關(guān)鍵詞：土壤改良；土壤結(jié)構(gòu)；污泥資源利用；土壤團(tuán)聚體；土壤有機質(zhì)

土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，在調(diào)節(jié)土壤物理、化學(xué)和生物過程特別是養(yǎng)分循環(huán)和土壤碳儲存中起重要作用[1]，是評價土壤質(zhì)量的重要參數(shù)[2]；提高土壤團(tuán)聚體的數(shù)量和穩(wěn)定性可以有效改善土壤結(jié)構(gòu)性能。土壤團(tuán)聚體的形成是一個復(fù)雜過程；根據(jù)粒徑大小，主要將團(tuán)聚體劃分為大團(tuán)聚體（Macroaggregate，粒徑gt;0.25mm）和微團(tuán)聚體（Microaggregate，粒徑≤0.25mm）。團(tuán)聚體的形成過程是漸進(jìn)的，不同粒級團(tuán)聚體存在不同的形成機制[3]。根據(jù)Edwards等[4]的理論，土壤大團(tuán)聚體通過微團(tuán)聚體弱結(jié)合形成，而弱結(jié)合主要是通過有機?無機復(fù)合進(jìn)行。團(tuán)聚體的結(jié)合依賴于膠結(jié)物質(zhì)的作用，土壤顆粒通過多價陽離子或有機分子的黏合形成微團(tuán)聚體，微團(tuán)聚體在土壤動物、微生物、根系、無機物和物理過程的作用下形成大團(tuán)聚體[5]。污泥富含的有機質(zhì)和養(yǎng)分物質(zhì)是土壤團(tuán)聚體形成的有效膠結(jié)物質(zhì)[6]；除了直接膠結(jié)土壤顆粒，它們還促進(jìn)植物根系生長以進(jìn)一步促進(jìn)土壤團(tuán)聚[7]。污泥施用為土壤帶來大量微生物與各種形式的有機質(zhì)，提高土壤酶活性，在土壤改良和地力維持方面具有良好效果[8]。污泥還含有豐富的細(xì)胞外高分子物質(zhì)（Extracellularpolymericsubstances，EPS），如多糖、球囊霉素蛋白、核酸、磷脂和腐殖質(zhì)等[9]；這些物質(zhì)是團(tuán)聚形成的重要膠結(jié)物，在促進(jìn)土壤團(tuán)聚和維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定中扮演重要角色[10]。值得注意的是，我國污泥產(chǎn)量巨大，其中2021年我國污泥產(chǎn)生量達(dá)4.59×107t[11]；而且隨著我國城鎮(zhèn)污水處理量加大，污泥產(chǎn)量也在不斷增加，科學(xué)處置污泥成為我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)的難題。很多研究報道污泥施用促進(jìn)大團(tuán)聚體形成與穩(wěn)定的效果良好[12]，但其具體作用機理尚不清楚，并且如何科學(xué)、有效運用污泥促進(jìn)土壤團(tuán)聚也尚未得到系統(tǒng)探究。

Meta分析是對同一主題的個別研究進(jìn)行定量和科學(xué)綜合以得出一般結(jié)論的調(diào)查研究形式，其中調(diào)查的是研究報告（試驗結(jié)果）[13]。Meta分析的適用性很強，張娜娜等[14]與孟艷等[15]均在土壤相關(guān)研究中使用過Meta分析。

污泥施用影響土壤團(tuán)聚體的因素有很多，且不同施用情況對土壤團(tuán)聚體的影響也不同。基于上述對團(tuán)聚體形成的理解，我們猜測污泥施用改變土壤的化學(xué)和生物性質(zhì)是促進(jìn)土壤團(tuán)聚的重要原因。因此，我們從568篇文獻(xiàn)中精篩出36篇高度匹配文獻(xiàn)，運用Meta分析總結(jié)污泥施用方式、施用量、施用深度以及在不同黏粒含量土壤中施用污泥條件下土壤團(tuán)聚體的形成效果，分析這些不同污泥施用條件對土壤性質(zhì)的影響以及這些性質(zhì)變化與團(tuán)聚體形成的關(guān)系，并用隨機森林模型挖掘污泥施用影響團(tuán)聚體形成的關(guān)鍵因素，進(jìn)而總結(jié)出促進(jìn)土壤團(tuán)聚的、合理的污泥施用方式，以期為科學(xué)合理利用污泥改良土壤結(jié)構(gòu)性能提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)收集與篩選

本研究通過WebofScience（WoS）、中國知網(wǎng)、ScienceDirect、萬方和X-mol共5個數(shù)據(jù)庫搜索相關(guān)論文。以土壤團(tuán)聚體（Soilaggregate）為主題、污泥（Sludge）為摘要精準(zhǔn)檢索截至2023年3月31日污泥施用影響土壤團(tuán)聚體的已發(fā)表中、英文文獻(xiàn)。以WoS為例，其檢索式為TS=（Soilaggregate）andAB=（Sludge）not綜述。依據(jù)以下原則精篩檢索到的文獻(xiàn)：1）必須含有處理組與對照組；2）研究中必須含有土壤團(tuán)聚體數(shù)據(jù)及相關(guān)影響因素的數(shù)據(jù)，每個因素都視為獨立系統(tǒng)；3）試驗數(shù)據(jù)具有相關(guān)統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)（重復(fù)數(shù)n、平均值Mean及標(biāo)準(zhǔn)差SD）；4）中文文獻(xiàn)選取核心期刊文獻(xiàn)，英文文獻(xiàn)選取SCI數(shù)據(jù)庫收錄文獻(xiàn)；5）土壤團(tuán)聚體篩分方式、污泥添加方式、土壤深度、土壤黏粒含量及污泥添加量明確。為避免發(fā)表偏移、保證每一項研究的完整性和科學(xué)性，本文不僅盡最大可能收集與研究主題相關(guān)的文獻(xiàn)，并收集所得文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)和同一作者或研究團(tuán)隊的其他相關(guān)文獻(xiàn)。經(jīng)按以上標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格篩選，最終納入32篇英文文獻(xiàn)與4篇中文文獻(xiàn)中213組團(tuán)聚體因子和557組土壤指標(biāo)因子。

從符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)中提取土壤大團(tuán)聚體相對含量、微團(tuán)聚體相對含量、團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑、有機質(zhì)含量、微生物碳含量、總氮含量、總磷含量、堿解氮含量、速效磷含量、堿化度、碳水化合物含量、電導(dǎo)率、磷酸酶活性和pH共14個指標(biāo)。

將收集的數(shù)據(jù)按污泥施用方式、土壤深度、土壤黏粒含量和污泥施用量分組（表1）。為了挖掘污泥施用影響土壤團(tuán)聚的原因，本研究進(jìn)一步分析污泥施用對土壤性質(zhì)的影響，分析僅限于獲取的污泥施用影響土壤團(tuán)聚的36篇文獻(xiàn)。綜合文獻(xiàn)結(jié)果，本文主要分析污泥施用對土壤總氮含量、堿解氮含量、總磷含量、速效磷含量、碳水化合物含量、pH、電導(dǎo)率、堿化度、有機質(zhì)含量、磷酸酶活性和微生物碳含量共11個指標(biāo)的影響。用Excel2019處理收集的數(shù)據(jù)，計算效應(yīng)值和標(biāo)準(zhǔn)差，本研究以土壤團(tuán)聚體指標(biāo)與環(huán)境因子的反應(yīng)比（R）為效應(yīng)量、其對數(shù)（lgR）為效應(yīng)值（Effectsize）。采用SPSS21.0單個樣本Kolmogorov-Smirnov法檢驗14個指標(biāo)的增加百分比、lnR和lgR在0.05水平的正態(tài)性，發(fā)現(xiàn)只有l(wèi)gR所有數(shù)據(jù)滿足正態(tài)性（表2），故本研究的Meta分析主要選擇lgR作為效應(yīng)值。

1.2Meta分析

使用Stata12.0軟件Meta包，基于效應(yīng)值進(jìn)行Meta分析。依據(jù)Meta分析中連續(xù)性數(shù)據(jù)的深度提取方法[16]，轉(zhuǎn)換沒有直接表示平均值與標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)。通過顯著差異直接獲取合并后標(biāo)準(zhǔn)差（SD合并），以倒方差法計算加權(quán)因子（W）（去除gt;1000的異常值）、效應(yīng)值lgR的標(biāo)準(zhǔn)誤差（SElgR）及其95%置信區(qū)間（95%CI）[17-18]。當(dāng)某指標(biāo)效應(yīng)值的95%CI與y=0有交點，認(rèn)為該指標(biāo)對結(jié)局指標(biāo)無統(tǒng)計學(xué)意義；位于y=0下方時，認(rèn)為該指標(biāo)對結(jié)局指標(biāo)具有顯著負(fù)效應(yīng)；位于y=0上方時，認(rèn)為該指標(biāo)對結(jié)局指標(biāo)具有顯著正效應(yīng)。相關(guān)計算公式

式中，t通過合并自由度（n1+n2?2）及概率P值查表得到[19]；X1、X2分別為處理和對照的平均值；n1、n2分別為處理和對照的重復(fù)組數(shù)；SD1、SD2分別為處理與對照的標(biāo)準(zhǔn)差；VlgR為效應(yīng)值的方差；PC為均方差增加百分比，%。

進(jìn)行異質(zhì)性檢驗：當(dāng)異質(zhì)性（I2）lt;50時，數(shù)據(jù)之間異質(zhì)性不高，可直接合并；I2gt;50的數(shù)據(jù)需要尋找其異質(zhì)來源。進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗：本文采用Egger分析驗證發(fā)表偏倚，Pgt;0.1時需要進(jìn)行剪補[20]；剪補后，P始終gt;0.1或者lt;0.1，表明數(shù)據(jù)合并后的結(jié)論可靠。

1.3線性擬合、隨機森林與Meta回歸分析

使用SPSS21.0軟件、Origin2021軟件對數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合分析與作圖?；谧钚《朔ㄟM(jìn)行線性回歸擬合，在0.05水平對回歸方程與回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗，Plt;0.05指顯著相關(guān)。采用Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析，評估每個預(yù)測變量（總磷含量、速效磷含量、總氮含量、堿解氮含量、碳水化合物含量、土壤電導(dǎo)率、土壤堿化度、磷酸酶活性、微生物碳含量和pH）與響應(yīng)變量（大團(tuán)聚體相對含量）之間的相關(guān)關(guān)系。使用R4.2.3軟件RandomForest包進(jìn)行隨機森林分析，評估這些預(yù)測變量對大團(tuán)聚體相對含量的重要性，并通過A3包獲得顯著性信息。使用Stata12.0軟件Meta-Analysis包中Regression進(jìn)行Meta回歸，解釋變量對大團(tuán)聚體相對含量效應(yīng)值變異的貢獻(xiàn)度。

2結(jié)果與分析

2.1污泥施用對土壤團(tuán)聚體影響結(jié)果的發(fā)表偏倚與整體效果

檢驗Meta分析總體異質(zhì)性，其中，平均質(zhì)量直徑與大團(tuán)聚體相對含量Plt;0.01，I2gt;50，說明異質(zhì)性極強，需要引入解釋變量來分析其來源；采用剪補法對Meta分析結(jié)果進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗，平均質(zhì)量直徑和大團(tuán)聚體剪補前后皆有Plt;0.01，表明本研究Meta分析結(jié)果可靠，無發(fā)表偏倚（表3）。

由圖1可以看出，污泥施用整體增加了大團(tuán)聚

體相對含量與團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑，降低了微團(tuán)聚體相對含量。對比表施和混施2種不同污泥施用方式對團(tuán)聚體的影響，發(fā)現(xiàn)2種方式均顯著提高了大團(tuán)聚體相對含量，且混施處理的大團(tuán)聚體相對含量效應(yīng)值（表施0.20、混施0.84）更高；僅混施顯著提高了團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑，其效應(yīng)值為0.06（圖1A）。污泥施用后不同土層土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑均顯著提高，相較于表層（0～20cm），深層（20lt;～40cm）土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑效應(yīng)值更高（表層0.12、深層0.03）；污泥施用僅顯著增加了0～20cm土壤大團(tuán)聚體相對含量效應(yīng)值（0.16）（圖1B）。污泥施用提高了3種黏粒含量土壤的大團(tuán)聚體相對含量，土壤黏粒含量lt;15%和15%～25%條件下達(dá)到顯著水平，且黏粒含量越低土壤的大團(tuán)聚體相對含量的效應(yīng)值越高，分別為0.26、0.13和0.05；污泥施用僅顯著增加了黏粒含量15%～25%土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑效應(yīng)值（0.08）（圖1C）。不同污泥施用量均顯著提高大團(tuán)聚體相對含量，施用量為100lt;～200t/hm2時效應(yīng)值最高（0.35）；施用量lt;50t/hm2和50～100t/hm2時，平均質(zhì)量直徑的效應(yīng)值分別為0.07和0.21（圖1D）?？傮w來看，施用方式為混施、土壤深度為0～20cm、土壤黏粒含量lt;15%、污泥施用量為100lt;～200t/hm2時，大團(tuán)聚體相對含量對污泥施用所產(chǎn)生的合并效應(yīng)值最高，分別為0.20（增加51%～67%）、0.16（增加39%～51%）、0.26（增加69%～93%）和0.35（增加100%～154%）?？梢姡┯梦勰啻龠M(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成的最佳條件為：按100lt;～200t/hm2將污泥混施于黏粒含量lt;15%土壤的0～20cm層。

2.2污泥施用對土壤性質(zhì)的影響

2.2.1不同污泥施用方式產(chǎn)生的影響 表施條件下，磷酸酶活性的效應(yīng)值增加最多，為0.31（增加76%～135%），其次是有機質(zhì)、總氮和微生物碳含量，增加的效應(yīng)值分別為0.20（增加43%～77%）、0.17（增加21%～81%）和0.17（增加31%～63%）（圖2A）。污泥混施時，堿解氮含量產(chǎn)生的效應(yīng)最大，效應(yīng)值為0.64（增加211%～522%）；速效磷、碳水化合物和有機質(zhì)含量產(chǎn)生的效應(yīng)次之，效應(yīng)值分別為0.29（增加55%～145%）、0.26（增加33%～151%）和0.20（增加50%～67%）；pH和土壤堿化度產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，效應(yīng)值分別為?0.04（降低3%～16%）和?0.05（降低6%～11%）（圖2B）。

2.2.2污泥施用對不同深度土壤性質(zhì)的影響 分析污泥施用對不同深度土壤性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)污泥施用對深度為0～20cm土壤堿化度產(chǎn)生顯著負(fù)效應(yīng)，效應(yīng)值為?0.04（降低3%～16%）；其余10個指標(biāo)產(chǎn)生正效應(yīng)，其中堿解氮含量產(chǎn)生的效應(yīng)值最大，為0.64（增加210%～523%）；其次是碳水化合物含量、磷酸酶活性、總氮和有機質(zhì)含量，分別為0.26（增加33%～151%）、0.24（增加55%～93%）、0.19（增加40%～70%）和0.16（增加37%～52%）（圖3A）。污泥施用顯著增加20lt;～40cm土壤有機質(zhì)含量效應(yīng)值（0.43，增加137%～203%），顯著降低pH效應(yīng)值（?0.04，降低6%～12%）；對其余指標(biāo)的影響未達(dá)顯著水平（圖3B）。

2.2.3土壤黏粒含量差異條件下污泥施用產(chǎn)生的影響 比較污泥施用對不同黏粒含量土壤的團(tuán)聚體的影響，當(dāng)黏粒含量lt;15%時，污泥施用對堿解氮、碳水化合物、速效磷、有機質(zhì)、總氮、微生物碳、總磷含量與磷酸酶活性產(chǎn)生正效應(yīng)；其中堿解氮（0.65，增加205%～549%）、碳水化合物（0.55，增加27%～887%）、速效磷（0.32，增加60%～173%）和有機質(zhì)（0.29，增加72%～122%）含量效應(yīng)值高于其他指標(biāo)（圖4A）。在黏粒含量為15%～25%的土壤中，污泥施用沒有顯著影響碳水化合物含量、pH和電導(dǎo)率，對其余指標(biāo)產(chǎn)生顯著正效應(yīng)；其中堿解氮含量、堿化度、磷酸酶活性和有機質(zhì)含量效應(yīng)強于其他指標(biāo)，效應(yīng)值分別為0.62（增加70%～926%）、0.29（增加16%～235%）、0.23（增加50%～93%）和0.19（增加47%～65%）（圖4B）。在黏粒含量gt;25%的土壤中，污泥施用對碳水化合物含量、有機質(zhì)含量和電導(dǎo)率產(chǎn)生正效應(yīng)，效應(yīng)值分別為0.27（增加24%～181%）、0.16（增加31%～62%）和0.12（增加12%～56%）；而對pH和堿化度產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，效應(yīng)值分別為?0.02（降低2%～7%）和?0.04（降低1%～15%）（圖4C）。

2.2.4污泥施用量不同產(chǎn)生的影響 對比不同污泥施用量對土壤團(tuán)聚體的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)污泥施用量lt;50t/hm2時，除了對碳水化合物含量、電導(dǎo)率、pH和堿氏度的效應(yīng)不顯著外，對其余指標(biāo)均產(chǎn)生顯著正效應(yīng)；其中堿解氮含量、磷酸酶活性、有機質(zhì)含量和總氮含量的效應(yīng)值高于其他指標(biāo)，分別為0.54（增加128%～416%）、0.23（增加49%～92%）、0.18（增加40%～63%）和0.15（增加21%～63%）（圖5A）。污泥施用量在50～100t/hm2時，對碳水化合物、有機質(zhì)和微生物碳含量產(chǎn)生正效應(yīng)，效應(yīng)值分別為0.31（增加39%～197%）、0.21（增加49%～73%）和0.09（增加12%～36%）；對pH產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，效應(yīng)值為?0.05（降低8%～14%）；對其余指標(biāo)的效應(yīng)不顯著（圖5B）。污泥施用量在100lt;～200t/hm2時，對土壤pH和總磷含量的效應(yīng)不明顯；對堿化度產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，效應(yīng)值為?0.05（降低1%～19%）；對其余指標(biāo)均產(chǎn)生正效應(yīng)，其中堿解氮含量、磷酸酶活性、總氮含量和有機質(zhì)含量效應(yīng)值高于其他指標(biāo)，分別為0.88（增加263%～1461%）、0.27（增加47%～141%）、0.22（增加45%～87%）和0.21（增加42%～83%）（圖5C）。污泥施用量gt;200t/hm2時，對堿化度和碳水化合物含量的效應(yīng)不顯著；對電導(dǎo)率產(chǎn)生顯著負(fù)效應(yīng)，效應(yīng)值為?0.29（降低36%～59%）；對其余指標(biāo)均產(chǎn)生正效應(yīng)，其中速效磷含量、堿解氮含量和總氮含量效應(yīng)值均高于其他指標(biāo)，分別為1.17、1.09和0.88（圖5D）。

2.3污泥施用條件下土壤性質(zhì)對土壤大團(tuán)聚體的影響

2.3.1污泥施用條件下土壤性質(zhì)與大團(tuán)聚體相對含量的線性擬合 為深入了解污泥施用引起的土壤性質(zhì)變化對土壤團(tuán)聚體的影響，本研究進(jìn)一步分析污泥施用條件下土壤性質(zhì)與大團(tuán)聚體相對含量的線性關(guān)系。由圖6可以看出，土壤總磷含量（R2=0.64、P=0.02），碳水化合物含量（R2=0.63、Plt;0.01），有機質(zhì)含量（R2=0.58、Plt;0.01），堿解氮含量（R2=0.53、P=0.03），磷酸酶活性（R2=0.71、P=0.02），全氮含量（R2=0.45、P=0.01）和速效磷含量（R2=0.50、Plt;0.01）均與土壤大團(tuán)聚體相對含量呈顯著正線性相關(guān)關(guān)系；土壤堿化度（R2=0.20、P=0.03）和土壤電導(dǎo)率（R2=0.40、Plt;0.01）與土壤大團(tuán)聚體相對含量呈顯著負(fù)線性相關(guān)關(guān)系；土壤pH和微生物碳含量與大團(tuán)聚體相對含量無顯著線性相關(guān)關(guān)系。

2.3.2污泥施用影響土壤大團(tuán)聚體相對含量的隨機森林分析 采用隨機森林分析法計算不同指標(biāo)對土壤大團(tuán)聚體相對含量的重要值，在收集到的所有研究中，有機質(zhì)和碳水化合物含量對土壤大團(tuán)聚體相對含量的增加有顯著影響，總磷、速效磷、微生物碳、堿解氮、總氮含量，電導(dǎo)率，磷酸酶活性，堿化度與pH對大團(tuán)聚體的形成有影響，但不顯著（圖7）。

2.3.3土壤有機質(zhì)和碳水化合物對土壤團(tuán)聚體的影響 合并效應(yīng)值發(fā)現(xiàn)，大團(tuán)聚體相對含量對土壤有機質(zhì)與碳水化合物含量的增加均產(chǎn)生正響應(yīng)（圖8）。Meta回歸結(jié)果表明，大團(tuán)聚體相對含量效應(yīng)值隨有機質(zhì)與碳水化合物含量效應(yīng)值增加而增加，有機質(zhì)含量效應(yīng)值的增長能解釋93.79%的大團(tuán)聚體相對含量效應(yīng)值變異，碳水化合物含量效應(yīng)值的增長能解釋76.30%的大團(tuán)聚體相對含量效應(yīng)值變異（圖9）。

3討論與結(jié)論

3.1污泥施用促進(jìn)土壤團(tuán)聚

本研究整合已發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，通過Meta分析發(fā)現(xiàn)，污泥施用整體提高土壤大團(tuán)聚體相對含量和團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑，降低微團(tuán)聚體相對含量。結(jié)合團(tuán)聚體形成特點[3-6]，本研究推測施用污泥通過提高土壤中膠結(jié)物質(zhì)含量，促使微團(tuán)聚體黏合成大團(tuán)聚體，進(jìn)而提高大團(tuán)聚體相對含量。

表施和混施是污泥土地施用的2種常見方式。與表施相比，混施污泥對原有土壤的擾動程度更高，并且施入的污泥與土壤的接觸更加充分，進(jìn)而可能表現(xiàn)出更優(yōu)的促進(jìn)土壤團(tuán)聚效果[21]。本研究Meta分析進(jìn)一步檢驗該結(jié)果：表施和混施均顯著促進(jìn)土壤團(tuán)聚，大團(tuán)聚體相對含量效應(yīng)值分別為0.08（增加21%）和0.20（增加59%），混施的效果更好，表現(xiàn)為大團(tuán)聚體相對含量的增幅更大，且顯著提高團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑。無論表施還是混施，污泥主要接觸0～20cm表層土壤，故通常認(rèn)為污泥施用主要促進(jìn)表層土壤團(tuán)聚體形成。本研究的Meta分析也表明污泥施用只顯著提高表層土壤大團(tuán)聚體的相對含量。有趣的是，污泥施用后，表層和深層土壤的團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑均顯著提高，表明污泥中一些可溶性膠結(jié)物質(zhì)可能向深層土壤遷移并促進(jìn)細(xì)顆粒的膠結(jié)；但由于深層土壤受到的外界擾動較表層土壤弱，污泥促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成的效果也較表層土壤差[22]。

黏粒本身具有較大比表面積，是參與土壤顆粒聚集的主要活性組分。通常認(rèn)為黏粒含量越低的土壤，自身黏結(jié)形成的團(tuán)聚體也越少，而借助有機黏結(jié)物形成團(tuán)聚體的相對含量較高，故在黏粒含量相對較低的偏砂質(zhì)土壤上施用污泥促進(jìn)土壤團(tuán)聚的效果較好[8]。本研究Meta分析也發(fā)現(xiàn)，隨著黏粒含量的增加，污泥對土壤團(tuán)聚的促進(jìn)效果逐漸減弱；值得注意的是，只有在黏粒含量中等（15%～25%）的土壤中施用污泥才顯著提高團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑。上述結(jié)果表明，黏粒含量低的土壤中污泥作用形成的大團(tuán)聚體較多但穩(wěn)定性不強，而作用于黏粒含量中等土壤形成的大團(tuán)聚體數(shù)量適中且穩(wěn)定。值得注意的是，并非污泥施用量越大促進(jìn)土壤團(tuán)聚的效果越好。Meta分析表明，折算施用量為100lt;～200t/hm2時，污泥促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成的效果最佳；折算污泥施用量為50～100t/hm2時，土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑效應(yīng)值最大。新鮮有機物的輸入有助于促進(jìn)大團(tuán)聚體形成，但這些有機物也容易被微生物分解，進(jìn)而導(dǎo)致大團(tuán)聚體被分解成為微團(tuán)聚體[23]。污泥施用量加大是否也會帶來抑制土壤團(tuán)聚的物質(zhì)或者誘導(dǎo)土壤微生物分解大團(tuán)聚體有待更深入的分析。

3.2污泥施用改變土壤性質(zhì)進(jìn)而影響大團(tuán)聚體形成

污泥富含有機質(zhì)和養(yǎng)分物質(zhì)，這些物質(zhì)隨污泥施用進(jìn)入土壤，進(jìn)而影響土壤相關(guān)性質(zhì)。針對獲取的污泥施用影響土壤團(tuán)聚的36篇文獻(xiàn)的Meta分析結(jié)果表明，不同污泥施用條件均顯著提高土壤有機質(zhì)含量；說明污泥提高土壤有機質(zhì)含量的效果受污泥施用條件的影響相對較小。除了個別污泥施用條件下沒有相關(guān)信息，本研究Meta分析顯示不同污泥施用條件均顯著提高土壤微生物碳含量、碳水化合物含量和磷酸酶活性，表明污泥施用對微生物和土壤酶等土壤生物的性質(zhì)也產(chǎn)生影響。這可能與污泥自身微生物多樣性和含有豐富微生物碳源物質(zhì)有關(guān)[9]。盡管污泥也含有較高含量的氮和磷，但不同施用條件對土壤氮和磷含量的影響不同。表施污泥未能顯著提高土壤堿解氮含量，其原因可能與表施污泥容易導(dǎo)致銨態(tài)氮揮發(fā)有關(guān)[24]。值得注意的是，本研究的Meta分析發(fā)現(xiàn)污泥施用在大部分情況下降低了土壤pH和堿化度；這與本研究前期工作中施用污泥提高土壤pH的研究結(jié)果不太一致[7，25]。污泥pH多為7～8，如果將污泥施用于偏酸性土壤中，將提高土壤pH；相反，將污泥施用于pH高于9的土壤，將降低土壤pH。本研究納入Meta分析的文獻(xiàn)大多是將污泥施用于pH高于9的土壤，故出現(xiàn)施用污泥降低土壤pH的結(jié)果[26]。

污泥施用增加有機質(zhì)、總磷、碳水化合物、堿解氮、全氮和速效磷含量以及磷酸酶活性等相關(guān)土壤指標(biāo)，且這些指標(biāo)與大團(tuán)聚體相對含量呈顯著正相關(guān)；相反，施用污泥降低土壤堿化度，且堿化度與大團(tuán)聚體相對含量呈顯著負(fù)相關(guān)。隨機森林分析法的預(yù)測結(jié)果則顯示，污泥施用引起的土壤有機質(zhì)和碳水化合物含量的變化在促進(jìn)大團(tuán)聚體形成中扮演更加重要的角色。Meta回歸進(jìn)一步確認(rèn)污泥施用帶來的有機質(zhì)與碳水化合物含量的增加對大團(tuán)聚體含量增加作較大貢獻(xiàn)。有機質(zhì)和碳水化合物（糖和胞外高分子物質(zhì)等）一方面可以作為有機膠合劑促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成，另一方面作為微生物的主要碳源和能源顯著影響微生物活性[27]。另外，土壤磷和氮的增加均可以增加細(xì)菌豐富度[28]，而細(xì)菌和真菌等土壤微生物可以通過分泌黏液與碳水化合物來促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體和大團(tuán)聚體的形成[29]。特別是這些微生物可以產(chǎn)生豐富的球囊霉素來促進(jìn)大團(tuán)聚體形成[30]。上述結(jié)果驗證了本文推測，即施用污泥提高了土壤中膠結(jié)物質(zhì)含量進(jìn)而促使微團(tuán)聚體黏合形成大團(tuán)聚體。這些膠結(jié)物質(zhì)可能是污泥施用直接帶入，也可能是污泥施用提高微生物代謝產(chǎn)生的。值得注意的是，有機質(zhì)、黏粒以及多價陽離子的共同作用是團(tuán)聚體形成的重要機制，且團(tuán)聚體的穩(wěn)定性與這些物質(zhì)的黏結(jié)性能密切相關(guān)。土壤中鈉離子含量增加將導(dǎo)致多價陽離子的飽和度和黏結(jié)性能下降，進(jìn)而導(dǎo)致團(tuán)聚體穩(wěn)定性下降和分解[31]。綜合相關(guān)結(jié)果，本研究推測污泥施用補充了土壤有機質(zhì)、碳水化合物和氮磷等，提高團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)含量進(jìn)而促進(jìn)土壤團(tuán)聚，形成更多大團(tuán)聚體；污泥施用進(jìn)一步降低土壤堿化度和土壤電導(dǎo)率，維持團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。

3.3結(jié)論

利用Meta和線性擬合分析，本文評價了污泥施用對土壤團(tuán)聚體的影響并挖掘作用機理。污泥施用顯著提高土壤大團(tuán)聚體相對含量和團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑，最佳條件是按100lt;～200t/hm2，將污泥混施于黏粒含量lt;15%的表層土壤中。污泥施用提高土壤有機質(zhì)和碳水化合物含量是促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成的關(guān)鍵原因；污泥中有機質(zhì)含量越高，促進(jìn)土壤團(tuán)聚的效果越好。污泥施用引起的總磷、堿解氮、全氮和速效磷含量以及磷酸酶活性等土壤指標(biāo)的增加在一定程度上促進(jìn)土壤團(tuán)聚。需要注意的是，上述污泥施用的效應(yīng)分析受限于納入Meta分析的文獻(xiàn)大多為礦區(qū)土壤污泥施用的研究，普通土壤的污泥施用效果有待更多相關(guān)研究支撐。