吳憲，張婷，王蕊，王欣奕，趙建寧，王麗麗，楊殿林，李剛，修偉明

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300191

土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和肥力的重要載體，能夠協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱之間的關(guān)系（樊紅柱等，2015），同時(shí)與土壤的抗風(fēng)蝕、抗水蝕、保護(hù)有機(jī)質(zhì)的分解和促進(jìn)微生物活動(dòng)密切相關(guān)（Wang et al.，2017）。土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性受多種因素的制約（Bai et al.，2019）。不穩(wěn)定團(tuán)聚體可能通過(guò)產(chǎn)生較小的可遷移顆粒阻礙土壤養(yǎng)分的輸送，并加劇地表徑流和土壤侵蝕（姜燦爛等，2010）。提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性有利于減少土壤養(yǎng)分流失和水土流失，對(duì)作物生長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。目前，學(xué)者們對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)主要以干篩法和濕篩法為主（武均等，2018）。干篩法獲得的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體主要反映團(tuán)聚體在田間的原有結(jié)構(gòu)，濕篩法獲得的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體主要反映團(tuán)聚體遇水后的分散機(jī)制（Huang et al.，2017）。團(tuán)聚體的評(píng)價(jià)指標(biāo)很多，粒徑>0.25 mm的大團(tuán)聚體含量與土壤肥力之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系，因此經(jīng)常用來(lái)表示良好的土壤結(jié)構(gòu)，但是此方法容易忽略其他粒級(jí)的信息。有研究提出將平均質(zhì)量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）和分形維數(shù)（PSD）作為土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性的指標(biāo)（孫隆祥等，2018），可以較好地反映土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

面對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用量不斷增加對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境造成巨大威脅的嚴(yán)峻形勢(shì)，化肥減量與有機(jī)肥替代成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。長(zhǎng)期施用化肥和有機(jī)肥均能對(duì)土壤團(tuán)聚體的組成與分布產(chǎn)生影響（張大庚等，2017）。有研究顯示，與不施肥相比，長(zhǎng)期施用化肥可以提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性（Das et al.，2014），但也有報(bào)道表明單施化肥能降低土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性（Zhou et al.，2017）。Wang et al.（2015）在對(duì)黃土高原旱作農(nóng)田進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)秸稈還田能夠通過(guò)改變微團(tuán)聚體的粒徑分布來(lái)提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。張鵬等（2012）研究發(fā)現(xiàn)連續(xù) 4年的玉米秸稈還田可以提高表層土壤中機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體（>0.25 mm）的比例。Yan et al.（2013）通過(guò)長(zhǎng)達(dá)25年的定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，施用豬糞能夠顯著提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。盡管添加秸稈和配施有機(jī)肥對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的提升效果已經(jīng)在紅壤（姜燦爛等，2010）、棕壤（Das et al.，2014）等多種土壤類型和水田（李文軍等，2014）、旱地（王曉娟等，2012；王碧勝等，2019）等不同土地利用類型上得到證實(shí)，但是土壤團(tuán)聚效果對(duì)施肥措施的響應(yīng)可能會(huì)因肥料類型和土壤性質(zhì)的不同而不同（Guo et al.，2018）。目前絕大多數(shù)研究均以不施肥處理作為對(duì)照，且主要關(guān)注單一作物種植下的影響，但是在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要性和不可替代性顯而易見，農(nóng)業(yè)種植模式也是多種多樣。在化肥減量的基礎(chǔ)上通過(guò)配施有機(jī)肥和秸稈來(lái)補(bǔ)充土壤養(yǎng)分已逐漸成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的常規(guī)管理模式。有研究表明，復(fù)種輪作可以提高大團(tuán)聚體比例，并且不同作物的根系可以改善土壤物理結(jié)構(gòu)，利于大團(tuán)聚體的形成，這說(shuō)明種植制度對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也存在一定影響（劉恩科等，2010）。

小麥-玉米輪作制是華北潮土區(qū)主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式之一，研究輪作體系下土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性具有現(xiàn)實(shí)意義。前人的研究主要側(cè)重于不同耕作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響（劉威等，2015），且主要采用濕篩法測(cè)定水穩(wěn)定性團(tuán)聚體，但干篩法能更好地反映旱地農(nóng)田的土壤結(jié)構(gòu)特性。因此，本試驗(yàn)以華北潮土區(qū)小麥-玉米輪作為研究對(duì)象，采用干篩法和濕篩法研究化肥減量配施有機(jī)肥和秸稈對(duì)小麥季和玉米季農(nóng)田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響，以期為農(nóng)田土壤的合理利用及肥料管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于天津市寧河區(qū)試驗(yàn)基地（39°48'N，117°71'E），屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫11.2 ℃，年平均降水量642 mm，全年無(wú)霜期210 d，供試土壤為潮土，是華北耕作區(qū)典型的土壤類型。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

定位試驗(yàn)始于2015年10月，種植制度為小麥-玉米輪作，分別設(shè)置常規(guī)施肥（100%化肥，CK）、化肥減施（70%化肥，F(xiàn)）、化肥減量配施秸稈（FS）、化肥減量配施有機(jī)肥（FM）、化肥減量配施有機(jī)肥和秸稈（FSM）共 5種施肥處理。所用肥料為無(wú)機(jī)復(fù)合肥（N質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)13%，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%）、磷肥（P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%）、鉀肥（K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%）、尿素（N質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%）以及有機(jī)肥（NPK總養(yǎng)分量≥5%，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥40%，石家莊市希星肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)）。在連續(xù)施肥的第4年（2019年）取土樣分析。

冬小麥播種前將有機(jī)肥、磷肥、鉀肥、總氮量60%化肥（無(wú)機(jī)復(fù)合肥）作為基肥一次性施入。小麥?zhǔn)斋@后，在玉米播種前同樣將磷肥、鉀肥和總氮量60%化肥（無(wú)機(jī)復(fù)合肥）作為基肥一次性施入?？偟?0%化肥（尿素）在小麥苗期或玉米拔節(jié)期作為追肥施入，小麥季與玉米季無(wú)機(jī)肥施用量相同，有機(jī)肥只在小麥季施入，各小區(qū)總施肥量見表1。小麥季所有處理產(chǎn)生的小麥秸稈全部粉碎后覆蓋地表還田，玉米季FS和FSM處理產(chǎn)生的玉米秸稈粉碎成小段隨土壤耕翻還田。于2019年5月小麥?zhǔn)斋@前和9月玉米收獲前，使用直徑5 cm的土壤采樣器采集0—20 cm耕層土壤，將在每個(gè)區(qū)域隨機(jī)采集的5個(gè)土芯混合成1個(gè)土壤樣品，剔除石礫和植物殘?bào)w等雜質(zhì)后裝入滅菌自封袋暫存于保溫箱中并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。在采集和運(yùn)輸過(guò)程中盡量減少對(duì)土樣的擾動(dòng)，以免破壞團(tuán)聚體。將每份土壤樣品分為3份子樣品，一份風(fēng)干后測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)和全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，另一份風(fēng)干后用于干篩法測(cè)定，第3份于4 ℃保存用于濕篩法測(cè)定。小區(qū)面積較大（22 m×22 m），故沒有設(shè)置重復(fù)小區(qū)，在取樣時(shí)將小區(qū)分為3個(gè)區(qū)域即3次假重復(fù)（王梅等，2018）。

表1 各試驗(yàn)小區(qū)總施肥量Table 1 Fertilizer application in test plots

1.3 研究方法

1.3.1 測(cè)定方法

采用干篩法測(cè)定土壤團(tuán)聚體的機(jī)械穩(wěn)定性和濕篩法測(cè)定土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)前將兩種方法所使用的土樣根據(jù)水分含量折合成同一標(biāo)準(zhǔn)。干篩法：取100 g風(fēng)干土樣置于套篩（孔徑依次為5.0、2.0、1.0、0.5、0.25、0.125、0.05 mm）頂部，用自動(dòng)篩分機(jī)（型號(hào)DM185，浙江正泰電器股份有限公司生產(chǎn)）震蕩5 min，測(cè)定各孔徑篩子上土樣質(zhì)量。濕篩法（戴玨等，2012）：取100 g新鮮土樣，在蒸餾水中浸泡5 min，依次通過(guò)0.25 mm和0.05 mm篩子，分別得到>0.25 mm和0.05—0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體；將濾出的懸濁液在4 ℃下離心（150×g，5 min），重復(fù)此步驟3次，即得到<0.05 mm粒級(jí)團(tuán)聚體。最后將稱取不同粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量并測(cè)定含水量。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮采用半微量開氏法測(cè)定。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

參照李文軍等（2014）和崔榮美等（2011）對(duì)團(tuán)聚體各指標(biāo)的計(jì)算方法處理數(shù)據(jù)。

式中：wi為i粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量所占比例，干篩法和濕篩法分別按公式（1）和（2）計(jì)算。Wdi和Wwi分別為干篩法和濕篩法各粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量。

利用各粒級(jí)團(tuán)聚體數(shù)據(jù)，計(jì)算R0.25、MWD、GMD和PSD。

式中：mr>0.25為粒徑大于0.25 mm團(tuán)聚體的質(zhì)量，mr<0.25為粒徑小于0.25 mm團(tuán)聚體的質(zhì)量，mT為團(tuán)聚體總質(zhì)量。

分形維數(shù)PSD的計(jì)算公式為：

采用Excel 2018處理數(shù)據(jù)，并采用SPSS 23.0進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），相關(guān)圖采用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響

不同施肥處理改變了土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量（圖 1）。小麥季，化肥減量配施有機(jī)肥和秸稈處理（FS、FM 和 FSM）的有機(jī)質(zhì)和全氮含量顯著高于CK處理。與F處理相比，F(xiàn)S和FM處理顯著提高了有機(jī)質(zhì)含量，F(xiàn)M 處理顯著提高了全氮含量。玉米季，F(xiàn)M處理有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，較CK和F處理分別顯著提高了21.3%和20.1%。玉米季各處理全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有顯著差異。

圖1 土壤有機(jī)質(zhì)和全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 1 Soil organic matter and total nitrogen mass fraction

2.2 不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體粒徑分布的影響

2.2.1 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成變化

干篩法獲得的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體粒徑分布如圖2所示。從各級(jí)團(tuán)聚體總體分布來(lái)看，化肥減量配施有機(jī)肥和秸稈對(duì)土壤團(tuán)聚體分布影響各不相同。小麥季時(shí)，機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體多集中于 0.5—1.0 mm粒級(jí)，約占20%，其次是1.0—2.0、0.25—0.5、2.0—5.0 mm粒級(jí)，占比均約為16%—18%，而>5.0 mm和0.05—0.125 mm粒級(jí)的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體占比較低，均約為 10%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低的是0.125—0.25 mm和<0.05 mm粒級(jí)。與小麥季不同的是，玉米季機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體粒徑分布情況大致為：>5.0 mm、2.0—5.0 mm和1.0—2.0 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過(guò)了 20%，顯著高于其它粒級(jí)，且顯著高于小麥季相應(yīng)粒級(jí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而其它5個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著低于小麥季。

小麥季和玉米季F處理與CK相比各個(gè)粒級(jí)之間差異均不顯著。小麥季時(shí)，F(xiàn)S處理顯著增加了粒徑>5.0 mm團(tuán)聚體含量，1.0—2.0、0.5—1.0、0.05—0.125 mm和<0.05 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體含量顯著下降。FM處理顯著增加了2.0—5.0 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量，0.25—0.5 mm和0.05—0.125 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量顯著下降。FSM 處理顯著提高粒徑>5.0 mm團(tuán)聚體含量，顯著降低粒徑0.5—1.0 mm團(tuán)聚體含量。玉米季時(shí)，F(xiàn)S、FM和FSM處理的0.5—1.0、0.25—0.5、0.125—0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量均顯著低于 CK，而其它粒級(jí)團(tuán)聚體含量之間的差異均未達(dá)到顯著水平，無(wú)明顯規(guī)律性。在化肥減量的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田或配施有機(jī)肥均可提高較大粒級(jí)機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量，在小麥季表現(xiàn)出的團(tuán)聚作用要優(yōu)于玉米季，但從整體上看玉米季施肥處理對(duì)粒徑>1.0 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量的提高發(fā)揮的作用要高于小麥季。

2.2.2 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成變化

小麥季和玉米季水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成整體上均呈現(xiàn)“逐漸下降”的趨勢(shì)，即粒徑>0.25 mm大團(tuán)聚體含量最高，0.05—0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體次之，<0.05 mm的微團(tuán)聚體含量最低（圖3）。

濕篩法獲得的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體粒級(jí)分布結(jié)果與干篩法一致，在F與CK之間差異不顯著。FS、FM和FSM中，>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量均顯著高于CK，小麥季<0.05 mm粒級(jí)和玉米季0.05—0.25 mm粒級(jí)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量均顯著低于CK，說(shuō)明在化肥減量的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田和配施有機(jī)肥有利于促進(jìn)土壤水穩(wěn)定性小團(tuán)聚體聚合成大團(tuán)聚體。但是從整體來(lái)看，有機(jī)肥和秸稈添加處理對(duì)粒徑>0.25 mm團(tuán)聚體含量增幅的影響小于對(duì)0.05—0.25 mm和<0.05 mm粒級(jí)降幅的影響，表明大團(tuán)聚體的形成是一個(gè)緩慢的過(guò)程，需要從小團(tuán)聚體逐級(jí)聚合成大團(tuán)聚體。

2.3 不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體R0.25的影響

玉米季干篩法獲得的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體R0.25顯著高于小麥季，而濕篩法獲得的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體R0.25在兩個(gè)作物類型之間無(wú)顯著差異（表2）。

圖2 小麥季（A）和玉米季（B）機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成Fig. 2 Composition of mechanical stable aggregates in wheat season (A) and maize season (B)

圖3 小麥季（A）和玉米季（B）水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成Fig. 3 Composition of water stable aggregates in wheat season (A) and maize season (B)

表2 不同施肥處理下干篩法和濕篩法中>0.25 mm團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Mass fraction of >0.25 mm aggregate in dry and wet sieving methods under different fertilization treatments

無(wú)論小麥季還是玉米季，F(xiàn)處理中的機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體R0.25與CK相比差異不顯著。在干篩法中，與CK相比，小麥季FS、FM和FSM處理中的團(tuán)聚體R0.25顯著提高了 6.03%、5.87%和4.54%，玉米季FSM處理顯著提高了6.63%，F(xiàn)S和FM處理較CK沒有顯著差異，但表現(xiàn)出比例上升的趨勢(shì)。在化肥減量的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田和配施有機(jī)肥均能提高表層土壤>0.25 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量，使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的數(shù)量增多，小麥季比玉米季表現(xiàn)得更為明顯。濕篩法結(jié)果與干篩法基本一致，小麥季和玉米季均表現(xiàn)出秸稈還田和配施有機(jī)肥處理（FS、FM 和 FSM）的團(tuán)聚體R0.25顯著高于 CK，分別提高了 21.88%、26.09%和18.99%以及5.73%、7.90%和7.58%。FM處理水穩(wěn)定性團(tuán)聚體R0.25在小麥季和玉米季均表現(xiàn)最高，且小麥季比玉米季表現(xiàn)得更為明顯?；蕼p量配施有機(jī)肥更有利于表層土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，提高土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗侵蝕能力。小麥季濕篩處理下的R0.25在 59.89%—75.52%之間，干篩處理下在 81.95%—86.89%之間，而玉米季濕篩處理下的R0.25在64.09%—71.86%之間，干篩處理下在92.09%—97.42%之間?？梢钥闯鲈撏寥赖乃€(wěn)定性大團(tuán)聚體的數(shù)量較多，且小麥季水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體的比例要高于玉米季。在化肥減量的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田和配施有機(jī)肥均會(huì)導(dǎo)致土壤大團(tuán)聚體的含量增加，有利于表層土壤大團(tuán)聚體的形成。

2.4 不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

干篩法下，小麥季的MWD和GMD值均呈現(xiàn)FS>FSM>FM>F>CK的變化趨勢(shì)，且FS、FM和FSM處理均顯著高于CK，但3個(gè)處理之間差異不顯著（表3）。玉米季的MWD和GMD值均呈現(xiàn)FSM>FS>FM>F>CK的變化趨勢(shì)，僅FSM處理顯著高于CK，F(xiàn)S、FM和FSM 3個(gè)處理之間差異不顯著。玉米季的MWD和GMD顯著高于小麥季，說(shuō)明玉米季土壤團(tuán)聚體的機(jī)械穩(wěn)定性優(yōu)于小麥季。這進(jìn)一步說(shuō)明長(zhǎng)期施用有機(jī)物料可以提高土壤的團(tuán)聚程度，改善土壤結(jié)構(gòu)。濕篩法結(jié)果同干篩法一致，小麥季FS、FM和FSM的MWD和GMD均顯著高于CK，但三者之間差異不顯著。玉米季各處理之間MWD和GMD差異均不顯著。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，小麥季時(shí)，F(xiàn)S處理干篩法的MWD和GMD顯著高于F，F(xiàn)M處理濕篩法的MWD和GMD顯著高于F。

2.5 不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)的影響

土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)可作為評(píng)價(jià)土壤肥力水平的綜合性定量指標(biāo)，分形維數(shù)越小，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)越好（林清美等，2018）。小麥季和玉米季各處理土壤的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的分形維數(shù)PSD變化范圍分別為2.16—2.36（小麥季）和2.16—2.57（小麥季）以及1.89—2.15（玉米季）和2.18—2.33（玉米季，圖 4）。小麥季和玉米季各處理機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)之間差異不顯著。小麥季FS、FM和FSM處理的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)均顯著低于CK。玉米季只有FM顯著低于CK，但是FS、FM和FSM均顯著低于F，這表明秸稈和有機(jī)肥的施入對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性發(fā)揮了積極作用。從整體來(lái)看，玉米季機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分形維數(shù)PSD低于小麥季，這與“2.3”節(jié)中玉米季干篩法獲得的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體R0.25顯著高于小麥季和2.4中干篩處理下玉米季的MWD和GMD整體顯著高于小麥季的結(jié)果相一致。

表3 不同施肥處理土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)Table 3 Stability indicators of soil aggregates under different fertilization treatments

圖4 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體（A）和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體（B）分形維數(shù)Fig. 4 Particle-sized dimension of mechanical stable aggregates (A) and water stable aggregates (B)

小麥季和玉米季分形維數(shù) PSD與土壤團(tuán)聚體R0.25的相關(guān)性分析表明（表 4），小麥季時(shí)，PSD與>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05）；玉米季時(shí)，PSD與>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05），與水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量達(dá)到了極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。土壤分形維數(shù)越大，粒徑>0.25 mm團(tuán)聚體含量越低。粒徑>0.25 mm大團(tuán)聚體含量的增加有利于提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善了土壤結(jié)構(gòu)性。

表4 PSD與土壤團(tuán)聚體R0.25的相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis between PSD and soil aggregate R0.25

3 討論

土壤團(tuán)聚體的粒徑分布和穩(wěn)定性是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)在化肥減量的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田和配施有機(jī)肥均有利于土壤團(tuán)聚體的形成并提高其穩(wěn)定性，這與李銳等（2017）的研究結(jié)果相一致。但是僅減少30%的化肥施用量對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性并沒有顯著影響，這與崔江輝等（2018）的研究結(jié)果基本一致。

作物秸稈還田能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的穩(wěn)定性，對(duì)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成具有重要作用（Malhi et al.，2012）。本研究結(jié)果表明FS處理顯著提高了小麥季粒徑>0.25 mm團(tuán)聚體的含量、MWD和GMD值，顯著降低了水穩(wěn)定性團(tuán)聚體 PSD；玉米季水穩(wěn)定性團(tuán)聚體R0.25值差異明顯，但趨勢(shì)與小麥季一致，說(shuō)明化肥減量配施秸稈有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成并降低不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)，提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，改善土壤抗侵蝕能力。這與先前的研究結(jié)果秸稈還田能有效提高旱作土壤大團(tuán)聚體的形成，明顯改善鹽漬土團(tuán)聚體的穩(wěn)定性（王會(huì)等，2019）相一致。秸稈隨耕作進(jìn)入土壤后可能成為大團(tuán)聚體形成的核心物質(zhì)，吸附細(xì)小顆粒聚合形成大團(tuán)聚體（王碧勝等，2019）。本研究顯示，玉米季干篩團(tuán)聚體>1.0 mm的3個(gè)粒級(jí)含量顯著高于小麥季相應(yīng)粒級(jí)的含量，而其它5個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體含量均顯著低于小麥季。這可能是因?yàn)樾←準(zhǔn)斋@后，小麥秸稈就地覆蓋還田能夠減少地表裸露，減緩雨滴對(duì)土壤的打擊力，緩解外力對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響（Peng et al.，2016）。進(jìn)一步來(lái)看可能是玉米根系發(fā)達(dá)，根系分泌物較多，根系分泌物產(chǎn)生的有機(jī)酸和多糖類物質(zhì)能夠增強(qiáng)土壤顆粒之間的團(tuán)聚化作用（周蕓等，2019）。北方地區(qū)冬季寒冷晝夜溫差較大，小麥秸稈覆蓋和玉米秸稈還田降低了小麥季因凍融交替和玉米季因干濕交替對(duì)土壤團(tuán)聚體的破壞（楊永輝等，2017）。

本研究結(jié)果表明化肥減量配施秸稈和有機(jī)肥可提高土壤粒徑>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量、MWD和GMD值，降低PSD值，這與周蕓等（2019）和李建華等（2018）研究結(jié)果相似。有機(jī)肥與化肥配施能夠?yàn)橥寥捞峁┴S富的外源有機(jī)質(zhì)，直接向土壤中補(bǔ)充大量的活性有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物質(zhì)在微生物的分解下為團(tuán)聚體的形成提供了所需的有機(jī)無(wú)機(jī)膠結(jié)物質(zhì)，同時(shí)還會(huì)激發(fā)土壤生物活性（Zhang et al.，2019），從而使小粒級(jí)團(tuán)聚體膠結(jié)形成大團(tuán)聚體，提高了土壤的團(tuán)聚程度，進(jìn)而提高大團(tuán)聚體含量，并增強(qiáng)其穩(wěn)定性（李文軍等，2014）。秸稈的施入使土壤中存在更多的新鮮根茬和根系分泌物，化肥施入土壤后會(huì)通過(guò)增加植物枯枝落葉、根系等有機(jī)物料促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增加土壤中大團(tuán)聚的含量，大團(tuán)聚體更易受微生物和根系的影響（Wang et al.，2018）。

本研究小麥季配施有機(jī)物料的3個(gè)處理（FS、FM、FSM）對(duì)干篩大團(tuán)聚體的含量具有顯著變化，而玉米季無(wú)明顯規(guī)律，這可能是小麥前茬作物玉米收獲后秸稈還田和施入有機(jī)肥導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，使得小麥季土壤大團(tuán)聚體含量提高。濕篩團(tuán)聚體FS、FM和FSM處理的R0.25均顯著高于CK，這與土壤中有機(jī)質(zhì)含量的增加有關(guān)，并且秸稈還田可能會(huì)在耕作時(shí)增加擾動(dòng)阻力，減少對(duì)團(tuán)聚體的破壞作用（姜燦爛等，2010）。小麥季水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體的比例要略高于玉米季。這可能與冬小麥種植周期較長(zhǎng)，夏季降雨量較多有關(guān)。

4 結(jié)論

小麥-玉米輪作體系下，減量化肥配施秸稈和有機(jī)肥均顯著提高>0.25 mm粒級(jí)機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量，提高M(jìn)WD和GMD，降低PSD，團(tuán)聚體穩(wěn)定性增強(qiáng)，土壤結(jié)構(gòu)得到改善。添加秸稈和配施有機(jī)肥對(duì)小麥季濕篩團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性的影響高于玉米季，玉米季干篩團(tuán)聚體的機(jī)械穩(wěn)定性要優(yōu)于小麥季。