秸稈及其配施對黃灌區(qū)鹽堿土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、持水及收縮特性的影響

摘要：為探究秸稈及其配施有機物料對黃河南岸灌區(qū)鹽堿土壤結(jié)構(gòu)的影響，本研究基于玉米秸稈還田處理設(shè)置了對照（CK）、3%玉米秸稈（W1）、2%玉米秸稈配施1%牛糞（W2）、2%玉米秸稈配施1%生物炭（W3）四個有機物料組合處理，于溫室大棚土壤培養(yǎng)后，測定不同物料組合下鹽堿土壤的團(tuán)聚體特性、水分特征曲線及收縮曲線，對比分析不同物料組合對鹽堿土壤持水特性及結(jié)構(gòu)狀況的影響。結(jié)果表明：不同物料組合均增加了土壤全氮、全碳和有機碳含量，增幅分別為9.09%～27.27%、21.10%～35.64%、25.54%～64.64%，土壤gt;0.25 mm 團(tuán)聚體數(shù)量和團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性均明顯提高，水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（WR0.25）和幾何平均直徑（GMD）增幅分別達(dá)到50.00%～57.69%、64.86%～105.41%，但不同組合處理表現(xiàn)出顯著差異性，其中W1處理提高鹽堿土壤團(tuán)聚體數(shù)量和穩(wěn)定性效果最好，增幅分別為57.69%、105.41%。不同物料組合增強了鹽堿土壤持水性，不同處理間的差異主要體現(xiàn)在低吸力段和中吸力段，當(dāng)土壤水吸力lt;100 cm時，各處理體積含水率大小依次為W1gt;W2gt;W3gt;CK，而當(dāng)100 cmlt;土壤水吸力lt;260 cm時，各處理含水率表現(xiàn)為W1gt;W3gt;W2gt;CK。不同物料組合也改變了土壤孔隙分布狀況，其中W1處理和W2處理顯著增加了土壤小孔隙和中等孔隙的體積占比，小孔隙體積占比較CK 分別增加24.97%、20.22%，中等孔隙體積占比較CK 分別增加11.43%、23.32%；而W3處理顯著降低了土壤gt;30 μm孔隙體積占比，較CK下降49.55%。通過比較分析Kim、Peng、Three-line和ModGG模型對鹽堿土收縮過程的適應(yīng)性發(fā)現(xiàn)，Peng和ModGG模型能較好地模擬離心條件下鹽堿土壤的收縮曲線，擬合系數(shù)R2均大于0.98，RMSE 均小于0.012?；贛odGG模型分析后發(fā)現(xiàn)，不同有機物料組合提高了鹽堿土壤收縮過程中結(jié)構(gòu)收縮段的比例，增大了土壤孔隙體積；不同處理間土壤孔隙結(jié)構(gòu)的力穩(wěn)定性具有差異，其中W3處理的收縮率較CK降低19.11%，抗壓實能力增強，W1處理和W2處理的收縮率較CK增大7.32%、9.76%，抗壓實能力減弱。研究表明，土壤離心收縮過程中，結(jié)構(gòu)收縮段的變化與土壤飽和含水率以及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性有關(guān)，而土壤體積的收縮情況與土壤gt;30 μm孔隙體積變化有關(guān)。

關(guān)鍵詞：鹽堿土；玉米秸稈；牛糞；生物炭；有機物料；配施；收縮特征曲線；水分特征曲線

中圖分類號：S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-6819（2025）01-0177-10 doi： 10.13254/j.jare.2023.0625

土壤鹽堿化是制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵障礙因子。目前，全球范圍內(nèi)鹽堿化土地面積達(dá)到1.1×109 hm2，廣泛分布于全球100多個國家[1]，其總面積以每年10% 的速度不斷增長[2]。我國鹽堿土面積約有3.69×107 hm2，占全國可利用土地面積的5%[3]，是重要的后備耕地資源。黃河南岸灌區(qū)不僅是內(nèi)蒙古自治區(qū)的六大大型引黃灌區(qū)之一，也是重要的糧食生產(chǎn)區(qū)，其土壤狀況是保障當(dāng)?shù)丶Z食安全和維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡的關(guān)鍵。但在自然和人為因素作用下，灌區(qū)鹽堿化程度加劇，土壤板結(jié)、通氣性差以及肥力水平低等問題突出，嚴(yán)重制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展。

鹽堿化降低了土壤養(yǎng)分有效性，導(dǎo)致土壤營養(yǎng)元素流失，甚至退化，嚴(yán)重影響了作物生長，惡化了生態(tài)環(huán)境。面對土壤鹽堿化危害，國內(nèi)外學(xué)者對改良并開發(fā)鹽堿土壤進(jìn)行了大量研究，并探索了許多物理、化學(xué)、水利和生物等單一措施和綜合性措施[4]。鹽堿化導(dǎo)致土壤中鹽含量高的同時，也會導(dǎo)致土壤土粒分散、質(zhì)地黏重、易板結(jié)、滲透系數(shù)低以及有機質(zhì)含量低等突出問題[5]，單純的降低土壤鹽分并不能改善被破壞的土壤質(zhì)量。針對這一問題，學(xué)者們將成本低、來源廣、資源豐富的作物秸稈、畜禽糞便以及生物質(zhì)炭等有機物料用于改善鹽堿土壤，調(diào)節(jié)土壤鹽分的同時進(jìn)一步調(diào)節(jié)土壤肥力和結(jié)構(gòu)。如，秸稈還田可以改善土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)、降低土壤容重、改善土壤養(yǎng)分供應(yīng)[6]，同時增加微生物數(shù)量和酶活性，降低土壤鹽分含量，提高作物產(chǎn)量[7]。侯新村等[8]基于田間試驗探究生物炭在濱海鹽土改良效果，發(fā)現(xiàn)添加生物炭降低了土壤容重，提高了土壤毛管孔隙度和有機碳含量。Li等[9]發(fā)現(xiàn)增施牛糞可以改善土壤有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)玉米莖部生長，提高玉米產(chǎn)量。胡立煌等[10]探究不同有機物料對濱海鹽堿土氮素轉(zhuǎn)化的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈配施生物炭能夠有效抑制土壤氮的硝化，固持土壤中的銨態(tài)氮。王慶蒙[11]探究不同培肥措施對河套灌區(qū)鹽堿化土壤的改良效果，發(fā)現(xiàn)秸稈配施有機肥顯著降低了土壤堿化度，提高了土壤養(yǎng)分和細(xì)菌數(shù)量，增加了作物產(chǎn)量。目前，關(guān)于河套灌區(qū)有機物料改善鹽堿土壤的相關(guān)研究報道中，大多聚焦在添加單一有機物料，已有的配施研究也主要關(guān)注對鹽堿土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響，而關(guān)于秸稈、牛糞和生物炭等配施組合及其對鹽堿土壤持水特性和收縮特性的研究鮮有報道。

鑒于此，本研究基于作物秸稈還田處理，探究秸稈及其配施牛糞或生物炭對鹽堿土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、水分特征曲線的影響，比較不同收縮模型對鹽堿土壤的適應(yīng)性以及不同配施間的差異性，以期為黃河南岸灌區(qū)鹽堿土壤治理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土樣采集自內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市達(dá)拉特旗樹林召鎮(zhèn)（40.49°N，109.87°E）。采樣點位于黃河南岸灌區(qū)，屬于溫帶大陸性氣候，年均氣溫為5.3～8.7 ℃，年降水量為200～400 mm，全年降水集中在7—9月，年平均蒸發(fā)量為2 000～2 400 mm。該地區(qū)主要種植玉米、馬鈴薯、大豆、向日葵等作物，但原生鹽堿化和次生鹽堿化危害嚴(yán)重。鹽土類型主要以蘇打鹽土為主，地表常有白色鹽霜，土壤濕時膨脹，干時易板結(jié)，結(jié)構(gòu)差。采用五點取樣法采集0～20 cm 土壤樣品，于室內(nèi)去除碎石子和枯枝落葉，風(fēng)干后過2 mm篩，測定土壤理化性質(zhì)。供試土壤的pH值為7.82，電導(dǎo)率為1.55 mS·cm-1，水溶性總鹽為4.92 g·kg-1，鈉吸附比為4.25，水溶性K+含量為448.78 mg·kg-1、Na+含量為2 249.82 mg·kg-1、Ca2+ 含量為651.18 mg·kg-1、Mg2+含量為469.47 mg·kg-1，有機碳含量為11.02 g·kg-1。采用國際制計算土壤機械組成，其中砂粒占比為44.84%、粉粒為20.43%、黏粒為34.73%。

有機物料分別為玉米秸稈、牛糞以及玉米秸稈生物質(zhì)炭。其中玉米秸稈由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊實驗站收獲風(fēng)干后得到；風(fēng)干牛糞收集自山東省東營市墾利區(qū)墾利良種場；生物炭購自南京勤豐眾成生物質(zhì)新材料有限公司，為玉米秸稈在450 ℃下無氧熱解制成，無改性。其基本性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設(shè)計及指標(biāo)測定

1.2.1 試驗設(shè)計

本研究選取不同有機物料（玉米秸稈、風(fēng)干牛糞、生物炭），設(shè)置對照（CK）、添加土壤干質(zhì)量3%玉米秸稈（W1）、添加土壤干質(zhì)量2%玉米秸稈配施1%風(fēng)干牛糞（W2）、添加土壤干質(zhì)量2%玉米秸稈配施1%生物炭（W3）共4個處理。土壤培養(yǎng)開始前，將玉米秸稈剪切粉碎，混合均勻后過2 mm篩；牛糞磨碎后過2mm 篩；生物炭為粉末狀，粒徑lt;0.75 mm。稱量供試土壤干質(zhì)量1.5 kg與有機物料充分混合均勻后，裝入花盆（上口徑13.5 cm，下口徑10.5 cm，高度13.0 cm，底部鋪無紡布防止土壤流失）中，加水至土壤田間持水量的70%，于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室大棚進(jìn)行為期90 d的土壤培養(yǎng)試驗，每日采用測定質(zhì)量法加水以維持盆內(nèi)土壤含水量。各處理重復(fù)3次。

1.2.2 指標(biāo)測定

土壤pH和EC采用土水質(zhì)量比1∶5測定；土壤全碳、有機碳、全氮含量采用碳氮元素分析儀（FlashEA1112，Thermo Fisher，美國）測定；土壤各粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量使用Le Bissonnais濕篩法測定，套篩孔徑分別為2、1、0.5、0.25、0.1 mm和0.053 mm。

采用離心機法測定土壤水分特征曲線及收縮性。通過將一定轉(zhuǎn)速下的離心力場勢能換算成對應(yīng)重力場的水勢，利用設(shè)定的轉(zhuǎn)速和收縮量計算出對應(yīng)的土壤負(fù)壓，從而測定出水分特征曲線[12]。使用高5.01cm、截面半徑2.49 cm 的環(huán)刀采集培養(yǎng)后的原狀土壤，置于盆中緩慢加水至環(huán)刀高四分之三處，靜置12 h，稱量質(zhì)量以計算其飽和含水率。設(shè)定離心溫度為20 ℃，離心轉(zhuǎn)速為0、300、600、1 000、1 500、2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、7 000 r·min-1 和8 000 r·min-1，依次離心，每個轉(zhuǎn)速下的離心平衡時間均為2h。測定前，啟動離心機（HITACHI，GIII系列，R11D2型號，日本）運轉(zhuǎn)60 min，以使旋轉(zhuǎn)室的平衡溫度達(dá)到20 ℃。測定每個壓力平衡下的土樣質(zhì)量，以計算每個壓力平衡下的土壤體積含水率；用游標(biāo)卡尺測量每個轉(zhuǎn)速下土面到離心杯頂部的高度，以計算對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的土壤吸力以及收縮特性。離心結(jié)束后將環(huán)刀置于105 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，稱量烘干土總質(zhì)量，并測定烘干后土面到離心杯頂部的高度。每個處理3次重復(fù)。

1.3 計算方法

（1）土壤幾何平均直徑（Geometric Mean Diameter，GMD）

本研究使用大于0.25 mm 的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（WR0.25）表征培養(yǎng)后土壤團(tuán)聚體數(shù)量變化，選用幾何平均直徑（GMD）表征土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性特征。計算公式分別為：

（2）土壤水分特征曲線（Soil Water CharacteristicCurve，SWCC）

使用van Genuchten（VG）模型對土壤含水率與土壤水吸力的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合公式如下[13]：

（3）土壤水吸力

離心機法測定的土壤水吸力可根據(jù)角速度與離心半徑確定?？紤]收縮量的修正公式[14]如下：

（4）土壤當(dāng)量孔徑

在非飽和系統(tǒng)中，土壤水吸力（h）主要是土壤中某一范圍孔徑的毛管作用的結(jié)果，因此，土壤水分特征曲線可以間接反映土壤中孔隙大小和分布情況。若將土壤中孔隙設(shè)想為各種孔徑的圓形毛管，則當(dāng)量孔徑與土壤水吸力的關(guān)系為：D = 4σ·h?1。其中σ 為水表面張力系數(shù)，常溫下為7.5×10-4 N·cm-1，計算得到的毛管孔徑（D）為當(dāng)量孔徑。若當(dāng)量孔徑的單位以mm 計，則當(dāng)量孔徑D（mm）和吸力h（cm）的關(guān)系為：

（5）土壤收縮曲線（Soil Shrinkage Curve，SSC）

土壤收縮能夠反映土壤抗壓能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。前人將土壤收縮曲線劃分為四個階段：結(jié)構(gòu)收縮段、比例收縮段、殘余收縮段以及零收縮段[15]，并常用孔隙比與濕度比[16-17]或比容積與質(zhì)量含水量[18-19]兩種方式進(jìn)行表征，均反映了土壤體積與含水量間的關(guān)系。由于孔隙比和濕度比的分母恒定，均為固體顆粒的體積，因此，兩者均不隨土壤容重變化而變化，這意味著不同類型孔隙（如結(jié)構(gòu)孔隙、質(zhì)地孔隙等）的孔隙比可以進(jìn)行比較[20]。因此本研究采用孔隙比和濕度比表征土壤收縮過程。

濕度比? 為單位體積固體（土壤顆粒）中的水體積，? = Vw /Vs。孔隙比e 為單位體積固體中總孔隙的體積，e = Vv /Vs。其中Vw 為水的體積，cm3；Vv 為總孔隙的體積，cm3；Vs 為土壤顆粒體積，cm3。

（6）收縮曲線模型

Kim 模型是Kim 等[21]于1992 年提出的土壤收縮模型，目前廣泛用于SWAP水分運移模型中，表達(dá)公式如下：

Peng 模型是Peng 等[22]于2005 年提出的收縮模型，并給出了收縮過程臨界值的計算方法，表達(dá)公式如下：

Three-line模型是McGarry等[23]于1987年提出的經(jīng)典收縮模型，表達(dá)公式如下：

ModGG 模型是Cornelis 等[24] 于2006 年基于Groenevelt and Grant模型提出的簡化公式，表達(dá)公式如下：

（7）土壤收縮率re

通過計算土壤收縮后沿土樣軸向的高度變化率，可以了解不同有機物料組合下土壤的孔隙和結(jié)構(gòu)狀況。其計算公式[18]如下：

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 24.0進(jìn)行Duncan 顯著性差異比較（Plt;0.05），采用Origin2020軟件繪圖；使用RETC軟件進(jìn)行VG模型擬合；使用Matlab 2020擬合收縮特征曲線模型。使用均方根誤差（Root Mean Square Error，RMSE）比較各處理實測值與模型擬合值的差異大小，以評估模型模擬效果。計算公式如下：

2 結(jié)果與討論

2.1 不同有機物料對鹽堿土壤團(tuán)聚體特性的影響

相較于CK 處理（表2），W1、W2 和W3 均顯著降低了土壤EC。其中W3降幅最大，這可能是由于配施的生物炭短期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，水穩(wěn)定條件下相較秸稈和牛糞分解釋放的陽基離子較少。W1、W2和W3的土壤全氮、全碳和有機碳含量增幅范圍分別為9.09%～27.27%、21.10%～35.64%、25.54%～64.64%，WR0.25 和GMD 增幅范圍分別達(dá)到50.00%～57.69%、64.86%～105.41%。其中，W1 顯著增大了GMD 和WR0.25，增幅分別為57.69%、105.41%，表明W1促進(jìn)了土壤團(tuán)聚，提高了團(tuán)聚體水穩(wěn)定性。這是因為玉米秸稈施入土壤后，增加了土壤中有機膠結(jié)物質(zhì)的含量，同時改變了土壤的疏松程度，增大了土壤孔隙度，從而促進(jìn)土壤水團(tuán)聚體的形成。W3顯著增加了土壤全碳和有機碳含量，且增幅最大。這歸因于生物炭自身含有豐富的碳和相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

2.2 不同有機物料對鹽堿土壤水分特征曲線的影響

土壤水分特征曲線能夠反映土壤的持水能力。在離心過程中土壤容重隨轉(zhuǎn)速增大而增加，考慮土壤容重變化所得的參數(shù)能夠更合理地描述土壤水分與吸力之間的關(guān)系[25]，因此本研究測定的水分特征曲線是容重變化下的水分特征曲線。計算體積含水率時，涉及到的土壤體積均采用離心平衡后的土壤體積。使用VG模型對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合參數(shù)結(jié)果見表3。各個處理的擬合優(yōu)度R2 均大于0.98，RMSE 均小于0.006，表明VG模型可較好地表征離心狀態(tài)下鹽堿土不同處理下水吸力與體積含水率間的關(guān)系。各處理飽和含水率和殘余含水率大小關(guān)系均為W1gt;W2gt;W3gt;CK。

不同有機物料處理下鹽堿土壤水分特征曲線如圖1所示。當(dāng)土壤水吸力hlt;100 cm時，各處理體積含水率大小分別為W1gt;W2gt;W3gt;CK，而當(dāng)100 cmlt;hlt;260 cm 時，各處理含水率大小分別為W1gt;W3gt;W2gt;CK；當(dāng)260 cmlt;hlt;4 300 cm 時，各處理含水率大小分別為W1≈W3gt;W2gt;CK。W1在低吸力段含水率較高，這一方面是由于秸稈自身的吸水性顯著高于牛糞和生物炭，另一方面，秸稈腐殖化形成的有機質(zhì)能通過膠結(jié)作用，聚集分散的土壤顆粒形成團(tuán)聚體，其表面對水分子的吸附能力更強。而相對于可降解的牛糞來說，生物炭的飽和持水能力較低，這可能是由于生物炭自身疏水性以及其粒徑分布的影響。Razzaghi等[26]指出生物炭能提高粗質(zhì)地土壤有效含水量，但向黏土中添加過量的生物炭可能會導(dǎo)致土壤水分有效性降低。而當(dāng)水吸力大于4 300 cm時，不同物料處理間對鹽堿土壤持水能力的增強無顯著差異。

根據(jù)測定得到的水分特征曲線計算出各處理的當(dāng)量孔隙分布曲線，將當(dāng)量孔徑分為lt;0.3（極微孔隙）、[0.3～5）（微孔隙）、[5～30）（小孔隙）、[30～75）μm（中等孔隙）以及≥75 μm（大孔隙）[27]。依據(jù)當(dāng)量孔徑的分級，將介于某一當(dāng)量孔徑間的土壤孔隙體積除以土壤總孔隙體積，從而得到不同處理的各當(dāng)量孔隙分布（圖2）。W1和W2顯著增加了土壤小孔隙和中等孔隙體積占比，其中小孔隙體積占比W1和W2相較CK分別增加24.97%、20.22%，中等孔隙體積占比W1和W2相較CK分別增加11.43%、23.32%，而微孔隙和極微孔隙體積占比W1和W2均顯著降低。W3則顯著降低了中等孔隙和大孔隙gt;30 μm體積占比，相較CK 降低49.55%，而極微孔隙（lt;0.3 μm）體積占比增加，相較CK 顯著增加5.12%。這是由于生物炭自身為多孔介質(zhì)，含有豐富的微孔隙；同時，生物炭顆粒會填充土壤中固有的較大孔隙，使得大孔隙變?yōu)槎鄠€微孔隙，因此，W3中大孔隙比例明顯下降而微孔隙占比增加。

2.3 不同收縮模型對鹽堿土壤的適應(yīng)性分析

土壤收縮曲線描述了土壤在脫水過程中體積的變化，反映了土壤含水量變化對土壤結(jié)構(gòu)的動態(tài)影響。使用Kim、Peng、ModGG及Three-line模型對鹽堿土離心狀態(tài)下的收縮過程進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖3 所示。Kim模型對于比例收縮段擬合較好，而對于結(jié)構(gòu)性收縮段擬合較差，RMSE 范圍為0.019～0.041。對于Three-line 模型，其在比例收縮段擬合較好，擬合獲得的孔隙比和實測計算得出的孔隙比相關(guān)性集中在1∶1 線附近，而在結(jié)構(gòu)收縮段，各處理的擬合孔隙比顯著高于實測孔隙比，各處理的RMSE 范圍為0.044～0.067。這是由于Three-line 模型假定土壤收縮過程臨界點突變，使用分段直線分階段擬合，忽略了土壤收縮過程中的過渡階段，而Groenevelt等[28]、Chertkov[15]的研究均表明土壤收縮并非突變過程。Peng模型下，鹽堿土壤各處理的擬合相關(guān)系數(shù)R2均大于0.98，RMSE 范圍為0.007～0.011。ModGG 模型下，各處理的擬合相關(guān)系數(shù)R2 均大于0.99，RMSE 范圍為0.004～0.012。

對比（圖3）發(fā)現(xiàn)，相較Kim 和Three-line 模型，Peng和ModGG模型均擬合較好，R2均大于0.98，結(jié)構(gòu)收縮段和比例收縮段的擬合孔隙比與實測孔隙比均緊貼在1∶1線上。但是相比Peng模型，利用ModGG模型擬合曲線所得到的R2值更穩(wěn)定。通過對比擬合模型公式可發(fā)現(xiàn)，ModGG模型為全階段擬合，擬合較為方便。

2.4 不同有機物料對鹽堿土壤收縮曲線的影響

根據(jù)模型適應(yīng)性分析，本研究選用ModGG 模型對不同有機物料組合下的土壤收縮過程進(jìn)行擬合比較。不同有機物料組合下的擬合參數(shù)如表4所示，各處理R2均大于0.99，RMSE 均小于0.014，表明ModGG模型能夠較好地擬合不同處理下的土壤收縮曲線。各處理的最小孔隙比e0 大小依次為W1gt;W3gt;W2gt;CK。各處理飽和孔隙比es 與飽和濕度比?s 依次均為W1gt;W2gt;W3gt;CK，這與各處理飽和體積含水率大小關(guān)系一致（表3）。飽和孔隙比es 與飽和濕度比?s 大小相等，這是由于飽和狀態(tài)下土壤非封閉孔隙均被水分填充，此時的有效孔隙體積即為水體積。

不同處理下鹽堿土壤的收縮曲線如圖4所示，各處理的孔隙比均隨著濕度比的增加而增加后趨于平緩。相較CK，添加物料處理均出現(xiàn)了明顯的結(jié)構(gòu)收縮段，其中W1增加最顯著。這表明W1明顯改善了土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，增大了土壤孔隙體積。這是因為在脫水初期，土壤中的大孔隙首先排水，空氣開始進(jìn)入這些較大孔隙，而團(tuán)聚體土壤自身穩(wěn)定性會使得土壤體積變化小于水體積變化，而在結(jié)構(gòu)差的土壤中，該階段不明顯，甚至不存在[29]。收縮曲線相對位置的變化歸因于物料對土壤孔隙體積和飽和含水率大小的影響。當(dāng)濕度比大于0.58 cm3·cm-3時，各處理孔隙比大小依次為W1gt;W2gt;W3gt;CK，這與不同物料組合在低吸力段的體積含水率大小關(guān)系一致（圖1），這表明土壤在結(jié)構(gòu)收縮段的變化可能與土壤飽和含水率有關(guān)。因為添加的物料提高了鹽堿土壤的飽和含水率，即提高了土壤孔隙體積；同時，GMD 也表明，物料添加提高了土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性，在低離心力下團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強，能夠抵抗離心力作用，從而使得土壤在脫水的同時體積變化較小。

2.5 不同有機物料對鹽堿土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

土壤收縮過程可以反映土壤孔隙結(jié)構(gòu)的力穩(wěn)定性。自然狀態(tài)下的土壤干燥收縮是由基質(zhì)吸力和水應(yīng)力驅(qū)動產(chǎn)生，而在離心過程中土壤的收縮由土壤水分的范德華力、土壤顆粒的自身重力及離心力共同作用導(dǎo)致。自然狀態(tài)下的土壤線性延伸系數(shù)一般小于1[17，30]，而本研究離心狀態(tài)下各處理的收縮率遠(yuǎn)大于1，這說明離心過程中的土壤收縮取決于離心力。在離心過程中，隨著轉(zhuǎn)速的增加，離心作用逐漸增強，土壤中的水分和孔隙體積逐漸減少。因此，本研究中土壤收縮可以理解為外部機械力作用的壓實。

由圖5可知，離心過程中土樣沿著軸向收縮，隨著離心力的增加，土壤收縮率趨于穩(wěn)定。其中，W3在不同轉(zhuǎn)速下的收縮率均最低，而W1、W2與CK相近，8 000 r·min-1 轉(zhuǎn)速對應(yīng)水吸力下，W1、W2 的Re 相較CK分別提高7.32%、9.76%，W3相較CK降低19.11%。這表明W3抵抗離心坍塌作用較強，而W1和W2抗壓實性相對CK略低。通過對比不同處理的孔隙分布發(fā)現(xiàn)（圖2），W1和W2顯著增加了土壤大孔隙（gt;75 μm）和中等孔隙（30～75 μm）體積占比，并與CK 差異較小，而W3土壤中大孔隙和中等孔隙比例較小。這說明土壤體積的收縮主要來源于gt;30 μm孔隙體積的變化。Peng等[31]的研究也表明在土壤壓實收縮過程中，土壤體積的變化主要由土壤中結(jié)構(gòu)性大孔隙減少引起。生物炭顆粒相對穩(wěn)定，添加生物炭如同外源補充土壤顆粒，增強了土壤的抗壓實能力，從而提高了土壤自身結(jié)構(gòu)的力穩(wěn)定性。無論是牛糞還是秸稈，其自身以及分解產(chǎn)生的腐殖物質(zhì)抗壓能力相對較弱，面對離心力的收縮作用，仍主要依靠土壤固體顆粒保持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在高吸力段，W1和W2收縮率較高，這是由于秸稈和牛糞分解產(chǎn)生的有機黏結(jié)物能夠促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，有助于土壤孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育，而高孔隙率也會使得土壤收縮性增強。整體來看，雖然W1和W2增加了土壤團(tuán)聚體數(shù)量，提高了團(tuán)聚體水穩(wěn)定性，但是產(chǎn)生的團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性仍然較弱，面對較強的外力作用，團(tuán)聚體孔隙結(jié)構(gòu)容易坍塌。

3 結(jié)論

（1）不同有機物料添加均降低了土壤電導(dǎo)率，增加了土壤全氮、全碳和有機碳含量，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體形成，提高了土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性。3%秸稈處理的gt;0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和幾何平均直徑增幅最大，2%秸稈配施1%牛糞處理的全氮增幅最大，2%秸稈配施1%生物炭處理的全碳和有機碳增幅最大。

（2）不同有機物料添加增強了鹽堿土壤的持水性，但在不同吸力段的表現(xiàn)存在差異，且差異主要體現(xiàn)在低、中吸力段，而當(dāng)水吸力大于4 300 cm時持水能力相近。物料組合也改變了土壤孔隙分布狀況。3% 秸稈和2% 秸稈配施1% 牛糞處理顯著增加了土壤小孔隙和中等孔隙的比例，而2% 秸稈配施1% 生物炭處理增加了土壤極微孔隙和微孔隙的體積占比。

（3）不同物料組合提高了鹽堿土壤收縮過程中結(jié)構(gòu)收縮段的比例，增大了土壤孔隙體積。比較發(fā)現(xiàn)，土壤在結(jié)構(gòu)收縮段的變化與土壤飽和含水率以及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性有關(guān)，而土壤體積的收縮與土壤gt;30 μm孔隙體積變化有關(guān)。3%秸稈和2%秸稈配施1%牛糞處理的抗壓實能力略低于對照，而2%秸稈配施1%生物炭處理抗壓能力較強。

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