長期施肥下不同種植年限堿化草甸土水穩性團聚體及有機碳分布

李大偉，孟慶峰，周連仁，馬獻發

（東北農業大學 資源與環境學院，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，調節土壤化學及生物學性質，維持土壤養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。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于松嫩平原黑龍江省肇州縣永樂鎮太豐村東北農業大學鹽堿土長期定位試驗站（東經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，該區年平均氣溫3.6℃，年均降水量434.5mm，年均蒸發量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。試驗區根據綜合情況，每間隔幾年在堿化草甸土和草甸堿土呈復區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級水穩性團聚體。將分離出的水穩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 數據處理

利用Excel軟件進行數據處理，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，土壤較大粒級水穩性團聚體含量減少，而0.25～0.5mm粒級水穩性團聚體含量明顯增加。

從圖1可以看出，＞5mm水穩性團聚體含量變化較大，呈現出先減少后增加的趨勢。種植達到4a時，＞5mm水穩性團聚體含量最低，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 粒級水穩性團聚體含量變化規律與其它不同，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粒級水穩性團聚體有機碳與水穩性團聚體含量呈極顯著（p＜0.01）正相關關系，相關系數R＝0.8235 。其它各粒級水穩性團聚體有機碳含量與水穩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］研究發現草地植物細根系的連接和絆纏作用對大團聚體的穩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性團聚體明顯高于種植后土壤，種植后＞5 mm水穩性團聚體平均下降51.99%，2～5mm水穩性團聚體平均下降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較小粒級的水穩性團聚體，這部分水穩性團聚體相對穩定，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水穩性團聚體占絕對優勢。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性團聚體的破壞程度的減少，使得堿化草甸土土壤水穩性團聚體較大粒級開墾后迅速減少，而較小粒級水穩性團聚體由于長期施用有機肥作用而顯著增加。種植4a后，土壤水穩性團聚體及碳分布趨于穩定。

4 結論

堿化草甸土開墾種植后明顯影響土壤水穩性團聚體分布，長期施用有機肥下，隨著種植年限的增加，土壤較大粒級水穩性團聚體含量減少，而0.25～0.5 mm粒級水穩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粒級水穩性團聚體含量與有機碳含量呈現顯著正相關關系。長期施用有機肥下，種植4a后，土壤水穩性團聚體及有機碳分布開始呈現穩中有升的趨勢。

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