不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體組成特征及穩(wěn)定性

石利軍 胡振華

摘要[目的]研究不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體組成特征及穩(wěn)定性。[方法]研究不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體在（≥5.00、2.00～<5.00、1.00～<2.00、0.50～<1.00、0.25～<0.50、<0.25 mm）6種粒徑下的分布情況及穩(wěn)定性；在對(duì)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步分析了3種處理方式[慢速濕潤(rùn)法（SW）、擾動(dòng)濕潤(rùn)法（WS）、快速濕潤(rùn)法（FW）]下土壤團(tuán)聚體粒徑分布特征。[結(jié)果]隨著振蕩次數(shù)的增加，≥1.00 mm的粒徑百分比逐漸減少，而<1.00 mm的粒徑百分比逐漸增加。3種處理方式（SW、WS、FW）下，土壤團(tuán)聚體粒徑分布不同，≥5.00 mm粒徑百分比在SW處理方式下最大，在FW處理下≥5.00 mm粒徑百分比最小。[結(jié)論]SW處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞性最小，同種處理方式下隨著坡度的增加團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也相應(yīng)增加。

關(guān)鍵詞土地利用方式；土壤團(tuán)聚體；粒徑；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)S152文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）12-0092-04

Abstract[Objective]To study the composition characteristics and stability of soil aggregate under different land use ways. [Method] Distribution and stability of soil aggregate in six kinds of particle size （≥5.00， 2.00-<5.00， 1.00 - <2.00， 0.50-<1.00，0.25-<0.50， < 0.25 mm） under different land use ways were studied， on the basis of the understanding of granular structure， soil aggregate size distribution under three treatment methods were analyzed. [Result] With the increase of oscillation frequency， percentage content of ≥1.00 mm particle size aggregate reduced gradually， percentage content of < 1.00 mm particle size aggregate increased gradually. In three treatment methods （SW， WS， FW）， soil aggregate size distribution also had different changes， the content of ≥5.00 mm particle size under the SW treatment was biggest， under the FW treatment， the content of ≥5.00 mm particle size was least. [Conclusion] Damaging of SW treatment mode on soil aggregate was least， under the same treatment way aggregate stability also increased accordingly with the increase of slope.

Key wordsLand use ways；Soil aggregate；Size；Stability

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要作用。土壤顆粒膠結(jié)力強(qiáng)，則土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)水流的沖刷及抵抗破壞的能力則強(qiáng)，對(duì)作物生長(zhǎng)及保持水土具有積極作用[1]。 近幾十年來，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為有機(jī)和無機(jī)復(fù)合是土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。劉夢(mèng)云等[2]研究了5種不同土地利用方式下土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和微團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，灌木林地及天然草地有利于團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成；張超等[3-4]研究了黃土丘陵區(qū)不同植被類型土壤微團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明，丘陵區(qū)坡耕地種植植被后，土壤微團(tuán)聚體變化明顯；也有學(xué)者研究了不同深度下團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明，不同深度下土壤水穩(wěn)性和非水穩(wěn)性團(tuán)聚體表現(xiàn)出較大差異，越深層次的團(tuán)聚體>0.25 mm粒徑含量越少[5]；白秀梅等[6]對(duì)龐泉溝自然保護(hù)區(qū)典型森林土壤大團(tuán)聚體特征進(jìn)行研究，干篩分析結(jié)果表明，植被覆蓋有利于增加0.5～7.0 mm團(tuán)聚體含量，濕篩分析結(jié)果表明，植被覆蓋有利于提高>0.50 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量。筆者研究了不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體組成特征及穩(wěn)定性，以期為土壤結(jié)構(gòu)改良提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于呂梁市離石區(qū)，離石區(qū)地處山西省西部，呂梁山脈中段西側(cè)，地理坐標(biāo)110°55′～111°35′ E，37°21′～37°42′ N，屬于溫帶大陸性氣候區(qū)，四季分明，冬寒夏暑，年平均氣溫在8.9 ℃左右，局部最高氣溫可達(dá) 38.9 ℃，個(gè)別地區(qū)〖JP4〗最低氣溫在-25.5 ℃。年均降雨量為460.4 mm，無霜期170 d。王家溝在離石區(qū)的東北部，111°11′23″ E，37°32′06″ N，年平均溫度8.9 ℃，年均降水量 461.2 mm，無霜期164 d，

年極端最高溫度34.4 ℃，年極端最低溫度-16.2 ℃。

1.2土壤取樣

土壤樣品（測(cè)定肥力指標(biāo)）取自呂梁市離石區(qū)王家溝試驗(yàn)基地，按照土地利用方式的不同分為側(cè)柏和堿草混交、歐李、檸條、苜蓿、油松5種土地利用類型。取樣時(shí)每種土地利用方式在試驗(yàn)區(qū)（2 m×5 m）從不同位置布設(shè)3個(gè)樣點(diǎn)，共15個(gè)樣品。取土?xí)r去掉表層雜質(zhì)，然后取0～20 cm土樣，放入塑料袋中編號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室后取出樣品自然風(fēng)干，以備過篩。

1.3穩(wěn)定性分析

通過干篩與濕篩測(cè)定團(tuán)聚體的水穩(wěn)性，干篩時(shí)將風(fēng)干土壤均勻混合，取其中一部分通過孔徑10.00、5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm的篩子進(jìn)行篩分（篩子附有底盤和蓋子）。篩分后將篩子上及<0.25 mm的土樣進(jìn)行稱重，計(jì)算干篩中各級(jí)團(tuán)聚體占土樣總量的百分比，然后將每種粒徑的土樣進(jìn)行配比，質(zhì)量為50 kg時(shí)供濕篩使用。

將配比好的土樣放入團(tuán)聚體分析儀上進(jìn)行濕篩分析，濕潤(rùn)土樣的方式分為快速濕潤(rùn)與緩慢浸泡，每次可將4個(gè)土樣放入孔徑5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm篩子上進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)整團(tuán)聚體分析儀，控制不同頻率、不同次數(shù)下的土樣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將每次試驗(yàn)后篩子上的土樣風(fēng)干后進(jìn)行稱重，分析團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。

1.4粒徑分布分析

采用3種處理方法，主要包括快速濕潤(rùn)法（FW）、慢速濕潤(rùn)法（SW）和擾動(dòng)濕潤(rùn)法（WS）對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體進(jìn)行穩(wěn)定性分析。具體測(cè)定步驟：取3～5 mm干篩團(tuán)聚體于40 ℃烘箱內(nèi)烘干24 h，使土壤含水量一致后運(yùn)用以下3種方法進(jìn)行篩分：①快速濕潤(rùn)（FW）。取5 g團(tuán)聚體快速浸沒在去離子水中10 min后用移液管吸掉水分。②慢速濕潤(rùn)（SW）：取5 g團(tuán)聚體置于張力為-0.3 kPa濾紙上，靜置30～40 min使團(tuán)聚體完全濕潤(rùn)。③振蕩濕潤(rùn)（WS）：取5 g團(tuán)聚體浸沒在乙醇中以排出空氣，浸泡10 min后用移液管吸掉乙醇，將土壤轉(zhuǎn)入盛有50 mL去離子水的500 mL三角瓶中，加水至200 mL，加塞后吸去多余水分，上下振蕩20次，靜置30 min后進(jìn)行試驗(yàn)，模擬預(yù)濕后土壤的人為擾動(dòng)過程。

將上述經(jīng)濕潤(rùn)處理的土壤轉(zhuǎn)至浸沒在95%乙醇中0.05 mm孔徑篩子上，上下振蕩20次（振幅2 cm）；然后在40 ℃烘箱中蒸干乙醇，轉(zhuǎn)入燒杯中，40 ℃烘干48 h，稱重[7-8]。

1.5數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行處理，并采用SPSS 20.0進(jìn)行方差及相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性

在油松、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交、歐李、檸條5種土地利用方式下，按干篩測(cè)得的不同粒徑配比進(jìn)行土壤濕篩團(tuán)聚體穩(wěn)定性分析；在一定頻率下測(cè)定其在不同振蕩次數(shù)下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，結(jié)果見表1～3。由表1～3可知，不同土地利用方式下的土壤顆粒在不同振蕩次數(shù)下呈不同變化趨勢(shì)。

由表1可知，5種不同土地利用方式下的土壤經(jīng)過團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析儀后，粒徑≥5.00 mm所占比例由高到低依次為檸條、歐李、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交、油松，檸條≥5.00 mm的粒徑占6.10%，而油松≥5.00 mm的粒徑僅占3.50%，說明≥5.00 mm 粒徑在檸條作用下的土壤穩(wěn)定性大于其他土地利用方式下的土壤穩(wěn)定性；土壤粒徑在2.00～<5.00 mm所占比例由高到低依次為苜蓿、歐李、檸條、側(cè)柏和堿草混交、油松，苜蓿粒徑在2.00～<5.00 mm占9.06%，而油松作用下的土壤粒徑在2.00～<5.00 mm占1.10%，相差較大；土壤粒徑在1.00～<2.00 mm所占比例由高到低依次為苜蓿、歐李、檸條、側(cè)柏和堿草混交、油松，苜蓿粒徑在1.00～<2.00 mm占9.04%，而油松作用下的土壤粒徑在1.00～<2.00 mm占2.70%，僅為苜蓿同粒徑下的29.87%；土壤粒徑在0.50～<1.00 mm所占比例由高到低依次為檸條、歐李、苜蓿、油松、側(cè)柏和堿草混交，檸條粒徑在0.50～<1.00 mm占9.06%，而側(cè)柏和堿草混交作用下的土壤粒徑在0.50～<1.00 mm占7.74%；土壤粒徑在0.25～<0.50 mm所占比例由高到低依次為檸條、油松、歐李、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交，檸條和油松粒徑在0.25～<0.50 mm占10.12%，而側(cè)柏和堿草混交作用下的土壤粒徑在0.25～<0.50 mm占8.10%；土壤粒徑<0.25 mm所占比例由高到低依次為油松、側(cè)柏和堿草混交、檸條、歐李、苜蓿，油松粒徑<0.25 mm占74.54%，而苜蓿作用下的土壤粒徑<0.25 mm占58.4%。結(jié)合不同土地利用方式下不同粒徑的分布范圍可知，<0.25 mm的粒徑占主要比例，其次為粒徑在0.25～<0.50 mm的土粒，所占比例最小的為≥5.00 mm的土粒，2.00～<5.00、1.00～<2.00、0.50～<1.00 mm的粒徑分布相差較小。

2.2不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體粒徑分布

由圖1～3可知，坡度10°～15°≥2.00 mm土壤粒徑所占比例大于坡度0°～5°，土壤中大粒徑顆粒所占比例越高，則土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性相對(duì)越好。由此可知，≥2.00 mm粒徑隨著坡度的增大其含量增加，而<1.00 mm的土壤粒徑隨著坡度的增加其含量逐漸降低。因此，坡度對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性有一定程度的影響。

比較SW、WS、FW 3種處理方式下土壤粒徑可知，≥5.00 mm土壤粒徑在3種處理方式下呈不同的變化趨勢(shì)，不論在何種坡度下，≥5.00 mm的粒徑百分含量由高到低依次為SW、WS、FW。由此可知，SW處理對(duì)土壤原有結(jié)構(gòu)的破壞性最小，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，大團(tuán)聚體百分含量相對(duì)較高。

SW處理方式在坡度為0°～5°時(shí)，≥5.00 mm的粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為側(cè)柏和堿草混交、油松、歐李、檸條、苜蓿；2.00～<5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為歐李、油松、側(cè)柏和堿草混交、檸條、苜蓿；<0.25 mm土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為檸條、苜蓿、歐李、油松、側(cè)柏和堿草混交；

WS處理方式在坡度為0°～5°時(shí)，≥5.00 mm的粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為側(cè)柏和堿草混交、油松、歐李、檸條、苜蓿；2.00～<5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為油松、側(cè)柏和堿草混交、歐李、檸條、苜蓿；<0.25 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為歐李、檸條、油松、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交。

FW處理方式在坡度為0°～5°時(shí)，≥5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為油松、側(cè)柏和堿草混交、檸條、歐李、苜蓿；2.00～<5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為苜蓿、油松、檸條、側(cè)柏和堿草混交、歐李；<0.25 mm土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為歐李、苜蓿、檸條、側(cè)柏和堿草混交、油松。由此可知，油松、側(cè)柏和堿草混交作用下的土壤大團(tuán)聚體含量較高。

SW處理方式在坡度為0°～5°和10°～15°時(shí)，土壤團(tuán)聚體粒徑分布在5種土地利用方式下呈不同的變化，≥5.00 mm及<0.25 mm的粒徑含量隨著坡度的增加而增加，而2.00～<5.00、1.00～<2.00、0.50～<1.00、0.25～<0.50 mm粒徑含量隨著坡度的增加而減少；WS處理方式下，2個(gè)不同坡度下團(tuán)聚體變化不同，≥5.00、1.00～<2.00及<0.25 mm的粒徑含量隨坡度的增加而增加，其他粒徑含量的團(tuán)聚體隨著坡度的增加而減少；FW處理方式下，2個(gè)不同坡度下的土壤團(tuán)聚體粒徑分布不同，≥5.00、2.00～<5.00、1.00～<2.00、0.50～<1.00 mm粒徑含量均隨著坡度的增加而增加，0.25～<0.50、<0.25 mm的粒徑含量隨著坡度的增加而減少。在3種處理方式（SW、WS、FW）下，土壤團(tuán)聚體粒徑分布也有不同變化，≥5.00 mm粒徑含量在SW處理方式下最大，F(xiàn)W處理下≥5.00 mm粒徑含量最小，由此可知，SW處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最小，F(xiàn)W處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最大（圖4）。

3結(jié)論與討論

該試驗(yàn)對(duì)5種不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性及粒徑分布進(jìn)行研究，得到5種（油松、苜蓿、側(cè)柏和堿草、歐李、檸條）土地利用方式下土壤團(tuán)聚體在（≥5.00、2.00～<5.00、1.00～<2.00、0.50～<1.00、0.25～<0.50、<0.25 mm）6種粒徑下的分布情況及穩(wěn)定性。在對(duì)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了相同粒徑在不同振蕩次數(shù)下其百分比變化情況，結(jié)果表明，≥1.00 mm的粒徑百分比隨振蕩次數(shù)的增加逐漸減少，而<1.00 mm的粒徑百分比隨振蕩次數(shù)的增加逐漸增加。在3種處理方式（SW、WS、FW）下，土壤團(tuán)聚體粒徑分布也有不同變化，≥5.00 mm 粒徑的百分比在SW處理方式下最大，在FW處理下≥5.00 mm粒徑百分比最小，由此可知，SW處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最小，F(xiàn)W處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最大。同種處理方式下坡度大的土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。在今后研究時(shí)，應(yīng)分季節(jié)進(jìn)行取土試驗(yàn)，1次試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚不足以表明整年土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)，需要在今后試驗(yàn)中對(duì)土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)進(jìn)行更深層次的研究。

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