張家洋，藺 芳，詹乃才，任 敏

（新鄉(xiāng)學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

土壤團(tuán)聚體是指由許多土壤單粒在有機(jī)碳的黏結(jié)下形成的土壤構(gòu)造，它的結(jié)構(gòu)組成與土壤有機(jī)碳有著緊密的聯(lián)系［1］。土壤團(tuán)聚體重要的表征形式主要是土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體［1］。土壤總有機(jī)碳即有機(jī)質(zhì)中的總碳含量，在土壤碳匯中具有重要意義。土壤總有機(jī)碳根據(jù)化學(xué)組分的不同可分為活性有機(jī)碳和腐殖質(zhì)碳等。其中，活性有機(jī)碳是土壤總有機(jī)碳中不穩(wěn)定的部分，是植物營養(yǎng)元素的直接來源。腐殖質(zhì)碳是土壤總有機(jī)碳經(jīng)過微生物分解轉(zhuǎn)化后形成的較為穩(wěn)定的部分，因兩者具有較高的生物利用率與損失率，因而能顯著影響土壤的理化性質(zhì)［2］。土壤團(tuán)聚體組成的變化與有機(jī)碳的變化緊密相關(guān)，兩者作為重要的土壤屬性，在保持土壤生物活性、通氣性、滲透性和抗侵蝕能力等方面起著十分重要的作用，目前已被廣泛認(rèn)為是評價土壤肥力或土壤質(zhì)量的綜合指標(biāo)［3-4］。因此，開展土壤團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳特征研究具有十分重要的意義。紫花苜蓿Medicago sativa因其粗蛋白含量高、固氮能力強(qiáng)而享有 “牧草之王”的美譽，是世界范圍內(nèi)普遍種植的豆科Leguminosae牧草［5］。無芒雀麥Bromus inermis適口性好，是可消化物質(zhì)產(chǎn)量較高的禾本科Gramineae牧草之一［6］。目前，兩者已成為豫北地區(qū)不可替代的戰(zhàn)略性保障飼草。近年來，許多學(xué)者對土壤團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳特征開展了廣泛研究，但大多數(shù)的研究對象是林地或農(nóng)田土壤［7-8］， 且多集中于不同母質(zhì)［9-10］、 施肥模式［11-12］和施肥量［13-14］等， 而對不同栽培模式草地土壤團(tuán)聚體組成和有機(jī)碳特征的研究較少。筆者曾對豫北地區(qū)紫花苜蓿與無芒雀麥不同栽培模式下沙化土壤微生量和酶活性進(jìn)行了研究［15］。本研究對該地區(qū)紫花苜蓿與無芒雀麥不同栽培模式下，土壤團(tuán)聚體組成和有機(jī)碳的影響以及兩者的相互關(guān)系，旨在為該區(qū)人工草地建植及土壤環(huán)境改善提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于河南省新鄉(xiāng)市洪門鎮(zhèn)原堤村（35°16′N，113°57′E）。地處豫北地區(qū)，北臨余河通道，南臨黃河，屬黃河沖積平原，年平均氣溫為14.2℃，年平均降水量573.4 mm，年均日照時數(shù)2400.0 h，年平均相對濕度68%，無霜期220.0 d。試驗地土壤類別為砂壤土，0～40 cm土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)如下：砂粒44%，粉粒38%，黏粒18%，全氮1.13 g·kg-1，全磷0.69 g·kg-1，全鉀13.42 g·kg-1，堿解氮31.50 mg·kg-1， 有效磷 12.05 mg·kg-1， 速效鉀 88.02 mg·kg-1， 有機(jī)質(zhì) 9.08 g·kg-1， 田間持水量 28.54%， 土壤pH 7.94。

1.2 試驗設(shè)計

2012-2017年連續(xù)6 a進(jìn)行試驗，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)4個處理，即：以撂荒地為對照，設(shè)紫花苜蓿單播、無芒雀麥單播、紫花苜蓿/無芒雀麥混播3種不同的栽培模式（圖1），每個處理3次重復(fù)，共12個小區(qū)，小區(qū)面積20 m2（4 m×5 m），總面積240 m2。2012年10月播種，紫花苜蓿的單播播量為15 kg·hm-2，無芒雀麥的單播播量為18 kg·hm-2，紫花苜蓿/無芒雀麥混播播量均為對應(yīng)單播播量的一半。播種方式為條播，行距25 cm。試驗期間免耕處理，不施用任何肥料，每年定期進(jìn)行澆水與人工除草。

1.3 土壤樣品采集及測定

于2017年11月，以5點取樣法，用土鉆分別取 0～10，10～20，20～30和30～40 cm 4個土層的原狀土樣，每個深度3個重復(fù)，將土樣中的雜草剔除后，裝入自封袋，用于土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體、水穩(wěn)性團(tuán)聚體和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實驗室測定。

圖1 研究區(qū)域及樣方布置示意圖Figure 1 Schematic map of the study area and quadrat

團(tuán)聚體形態(tài)和表面特征觀察：在風(fēng)干處理并沿自然裂縫掰開的原狀土樣（0～40 cm）中，選擇自然斷面并且平整的土樣，用導(dǎo)電膠粘于銅臺上并編號，然后進(jìn)行噴金處理，用SS 550型號掃描電鏡進(jìn)行觀察。

團(tuán)聚體測定步驟：按孔徑大?。?0.00，7.00，5.00，3.00，2.00，1.00，0.50，0.25 mm）由上至下套好篩組，將已稱量（200 g）的土樣倒入最上部篩子中，對篩組左右擺動進(jìn)行篩分，機(jī)械穩(wěn)定后分成了9個粒級（≥10.00， 10.00～7.00， 7.00～5.00， 5.00～3.00， 3.00～2.00， 2.00～1.00， 1.00～0.50， 0.50～0.25 和＜0.25 mm（上限排除法）。對各級篩子中的土樣稱量，計算機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成。取機(jī)械穩(wěn)定性后所得的各粒級土樣50 g，將篩組（從上到下依次是5.00，3.00，2.00，1.00，0.50，0.25 mm）放入水桶中并置于振蕩架上，電動振蕩（30 min）后將篩組輕輕拿出水面，將各級篩上的團(tuán)聚體洗入蒸發(fā)皿，烘干（60℃）后稱量，并計算水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成。

測定方法：采用總有機(jī)碳分析儀（Elementar，德國）測定土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。采用高錳酸鉀氧化-比色法測定活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)［2］；采用焦磷酸鈉浸提-重鉻酸鉀容量法測定腐殖質(zhì)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)［2］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分形維數(shù)（Dm）的計算方法：Dm=3-lg［W（δ＜i）/WT］/lg（i/xmax）。 其中： W（δ＜i）為土粒直徑＜i的土壤顆粒累計質(zhì)量；WT為土粒的質(zhì)量之和；i為粒級之間的平均粒徑；xmax為最大粒級的平均直徑。由于lg［W（δ＜i）/W0］與lg（i/xmax）具有線性關(guān)系，因此可采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，3-Dm即為直線斜率， 由此得到Dm［16］。

利用SPSS 19.0軟件對分形維數(shù)的回歸方程進(jìn)行線性擬合，并對土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳組分進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析（雙側(cè)檢驗），表中的數(shù)據(jù)以平均值來表示，并用Duncan法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培模式下土壤團(tuán)聚體的形態(tài)特征

通過掃描電鏡對土壤團(tuán)聚體的形態(tài)進(jìn)行觀察，紫花苜蓿與無芒雀麥不同栽培模式下的團(tuán)聚體形態(tài)有明顯的不同。撂荒地（圖2A）土壤團(tuán)聚體外表表面孔隙較少，凝結(jié)成片。人工草地建植后的土壤團(tuán)聚體大多呈現(xiàn)出球狀或塊狀，表面孔隙較多且較為疏松，大多呈圓潤多孔狀（圖2B和圖2C）。各模式下團(tuán)聚體形態(tài)從優(yōu)至劣依次為紫花苜蓿/無芒雀麥混播、紫花苜蓿單播、無芒雀麥單播、撂荒地。其中，紫花苜蓿/無芒雀麥混播模式表現(xiàn)最為明顯，團(tuán)聚體凝聚程度較高。說明紫花苜蓿/無芒雀麥混播對團(tuán)聚體形態(tài)改變促進(jìn)作用較為明顯。

2.2 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成與分形特征

由表1可以看出:土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成均以 5.00～3.00和3.00～2.00 mm粒徑為主（比例為35.55%～57.12%）。其中：對于5.00～3.00 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體而言（4個土層的均值），無芒雀麥單播、苜蓿單播和紫花苜蓿/無芒雀麥混播分別比撂荒地增加10.90%～22.55%，12.25%～27.17%和27.15%～38.14%，且與撂荒地的差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。對于3.00～2.00 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體而言（4個土層的均值），無芒雀麥單播、苜蓿單播和紫花苜蓿/無芒雀麥混播分別比撂荒地增加22.98%～41.64%，25.92%～45.10%和35.87%～50.38%，且與撂荒地的差異也均顯著（P＜0.05）。團(tuán)聚體所占比例最少的是0.50～0.25 mm粒徑，占0.46%～2.66%。與撂荒地相比，單播或混播＜0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體明顯減少，5.00～3.00和3.00～2.00 mm團(tuán)聚體明顯增加。

圖2 不同栽培模式下土壤團(tuán)聚體的形態(tài)特征Figure 2 Morphological characteristics of soil aggregates under different planting patterns

分形維數(shù)是表征土壤肥力的一個定量化評價指標(biāo)［17］。分形維數(shù)越小，土壤結(jié)構(gòu)良好且肥力越高［18］。由表1可知：各樣地土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)值大小排序為撂荒地、無芒雀麥單播、紫花苜蓿單播、紫花苜蓿/無芒雀麥混播，變化范圍為1.626～2.165。與撂荒地相應(yīng)的土層相比，無芒雀麥單播 （30～40 cm）， 紫花苜蓿單播（0～10， 30～40 cm）， 紫花苜蓿/無芒雀麥混播（0～10， 10～20， 20～30 和30～40 cm）的分形維數(shù)均差異顯著（P＜0.05），它們的線性方程的相關(guān)系數(shù)（R2）均在0.946以上，且都達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。

表1 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成及分形維數(shù)Table 1 Composition and fractal dimension of soil mechanical stable aggregates

2.3 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成與分形特征

由表2可知：各樣地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成以＜0.25和3.00～1.00 mm粒徑為主（比例為53.47%～74.47%）。與撂荒地同一土層相比，無芒雀麥單播、紫花苜蓿單播和紫花苜蓿/無芒雀麥混播＜0.25和3.00～1.00 mm團(tuán)聚體的含量均顯著減少（P＜0.05）。

≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體是表征土壤生態(tài)效應(yīng)的重要指標(biāo)，其含量越高，土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性越強(qiáng)，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定［19］。對于≥0.25 mm粒徑團(tuán)聚體，其含量（4個土層的平均值）高低排序為紫花苜蓿/無芒雀麥混播（64.58%）、紫花苜蓿單播（57.96%）、無芒雀麥單播（56.37%）、撂荒地（40.81%），其中主要是促進(jìn)了3.00～1.00和1.00～0.50 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，且無芒雀麥單播、紫花苜蓿單播和紫花苜蓿/無芒雀麥混播均較撂荒地呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05）。

同機(jī)械穩(wěn)定性結(jié)果一樣，各樣地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)值大小排序也為撂荒地、無芒雀麥單播、紫花苜蓿單播、紫花苜蓿/無芒雀麥混播，變化范圍為 2.636～2.840，但各樣地同一土層下的分形維數(shù)值之間并無顯著性差異（P＞0.05）。與土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體各分形維數(shù)擬合方程的情況一樣，水穩(wěn)性團(tuán)聚體線性擬合方程的相關(guān)系數(shù)（R2）在 0.947以上，且也均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。

表2 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成及其分形維數(shù)Table 2 Composition and fractal dimension of soil water stable aggregates

2.4 土壤各種形態(tài)有機(jī)碳的分布特征

由圖3可知：各樣地土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（4個土層的平均值）高低排序為紫花苜蓿/無芒雀麥混播（10.41 g·kg-1）、 紫花苜蓿單播（8.60 g·kg-1）、 無芒雀麥單播（8.21 g·kg-1）、 撂荒地（6.32 g·kg-1）， 活性有機(jī)碳以及腐殖質(zhì)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也具有同樣的變化規(guī)律。其中：土壤表層（0～20 cm）無芒雀麥單播、紫花苜蓿單播和紫花苜蓿/無芒雀麥混播總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和腐殖質(zhì)碳均較撂荒地呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05）；土壤亞表層（20～40 cm）無芒雀麥單播、紫花苜蓿單播和紫花苜蓿/無芒雀麥混播總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳均較撂荒地呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05），紫花苜蓿/無芒雀麥混播腐殖質(zhì)碳較撂荒地差異顯著（P＜0.05），而無芒雀麥單播和紫花苜蓿單播腐殖質(zhì)碳較撂荒地差異不顯著（P＞0.05）。此外，從土壤剖面來看，各種形態(tài)的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨土層的加深而降低。

圖3 不同栽培模式下土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Figure 3 Soil organic carbon content of different planting patterns

2.5 土壤團(tuán)聚體與各種形態(tài)有機(jī)碳的相關(guān)性分析

由表3可知：土壤總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和腐殖質(zhì)碳兩兩之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。其中，總有機(jī)碳與活性有機(jī)碳、腐殖質(zhì)碳的相關(guān)系數(shù)分別為0.975和0.954，活性有機(jī)碳與腐殖質(zhì)碳的相關(guān)系數(shù)為0.975。

土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)與土壤總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、腐殖質(zhì)碳均呈負(fù)相關(guān)。土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的分形維數(shù)與≥10.00， 10.00～7.00， 7.00～5.00， 1.00～0.50， 0.50～0.25和＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體呈正相關(guān)，其中與1.00～0.50，0.50～0.25和＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.515，0.745和0.972。機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)與5.00～3.00，3.00～2.00和2.00～1.00 mm粒徑呈負(fù)相關(guān)，其中與2.00～1.00 mm粒徑團(tuán)聚體呈極顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.632）。這說明機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)受小粒徑（1.00～0.50， 0.50～0.25 和＜0.25 mm）和中等粒徑（5.00～3.00,3.00～2.00和2.00～1.00 mm）含量的影響明顯，即分形維數(shù)值隨小粒徑團(tuán)聚體含量的增加而增加，隨中等粒徑團(tuán)聚體的增加而降低。

土壤總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、腐殖質(zhì)碳與團(tuán)聚體（≥10.00，10.00～7.00，7.00～5.00，＜0.25 mm）呈負(fù)相關(guān)，其中與≥10.00，10.00～7.00 mm粒徑團(tuán)聚體呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），而與團(tuán)聚體（5.00～3.00， 3.00～2.00， 2.00～1.00， 1.00～0.50， 0.50～0.25 mm）呈正相關(guān)， 尤其與 5.00～3.00 和 3.00～2.00 mm 團(tuán)聚體呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。由此可見，中等粒徑（5.00～3.00，3.00～2.00 mm）團(tuán)聚體含量越高，大粒徑（≥10.00，10.00～7.00 mm）團(tuán)聚體含量越低，越有助于土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高。

表3 土壤有機(jī)碳和土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的相互關(guān)系Table 3 Correlation between soil organic carbon and soil dry-sieved aggregates

由表4可知：土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)與總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和腐殖質(zhì)碳均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為-0.964，-0.930和-0.894。水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)與小粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體（＜0.25 mm）呈極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為 0.980），而與中小粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體（≥5.00，5.00～3.00，3.00～1.00，1.00～0.50，0.50～0.25 mm）則基本呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。同機(jī)械穩(wěn)定性結(jié)果類似，這說明小粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體的增加有利于提高水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)，而中小粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體的增加則會降低水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)。

表4 土壤有機(jī)碳和土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的相互關(guān)系Table 4 Correlation between soil organic carbon and soil water stable aggregates

3 討論與結(jié)論

3.1 不同人工草地栽培模式對土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響

同一母質(zhì)發(fā)育的土壤因栽培模式不同，土壤團(tuán)聚體組成的分布特性可發(fā)生較大變化［20］。本試驗研究結(jié)果表明：土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成以中等粒徑（5.00～3.00和3.00～2.00 mm）團(tuán)聚體為主，這一結(jié)果與王軼浩等［21］的研究結(jié)果一致，但宋麗萍等［22］在對黃土高原黃綿土團(tuán)聚體的研究中卻發(fā)現(xiàn)：土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體以≥0.25 mm粒徑為主。這是因為本試驗地位于黃河沖積平原，地表多含有黃河沉沙，土壤機(jī)械組成中砂粒比例較大，因而在此基礎(chǔ)上形成的團(tuán)聚體以中等粒徑居多。由此可見，土壤團(tuán)聚體組成受到土壤顆粒組成的影響很大。另外，本研究中，人工草地建植6 a后，≥0.25 mm粒徑土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量增加，其中又以5.00～3.00和3.00～2.00 mm粒徑團(tuán)聚體的增加最為明顯，單播和混播模式下均有此趨勢，其含量由高到低依次為紫花苜蓿/無芒雀麥混播、紫花苜蓿單播、無芒雀麥單播。這可能是因為相對于地表裸露的撂荒地，人工建植的草地由于增加了土壤表層植物殘體的積累，土壤中植物根系分泌物、微生物及其代謝產(chǎn)物增多，提高了土壤生物活性，土壤中的有機(jī)殘體、真菌菌絲體和糞便類物質(zhì)增加，進(jìn)而通過土壤動物吞食和排泄活動結(jié)合在一起形成較多的中等粒徑團(tuán)聚體［23］，導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體組成發(fā)生了改變。

3.2 不同人工草地栽培模式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響

團(tuán)聚體水穩(wěn)性表征的是團(tuán)聚體抵抗灌水浸泡和降雨擊打的能力。有研究指出：≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量與土壤生態(tài)效應(yīng)呈正比［22］。本研究表明：≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的高低排序為紫花苜蓿/無芒雀麥混播（64.58%）、紫花苜蓿單播（57.96%）、無芒雀麥單播（56.37%）、撂荒地（40.81%）。究其原因，可能是因為相對于撂荒地，人工建植的草地由于地表被植物覆蓋，且地下根系密集，土壤持水性和滲透性均得到了有效改善，因而能有效攔截降雨或灌溉引起的地表徑流和地下滲流對水穩(wěn)性團(tuán)聚體（≥0.25 mm）的沖刷和破壞作用［21］。此外，相對于單播模式，紫花苜蓿/無芒雀麥混播模式下這種格局變化更為明顯。究其原因，可能是由于混播草地地表凋落物種類增多，且豆科植物的直根系與禾本科植物的須根系相互交錯，地下形成了密集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［24］，因而水穩(wěn)性團(tuán)聚體（≥0.25 mm）的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，含量最高。

3.3 不同人工草地栽培模式對土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分形維數(shù)的影響

土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分形維數(shù)（Dm）是土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的定量化反映［25］。研究表明：土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分形維數(shù)與其中的團(tuán)聚體內(nèi)部組成呈顯著相關(guān)，表現(xiàn)為團(tuán)聚結(jié)構(gòu)粒徑分布的分形維數(shù)越小，土壤越具有良好的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性，抗蝕能力越強(qiáng)［26］。目前，對于分形維數(shù)D值的評定主要是TYLER提出的分形理論體系，其中土壤質(zhì)量分形維數(shù)（Dm）和體積分形維數(shù)（Dv）是該體系的重要參數(shù)。Dm較Dv可以更好地表征土壤某些屬性，如土壤結(jié)構(gòu)、肥力和退化程度等［27］，特別是可以很好地反映沙漠化逆轉(zhuǎn)過程中土壤顆粒物質(zhì)和養(yǎng)分的變化狀況［28］。本研究結(jié)果表明：土壤機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)值的從大到小順序均表現(xiàn)為撂荒地、無芒雀麥單播、紫花苜蓿單播、紫花苜蓿/無芒雀麥混播。這是因為本研究樣地位于豫北黃河沖積平原，土壤質(zhì)地類別為砂壤土，是由沙性母質(zhì)發(fā)育而來，風(fēng)沙化較為嚴(yán)重，因此沙化裸地為砂質(zhì)壤土，有機(jī)質(zhì)含量低，所以土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分形維數(shù)相對其他3種模式最大，而人工草地建植后土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分形維數(shù)隨之降低，并在紫花苜蓿/多年生黑麥草混播模式下最低。由此證明：隨著人工草地的建植土地沙化得到了不同程度地逆轉(zhuǎn)，尤以紫花苜蓿/無芒雀麥混播模式效果最佳。

3.4 不同人工草地栽培模式對土壤各種形態(tài)有機(jī)碳分布特征的影響

WU等［29］認(rèn)為：相對于退化草地，物種多樣性越豐富的草地其土壤養(yǎng)分和碳含量也越高。本試驗研究結(jié)果表明：土壤各有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小排序依次是紫花苜蓿/無芒雀麥混播、紫花苜蓿單播、無芒雀麥單播、撂荒地。這主要是因為與撂荒地相比，單播或混播草地由于土壤生物活動明顯，大量的植物殘體進(jìn)入土壤為微生物的生長與繁衍提供了充足的碳源，其中不穩(wěn)定的活性有機(jī)碳作為植物營養(yǎng)的主要來源，可直接為植物根系所吸收和利用，而穩(wěn)定的腐殖質(zhì)碳又是土壤團(tuán)聚體形成的核心。此外，相較于紫花苜蓿或無芒雀麥單播，紫花苜蓿/無芒雀麥混播草地由于各自產(chǎn)生的根系分泌物互相促進(jìn)，且微生物數(shù)量及代謝產(chǎn)物增多，因而增加了土壤有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)，有利于混播草地土壤微環(huán)境的改善，因而土壤固碳能力更強(qiáng)。

3.5 土壤團(tuán)聚體組成和土壤各種形態(tài)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相互關(guān)系

土壤團(tuán)聚體形成的實質(zhì)是土壤有機(jī)無機(jī)體在靜電引力、氫鍵及羥基等官能團(tuán)作用下的復(fù)合過程。這些有機(jī)體無機(jī)體多少及其作用機(jī)制均會影響團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定。土壤有機(jī)碳作為團(tuán)聚體的重要膠結(jié)物質(zhì)，在團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定中具有極其重要的作用［30］。本研究Pearson雙側(cè)檢驗結(jié)果表明：土壤各種形態(tài)的有機(jī)碳（總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、腐殖質(zhì)碳）兩兩之間呈極顯著正相關(guān)，且機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分形維數(shù)值均與各有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和小粒徑團(tuán)聚體（＜0.25 mm）呈正相關(guān)，與中等粒徑團(tuán)聚體（5.00～3.00，3.00～1.00 mm）呈負(fù)相關(guān)。可見，土壤小粒徑團(tuán)聚體的減少和中等粒徑團(tuán)聚體的增加有利于降低土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分形維數(shù)，提高土壤穩(wěn)定性與肥力。