陳傳信 張永強 薛麗華

摘要：采取濕篩法測定分析新疆旱地麥田不同產(chǎn)量水平土壤團聚體特征。結(jié)果表明，不同產(chǎn)量水平麥田土壤各級粒徑水穩(wěn)性團聚體存在差異。高產(chǎn)田地塊土壤>5 mm粒級團聚體顯著高于中產(chǎn)田和低產(chǎn)田，分別增加45.18%、52.72%;高產(chǎn)田和中產(chǎn)田地塊土壤0.25～0.5 mm粒級的團聚體顯著高于低產(chǎn)田，分別增加45.70%、51.15%;低產(chǎn)田<0.25 mm粒級土壤團聚體分別較高產(chǎn)田、中產(chǎn)田顯著增加36.34%、8.84%。高產(chǎn)田>0.25 mm粒徑土壤大團聚體含量達68.30%，比中產(chǎn)田和低產(chǎn)田分別增加13.29%、20.29%。土壤團聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）均表現(xiàn)為高產(chǎn)田>中產(chǎn)田>低產(chǎn)田，分形維數(shù)則表現(xiàn)相反。土壤團聚體分形維數(shù)與MWD、GMD、>5 mm粒級含量呈極顯著負相關(guān)，而與<0.25 mm呈極顯著正相關(guān)。MWD、GMD與>5 mm粒級呈極顯著正相關(guān)，而與<0.25 mm粒級呈極顯著負相關(guān)。

關(guān)鍵詞：雨養(yǎng)旱地;土壤團聚體;伊犁河谷

中圖分類號：S152 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）01-0054-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.011 ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Abstract： The characteristics of soil aggregates under different yield levels in dry wheat fields in Xinjiang were analyzed by wet sieve method. The results showed that there were differences in the size of water stable aggregates in soil at different yield levels. The soil aggregates of >5 mm particle in high-yield field soil were significantly higher than those of medium-yield and low-yield fields， increased by 45.18% and 52.72%， respectively; The soil aggregates of 0.25～0.5 mm particle in high-yield fields and medium-yield fields were significantly higher than those in low-yield fields， increased by 45.70% and 51.15% respectively; The soil aggregates of <0.25 mm grain in low-yield fields increased significantly by 36.34% and 8.84% compared with high-yield fields and medium-yield fields. The content of large aggregates in the soil of >0.25 mm particle size in high yield field reached 68.30%， increased by 13.29% and 20.29% respectively over the middle and low yield fields. The mean weight diameter （MWD） and geometric mean diameter （GMD） of soil all showed that high-yield fields was the highest， medium-yield fields was second， and low-yield fields was the lowest. But the fractal dimension is opposite. The fractal dimension of soil was significantly negatively correlated with MWD， GMD and the soil aggregates of >5 mm particle， and was significantly positively correlated with <0.25 mm particle. MWD， GMD were significantly positively correlated with the soil aggregates of >5 mm particle， and significantly negatively correlated with the soil aggregates of <0.25 mm particle.

Key words： rain-fed dryland; aggregates; Yili valley

團聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，土壤中物質(zhì)和能量的循環(huán)主要集中于團聚體中[1]。團聚體的粒徑分布不僅表征土壤結(jié)構(gòu)狀況，也影響到土壤的通氣、抗蝕、滲水性等[2]。穩(wěn)定的土壤團聚體有利于種子發(fā)芽、根系發(fā)育和作物生長，有利于保護土壤免受礦化分解，降低土壤侵蝕風險，對土壤結(jié)構(gòu)保護有著重要的影響[3]。新疆雨養(yǎng)旱地面積為20.45萬hm2，主要分布在伊犁河谷中上游山間平原谷地、塔額盆地邊緣、昌吉州東部、天山北坡、阿爾泰山南坡等低山地帶，其中伊犁河谷雨養(yǎng)旱地面積最大，占到全疆雨養(yǎng)旱地面積的45.66%左右[4]。伊犁河谷旱作區(qū)生產(chǎn)的糧食占該區(qū)糧食總產(chǎn)的10%左右，是伊犁灌溉農(nóng)業(yè)的重要補充，在旱作地面積較大的縣、鄉(xiāng)，旱作農(nóng)業(yè)具有舉足輕重的地位[5]。由于長期采取掠奪式土地經(jīng)營方式，廣種薄收，只種不養(yǎng)，忽視土壤培肥措施，用養(yǎng)失調(diào)，肥力呈明顯下降趨勢，耕地質(zhì)量下降[6]。因此研究不同產(chǎn)量水平麥田的土壤團聚狀況，對土壤結(jié)構(gòu)的改善具有重要意義。目前對新疆旱地土壤團聚體性狀研究較少，本試驗研究不同產(chǎn)量水平麥田土壤團聚體變化，以確定不同產(chǎn)量水平麥田土壤團聚體特征，為新疆旱地土壤結(jié)構(gòu)的改善提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究區(qū)概況

試驗于2015—2016年在新疆新源縣進行，位于伊犁河谷東部，地理坐標為東經(jīng)82°28′—84°56′，北緯43°03′—43°40′，東、南、北三面環(huán)山，位于鞏乃斯河河谷地帶，屬溫帶大陸性半濕潤半干旱氣候，年平均氣溫6.1～9.3 ℃，年平均無霜期為169 d，年降雨量為513.3 mm。

1.2 ?研究方法

根據(jù)研究區(qū)域農(nóng)作物種植、土壤耕作、土壤培肥及施肥方式以及產(chǎn)量，確定3個產(chǎn)量水平田塊，即高產(chǎn)田（小麥子粒產(chǎn)量>4 800 kg/hm2）、中產(chǎn)田（小麥子粒產(chǎn)量3600～4 800 kg/hm2）和低產(chǎn)田（小麥子粒產(chǎn)量<3 600 kg/hm2）。選擇種植相同品種、常規(guī)田間管理的高產(chǎn)田、中產(chǎn)田、低產(chǎn)田小麥田各5塊，共15塊。隨機從0～30 cm土層取土樣，采集1 kg左右，放入棉織袋，帶回實驗室進行測定處理。

1.3 ?測定項目及方法

濕篩法測定土壤水穩(wěn)性團聚體。將100 g風干土放在含5個篩網(wǎng)的裝置（篩孔徑分別為8、4、2、1、0.25 mm）頂部，整個裝置固定于振蕩器上以220 r/min振蕩5 min，可以得到不同粒級的土壤團聚體。收集每個篩上保留的土壤團聚體至鋁盒中烘干并稱重。

利用各粒級土壤團聚體數(shù)據(jù)，計算團聚體平均重量直徑（Mean weight diameter，MWD）、幾何平均直徑（Geometric mean diameter，GWD）[7]和分形維數(shù)（D）[8]。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Microsoft Excel 2010進行分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同產(chǎn)量水平麥田土壤水穩(wěn)性團聚體組成

由表1可知，不同產(chǎn)量水平地塊土壤各級粒徑水穩(wěn)性團聚體存在差異。不同產(chǎn)量水平地塊>5 mm、0.25～0.5 mm、<0.25 mm粒級的團聚體含量差異顯著。高產(chǎn)田地塊土壤>5 mm粒級團聚體顯著高于中產(chǎn)田和低產(chǎn)田，分別增加45.18%、52.72%;高產(chǎn)田和中產(chǎn)田地塊土壤0.25～0.5 mm粒級的團聚體顯著高于低產(chǎn)田，分別增加45.70%、51.15%;低產(chǎn)田<0.25 mm粒級土壤團聚體較高產(chǎn)田、中產(chǎn)田分別顯著增加36.34%、8.84%。各產(chǎn)量水平田塊2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm粒級團聚體差異不顯著，高產(chǎn)田總體含量較高。

2.2 ?不同產(chǎn)量水平麥田>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團聚體含量

>0.25 mm粒徑的團聚體為大團聚體[9]，它是由許多土粒多層次凝聚和多次膠結(jié)形成的，調(diào)節(jié)著土壤的水、肥、氣、熱[10]，其含量豐富是土壤良好結(jié)構(gòu)特征的表現(xiàn)，用來衡量土壤結(jié)構(gòu)性好壞和抗侵蝕性。從表2可以看出，不同產(chǎn)量水平地塊土壤大團聚體含量差異顯著，高產(chǎn)田土壤大團聚體含量達68.30%，比中產(chǎn)田和低產(chǎn)田分別增加13.29%、20.29%。

2.3 ?不同產(chǎn)量水平麥田土壤水穩(wěn)性團聚體穩(wěn)定及分形特征分析

團聚體穩(wěn)定性代表土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，表示團聚體的團聚程度越高[7，11，12]。由表3可以看出，土壤團聚體MWD、GMD均表現(xiàn)為高產(chǎn)田>中產(chǎn)田>低產(chǎn)田，且高產(chǎn)田與中產(chǎn)田和低產(chǎn)田差異顯著，其中高產(chǎn)田MWD比中產(chǎn)田、低產(chǎn)田分別增加22.38%、26.81%，GMD分別增加32.14%、39.62%。土壤分形維數(shù)是反映土壤結(jié)構(gòu)幾何形狀的參數(shù)[13-15]。高產(chǎn)田土壤團聚體分形維數(shù)最?。?.72），與其他產(chǎn)量水平田塊差異顯著，其次為中產(chǎn)田（2.77），低產(chǎn)田最高（2.79）。

2.4 ?土壤水穩(wěn)性團聚體參數(shù)之間的相關(guān)性

對土壤團聚體MWD、GMD、分形維數(shù)、各粒級團聚體含量進行相關(guān)分析，結(jié)果（表4）表明，土壤團聚體MWD與>5 mm粒級含量呈極顯著正相關(guān)，而與<0.25 mm粒級含量呈極顯著負相關(guān)。土壤團聚體GMD與>5 mm粒級含量呈極顯著正相關(guān)，而與<0.25 mm粒級含量呈極顯著負相關(guān)。土壤團聚體分形維數(shù)與MWD、GMD、>5 mm粒級含量呈極顯著負相關(guān)，而與<0.25 mm粒級含量呈極顯著正相關(guān)。

3 ?小結(jié)與討論

團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，有供給作物生長養(yǎng)分的功能，對土壤水分、養(yǎng)分、通氣狀況有著顯著影響，是土壤質(zhì)量的重要評價指標[16]。土壤大團聚體是由許多土粒多層次凝聚和多次膠結(jié)形成的，調(diào)節(jié)著土壤的水、肥、氣、熱，其含量豐富是土壤良好結(jié)構(gòu)特征的表現(xiàn)。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)量水平地塊土壤的大團聚體含量差異顯著，且高產(chǎn)田、中產(chǎn)田均顯著高于低產(chǎn)田。土壤小團聚體（<0.25 mm）是表征土壤生態(tài)效應(yīng)的重要指標，其含量越低，土壤團聚體結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[17]。本研究中，低產(chǎn)田<0.25 mm粒級土壤團聚體較高產(chǎn)田、中產(chǎn)田分別顯著增加36.34%、8.84%。土壤團聚體是土壤養(yǎng)分貯藏庫和微生物的生境[10]，有機質(zhì)是土壤團聚體的膠結(jié)劑，有機質(zhì)多則土壤團聚體多，團聚體多反過來說明其有機質(zhì)豐富，這樣的土壤環(huán)境對作物的生長發(fā)育更加有利[18]。

平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，表示團聚體的團聚程度越高[19]，反映了土壤團聚體擁有更好的穩(wěn)定性[20]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)田土壤團聚體的MWD、GMD顯著高于中產(chǎn)田和低產(chǎn)田，說明高產(chǎn)田土壤具有較穩(wěn)定的土壤團粒結(jié)構(gòu)，使得土壤結(jié)構(gòu)不易被破壞，降低土壤的風蝕風險和退化，增強土壤的抗侵蝕能力，利于調(diào)節(jié)土壤的孔性、持水性、通氣性等。分形維數(shù)是評價土壤結(jié)構(gòu)分布的綜合指標，不僅描述了土壤顆粒的大小及分布，而且反映了土壤均一程度，其值越高，表明土壤質(zhì)地越黏重，通透性越差[21]。很多研究認為，團聚體分布具有分形特征[22]。在本研究中，高產(chǎn)田土壤團聚體分形維數(shù)為2.72，比中產(chǎn)田、低產(chǎn)田分別降低1.81%、2.51%。GMD、MWD和分形維數(shù)均能反映土壤水穩(wěn)定性團聚體穩(wěn)定程度[23]。本研究中，團聚體分形維數(shù)與GMD、MWD呈極顯著負相關(guān)，GMD與MWD呈極顯著正相關(guān)，與前人研究結(jié)果相似[24]。

本研究通過對新疆旱地麥田不同產(chǎn)量水平耕層土壤水穩(wěn)性團聚體含量及其穩(wěn)定特征進行研究分析，明確了各產(chǎn)量水平麥田土壤團粒結(jié)構(gòu)變化，可為新疆旱地麥田土壤結(jié)構(gòu)的改善提供參考。

參考文獻：

[1] 文 ?倩，趙小蓉，陳煥偉，等.半干旱地區(qū)不同土壤團聚體中微生物量碳的分布特征[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，37（10）：1504-1509.

[2] 王靜婭，張鳳華.干旱區(qū)典型鹽生植物群落土壤團聚體組成及有機碳分布[J].生態(tài)學(xué)報，2016，36（3）：600-607.

[3] 張曼夏，季 ?猛，李 ?偉，等.土地利用方式對土壤團聚體穩(wěn)定性及其結(jié)合有機碳的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2013，19（4）：598-604.

[4] 陳 ?虹.新疆統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2017.220-230.

[5] 韓德麟.伊犁地區(qū)旱地利用的若干問題[J].新疆地理，1983（3）：47-54.

[6] 徐文修，潘靜嫻.新疆旱作農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的障礙與對策芻議[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1997，15（2）：105-108.

[7] 閆峰陵，史志華，蔡崇法，等.紅壤表土團聚體穩(wěn)定性對坡面侵蝕的影響[J].土壤學(xué)報，2007，44（4）：577-583.

[8] 楊培嶺，羅遠培，石元春.用粒徑的重量分布表征的土壤分形特征[J].科學(xué)通報，1993，38（20）：1896-1899.

[9] SIX J，ELLIOTT E T，PAUSTIAN K. Soil structure and soil organic matter：II. A normalized stability index and the effect of mineralogy[J].Soil science society of America journal，2000，64（3）：1042-1049.

[10] SIX J，BOSSUYT H，DEGRYZE S，et al. A history of research on the link between （micro） aggregates，soil biota，and soil organic matter dynamics[J].Soil and tillage research，2004，79（1）：7-31.

[11] 蘇 ?靜，趙世偉.土壤團聚體穩(wěn)定性評價方法比較[J].水土保持學(xué)報，2009，29（5）：114-117.

[12] 嚴 ?波，賈志寬，韓清芳，等.不同耕作方式對寧南旱地土壤團聚體的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（3）：58-63.

[13] 侯賢清，李 ?榮，韓清芳，等.輪耕對寧南旱區(qū)土壤理化性狀和旱地小麥產(chǎn)量的影響[J].土壤學(xué)報，2012，49（3）：592-600.

[14] 余海英，彭文英，馬 ?秀，等.免耕對北方旱作玉米土壤水分及物理性質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2011，22（1）：99-104.

[15] 王 ?麗，李 ?軍，李 ?娟，等.輪耕與施肥對渭北旱作玉米田土壤團聚體和有機碳含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2014，25（3）：759-768.

[16] TISDALL J M，OADES J M. Organic matter and water-stable aggregates in soils[J].European journal of soil science，1982， 33（2）：141-163.

[17] HUANG R，LAN M L，LIU J，et al. Soil aggregate and organic carbon distribution at dry land soil and paddy soil：The role of different straws returning[J].Environmental science and pollution research，2017，24（36）：27942-27952.

[18] TISDALL J M，OADES J M. Organic matter and water-stable aggregates in soils[J].Journal of soil science，1982，33（2）：141-163.

[19] 周 ?虎，呂貽忠，楊志臣，等.保護性耕作對華北平原土壤團聚體特征的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（9）：1973-1979.

[20] 劉文利，吳景貴，傅民杰，等.種植年限對果園土壤團聚體分布與穩(wěn)定性的影響[J].水土保持學(xué)報，2014，28（1）：129-135.

[21] 楊長明，歐陽竹，楊林章，等.農(nóng)業(yè)土地利用方式對華北平原土壤有機碳組分和團聚體穩(wěn)定性的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2006， 26（12）：4148-4155.

[22] LEBISSONNAIS Y. Aggregate stability and assessment of soil crustability and erodibility：Ⅰ.Theory and methodology[J].European journal of soil science，1996，47（4）：425-437.

[23] 鄭子成，李延軒，張錫洲，等.不同土地利用方式下土壤團聚體的組成及穩(wěn)定性研究[J].水土保持學(xué)報，2009，23（5）：228-231.

[24] 劉 ?艷，查同剛，王伊琨，等.北京地區(qū)栓皮櫟和油松人工林土壤團聚體穩(wěn)定性及有機碳特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（3）：607-613.