丁慧慧, 陳文盛, 李江榮

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所, 西藏 林芝 860000; 2.西藏高原森林生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西藏 林芝 860000; 3.西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,西藏 林芝 860000; 4.西藏自治區(qū)高寒植被生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西藏 林芝 860000)

季節(jié)性凍融是指由于一年四季與晝夜溫度的變化，反映在多尺度土層上反復(fù)凍結(jié)—融凍的過(guò)程[1]，這種情況主要出現(xiàn)在高緯度地區(qū)如我國(guó)東北地區(qū)[2-3]以及高海拔地區(qū)如我國(guó)青藏高原地區(qū)[4]，是全球普遍存在的一種自然現(xiàn)象。秋冬季節(jié)，溫度降低，土層普遍由上至下凍結(jié)，春夏季節(jié)，溫度升高，土層普遍由上至下凍融[5]。季節(jié)性凍融變化作為氣候變化的一個(gè)指示器，其通過(guò)對(duì)地表能量、水和碳循環(huán)的影響，從而在局地和全球氣候及陸地生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮作用[5-6]。

土壤團(tuán)聚體不僅是土壤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)單位，也是土壤的主要組成元素和土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來(lái)源，同時(shí)也是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和健康狀況的重要標(biāo)志[7-9]。通過(guò)土壤對(duì)外界擠壓作用大小判斷土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與否，其中主要包括土壤結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性和土壤結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性[10]。土壤團(tuán)聚體作為評(píng)價(jià)土壤侵蝕性的重要因素之一[9]，提高土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性和土壤團(tuán)聚體的數(shù)量、質(zhì)量可以增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力[11]。就目前來(lái)看，土壤含水量(SWC)，0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(WSA)、平均質(zhì)量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、分形維數(shù)D、可蝕性K值等是衡量土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)[12-13]。一般認(rèn)為，隨著0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，平均質(zhì)量直徑、平均幾何直徑指數(shù)的增加，土壤團(tuán)粒的分布情況和穩(wěn)定性都會(huì)相應(yīng)的降低與提高[2,14]。此外，分形維數(shù)愈低，則愈有利于土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及耐侵蝕能力[15]。土壤使用模式會(huì)改變土壤結(jié)構(gòu)、有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)和土壤微生物的活性，從而使土壤有機(jī)質(zhì)重新分布，進(jìn)而對(duì)土壤的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響[16-17]。

本文通過(guò)對(duì)比3個(gè)不同處理類(lèi)型土壤STF-Un(未經(jīng)季節(jié)性凍融)，STF-One(經(jīng)一年季節(jié)性凍融)，STF-Ys(經(jīng)多年季節(jié)性凍融)，分別探討0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm深度土壤在凍融作用下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體所受到的影響，主要分析各個(gè)深度土壤粒徑團(tuán)粒含量的分布情況，以及凍融對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒含量、平均質(zhì)量直徑、平均幾何直徑、分形維數(shù)D和土壤可蝕性K值的變化趨勢(shì)進(jìn)行比較分析。研究季節(jié)性凍融對(duì)土壤穩(wěn)定性的影響，為研究?jī)鋈诃h(huán)境下土壤侵蝕的預(yù)報(bào)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

色季拉山(93°12′—95°35′E,29°10′—30°15′N(xiāo))位于青藏高原東南部西藏自治區(qū)林芝市巴宜區(qū)境內(nèi)，屬念青唐古拉山脈與喜馬拉雅山脈的交匯處，是尼洋河流域與雅魯藏布江的分水嶺，呈東北—西南走向，最高海拔約5 200 m。該地區(qū)氣候主要受印度洋西南季風(fēng)的影響[18]，冬暖夏涼，干濕季節(jié)區(qū)分明顯。降雨主要集中在6—9月，占全年降雨量的75%～82%，年均相對(duì)濕度78.83%，年均氣溫-0.73℃，最熱月(7月)均溫9.23℃，最冷月(1月)均溫-13.98℃，年日照時(shí)數(shù)1 151 h，其中日照時(shí)數(shù)最高的出現(xiàn)12月(151.7 h)[19]。研究區(qū)土壤為棕壤，土層較厚，pH值的變化范圍在4～6，偏酸性[20]。

1.2 樣品采集

在利用不同的海拔氣候條件下，進(jìn)行3種不同類(lèi)型土壤對(duì)比，在海拔4 300 m處取樣作為經(jīng)多年季節(jié)性凍融土壤(SFT-Ys)，在海拔3 500 m處取樣作為未經(jīng)季節(jié)性凍融土壤(STF-Un)類(lèi)型，利用PVC管(直徑20 cm，深度35 cm)將3 500 m處土壤搬移至4 300 m處進(jìn)行野外控制性試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為1 a，并隨機(jī)選取4個(gè)樣品作為一年季節(jié)性凍融(STF-One)。樣點(diǎn)用地類(lèi)型為林地，取樣時(shí)間為2021年6月22日1個(gè)凍融期結(jié)束。每個(gè)海拔分3個(gè)樣地，每個(gè)樣地取4個(gè)樣，共84個(gè)樣。取樣時(shí)，要仔細(xì)清除地表上的植物和雜草，取樣深度分別為0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，所取的原狀土帶回實(shí)驗(yàn)室，并用硬塑料盒子裝好避免在途中發(fā)生破壞。對(duì)于STF-One處理類(lèi)型土壤取樣，在4 300 m海拔處4個(gè)樣地中各取一個(gè)PVC管進(jìn)行對(duì)比。

1.3 分析方法

試驗(yàn)中，用濕篩法進(jìn)行了土壤團(tuán)聚體試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)砂礫石、侵入體和粗有機(jī)質(zhì)的撿除，并在自然風(fēng)干過(guò)程中沿著土壤斷裂面上，進(jìn)行將其分揀為直徑10 mm大小的土塊。在土壤樣品充分干燥后，對(duì)其中的一部分進(jìn)行濕篩法分離用于研究土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性[21-22]。篩分時(shí)，將50 g干燥的土壤稱重，放入5 mm的土篩中，用蒸餾水浸泡5 min，接著用3 mm，2 mm，1 mm，0.5 mm，0.25 mm土篩讓土樣依次通過(guò)[23]。然后，以30次/min的頻率上下振動(dòng)10 min，把殘留在每一個(gè)篩網(wǎng)上的泥土沖入鋁盒，進(jìn)行烘干和稱重[24]。每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)3次取平均值。

土壤含水量SWC采用便捷式土壤水分、溫度檢測(cè)儀(Moisture Meter type HH2)。另外水穩(wěn)性團(tuán)聚體百分含量WSA、團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑MWD、團(tuán)聚體幾何平均直徑 GMD和分形維數(shù)D、土壤可蝕性K值，指標(biāo)的具體計(jì)算公式如下：

(1)

式中:Mr>0.25為粒徑>0.25 mm團(tuán)聚體累計(jì)質(zhì)量;MT為土壤各粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量之和[10-11];

(2)

式中:Xi表示每層團(tuán)聚體的平均直徑(mm)；Wi表示每層團(tuán)聚體粒級(jí)的團(tuán)聚體質(zhì)量所占百分比比例[25]。

(3)

式中:Xi表示每層團(tuán)聚體的平均直徑(mm)；Wi表示每層團(tuán)聚體粒級(jí)的團(tuán)聚體質(zhì)量所占百分比比例[26]。

分形維數(shù)計(jì)算方法采用楊培玲[27]推導(dǎo)的分形維數(shù)

(4)

對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)可得公式如下：

(5)

Shiriza等建議在沒(méi)有充足土壤資料的情況下[28]，可采用公式(6)計(jì)算土壤可蝕性K值，公式如下：

(6)

式中:GMD為公式(3)中所求出的值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；采用IBM SPSS Statistics 25對(duì)土壤含水量和團(tuán)聚體性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，并使用Origin 2021進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤各粒徑團(tuán)粒變化情況

如圖1所示，在STF-Un類(lèi)型土壤中，各團(tuán)粒含量占比在不同土層中的比較，其中10～5 mm和0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量所占比例最大，范圍在10%～37%，3～2 mm和0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)粒含量所占比例較低。在1～0.5 mm，0.5～0.25 mm粒徑范圍在不同深度土壤中，差異較為明顯(p<0.05)，在其余粒徑范圍中差異不明顯(p>0.05)。

在STF-One類(lèi)型土壤中，各團(tuán)粒含量占比在不同土層中進(jìn)行比較，其中2～1 mm，1～0.5 mm和0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量所占比例較大，分布范圍在13～34%，3～2 mm粒徑團(tuán)粒含量分布比例較少。在不同土層深度，10～5 mm，3～2 mm團(tuán)粒差異不顯著(p>0.05)，5～3 mm粒徑中10—20 cm深度的含量占比較多，2～1 mm粒徑中0—10 cm>10—20 cm>20—30 cm并且差異顯著(p<0.05)，1～0.5 mm和0.5～0.25 mm粒徑中0—10 cm深度含量最低， 0.25～0 mm粒徑中0—10 cm深度含量最高。

在STF-Ys類(lèi)型土壤中，各團(tuán)粒含量占比在不同土層深度比較，其中0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量所占比例較大，分布范圍在26%～51%，10～5 mm粒徑團(tuán)粒含量占比較小。在不同土層深度中，0.25～0 mm粒徑中0—10 cm>10—20 cm>20—30 cm并且差異顯著(p<0.05)，在其余粒徑范圍中各土層有較為顯著的差異(p<0.05)。

同一土層不同處理差異性分析，在0—10 cm深度土層10～5 mm，5～3 mm，3～2 mm，0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量占比之間無(wú)顯著差異(p>0.05)，2～1 mm粒徑團(tuán)粒含量中STF-Ys含量較高，1～0.5 mm，0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)粒含量占比中，STF-Un含量較少。在10—20 cm深度土壤中，在1～0.5 mm粒徑范圍中STF-Un>STF-Ys>STF-One，在0.5～0.25 mm粒徑范圍里STF-Ys>STF-One>STF-Un并且差異顯著(p<0.05)，在其余粒徑中也存在較為顯著的差異(p<0.05)。在20—30 cm深度的土壤中，在2～1 mm粒徑范圍里STF-One>STF-Un>STF-Ys，在0.25～0 mm粒徑范圍中STF-Ys>STF-Un>STF-One且差異顯著(p<0.05)。

注：(1) STF-Un為未經(jīng)季節(jié)性凍融土壤；STF-One為經(jīng)一年季節(jié)性凍融土壤；STF-Ys為經(jīng)多年季節(jié)性凍融土壤。(2) 同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示同一土壤處理類(lèi)型不同土層之間差異顯著(p<0.05)；同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同大寫(xiě)字母表示同一土層不同土壤處理類(lèi)型之間差異顯著(p<0.05)，下同。

2.2 不同類(lèi)型土壤不同土層各指標(biāo)間變化分析

由表1可得，從同一處理類(lèi)型土壤不同土層分析，未凍融土壤類(lèi)型中，SWC，WSA，MWD，GMD、分形維數(shù)D、可蝕性K值6個(gè)指標(biāo)在三層土層深度中均無(wú)顯著差異(p>0.05)。在經(jīng)一年季節(jié)性凍融土中，SWC在20—30 cm深度土壤含量最大并且不同土層深度之間差異顯著(p<0.05)，WSA在三層土壤中0—10 cm深度含量最小并且不同土層差異顯著(p<0.05)，其余指標(biāo)在不同土層中無(wú)顯著差異(p>0.05)。在經(jīng)多年季節(jié)性凍融土中，6個(gè)指標(biāo)在不同土層中均有顯著差異性(p<0.05)。

從同一土層不同土壤處理類(lèi)型進(jìn)行分析，在0—10 cm深度土層中，SWC在3個(gè)不同類(lèi)型土壤之間皆差異顯著(p<0.05)，其余指標(biāo)在不同類(lèi)型土壤之間無(wú)顯著差異(p>0.05)。在10—20 cm，20—30 cm土層中，6個(gè)指標(biāo)在不同處理類(lèi)型土壤中均存在顯著差異(p<0.05)。

2.3 土壤團(tuán)粒組成與各參數(shù)間相關(guān)性分析

相關(guān)性結(jié)果表明，在SFT-Un處理中(表2)，10～5 mm，5～3 mm，3～2 mm粒徑含量分別于指標(biāo)WSA，MWD，GMD呈顯著正相關(guān)，與D值、K值呈顯著負(fù)相關(guān)。隨著各粒徑團(tuán)粒含量的增加，WSA，MWD，GMD就越大，D和K值就越小。2～1 mm粒徑團(tuán)粒含量與WSA呈正相關(guān)。1～0.5 mm粒徑含量與SWC呈正相關(guān)。1～0.5 mm，0.5～0.25 mm，0.25～0 mm粒徑含量與MWD，GMD呈顯著負(fù)相關(guān)，與D值均呈正相關(guān)。0.25～0 mm粒徑含量與WSA呈負(fù)相關(guān)，與K值呈正相關(guān)。

表1 不同類(lèi)型土壤不同土層各指標(biāo)間變化分析

在SFT-One處理中(表3)，10～5 mm，5～3 mm粒徑含量與指標(biāo)MWD，GMD呈顯著正相關(guān)，與D值、K值呈顯著負(fù)相關(guān)。隨著10～5 mm，5～3 mm粒徑含量的增加，MWD，GMD呈增加趨勢(shì)，而D值、K值呈減少趨勢(shì)。5～3 mm粒徑含量與WSA呈正相關(guān)。3～2 mm粒徑團(tuán)粒含量與WSA呈正相關(guān)，與K值呈負(fù)相關(guān)。2～1 mm粒徑含量與SWC，WSA，GMD呈顯著正相關(guān)，與D值、K值呈顯著負(fù)相關(guān)。1～0.5 mm粒徑團(tuán)粒含量與SWC，WSA均呈正相關(guān)。0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)粒含量與SWC呈正相關(guān)，與MWD呈負(fù)相關(guān)。0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量與6個(gè)指標(biāo)均有相關(guān)關(guān)系，其中與SWC，WSA，MWD，GMD均呈負(fù)相關(guān)，與D值、K值呈正相關(guān)。說(shuō)明隨著0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量的增加SWC，WSA，MWD，GMD呈減少趨勢(shì)，D值、K值呈增加趨勢(shì)。

在SFT-Ys處理中(表4)，10～5 mm，5～3 mm，3～2 mm，2～1 mm，1～0.5 mm粒徑含量與指標(biāo)WSA，MWD，GMD呈顯著正相關(guān)，與D值、K值呈顯著負(fù)相關(guān)。而0.5～0.25 mm，0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量與指標(biāo)WSA，MWD，GMD呈顯著負(fù)相關(guān)，與D值、K值呈顯著正相關(guān)。其正負(fù)相關(guān)性以0.5 mm團(tuán)粒粒級(jí)為界。

在3個(gè)不同處理類(lèi)型土壤中，SWC，WSA，MWD，GMD，D，K這6個(gè)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系皆一致。首先SWC與其余5個(gè)指標(biāo)之間無(wú)顯著相關(guān)。WSA與MWD和GMD均呈顯著正相關(guān)，MWD與GMD呈顯著正相關(guān)關(guān)系，D值與K值呈正相關(guān)關(guān)系。其次WSA，MWD和GMD均與D值與K值呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明土壤團(tuán)聚體的WSA，MWD和GMD越大，D值與K值就越小。

表2 SFT-Un處理下不同類(lèi)型土壤各粒徑團(tuán)粒含量與各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

表3 SFT-One處理下不同類(lèi)型土壤各粒徑團(tuán)粒含量與各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

表4 SFT-Ys處理下不同類(lèi)型土壤各粒徑團(tuán)粒含量與各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

3 討 論

3.1 團(tuán)粒結(jié)構(gòu)與含水量

土壤團(tuán)聚體各團(tuán)粒組成是影響土壤肥力的重要因素[7]。在土壤各深度土層中， SFT-Un類(lèi)型土壤團(tuán)聚體多集中在10～5 mm，2～1 mm與0.25～0 mm粒徑中。SFT-One類(lèi)型土壤中團(tuán)聚體主要集中在2～1 mm與0.25～0 mm的粒徑范圍中，SFT-Ys類(lèi)型土壤中團(tuán)聚體主要集中在2～1 mm，1～0.5 mm與0.25～0 mm粒徑范圍中。0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量占比在10—20 cm與20—30 cm深度中3種處理類(lèi)型土壤具有顯著差異。這主要是由于凍融會(huì)對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破解作用，造成土壤中大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)含量減少，而小粒級(jí)團(tuán)粒含量增加[29]。Oztas等[30]認(rèn)為凍融促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的破碎，從而降低了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。牛浩等[31]2020年在對(duì)黑龍江地區(qū)凍土與肖東輝等[32]對(duì)凍融情況下黃土的研究發(fā)現(xiàn)，隨著凍融過(guò)程的變化土壤結(jié)構(gòu)中較大粒徑組團(tuán)粒呈逐漸減小的趨勢(shì)，而較小顆粒粒徑組團(tuán)粒則呈增加趨勢(shì)，其結(jié)果與本文研究結(jié)果基本一致。而文晶在對(duì)長(zhǎng)江源北麓河流域凍土進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)[33]，凍融導(dǎo)致表層土壤團(tuán)粒出現(xiàn)粗?；F(xiàn)象，得出的結(jié)論與本文結(jié)論相反，其原因可能是文晶的研究主要集中在草甸區(qū)域的多年凍土，其主要原因可能是研究區(qū)域的植被類(lèi)型不同。

在土壤含水量與土壤團(tuán)聚體(0—30 cm)的相關(guān)分析中表明，SFT-Un類(lèi)型土壤中與1～0.5 mm粒徑含量呈正相關(guān)。SFT-One類(lèi)型土壤SWC與2～1 mm，1～0.5 mm和0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)粒含量呈正相關(guān)，與0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量呈負(fù)相關(guān)。SFT-Ys類(lèi)型土壤中SWC與各粒徑含量均無(wú)顯著相關(guān)。在趙恒策，王展等[29,34]的研究中表明，SWC與土壤粒級(jí)團(tuán)聚體含量會(huì)達(dá)到顯著相關(guān)水平，與本研究結(jié)果相似。在SFT-Un類(lèi)型土壤中，3個(gè)深度土層之間的SWC指標(biāo)差異不顯著，在SFT-One與SFT-Ys類(lèi)型土壤中3個(gè)深度土層之間的SWC差異顯著?？赡艿脑蚴潜┑娜诨约氨┑膬鼋Y(jié)阻礙了水分在土壤中的流動(dòng)等因素造成了溫度升高冰雪融化土壤含水量的增加[35]。分別在三層不同深度土層中，將3種處理類(lèi)型的土壤進(jìn)行比較時(shí)，均具有顯著差異。王洋等[36]研究發(fā)現(xiàn)凍融過(guò)程使得土壤水分顯著提高，并且對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和水分分布特征具有明顯影響[37]，與本文結(jié)果一致。

3.2 0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體、土壤團(tuán)聚體直徑指標(biāo)

許多研究表明[14,25]， 0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(WSA)和土壤團(tuán)聚體直徑指標(biāo)(MWD，GMD)的值越大說(shuō)明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好。在0—10 cm深度土層中，3種類(lèi)型土壤WSA大小表現(xiàn)為， SFT-Ys>SFT-One>SFT-Un但其差異并不顯著。文晶等[33]得出凍融會(huì)增加表層土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的結(jié)論與該結(jié)論相一致。在0—30 cm深度土層中SFT-One，SFT-Un兩種類(lèi)型WSA大小均表現(xiàn)為SFT-One>SFT-Un。在10—20 cm，20—30 cm深度土層中，3種處理類(lèi)型土壤表現(xiàn)為：SFT-One>SFT-Un>SFT-Ys說(shuō)明經(jīng)過(guò)一年季節(jié)性凍融的土壤，WSA有所增加，一定程度上增加了10—20 cm深度土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，經(jīng)多年季節(jié)性凍融的WSA顯著低于其他兩個(gè)類(lèi)型。多年季節(jié)性凍融會(huì)降低WSA，從而降低了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。Oztas等[30]研究認(rèn)為，在濕篩處理下，當(dāng)土壤凍融次數(shù)在一定范圍內(nèi)，其土壤增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。楊梅學(xué)等[38]通過(guò)在西藏那曲地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)得出這樣的結(jié)論表明了土壤的凍融交替過(guò)程對(duì)不同深度土層的影響是不同的。

3個(gè)處理類(lèi)型下，0—10 cm深度中MWD，GMD指標(biāo)差異均不顯著，在10—30 cm深度中MWD，GMD指標(biāo)SFT-Ys子集小于SFT-One、 SFT-Un子集間，差異顯著。在SFT-Ys類(lèi)型土壤中隨深度的加深，MWD，GMD呈逐漸減少的趨勢(shì)，土壤穩(wěn)定性逐漸減弱。表明土壤經(jīng)過(guò)多年季節(jié)性凍融后，MWD，GMD數(shù)值變小，土壤穩(wěn)定性變差，這與劉緒軍等[39]研究結(jié)果基本一致。而與李嘉[40]的研究結(jié)果相反，其研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)季節(jié)性凍融華北落葉松林和云杉 ×華北落葉松混交林MWD和 GMD顯著增加，從而增加了土壤穩(wěn)定性。此外王恩姮等[41]研究發(fā)現(xiàn)季節(jié)性凍融促進(jìn)了典型黑土區(qū)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的團(tuán)聚，提高了土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性，這也與本文得出的結(jié)果相反，原因可能是色季拉山海拔高凍結(jié)溫度更低，凍結(jié)程度較大，植被類(lèi)型的不同，枯落物厚度的不同，另外研究區(qū)的土壤類(lèi)型也有所不同，已有相關(guān)研究表明土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性會(huì)隨土壤黏粒的變化而變化[42]。

3.3 分形維數(shù)D與可蝕性K值

土壤分形維數(shù)(D)能夠反映土壤的質(zhì)地、均勻性、物理特性和肥力特性等，通過(guò)分析不同粒徑團(tuán)粒分布情況，得到的D值大小可以說(shuō)明大團(tuán)粒含量對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響，D值越高，其土壤穩(wěn)定性就越差[13]。土壤可蝕性K值作為評(píng)價(jià)土壤抵抗水蝕能力大小的重要指標(biāo)，其中K值越小說(shuō)明土壤抵抗侵蝕的能力越強(qiáng)，反之則土壤抗侵蝕能力越弱[43]。本研究表明3種不同處理下分形維數(shù)D與可蝕性K值，SFT-Ys子集大于SFT-One、 SFT-Un子集間，差異顯著，表明經(jīng)多年季節(jié)性凍融的影響，D值與K值顯著增大，土壤穩(wěn)定性變差，土壤的抗侵蝕能力減弱。在SFT-Ys類(lèi)型土壤中隨深度的加深，D值、K值呈逐漸增加的趨勢(shì)，土壤穩(wěn)定性逐漸減弱。這與趙恒策[29]、繆馳遠(yuǎn)[44]等對(duì)東北典型黑土等的研究結(jié)果一致。

其中在SFT-Ys類(lèi)型土壤中各粒徑含量與指標(biāo)之間的相關(guān)性分析，10～5 mm，5～3 mm，3～2 mm，2～1 mm，1～0.5 mm粒徑含量與指標(biāo)WSA，MWD，GMD呈顯著正相關(guān)，與D值，K值呈顯著負(fù)相關(guān)，而0.5～0.25 mm，0.25～0 mm粒徑團(tuán)粒含量與指標(biāo)WSA，MWD，GMD呈顯著負(fù)相關(guān)，與D值、K值呈顯著正相關(guān)。其正負(fù)相關(guān)性以0.5 mm團(tuán)粒粒級(jí)為界，說(shuō)明在凍融作用下土壤團(tuán)聚體變化過(guò)程中，0.5 mm粒級(jí)是關(guān)鍵的臨界點(diǎn)。牛浩等[25,31]也研究認(rèn)為0.5 mm粒級(jí)在土壤結(jié)構(gòu)變化中起到重要的作用，從而進(jìn)一步土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。在SFT-Un，SFT-One類(lèi)型土壤中團(tuán)粒與各指標(biāo)的正負(fù)性主要是以1 mm粒級(jí)為分界線。

在3個(gè)不同處理類(lèi)型土壤中，SWC，WSA，MWD，GMD，D，K共6個(gè)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系皆一致。其中SWC與其余5個(gè)指標(biāo)之間無(wú)顯著相關(guān)。WSA與MWD和GMD均呈顯著正相關(guān)，MWD與GMD呈顯著正相關(guān)關(guān)系，D值與K值呈正相關(guān)關(guān)系。而WSA，MWD和GMD均與D值、K值呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明土壤團(tuán)聚體的WSA，MWD和GMD越大，D值與K值就越小。

4 結(jié) 論

(1) 季節(jié)性凍融作用導(dǎo)致土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定破解作用，土壤中大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分布減少，而小粒級(jí)團(tuán)粒含量分布增加。季節(jié)性凍融增加了土壤含水量，在SFT-Un，SFT-One兩種類(lèi)型土壤中SWC與粒徑團(tuán)粒含量間總體呈顯著正相關(guān)。

(2) 季節(jié)性凍融作用使得MWD，GMD數(shù)值總體上變小，D值與K值變大，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性有所降低。在SFT-Ys類(lèi)型土壤中隨采樣深度增加，土壤穩(wěn)定性逐漸降低，抗侵蝕能力也呈逐漸減弱的趨勢(shì)。

(3) 相關(guān)性分析結(jié)果表明，3種類(lèi)型土壤中WSA，MWD和GMD均與D值與K值呈負(fù)相關(guān)。在SFT-Ys類(lèi)型土壤中土壤結(jié)構(gòu)變化，0.5 mm粒級(jí)是重要臨界點(diǎn)。

(4) 一年的凍融周期下，WSA值有所增加，土壤穩(wěn)定性相對(duì)增強(qiáng)。但SFT-One與SFT-Un其余指標(biāo)間均無(wú)顯著差異，可能的原因是一年的凍融期時(shí)間較短，對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響較小，需持續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)研究。