì)此粒級(jí)影響較小，而有機(jī)碳的作用較大。

總之，本研究由于長(zhǎng)期施用有機(jī)肥，使土壤有機(jī)碳含量增加，但同時(shí)由于不同種植年限導(dǎo)致的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的破壞程度的減少，使得堿化草甸土土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體較大粒級(jí)開(kāi)墾后迅速減少，而較小粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體由于長(zhǎng)期施用有機(jī)肥作用而顯著增加。種植4a后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及碳分布趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

堿化草甸土開(kāi)墾種植后明顯影響土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥下，隨著種植年限的增加，土壤較大粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量減少，而0.25～0.5 mm粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量明顯增加。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥下，不同種植年限各粒級(jí)堿化草甸土有機(jī)碳平均含量呈增加趨勢(shì)。其中，2～5mm粒級(jí)土壤有機(jī)碳平均含量最高，達(dá)到23.4g／kg，0.25～0.5mm粒級(jí)有機(jī)碳含量最低，為18.6g／kg。0.25～0.5mm粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與有機(jī)碳含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥下，種植4a后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及有機(jī)碳分布開(kāi)始呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的趨勢(shì)。

［1］劉曉利，何圓球，李成亮，等.不同利用方式旱地紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及其碳、氮、磷分布特征［J］.土壤學(xué)報(bào)，2009，46（2）:255－262.

［2］劉彩霞，黃為一.耐鹽堿細(xì)菌與有機(jī)物料對(duì)鹽堿土團(tuán)聚體形成的影響［J］.土壤，2010，42（1）:111－116.

［3］何淑勤，鄭子成.不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體的分布及其有機(jī)碳含量的變化［J］.水土保持通報(bào)，2010，30（1）:7－10.

［4］孫天聰，李世清，邵明安.長(zhǎng)期施肥對(duì)褐土有機(jī)碳和氮素在團(tuán)聚體中分布的影響［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（9）:1841－1848.

［5］陳恩鳳.土壤肥力物質(zhì)基礎(chǔ)及其調(diào)控［M］.北京:科學(xué)出版社，1990:118－134.

［6］Wright A L，Hons F M.Carbon and nitrogen sequestration and soil aggregation under sorghum cropping sequences［J］.Biology and Fertility Soils，2004，41（2）:265－272.

［7］Puget P，Chenu C，Balesdent J.Dynamic of organic matter associated with particle－size fractions of waterstable aggregate［J］.European Journal of Soil Science，2000，51（4）:595－605.

［8］Madari B，Machado P L O A，Torres E，et al.No tillage and crop rotation effects on soil aggregation and organic carbon in a Rhodic Ferralsol from Southern Brazil［J］.Soil and Tillage Research，2005，80（1／2）:185－200.

［9］趙紅，袁培民，呂貽忠，等.施用有機(jī)肥對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響［J］.土壤，2011，43（2）:306－311.

［10］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000:30－34.

［11］Ni Jinzhi，Xu Jianming，Xie Zhengmiao，et al.Changes of labile organic fractions in soils under different rotation systems［J］.Pedosphere，2004，14（1）:103－109.

［12］李輝信，袁穎紅，黃欠如.不同施肥處理對(duì)紅壤水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳分布的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2006，43（3）:422－429.

［13］劉曉利，何圓球.不同利用方式和開(kāi)墾年限下紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及養(yǎng)分變化研究［J］.土壤，2009，41（1）:84－89.

［14］張孝存，鄭粉莉，王彬，等.不同開(kāi)墾年限黑土區(qū)坡耕地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與有機(jī)質(zhì)關(guān)系［J］.陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，39（5）:90－95.

［15］李云生，盛大海.不同開(kāi)墾年限農(nóng)田黑土團(tuán)聚體與土壤基礎(chǔ)肥力的關(guān)系［J］.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2010，369（4）:11－12.

［16］梁愛(ài)珍，張曉平，楊學(xué)明，等.耕作對(duì)東北黑土團(tuán)聚體粒級(jí)分布及其穩(wěn)定性的短期影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2009，46（1）:154－158.

［17］李海波，韓曉增，許艷麗，等.黑土農(nóng)田不同管理方式對(duì)根際土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2008，22（3）:110－115.

［18］Miao Shujie，Qiao Yunfa，Zhou Lianren.Aggregation stability and microbial activity of China′s black soils under different long－term fertilisation regimes［J］.New Zealand Journal of Agricultural Research，2009，52（1）:57－67.

［19］史奕，陳欣，沈善敏.有機(jī)膠結(jié)形成土壤團(tuán)聚體的機(jī)理及理論模型［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13（11）:1495－1498.

［20］Changey K，Swift R S.Stability of soil aggregates in relation organic constituents and soil water content［J］.Soi1Sci.，1990，41（1）:73－83.

［21］苗淑杰，周連仁，喬云發(fā)，等.長(zhǎng)期施肥對(duì)黑土有機(jī)碳礦化和團(tuán)聚體碳分布的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2009，46（6）:1068－1075.

［22］徐江兵，李成亮，何圓球，等.不同施肥處理對(duì)旱地紅壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量及其組分的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2007，44（4）:675－682.