耕作措施對民勤綠洲區(qū)農(nóng)田土壤團(tuán)聚體組成及其碳穩(wěn)定性的影響

陳亮 王軍強(qiáng) 李彥榮 欒倩倩 王翠麗 王振龍 趙旭

摘要：【目的】探討小同耕作措施對民勤綠洲區(qū)農(nóng)田土壤的團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳穩(wěn)定性的影響，以期為丌展民勤綠洲區(qū)農(nóng)田土壤抗蝕性研究、促進(jìn)綠洲區(qū)農(nóng)田土壤資源的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳劳忻袂诰G洲區(qū)的長期定位試驗(yàn)，以自然撂荒地為對照（ CK），研究了免耕（Tn）、少耕（Tm）、深松（Ts）和秋翻（Tf）4種耕作措施對土壤團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳穩(wěn)定性的影響?！窘Y(jié)果】（1）土壤團(tuán)聚體方面，4種耕作措施均顯著提高了土壤大團(tuán)聚體（ >0.25 mm）的含量，其中Tm處理的土壤大團(tuán)聚體含量最高，在0- 20 cm土層較Tn、Ts、Tf和CK顯著增加了9.3g%、11.38%、6.O9%和35.41%，在20- 40 cm土層較Tn和CK顯著增加了13.74%和38.65%。同時(shí)，Tm、Ts和Tf處理也顯著提高了0- 20 cm和20- 40 cm土層土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（ GMD）。（2）土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性方面，4種耕作措施均顯著提高了各土層小同粒級團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量和碳累積礦化量。其中Tn處理的有機(jī)碳含量最高，在0- 20 cm和20- 40 cm土層分別較Ts、Tf、CK顯著增加了18.58%、39.53%、58.40%和40.08%、22.84%、60. 93%，且隨著粒級的減小和土壤深度的加深而減少。另外，除<0.25 mm粒級團(tuán)聚體外，Tn處理的有機(jī)碳累積礦化量也顯著高于CK。同時(shí)，4種耕作措施顯著降低了微團(tuán)聚體（<0.25 mm）的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率，Tn、Tm、Ts和Tf處理較CK顯著降低了0- 20 cm土層微團(tuán)聚體（<0.25 mm）的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率32.8g%、49.37%、26.61%、38.88%?！窘Y(jié)論】耕作措施可以促進(jìn)耕層土壤團(tuán)聚體的形成，增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。其中，免耕和少耕能夠減少機(jī)械的破壞作用，提高各土層及表層土壤大團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量，免耕更利于有機(jī)碳的同定，少耕更利于土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。綜合分析，免耕和少耕可作為民勤綠洲區(qū)農(nóng)田最適宜的土壤耕作措施。

關(guān)鍵詞：耕作;綠洲農(nóng)田;團(tuán)聚體;有機(jī)碳穩(wěn)定性

中圖分類號：S 345;S 158.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-0384（ 2021） 07-0826-10

Effects of Tillage on Aggregates and Organic Carbon Stability of Soil at Minqin Oasis

CHEN Liang l.2， WANG Junqiang 3， LIYanrong 1.2， LUAN Qianqian l.2， WANG Cuilj 1.2，WANG Zhenlong l.2， ZHAO Xu 1.2*

（ 1. Collaborative Innovation Centerfor Western Ecological Safety，Lanzhou UniversiN，Lanzhou，Gansu 730000，China

2.Gansu Provincial Institute of Agricultural Engineering and Technology，Wuwei. Gansu 733006，China;

3 China West Nonrial University，Nanchong，Sichuang 637000，China）

Abstract： 【Objective】 Aggregate distribution and organic carbon stability of farmland soil at Minqin Oasis under differentmethods of tillage were studied for improvements on the soil erosion eradication and agriculture sustainability in the area【Methods】Taking advantage of the ongoing fixed position monitoring program at Minqin Oasis and utilizing a virgin land inthe area as control （CK）， 4 tilling methods including no-tilling （Tn）， less-tilling （Tm）， deep-loosening （Ts）. and autumn turning-over （Tf） were performed to determine their effects on the aggregate composition and organic carbon stability of the soil.【Results】 （1） In terms of soil aggregates，

the tested tillage significantly increased the proportion of aggregates containingparticles larger than 0.25 mm in the soil. Among them. Tm yielded 9.39% higher proportion than Tn. 11 .38% higher than Ts，6.Og% higher than Tf. and 35.41 higher than CK in 0-20 cm soil. and 13.74% higher than Tn and 38.65% higher than CK in 20-40 layer. At the same time. Tm. Ts， and Tf significantly increased the mean weight diameter （MWD） and geometric meandiameter （GMD）. （2） In terms of soil organic carbon stability， all 4 tilling methods significantly increased the content andcumulative mineralization of organic carbon in aggregates of different sizes in the soil layers. However. Tn resulted in greatestorganic carbon content among them. It significantly increased carbon content over Ts. Tf. and CK by 18.58%. 39.53%. and58.40%. respectively， in the soil at a depth of 0-20 cm. and 40.08%. 22.84%. and 60.93%， respectively， in the 20-40 cm layer.And the content decreased with reducing particle size and increasing depth of soil. In addition to agglomeration smaller than0.25 mm. the cumulative mineralization of organic carbon treated by Tn was significantly higher than CK. Meanwhile. thetillage significantly reduced the organic carbon contribution proportion in soil by microaggregates smaller than 0.25 mm. as Tn.Tm. Ts. and Tf significantly reduced it by 32.89 %. 49.37 %. 26.61 %. and 38.88 %， respectively， over CK in 0-20 cm layer ofthe soil. 【Conclusion】Tillage promoted the formation and stability of aggregates and also improved the carbon stability insoil. The less-tilling Tm and the no-tilling Tn minimized mechanical damage to the soil while increased the organic carboncontent of large aggregates in surface and tillered soil. Tn was especially conducive to the carbon fixation. and Tm to thestability of soil. Thus. those two methods were recommended for farming in the region.

Key words： Tillage; oasis farmland; soil aggregates; organic carbon stability

0 引言

【研究意義】土壤是人類賴以生存的自然資源和人類與生物共柄的基地，土壤團(tuán)聚體的形成及穩(wěn)定性是土壤結(jié)構(gòu)研究的核心內(nèi)容，在很大程度上反映了土壤結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性和抗蝕性[1-3]。耕作措施[4]、秸稈還田[5]、施肥制度[6]等土壤管理措施均能夠影響土壤團(tuán)聚體的組成及其穩(wěn)定性。因此，研究不同耕作措施對土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性的影響對于評價(jià)土壤生態(tài)效益及可持續(xù)利用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤團(tuán)聚體通常被劃分為大團(tuán)聚體（ >0.25 mm）和微團(tuán)聚體（<0.25 mm）[7]，不同粒級團(tuán)聚體形成的穩(wěn)定機(jī)制及其在土壤結(jié)構(gòu)改善和有機(jī)碳固定中的作用不同[8]。一般認(rèn)為，>0.25 mm的團(tuán)聚體（即土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體）是土壤中最好的結(jié)構(gòu)體，可反映土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，其含量高低與土壤穩(wěn)定性呈正相關(guān)[9]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，耕作通常通過直接破壞土壤大團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和間接改變生物和化學(xué)因素來影響土壤團(tuán)聚體使土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低[1O-ll]，與常規(guī)耕作相比，免耕土壤中>0.25 mm大團(tuán)聚體的團(tuán)聚性較高，穩(wěn)定性較高，對土壤有機(jī)碳有很強(qiáng)的保護(hù)作用[12]，少耕能夠提高土壤大團(tuán)聚體穩(wěn)定性從而達(dá)到促使有機(jī)碳穩(wěn)定的目的，合理的耕作條件下土壤有機(jī)碳積累的主要原因是大團(tuán)聚體的物理保護(hù)作用得到了保障，團(tuán)聚體穩(wěn)定性得以提高[13-14]。但也有研究結(jié)果表明在土壤有機(jī)質(zhì)含量相對較高的水平下，耕作能促進(jìn)較大粒徑團(tuán)聚體形成，減少較小粒徑團(tuán)聚體的含量[15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前關(guān)于耕作措施對土壤團(tuán)聚體分布及其與有機(jī)碳穩(wěn)定性關(guān)系的研究結(jié)果還不盡一致?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為此，本研究以優(yōu)化土壤耕作措施為突破口，在民勤綠洲長期定位試驗(yàn)點(diǎn)開展土壤團(tuán)聚體組成及其與有機(jī)碳穩(wěn)定性研究，以期為當(dāng)?shù)睾侠磉x擇耕作措施，增強(qiáng)民勤綠洲區(qū)農(nóng)田土壤抗蝕性、促進(jìn)綠洲區(qū)農(nóng)田土壤資源的可持續(xù)利用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)建于2015年，位于民勤綠洲區(qū)的蘇武鄉(xiāng)（ 103°07'00.16"E，38°37'10"N）泉水村，占地面積13 340 m-。試驗(yàn)區(qū)屬于典型的溫帶干旱荒漠氣候區(qū)，平均海拔1400 m，冬冷夏熱，晝夜溫差大，年均溫度7.8℃，最大晝夜溫差25.2℃;光熱資源豐富，年均無霜期162 d，年均日照時(shí)數(shù)2799.40 h;該區(qū)降水稀少，年均降水量113.2 mm，蒸發(fā)量高達(dá)2644 mm，降水主要集中在7～9月。耕作土壤為本地區(qū)開墾種植早、熟化程度高的灌淤土，厚度可達(dá)30～60 cm，耕層質(zhì)地輕，土性熱，保肥、保水性差。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年4月開展，該試驗(yàn)區(qū)白2015年開始設(shè)置為免耕（ Tn）、少耕（Tm）、深松（Ts）和秋翻（ Tf）4種耕作措施連續(xù)定位觀測點(diǎn)，以周邊自然撂荒地為對照（ CK），每處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。4種耕作措施分別為：（1）免耕：收獲后不留茬，對土地不做耕翻，直至試驗(yàn)結(jié)束才更換地膜;（2）少耕：收獲后不留茬，到二茬播種前不攪動(dòng)土壤，播種前1周左右進(jìn)行旋耕整地7.5～10 cm，覆膜播種;（3）深松：秋收后利用深松鏟對耕地耕松30 cm，對土壤只松不翻，春季旋耕整地7.5～10 cm，覆膜播種;（4）秋翻：秋收后利用鏵式犁耕翻土地，翻動(dòng)土層深度大約為20 cm，春季旋耕整地7.5～10 cm，覆膜播種。撂荒地（CK）：試驗(yàn)全程不對土壤進(jìn)行擾動(dòng)，不進(jìn)行灌水施肥，為自然風(fēng)蝕土壤。土壤類型為灌淤土，土壤肥力較低，0～20 cm土層基本理化性質(zhì)見表1。

試驗(yàn)種植作物為玉米，于每年4月20日左右播種，株行距為20 cm×30 cm，種植密度為7.2×104株.hm 2，除耕作措施不同外，其他施肥、灌水等田間管理均相同。試驗(yàn)地底肥種類為尿素、磷酸二氫銨、過磷酸鈣、硫酸鉀，施用量各處理統(tǒng)一為每年施用N 180 kg·hm-2、P205 95kg·hm2、K20 45kg·hm 2，尿素20%作為底肥施用，剩余用作追肥，分別在拔節(jié)期至抽穗期追施20%，抽穗期至開花期追施10%，灌漿期追施50%。

1.3測定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤樣品采集 土壤樣品于2020年6月5日采集，在各小區(qū)采用五點(diǎn)取樣法分別采集0—20 cm和20～40 cm兩個(gè)深度的土樣，將每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取的5個(gè)采樣點(diǎn)土樣充分混勻成一個(gè)混合樣，輕輕用手揉碎大土塊，田間現(xiàn)場過5 mm孔徑土壤篩，過篩后剔除土壤中肉眼可見的動(dòng)、植物殘?bào)w和砂礫。采集的土壤樣品一分為二，一部分迅速冷凍處理后帶回實(shí)驗(yàn)室置于4℃冰箱中保存，用于土壤團(tuán)聚體分級和有機(jī)碳礦化量的測定，另一部分直接帶回室內(nèi)進(jìn)行自然風(fēng)干，用于團(tuán)聚體指標(biāo)的測定。

1.3.2團(tuán)聚體分級及培養(yǎng) 團(tuán)聚體分級參考Bach和Hofmockel（2014）[16]的干篩法，并稍做修改。具體操作步驟如下：將過5mm篩的土壤樣品（<5mm）置于4℃冰箱中進(jìn)行冷干處理，當(dāng)土壤水分達(dá)到60～70 g·k9 1時(shí)，進(jìn)行篩分處理。篩分裝置由三種規(guī)格（篩孔直徑分別為0.25 mm、1 mm和2 mm）的土壤篩垂直套裝組成，頂部篩為2mm，中部篩為1 mm，底部篩為0.25 mm。篩分前固定好套篩，垂直上下振蕩5 cm高度，震蕩頻率為1次·s -1，震蕩時(shí)長為1min，篩分出>2 mm、1—2 mm、0.25--1 mm和<0.25 mm四級團(tuán)聚體。 分別稱取>2 mm、1--2 mm、0.25～1 mm和<0.25 mm四種不同粒徑團(tuán)聚體土壤樣品各5 g裝入50 ml硬質(zhì)塑料杯中，采用稱重法調(diào)整土壤含水量至60%，置于1000 ml塑料培養(yǎng)盒中。同時(shí)放入盛有10 ml0.5 mol·L-l NaOH溶液的硬質(zhì)塑料杯和盛有10 ml蒸餾水的塑料杯，所有小塑料杯底部用雙面膠粘貼固定，1000 ml塑料培養(yǎng)盒頂蓋邊緣使用封口膜密封。將培養(yǎng)盒置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)14 d收集C02。每個(gè)粒徑團(tuán)聚體設(shè)置3次重復(fù)，并設(shè)空白對照。

1.3.3測定指標(biāo)及計(jì)算方法采用干篩法[16]測定>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm和<0.25 mm四種不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量。利用各粒徑團(tuán)聚體含量數(shù)據(jù)，計(jì)算土壤各粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（K）[17]、>0.25 mm團(tuán)聚體含量（R0 25）[8]、土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MPVD）[18]、幾何平均直徑（GWD）[19]、團(tuán)聚體分形維數(shù)（D）。具體計(jì)算公式為：

（1）

（2）

（3）

（4）

公式（ 1-3）中，Ri是某級別團(tuán)聚體平均直徑（mm）;Wi該級別團(tuán)聚體干質(zhì)量（g）;Wi為各粒徑團(tuán)聚體干質(zhì)量總和（g）。團(tuán)聚體分形維數(shù)（D）的計(jì)算采用楊培嶺[20]和趙鵬等[17]的計(jì)算公式推導(dǎo)即可求得。公式（4）中Xi為某級團(tuán)聚體平均直徑（mm）;M（r

土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀法[21]測定，并計(jì)算土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳在土壤中的貢獻(xiàn)率[22]，團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率（%）一[（該級團(tuán)聚體有機(jī)碳含量×該級團(tuán)聚體含量）/各層土壤有機(jī)碳含量]×100%。

土壤有機(jī)碳累積礦化量采用0.5 mol·L-lNaOH堿液吸收法培養(yǎng)、鹽酸滴定法[23-24]測定。14 d培養(yǎng)結(jié)束后逐個(gè)打開培養(yǎng)盒取出堿液杯，用去離子水反復(fù)少量沖洗堿液到三角瓶中，依次加入過量的1.0 mol·L-1BaC1 2溶液、2滴0.5%的酚酞指示劑，再用濃度為0.1 mol·L-l的HC1溶液滴定，溶液由紅色變?yōu)榘咨礊榈味ńK點(diǎn)，記下所消耗的鹽酸量，通過HC1消耗量計(jì)算C0，釋放量（以每千克干土釋放C02C的克數(shù)計(jì)）。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行差異顯著性分析（Duncan新復(fù)極差法p< 0.05），利用MicrosoftOffice Excel 2007和Origin 8.0版軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和作圖。

2結(jié)果與分析

2.1耕作措施對土壤團(tuán)聚體分布及其穩(wěn)定性的影響

2.1.1耕作措施對土壤大團(tuán)聚體（>0.25 mm）分布的影響 由表2可知，各耕作措施均顯著提高了0～20 cm與20～40 cm土層R>0.25 mm團(tuán)聚體的含量。0～20 cm土層，Tm處理R> 0.25 mm團(tuán)聚體含量達(dá)到最大值，且顯著高于其他各處理，依次表現(xiàn)為Tm> Tf>Tn>Ts> CK，分別較Tn、Ts、Tf處理和CK顯著增加了9.39%、11.38%、6.O9%和35.41%，Tn、Ts、Tf處理較CK顯著增加了23.79%、21.57%、27.64%;20—40 cm土層，Tm較Tn處理和CK顯著增加了13.74%、38.65%，Tn、Ts、Tf處理較CK顯著增加了21.90%、35.34%和38.57%，依次表現(xiàn)為Tm> Tf> Ts> Tn> CK，Tm、Ts、Tf各處理間差異不顯著。

2.1.2耕作措施對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響 除Tn處理外，其余各耕作措施均顯著提高了0～20 cm與20～40 cm土層土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）（圖1-A）。0～20 cm土層，Tm處理的MWD值達(dá)到最大值，分別較Tn處理和CK顯著增加了15.34%、3 0.97%，Ts、Tf處理較CK顯著增加了20.65%、18.71%，依次表現(xiàn)為Tm>Ts>Tf>Tn>CK，Tm、Ts和Tf處理間差異不顯著，Tn與CK間差異不顯著;20～40 cm土層，Ts處理的MWD值達(dá)到最大值，顯著高于Tn、Tf處理和CK 19.90%、6.64%和22.96%.Tm、Tf處理顯著高于Tn和CK 15.92%、12.44%和18.88%、15.31%，依次表現(xiàn)為Ts>Tm>Tf>Tn>CK，Tm和Ts處理間差異不顯著，Tn處理和CK間差異不顯著，Tm和Tf處理間差異不顯著。

各耕作措施均顯著提高了0～20 cm與20～40 cm土層土壤團(tuán)聚體幾何平均直徑（ GMD）（圖1-B）。0～20 cm土層，Tm處理的GMD值達(dá)到最大值，分別較Tn、Tf處理和CK顯著增加了22.5 5%、15.74%、54.32%，但與Ts處理間無顯著差異，Tn、Ts、Tf處理較CK顯著增加了25.93%、35.80%、33.3 3%，依次表現(xiàn)為Tm>Ts>Tf>Tn>CK，Tn、Ts、Tf處理間差異不顯著;20～40 cm土層，Ts處理的GMD值達(dá)到最大值，顯著高于Tn處理和CK 28.81%、53.54%，Tm、Ts、Tf處理顯著高于Tn處理和CK 27.12%、22 .03%和51.52%、45 .45%，Tn處理較CK顯著增加了19.lg%，依次表現(xiàn)為Ts> Tm> Tf> Tn> CK，Tm、Ts、Tf處理間差異不顯著。不同土層深度下，各耕作措施對土壤團(tuán)聚體的分形維數(shù)（D值）影響無差異（圖I-C）。

2.2耕作措施對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳穩(wěn)定性的影響

2.2.1土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳分布 不同土層深度下各粒級團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量均表現(xiàn)為Tn、Tm處理顯著高于CK（圖2）。0—20 cm土層，除Tf處理外，其余各耕作措施土壤有機(jī)碳含量均顯著高于CK （p<0.05），Tn處理顯著高于Ts、Tf處理和CK 18.58%、39.5 3%和58.40%，Tm處理顯著高于Tf和CK 31.15%和48.8g%，Ts處理顯著高于CK 33.58%，依次表現(xiàn)為Tn> Tm> Ts> Tf> CK，Tn和Tm處理間差異不顯著，Tm和Ts處理間差異不顯著;20--40 cm土層，除Ts處理外，其余各耕作措施土壤有機(jī)碳含量均顯著高于CK，Tn處理顯著高于Ts、Tf處理和CK 40.08%、22.84%和60.93%，Tm處理顯著高于Ts和CK 31.58%和51.16%，Tf處理顯著高于CK 31.01%，依次表現(xiàn)為Tn> Tm> Tf> Ts> CK，Tn和Tm處理間差異不顯著，Ts和Tf處理間差異不顯著。各耕作措施均可提高農(nóng)田0～20 cm和20～40 cm土層各粒級團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量，以Tn和Tm處理的土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量較高。在各土層中，有機(jī)碳含量在各粒級團(tuán)聚體中大小依次為（>2 mm）>（1～2 mm）>（ 0.25～1 mm）>（<0.25 mm），0～20 cm土層各粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳含量高于20—40 cm土層。2.2.2土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量 各耕作措施均顯著提高了農(nóng)田0～20 cm和20-- 40 cm土層土壤的有機(jī)碳累積礦化量，同時(shí)增加了各粒級團(tuán)聚體中的有機(jī)碳累積礦化量（圖3）。0～20 cm土層，Ts處理的土壤有機(jī)碳累積礦化量達(dá)到最大值，較Tf、Tm、Tn處理和CK顯著增加了37.5 0%、77.25%、79.8 1%和138.22%，Tf處理較Tm、Tn處理和CK顯著增加了28.91%、30.77%和73.25%，依次表現(xiàn)為Ts> Tf>Tm>Tn>CK，Tn與Tm處理間差異不顯著;20～40 cm土層，Tf處理的土壤有機(jī)碳累積礦化量達(dá)到最大值，較Ts、Tm、Tn處理和CK顯著增加了9.40%、19.26%、2 9.3 3%和91 .45%，Ts處理較Tm、Tn處理和CK顯著增加了9.02%、18.22%和75 .00%，依次表現(xiàn)為Tf>Ts>Tm>Tn>CK，Tn與Tm處理間差異不顯著;各粒級團(tuán)聚體中Ts和Tf處理有機(jī)碳累積礦化量顯著高于其他處理，在各粒級團(tuán)聚體中大小依次為（<0.25mm）>（0.25～1 mm）>（1～2mm）>（>2 mm），分別在>2 mm、1—2 mm、0.25～1 mm、<0.25級團(tuán)聚體條件下，Ts處理較CK顯著提高了133.33%、152.52%、178.5 7%、109.72%，Tf處理較CK顯著提高了144.12%、82.01%、80.71%、33.60%; 20～40 cm土層，各粒級團(tuán)聚體中有機(jī)碳累積礦化量以Ts和Tf處理較大，且顯著高于CK（除Ts處理下的<0.25mm粒級團(tuán)聚體），分別在>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm、<0.25 mm各粒級團(tuán)聚體條件下，Tf處理較CK顯著提高了122.22%、171.67%、133.33%、23.26%，除< 0.25 mm粒級團(tuán)聚體外，Tn、Tm和Ts處理均顯著高于CK。

2.2.3土壤有機(jī)碳貢獻(xiàn)率 各耕作措施顯著降低了微團(tuán)聚體（< 0.25 mm）的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率（圖4）。0～20 cm土層，Tn、Tm、Ts和Tf處理較CK顯著降低了微團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率32.8g%、49.37%、26.61%、38.88%，Tm處理>2 mm和0.25～1 mm粒級的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著高于CK 49.27%和46.03%.<0.25 mm粒級顯著低于Ts處理和CK 31.01%、49.37%.1--2 mm粒級的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率無顯著差異;20～40 cm土層，各耕作措施0.25～1 mm粒級的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著高于CK，Ts處理>2 mm粒級的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著高于Tn處理27.57%，1—2 mm各處理間無顯著差異。

3討論

耕作可以通過對土壤的擾動(dòng)影響土壤結(jié)構(gòu)和微生態(tài)環(huán)境，從而調(diào)控土壤的養(yǎng)分利用率，最終對作物產(chǎn)量構(gòu)成影響，合理的耕作措施是保證作物獲得高產(chǎn)的基本保證[25]。前人研究認(rèn)為，大于0.25 mm的團(tuán)聚體（ R> 0.25 mm）是土壤中最好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，被廣泛認(rèn)為是影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的主要因素[26]; >0.25 mm團(tuán)聚體含量與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性呈正相關(guān)[9]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)區(qū)土壤主要以0.25～1 mm粒級團(tuán)聚體為主，4種耕作措施均顯著提高了土壤大團(tuán)聚體（ >0.25 mm）的含量，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，增加了土壤的穩(wěn)定性，其中Tm處理的土壤大團(tuán)聚體含量最高（表2），這與范如芹等[6]在東北黑土地上的研究結(jié)果一致。這說明一方面試驗(yàn)區(qū)處在干旱荒漠區(qū)，植被稀少，地表裸露，地上部植物有機(jī)碳源輸入困難，致使自然撂荒地土壤有機(jī)碳含量減少，膠結(jié)作用下降，不利于土壤大團(tuán)聚體形成[27];另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)耕作頻繁的翻耕處理致使土壤有機(jī)質(zhì)快速礦化，減少了穩(wěn)定性膠結(jié)劑的產(chǎn)生，不利于大團(tuán)聚體的形成，而適度的翻耕處理則有利于大團(tuán)聚體的形成[8]。平均重量直徑（ MWD）、幾何平均直徑（ GMD）作為土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)，其值越大，團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好[28]。高建華等[4]認(rèn)為免耕可提高水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑，且平均重量直徑隨土層的增加而增加，以免耕結(jié)合秸稈覆蓋提升水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑的效果最好;與高建華等[4]不同的是，本試驗(yàn)中Tm、Ts和Tf處理顯著提升了各土層土壤團(tuán)聚體的MWD和GMD，但Tn處理僅顯著提高了各土層團(tuán)聚體的GMD，而對各土層團(tuán)聚體的MWD無顯著影響。其中可能的原因是5～8年是短期耕作和長期耕作的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，民勤綠洲區(qū)農(nóng)田土壤特征對5年的短期耕作措施響應(yīng)存在滯后效應(yīng)，由于短期的耕作措施處理，使得土壤的某些特征特性未顯現(xiàn)。

土壤團(tuán)聚體與土壤有機(jī)碳的固定和分解關(guān)系密切。土壤有機(jī)碳作為土壤團(tuán)聚體的主要膠結(jié)劑[29]，影響土壤團(tuán)聚體的數(shù)量和大小分布;耕作方式通過改變土壤有機(jī)碳含量、分布和微生物活動(dòng)生境，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化和團(tuán)聚體的變化[30];大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)免少耕、秸稈還田等保護(hù)性耕作模式土壤有機(jī)碳含量顯著高于傳統(tǒng)耕作，且主要集中分布在0～10 cm土層[31-33]。殷文等[34]對河西武威綠洲農(nóng)田土壤的研究發(fā)現(xiàn)，土壤各級別團(tuán)聚體中的有機(jī)碳隨著團(tuán)聚體直徑的減少和土層深度的加深而減少;郭菊花等[35]對紅壤性水稻土的研究指出，土壤有機(jī)碳主要分配在250—2000 um的大團(tuán)聚體上。本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)耕作提高了農(nóng)田0～20 cm和20～40 cm土層各粒級團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量，且有機(jī)碳主要分布在大團(tuán)聚體上，尤以Tn和Tm處理的土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量較高，各粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳含量隨著土層深度加深而減少，這說明有機(jī)碳含量高的組分主要依靠有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)，這不僅與耕作有關(guān)，還與大團(tuán)聚體的物理保護(hù)機(jī)制相關(guān)。長期的耕作和連續(xù)多年的作物種植，作物枯枝敗葉和根系殘留在土壤表層集聚，有機(jī)碳富集在土壤表層，有機(jī)碳作為最主要的膠結(jié)物質(zhì)，促使微團(tuán)聚體更好地膠結(jié)形成大團(tuán)聚體;而作為對照的自然撂荒地，由于試驗(yàn)區(qū)處在干旱荒漠區(qū)，受水資源和氣候條件限制，植物群落稀疏，種群單一，植物覆蓋度低，不能有效地積累凋落物來增加植物殘?bào)w的輸入，加上地表大面積裸露加速了有機(jī)碳的降解，有機(jī)碳含量持續(xù)下降，其膠結(jié)作用明顯降低;因此在本試驗(yàn)中不同粒級土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量表現(xiàn)為大團(tuán)聚體（ R>0.25 mm）高于微團(tuán)聚體（ R< 0.25 mm），各土層表現(xiàn)為表層（ 0～20 cm）土壤高于深層（20～40 cm）土壤。本研究還發(fā)現(xiàn)針對土壤擾動(dòng)影響較大的兩種耕作措施Ts和Tf，Tf處理使土壤各粒級團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量高于Ts處理，但差異不顯著（p<0.05），這主要是由于Tf處理對土壤的擾動(dòng)程度大于Ts處理，導(dǎo)致表層秸稈等有機(jī)物能夠翻到深土層，使得深層土壤有機(jī)碳含量有所增加。

土壤有機(jī)碳的礦化受土壤顆粒組成、土壤溫度、濕度、pH值、施肥措施、土地類型和質(zhì)地等因素的影響，不同組分有機(jī)碳的土壤物理、化學(xué)、生物和非生物等性質(zhì)差異會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量發(fā)生改變，甚至不同組分間會(huì)出現(xiàn)顯著性差異，從而對不同組分土壤有機(jī)碳的累積礦化量產(chǎn)生不同程度的影響[36]。本研究結(jié)果表明，與自然撂荒地（對照）相比，4種耕作措施均提高了各土層各粒級團(tuán)聚體的有機(jī)碳累積礦化量，其中Ts和Tf處理含量較高，在0～20 cm土層，Ts和Tf處理使土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化累積量顯著增加，且隨著團(tuán)聚體粒級的減小而增加。一方面說明免耕使土壤耕層受到較少的物理擾動(dòng)，土壤結(jié)構(gòu)保持良好，減緩了土壤有機(jī)質(zhì)礦化，而深松、翻耕等耕作措施改善了土壤通氣能力，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)分解與礦化[37-38];另一方面Ts和Tf處理的土壤微團(tuán)聚體含量較高，大團(tuán)聚體含量較低。而微團(tuán)聚體中的有機(jī)碳不穩(wěn)定，易礦化分解，不利于有機(jī)碳的儲存固定，大團(tuán)聚體的有機(jī)碳較穩(wěn)定，不易分解，利于固定。這與魏亞偉和劉晶等[36.39]的研究結(jié)果類似，但與Elliott等[40]的研究結(jié)果不一致。Elliott等[40]研究發(fā)現(xiàn)土壤大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳更為年輕化，因而比微團(tuán)聚體中的有機(jī)碳更易礦化;相反微團(tuán)聚體中的有機(jī)碳比大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳老化程度更嚴(yán)重，不易被礦化[41]?？傊?，有機(jī)碳累積礦化量在各級別土壤團(tuán)聚體中的差異化表現(xiàn)，可能與各粒級土壤團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量、微生物以及土壤母質(zhì)、地上植被和生態(tài)環(huán)境的差異緊密相關(guān)。

4結(jié)論

綜上所述，耕作可促進(jìn)耕層土壤團(tuán)聚體的形成，增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。其中，免耕和少耕能夠減少機(jī)械的破壞作用，提高各土層及表層土壤大團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量，免耕更利于有機(jī)碳的固定，少耕更利于土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。綜合分析，免耕和少耕可作為民勤綠洲區(qū)農(nóng)田最適宜的土壤耕作措施。

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（責(zé)任編輯：于洪杰）

收稿日期：2021-0223初稿：2021-0630修改稿

作者簡介：陳亮（ 1989-），男，甘肅武威人，農(nóng)學(xué)碩士，助理研究員，主要從事上壤養(yǎng)分管理和設(shè)施上壤改良技術(shù)研究（E-mail：

chenliangl44358@163.com）

通信作者：趙旭（1985一），男，甘肅白銀人，理學(xué)博士，副研究員，主要從事農(nóng)田生態(tài)利微生物生理生化研究（ E-mail：

zhaoxu512@163com）

基金項(xiàng)目：甘肅省級引導(dǎo)科技創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)日（項(xiàng)日號2019ZX-06），蘭州大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)日（項(xiàng)目號lzujbky-2021-

kbl2），國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41867013，31560170）