王西和，楊金鈺，王彥平，麥爾耶姆·亞森，黃 建，劉 驊

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所/國家灰漠土肥力與肥料效益監(jiān)測站/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部新疆北部耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，新疆 烏魯木齊 830091）

我國農(nóng)業(yè)土壤的碳庫處于負(fù)平衡狀態(tài)，因此，通過施肥等措施增加碳儲(chǔ)量，探索其作用機(jī)理是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。土壤團(tuán)聚體是保持土壤結(jié)構(gòu)和肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，其對(duì)土壤有機(jī)碳的物理保護(hù)是土壤有機(jī)碳穩(wěn)定的重要機(jī)制。然而，由于團(tuán)聚體對(duì)土壤有機(jī)碳的物理保護(hù)機(jī)制非常復(fù)雜，明顯受到土壤類型、土壤管理措施、土層深度及有機(jī)碳降解難易程度等因素的影響［1］。因此，分析團(tuán)聚體穩(wěn)定性和周轉(zhuǎn)速率，將有助于更加深入地了解團(tuán)聚體對(duì)維持土壤有機(jī)碳穩(wěn)定的重要作用。

土壤的固碳功能伴隨著土壤團(tuán)聚體的形成、穩(wěn)定及更新周轉(zhuǎn)過程的始終［2］。濕篩法是土壤團(tuán)聚體物理穩(wěn)定性測定的方法之一，采用濕篩法對(duì)團(tuán)聚體的研究表明，紅壤水稻土長期施肥后，土壤團(tuán)聚體分布以<63 μm的粉粒和粘粒為主，長期施用有機(jī)肥有利于促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成，土壤碳主要貯存在63～125和<63 μm土壤粒級(jí)中［3］。紅壤大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與團(tuán)聚體穩(wěn)定性呈極顯著的相關(guān)關(guān)系［4］。褐土秸稈深還田能夠提升土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，有利于增加土壤團(tuán)聚體碳含量［5］。黃褐土上生物炭化肥配施能顯著增加>0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的百分含量，而秸稈化肥配施可以顯著提高>1 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的含量，生物炭和秸稈配施化肥能顯著促進(jìn)>0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的形成，土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性順序?yàn)椋航斩捙c化肥配施>生物炭和秸稈與化肥配施>生物炭與化肥配施，但是，生物炭配施化肥對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響不顯著［6］?？梢?，由于施肥的方式不同，對(duì)不同土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的分布及團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響也不同。因此，不同級(jí)別團(tuán)聚體中有機(jī)碳受到的保護(hù)程度也不同。為更加深入地了解團(tuán)聚體對(duì)維持土壤有機(jī)碳穩(wěn)定的重要作用，也有研究者根據(jù)Six等［7］提出的將大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)用于解釋施肥對(duì)土壤團(tuán)聚體中碳的影響機(jī)制，其方法是將大團(tuán)聚體經(jīng)過密度分組可分為粗顆粒態(tài)有機(jī)碳（>250 μm）、細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳（53～250 μm）和土壤粉粘粒有機(jī)碳（<53 μm）3個(gè)物理組分，用于分析新增碳在大團(tuán)聚體中的分配效應(yīng)，并以大團(tuán)聚體中細(xì)顆粒有機(jī)質(zhì)與粗顆粒有機(jī)質(zhì)的比值作為評(píng)價(jià)大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率的指標(biāo)。比值越大，表明大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)越慢，比值越小，大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)越快。苑亞茹等［8］采用此方法對(duì)東北不同有機(jī)肥施用量下的黑土團(tuán)聚體有機(jī)碳的研究認(rèn)為，東北黑土施用有機(jī)培肥加速了土壤大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)，大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率隨著有機(jī)肥施用量的增加而加快。而針對(duì)干旱區(qū)灰漠土不同施肥措施下，土壤大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)速率變化尚無報(bào)道。因此，定量研究不同管理措施下灰漠土大團(tuán)聚體內(nèi)部新增碳的分配效應(yīng)及周轉(zhuǎn)速率將有助于認(rèn)識(shí)團(tuán)聚體對(duì)維持土壤有機(jī)碳穩(wěn)定的重要作用。

灰漠土是荒漠地區(qū)具有代表性的一類土壤，在中國耕地面積有62.3萬hm2，其中80%分布在新疆境內(nèi)的天山北坡地帶，是支撐北疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要土壤類型。由于干旱的氣候條件，對(duì)土壤等環(huán)境資源的發(fā)育和穩(wěn)定構(gòu)成威脅，土壤有機(jī)質(zhì)含量少，養(yǎng)分貧乏，長期連作、重用輕養(yǎng)，進(jìn)一步導(dǎo)致了土壤板結(jié)、養(yǎng)分失調(diào)等理化性狀惡化問題［9］。因此，提高灰漠土有機(jī)碳對(duì)于支撐北疆農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有重大意義。已有研究表明，灰漠土長期施用有機(jī)肥土壤有機(jī)碳含量持續(xù)增加，有機(jī)碳累積量隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加，秸稈還田土壤有機(jī)碳含量增加較為緩慢［10］。而且灰漠土中團(tuán)聚體有機(jī)碳主要富集在大團(tuán)聚體中［11］，但灰漠土團(tuán)聚體穩(wěn)定性及大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)尚不清晰。本研究針對(duì)長期不同施肥措施下的灰漠土，定量分析土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳分布及穩(wěn)定性等的變化，旨在為新疆綠洲灰漠土的合理培肥及土壤固碳措施提供理論依據(jù)與技術(shù)實(shí)踐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)位于新疆烏魯木齊市安寧渠鎮(zhèn)“國家灰漠土肥力與肥料效益監(jiān)測站”，地處我國西北的天山北坡綠洲帶中游。中溫帶干旱半干旱荒漠氣候，海拔600 m，年平均氣溫7.6℃，有效積溫1734℃，常年降水量310 mm，無霜期156 d，年平均日照時(shí)數(shù)2594 h。土壤為灰漠土，質(zhì)地為砂壤土，耕層土壤初始基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)15.2 g·kg-1，全氮0.868 g·kg-1，全磷0.667 g·kg-1，全鉀23 g·kg-1，堿 解 氮55.2 mg·kg-1，有 效 磷3.4 mg·kg-1，速效鉀288 mg·kg-1，pH 8.1，陽離子交換量16.2 cmol·kg-1，容重1.25 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究依托起始于1989年的長期定位施肥監(jiān)測試驗(yàn)，選擇其中6個(gè)處理：①撂荒（不耕作，CK0）；②不施肥（CK）；③氮（N）；④氮磷鉀（NPK）；⑤氮磷鉀+有機(jī)肥（NPKM）；⑥氮磷鉀+秸稈還田（NPKS）?；侍幚矸柿嫌昧糠謩e為：氮（N）241.5 kg·hm-2、磷（P2O5）138.0 kg·hm-2、鉀（K2O）61.9 kg·hm-2；氮磷鉀+有機(jī)肥處理肥料用量分別為：氮（N）151.8 kg·hm-2、磷（P2O5）90.4 kg·hm-2、鉀（K2O）19.0 kg·hm-2，有 機(jī) 肥為60 t·hm-2（干羊糞），碳、氮含量分別為348、18.8 g·kg-1；氮磷鉀+秸稈還田處理肥料用量分別 為：氮（N）216.7 kg·hm-2、磷（P2O5）116.6 kg·hm-2、鉀（K2O）52.0 kg·hm-2，秸 稈 多 年平均還田量7072.6 kg·hm-2（干重），碳、氮平均含量分別為385.8、5.5 g·kg-1。采用基肥與追肥配合的施肥方式，化肥采取總氮量的40%及全部磷、鉀肥作為基肥施用，60%的氮肥分2次隨滴灌追施，有機(jī)肥和秸稈均在翻耕前撒施。氮磷鉀化肥分別用尿素、磷酸二銨和硫酸鉀，有機(jī)肥為羊糞，秸稈為本田秸稈機(jī)械粉碎后全部還田，每個(gè)處理小區(qū)面積為34.4 m×13.6 m，無重復(fù)，但因小區(qū)面積較大，可以將各個(gè)處理小區(qū)分成3個(gè)子小區(qū)，用于分析處理中的某些空間變化。種植制度為冬小麥-棉花-玉米輪作，一年一熟制。

1.3 土壤樣品的采集與處理

將每個(gè)小區(qū)平均劃分為11.5 m×13.6 m的3個(gè)子小區(qū)，作物收獲后采集深度為0～20 cm的原狀土壤樣品，每個(gè)子小區(qū)設(shè)5個(gè)取樣點(diǎn)制成一個(gè)混合樣，采樣時(shí)避免破壞土壤結(jié)構(gòu)，將采集的土壤樣品用鋁盒裝好帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，當(dāng)土壤含水量達(dá)到塑限時(shí)，用手將大土塊沿著土壤的自然破碎面輕輕掰開，將礫石及植物殘?bào)w等撿除，過8 mm土篩，待樣品風(fēng)干后，用于水穩(wěn)性團(tuán)聚體組分的分離備用。在采集原狀土壤樣品的同時(shí)，將每個(gè)混合樣品按四分法分出部分土樣用于測定土壤有機(jī)碳。

1.4 不同大小礦物顆粒結(jié)合有機(jī)碳的分離與測定

參考Yan等［12］提供的濕篩法，稱100 g風(fēng)干土進(jìn)行土壤團(tuán)聚體組分分離，對(duì)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行>2000（試驗(yàn)未篩出>2000 μm的團(tuán)聚體組分）、250～2000、53～250、<53 μm 4個(gè)粒級(jí)分組，再根據(jù)Six等［7］的方法，稱取已獲得的干燥烘干的大團(tuán)聚體50 g，轉(zhuǎn)移至250 mL離心管中，加入150 mL密度為1.85 g·cm-3的ZnBr溶液，用往復(fù)式振蕩器振蕩30 min。取出離心管，再用10 mL同樣的ZnBr溶液將粘附在離心管蓋子和管壁的顆粒物質(zhì)完全沖洗至懸浮液中。隨后，將懸浮液置于離心機(jī)中，3000 r·min-1低溫離心30 min，靜置20 min后取出，用0.45 μm的聚酰胺膜將上清液抽濾10 min，以分離去除輕質(zhì)有機(jī)碳組分。將保留在離心管中的土壤顆粒沉淀用去離子水沖洗3遍，再用150 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的六偏磷酸鈉溶液將土壤顆粒沉淀再次分散，隨后放置振蕩器持續(xù)振蕩18 h，再將分散過后的懸浮液通過預(yù)先準(zhǔn)備好的250和53 μm篩，并用清水沖洗直至瀝濾液澄清，將保留在篩上的土壤烘干、稱重，測定粗團(tuán)聚體內(nèi)顆粒態(tài)有機(jī)碳、細(xì)團(tuán)聚體內(nèi)顆粒態(tài)有機(jī)碳和粉粘粒有機(jī)碳亞組分。

土壤有機(jī)碳采用元素分析儀（Flash EA 1112，Italy）測定，其間每隔10個(gè)樣品夾帶1個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確性校驗(yàn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用團(tuán)聚體的平均重量直徑（MWD）作為評(píng)價(jià)團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)［13］，計(jì)算如下：

式中，MWD代表平均重量直徑（mm），Xi代表第i個(gè)篩子上團(tuán)聚體粒級(jí)組分的平均直徑（mm），Wi代表第i個(gè)篩子上團(tuán)聚體粒級(jí)組分占土壤總質(zhì)量的百分含量（%）。

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，不同處理間的差異顯著性通過SPSS 16.0的LSD法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性檢驗(yàn)水平0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥措施對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

對(duì)土壤有機(jī)碳分析表明（圖1），與撂荒（CK0）處理相比，長期耕作后，除施用有機(jī)肥（NPKM）和秸稈還田（NPKS）處理土壤有機(jī)碳增加顯著外，其他處理均無顯著變化。NPKM處理土壤有機(jī)碳含量達(dá)39.7 g·kg-1，與CK、CK0相比，均提高了1.8倍，與NPK、N化肥處理相比，平均提高了1.7倍，達(dá)到了顯著水平（P<0.05）；NPKS處理土壤有機(jī)碳含量達(dá)16.5 g·kg-1，比CK、CK0處理均提高了0.2倍，比化肥處理平均提高了0.1倍，均達(dá)顯著水平（P<0.05）；單獨(dú)施用化肥和撂荒處理未見顯著提高。有機(jī)物料投入的效果表明，施用有機(jī)肥土壤有機(jī)碳含量是秸稈還田的2.4倍，秸稈還田對(duì)提高土壤有機(jī)碳的效果僅是有機(jī)肥的8.8%，有機(jī)肥對(duì)提高土壤有機(jī)碳的效果遠(yuǎn)大于秸稈還田。

2.2 不同施肥措施對(duì)團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性的影響

對(duì)灰漠土團(tuán)聚體的分布分析表明（圖2），灰漠土各級(jí)團(tuán)聚體中，微團(tuán)聚體含量最高，占團(tuán)聚體總量的55.2%～71.0%；大團(tuán)聚體次之，占總量的9.8%～33.8%；粉粘粒最低，占總量的9.8%～20.1%。有機(jī)物料的施用，主要提高了灰漠土大團(tuán)聚體的水平，其對(duì)大團(tuán)聚體的提高作用顯著優(yōu)于化肥和不施肥，且施用有機(jī)肥的效果顯著高于秸稈還田，與CK相比，NPKM和NPKS土壤大團(tuán)聚體分別提高了246%和147%；撂荒處理大團(tuán)聚體含量顯著高于化肥和不施肥，可能因?yàn)槭┯没屎筒皇┓实墓芾泶胧┦雇寥来髨F(tuán)聚體崩解所致；施用化肥對(duì)大團(tuán)聚體的提高作用顯著高于不施肥；各處理大團(tuán)聚體含量依次為NPKM>NPKS>CK0>NPK>N>CK。和土壤大團(tuán)聚體相比，不同處理對(duì)微團(tuán)聚體和粉粘粒的影響沒有那么強(qiáng)烈，施用有機(jī)物料微團(tuán)聚體和粉粘粒的含量顯著降低，施用化肥或不施肥，微團(tuán)聚體和粉粘粒含量相對(duì)減少。與CK相比，其他各處理粉粘粒含量均顯著下降，施用有機(jī)肥下降了45.3%，秸稈還田和單施化肥處理平均下降了26.2%，與CK0相比，耕作和施肥顯著提高了粉粘粒含量。

不同施肥措施下，灰漠土土壤團(tuán)聚體MWD差異顯著（圖3），其中化肥配施有機(jī)物料顯著高于其他處理，可見有機(jī)物料的施用可以有效改善土壤結(jié)構(gòu)，而有機(jī)肥的效果顯著高于秸稈還田。N處理MWD顯著高于NPK、CK0和CK，CK處理MWD最低?？梢?，施肥或撂荒土壤團(tuán)聚化程度均較不施肥有顯著提高；與單施化肥相比，化肥配施有機(jī)肥或秸稈還田均可明顯提高土壤團(tuán)聚化程度，改善土壤結(jié)構(gòu)，土壤有機(jī)碳含量越高，作用越明顯，說明外源有機(jī)碳的添加可以提高土壤大團(tuán)聚體的含量、改善土壤的物理結(jié)構(gòu)。

2.3 不同施肥措施對(duì)團(tuán)聚體結(jié)合有機(jī)碳濃度的影響

對(duì)土壤團(tuán)聚體結(jié)合有機(jī)碳濃度分析表明（圖4），NPKM和CK處理土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳濃度均為大團(tuán)聚體>微團(tuán)聚體>粉粘粒，團(tuán)聚體有機(jī)碳濃度隨團(tuán)聚體粒徑增大而增加，施用有機(jī)肥雖然提高了土壤各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳的濃度，但并未改變各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳的比例。NPKS土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳濃度為粉粘粒>大團(tuán)聚體>微團(tuán)聚體，即粉粘粒占主導(dǎo)，NPK、N、CK0處理土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳濃度均為大團(tuán)聚體>粉粘粒>微團(tuán)聚體，即大團(tuán)聚體結(jié)合有機(jī)碳占主導(dǎo)，可見，不同施肥措施對(duì)各級(jí)團(tuán)聚體結(jié)合有機(jī)碳的影響不盡相同。而粉粘粒結(jié)合有機(jī)碳的變化表明，與CK相比，各處理均表現(xiàn)為顯著增加。施用有機(jī)肥各級(jí)團(tuán)聚體結(jié)合有機(jī)碳較其他處理均有顯著增加。

2.4 不同施肥措施對(duì)大團(tuán)聚體內(nèi)部組分有機(jī)碳含量的影響

通過對(duì)大團(tuán)聚體進(jìn)一步篩分，分析粗顆粒態(tài)有機(jī)碳、細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳、粉粘粒有機(jī)碳在大團(tuán)聚體中的分配特征（圖5）。與CK相比，CK0、N處理各組分有機(jī)碳含量沒有發(fā)生顯著變化，NPK僅有粗顆粒態(tài)有機(jī)碳顯著提高，NPKS僅細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳顯著提高，另外的組分沒有發(fā)生顯著變化，NPKM各組分有機(jī)碳均顯著提高。大團(tuán)聚體內(nèi)各組分有機(jī)碳的變化幅度為細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳>粉粘粒有機(jī)碳>粗顆粒態(tài)有機(jī)碳。各處理3個(gè)組分中，粗顆粒態(tài)有機(jī)碳含量均為最低，投入有機(jī)物料的處理（NPKM、NPKS）細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳含量最高，分別較CK增加了3.9和1.2倍，其他處理粉粘粒有機(jī)碳最高?？梢姡瑹o論何種施肥措施，均對(duì)提高土壤大團(tuán)聚體中的粗顆粒態(tài)有機(jī)碳含量有一定效果，有機(jī)物料的投入對(duì)提高土壤細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳含量的效果最為顯著，且當(dāng)土壤總有機(jī)碳含量提高到一定水平時(shí)，大團(tuán)聚體內(nèi)各級(jí)有機(jī)碳含量均可顯著增加?？傊煌┓蚀胧┎粌H影響土壤中有機(jī)碳的蓄積，還影響著土壤有機(jī)碳在大團(tuán)聚體內(nèi)部的各組分中的分配，當(dāng)土壤有機(jī)碳含量較低時(shí)（NPK、N、CK0、CK），粉粘粒有機(jī)碳含量占主要優(yōu)勢，而當(dāng)土壤有機(jī)碳提高到一定水平后（NPKM、NPKS），細(xì)顆粒有機(jī)碳含量占主要優(yōu)勢。

2.5 不同施肥措施對(duì)大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)的影響

輸入有機(jī)物料，大團(tuán)聚體中細(xì)顆粒有機(jī)碳與粗顆粒有機(jī)碳的比值顯著高于化肥和不施肥，有機(jī)肥處理大團(tuán)聚體中細(xì)顆粒有機(jī)碳與粗顆粒有機(jī)碳的比值也顯著高于秸稈還田處理，撂荒處理比值顯著高于施用化肥和不施肥，單施氮肥比值顯著高于不施肥。結(jié)果表明，有機(jī)肥和秸稈還田均可減緩?fù)寥来髨F(tuán)聚體周轉(zhuǎn)，而有機(jī)肥的周轉(zhuǎn)速率小于秸稈還田，撂荒對(duì)于減緩?fù)寥来髨F(tuán)聚體周轉(zhuǎn)的效果高于化肥，其中，有機(jī)肥處理大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率分別是秸稈還田、化肥、撂荒和不施肥周轉(zhuǎn)速率的62%、39%、47%和33%，土壤大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)速率大小依次為：CK>NPK>N>CK0>NPKS>NPKM（圖6）。

3 討論

土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定機(jī)制十分復(fù)雜，不僅受自然條件的影響，而且還受土壤有機(jī)碳、土壤微生物、土地利用方式等的影響［14］。平均重量直徑（MWD）反映了土壤團(tuán)聚體大小分布狀況，是評(píng)價(jià)水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，MWD越大，表明土壤的團(tuán)聚化程度越高，其穩(wěn)定性也越強(qiáng)［15-16］。本試驗(yàn)通過對(duì)灰漠土團(tuán)聚體的研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可顯著提高M(jìn)WD，秸稈還田措施與施有機(jī)肥表現(xiàn)出相同的效果，兩者均顯著高于施用化肥處理。可見，施用有機(jī)肥和秸稈還田均可提高灰漠土團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。許多研究認(rèn)為，施用有機(jī)肥或秸稈還田，能夠促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成，提升土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性［3，5，17］。但在本研究中，秸稈還田的作用強(qiáng)度不如施用有機(jī)肥，這可能是因?yàn)閮烧哂昧亢吞荚搭愋偷牟煌?，產(chǎn)生了土壤有機(jī)碳含量的差異。Li等［18］研究也認(rèn)為，土壤團(tuán)聚體中碳氮含量主要受施肥方式的影響，施用有機(jī)肥和化肥能提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，改善土壤結(jié)構(gòu)，施用有機(jī)肥效果更顯著。董莉麗［19］的研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)與水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD線性正相關(guān)。章明奎等［20］對(duì)紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的研究發(fā)現(xiàn)，水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性均與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)。王哲峰［21］在對(duì)草地土壤的研究中發(fā)現(xiàn)，碳水化合物（尤其是稀酸提取的碳水化合物）是影響水穩(wěn)性團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。魏朝富等［22］對(duì)紫色土水穩(wěn)性團(tuán)聚體研究表明，有機(jī)肥施用促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)和無定形氧化鐵的變化，是土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體改善的根本原因。Elliott［23］認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)能夠減少土壤團(tuán)聚體的分散率，與大團(tuán)聚體的穩(wěn)定性顯著相關(guān)。以上觀點(diǎn)主要認(rèn)為施肥方式影響了土壤有機(jī)碳，而土壤有機(jī)碳含量又進(jìn)一步影響著土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。一方面，有機(jī)肥的施用提高了土壤有機(jī)碳含量，這部分有機(jī)碳可以提供更多的有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)，同時(shí)增強(qiáng)土壤微生物活性和增加微生物的代謝產(chǎn)物如多糖等，進(jìn)而促進(jìn)了水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成［24］，也就是說，連續(xù)施用有機(jī)肥較秸稈還田更能有效促進(jìn)團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)的提高，形成更多的大團(tuán)聚體（圖2）。另一方面，土壤大團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也增強(qiáng)了團(tuán)聚體抵抗外部因素侵蝕的能力，降低了團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳暴露并分解的風(fēng)險(xiǎn)，兩者相互促進(jìn)，對(duì)土壤固碳和團(tuán)聚體穩(wěn)定性起著重要作用。影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素很多，目前，受到國內(nèi)外認(rèn)可的團(tuán)聚體穩(wěn)定機(jī)制主要包括2種膠結(jié)劑的作用，一種是土壤有機(jī)質(zhì)、根系菌絲及其分泌物等有機(jī)膠結(jié)劑對(duì)團(tuán)聚體的粘結(jié)作用；另一種是粘粒、多價(jià)金屬離子、氧化物等無機(jī)膠結(jié)劑與團(tuán)聚體顆粒間的相互作用力［25］。陳芳等［26］對(duì)紅壤、黃棕壤、黃褐土3種典型地帶性土壤研究發(fā)現(xiàn)，游離態(tài)鐵鋁氧化物（尤其是游離態(tài)氧化鋁）是影響3種土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性的最重要因素，而有機(jī)質(zhì)對(duì)增強(qiáng)黃褐土、黃棕壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性有顯著促進(jìn)作用。Zhang等［27］對(duì)熱帶土壤的研究認(rèn)為，快速潤濕和濕攪拌后團(tuán)聚體的歸一化平均重量直徑（NMWD）與土壤性質(zhì)（如微聚集度、陽離子交換能力、K2O、Fe2O3或Al2O3）的相關(guān)性更大，而與土壤有機(jī)碳含量無關(guān)。李朝霞［28］對(duì)有機(jī)質(zhì)含量小于20.0 g·kg-1的紅壤研究認(rèn)為，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與游離態(tài)Fe2O3、Al2O3、非晶形態(tài)Al2O3、SiO2和粘粒含量之間存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，但與有機(jī)質(zhì)相關(guān)關(guān)系不明顯。以上研究說明，土壤有機(jī)碳并非是影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性的決定性因素，因土壤類型和有機(jī)碳水平等不同，團(tuán)聚體的穩(wěn)定機(jī)制存在差異。本研究中NPK、N、CK0處理間雖然有機(jī)碳無顯著差異，但團(tuán)聚體穩(wěn)定性卻表現(xiàn)出顯著差異，這種差異可能主要由處理間無機(jī)膠結(jié)劑的差異所引起的，今后還需對(duì)無機(jī)膠體與土壤團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的相關(guān)性做進(jìn)一步研究。

農(nóng)業(yè)土壤團(tuán)聚體隨耕作不斷地形成和破壞，只有當(dāng)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性最大而周轉(zhuǎn)速率最慢時(shí)，其對(duì)有機(jī)碳的固定才能最強(qiáng)。大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)越慢，越有利于大團(tuán)聚體內(nèi)部產(chǎn)生更多的微團(tuán)聚體，更有利于提高大團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，促進(jìn)土壤有機(jī)碳的積累，相反大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)快，使得易分解有機(jī)碳頻繁地暴露在外，易被微生物分解，不利于土壤有機(jī)碳的積累［29］。本試驗(yàn)對(duì)灰漠土的研究也證明，有機(jī)肥和秸稈還田均可減緩?fù)寥来髨F(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)速率，土壤有機(jī)碳顯著累積。徐江兵等［30］對(duì)旱地紅壤的研究也發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥的施入降低了土壤大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)，秸稈處理對(duì)團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定效果優(yōu)于廄肥處理。而苑亞茹等［8］對(duì)黑土的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)培肥加速了大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)，大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)速率隨著有機(jī)肥施用量的增加而加快。同樣，Gulde等［31］通過對(duì)連續(xù)32年施加不同量牛糞試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn)，大團(tuán)聚體中的細(xì)顆粒有機(jī)碳與粗顆粒有機(jī)碳的比值隨著牛糞施用量的增加而下降，土壤大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)加速。得出以上2種截然相反結(jié)論的原因可能與輸入的碳源、土壤碳飽和度、土壤母質(zhì)以及氣候有關(guān)。如糞肥主要由粗顆粒組成［32］，當(dāng)糞肥輸入土壤后，導(dǎo)致粗顆粒有機(jī)碳的選擇性輸入到土壤中，因此，更多的粗顆粒有機(jī)碳被團(tuán)聚到大團(tuán)聚體中（圖3），然而，如果不增加大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)量，粗顆粒有機(jī)碳將被分解為細(xì)顆粒有機(jī)碳，細(xì)顆粒有機(jī)碳再進(jìn)一步分解為粉粘粒有機(jī)碳，細(xì)顆粒有機(jī)碳和粉粘粒有機(jī)碳均會(huì)增加（圖4），表明大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率的減緩，增加了土壤粗顆粒有機(jī)碳向穩(wěn)定性更高的細(xì)顆粒有機(jī)碳轉(zhuǎn)化，這也可能與有機(jī)肥的施用量和有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)速率有關(guān)。若有機(jī)肥足夠，提供的粗顆粒有機(jī)碳也相應(yīng)足夠，微生物可能優(yōu)先取食新鮮的有機(jī)肥，而不是大團(tuán)聚體中的有機(jī)物質(zhì)，這樣一方面減少了微生物對(duì)大團(tuán)聚體中有機(jī)物分解導(dǎo)致的大團(tuán)聚體的破壞，另一方面，微生物的活動(dòng)產(chǎn)生的多糖等粘合劑，進(jìn)一步促進(jìn)了微團(tuán)聚體和粉粘粒向大團(tuán)聚體的團(tuán)聚。因此，灰漠土施用有機(jī)肥時(shí)，減緩了土壤大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)速率，是灰漠土有機(jī)碳的重要保護(hù)機(jī)制，但施用化肥處理也表現(xiàn)出大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率下降。灰漠土大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率的快慢與有機(jī)碳的累積是否存在必然關(guān)系，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

化肥配施有機(jī)肥可顯著提高灰漠土團(tuán)聚體中粗顆粒態(tài)有機(jī)碳、細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳和粉粘粒有機(jī)碳的含量，新增碳在大團(tuán)聚體中主要以細(xì)顆粒態(tài)有機(jī)碳的形態(tài)儲(chǔ)存下來，形成了穩(wěn)定的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，并降低大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)速率，是灰漠土有機(jī)碳的重要物理保護(hù)機(jī)制。