陳勝要， 陳居田， 朱利霞

(周口師范學院 生命科學與農(nóng)學學院,河南 周口 466001)

土壤團聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，其形成不僅是自然過程，而且受人類活動(耕作和種植等)的嚴重影響[1].土壤顆粒膠結(jié)力強，則土壤結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，對水流的沖刷可抵抗破壞的能力也較強，對作物生長季水土保持具有積極作用.隨著土地利用的集約化程度加強，土壤退化已經(jīng)成為普遍關注的問題之一，表現(xiàn)尤為明顯的是土壤團聚體穩(wěn)定性的下降.土地利用過程是人類干預土壤肥力最重要且最直接的活動，進而對土壤團聚體和穩(wěn)定性也有一定的影響，并可導致水土流失和土壤肥力下降[2].由于不同土地利用方式對水土流失有不同的阻截作用，土地利用方式的改變可能使土壤更易遭受侵蝕進而改變土壤性質(zhì)及影響土壤生產(chǎn)力[3].在黃土丘陵區(qū)的研究表明土壤團聚體穩(wěn)定性的順序為人工林地>人工草地>農(nóng)田[4]；姜敏等[5]研究也發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下林地的土壤團聚體整體穩(wěn)定性比耕地和草地要高.劉夢云等[6]在黃土臺塬的研究也得到類似的結(jié)論.長期耕作會減少土壤大團聚體含量，降低土壤團聚體穩(wěn)定性，不利于土壤結(jié)構(gòu)的維持.因此，研究不同土地利用方式土壤團聚體的組成及穩(wěn)定性特征對于土地的合理利用有積極意義.

黃淮地區(qū)作為我國一個重要的糧食產(chǎn)區(qū)，在糧食安全保障中具有重要的作用.然而，目前有關不同土地利用方式對黃淮平原潮土團聚體穩(wěn)定性的研究較少.因此，本研究以黃淮地區(qū)不同土地利用方式土壤為研究對象，分析土壤顆粒組成及團聚體的穩(wěn)定性，以期為定量評價土壤物理性狀的退化程度理解不同土地利用方式下土壤的生態(tài)功能提高理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

供試土壤采自河南省周口市，位于黃淮平原，氣候類型為暖溫帶半濕潤季風氣候.土壤為潮土和砂姜黑土，土地利用方式主要有耕地、草地和林地.

1.2 土壤采集與處理

于2019年3月選取三種利用方式土壤(耕地、林地和草地)，每種土地利用類型中設置5個臨時樣地，同一樣地內(nèi)采用5點取樣法采集0-100 cm土層原狀土，帶回實驗室，自然風干后剔除土壤中的雜質(zhì)，備用.

1.3 測定方法

采用干篩法與濕篩法測定土壤團聚體組成及其穩(wěn)定性.

干篩法：稱取100 g風干土樣，通過一套直徑20 cm，高度5 cm的振蕩篩(套篩直徑為5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm)，底層安放底盒，頂部蓋篩蓋，用振蕩式篩分儀在200次/min下振蕩2 min.篩取完成后土樣分成>5 mm、2-5 mm、1-2 mm、0.5-1 mm、0.25-0.5 mm和<0.25 mm粒級的團聚體，分別收集稱重.

濕篩法：振蕩篩的各個土篩按照從上到下的順序(5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm)放置好，然后擺放入濕篩桶，稱取100 g風干土樣平鋪于最上層篩面上，然后沿著桶壁緩慢加入去離子水，使最上層篩子中團聚體剛好浸沒在水面以下，浸潤10 min后，以30次/min的頻率振蕩5 min，之后將各篩面上的水穩(wěn)性團聚體分別沖洗至已稱重的容器中，40 ℃烘干，稱重，得到不同粒級土壤團聚體的重量.

1.4 數(shù)據(jù)計算

1)土壤團聚體平均重量直徑(MWD)表示為[5]：

(1)

2)土壤團聚體幾何平均直徑(GMD)表示為[5]：

(2)

3)以>0.25 mm的團聚體為大團聚體，用R0.25表示.計算公式表示為[5]：

(3)

4)土壤團聚體破壞率(PAD)計算公式[5]：

PAD= (DR0.25-WR0.25)/DR0.25×100%

(4)

公式(1)和(2)中wi表示為某一粒徑團聚體的重量百分比，xi為某一粒徑團聚體的平均直徑；(3)中MT表示土壤篩分前總重量；(4)中PAD為團聚體破壞率(%)，DR0.25為> 0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體含量(%)，WR0.25為> 0.25 mm水穩(wěn)定性團聚體含量(%).

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019和SPSS 24進行整理和統(tǒng)計分析，用單因素方差分析進行數(shù)據(jù)間的分析比較，采用最小顯著差法比較其顯著性差異，顯著性水平P<0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團聚體組成分析

干篩條件下不同土地利用方式土壤團聚體機械穩(wěn)定性組成見表1.不同土層不同土地利用方式對土壤團聚體組成的影響有較大差異.>5 mm團聚體含量介于6.48%～78.80%之間，而<0.25 mm團聚體含量范圍為0.72%～68.56%.0-60 cm土層>5 mm團聚體含量表現(xiàn)為草地>林地>耕地，而60-100 cm土層林地土壤>5 mm團聚體最高.在0-60 cm和80-100 cm土層耕地土壤<0.25 mm團聚體顯著高于草地和林地，在60-80 cm土層<0.25 mm團聚體含量表現(xiàn)為草地>耕地>林地(P<0.05).

濕篩條件下，不同土地利用方式土壤水穩(wěn)性團聚體含量差異明顯，各土層<0.25 mm團聚體含量最高，介于36.07%～96.57%之間(見表2).在0-40 cm和60-100土層林地土壤>5 mm團聚體含量顯著高于草地和耕地，而40-60 cm土層林地和草地土壤>5 mm團聚體含量無差異，且顯著高于耕地.在0-100 cm土層，耕地土壤<0.25 mm團聚體含量均在85%以上，在0-60 cm和80-100 cm土層耕地土壤<0.25 mm團聚體含量顯著高于草地和林地，而60-80 cm土層耕地和草地<0.25 mm團聚體無顯著差異.

表1 干篩條件下不同土地利用方式土壤團聚體組成

同一土層同列不同字母表示不同土地利用方式間差異顯著(P<0.05),下同.

表2 濕篩條件下不同土地利用方式土壤團聚體組成

如表3所示，干篩條件下，不同利用方式土壤DR0.25在0-40 cm和60-80cm土層草地和林地無顯著差異，但均顯著高于耕地土壤；在40-60 cm和80-100 cm土層林地土壤DR0.25顯著高于草地和耕地.濕篩條件下，0-20 cm和40-100 cm土層林地土壤WR0.25均顯著高于草地和耕地，而20-40 cm土層草地土壤WR0.25顯著高于林地和耕地.在0-60 cm土層，PAD值均表現(xiàn)為耕地>草地>林地，在60-100 cm土層，不同土地利用方式土壤PAD值無顯著差異.

表3 干篩和濕篩條件下R0.25及團聚體破壞率

2.2 土壤團聚體穩(wěn)定性分析

由表4可知，在干篩條件下，各土地利用方式土壤團聚體MWD在不同土層中有明顯差異.不同土地利用方式下0-60 cm土層MWD值具有顯著差異，草地土壤MWD值最大；60-80 cm土層耕地和草地MWD值無顯著差異，且明顯低于林地，80-100 cm土層林地和草地MWD無顯著差異，且明顯高于耕地.在0-80 cm土層不同土地利用方式土壤GMD具有顯著差異，0-20 cm土層表現(xiàn)為林地>草地>耕地，20-80 cm土層GMD值則表現(xiàn)為草地>林地>耕地；80-100 cm土層林地和草地GMD值無顯著差異，且明顯高于耕地(表4).

表4 干篩條件下不同土地利用方式土壤團聚體MWD和GMD

表5為濕篩條件下不同土地利用方式下土壤團聚體MWD和GMD.在0-100 cm土層，林地土壤MWD值均顯著高于草地和耕地，其中0-20 cm土層林地土壤MWD值較耕地顯著增加2.67倍，而20-40 cm土層林地土壤MWD值較耕地顯著增加4.52倍.除40-60 cm土層外，林地土壤GMD值顯著高于草地和耕地.

表5 濕篩條件下不同土地利用方式土壤團聚體MWD和GMD

3 討 論

采用干篩法和濕篩法相結(jié)合分析土壤團聚體粒徑組成和穩(wěn)定性.在干篩條件下，耕地土壤機械穩(wěn)定性R0.25低于林地和草地，這與陳超[7]的研究結(jié)果類似.濕篩條件下，不同土地利用方式土壤大團聚體含量也呈現(xiàn)出林地和草地明顯優(yōu)于耕地的趨勢.這可能是因為林地和草地受人為擾動較小，而耕地由于土壤受到長期耕作和翻動，導致大團聚體破碎成較小的團聚體[8].另外，草地表層分布大量的枯枝落葉和根系，可為微生物提供碳源，增加微生物量，形成土壤團聚體黏合劑，增加大團聚體含量和穩(wěn)定性[9]；林地則具有大量的枯枝落葉層，為土壤提供大量的腐殖質(zhì)和碳源，增加土壤團聚程度，提高其團聚體穩(wěn)定性.機械穩(wěn)定性R0.25明顯高于水穩(wěn)性R0.25，這可能是因為在濕篩中非水穩(wěn)性的大團聚體容易破碎形成小粒徑的團聚體，說明濕篩法結(jié)果相對干篩法重現(xiàn)性更好，更能真實反映土壤團聚體組成及其穩(wěn)定性[10].

土壤團聚體MWD和GMD值越大表明土壤團聚體穩(wěn)定性越好，土壤團聚程度越高.本研究干篩法和濕篩法所得結(jié)果中耕地MWD值和GMD值均明顯低于林地和草地，這與劉鵬等[11]研究結(jié)果相似.胡堯等[13]也證明受人為擾動較大的耕地其穩(wěn)定性較差，而受人為擾動較小的林地和撂荒地穩(wěn)定性較好.其原因可能是耕地相比于草地或林地，耕作頻率和使用強度較高，土壤得不到休息，造成團聚體穩(wěn)定性變差[14]；林地MWD值高則是由于其生態(tài)系統(tǒng)較為原生，土壤有機質(zhì)含量高，土壤團聚作用較強，土壤團聚體穩(wěn)定性也較高[4].PAD值是濕篩后破碎的團聚體比率，其數(shù)值越小，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定.本研究中耕地PAD值高于林地和草地，這也表明耕地土壤團聚體穩(wěn)定性較差.耕地團聚體遇水最易遭到破壞，可能與人工生態(tài)系統(tǒng)較脆弱有關，人工生態(tài)系統(tǒng)需要大量的管理、 維護、施肥，取樣時作物大部分已經(jīng)收割，耕地上沒有及時補中或輪種其他作物[14]；而林地和草地土壤土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在外力(水)的作用下破壞程度較低[15].

4 結(jié) 論

干篩條件下，不同土地利用方式下，絕大多數(shù)土壤層的機械穩(wěn)定性團聚體以>5 mm和<0.25 mm粒級團聚體比例最高；濕篩條件下，不同土地利用方式下，所有土壤層的水穩(wěn)性團聚體以<0.25 mm粒級團聚體比例最高.

干篩法和濕篩法土壤團聚體R0.25表現(xiàn)為耕地低于林地和草地，耕地土壤團聚體破壞率最大，且耕地土壤MWD和GMD值低于林地和草地土壤.這表明不同土地利用方式明顯改變土壤團聚體組成及其穩(wěn)定性，耕地導致大團聚體崩解，造成土壤結(jié)構(gòu)退化，林地更有利于土壤團聚體的穩(wěn)定性.