外源有機(jī)碳對(duì)植煙土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

舒灝+石國(guó)榮+譚軍

摘 要：本試驗(yàn)設(shè)置2%木本泥炭（M1）、2%草本泥炭（M2）和2%褐煤（M3）3個(gè)處理，對(duì)植煙土壤的水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布及其穩(wěn)定性進(jìn)行了考察。結(jié)果表明：施用外源有機(jī)碳能顯著提高土壤>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量（WR>0.25），其中粒徑>5 mm的團(tuán)聚體含量（WR>5）增加最為顯著；同時(shí)，施用外源有機(jī)碳也能顯著提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，外源有機(jī)碳施用12個(gè)月時(shí)，M1、M2和M3處理的植煙土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的平均質(zhì)量直徑（MWD）分別提高了23%，13%和21%，而幾何平均直徑（GMD）則分別提高了33%，18%和31%。

關(guān)鍵詞：外源有機(jī)碳；植煙土壤；水穩(wěn)性團(tuán)聚體

中圖分類(lèi)號(hào)：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.06.005

Abstract： The effects of exogenous organic carbon on the proportion and stability of water stable aggregates in tobacco growing soil were investigated by adding 2% of woody peat（M1）， herbaceous peat（M2） and brown coal（M3）. The results showed that the water stable aggregates of tobacco growing soil with diameter greater than 0.25 mm（WR>0.25） increased after the addition of exogenous organic carbon， and the aggregates with diameter greater than 5 mm（WR>5） were the ones increased the most. The mean mass diameter（MWD） of M1， M2， M3 treatments increased 23%， 13% and 21%， while the geometric mean diameter（GMD） increased 33%， 18% and 31%， respectively.

Key words： exogenous organic carbon； tobacco growing soil； water stable aggregate

土壤肥力下降和土壤結(jié)構(gòu)失衡等土壤質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到世界范圍內(nèi)的關(guān)注[1]。土壤團(tuán)聚體是土壤的基本單元[2]，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和土壤肥力的重要指標(biāo)[3]。土壤中各種膠結(jié)物質(zhì)尤其是有機(jī)質(zhì)的數(shù)量及性質(zhì)是決定土壤團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定的主要因素[4]，而土壤團(tuán)聚體有助于土壤有機(jī)質(zhì)的固定與保護(hù)[5]。其中，水穩(wěn)性團(tuán)聚體是衡量土壤結(jié)構(gòu)好壞、持水性、通透性和抗侵蝕性的重要指標(biāo)[6]。

添加外源有機(jī)碳是解決土壤肥力下降的途徑之一[7]，但外源有機(jī)碳對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響研究較少。本研究通過(guò)添加2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤到植煙土壤中，研究外源有機(jī)碳施用對(duì)植煙土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響，以期為提升植煙土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試土壤

選擇湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)基地?zé)煛据喿魍磷鳛楣┰囃寥溃蓸訒r(shí)間為2015年12月。在采樣點(diǎn)按S形隨機(jī)設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，從采樣點(diǎn)采集土樣作為供試土壤，采集深度為0～15 cm，并且盡量保持土壤原樣。供試土壤pH 值為5.38，其基本肥力如表1所示。

1.2 供試外源有機(jī)碳

外源有機(jī)碳材料包括木本泥炭（國(guó)外進(jìn)口）、草本泥炭（國(guó)產(chǎn)）和山西褐煤。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土壤盆栽方式，將外源有機(jī)碳木本泥炭、草本泥炭或山西褐煤粉碎后，過(guò)1 mm篩，分別按2%添加量與風(fēng)干土壤混合均勻。稱取5 kg混合土于盆中，分別標(biāo)記為M1（添加2%木本泥炭）、M2（添加2%草本泥炭）和M3（添加2%山西褐煤）共3個(gè)處理，同時(shí)設(shè)置1個(gè)空白對(duì)照（CK），每個(gè)處理重復(fù)3次。試驗(yàn)于2016年2月8日開(kāi)始，在溫室大棚內(nèi)（溫度15～25 ℃，相對(duì)濕度40%～80%）放置2個(gè)月后，于2016年4月8日放置室外，定時(shí)取樣測(cè)定土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。

1.4 測(cè)定方法

濕篩法是測(cè)定土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布及其穩(wěn)定性的經(jīng)典方法[8]。本文參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“土壤水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體組成的測(cè)定—濕篩法”[9]測(cè)定各處理土壤的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。根據(jù)Yoder分類(lèi)法[10]，將土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分為>5 mm、5～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm和<0.25 mm 6個(gè)級(jí)別進(jìn)行含量分析，其含量分別標(biāo)記為WR>5、WR5～2、WR2～1、WR1～0.5、WR0.5～0.25和WR<0.25。其中，粒徑>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（粒徑>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量之和，WR>0.25）是影響土壤團(tuán)聚體特征和穩(wěn)定性的主要因子，而平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）則反映了土壤團(tuán)聚體的大小分布狀況和土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[9]，計(jì)算方法如下：

式中：Xi為任一級(jí)別范圍內(nèi)團(tuán)聚體的平均直徑（mm）；Wi為對(duì)應(yīng)于Xi的團(tuán)聚體百分含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源有機(jī)碳對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響

外源有機(jī)碳對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響見(jiàn)表2。從表2可以看出，施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤后，植煙土壤中粒徑<0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（WR<0.25）均呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，而粒徑>5 mm和>2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（WR>5和WR>2）則先上升后下降。

施用2%木本泥炭的M1處理，植煙土壤中WR<0.25含量在施用木本泥炭6個(gè)月后降至最低，比CK低23.8%，施用8個(gè)月時(shí)維持不變，施用10個(gè)月后開(kāi)始上升；而WR>2含量則在施用木本泥炭8個(gè)月后升至最高，比CK高21.9%，施用10個(gè)月后開(kāi)始下降；WR>5含量在施用6個(gè)月后升至最高，比CK高23.2%，施用8個(gè)月時(shí)維持不變，施用10個(gè)月后開(kāi)始下降。

施用2%草本泥炭的M2處理，草本泥炭施用8個(gè)月后，植煙土壤中WR<0.25含量降至最低，比CK低11.1%，施用10個(gè)月后開(kāi)始上升。而WR>2和WR>5的含量均在施用草本泥炭6個(gè)月后升至最高，分別比CK高15.8%和17.6%，施用8個(gè)月時(shí)維持不變，施用10個(gè)月后開(kāi)始下降。

施用2%褐煤的M3處理，褐煤施用6個(gè)月后，植煙土壤中WR<0.25的含量降至最低，比CK低23.2%，施用8個(gè)月時(shí)維持不變，施用10個(gè)月后開(kāi)始上升。而粒徑>5 mm和>2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體WR>2和WR>5的含量則在褐煤施用6個(gè)月后升至最高，分別比CK高23.5%和16.2%，施用8個(gè)月時(shí)維持不變，施用10個(gè)月后開(kāi)始下降。

M1、M2和M3相比，各時(shí)期處理WR>5含量增加的幅度均呈現(xiàn)出M1>M3>M2，且各時(shí)期M2處理WR>2含量的增幅和WR<0.25的降幅最小，說(shuō)明2%木本泥炭處理對(duì)植煙土壤大粒徑水穩(wěn)定團(tuán)聚體形成的影響最大，而2%草本泥炭處理的影響最小。

3種外源有機(jī)碳施用對(duì)植煙土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布的影響呈現(xiàn)出類(lèi)似的規(guī)律：均表現(xiàn)為小粒徑團(tuán)聚體減少，大粒徑團(tuán)聚體增加，小粒徑團(tuán)聚體逐漸向大粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。據(jù)報(bào)道，施肥處理能顯著增加土壤中粒徑>2 mm和粒徑介于0.25～2 mm 之間的水穩(wěn)性團(tuán)聚體WR>2和WR2～0.25的含量，尤其是WR>2的含量可從4.5%增至44.6%不等[11]，而長(zhǎng)期施肥能使土壤中WR>2含量增加14%～18%[12]。施用不同量的有機(jī)肥后，0～20 cm土層中，粒徑>5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體WR>5含量增加最多[13]。此外，秸稈處理能將土壤中粒徑>2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量WR>2從0%增至7%，而顯著降低粒徑<0.25 mm的團(tuán)聚體WR<0.25的含量[14]。本文中，3種外源有機(jī)碳施用6個(gè)月后，粒徑>2 mm和>5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量均顯著增加，尤其是WR>5含量增加的幅度最大，說(shuō)明施用2%外源有機(jī)碳更有利于植煙土壤形成大粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體。

3種外源有機(jī)碳施用8個(gè)月后，各處理的WR>5含量開(kāi)始減少，同時(shí)WR<0.25含量開(kāi)始上升，說(shuō)明此時(shí)土壤團(tuán)聚體開(kāi)始破碎。但各時(shí)期M1、M2和M3處理的土壤中，粒徑>5 mm和>2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量始終高于CK，而WR<0.25含量則始終低于CK。這說(shuō)明外源有機(jī)碳施用能促進(jìn)土壤形成大團(tuán)聚體，同時(shí)減緩其破碎成小團(tuán)聚體的速度，這與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致[15-17]。

2.2 外源有機(jī)碳對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

外源有機(jī)碳施用對(duì)土壤>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（WR0.25）、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）的影響見(jiàn)表3、表4和表5。

土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的機(jī)制與土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成有關(guān)，而>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量可以表征土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的高低[17]。由表3可以看出，各時(shí)期M1、M2、M3處理的WR0.25含量均顯著高于CK，說(shuō)明施用外源有機(jī)碳能顯著增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。這與文獻(xiàn)報(bào)道的研究結(jié)果完全一致[18]。

土壤團(tuán)聚體的平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，土壤團(tuán)聚體越穩(wěn)定[9]。由表4和表5可知，施用2%的外源有機(jī)碳12個(gè)月后，M1、M2、M3處理的MWD和GMD分別提高了23%，13%，21%和33%，18%，31%，說(shuō)明M1、M2、M3處理能顯著提高植煙土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。而2%木本泥炭和褐煤處理對(duì)植煙土壤MWD和GMD的提升高于秸稈還田的6%～18%和4%～16%[17]。

3 結(jié) 論

施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤均能促進(jìn)植煙土壤形成大粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，同時(shí)減緩其破碎成小團(tuán)聚體的速度。木本泥炭與褐煤處理效果相當(dāng)，而草本泥炭處理效果略差。

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