集約化種植下潮土養(yǎng)分肥力與團聚體特征相互關(guān)系研究①

張先鳳，朱安寧，張佳寶，楊文亮，車 威

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗站，南京 210008；2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

集約化種植下潮土養(yǎng)分肥力與團聚體特征相互關(guān)系研究①

張先鳳1,2，朱安寧1*，張佳寶1，楊文亮1，車 威1

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗站，南京 210008；2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

通過測定封丘潮土 7個肥力指標有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀，并利用主成分分析方法劃分為3種肥力等級(一等、二等和三等肥力)，研究了集約化種植條件下潮土養(yǎng)分肥力與團聚體特征的相互關(guān)系。結(jié)果表明：3種肥力等級下，大團聚體的質(zhì)量比例最高，微團聚體居中，而粉黏粒最低。在0 ~ 5、5 ~ 10和10 ~ 20 cm土層，一等肥力下大團聚體的質(zhì)量比例分別較三等肥力提高了25.5%、20.0% 和18.5%，而微團聚體的質(zhì)量比例分別降低了54.3%、43.5% 和33.6%；一等肥力和二等肥力土壤團聚體的質(zhì)量比例之間差異不顯著。水穩(wěn)性大團聚體的數(shù)量及其穩(wěn)定性分別與由7個土壤肥力指標組成的養(yǎng)分肥力系統(tǒng)綜合主成分得分F值呈線性正相關(guān)關(guān)系。7個肥力指標中，有機質(zhì)、全氮和堿解氮與潮土大團聚體的質(zhì)量比例及其穩(wěn)定性顯著正相關(guān)，并且這種相關(guān)性隨著土壤深度增加而逐漸減弱。

集約化種植；潮土；養(yǎng)分肥力；團聚體特征；相關(guān)性

土壤結(jié)構(gòu)是肥力的重要基礎(chǔ)，是評價土壤肥力高低的重要指標之一[1]，良好的土壤結(jié)構(gòu)在維持和提高農(nóng)田生產(chǎn)力方面發(fā)揮著重要作用[2]。土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是土壤中各種養(yǎng)分的儲存庫和微生物的生境[3]。團聚體結(jié)構(gòu)和各種土壤養(yǎng)分物質(zhì)相互作用、相互影響[4–5]。同時，不同粒級團聚體在養(yǎng)分和水分的保蓄與供釋方面具有顯著不同的作用[6]。水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量和分布可以反映土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，可以將水穩(wěn)性團聚體、土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及土壤肥力三者緊密地聯(lián)系起來。好的土壤結(jié)構(gòu)依賴于穩(wěn)定性團聚體的形成，一般把>250 μm團聚體稱為土壤團粒結(jié)構(gòu)體[7]。團聚體的組成及其穩(wěn)定性可以作為評價土壤質(zhì)量的重要指標[8]。大量研究表明[9–12]，改良各項農(nóng)業(yè)管理措施可以加快土壤團聚化進程，進而培肥耕地地力，同時團聚體顆粒有機碳的富集，有利于土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提升[13]。Huang等[10]與毛霞麗等[14]研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化施肥方案如施用有機肥或有機肥與化肥混施，可以顯著提高土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量和團聚體的穩(wěn)定性，結(jié)果土壤肥力大幅度提升。通過改變土地利用方式，Liu等[11]指出不同肥力下土壤團聚體組成與各養(yǎng)分物質(zhì)含量差異顯著，果園土中>5 mm大團聚體的數(shù)量隨著土壤肥力提升而增加，旱地土中0.25 ~ 0.053 mm微團聚體的數(shù)量隨著土壤肥力提升而減少，土地利用方式與土壤肥力共同作用于土壤團聚化過程。與常規(guī)種植模式相比，有機種植也明顯促進了水穩(wěn)性大團聚體的形成和土壤肥力水平的提升[12]。為了定量反映團聚體的穩(wěn)定性特征，平均重量直徑(MWD)與幾何平均直徑(GMD)被廣泛采用作為評定指標[15–17]，并且有研究表明，GMD比MWD能更好地、更準確地反映團聚體的穩(wěn)定性狀況[18]。

黃淮海平原是我國重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)，潮土作為主要的耕作土壤，面積達1 360萬hm2，而集約化種植已經(jīng)導(dǎo)致土壤嚴重退化，具有砂粒含量高、黏粒含量低、結(jié)構(gòu)差、有機質(zhì)含量低等諸多障礙因子。因此，通過改善當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)管理措施，實現(xiàn)潮土結(jié)構(gòu)改良，進而提升土壤肥力水平具有重要的意義。近年來，關(guān)于土壤團聚體形成及其穩(wěn)定性的研究較多，但基于一定的標準劃分土壤肥力等級，研究不同肥力等級下水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量分布及其穩(wěn)定性特征還鮮有報道。本研究利用主成分分析方法，計算由7個土壤肥力指標有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀組成的養(yǎng)分肥力系統(tǒng)綜合主成分得分F值，據(jù)此劃分不同肥力等級，研究區(qū)域潮土肥力水平與團聚體分布及其穩(wěn)定性的關(guān)系，以為改良潮土結(jié)構(gòu)、提升地力和作物生產(chǎn)力提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究基于河南省封丘縣展開，所在地區(qū)主要氣候類型為半干旱半濕潤的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量為605 mm，主要集中在7—9月，多年平均氣溫為13.9℃。土壤類型主要為黃河沖積物發(fā)育形成的典型潮土，耕層土壤質(zhì)地為砂壤土。代表性生態(tài)系統(tǒng)類型為冬小麥/夏玉米輪作一年兩熟制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。

1.2 研究方法

根據(jù)前人調(diào)查獲得的封丘土壤肥力分布結(jié)果，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，在不同肥力等級下隨機選取采樣片區(qū)共10個(圖1)，然后于不同片區(qū)廣泛布置8 ~ 10個樣點。從本研究思路出發(fā)，依據(jù)不同樣點7個土壤肥力指標組成的肥力系統(tǒng)綜合主成分得分F值重新劃分一等、二等和三等3種肥力等級。這一是為了避免土壤肥力隨時間變異而引起的再分布，二是為了減少肥力等級，便于分析比較。本研究于2014年10月玉米收獲前使用小鐵鏟分層(0 ~ 5、5 ~ 10和10 ~ 20 cm)采集原狀土壤樣品，并用小刀輕輕剝?nèi)ネ翂K與鐵鏟直接接觸處。將大塊土樣沿自然裂縫掰開，以便全部土壤樣品均能通過10 mm土篩，于避光處自然風(fēng)干。

圖1 封丘縣采樣片區(qū)分布圖Fig. 1 Distributions of sampling areas in Fengqiu County

土壤水穩(wěn)性團聚體的測定采用Elliot[19]提供的方法，分離出3種粒徑水穩(wěn)性團聚體，分別為>250 μm (大團聚體，下同)、250 ~ 53 μm(微團聚體，下同)和<53 μm(粉黏粒，下同)。土壤肥力指標包括有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀均采用國標法測定[20]。團聚體的穩(wěn)定性用平均重量直徑和幾何平均直徑表示，計算公式分別見式(1)和式(2)：

式中：MWD和GMD分別表示團聚體的平均重量直徑和幾何平均直徑；xi為第 i 級團聚體的平均直徑(mm)；wi為第i級團聚體的質(zhì)量比例。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析，多重比較采用LSD法進行差異顯著性檢驗(P<0.05)，對7個肥力指標有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀進行主成分分析(PCA)，對土壤團聚體與養(yǎng)分肥力的關(guān)系進行回歸分析和Pearson相關(guān)性分析，整個數(shù)據(jù)處理過程采用SPSS17.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力指標的主成分分析

主成分分析得到的綜合指標能反映事物的本質(zhì)，表1是通過主成分分析計算有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀7個土壤肥力指標得到的各成分特征值和方差解釋率。由這7個肥力指標組成的綜合指標所表征的土壤養(yǎng)分肥力主成分1(PC1，下同)和主成分2(PC2，下同)的累積方差解釋率達到82.918%(大于 80%)，因此可以用來反映土壤養(yǎng)分肥力系統(tǒng)內(nèi)的變異信息。同時比較主成分的特征值與方差解釋率，可以得到影響土壤養(yǎng)分肥力的程度PC1> PC2。

表1 主成分分析的特征值與方差解釋率Table 1 Eigenvalues and proportions of variance

根據(jù)主成分分析還可以得到PC1和PC2的因子負荷及有關(guān)得分信息，并且一般認為變量在相應(yīng)主成分中的權(quán)重與因子負荷成正比[21]。由圖2可以看出，在 PC1上有較高因子負荷的肥力指標包括有機質(zhì)、全氮、堿解氮和速效鉀，在 PC2上有較高因子負荷的肥力指標包括全磷、有效磷和全鉀，即 PC1主要綜合了有機質(zhì)、全氮、堿解氮和速效鉀的變異信息，PC2主要綜合了全磷、有效磷和全鉀的變異信息。結(jié)果表明，對土壤養(yǎng)分肥力系統(tǒng)來說，本研究討論的7個肥力指標在上述兩個主成分上都有較高的權(quán)重，因此用這兩個主成分就可以反映由上述 7個肥力指標組成的綜合指標所表征的土壤養(yǎng)分肥力水平的高低。

圖2 土壤肥力指標在PC1和PC2的因子負荷分布圖Fig. 2 Factor loading distributions of soil fertility indexes in PC1 and PC2

根據(jù)主成分及綜合主成分的得分函數(shù)計算得到各采樣片區(qū)0 ~ 20 cm土壤在各自兩個主成分上的得分情況以及綜合主成分得分(表2)。參考李月芬等[22]對土壤質(zhì)量等級劃分的方法，即根據(jù)綜合主成分得分的最大值與最小值，選擇適當?shù)姆种祬^(qū)間，對土壤肥力進行等級劃分。結(jié)合表2，按照等距0.631將土壤養(yǎng)分肥力劃分為3種等級(表3)。結(jié)果表明，第2、4、7采樣片區(qū)歸屬一等肥力，第1、3、6采樣片區(qū)歸屬二等肥力，剩下的4個采樣片區(qū)可以歸屬三等肥力。

表2 各主成分得分和綜合主成分得分Table 2 Principal component scores and comprehensive principal component scores

表3 土壤養(yǎng)分肥力等級劃分Table 3 Hierarchy of soil nutrient fertility

2.2 土壤團聚體組成及其穩(wěn)定性

2.2.1 團聚體的質(zhì)量比例 從圖3中可以看出，在3種肥力等級下，研究區(qū)域潮土大團聚體的質(zhì)量比例為59.12% ~ 78.71%，顯著高于其他粒級(P<0.05)，而粉黏粒的質(zhì)量比例最小，所占比例僅8.81% ~ 14.15%。與三等肥力相比，在0 ~ 5 cm和5 ~ 10 cm土層，一等肥力土壤大團聚體的質(zhì)量比例顯著提高(P<0.05)，提高率分別為 25.5% 和 20.0%，微團聚體的質(zhì)量比例顯著降低(P<0.05)，下降率分別為54.3% 和43.5%；在10 ~ 20 cm土層，微團聚體的質(zhì)量比例顯著降低了33.6%(P<0.05)，大團聚體的質(zhì)量比例隨肥力等級提高有所增加，但差異不顯著。在0 ~ 20 cm土層，一等肥力和二等肥力土壤團聚體的質(zhì)量比例之間差異不顯著，并且粉黏粒的質(zhì)量比例隨肥力等級的變化不明顯。從本研究7個肥力指標組成的養(yǎng)分肥力系統(tǒng)等級劃分標準分析，土壤肥力越高，說明土壤中有機質(zhì)、全量以及有效態(tài)的氮磷鉀素含量也就越高，這些養(yǎng)分物質(zhì)可能作為團聚體膠結(jié)劑，促使土壤微團聚體和粉黏粒部分團聚在一起形成水穩(wěn)性大團聚體[5]，其中有機碳的作用尤為突出[23]。這與Six等[24]研究耕地、草原土壤有機質(zhì)積累和團聚體數(shù)量及其周轉(zhuǎn)的關(guān)系得出的結(jié)論基本一致。

圖3 不同肥力等級下0 ~ 5(A)、5 ~ 10(B)和10 ~ 20 cm(C)土層團聚體的質(zhì)量比例Fig. 3 Mass proportion (%) of aggregates in 0–5(A), 5–10(B) and 10–20 cm(C) soil layers under different fertility hierarchies

與三等肥力土壤相比，在0 ~ 5、5 ~ 10和10 ~ 20 cm土層，一等肥力土壤大團聚體的質(zhì)量比例分別提高了25.5%、20.0% 和18.5%，微團聚體的質(zhì)量比例分別降低了54.3%、43.5% 和33.6%，大團聚體和微團聚體數(shù)量的變化率均隨著土壤深度增加而減小，說明土壤養(yǎng)分肥力對團聚體的影響效應(yīng)隨著土壤深度增加而逐漸減弱。這可能與構(gòu)成土壤肥力的各種養(yǎng)分含量隨土壤深度增加而下降有關(guān)[25]，因為這些養(yǎng)分是土壤中穩(wěn)定性團聚體形成的膠結(jié)劑[11]。有研究表明，由于表土存在著干濕交替和凍融交替過程，破壞了大團聚體，導(dǎo)致較深層大團聚體的質(zhì)量比例高于表土層[26–27]。本研究得出相反結(jié)果，3種肥力等級下大團聚體的質(zhì)量比例隨土壤深度增加逐漸減小，而微團聚體的質(zhì)量比例隨土壤深度增加逐漸增大。這可能與當季作物生長所處的生物氣候條件相關(guān)，本試驗開展于夏玉米收獲季，夏玉米生育期從6月初至9月底，雨熱同期，最大程度上降低了干濕交替和凍融交替對大團聚體的影響程度。這也進一步說明了研究區(qū)域不同土層團聚體的分布主要受到各種肥力指標的影響。

2.2.2 團聚體的穩(wěn)定性 由圖 4可以看出，在 3種肥力等級下，土壤團聚體的MWD與GMD值均呈現(xiàn)出一等肥力>二等肥力>三等肥力的規(guī)律，并且一等肥力與三等肥力土壤團聚體的穩(wěn)定性之間差異顯著(P<0.05)，這進一步證實了土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是土壤肥力的重要組分之一[28]。同時在高肥力土壤中，各種土壤生物(包括動物和微生物)的數(shù)量及其活性相應(yīng)較高，促進了包裹在大團聚體內(nèi)部的有機質(zhì)與微團聚體膠結(jié)形成顆粒有機碳，增加了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[29]。此外，隨著土壤深度增加，不同肥力等級下團聚體的MWD與GMD值均隨之減小，這與構(gòu)成肥力系統(tǒng)的各種肥力指標在不同土層的分布規(guī)律有關(guān)[25]。

圖4 不同肥力等級下0 ~ 20cm土層團聚體的平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)Fig. 4 Mean weight diameters (MWD) and geometric mean diameters (GMD) of aggregates in 0–20 cm soil layers under different fertility hierarchies

2.3 土壤團聚體與養(yǎng)分肥力的關(guān)系

通過以上分析可知，土壤團聚化進程與土壤肥力密切相關(guān)。將大團聚體的質(zhì)量比例和穩(wěn)定性指數(shù)(MWD和 GMD)分別與土壤養(yǎng)分肥力綜合主成分得分F值進行回歸分析，結(jié)果如圖5。大團聚體的質(zhì)量比例和團聚體的穩(wěn)定性指數(shù)分別與 F值呈線性函數(shù)關(guān)系，并且相關(guān)性均達到極顯著性水平(P<0.01)，表明土壤肥力與團聚體特征之間存在著相互作用關(guān)系。作為反饋機制，大團聚體的質(zhì)量比例以及團聚體的穩(wěn)定性可以作為表征土壤肥力的重要指標[1]。

圖5 大團聚體的質(zhì)量比例(A)和團聚體的穩(wěn)定性指數(shù)(MWD/GMD)(B)與F值的關(guān)系Fig. 5 Relationship between mass proportion of macro-aggregates (A), MWD/GMD (B) and F values

養(yǎng)分肥力系統(tǒng)由各種土壤肥力指標構(gòu)成，將不同肥力等級下各團聚體的質(zhì)量比例與相應(yīng)的土壤肥力指標進行 Pearson相關(guān)性分析(表 4)。結(jié)果表明，大團聚體的質(zhì)量比例與土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量顯著正相關(guān)(P<0.05)；相反，微團聚體和粉黏粒的質(zhì)量比例與它們呈負相關(guān)關(guān)系，并且前者達到顯著性水平(P<0.05)，而0 ~ 5 cm土層微團聚體的質(zhì)量比例也與全磷含量顯著負相關(guān)(P<0.05)，說明這些養(yǎng)分物質(zhì)的累積可以促進土壤微團聚體團聚形成水穩(wěn)性大團聚體。此外，隨著土壤深度增加，土壤團聚體與養(yǎng)分之間的相關(guān)性逐漸減弱。在5 ~ 10 cm土層，大團聚體的質(zhì)量比例與堿解氮含量之間由極顯著正相關(guān)變?yōu)轱@著正相關(guān)，同時微團聚體的質(zhì)量比例與有機質(zhì)含量之間也由極顯著負相關(guān)變?yōu)轱@著負相關(guān)，而且微團聚體的質(zhì)量比例與堿解氮含量的相關(guān)性不顯著；在10 ~ 20 cm土層，僅大團聚體的質(zhì)量比例與全氮含量之間為極顯著正相關(guān)關(guān)系，與有機質(zhì)含量的相關(guān)性由極顯著變?yōu)轱@著，而微團聚體的質(zhì)量比例僅與全氮含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系。這一結(jié)果表明影響土壤團聚化過程的養(yǎng)分因子含量可能存在一個臨界值，因為隨土層加深，土壤養(yǎng)分含量下降，當養(yǎng)分含量低于該臨界值時，土壤養(yǎng)分對土壤團聚化過程的影響程度將減小。

表4 團聚體的質(zhì)量比例與各肥力指標之間的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients between mass proportion of aggregates and fertility indexes

將MWD和GMD值分別與各種土壤肥力指標進行Pearson相關(guān)性分析(表5)。在0 ~ 20 cm土層，MWD和GMD值主要與土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量顯著正相關(guān)(P<0.05)，并且各土層GMD值與各肥力指標的相關(guān)性略好于MWD值。該結(jié)果表明，與其他肥力指標相比，土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮的累積更有利于加快土壤團聚化進程。

表5 團聚體的穩(wěn)定性(MWD/GMD)與各肥力指標之間的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between MWD, GMD and fertility indexes

通過以上分析可知，不同肥力等級下土壤團聚體的分布和穩(wěn)定性存在差異，可能主要與土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量相關(guān)。在0 ~ 20 cm土層，這些養(yǎng)分物質(zhì)可能作為膠結(jié)劑，促使土壤團聚化過程發(fā)生。隨著養(yǎng)分積累，粉黏粒轉(zhuǎn)變成微團聚體，微團聚體再轉(zhuǎn)變成大團聚體，或者粉黏粒直接團聚形成水穩(wěn)性大團聚體[30]。

3 結(jié)論

用兩個主成分就可以反映由土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀等7個肥力指標組成的綜合指標所表征的研究區(qū)域潮土養(yǎng)分肥力水平的高低。在研究區(qū)域內(nèi)，潮土養(yǎng)分肥力與土壤團聚化過程密切相關(guān)。7個肥力指標中，團聚體特征主要與有機質(zhì)、全氮和堿解氮顯著正相關(guān)，并且這種相關(guān)性隨著土壤深度增加而逐漸減弱。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，可以嘗試改善各種管理措施，諸如耕作制度、施肥技術(shù)、灌溉方法以及秸稈還田等，促進土壤有機碳和氮素積累，使土壤結(jié)構(gòu)良性發(fā)展，從而提升地力水平。

[1] 熊毅. 土壤有機無機復(fù)合[M]//中國科學(xué)院南京土壤研究所編. 熊毅文集. 北京: 科學(xué)出版社, 2003: 307–374

[2] Amézketa E. Soil aggregate stability: A review[J]. Journal of Sustainable Agriculture, 1999, 14(2): 83–151

[3] Six J, Bossuyt H, Degryze S, et al. A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics[J]. Soil and Tillage Research, 2004, 79(1): 7–31

[4] Plaza C, Courtier-Murias D, Fernández J M, et al. Physical, chemical, and biochemical mechanisms of soil organic matter stabilization under conservation tillage systems: a central role for microbes and microbial by-products in C sequestration[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2013, 57(3): 124–134

[5] Adesodun J K, Mbagwu J S C, Oti N. Distribution of carbon, nitrogen and phosphorus in water-stable aggregates of an organic waste amended Ultisol in southern Nigeria[J]. Bioresource technology, 2005, 96(4): 509–516

[6] 陳恩鳳, 周禮愷, 武冠云. 微團聚體的保肥供肥性能及其組成比例在評斷土壤肥力水平中的意義[J]. 土壤學(xué)報, 1994, 31(1): 18–25

[7] Anderson I C, Buxton D R, Karlen D L, et al. Cropping system effects on nitrogen removal, soil nitrogen, aggregate stability, and subsequent corn grain yield[J]. Agronomy Journal, 1997, 89(6): 881–886

[8] Six J, Elliott E T, Paustian K. Soil structure and soil organic matter II. A normalized stability index and the effect of mineralogy[J]. Soil Science Society of America Journal, 2000, 64(3): 1042–1049

[9] Yu H Y, Ding W X, Luo J F, et al. Long-term application of organic manure and mineral fertilizers on aggregation and aggregate-associated carbon in a sandy loam soil[J]. Soil and Tillage Research, 2012, 124(4): 170–177

[10] Huang S, Peng X X, Huang Q R, et al. Soil aggregation and organic carbon fractions affected by long-term fertilization in a red soil of subtropical China[J]. Geoderma, 2010, 154(3): 364–369

[11] Liu X L, He Y Q, Zhang H L, et al. Impact of land use and soil fertility on distributions of soil aggregate fractions and some nutrients[J]. Pedosphere, 2010, 20(5): 666–673

[12] 姜瑢, 申思雨, 呂貽忠. 華北地區(qū)有機種植與常規(guī)種植土壤質(zhì)量比較研究[J]. 土壤, 2015(4): 805–811

[13] Six J, Elliott E T, Paustian K. Aggregate and soil organic matter dynamics under conventional and no-tillage systems[J]. Soil Science Society of America Journal, 1999, 63(5): 1350–1358

[14] 毛霞麗, 陸扣萍, 何麗芝, 等. 長期施肥對浙江稻田土壤團聚體及其有機碳分布的影響[J]. 土壤學(xué)報, 2015(4): 828–838

[15] 邸佳穎, 劉小粉, 杜章留, 等. 長期施肥對紅壤性水稻土團聚體穩(wěn)定性及固碳特征的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2014, 22(10): 1129–1138

[16] 張磊, 王嘉學(xué), 代云川, 等. 滇東喀斯特地區(qū)紅裸土表層團聚體穩(wěn)定性及其影響因素研究[J]. 土壤, 2015, 47(4): 790–796

[17] 李從娟, 唐俊妍, 高培, 等. 咸水灌溉對沙漠防護林植物根系分布及風(fēng)沙土演變的影響[J]. 土壤學(xué)報, 2015(5): 1180–1187

[18] Pirmoradian N, Sepaskhah A R, Hajabbasi M A. Application of fractal theory to quantify soil aggregate stability as influenced by tillage treatments[J]. Biosystems Engineering, 2005, 90(2): 227–234

[19] Elliott E T. Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1986, 50(3): 627–633

[20] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999: 106–195

[21] 邱莉萍, 劉軍, 王益權(quán), 等. 土壤酶活性與土壤肥力的關(guān)系研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2004, 10(3): 277–280

[22] 李月芬, 湯潔, 李艷梅. 用主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析評價草原土壤質(zhì)量[J]. 世界地質(zhì), 2004, 23(2): 169–174

[23] Soinne H, Hyv?luoma J, Ketoja E, et al. Relative importance of organic carbon, land use and moisture conditions for the aggregate stability of post-glacial clay soils[J]. Soil and Tillage Research, 2016, 158: 1–9

[24] Six J, Elliott E T, Paustian K, et al. Aggregation and soil organic matter accumulation in cultivated and native grassland soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1998, 62(5): 1367–1377

[25] Luo Y J, Wang Z F, Gao M, et al. Effects of conservation tillage on organic carbon, nitrogen and enzyme activities in a hydragricanthrosol of Chongqing, China[J]. Energy Procedia, 2011, 5(1): 30–36

[26] Degens B P, Sparling G P. Repeated wet-dry cycles do not accelerate the mineralization of organic C involved in the macro-aggregation of a sandy loam soil[J]. Plant and Soil, 1995, 175(2): 197–203

[27] 張賽, 王龍昌. 保護性耕作對土壤團聚體及其有機碳含量的影響[J]. 水土保持學(xué)報, 2013, 27(4): 263–267

[28] Pan G X, Zhao Q G. Study on evolution of organic carbon stock in agricultural soils of China: Facing the challenge of global change and food security[J]. Advances in Earth Science, 2005, 20(4): 384–393

[29] Cambardella C A, Elliott E T. Particulate soil organicmatter changes across a grassland cultivation sequence[J]. Soil Science Society of America Journal, 1992, 56(3): 777–783

[30] Tisdall J M, Oades J M. Organic matter and water-stable aggregates in soils[J]. Journal of Soil Science, 1982, 33(2): 141–163

Research on Relationship Between Soil Nutrient Fertility and Aggregation of Fluvo-aquic Soil Under Intensive Cultivation

ZHANG Xianfeng1,2, ZHU Anning1*, ZHANG Jiabao1, YANG Wenliang1, CHE Wei1
(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, State Experimental Station of Agro-Ecosystem in Fengqiu, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

This study is to investigate the relationship between soil nutrient fertility and aggregate characteristics under intensive cultivation. Soil organic matter, total and alkali-hydrolyzable nitrogen, total and available phosphorus, and total and available potassium were selected for Fluvo-aquic soil in Fengqiu County as fertility indexes to form nutrient fertility system. Soil fertility was divided into three grades (first-, second- and third-grades) by principal component analysis. The results showed that mass proportion of aggregates was ranked as macro-aggregate > micro-aggregate > the free silt + clay fraction under each kind of fertility level. Compared to the third-grade fertility, mass proportions of macro-aggregates of the first-grade fertility in 0–5 cm, 5–10 cm and 10–20 cm layers increased by 25.5%, 20.0% and 18.5%, respectively, while those of the micro-aggregates decreased by 54.3%, 43.5% and 33.6%, respectively. No significant differences existed in aggregate distributions between the first- and second-grade fertility. Soil macro-aggregates and aggregate stability had significant linear positive correlation with the F-measure from principal component scores, and had significant positive correlation with soil organic matter, total and alkalihydrolyzable nitrogen, but the correlation weakened with increase of soil depth.

Intensive cultivation; Fluvo-aquic soil; Nutrient fertility; Aggregation; Correlation

S158.5

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.01.006

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0200304)、國家自然科學(xué)基金項目(41471239)和中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃(STS計劃)項目(KFJ-SW-STS-142)資助。

* 通訊作者(anzhu@issas.ac.cn)

張先鳳(1990—)，男，安徽安慶人，博士研究生，主要從事土壤結(jié)構(gòu)及農(nóng)田碳循環(huán)方面的研究工作。E-mail: xfzhang@issas.ac.cn