沼液灌施對(duì)潮土土壤團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性的影響

唐 蛟，王 威，潘飛飛，殷金忠，張喜煥，吳大付，4*，孟笑峰，杜一鳴

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng)453002；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng)453002；3.河南科技學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453003；4.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 博士后流動(dòng)站，鄭州450002；5.河南科技學(xué)院 園藝與園林學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453003）

0 引 言

【研究意義】良好的土壤結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件[1]。土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)組成的基本單元，對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的發(fā)揮和維持具有重要意義[2-3]。黃淮海平原是我國(guó)糧食生產(chǎn)的核心區(qū)域，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，養(yǎng)殖業(yè)在本區(qū)域的占比不斷增加[4]。潮土是本區(qū)域主要的土壤類型之一，土壤結(jié)構(gòu)性差、保肥蓄水能力弱、有機(jī)質(zhì)量低、養(yǎng)分少等因素限制其作物高產(chǎn)潛力[5]。同時(shí)，由于化學(xué)肥料在農(nóng)業(yè)種植中的大量施用，導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)問(wèn)題愈加嚴(yán)重，土壤退化跡象不斷凸顯，因此，急需在本區(qū)域開展有關(guān)土壤結(jié)構(gòu)改良的研究[1，5]。【研究進(jìn)展】針對(duì)土壤團(tuán)聚體，目前主要采用干篩法和濕篩法進(jìn)行力穩(wěn)性和水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體測(cè)定。一般情況下，可以根據(jù)土壤團(tuán)聚體粒徑大小將＞0.25 mm 的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)稱為大團(tuán)聚體，而＜0.25 mm 的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)作為微團(tuán)聚體[6]。同時(shí)通過(guò)團(tuán)聚體破壞率（Percentage of Aggregate Destruction，PAD）、平均質(zhì)量直徑（Mean Weight Diameter，MWD）、幾何平均直徑（Geometric mean diameter，GMD）和分形維數(shù)（Fractal Dimension，D）等參數(shù)進(jìn)行團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征的表征[7-9]。此外，對(duì)于具有群組特征的土壤團(tuán)聚體組成，也有研究嘗試把矩法統(tǒng)計(jì)獲得的特征參數(shù)，如偏倚系數(shù)（Skewness Constant，Cs）和峰凸系數(shù)（Kurtosis Constant，CE）引入到土壤團(tuán)聚體分析過(guò)程中，能夠更加真實(shí)地反映不同粒徑土壤團(tuán)聚體的組成狀況[10-11]。近年來(lái)，隨著規(guī)模集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，利用厭氧發(fā)酵原理建設(shè)沼氣工程是一種常見的進(jìn)行畜禽糞污消納的有效途徑，其中產(chǎn)生的沼液以就近直接還田作為主要利用方式[12]。沼液含有植物生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)元素，可以作為一種液體有機(jī)肥進(jìn)行農(nóng)田灌施，從而降低化肥使用量；同時(shí)沼液中含有的水溶態(tài)有機(jī)碳不僅能增加土壤有機(jī)質(zhì)量，還可以作為土壤團(tuán)聚過(guò)程的主要膠結(jié)物質(zhì)，有助于土壤團(tuán)聚體的形成和土壤結(jié)構(gòu)的改善[5，11-14]。魏彬萌等[15]對(duì)關(guān)中平原的石灰性土壤研究發(fā)現(xiàn)沼液灌施有利于水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成。鄭學(xué)博等[16]在南方旱地紅壤地區(qū)開展沼液還田證明沼液化肥配施能夠提高力穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD和GMD值，但對(duì)水穩(wěn)定性MWD和GMD值無(wú)顯著影響。此外，也有研究認(rèn)為沼液灌施3 個(gè)月后土壤結(jié)構(gòu)即可發(fā)生顯著變化，但是對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)只能起到短暫的改良效應(yīng)；若需要維持沼液對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良效果，需要長(zhǎng)期連續(xù)進(jìn)行沼液灌施[9]。【切入點(diǎn)】目前在黃淮海平原農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)集中區(qū)域尚未開展有關(guān)連續(xù)施用厭氧發(fā)酵液體殘余物對(duì)潮土土壤結(jié)構(gòu)改良的研究，特別是缺乏涉及土壤團(tuán)聚體組成和穩(wěn)定性特征變化的長(zhǎng)期定位大田試驗(yàn)（≥4 a）。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此，本研究以黃淮海平原潮土為研究對(duì)象，根據(jù)等氮量原則，利用干濕篩法測(cè)定不同化肥與沼液灌施處理下土壤團(tuán)聚體的粒徑組成，并計(jì)算有關(guān)團(tuán)聚體穩(wěn)定性參數(shù)（PAD、MWD、GMD、D、Cs和CE），初步探討沼液灌施對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響機(jī)制，以期為該區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)改良和肥力提升以及農(nóng)業(yè)廢棄物資源化合理利用提供科學(xué)與實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于河南省周口市扶溝縣固城鄉(xiāng)古北村（32°94′N，114°32′E，平均海拔高度為55 m）。本地區(qū)曾經(jīng)為黃泛區(qū)腹地，受暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候影響，四季分明。年平均氣溫為14.4 ℃，無(wú)霜期215 d，年降水量611.4 mm，且主要集中在夏季6—9月。試驗(yàn)區(qū)域水資源豐富，土壤類型為砂壤潮土，砂粒量較多，保肥保水能力較差，但區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平坦，適合進(jìn)行大面積機(jī)械化農(nóng)田生產(chǎn)，長(zhǎng)期開展小麥-玉米輪作。根據(jù)國(guó)際制土壤顆粒分析方法，測(cè)定本區(qū)域土壤砂粒，粉粒和黏粒量分別為88.00%、6.00%和6.00%。土壤基本理化性質(zhì)如下：pH 值為7.32，全氮量為1.25 g/kg，堿解氮量為81.84 mg/kg，速效磷量為26.82 mg/kg，速效鉀量為242.00 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

自2016年10月小麥季開始在本區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)期定位試驗(yàn)。試驗(yàn)前本區(qū)域?yàn)橥晦r(nóng)戶承包地，長(zhǎng)期進(jìn)行小麥制種。由于采用相同的栽培和管理方式，因此可以保證試驗(yàn)開始前土壤團(tuán)聚體組成基本一致。試驗(yàn)根據(jù)等氮量原則，共設(shè)置4 個(gè)處理，分別為：①對(duì)照（CK），作物種植期間不施用沼液和化肥；②全化肥（CF），作物種植期間只進(jìn)行化肥撒施，不進(jìn)行沼液灌溉；③全沼液（BS），作物種植期間只進(jìn)行沼液灌施；④化肥與沼液灌施（BS+CF），作物種植期間50%的氮來(lái)自沼液，50%的氮來(lái)自化肥（表1）。小麥季和玉米季施肥量投入均為N 180 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2。為了保證除CK 外各灌施沼液處理中磷、鉀養(yǎng)分相等，分別用重過(guò)磷酸鈣（Ca(H2PO4)2·CaHPO4）和硫酸鉀（K2SO4）進(jìn)行補(bǔ)充。每個(gè)處理設(shè)置5 個(gè)重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列方式，各重復(fù)區(qū)域面積約為66.7 m2。

表1 不同處理化肥與沼液施用量Table 1 Amounts of chemical fertilizer application and biogas slurry irrigation with different treatments kg/hm2

試驗(yàn)用沼液來(lái)自附近扶溝牧原農(nóng)牧有限公司第四養(yǎng)殖場(chǎng)沼液儲(chǔ)存池。該養(yǎng)殖場(chǎng)將養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的豬糞和尿液以及部分豬圈的沖洗水首先利用大型沼氣發(fā)酵罐進(jìn)行畜禽糞污處理。發(fā)酵后殘余物經(jīng)過(guò)固液分離裝置將其液體部分（沼液）轉(zhuǎn)移到覆蓋黑色高聚脂膜的貯存池進(jìn)行二次發(fā)酵。養(yǎng)殖用水量和糞污排放量隨養(yǎng)殖季節(jié)發(fā)生一定程度的變化，但是由于養(yǎng)殖規(guī)模和出欄量可以保持一致，因此可以保證在試驗(yàn)?zāi)攴菔褂玫恼右豪砘再|(zhì)相對(duì)穩(wěn)定均勻，其主要理化指標(biāo)如下：pH 值為7.36±0.34，全氮量為（1.45±0.15）g/L，全磷量為（0.13±0.02）g/L，全鉀量為（0.65±0.09）g/L，可溶性有機(jī)碳量為513.62 g/L，全鹽量為（2.52±0.17）g/L。

選用當(dāng)?shù)刂髟孕←湥ㄆ渲?016—2018年選用西農(nóng)979，2018年以后更換為周麥18）和玉米品種（其中2016—2018年選用宇玉30，2018年以后更換為秋樂(lè)368）進(jìn)行播種。2016年9月底夏玉米收獲后進(jìn)行秸稈粉碎旋耕還田，并在小麥播種前10 d 進(jìn)行沼液灌施。灌施主要采用管網(wǎng)分水接頭連接白色塑料薄膜管道以降低灌溉過(guò)程中無(wú)效滲透耗費(fèi)。小麥季在播種前首先進(jìn)行70%沼液的灌施，化肥在播種時(shí)一同施入，剩余30%沼液在冬灌時(shí)期施用。小麥?zhǔn)斋@后直接進(jìn)行秸稈粉碎覆蓋地表，玉米季化肥在播種時(shí)一并施用，沼液灌施時(shí)間根據(jù)天氣情況和土壤干旱程度，在大口期以前分2 次進(jìn)行，前后間隔不少于7 d。施用化肥處理和CK 以單一進(jìn)行沼液灌施處理帶入水分為標(biāo)準(zhǔn)，扣除沼液灌施帶入水量，在相同沼液灌施時(shí)間進(jìn)行清水灌溉，保持所有小區(qū)水分輸入時(shí)間和輸入量相同。其他農(nóng)田管理方式與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣保持一致。

2020年10月在玉米收獲后，在各小區(qū)隨機(jī)采用5 點(diǎn)混合采樣法采集0～20 cm 原狀土樣，裝入硬質(zhì)塑料盒中，防止運(yùn)輸過(guò)程中擠壓。所取土壤樣品在室內(nèi)進(jìn)行自然風(fēng)干后沿土塊裂隙輕輕掰開，去除肉眼可見的礫石、植物殘?bào)w、根系和土壤動(dòng)物，進(jìn)行不同粒徑土壤團(tuán)聚體的分離。

1.3 分析方法

土壤力穩(wěn)性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體分別采用干篩法和濕篩法進(jìn)行分離。其中力穩(wěn)性團(tuán)聚體采用曾希柏等[14]的方法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。步驟如下：稱取100 g 風(fēng)干土壤樣品置于一組土壤篩組（5、2、0.25 mm 和0.1 mm）的頂層，利用電動(dòng)振篩機(jī)進(jìn)行粒徑分離，振動(dòng)時(shí)間設(shè)置為5 min，振動(dòng)頻率為30 次/min。振動(dòng)結(jié)束后依次可以分離出＞5 mm、2～5、0.25～2、0.1～0.25 mm 以及＜0.1 mm 粒徑的土壤團(tuán)聚體組分并稱其質(zhì)量。然后將干篩法獲得的各粒徑團(tuán)聚體組分按照其質(zhì)量分?jǐn)?shù)配成50 g 土樣進(jìn)行濕篩，步驟如下：將混合的50 g 土樣置于土壤團(tuán)聚體分析儀（TF-100 型，浙江舜龍）相同孔徑組合的套篩頂層，加入去離子水至浸沒(méi)全部測(cè)定土壤，浸泡10 min 后開啟設(shè)備進(jìn)行水穩(wěn)性團(tuán)聚體分級(jí)，振蕩頻率為30 次/min，振蕩幅度為5 cm，振蕩時(shí)間為2 min。篩分結(jié)束后將套篩拆開，留在各孔徑土壤篩上的團(tuán)聚體分別進(jìn)行收集，轉(zhuǎn)移至鋁盒中利用烘箱（溫度設(shè)置為50 ℃），烘干至恒質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性參數(shù)采用團(tuán)聚體破壞率（PAD）、團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）和分形維數(shù)（D）表征[6-9]。利用矩法統(tǒng)計(jì)獲得有關(guān)偏倚系數(shù)（CE）和峰凸系數(shù)（CS）特征參數(shù)[10-11]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算與分析在Microsoft Excel 2013和SPSS 22 上進(jìn)行。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）進(jìn)行土壤團(tuán)聚體粒徑組成及穩(wěn)定性參數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)，并利用最小顯著極差法（LSD）進(jìn)行多重比較，置信度設(shè)置為0.95。所有數(shù)據(jù)測(cè)定結(jié)果在表格內(nèi)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液灌施對(duì)力穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體粒徑分布的影響

由表2 可以看出力穩(wěn)性團(tuán)聚體均集中在0.25～2 mm 和2～5 mm 粒徑范圍，＞0.25 mm 粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成（MR0.25）占土壤總質(zhì)量的74.89%以上。不同化肥與沼液灌施處理對(duì)各粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例均產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。與CK 相比，CF 處理或BS 處理均顯著增加了＞5 mm 粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體組成比例，增加幅度分別為36.27%和32.30%。而BS+CF 處理＞5 mm 粒徑組成比例較CK 降低21.39%。對(duì)于2～5 mm 和＜0.1 mm 粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體，CF 處理或BS+CF 處理均顯著降低各粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例，變化范圍為13.80%～14.69%，而BS 處理對(duì)各粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體組成比例未產(chǎn)生顯著影響（P＞0.05）。BS+CF 處理0.25～2 mm 和0.1～0.25 mm 粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體所占比例最高，分別為37.89%和13.36%；而BS 處理各粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體組成比例基本與CK 保持一致，均顯著高于CF 處理（P＜0.05）。各處理之間＞0.25 mm 粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例（MR0.25）無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表2 不同化肥與沼液灌施處理土壤力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例Table 2 Mass proportions of soil mechanical-stable aggregate fractions in response to different chemical fertilizer application and biogas slurry irrigation %

2.2 沼液灌施對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布的影響

如表3 所示，水穩(wěn)性團(tuán)聚體以0.25～2、0.1～0.25 mm 和＜0.1 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體占據(jù)優(yōu)勢(shì)，其中＜0.25 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例占據(jù)土壤總量的54.03%以上。不同化肥與沼液灌施處理均對(duì)各粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。與CK 相比，各處理均顯著增加＞5 mm 和2～5 mm 粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例，其中以BS+CF 處理提高效果最為明顯，提升幅度為4.55 倍和5.46 倍，其次為BS 處理。對(duì)于0.25～2 mm 粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體，同樣以BS+CF 處理取得最大值，為21.69%，但是BS 處理與CK、CF 處理之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。各施肥處理均顯著降低0.1～0.25 mm 和＜0.1 mm 粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例。BS 處理0.1～0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體量最低，較CK 降低了30.87%。BS+CF 處理＜0.1 mm 粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占比例最低，僅為39.05%。施加沼液各處理顯著增加＞0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例（WR0.25），其中以BS+CF 處理最高，為45.97%。

表3 不同化肥與沼液灌施處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例Table 3 Mass proportions of soil water-stable aggregate fractions in response to different chemical fertilizer application and biogas slurry irrigation %

2.3 沼液灌施對(duì)土壤團(tuán)聚體特征參數(shù)的影響

矩法統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)不同化肥與沼液灌施處理對(duì)土壤力穩(wěn)性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征參數(shù)偏倚系數(shù)（Cs）和峰凸系數(shù)（CE）產(chǎn)生顯著影響（表4，P＜0.05）。各處理土壤力穩(wěn)性團(tuán)聚體Cs均大于0，說(shuō)明其組成均呈正偏態(tài)分布。多重比較發(fā)現(xiàn)CF 處理Cs最大，說(shuō)明該處理使得力穩(wěn)性團(tuán)聚過(guò)程顯著，且粒徑較大的團(tuán)聚體組成占據(jù)優(yōu)勢(shì)。與CK 相比，BS+CF 處理Cs顯著下降（P＜0.05），說(shuō)明該處理導(dǎo)致土壤抗機(jī)械破碎能力降低。除BS+CF 處理外，其余各處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體Cs均小于0，說(shuō)明土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成主要呈負(fù)偏態(tài)分布，以小粒徑團(tuán)聚體為主，土壤分散性較強(qiáng)。而無(wú)論力穩(wěn)性還是水穩(wěn)性團(tuán)聚體，各處理的CE均為負(fù)值，說(shuō)明土壤團(tuán)聚體組成均表現(xiàn)為低峰態(tài)特征，團(tuán)聚體粒徑分布范圍較寬且比例相對(duì)均衡。BS 處理?xiàng)l件下力穩(wěn)性團(tuán)聚體CE顯著低于其他各處理（P＜0.05），說(shuō)明其粒徑組成較為分散。BS+CF 處理CE較BS 處理顯著增加，增加幅度為64.44%（P＜0.05）。水穩(wěn)性團(tuán)聚體CE以BS+CF 處理最大，為-1.01。BS處理顯著降低CE，較BS+CF 處理降低了44.55%。

表4 不同化肥與沼液灌施處理土壤團(tuán)聚水平的矩法統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)Table 4 Characteristic parameters of soil aggregation conditions in response to different chemical fertilizer application and biogas slurry irrigation

不同化肥與沼液灌施處理對(duì)團(tuán)聚體破壞率和力穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性參數(shù)均產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05，表5）。與CK 相比，各施肥處理均顯著降低PAD數(shù)值，其中BS+CF 處理PAD僅為39.97%，下降幅度達(dá)到47.95%。力穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD在BS 處理下最大，而進(jìn)行BS+CF 處理MWD值僅為2.32 mm，顯著低于CK 和CF 處理。力穩(wěn)性團(tuán)聚體GMD以CF 處理最高，而進(jìn)行沼液灌施各處理均會(huì)降低其GMD數(shù)值，但是二者之間無(wú)顯著差異。力穩(wěn)性團(tuán)聚體D在BS+CF 處理下取得最小值，較CK 和CF 處理分別降低3.85%和3.90%。

表5 不同化肥與沼液灌施處理土壤團(tuán)聚體破壞率及力穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性參數(shù)Table 5 Percentage of aggregate destruction and mechanical-stable aggregate stability parameters in response to different chemical fertilizer application and biogas slurry irrigation

各施肥處理對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性參數(shù)均產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05，表6）。BS+CF 處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD和GMD最高，分別為1.53 mm 和0.36 mm，較CK 增加264.29%和227.27%。而BS+CF 處理水穩(wěn)性團(tuán)聚體D最低，為2.82，較CK降低了3.42%。

表6 不同化肥與沼液灌施處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性參數(shù)Table 6 Water-stable aggregate stability parameters in response to different chemical fertilizer application and biogas slurry irrigation

3 討論

3.1 沼液灌施對(duì)土壤團(tuán)聚體粒徑分布特征的影響

土壤團(tuán)聚體粒徑組成和分布情況作為反映土壤結(jié)構(gòu)狀態(tài)的基本測(cè)定指標(biāo)，能夠調(diào)控土壤的水肥氣熱狀況，其形成與維持受有機(jī)物料投入（有機(jī)肥、廄肥或者綠肥）影響[3，12，17-19]。力穩(wěn)性團(tuán)聚體與土壤抗機(jī)械破壞力相關(guān)，而水穩(wěn)性團(tuán)聚體與土壤水蝕性以及遇水抗崩解能力有密切聯(lián)系[9，17]。本研究發(fā)現(xiàn)不同施肥處理均能夠顯著改變力穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布組成，調(diào)整不同粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例。與CK 相比，單一進(jìn)行沼液灌施除顯著增加＞5 mm 粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例外，對(duì)于其他各粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體無(wú)顯著影響。然而進(jìn)行化肥與沼液灌施可以顯著降低＜0.1 mm 粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體組成，促進(jìn)0.25 mm 左右粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，并通過(guò)提高大粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例提高M(jìn)R0.25數(shù)值，較CK 增加2.34%。這與鄭學(xué)博等[16]對(duì)旱地紅壤開展沼液還田研究發(fā)現(xiàn)較不施肥和單施化肥處理，沼液與化肥配施＞0.25 mm粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例分別顯著增加2.67%～6.66%和1.58%～5.51%的研究結(jié)論基本一致。各施肥處理對(duì)于＞0.25 mm 各粒徑力穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例影響并不呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，這可能與不同粒徑團(tuán)聚體的形成機(jī)制以及研究區(qū)域土壤質(zhì)地、農(nóng)業(yè)耕作管理措施有關(guān)。不同膠結(jié)物質(zhì)在團(tuán)聚體形成的不同階段發(fā)揮不同的作用。黏粉粒以及游離態(tài)的土壤顆粒主要通過(guò)持久性黏合物質(zhì)以及多價(jià)態(tài)金屬陽(yáng)離子配合物黏附作用形成微團(tuán)聚體[19]，而微團(tuán)聚體主要通過(guò)與根系及微生物分泌物、土壤中有機(jī)物料分解產(chǎn)物結(jié)合形成大團(tuán)聚體[20]，或者依靠來(lái)源于植物殘?bào)w的顆粒有機(jī)物與土壤顆粒直接結(jié)合形成大團(tuán)聚體[17]。由于本試驗(yàn)所有作物秸稈均進(jìn)行還田處理，新鮮的秸稈進(jìn)入土壤促進(jìn)微生物代謝過(guò)程，產(chǎn)生多糖類物質(zhì)和真菌菌絲有利于土壤顆粒從微團(tuán)聚體向大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)變[11，17，20]。與施用固體有機(jī)肥（廄肥、堆肥）相比，沼液具有流動(dòng)特性，能夠與土壤充分混合，擴(kuò)大其與土壤顆粒的接觸面積，增強(qiáng)土壤團(tuán)聚過(guò)程[9]。同時(shí)沼液中含有的有機(jī)分子極性基團(tuán)與硅酸鹽黏土礦物表面吸附的水分子或氧分子之間形成氫鍵有助于提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體承受的機(jī)械應(yīng)力[21]。此外沼液中的陽(yáng)離子也可以充當(dāng)黏合劑的作用，在土壤黏粒表面和有機(jī)化合物之間形成橋鍵，增加團(tuán)聚體穩(wěn)定性[22]。但是本地區(qū)長(zhǎng)期開展旋耕作業(yè)，頻繁的人工擾動(dòng)對(duì)形成的力穩(wěn)性團(tuán)聚體產(chǎn)生機(jī)械破壞，加之潮土土壤質(zhì)地較粗，土壤顆粒之間黏結(jié)性較差在一定程度上限制了土壤團(tuán)聚過(guò)程[2-3，17]。因此，進(jìn)行化肥與沼液灌施在為植物生長(zhǎng)提供充足養(yǎng)分的同時(shí)，沼液中豐富的可溶性有機(jī)物以及作物秸稈的投入激發(fā)了土壤微生物對(duì)碳的需求，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)微生物對(duì)大團(tuán)聚體的礦化過(guò)程，可能導(dǎo)致較大粒徑的大團(tuán)聚體向較小粒徑轉(zhuǎn)變[23]。

土壤中＞0.25 mm 粒徑水穩(wěn)性大團(tuán)聚體被認(rèn)為是土壤中最好的結(jié)構(gòu)體，其團(tuán)聚體組成比例越高，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越強(qiáng)[8]。本研究表明，相同處理水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例較力穩(wěn)性具有明顯差異，水穩(wěn)性團(tuán)聚體多集中于＜0.1 mm 粒徑范圍。然而相較于CK，進(jìn)行沼液灌施各處理顯著增加＞0.25 mm 各粒徑水穩(wěn)性大團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例，顯著降低0.1～0.25 mm 和＜0.1 mm 水穩(wěn)性微團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例，這與魏彬萌等[15]研究發(fā)現(xiàn)灌施沼液有助于提高＞0.25 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例，降低＜0.05 mm 粒徑微團(tuán)聚體的結(jié)果一致。但是相較于單一進(jìn)行沼液灌施，進(jìn)行化肥與沼液灌施對(duì)＞0.25 mm 水穩(wěn)性大團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例提高幅度更為明顯，這可能與單一進(jìn)行沼液灌施過(guò)程中大量鹽分進(jìn)入土體有關(guān)[24-25]。由于生豬養(yǎng)殖排泄物含有較高的鹽分，產(chǎn)生的沼液中含有Na+，K+和Mg2+等鹽基離子[19]。長(zhǎng)期進(jìn)行沼液灌施容易造成鹽分在土壤中的累積，使土壤存在次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)。而且這些可交換性陽(yáng)離子進(jìn)入土壤，特別是Na+引起含黏土礦物顆粒的膨脹和分散過(guò)程，促進(jìn)大團(tuán)聚體的解體[26]。此外，鹽分的不斷積累抑制了土壤微生物活性，也間接降低對(duì)有機(jī)物的積累和分解能力，影響土壤團(tuán)聚過(guò)程[27]。但是由于秸稈還田以及作物根系分解過(guò)程使得大量的有機(jī)物料返還于土壤中，通過(guò)團(tuán)聚體的物理（顆粒有機(jī)碳在團(tuán)聚體內(nèi)封存）、化學(xué)（對(duì)顆粒有機(jī)碳的吸附作用）和生化過(guò)程（微生物代謝產(chǎn)物的難分解性和縮合反應(yīng)）等保護(hù)機(jī)制促進(jìn)有機(jī)碳的積累，增強(qiáng)新形成的團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，降低或者緩解單一進(jìn)行沼液灌施鹽分積累對(duì)團(tuán)聚體形成和維持造成的不利影響[26]。

3.2 沼液灌施對(duì)土壤團(tuán)聚體特征參數(shù)的影響

合適的土壤團(tuán)聚體分布比例是維持土壤結(jié)構(gòu)和保證土壤養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng)的基礎(chǔ)[13]。矩法統(tǒng)計(jì)因其嚴(yán)格的數(shù)學(xué)邏輯性，已廣泛應(yīng)用于土壤團(tuán)聚體質(zhì)量評(píng)價(jià)中[10-11]。偏倚系數(shù)（Cs）揭示了各粒徑團(tuán)聚體分布的偏倚程度，即頻率分布曲線的對(duì)稱性。峰凸系數(shù)（CE）體現(xiàn)分布的峰態(tài)，反映了組成團(tuán)聚體各粒徑分布的集中程度[10]。然而目前尚未發(fā)現(xiàn)有將此方法應(yīng)用于沼液灌施對(duì)土壤團(tuán)聚體中的研究記載。本研究表明力穩(wěn)性團(tuán)聚體偏倚系數(shù)均大于0，說(shuō)明力穩(wěn)性團(tuán)聚體呈正偏態(tài)分布，多由粒徑較大的團(tuán)聚體組成，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的團(tuán)聚過(guò)程，其中以單一化肥處理Cs最高；而進(jìn)行沼液灌施各處理降低團(tuán)聚體分布偏倚程度，使得中等粒徑土壤團(tuán)聚體逐漸增多，且以化肥與沼液灌施處理Cs降低幅度最為明顯，說(shuō)明沼液灌施有利于調(diào)節(jié)力穩(wěn)性團(tuán)聚體分布比例。而水穩(wěn)性團(tuán)聚體，除化肥與沼液灌施處理外，其余各處理偏倚系數(shù)均小于0，說(shuō)明進(jìn)行大部分團(tuán)聚體遇水發(fā)生崩解作用，導(dǎo)致較大粒徑的團(tuán)聚體不斷破裂分解為小團(tuán)聚體，而化肥與沼液灌施處理能夠減緩崩解作用，增強(qiáng)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。由于CE均小于0，說(shuō)明各粒徑團(tuán)聚體均呈現(xiàn)分散分布狀態(tài)，其中力穩(wěn)性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體分別以CK 和化肥與沼液灌施處理取得最大值，也間接說(shuō)明了不同類型團(tuán)聚體形成機(jī)制具有一定差異，且化肥與沼液灌施可以降低大粒徑團(tuán)聚體發(fā)生破裂的概率，增加中等粒徑團(tuán)聚體組成比例，維持較小的微團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例，使得不同粒徑團(tuán)聚體分布更加均勻。這與進(jìn)行力穩(wěn)性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例所得到的結(jié)果基本一致，也進(jìn)一步力證了矩法統(tǒng)計(jì)在評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體性狀方面的可行性。

PAD能夠量化土壤團(tuán)聚體受水力破壞而導(dǎo)致的分散程度[9]。在濕篩過(guò)程中，由于帶電膠體雙離子層結(jié)構(gòu)引起的物理分散作用、團(tuán)聚過(guò)程黏合物質(zhì)的溶解、不同來(lái)源的黏土礦物的膨脹差異以及團(tuán)聚體內(nèi)部與外界水環(huán)境之間壓力差導(dǎo)致非水穩(wěn)性團(tuán)聚體不斷裂解[9，28]。本研究表明，與CK 相比，施肥處理下PAD顯著降低，其中以化肥與沼液灌施處理PAD數(shù)值最小，說(shuō)明化肥配合沼液灌施有利于提高大團(tuán)聚體穩(wěn)定性。這與Bosch-Serra 等[9]有關(guān)豬沼液灌施對(duì)土壤團(tuán)聚體的研究結(jié)果類似。MWD、GMD和D可以綜合反映土壤團(tuán)聚體大小分布狀況和組成比例的指標(biāo)，一般MWD和GMD數(shù)值越大，表示穩(wěn)定性越好，團(tuán)聚度越高[29-30]。本研究表明化肥和沼液灌施使力穩(wěn)性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD和GMD均顯著高于其他各處理。其原因可能是通過(guò)灌施沼液使更多的外源碳進(jìn)入土壤，同時(shí)其豐富的速效養(yǎng)分及生物活性物質(zhì)也為土壤微生物的新陳代謝過(guò)程創(chuàng)造理想條件，有利于還田秸稈的分解和土壤有機(jī)質(zhì)的積累，形成的有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)增加團(tuán)聚體內(nèi)部顆粒間內(nèi)聚力和團(tuán)聚體疏水性，提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性[11]。而且化肥與沼液灌施能夠降低單一施用沼液引起的鹽分對(duì)土壤造成的不良影響，對(duì)于改良土壤結(jié)構(gòu)具有積極意義。D一般隨著構(gòu)成土壤粒徑的降低而增加，其數(shù)值越高，說(shuō)明小粒徑顆粒所占比例越高，土壤通透性越差，抗侵蝕能力越弱[7]。與CK相比，進(jìn)行化肥與沼液灌施顯著降低力穩(wěn)性和水穩(wěn)性土壤D數(shù)值，說(shuō)明化肥與沼液灌施能夠增加大粒徑土壤團(tuán)聚體所占比例，提高團(tuán)聚體間空隙體積，這與前人[31]開展的一些有關(guān)沼液試驗(yàn)結(jié)果相符。

由于本研究主要在大田進(jìn)行，受自然環(huán)境影響較為劇烈。雖然本試驗(yàn)為期4 a，但是有關(guān)沼液灌施對(duì)潮土土壤結(jié)構(gòu)影響的研究依然需要持續(xù)開展，特別是連續(xù)進(jìn)行沼液灌施攜帶的鹽分和有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)聚過(guò)程的影響需要長(zhǎng)期進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。這樣才能更好地揭示沼液灌施對(duì)潮土土壤結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制，為本地區(qū)沼液灌施的推廣應(yīng)用和種養(yǎng)結(jié)合綠色發(fā)展模式奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1）與CK 相比，各施肥處理均能夠顯著改變黃淮海平原潮土各粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例，提高＞0.25 mm 力穩(wěn)性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量組成比例。其中化肥與沼液灌施處理WR0.25提升幅度最為明顯。

2）不同化肥與沼液灌施處理對(duì)偏倚系數(shù)（Cs）和峰凸系數(shù)（CE）產(chǎn)生較大影響。力穩(wěn)性團(tuán)聚體Cs均大于0，表明多由粒徑較大的團(tuán)聚體組成，而水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成主要呈負(fù)偏態(tài)分布，以小粒徑團(tuán)聚體為主。CE均小于0，說(shuō)明各粒徑團(tuán)聚體均呈分散分布狀態(tài)。進(jìn)行化肥與沼液灌施處理能夠減緩崩解作用，增強(qiáng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性，并使得不同粒徑團(tuán)聚體分布更加均勻。

3）與CK 相比，沼液灌施有利于小粒徑土壤團(tuán)聚體形成較大粒徑團(tuán)聚體，降低團(tuán)聚體破壞率。其中以化肥與沼液灌施效果最佳，其團(tuán)聚體破壞率數(shù)值最低，水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）值最大，分形維數(shù)（D）值最小。

4）在黃淮海平原農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)集中區(qū)域可以通過(guò)化肥與沼液配施改善土壤結(jié)構(gòu)，提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性，有助于加快沼液推廣利用步伐，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。