石利軍 胡振華
摘要[目的]研究不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體組成特征及穩(wěn)定性。[方法]研究不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體在(≥5.00、2.00~<5.00、1.00~<2.00、0.50~<1.00、0.25~<0.50、<0.25 mm)6種粒徑下的分布情況及穩(wěn)定性;在對(duì)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步分析了3種處理方式[慢速濕潤(rùn)法(SW)、擾動(dòng)濕潤(rùn)法(WS)、快速濕潤(rùn)法(FW)]下土壤團(tuán)聚體粒徑分布特征。[結(jié)果]隨著振蕩次數(shù)的增加,≥1.00 mm的粒徑百分比逐漸減少,而<1.00 mm的粒徑百分比逐漸增加。3種處理方式(SW、WS、FW)下,土壤團(tuán)聚體粒徑分布不同,≥5.00 mm粒徑百分比在SW處理方式下最大,在FW處理下≥5.00 mm粒徑百分比最小。[結(jié)論]SW處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞性最小,同種處理方式下隨著坡度的增加團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也相應(yīng)增加。
關(guān)鍵詞土地利用方式;土壤團(tuán)聚體;粒徑;穩(wěn)定性
中圖分類號(hào)S152文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611(2017)12-0092-04
Abstract[Objective]To study the composition characteristics and stability of soil aggregate under different land use ways. [Method] Distribution and stability of soil aggregate in six kinds of particle size (≥5.00, 2.00-<5.00, 1.00 - <2.00, 0.50-<1.00,0.25-<0.50, < 0.25 mm) under different land use ways were studied, on the basis of the understanding of granular structure, soil aggregate size distribution under three treatment methods were analyzed. [Result] With the increase of oscillation frequency, percentage content of ≥1.00 mm particle size aggregate reduced gradually, percentage content of < 1.00 mm particle size aggregate increased gradually. In three treatment methods (SW, WS, FW), soil aggregate size distribution also had different changes, the content of ≥5.00 mm particle size under the SW treatment was biggest, under the FW treatment, the content of ≥5.00 mm particle size was least. [Conclusion] Damaging of SW treatment mode on soil aggregate was least, under the same treatment way aggregate stability also increased accordingly with the increase of slope.
Key wordsLand use ways;Soil aggregate;Size;Stability
土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的重要組成部分,對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要作用。土壤顆粒膠結(jié)力強(qiáng),則土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)水流的沖刷及抵抗破壞的能力則強(qiáng),對(duì)作物生長(zhǎng)及保持水土具有積極作用[1]。 近幾十年來,國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成進(jìn)行了大量研究,認(rèn)為有機(jī)和無機(jī)復(fù)合是土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。劉夢(mèng)云等[2]研究了5種不同土地利用方式下土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和微團(tuán)聚體結(jié)構(gòu),結(jié)果表明,灌木林地及天然草地有利于團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成;張超等[3-4]研究了黃土丘陵區(qū)不同植被類型土壤微團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)特征,結(jié)果表明,丘陵區(qū)坡耕地種植植被后,土壤微團(tuán)聚體變化明顯;也有學(xué)者研究了不同深度下團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)特征,結(jié)果表明,不同深度下土壤水穩(wěn)性和非水穩(wěn)性團(tuán)聚體表現(xiàn)出較大差異,越深層次的團(tuán)聚體>0.25 mm粒徑含量越少[5];白秀梅等[6]對(duì)龐泉溝自然保護(hù)區(qū)典型森林土壤大團(tuán)聚體特征進(jìn)行研究,干篩分析結(jié)果表明,植被覆蓋有利于增加0.5~7.0 mm團(tuán)聚體含量,濕篩分析結(jié)果表明,植被覆蓋有利于提高>0.50 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量。筆者研究了不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體組成特征及穩(wěn)定性,以期為土壤結(jié)構(gòu)改良提供理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)地位于呂梁市離石區(qū),離石區(qū)地處山西省西部,呂梁山脈中段西側(cè),地理坐標(biāo)110°55′~111°35′ E,37°21′~37°42′ N,屬于溫帶大陸性氣候區(qū),四季分明,冬寒夏暑,年平均氣溫在8.9 ℃左右,局部最高氣溫可達(dá) 38.9 ℃,個(gè)別地區(qū)〖JP4〗最低氣溫在-25.5 ℃。年均降雨量為460.4 mm,無霜期170 d。王家溝在離石區(qū)的東北部,111°11′23″ E,37°32′06″ N,年平均溫度8.9 ℃,年均降水量 461.2 mm,無霜期164 d,
年極端最高溫度34.4 ℃,年極端最低溫度-16.2 ℃。
1.2土壤取樣
土壤樣品(測(cè)定肥力指標(biāo))取自呂梁市離石區(qū)王家溝試驗(yàn)基地,按照土地利用方式的不同分為側(cè)柏和堿草混交、歐李、檸條、苜蓿、油松5種土地利用類型。取樣時(shí)每種土地利用方式在試驗(yàn)區(qū)(2 m×5 m)從不同位置布設(shè)3個(gè)樣點(diǎn),共15個(gè)樣品。取土?xí)r去掉表層雜質(zhì),然后取0~20 cm土樣,放入塑料袋中編號(hào),帶回實(shí)驗(yàn)室后取出樣品自然風(fēng)干,以備過篩。
1.3穩(wěn)定性分析
通過干篩與濕篩測(cè)定團(tuán)聚體的水穩(wěn)性,干篩時(shí)將風(fēng)干土壤均勻混合,取其中一部分通過孔徑10.00、5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm的篩子進(jìn)行篩分(篩子附有底盤和蓋子)。篩分后將篩子上及<0.25 mm的土樣進(jìn)行稱重,計(jì)算干篩中各級(jí)團(tuán)聚體占土樣總量的百分比,然后將每種粒徑的土樣進(jìn)行配比,質(zhì)量為50 kg時(shí)供濕篩使用。
將配比好的土樣放入團(tuán)聚體分析儀上進(jìn)行濕篩分析,濕潤(rùn)土樣的方式分為快速濕潤(rùn)與緩慢浸泡,每次可將4個(gè)土樣放入孔徑5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm篩子上進(jìn)行試驗(yàn),調(diào)整團(tuán)聚體分析儀,控制不同頻率、不同次數(shù)下的土樣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,將每次試驗(yàn)后篩子上的土樣風(fēng)干后進(jìn)行稱重,分析團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。
1.4粒徑分布分析
采用3種處理方法,主要包括快速濕潤(rùn)法(FW)、慢速濕潤(rùn)法(SW)和擾動(dòng)濕潤(rùn)法(WS)對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體進(jìn)行穩(wěn)定性分析。具體測(cè)定步驟:取3~5 mm干篩團(tuán)聚體于40 ℃烘箱內(nèi)烘干24 h,使土壤含水量一致后運(yùn)用以下3種方法進(jìn)行篩分:①快速濕潤(rùn)(FW)。取5 g團(tuán)聚體快速浸沒在去離子水中10 min后用移液管吸掉水分。②慢速濕潤(rùn)(SW):取5 g團(tuán)聚體置于張力為-0.3 kPa濾紙上,靜置30~40 min使團(tuán)聚體完全濕潤(rùn)。③振蕩濕潤(rùn)(WS):取5 g團(tuán)聚體浸沒在乙醇中以排出空氣,浸泡10 min后用移液管吸掉乙醇,將土壤轉(zhuǎn)入盛有50 mL去離子水的500 mL三角瓶中,加水至200 mL,加塞后吸去多余水分,上下振蕩20次,靜置30 min后進(jìn)行試驗(yàn),模擬預(yù)濕后土壤的人為擾動(dòng)過程。
將上述經(jīng)濕潤(rùn)處理的土壤轉(zhuǎn)至浸沒在95%乙醇中0.05 mm孔徑篩子上,上下振蕩20次(振幅2 cm);然后在40 ℃烘箱中蒸干乙醇,轉(zhuǎn)入燒杯中,40 ℃烘干48 h,稱重[7-8]。
1.5數(shù)據(jù)分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行處理,并采用SPSS 20.0進(jìn)行方差及相關(guān)性分析。
2結(jié)果與分析
2.1不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性
在油松、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交、歐李、檸條5種土地利用方式下,按干篩測(cè)得的不同粒徑配比進(jìn)行土壤濕篩團(tuán)聚體穩(wěn)定性分析;在一定頻率下測(cè)定其在不同振蕩次數(shù)下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,結(jié)果見表1~3。由表1~3可知,不同土地利用方式下的土壤顆粒在不同振蕩次數(shù)下呈不同變化趨勢(shì)。
由表1可知,5種不同土地利用方式下的土壤經(jīng)過團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析儀后,粒徑≥5.00 mm所占比例由高到低依次為檸條、歐李、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交、油松,檸條≥5.00 mm的粒徑占6.10%,而油松≥5.00 mm的粒徑僅占3.50%,說明≥5.00 mm 粒徑在檸條作用下的土壤穩(wěn)定性大于其他土地利用方式下的土壤穩(wěn)定性;土壤粒徑在2.00~<5.00 mm所占比例由高到低依次為苜蓿、歐李、檸條、側(cè)柏和堿草混交、油松,苜蓿粒徑在2.00~<5.00 mm占9.06%,而油松作用下的土壤粒徑在2.00~<5.00 mm占1.10%,相差較大;土壤粒徑在1.00~<2.00 mm所占比例由高到低依次為苜蓿、歐李、檸條、側(cè)柏和堿草混交、油松,苜蓿粒徑在1.00~<2.00 mm占9.04%,而油松作用下的土壤粒徑在1.00~<2.00 mm占2.70%,僅為苜蓿同粒徑下的29.87%;土壤粒徑在0.50~<1.00 mm所占比例由高到低依次為檸條、歐李、苜蓿、油松、側(cè)柏和堿草混交,檸條粒徑在0.50~<1.00 mm占9.06%,而側(cè)柏和堿草混交作用下的土壤粒徑在0.50~<1.00 mm占7.74%;土壤粒徑在0.25~<0.50 mm所占比例由高到低依次為檸條、油松、歐李、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交,檸條和油松粒徑在0.25~<0.50 mm占10.12%,而側(cè)柏和堿草混交作用下的土壤粒徑在0.25~<0.50 mm占8.10%;土壤粒徑<0.25 mm所占比例由高到低依次為油松、側(cè)柏和堿草混交、檸條、歐李、苜蓿,油松粒徑<0.25 mm占74.54%,而苜蓿作用下的土壤粒徑<0.25 mm占58.4%。結(jié)合不同土地利用方式下不同粒徑的分布范圍可知,<0.25 mm的粒徑占主要比例,其次為粒徑在0.25~<0.50 mm的土粒,所占比例最小的為≥5.00 mm的土粒,2.00~<5.00、1.00~<2.00、0.50~<1.00 mm的粒徑分布相差較小。
2.2不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體粒徑分布
由圖1~3可知,坡度10°~15°≥2.00 mm土壤粒徑所占比例大于坡度0°~5°,土壤中大粒徑顆粒所占比例越高,則土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性相對(duì)越好。由此可知,≥2.00 mm粒徑隨著坡度的增大其含量增加,而<1.00 mm的土壤粒徑隨著坡度的增加其含量逐漸降低。因此,坡度對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性有一定程度的影響。
比較SW、WS、FW 3種處理方式下土壤粒徑可知,≥5.00 mm土壤粒徑在3種處理方式下呈不同的變化趨勢(shì),不論在何種坡度下,≥5.00 mm的粒徑百分含量由高到低依次為SW、WS、FW。由此可知,SW處理對(duì)土壤原有結(jié)構(gòu)的破壞性最小,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,大團(tuán)聚體百分含量相對(duì)較高。
SW處理方式在坡度為0°~5°時(shí),≥5.00 mm的粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為側(cè)柏和堿草混交、油松、歐李、檸條、苜蓿;2.00~<5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為歐李、油松、側(cè)柏和堿草混交、檸條、苜蓿;<0.25 mm土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為檸條、苜蓿、歐李、油松、側(cè)柏和堿草混交;
WS處理方式在坡度為0°~5°時(shí),≥5.00 mm的粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為側(cè)柏和堿草混交、油松、歐李、檸條、苜蓿;2.00~<5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為油松、側(cè)柏和堿草混交、歐李、檸條、苜蓿;<0.25 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為歐李、檸條、油松、苜蓿、側(cè)柏和堿草混交。
FW處理方式在坡度為0°~5°時(shí),≥5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為油松、側(cè)柏和堿草混交、檸條、歐李、苜蓿;2.00~<5.00 mm的土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為苜蓿、油松、檸條、側(cè)柏和堿草混交、歐李;<0.25 mm土壤粒徑在5種土地利用方式下的百分含量由高到低依次為歐李、苜蓿、檸條、側(cè)柏和堿草混交、油松。由此可知,油松、側(cè)柏和堿草混交作用下的土壤大團(tuán)聚體含量較高。
SW處理方式在坡度為0°~5°和10°~15°時(shí),土壤團(tuán)聚體粒徑分布在5種土地利用方式下呈不同的變化,≥5.00 mm及<0.25 mm的粒徑含量隨著坡度的增加而增加,而2.00~<5.00、1.00~<2.00、0.50~<1.00、0.25~<0.50 mm粒徑含量隨著坡度的增加而減少;WS處理方式下,2個(gè)不同坡度下團(tuán)聚體變化不同,≥5.00、1.00~<2.00及<0.25 mm的粒徑含量隨坡度的增加而增加,其他粒徑含量的團(tuán)聚體隨著坡度的增加而減少;FW處理方式下,2個(gè)不同坡度下的土壤團(tuán)聚體粒徑分布不同,≥5.00、2.00~<5.00、1.00~<2.00、0.50~<1.00 mm粒徑含量均隨著坡度的增加而增加,0.25~<0.50、<0.25 mm的粒徑含量隨著坡度的增加而減少。在3種處理方式(SW、WS、FW)下,土壤團(tuán)聚體粒徑分布也有不同變化,≥5.00 mm粒徑含量在SW處理方式下最大,F(xiàn)W處理下≥5.00 mm粒徑含量最小,由此可知,SW處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最小,F(xiàn)W處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最大(圖4)。
3結(jié)論與討論
該試驗(yàn)對(duì)5種不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性及粒徑分布進(jìn)行研究,得到5種(油松、苜蓿、側(cè)柏和堿草、歐李、檸條)土地利用方式下土壤團(tuán)聚體在(≥5.00、2.00~<5.00、1.00~<2.00、0.50~<1.00、0.25~<0.50、<0.25 mm)6種粒徑下的分布情況及穩(wěn)定性。在對(duì)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了相同粒徑在不同振蕩次數(shù)下其百分比變化情況,結(jié)果表明,≥1.00 mm的粒徑百分比隨振蕩次數(shù)的增加逐漸減少,而<1.00 mm的粒徑百分比隨振蕩次數(shù)的增加逐漸增加。在3種處理方式(SW、WS、FW)下,土壤團(tuán)聚體粒徑分布也有不同變化,≥5.00 mm 粒徑的百分比在SW處理方式下最大,在FW處理下≥5.00 mm粒徑百分比最小,由此可知,SW處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最小,F(xiàn)W處理方式對(duì)土壤團(tuán)聚體破壞最大。同種處理方式下坡度大的土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。在今后研究時(shí),應(yīng)分季節(jié)進(jìn)行取土試驗(yàn),1次試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚不足以表明整年土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu),需要在今后試驗(yàn)中對(duì)土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)進(jìn)行更深層次的研究。
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