黃淮地區(qū)不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體特征*

陳勝要， 陳居田， 朱利霞

(周口師范學(xué)院 生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院,河南 周口 466001)

土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，其形成不僅是自然過程，而且受人類活動(dòng)(耕作和種植等)的嚴(yán)重影響[1].土壤顆粒膠結(jié)力強(qiáng)，則土壤結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，對水流的沖刷可抵抗破壞的能力也較強(qiáng)，對作物生長季水土保持具有積極作用.隨著土地利用的集約化程度加強(qiáng)，土壤退化已經(jīng)成為普遍關(guān)注的問題之一，表現(xiàn)尤為明顯的是土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的下降.土地利用過程是人類干預(yù)土壤肥力最重要且最直接的活動(dòng)，進(jìn)而對土壤團(tuán)聚體和穩(wěn)定性也有一定的影響，并可導(dǎo)致水土流失和土壤肥力下降[2].由于不同土地利用方式對水土流失有不同的阻截作用，土地利用方式的改變可能使土壤更易遭受侵蝕進(jìn)而改變土壤性質(zhì)及影響土壤生產(chǎn)力[3].在黃土丘陵區(qū)的研究表明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的順序?yàn)槿斯ち值?人工草地>農(nóng)田[4]；姜敏等[5]研究也發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下林地的土壤團(tuán)聚體整體穩(wěn)定性比耕地和草地要高.劉夢云等[6]在黃土臺塬的研究也得到類似的結(jié)論.長期耕作會減少土壤大團(tuán)聚體含量，降低土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，不利于土壤結(jié)構(gòu)的維持.因此，研究不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體的組成及穩(wěn)定性特征對于土地的合理利用有積極意義.

黃淮地區(qū)作為我國一個(gè)重要的糧食產(chǎn)區(qū)，在糧食安全保障中具有重要的作用.然而，目前有關(guān)不同土地利用方式對黃淮平原潮土團(tuán)聚體穩(wěn)定性的研究較少.因此，本研究以黃淮地區(qū)不同土地利用方式土壤為研究對象，分析土壤顆粒組成及團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，以期為定量評價(jià)土壤物理性狀的退化程度理解不同土地利用方式下土壤的生態(tài)功能提高理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

供試土壤采自河南省周口市，位于黃淮平原，氣候類型為暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候.土壤為潮土和砂姜黑土，土地利用方式主要有耕地、草地和林地.

1.2 土壤采集與處理

于2019年3月選取三種利用方式土壤(耕地、林地和草地)，每種土地利用類型中設(shè)置5個(gè)臨時(shí)樣地，同一樣地內(nèi)采用5點(diǎn)取樣法采集0-100 cm土層原狀土，帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后剔除土壤中的雜質(zhì)，備用.

1.3 測定方法

采用干篩法與濕篩法測定土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性.

干篩法：稱取100 g風(fēng)干土樣，通過一套直徑20 cm，高度5 cm的振蕩篩(套篩直徑為5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm)，底層安放底盒，頂部蓋篩蓋，用振蕩式篩分儀在200次/min下振蕩2 min.篩取完成后土樣分成>5 mm、2-5 mm、1-2 mm、0.5-1 mm、0.25-0.5 mm和<0.25 mm粒級的團(tuán)聚體，分別收集稱重.

濕篩法：振蕩篩的各個(gè)土篩按照從上到下的順序(5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm)放置好，然后擺放入濕篩桶，稱取100 g風(fēng)干土樣平鋪于最上層篩面上，然后沿著桶壁緩慢加入去離子水，使最上層篩子中團(tuán)聚體剛好浸沒在水面以下，浸潤10 min后，以30次/min的頻率振蕩5 min，之后將各篩面上的水穩(wěn)性團(tuán)聚體分別沖洗至已稱重的容器中，40 ℃烘干，稱重，得到不同粒級土壤團(tuán)聚體的重量.

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算

1)土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)表示為[5]：

(1)

2)土壤團(tuán)聚體幾何平均直徑(GMD)表示為[5]：

(2)

3)以>0.25 mm的團(tuán)聚體為大團(tuán)聚體，用R0.25表示.計(jì)算公式表示為[5]：

(3)

4)土壤團(tuán)聚體破壞率(PAD)計(jì)算公式[5]：

PAD= (DR0.25-WR0.25)/DR0.25×100%

(4)

公式(1)和(2)中wi表示為某一粒徑團(tuán)聚體的重量百分比，xi為某一粒徑團(tuán)聚體的平均直徑；(3)中MT表示土壤篩分前總重量；(4)中PAD為團(tuán)聚體破壞率(%)，DR0.25為> 0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量(%)，WR0.25為> 0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量(%).

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019和SPSS 24進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析進(jìn)行數(shù)據(jù)間的分析比較，采用最小顯著差法比較其顯著性差異，顯著性水平P<0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團(tuán)聚體組成分析

干篩條件下不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性組成見表1.不同土層不同土地利用方式對土壤團(tuán)聚體組成的影響有較大差異.>5 mm團(tuán)聚體含量介于6.48%～78.80%之間，而<0.25 mm團(tuán)聚體含量范圍為0.72%～68.56%.0-60 cm土層>5 mm團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為草地>林地>耕地，而60-100 cm土層林地土壤>5 mm團(tuán)聚體最高.在0-60 cm和80-100 cm土層耕地土壤<0.25 mm團(tuán)聚體顯著高于草地和林地，在60-80 cm土層<0.25 mm團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為草地>耕地>林地(P<0.05).

濕篩條件下，不同土地利用方式土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量差異明顯，各土層<0.25 mm團(tuán)聚體含量最高，介于36.07%～96.57%之間(見表2).在0-40 cm和60-100土層林地土壤>5 mm團(tuán)聚體含量顯著高于草地和耕地，而40-60 cm土層林地和草地土壤>5 mm團(tuán)聚體含量無差異，且顯著高于耕地.在0-100 cm土層，耕地土壤<0.25 mm團(tuán)聚體含量均在85%以上，在0-60 cm和80-100 cm土層耕地土壤<0.25 mm團(tuán)聚體含量顯著高于草地和林地，而60-80 cm土層耕地和草地<0.25 mm團(tuán)聚體無顯著差異.

表1 干篩條件下不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體組成

同一土層同列不同字母表示不同土地利用方式間差異顯著(P<0.05),下同.

表2 濕篩條件下不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體組成

如表3所示，干篩條件下，不同利用方式土壤DR0.25在0-40 cm和60-80cm土層草地和林地?zé)o顯著差異，但均顯著高于耕地土壤；在40-60 cm和80-100 cm土層林地土壤DR0.25顯著高于草地和耕地.濕篩條件下，0-20 cm和40-100 cm土層林地土壤WR0.25均顯著高于草地和耕地，而20-40 cm土層草地土壤WR0.25顯著高于林地和耕地.在0-60 cm土層，PAD值均表現(xiàn)為耕地>草地>林地，在60-100 cm土層，不同土地利用方式土壤PAD值無顯著差異.

表3 干篩和濕篩條件下R0.25及團(tuán)聚體破壞率

2.2 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性分析

由表4可知，在干篩條件下，各土地利用方式土壤團(tuán)聚體MWD在不同土層中有明顯差異.不同土地利用方式下0-60 cm土層MWD值具有顯著差異，草地土壤MWD值最大；60-80 cm土層耕地和草地MWD值無顯著差異，且明顯低于林地，80-100 cm土層林地和草地MWD無顯著差異，且明顯高于耕地.在0-80 cm土層不同土地利用方式土壤GMD具有顯著差異，0-20 cm土層表現(xiàn)為林地>草地>耕地，20-80 cm土層GMD值則表現(xiàn)為草地>林地>耕地；80-100 cm土層林地和草地GMD值無顯著差異，且明顯高于耕地(表4).

表4 干篩條件下不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體MWD和GMD

表5為濕篩條件下不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體MWD和GMD.在0-100 cm土層，林地土壤MWD值均顯著高于草地和耕地，其中0-20 cm土層林地土壤MWD值較耕地顯著增加2.67倍，而20-40 cm土層林地土壤MWD值較耕地顯著增加4.52倍.除40-60 cm土層外，林地土壤GMD值顯著高于草地和耕地.

表5 濕篩條件下不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體MWD和GMD

3 討 論

采用干篩法和濕篩法相結(jié)合分析土壤團(tuán)聚體粒徑組成和穩(wěn)定性.在干篩條件下，耕地土壤機(jī)械穩(wěn)定性R0.25低于林地和草地，這與陳超[7]的研究結(jié)果類似.濕篩條件下，不同土地利用方式土壤大團(tuán)聚體含量也呈現(xiàn)出林地和草地明顯優(yōu)于耕地的趨勢.這可能是因?yàn)榱值睾筒莸厥苋藶閿_動(dòng)較小，而耕地由于土壤受到長期耕作和翻動(dòng)，導(dǎo)致大團(tuán)聚體破碎成較小的團(tuán)聚體[8].另外，草地表層分布大量的枯枝落葉和根系，可為微生物提供碳源，增加微生物量，形成土壤團(tuán)聚體黏合劑，增加大團(tuán)聚體含量和穩(wěn)定性[9]；林地則具有大量的枯枝落葉層，為土壤提供大量的腐殖質(zhì)和碳源，增加土壤團(tuán)聚程度，提高其團(tuán)聚體穩(wěn)定性.機(jī)械穩(wěn)定性R0.25明顯高于水穩(wěn)性R0.25，這可能是因?yàn)樵跐窈Y中非水穩(wěn)性的大團(tuán)聚體容易破碎形成小粒徑的團(tuán)聚體，說明濕篩法結(jié)果相對干篩法重現(xiàn)性更好，更能真實(shí)反映土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性[10].

土壤團(tuán)聚體MWD和GMD值越大表明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好，土壤團(tuán)聚程度越高.本研究干篩法和濕篩法所得結(jié)果中耕地MWD值和GMD值均明顯低于林地和草地，這與劉鵬等[11]研究結(jié)果相似.胡堯等[13]也證明受人為擾動(dòng)較大的耕地其穩(wěn)定性較差，而受人為擾動(dòng)較小的林地和撂荒地穩(wěn)定性較好.其原因可能是耕地相比于草地或林地，耕作頻率和使用強(qiáng)度較高，土壤得不到休息，造成團(tuán)聚體穩(wěn)定性變差[14]；林地MWD值高則是由于其生態(tài)系統(tǒng)較為原生，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，土壤團(tuán)聚作用較強(qiáng)，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性也較高[4].PAD值是濕篩后破碎的團(tuán)聚體比率，其數(shù)值越小，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定.本研究中耕地PAD值高于林地和草地，這也表明耕地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性較差.耕地團(tuán)聚體遇水最易遭到破壞，可能與人工生態(tài)系統(tǒng)較脆弱有關(guān)，人工生態(tài)系統(tǒng)需要大量的管理、 維護(hù)、施肥，取樣時(shí)作物大部分已經(jīng)收割，耕地上沒有及時(shí)補(bǔ)中或輪種其他作物[14]；而林地和草地土壤土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在外力(水)的作用下破壞程度較低[15].

4 結(jié) 論

干篩條件下，不同土地利用方式下，絕大多數(shù)土壤層的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體以>5 mm和<0.25 mm粒級團(tuán)聚體比例最高；濕篩條件下，不同土地利用方式下，所有土壤層的水穩(wěn)性團(tuán)聚體以<0.25 mm粒級團(tuán)聚體比例最高.

干篩法和濕篩法土壤團(tuán)聚體R0.25表現(xiàn)為耕地低于林地和草地，耕地土壤團(tuán)聚體破壞率最大，且耕地土壤MWD和GMD值低于林地和草地土壤.這表明不同土地利用方式明顯改變土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性，耕地導(dǎo)致大團(tuán)聚體崩解，造成土壤結(jié)構(gòu)退化，林地更有利于土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性.