影響土壤團聚體穩(wěn)定性因素的研究進展

文|王迪晨 羅偉

團聚體是土壤結構的基礎，影響土壤的各種理化性質。在糧食安全和生態(tài)環(huán)境關注程度不斷提高的今天，采取什么方式進行耕種能夠防止耕地質量退化，對退耕地如何利用，不同侵蝕營力會對團聚體產生什么樣的影響等問題需要得到回答。通過對團聚體穩(wěn)定性因素研究進展的總結，保護性耕作有利于增加土壤團聚體的穩(wěn)定性和形成，對于退耕地需要根據土壤厚度及當地條件適當選擇還林、還茶、撂荒等方式，雨滴擊濺、凍融循環(huán)次數對土壤團聚體影響相對顯著。

土壤團聚體指土粒通過各種自然過程的作用而形成的直徑<10 mm的結構單位。按照粒徑級別可分為：大團聚體，直徑>0.25 mm的團聚狀結構單位；微團聚體，直徑<0.25 mm的團聚狀結構單位；按照穩(wěn)定性可分為：穩(wěn)定性團聚體：抗外力分散的土壤團聚體；水穩(wěn)性團聚體：抗水力分散的土壤團聚體；非穩(wěn)定性團聚體：外力易分散的土壤團聚體。土壤團聚體是良好的土壤結構體，其特點是多孔性與水穩(wěn)性，具體表現在土壤孔隙度大小適中，持水孔隙與充氣孔隙的并存，并有適當的數量和比例。因而使土壤中的固相、液相和氣相相互處于協(xié)調狀態(tài)，所以一般都認為，團聚體多是土壤肥沃的標志之一。因此，土壤團聚體的穩(wěn)定性與土壤肥力是密切相關的，影響團聚體穩(wěn)定性的因素直接關系到土壤肥力的狀況。所以研究探索影響團聚體穩(wěn)定性的因素對改良土壤和提高土壤肥力具有重要的生產意義。

一、土壤團聚體的形成

土壤團聚體形成的過程是一個漸進的過程。大體上可分為兩個階段。第一階段是礦物質和次生粘土礦物顆粒，通過各種外力或植物根系擠壓相互粘結，凝聚成復粒或團聚體。第二階段是團聚體或復粒再經過膠結、根毛和菌絲體的固定作用形成團聚體。在自然界中實際上這兩種作用是很難截然分開的，在一定條件下，單?？芍苯有纬蓤F聚體。

二、影響團聚體穩(wěn)定性的因素

（一）耕作對團聚體穩(wěn)定性的影響

同一母質發(fā)育的土壤因耕作方式不同，團聚體的組成和數量都可發(fā)生很大的變化，這說明耕作方式對土壤團聚體的形成具有較大的影響。耕作對土壤的影響主要是改變了土壤有機碳的分布和微生物的活動生境，為土壤有機物質的分解轉化創(chuàng)造了條件及由此造成的團聚體的變化。耕作強度增加可促進土壤有機質周轉，減少土壤團聚作用的發(fā)生。耕作方式主要有兩種：保護性耕作和傳統(tǒng)耕作。其中保護性耕作包括：旋耕、少耕、免耕（免耕不覆蓋，免耕＋秸稈還田），深松；傳統(tǒng)耕作包括：翻耕，傳統(tǒng)耕作＋秸稈還田。

1.保護性耕作對土壤團聚體的數量的影響

保護性耕作可減少機械和人為因素對土壤的擾動，不僅減緩了團聚體的周轉速率，還促進了土壤自身的調節(jié)作用，有利于土體結構穩(wěn)定性的保持；秸稈還田可有效緩解雨滴對土壤的打擊力，進而減少團聚體的破碎。

研究表明，第一，不同耕作方式會導致土壤團聚體的含量發(fā)生變化，免耕處理有利于耕層（0-20 cm）土壤團聚體的形成，并且具有較高的水穩(wěn)性；旋耕處理雖然會提高0-5 cm層水穩(wěn)性團聚體的含量，但5-30 cm層水穩(wěn)性團聚體的含量反而降低。

第二，在保護性耕作中，免耕＋秸稈覆蓋、免耕2種處理均可不同程度提高直徑＞0.25 mm團聚體含量和平均重量直徑，降低團聚體破碎率，提升團聚體穩(wěn)定性，其中免耕＋秸稈還田處理綜合表現最佳。

第三，土壤團聚體指數MWD和GMD值是評價土壤團聚體穩(wěn)定性的重要指標，MWD和GMD值越大表示團聚體的平均粒徑團聚度越高，穩(wěn)定性越強。免耕可以改善土壤緊實度，能夠提高土壤MWD值并降低團聚體破壞率。

另外，與傳統(tǒng)耕作相比，深松、旋耕、免耕措施能提高土壤0-40 cm深度大團聚體含量及有機碳貢獻率和團聚體平均重量直徑，減少微團聚體和黏砂粒含量及其有機碳貢獻率。同時少耕和免耕措施能提高所有深度總有機碳含量和0-10 cm耕層中各級別團聚體有機碳含量。裸地隔年深松比連年深松能更有利于大團聚體形成與穩(wěn)定及土壤總有機碳和各級別團聚體有機碳的積累，該趨勢在0-30 cm耕層表現更為明顯。同時深松比淺松、秸稈還田比不還田更能在土壤各層次上促進土壤總有機碳和所有級別團聚體的有機碳含量及大團聚體的形成與穩(wěn)定，并促使有機碳向大團聚體轉移。

2.傳統(tǒng)耕作對土壤團聚體的數量的影響

在傳統(tǒng)耕作中，翻耕可使耕層土壤保持較低的容重值，但不利于土壤團聚體尤其是水穩(wěn)性團聚體的形成。研究表明，在同一耕作方式下不同種植方式的土壤大團聚體含量變化趨勢不同。傳統(tǒng)耕作條件和免耕條件下的傳統(tǒng)種植處理、免耕+秸稈還田條件下帶狀種植處理的風干大團聚體含量顯著高于同一耕作方式下的其他種植處理。傳統(tǒng)耕作條件下傳統(tǒng)種植處理、免耕條件下帶狀種植處理、免耕+秸稈還田條件下作物套種處理的水穩(wěn)性大團聚體含量較同一耕作方式下的其他種植處理具有顯著優(yōu)勢。

綜上可知，與傳統(tǒng)耕作相比，保護性耕作可以提高表層上壤的團聚體的含量，增加其結構穩(wěn)定性。保護性耕作制度下土壤各級別團聚體的顆粒有機碳含量明顯高于傳統(tǒng)耕作。另外，在免耕+秸稈還田下，土壤中的動物(如蚯蚓、部分昆蟲等)繁殖較快，也促進了土壤團粒結構的形成。

（二）土地利用方式對團聚體穩(wěn)定性的影響

近年來的研究表明，同母質發(fā)育的土壤因利用方式不同，其團聚體的組成和數量都可能發(fā)生很大的變化。土地利用方式主要有休閑、撂荒、菜園、果園、林地、茶園等。其中，休閑地是指不種作物，不施肥，人工清除雜草，固定時期耕作一次；撂荒地是指不做任何人為擾動。土地利用方式的改變可影響土壤團聚體穩(wěn)定性及團聚體結合有機碳的能力，具體表現如下：

第一，與種植作物相比，長期休閑沒有顯著影響土壤團聚體的穩(wěn)定性，長期撂荒明顯改善土壤團聚體穩(wěn)定性。在種植作物條件下，長期施肥顯著影響土壤機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團聚體的含量和分布，但是施肥對土壤團聚體穩(wěn)定性沒有顯著影響。

第二，不同農業(yè)利用方式下，對菜園、果園和農田土壤團聚體的組成及穩(wěn)定性進行研究，總體來看，果園土壤的結構性隨著種植年限的增加逐漸變好，而菜園土壤的結構性有變差的趨勢，其主要原因是菜園土壤長期處于生產狀態(tài)，頻繁灌溉，大量地使用無機化肥，導致土壤結構退化，土壤團聚體的機械穩(wěn)定性與土壤結構穩(wěn)定性的變化趨勢基本上一致。

第三，不同利用方式下，團聚體穩(wěn)定性有很大差異，體現在旱作大粒徑團聚體（粒徑＞1 mm）穩(wěn)定性是高于水田的，小粒徑團聚體（粒徑1-0.25 mm）穩(wěn)定性小于水田。水田方式比旱作方式更有利于有機碳的積累，水田有機碳化學穩(wěn)定性較旱作更為穩(wěn)定。

第四，研究表明，水田和林地土壤團聚體穩(wěn)定性保持在較高水平，而旱地、果園利用方式則大幅降低了土壤團聚體的穩(wěn)定性。水田和林地利用方式對土壤結構性破壞較小，對土壤有機質的保持作用明顯，有利于維持農田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用；旱地和果園利用方式則對土壤團聚體破壞較多，易造成農田土壤的侵蝕和肥力下降。

第五，土地利用方式對團聚體穩(wěn)定性具有重要的影響，水田和林地利用方式下土壤團聚體穩(wěn)定性保持在較高水平，而旱地、果園利用方式則大幅降低了土壤團聚體的穩(wěn)定性，從而導致土壤穩(wěn)定性降低、土壤肥力下降等土壤退化現象。

（三）退耕還林后團聚體穩(wěn)定性的變化

退耕還林是指在水土流失嚴重或糧食產量低而不穩(wěn)定的坡耕地和沙化耕地，以及生態(tài)地位重要的耕地，退出糧食生產，植樹或種草。退耕地作為一種重要的土地資源，對其進行植被恢復和重建，將有助于提高土地生產力，減緩水土流失，對生態(tài)環(huán)境的改善有著重要的實踐意義。

1.退耕還林對團聚體穩(wěn)定性的影響

退耕還林還草使得土壤團聚體水穩(wěn)性提高，進而提高了土壤的抗蝕性，并且恢復時間越長，土壤抗侵蝕能力越強。相對于農用地，人工林地和多年撂荒地土壤團聚體更加穩(wěn)定，土壤吸持水分和抗侵蝕的能力更強。農地退耕后，小粒級團聚體向大粒級團聚體轉化。土壤有機質含量在退耕還林地中最大，在農地最小。這主要是由于地上植物的枯枝落葉是土壤有機碳的主要來源之一，地表植物的生長狀況和生物量影響土壤有機碳含量。而農地耕種、除草、施肥、收獲等人為干擾頻繁，導致地表植被、凋落物數量少。一方面，有機質的歸還量減少，另一方面，加速土壤有機碳的分解，最終使得土壤有機質含量降低，進而影響土壤中團聚體的穩(wěn)定性。

2.不同退耕方式對團聚體穩(wěn)定性的影響

土壤團聚體對退耕地植被恢復與重建有十分重要的作用，是土壤肥力的物質基礎，也是土壤保水、保肥的基礎，其抗蝕性直接影響著土壤水肥庫作用的持續(xù)性；具有良好團聚體結構的土壤，不僅具有高度的空隙性和持水性，而且有良好的通透性，在植物生長期能夠很好的調節(jié)植物需要的水、肥、氣、熱諸因素，對植被的恢復和重建有著很大的促進作用。

團聚體穩(wěn)定性與土壤有機碳含量密切相關，植被恢復促進了土壤有機質的恢復，從而促進了團聚體的形成，提高了團聚體的穩(wěn)定性，植被恢復時間越長，土壤有機碳含量越高，土壤團聚體水穩(wěn)性程度也越好，退耕后的土地不同層、不同粒徑之間團聚體和有機碳的含量也有差異。土地退耕方式可分為：退耕還林、退耕還草、退耕還茶、退耕撂荒。眾多研究表明：0-20 cm和20-40 cm土層，退耕還茶地水穩(wěn)性團聚體占總團聚體的比例均以直徑＜0.25 mm的含量最大，且與其他粒徑間存在極顯著差異。除2-1 mm粒徑外，不同土層退耕還茶地土壤的粒級水穩(wěn)性團聚體含量與退耕還林地同粒級水穩(wěn)性團聚體含量差異不顯著；在干篩處理下，不同土層退耕撂荒、退耕還林和退耕還茶隨粒徑的減小土壤團聚體含量均表現為先降低后增加再降低的變化趨勢，退耕對同一粒徑風干團聚體含量的影響較小，但對不同土層風干團聚體含量影響較大。在濕篩處理下，不同土層退耕撂荒、退耕還林和退耕還茶隨粒徑的減小土壤團聚體含量表現為先降低后增加的變化趨勢，退耕對同一粒級水穩(wěn)性團聚體含量影響較大。

退耕撂荒、退耕還林和退耕還茶地0-20 cm土層各個粒徑團聚體有機碳含量基本高于20-40 cm，且隨著粒徑的減小，土壤團聚體中有機碳含量總體呈逐漸減低的趨勢。0-20 cm土層退耕還茶與退耕撂荒地土壤團聚體中有機碳含量較退耕還林地高，20-40 cm土層，退耕撂荒地土壤團聚體中有機碳含量最高?？梢?，不同退耕方式對土壤團聚體中有機碳含量的影響存在一定差異。因此，在實際的農業(yè)生產中，應考慮土壤穩(wěn)定性及其碳吸存的作用，選擇合理的退耕方式，以協(xié)調區(qū)域土地利用及調控管理。

（四）侵蝕方式對團聚體穩(wěn)定性的影響

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，其穩(wěn)定性是影響土壤侵蝕的重要因素之一。土壤侵蝕必然會導致土壤團聚體的破碎和流失。在當前的研究中，以水力侵蝕和凍融侵蝕對團聚體穩(wěn)定性的影響的研究居多。

1.水力侵蝕對團聚體穩(wěn)定性的影響

水力侵蝕對團聚體的影響主要是通過降雨雨滴特點和坡面水流特性對土壤團聚體顆粒的剝蝕和搬運來實現的，降雨強度的大小與雨滴的直徑和能量密切相關，雨滴能量越大通過濺散作用使更多微團聚體顆粒脫離土壤表層，進而被薄層徑流挾帶流失，在較小雨強時，雨滴打擊作用主要是對土壤團聚體進行拆分，薄層水流則主要對分散的土壤團聚體進行搬運，但其搬運能力不足以搬運粒徑較大的團聚體；在較大雨強時，雨滴打擊對土壤團聚體的拆分作用進一步增加，導致流失的團聚體以微團聚體為主。

降雨持續(xù)，隨著土壤入滲率逐漸穩(wěn)定，坡面徑流逐漸增大至穩(wěn)定，并使坡面形成侵蝕溝，此時決定侵蝕強度的因素為徑流量的大小，坡面徑流量的大小決定其剪切土壤的能力，土壤侵蝕強度的大小取決于徑流剪切能力和土壤團聚體的抗侵蝕能力的相互作用，由于侵蝕溝內形成股流的水深遠大于雨滴直徑的3-4倍左右，導致雨滴打擊對土壤團聚體拆分作用大大減弱，而股流作用使溝頭下切和溝壁崩塌增加，從而使土壤團聚體整體進行運移，導致團聚體流失以大粒級團聚體為主；溝蝕階段，徑流分散和搬運作用，以及大團聚體之間摩擦與擾動作用成為團聚體破碎的主要機制。

2.凍融侵蝕對團聚體穩(wěn)定性的影響

凍融能夠影響土壤的化學性質和物理性質，進而影響到土壤的生物區(qū)系等特征。有研究結果表明，反復的凍融交替作用對土壤的結構以及性質的影響主要取決于土壤的前期含水率、土壤容重、土壤的孔隙度、凍融溫度以及凍融循環(huán)次數等條件，以及土壤的化學組成、質地、有機質、土壤中植物根系等等。凍融循環(huán)作用反復進行的次數、土壤的初始含水率以及結凍的溫度都是影響土壤團聚體穩(wěn)定性的重要因素。