馮 珍，董莉麗*，胡 丹 (咸陽師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，陜西咸陽712000)

土壤是地球表層最大的有機(jī)碳庫，在全球碳循環(huán)中起著關(guān)鍵作用［1］。土地利用方式影響土壤的功能和性質(zhì)，能增加或降低土壤碳的數(shù)量，并且改變微生物多樣性，使得土壤成為碳的源或匯，從而影響大氣中CO2濃度。自1950年以來，各級政府開展了大量的退耕還林等生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作。研究退耕還林對土壤碳固定及其養(yǎng)分和水穩(wěn)性的影響，不僅可以豐富土壤科學(xué)的研究內(nèi)容，而且可以評價退耕還林工程在提高土壤質(zhì)量、增加水分入滲、減少土壤流失等方面產(chǎn)生的效益。

土壤質(zhì)量是與土壤的各種形成因素及土壤耕作引起的動態(tài)變化有關(guān)的一種固有的土壤屬性［2］。土壤有機(jī)質(zhì)對土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和土壤養(yǎng)分狀況有多重影響，對土壤資源的可持續(xù)利用非常重要［3］。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量的核心，也是土壤團(tuán)聚體與土壤功能體現(xiàn)的基礎(chǔ)［4］。土壤團(tuán)聚體的組成及其基本特征是決定土壤侵蝕、壓實(shí)、板結(jié)等物理過程與作用的關(guān)鍵指標(biāo)之一，是土壤肥力的基礎(chǔ)，也是評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)［5］。穩(wěn)定性土壤團(tuán)聚體可維持較好的土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善土壤通氣性，增加水分入滲，減少地表徑流與侵蝕［6］。土壤團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳穩(wěn)定和保護(hù)的載體。土壤有機(jī)碳的固定效應(yīng)與團(tuán)聚體的保護(hù)機(jī)制密切相關(guān)，因而有關(guān)不同土地利用方式對有機(jī)碳在土壤團(tuán)聚體中的分布及其變化的影響研究備受關(guān)注［4］。董莉麗等［7－8］研究退耕還林工程對土壤有機(jī)質(zhì)和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響及水穩(wěn)性團(tuán)聚體不同粒級土壤有機(jī)質(zhì)含量。馬瑞萍等［9］研究認(rèn)為，土壤有機(jī)碳含量和酶活性在團(tuán)聚體間均表現(xiàn)為隨團(tuán)聚體粒級的增大而增大或先增大再減少的趨勢，并且認(rèn)為土壤微團(tuán)聚體中有機(jī)碳主要以腐殖質(zhì)碳的形態(tài)存在。而周純亮等［4］研究認(rèn)為，各森林類型同土層不同粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量隨粒徑大小變化，團(tuán)聚體粒徑越小，有機(jī)碳含量越高?？梢?，土壤有機(jī)質(zhì)在不同粒級團(tuán)聚體中的變化規(guī)律還不明確。筆者測定了長武縣馬坊村6塊樣地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量，并且計算了水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)及不同樣地和不同粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)和速效磷的含量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 研究區(qū)位于陜西省咸陽市長武縣馬坊村，氣候類型屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年均氣溫9.1℃，無霜期171 d，多年平均降水量584 mm，春季少雨，夏季多雨，主要集中在7～9月，土壤類型為黑壚土［10］。該次野外調(diào)查共選取6個樣地，包括栽種15、25年的刺槐(Robinia pesudoacacia)林地、25年的核桃(Juglansregia)林地及10、1年的自然撂荒地，并且以農(nóng)用地為對照。

1.2 采樣及測定方法 土壤樣品的采集、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的測定方法見參考文獻(xiàn)［7］;土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法);速效磷含量的測定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提比色法。所用試劑及測定步驟見參考文獻(xiàn)［11］。

1.3 計算方法 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑的計算方法見參考文獻(xiàn)［12］。

2 結(jié)果與分析

2.1 退耕還林對土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性的影響 由圖1可知，不同粒級土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚百分含量在不同樣地差異較大。農(nóng)地土壤團(tuán)聚體在快速濕潤后，大部分被分散為小團(tuán)聚體，＜0.10 mm團(tuán)聚體為66.10%，說明農(nóng)地土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性差［7］。農(nóng)地退耕后，＞2.00 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量具有不同程度的增加，在25年刺槐林地、25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地分別為7.71%、44.61%、12.03%、9.65%，相對農(nóng)地分別增加了 31.59%、651.88%、105.31%和64.66%。

圖1 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級分布

平均質(zhì)量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)是反映土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。MWD和GMD作為土壤團(tuán)聚體狀況的綜合評價指標(biāo)已被廣泛使用［13］。MWD和GMD越大，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越大，土壤抗侵蝕能力越強(qiáng)。由圖2可知，MWD在25年核桃林地最大，為1.85 mm，是農(nóng)地的5.60倍，在農(nóng)地和 1 年荒地中最小，分別為 0.33 和 0.32。MWD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中分別為0.67、0.68 和 0.55 mm，相對農(nóng)地分別增加了 103.03%、106.06%和66.67%。GMD在25年核桃林地中最大，為0.78 mm，是農(nóng)地的8.67倍，在農(nóng)地和1年荒地中最小，分別為0.09和0.10 mm。GMD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10 年荒地中分別為0.23、0.17 和 0.15 mm，相對農(nóng)地分別增加了155.56%、88.89%和66.67%?？梢?，退耕還林還草使得土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性提高，進(jìn)而提高了土壤的抗蝕性，并且恢復(fù)時間越長，土壤抗侵蝕能力越強(qiáng)［14］。

2.2 退耕還林對土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量的影響 由圖3可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量在25年刺槐林地中最高，為52.65 mg/kg，是農(nóng)地的4.82倍;在25年核桃林地中較高，為35.63 mg/kg，是農(nóng)地的3.26倍;在15年刺槐林地、10年荒地和1年荒地次之，分別是農(nóng)地的2.97、2.24 和1.28 倍;在農(nóng)地最小，為10.92 mg/kg?？梢?，通過退耕還林，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高。表層土壤速效磷含量在25年刺槐林地中最高，為29.84 mg/kg，在15年刺槐林地中最低，為5.48 mg/kg;而1年荒地和農(nóng)地土壤速效磷含量較高，僅次于25年刺槐林地的。

圖2 不同樣地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑

圖3 土壤有機(jī)質(zhì)與速效磷含量

圖4 不同粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體中土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量

2.3 不同粒級團(tuán)聚體土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量 水穩(wěn)性團(tuán)聚體不同粒級土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量見圖4。不同粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)含量與速效磷含量和粒級之間的關(guān)系可分別利用函數(shù) y=0.371 4x3－5.176 9x2+16.864x+19.248和 y= －0.747 4x2+5.202 6x+10.867 進(jìn)行很好地擬合。由圖4可知，粒級＜0.05 mm的土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)含量最小，為11.24 mg/kg;粒級為 0.05 ～0.10、0.10 ～0.20 和0.20～0.50 mm的土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量依次增加，分別為13.88、20.34 和27.80 mg/kg;0.50 ～0.10 mm 土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量最高，為34.61 mg/kg。土壤速效磷在各粒級含量的變化規(guī)律與有機(jī)質(zhì)基本相同。粒級＜0.05 mm的土壤團(tuán)聚體中速效磷含量最小，為11.83 mg/kg;粒級為0.05～0.10、0.10 ～0.20 和0.20 ～0.50 mm 的土壤團(tuán)聚體速效磷含量依次增加，分別為13.13、17.60 和 21.82 mg/kg;粒級 0.50～1.00 mm土壤團(tuán)聚體中含量較大，為19.58 mg/kg?？梢姡寥烙袡C(jī)質(zhì)和速效磷含量主要分布在較大粒級的水穩(wěn)性團(tuán)聚體土壤中，并且隨著粒級由小變大，二者先增大再略微減少。

3 結(jié)論與討論

研究表明，＞2.00 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體百分含量及其平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑在25年核桃林地最大，在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中次之，在1年荒地和農(nóng)地中最小。可見，相對農(nóng)用地，幾種人工林地和多年撂荒地土壤團(tuán)聚體更加穩(wěn)定，土壤吸持水分和抗侵蝕的能力更強(qiáng)。農(nóng)地退耕后，小粒級團(tuán)聚體向大粒級團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化。土壤有機(jī)質(zhì)含量在25年刺槐林地中最大，在農(nóng)地最小。這主要是由于地上植物的枯枝落葉是土壤有機(jī)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(jī)碳含量［9］。而農(nóng)地耕種、除草、施肥、收獲等人為干擾頻繁，導(dǎo)致地表植被、凋落物數(shù)量少。一方面，有機(jī)質(zhì)的歸還量減少;另一方面，加速土壤有機(jī)碳的分解，最終使得土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，進(jìn)而影響土壤中團(tuán)聚體的穩(wěn)定性?？梢?，有機(jī)質(zhì)分解加快或補(bǔ)充減少是導(dǎo)致團(tuán)聚體穩(wěn)定性下降和水穩(wěn)定團(tuán)聚體減少的主要原因［4］。土壤速效磷含量在25年刺槐林地中最大，而在農(nóng)地和1年荒地中大于25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地。這主要與農(nóng)地使用磷肥有關(guān)。周純亮等［4］認(rèn)為，不同森林類型下各層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大致呈“V”字形分布，從 ＞5.00 mm 至 0.25～0.50 mm，團(tuán)聚體粒徑越小，有機(jī)碳含量越高。李娟等［15］研究認(rèn)為，隨團(tuán)聚體粒徑的降低，各土地利用方式下團(tuán)聚體活性有機(jī)碳含量呈現(xiàn)“W”形分布，以2.00 ～1.00 mm 和0.50 ～0.25 mm 團(tuán)聚體最低。而研究中，粒級＜0.05 mm的土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)和速效磷含量最小，分別為11.24 和11.83 mg/kg。0.50 ～0.10 mm 土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量最高，為34.61 mg/kg。0.20 ～0.50 mm 土壤團(tuán)聚體速效磷含量最高，為21.82 mg/kg?？梢姡煌＜増F(tuán)聚體對有機(jī)碳累積的影響研究所得結(jié)論不一致。這可能與土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的測定方法及粒徑分級不同有關(guān)。

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