長期施肥下不同種植年限堿化草甸土水穩(wěn)性團聚體及有機碳分布

李大偉，孟慶峰，周連仁，馬獻發(fā)

（東北農業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

土壤團聚體是土壤結構的基本單位，是土壤的重要組成部分［1］。增加土壤團聚體，切斷土壤毛細管，抑制水鹽向上運移是防止土壤鹽堿化的重要途徑［2］。堿化草甸土在開墾種植過程中，由于耕作對土壤團聚體的破壞，使土壤水穩(wěn)性團聚體減少，導致土壤結構性差，加劇了土壤鹽堿化。土壤有機碳是土壤肥力的核心，在促進土壤結構的形成，調節(jié)土壤化學及生物學性質，維持土壤養(yǎng)分的含量及其有效性等方面具有重要作用［3］。有機碳被認為與團聚體形成關系密切［4－5］。已有的研究表明［6］，大量 的有 機碳儲存在250～2000 μm 的團聚體中。Puget等［7－8］認為大團聚體的形成是微團聚體通過有機碳的膠結形成的，而團聚體的結構性破壞將導致土壤有機碳的流失。趙紅等［9］研究得出在蔬菜有機栽培中施有機肥可增加土壤團聚體含量，是改良土壤結構的有效措施。目前，有關土壤團聚體的研究，多集中在森林土壤，紅壤，黑土等，而堿化草甸土的研究較少。本研究通過對長期施用有機肥的不同種植年限堿化草甸土水穩(wěn)性團聚體及其有機碳分布的分析，旨在為土壤的鹽堿化治理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于松嫩平原黑龍江省肇州縣永樂鎮(zhèn)太豐村東北農業(yè)大學鹽堿土長期定位試驗站（東經(jīng)125°16′，北緯45°42′），黑龍江省第一積溫帶，屬于中溫帶大陸性季風氣候，該區(qū)年平均氣溫3.6℃，年均降水量434.5mm，年均蒸發(fā)量1800 mm。境內無江河，是黑龍江省重點干旱的縣份之一，也是該省鹽漬土主要分布區(qū)。試驗區(qū)根據(jù)綜合情況，每間隔幾年在堿化草甸土和草甸堿土呈復區(qū)分布的土壤上開墾農田，通過長期施用有機肥的方式進行土壤改良，試驗區(qū)面積共計66.67hm2，有1，4，6，10和15a共5塊不同種植年限的農田。種植作物為玉米。

1.2 土壤樣品采集

采集樣品的土壤類型為堿化草甸土。以原始堿化草甸土為對照，以長期施用有機肥的不同種植年限堿化草甸土農田為研究對象，分別采集對照，種植1，4，6，10和15a原狀土土樣，重復4次，采集深度為0—20cm，采集過程中避免人為破壞土壤結構，裝入塑料盒中帶回試驗室進行風干備用。

1.3 測定方法

將采集回來的原狀土樣在室內沿自然結構輕輕掰成直徑約2cm的小土塊，除去植物殘體等外來物，按Yoder法進行分級，用干篩法先將土樣分成3級，即＞5mm，5～2mm，＜2mm，稱重，然后用四分法按比例取包括各級團粒的風干土樣50g（3份），其中一份測定含水率。然后將50g土樣通過團粒分析儀濕篩出＞5mm，5～2mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm，共5級水穩(wěn)性團聚體。將分離出的水穩(wěn)性團聚體在鼓風干燥箱中60℃烘干后，過0.25mm篩，測定土壤有機碳含量，測定方法采用外加熱重鉻酸鉀容量法測定［10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS軟件進行單因素方差分析和相關性分析，采用LSD方法進行處理間顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 水穩(wěn)性團聚體含量分布

堿化草甸土開墾種植后明顯影響土壤水穩(wěn)性團聚體分布，在長期施用有機肥下，隨著種植年限的增加，土壤較大粒級水穩(wěn)性團聚體含量減少，而0.25～0.5mm粒級水穩(wěn)性團聚體含量明顯增加。

從圖1可以看出，＞5mm水穩(wěn)性團聚體含量變化較大，呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢。種植達到4a時，＞5mm水穩(wěn)性團聚體含量最低，由對照的17.54%下降到5.13%，下降趨勢顯著（p＜0.05），種植4～15a時＞5mm水穩(wěn)性團聚體含量呈顯著增加趨勢，由4a的5.13%增加到15a的13.77%，基本與種植1a持平；開墾種植后對于2～5mm水穩(wěn)性團聚體破壞性最大，與對照土壤相比各種植年限此粒級含量降低明顯，達到極顯著差異（p＜0.01）；1～2mm和0.5～1mm粒級變化規(guī)律基本一致，均是隨種植年限的增加逐漸減少，由15.76%和14.84%分別降低到3.40%和8.21%；0.25～0.5mm 粒級水穩(wěn)性團聚體含量變化規(guī)律與其它不同，對照土壤此粒級含量較低，隨著種植年限的增加，此粒級水穩(wěn)性團聚體含量逐漸增加，各種植年限與對照相比均達到極顯著差異（p＜0.01），種植10a，15a與種植1a水穩(wěn)性團聚體含量差異顯著，其它各種植年限差異不顯著。

圖1 不同種植年限土壤各粒級水穩(wěn)性團聚體含量分布

2.2 有機碳含量分布

不同種植年限及不同粒級土壤有機碳含量不同，總體上來看，在長期施用有機肥下，隨著種植年限的增加，土壤水穩(wěn)性團聚體有機碳含量逐漸增加。從對照到種植4a增加較快，種植4a后土壤水穩(wěn)性團聚體有機碳含量增加趨勢平緩。

從不同粒級來看，2～5mm粒級土壤有機碳含量最高，平均達到23.4g／kg，隨粒級的減小，有機碳含量開始逐漸減少，0.25～0.5mm粒級有機碳含量最低，平均為18.6g／kg。但＞5mm粒級土壤有機碳含量并不高，平均為19.6g／kg，介于1～2mm粒級和0.5～1mm粒級之間（圖2），土壤有機碳在粒級較大的團聚體中含量較高。

2.3 相關性分析

土壤有機質、黏粒及碳酸鈣是影響土壤水穩(wěn)性團聚體含量的主導因子［11］，其中土壤有機質與團聚體之間存在著密切的線性關系，它們是土壤團聚體的主要膠結劑，能促進土壤團聚體的形成［12］。在本研究中0.25～0.5mm粒級水穩(wěn)性團聚體有機碳與水穩(wěn)性團聚體含量呈極顯著（p＜0.01）正相關關系，相關系數(shù)R＝0.8235 。其它各粒級水穩(wěn)性團聚體有機碳含量與水穩(wěn)性團聚體含量無顯著正相關關系。

圖2 不同種植年限土壤團聚體各粒級中的有機碳含量

3 結果討論

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，在種植之初，土地利用方式的轉變首先使團聚體破碎，改變了土壤結構導致土壤各粒級團聚體的重新分配［13－16］。李海波等［17］研究發(fā)現(xiàn)草地植物細根系的連接和絆纏作用對大團聚體的穩(wěn)定起到關鍵作用因而提高了土壤的團聚化，相應地草地微團聚體和粉黏粒的質量分數(shù)則顯著低于裸地和農田無肥處理，本研究與其結果一致，尤其是＞5mm和2～5mm粒級原始堿化草甸土水穩(wěn)性團聚體明顯高于種植后土壤，種植后＞5 mm水穩(wěn)性團聚體平均下降51.99%，2～5mm水穩(wěn)性團聚體平均下降90.40%。

雖然種植后土壤大團聚體被明顯破壞，但是通過長期施用有機肥，在有機質的作用下，0.25～0.5mm土壤水穩(wěn)性團聚體明顯增加，說明施用有機肥后，土壤微團聚體開始團聚，形成0.25～0.5mm較小粒級的水穩(wěn)性團聚體，這部分水穩(wěn)性團聚體相對穩(wěn)定，不易被耕作所破壞，對土壤肥力的貢獻也最大，苗淑杰等［18］在黑土上的研究表明，當化肥和有機肥配合施用后，主要促進土壤中＜1mm團聚體形成，尤其對0.5～0.25mm粒級團聚體形成的促進作用最大。史奕等［19］研究松嫩平原典型中厚黑土層團聚體分布情況時得出，不同施肥模式黑土中＜1mm水穩(wěn)性團聚體占絕對優(yōu)勢。本研究與其結果一致。

大量研究表明［20］，有機質在團聚體形成過程中起重要作用，是土壤團聚體形成的膠結劑。在有機質含量高的黑土和熟化度高的土壤中，有機膠結物質的膠結作用是形成水穩(wěn)性團聚體的主要因素。苗淑杰等［21］研究表明，長期有機無機肥料配施有利于黑土大顆粒團聚體形成，促進土壤有機碳在大團聚體中的分配。施肥和作物輪作管理的綜合結果表明，有機無機肥料配合施用有利于形成良好的土壤結構。徐江兵等［22］研究表明，長期有機無機肥配施顯著提高了土壤中有機碳的含量，土壤團聚體中有機碳含量隨團聚體粒級減小而降低，廄肥處理對各粒級團聚體有機碳及總有機碳含量促進作用最明顯。本研究同樣得到相同結果，大團聚體中有機碳含量高于較小團聚體，2～5mm粒級土壤有機碳平均含量最高，隨粒級的減小，有機碳含量開始逐漸減少。但本研究＞5 mm粒級土壤有機碳平均含量并不高，具體原因有待進一步研究。通過對各粒級水穩(wěn)性團聚體含量與有機碳含量相關性分析得出，0.25～0.5mm水穩(wěn)性團聚體含量與有機碳含量呈顯著正相關關系。說明耕作對此粒級影響較小，而有機碳的作用較大。

總之，本研究由于長期施用有機肥，使土壤有機碳含量增加，但同時由于不同種植年限導致的土壤水穩(wěn)性團聚體的破壞程度的減少，使得堿化草甸土土壤水穩(wěn)性團聚體較大粒級開墾后迅速減少，而較小粒級水穩(wěn)性團聚體由于長期施用有機肥作用而顯著增加。種植4a后，土壤水穩(wěn)性團聚體及碳分布趨于穩(wěn)定。

4 結論

堿化草甸土開墾種植后明顯影響土壤水穩(wěn)性團聚體分布，長期施用有機肥下，隨著種植年限的增加，土壤較大粒級水穩(wěn)性團聚體含量減少，而0.25～0.5 mm粒級水穩(wěn)性團聚體含量明顯增加。長期施用有機肥下，不同種植年限各粒級堿化草甸土有機碳平均含量呈增加趨勢。其中，2～5mm粒級土壤有機碳平均含量最高，達到23.4g／kg，0.25～0.5mm粒級有機碳含量最低，為18.6g／kg。0.25～0.5mm粒級水穩(wěn)性團聚體含量與有機碳含量呈現(xiàn)顯著正相關關系。長期施用有機肥下，種植4a后，土壤水穩(wěn)性團聚體及有機碳分布開始呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的趨勢。

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