李占宏(包頭師范學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

毛烏素沙地地表土團(tuán)聚體賦存狀況

李占宏
(包頭師范學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

研究土壤團(tuán)聚體的賦存狀況對(duì)于土地利用與恢復(fù)以及防控土壤風(fēng)蝕沙化具有重要意義。在野外采樣的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)毛烏素沙地不同生境下表土土壤團(tuán)聚體的性狀及其與土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該區(qū)土壤團(tuán)聚體組成總體上以0.25～0.50 mm的微團(tuán)聚體為主；不同土層深度土壤團(tuán)聚體含量存在差異，表土團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為0 cm>10 cm>20 cm；不同生境條件下土壤團(tuán)聚體含量也存在差異，其中楊樹(Populus)林地和拂子茅(Calamagrostisepigeios)草地表層土(0 cm)中>1 mm粒徑的土壤干篩團(tuán)聚體含量較高，分別達(dá)到4.27%和3.55%；總體而言，由于毛烏素沙地環(huán)境條件中水分的短缺，土壤團(tuán)聚體發(fā)育緩慢且穩(wěn)定性較差；土壤團(tuán)聚體在有植被保護(hù)或恢復(fù)較好區(qū)域正在逐漸優(yōu)化。有機(jī)質(zhì)是影響團(tuán)聚體賦存和穩(wěn)定性的重要因素。

團(tuán)聚體;穩(wěn)定性；土壤；有機(jī)質(zhì)；風(fēng)蝕；土壤質(zhì)量；毛烏素沙地

土壤團(tuán)聚體由無機(jī)物和有機(jī)物膠結(jié)而成,其數(shù)量和質(zhì)量決定土壤的性質(zhì)和肥力[1]。團(tuán)聚體和有機(jī)質(zhì)是保持土壤結(jié)構(gòu)和肥力的基礎(chǔ),二者相互作用,不可分割,前者是后者存在的場(chǎng)所,后者是前者存在的膠結(jié)物質(zhì)[2]。干旱、半干旱地區(qū)嚴(yán)酷的自然環(huán)境導(dǎo)致土壤發(fā)育相對(duì)緩慢，已有的關(guān)于土壤結(jié)構(gòu)體的研究大多集中在條件較好的森林土壤。目前，在風(fēng)蝕沙化區(qū)進(jìn)行的土壤結(jié)構(gòu)體的形成和穩(wěn)定性研究較少，針對(duì)風(fēng)蝕沙化區(qū)土壤結(jié)構(gòu)的研究主要有定性意義上的土壤風(fēng)蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞、正向保護(hù)沙化土地措施(如退耕、圍封、植樹種草等)實(shí)施后結(jié)構(gòu)的改善和恢復(fù)[3-4]；定量意義上的加入外部改良物質(zhì)(如保水劑、腐質(zhì)酸、粉煤灰、有機(jī)物料等)后土壤結(jié)構(gòu)的變化[5-8]；不同土地利用方式對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響[9-11]。另外在沙化區(qū)土壤結(jié)構(gòu)體較多的研究主要集中于土壤結(jié)皮的研究上[12-15]。

毛烏素沙地地處季風(fēng)氣候的尾閭區(qū)，沙化土地面積較大，生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候干旱，是我國(guó)風(fēng)蝕和沙漠化較為嚴(yán)重的地區(qū)之一。在風(fēng)蝕沙化背景下，風(fēng)力作用對(duì)表土的吹蝕過程就是使表土結(jié)構(gòu)劣化的過程，因此，研究土壤團(tuán)聚體的賦存及其相關(guān)影響因子，對(duì)了解土壤風(fēng)蝕機(jī)制，探討土壤結(jié)構(gòu)退化原因，尋求調(diào)控土壤質(zhì)量途徑等方面具有重要的理論和實(shí)踐意義。本研究對(duì)毛烏素沙地不同生境下表土土壤團(tuán)聚體的賦存及與土壤有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)性進(jìn)行了分析，以期對(duì)毛烏素沙地土壤團(tuán)聚體抗蝕性機(jī)理的研究有所助益。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于毛烏素沙地腹地，行政區(qū)劃隸屬內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗,地理位置為108°17′36″-109°40′22″ E，37°38′54″-39°23′50″ N，海拔為1 300～1 400 m。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均溫6.8 ℃，全年日照2 800～3 000 h，≥10 ℃的有效積溫2 800～3 000 ℃·d，年降水量350～400 mm，年蒸發(fā)量2 200～2 800 mm，年平均風(fēng)速3.4 m·s-1，大風(fēng)揚(yáng)沙天數(shù)40～50 d,且多集中在冬春季節(jié)。研究區(qū)內(nèi)有波狀高原、梁地、內(nèi)陸湖淖、灘地(沖積湖積平原)、流動(dòng)與半流動(dòng)沙丘、固定沙地、黃土梁和河谷地共8種地類。地形分布特點(diǎn)為大部分地處“梁地、灘地、沙地”相間。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集 在毛烏素沙地烏審旗境內(nèi)分別在固定沙丘的4個(gè)不同地貌部位按照對(duì)角線法對(duì)表層土壤進(jìn)行采樣，同時(shí)在沙柳(Salixcheilophila)林、羊柴(Hedysarumlaeve)林、楊樹(Populus)林、拂子茅(Calamagrostisepigeios)草地以及荒草叢間5種典型樣地植物根部的表層土壤進(jìn)行采樣，采樣點(diǎn)環(huán)境情況見表1。每種類型的土樣采集在垂直方向按照0、10、20 cm土層，同深度對(duì)應(yīng)五點(diǎn)混合的方式采集。所取土壤樣品剔除雜物后按照四分法保留一份，在4 ℃條件下貯存帶回實(shí)驗(yàn)室，用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定用。

1.2.2 土樣測(cè)定 土壤團(tuán)聚體的分析采用干篩和濕篩兩種方法[16]，分別稱取每種樣地類型土樣各50 g，通過干篩、濕篩后測(cè)定土壤各粒徑團(tuán)聚體的含量。土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析 計(jì)算平均重量直徑[17](MWD)用以表示團(tuán)聚體穩(wěn)定性：

式中:Xi為某級(jí)團(tuán)聚體的平均直徑，Wi為對(duì)應(yīng)于Xi的團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

團(tuán)聚體破壞率[15]為：

團(tuán)聚體破壞率=(R-l)/R×100%。

式中：R和l分別表示粒徑>0.25mm土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

采用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)不同深度下土壤干篩、濕篩平均重量直徑和團(tuán)聚體破壞率與有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團(tuán)聚體組成特征

2.1.1 土壤團(tuán)聚體組成總體特征 研究區(qū)各樣地土層>0.25mm干篩團(tuán)聚體含量具有明顯差異(表2)。>0.25mm干篩團(tuán)聚體的平均含量為44.74%。其中，干篩團(tuán)聚體組成以0.25～0.50mm的小粒徑干篩團(tuán)聚體比重最高，其平均含量為40.8%。0.5～1.0mm的干篩團(tuán)聚體平均含量為3.43%，>1mm干篩團(tuán)聚體的平均含量為0.49%，沙丘背風(fēng)坡的土樣中甚至不含有>1mm干篩團(tuán)聚體。土樣經(jīng)泡水濕篩后, 各樣地土層>0.25mm的團(tuán)聚體平均含量為43.67%，沒有明顯減少。>1mm團(tuán)聚體平均含量為0.13%，沙丘間地和沙丘丘頂?shù)韧翗?1mm的濕篩團(tuán)聚體甚至完全消失；0.5～1.0mm團(tuán)聚體平均含量也大幅減少為2.24%,0.25～0.50mm團(tuán)聚體平均含量41.29%，略有增加。說明毛烏素沙地的土壤以0.25～0.50mm小粒徑的團(tuán)聚體為主。

2.1.2 土壤團(tuán)聚體含量的分異 通過對(duì)土樣中0、10、20cm的各剖面中團(tuán)聚體含量進(jìn)行測(cè)定，>0.25mm粒徑的土壤團(tuán)聚體中，0cm土層剖面處>1mm和0.5～1.0mm粒徑的土壤團(tuán)聚體平均含量較高，而20cm土層剖面處，除沙丘迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡0.25～0.50mm粒徑的土壤團(tuán)聚體平均含量最高(表2)。另外，不同的地表特征下大粒徑團(tuán)聚體含量也不相同，其中拂子茅草地、楊柳間地的0cm土層粒徑>1mm的土壤干篩團(tuán)聚體含量較高，分別達(dá)到4.27%和3.55%。不同生境對(duì)于表土中大粒徑團(tuán)聚體含量影響較大，其它樣地中0cm處粒徑>1mm的土壤團(tuán)聚體的平均含量為0.62%。

表1 采樣點(diǎn)環(huán)境情況表Table 1 Description and environmental characteristics of sampled sites

續(xù)表1

表2 毛烏素沙地剖面土壤團(tuán)聚體(%)組成Table 2 Analysis of the cross-section of aggregates(%) in Mu Us Sandland

注:“/”后為濕篩后的各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量,“/”前為干篩團(tuán)聚體含量。

Note: After “/” indicates wet sieve, befor “/” indicates dry sieve.

表3 毛烏素沙地不同深度土壤團(tuán)聚體(MWD)分析數(shù)據(jù)表Table 3 Analysis of aggregates (MWD) at different depths in Mu Us Sandland

2.1.3 土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性分異 在濕篩情況下的MWD值無論是單個(gè)樣地不同深度間還是不同樣地間總體上不存在大的變異情況，其值介于0.38～0.50 mm(表3)。而在干篩情況下，同一樣地表層的MWD值較大，不同樣地間也存在較大的變異，尤其是沙丘迎風(fēng)坡、楊柳間地、拂子毛草地3類樣地MWD值明顯大于其它樣地。對(duì)比干濕篩MWD值，會(huì)發(fā)現(xiàn)干篩團(tuán)聚體的MWD值表層與下層間和樣地類型間均有分異，而濕篩團(tuán)聚體的MWD值幾乎不存在分化，說明該區(qū)團(tuán)聚體發(fā)育并不充分，只存在以細(xì)砂粒級(jí)為基礎(chǔ)的初級(jí)微團(tuán)聚體發(fā)育，團(tuán)聚體穩(wěn)定性較差。

泡水濕篩后, 各剖面>1 mm和0.5～1.0 mm粒徑的團(tuán)聚體含量均明顯減少(表1)。結(jié)果表明(表2)，0 cm土層土壤的團(tuán)聚體破壞率最大，其次為10和20 cm。說明在毛烏素沙地不同地表特征的表土中，均表現(xiàn)為隨著深度的增加，土壤中大粒徑土壤團(tuán)聚體的含量減少。從團(tuán)聚體破壞率數(shù)據(jù)來看，整體破壞率較小，說明采樣區(qū)土體中團(tuán)聚體以微團(tuán)聚體為主。從垂直變異看，表層破壞率最大。而部分采樣環(huán)境下上下變異較小，受植被保護(hù)或恢復(fù)較好的類型，上下變異大，說明土壤結(jié)構(gòu)體在植被保護(hù)或恢復(fù)較好區(qū)域正在逐漸優(yōu)化。

2.2 有機(jī)質(zhì)含量的差異

分別對(duì)各樣地0、10、20 cm剖面處土壤有機(jī)質(zhì)的含量進(jìn)行比較分析(表3)，其中0 cm處土層中有機(jī)質(zhì)含量最高，9個(gè)樣地0 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為3.57 g·kg-1，10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.16 g·kg-1，20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為0.92 g·kg-1，土壤有機(jī)質(zhì)的含量均隨土層深度增加依次降低。9個(gè)樣地中,處于丘間低地草甸背景中的楊柳間地的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，其它樣地中有機(jī)質(zhì)含量均較低。

2.3 土壤團(tuán)聚體特征值間的相關(guān)分析

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)毛烏素沙地不同土層深度的土壤團(tuán)聚體干濕篩團(tuán)聚體MWD值、土壤團(tuán)聚體破壞率和有機(jī)質(zhì)含量做相關(guān)性分析。結(jié)果顯示，0 cm干篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.945，與土壤團(tuán)聚體破壞率間的相關(guān)系數(shù)為0.940，與兩者間均達(dá)到顯著相關(guān)(P<0.05)。濕篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.206，與土壤團(tuán)聚體破壞率間的相關(guān)系數(shù)為0.415，表現(xiàn)出與有機(jī)質(zhì)含量和團(tuán)聚體破壞率相關(guān)不顯著(P>0.05)。10 cm干篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.123，土壤團(tuán)聚體破壞率與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.534，濕篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.493，20 cm干篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.573，土壤團(tuán)聚體破壞率與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.274，濕篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為0.228，均未達(dá)到顯著相關(guān)。綜上分析，有機(jī)質(zhì)含量與干篩團(tuán)聚體及團(tuán)聚體破壞率之間均只在表層存在顯著相關(guān)性，結(jié)合有機(jī)質(zhì)含量的表聚性，說明有機(jī)質(zhì)是影響團(tuán)聚體賦存和穩(wěn)定性的重要因素。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量與濕篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值不存在顯著相關(guān)性，說明該區(qū)團(tuán)聚體發(fā)育處于低級(jí)水平,有機(jī)成分含量少且并未分化出具有高度水穩(wěn)性和粘結(jié)力的腐殖質(zhì)，這與區(qū)域干旱環(huán)境存在極大的關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

風(fēng)蝕和干旱環(huán)境是研究區(qū)表土結(jié)構(gòu)體賦存及發(fā)展演化的背景基礎(chǔ)和重要制約條件。土壤團(tuán)聚作用就是不同大小的單粒、復(fù)粒被不同的有機(jī)物、無機(jī)物膠結(jié)的過程, 通常認(rèn)為膠結(jié)物質(zhì)有無機(jī)膠體和有機(jī)膠體[18]。因此，土壤團(tuán)聚作用和土壤有機(jī)質(zhì)固定之間密切相關(guān)，團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量的提高有助于土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成[3]。通過研究，采樣區(qū)土壤團(tuán)聚體組成總體上以0.50～0.25 cm的微團(tuán)聚體為主；不同土層深度土壤團(tuán)聚體含量存在差異，表土團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為0 cm>10 cm>20 cm土層；不同生境條件下土壤團(tuán)聚體含量也存在差異，其中楊柳林地和拂子茅草地土樣中0 cm土層粒徑>1 mm的土壤干篩團(tuán)聚體含量比例最高，分別達(dá)到4.27%和3.55%，說明從水平方向上來看，植被覆蓋良好的生境條件下，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高，表層團(tuán)聚體發(fā)育相對(duì)較好，從垂直上來看，團(tuán)聚體含量與有機(jī)質(zhì)含量具有同步性，表下層無論有機(jī)質(zhì)分化還是團(tuán)聚體分化都不如表層顯著。

從土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性角度分析，該區(qū)團(tuán)聚體發(fā)育并不充分，只存在以細(xì)砂粒級(jí)為基礎(chǔ)的初級(jí)微團(tuán)聚體發(fā)育，團(tuán)聚體穩(wěn)定性較差，整體破壞率較小，說明采樣區(qū)土體中團(tuán)聚體含量較小，從垂直變異看，表層破壞率最大，土壤結(jié)構(gòu)體在植被保護(hù)或恢復(fù)較好區(qū)域正在逐漸優(yōu)化；有機(jī)質(zhì)含量與結(jié)構(gòu)體變化規(guī)律具有同步性；對(duì)土壤團(tuán)聚體特征值間進(jìn)行相關(guān)分析，0 cm土層有機(jī)質(zhì)含量與干篩團(tuán)聚體及團(tuán)聚體破壞率之間都存在顯著相關(guān)，說明有機(jī)質(zhì)是影響團(tuán)聚體賦存和穩(wěn)定性的重要因素。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量與濕篩團(tuán)聚體平均重量直徑MWD值不存在顯著相關(guān)，說明該區(qū)團(tuán)聚體發(fā)育處于低級(jí)水平,這與區(qū)域干旱環(huán)境存在極大地關(guān)系。

綜上，認(rèn)為毛烏素沙地團(tuán)聚體發(fā)育并不充分，團(tuán)聚體穩(wěn)定性較差；土壤結(jié)構(gòu)體在有植被保護(hù)或恢復(fù)較好區(qū)域正在逐漸發(fā)育，有機(jī)質(zhì)是影響團(tuán)聚體賦存和穩(wěn)定性的重要因素。

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(責(zé)任編輯 茍燕妮)

A study of the aggregate structure of topsoil in Mu Us Sandland in China

Li Zhan-hong
(Resource and Environment Department of Baotou Teachers’ College, Baotou 014030, China)

The study and analyses of the structure of the topsoil aggregates is important to make informed decisions not only for the ecological restoration of the land, but also to prevent erosion of the topsoil. The aim of this study was to analyse the properties of the aggregates and their interdependencies at different depths of topsoil taken from the Mo Us region. The results illustrate that the diameter of the aggregates in the region measure between 0.25～0.50 mm. The contents of the aggregates differed with the depth and with biotope conditions. The maximum content of aggregates of size greater than 1 mm was seen in land covered with willow andCalamagrostispigeiosland constituted 4.27% and 3.55%, respectively. The analysis of the aggregate stability indicated that the soil in this region is not fully developed and is unstable. The soil structure appears to be gradually developing in the areas protected by vegetative cover or those that arerestoration areas, implying that organic matter is the most important factor influencing the occurrence and stability of aggregates in topsoil.

aggregates; stability; soil; organic matter; wind erosion; soil quality; Mo Us Desert

Li Zhan-hong E-mail:lizh360@163.com

2016-05-09 接受日期：2017-01-03

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2010MS0616)

李占宏(1974-)，內(nèi)蒙古呼和浩特人，副教授，碩士，研究方向?yàn)樗临Y源保持與管理。E-mail：lizh360@163.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0237

S152

A

1001-0629(2017)04-0685-07

李占宏.毛烏素沙地地表土團(tuán)聚體賦存狀況.草業(yè)科學(xué),2017,34(4)：685-691.

Li Z H.A study of the aggregate structure of topsoil in Mu Us Sandland in China.Pratacultural Science，2017,34(4)：685-691.