錳肥及錳、鋅、硼肥配施對烤煙K生長和產質量的影響

孫彥敏 何元勝 亞平等

摘要[目的]了解不同土地利用方式下團聚體變化規律，旨在為合理優化紫色丘陵區土地利用方式、提高土壤有機碳儲量及質量提供依據。[方法] 采取野外調查與室內分析相結合方法，對丘陵地區紫色土林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面（0～40 cm）團聚體進行研究。[結果] MWD值均大于0.500 mm，且均隨土層深度的增加而減小。林地、撂荒地、水田、旱地以大團聚體（>0.250 mm）為主，其中林地以>2.000 mm粒徑團聚體為主，撂荒地、水田、旱地以0.250～2.000 mm粒徑團聚體為主。旱地、撂荒地<0.250 mm粒徑團聚體明顯大于水田、林地，特別是旱地表現出最大值。 [結論] 有機碳與MWD、>2.000 mm團聚體比例存在顯著正相關，>2.000 mm團聚體組分有助于土壤有機碳的積累，而有機碳與<0.053、0.053～0.250、0.250～2.000 mm團聚體所占比例具有負相關關系。<0.053、0.053～0.250 mm粒徑團聚體可能會抑制土壤有機碳的積累。

關鍵詞紫色丘陵區；土地利用；團聚體；土壤

中圖分類號S158文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）23-07851-04

基金項目“十二·五”國家科技支撐計劃（2012BAD141318）。

作者簡介鄭杰炳（1981- ），男，四川隆昌人，工程師，碩士，從事土壤質量與環境方面的研究。

收稿日期20140708土壤有機碳變化受土壤擾動程度、土壤有機物質數量所影響，而不同土地利用方式則通過制約上述因素改變土壤中有機碳的儲存和分解，如森林向農業生態系統轉變將導致土壤有機碳儲量減少20%～50%[1]。有研究表明，微團聚體保護、與黏土、砂土顆粒的結合、通過生物化學活動形成有機質復合物3種有機碳固定方式是土壤中有機碳穩定存在的重要因素，因此土壤有機碳含量并不會表現出隨外部碳輸入的增加而增加[2-3]。其中，團聚體對有機碳的保護機理主要來源于其在微生物、酶及其基質間形成物理障礙、影響微生物群落結構、養分解吸及吸附等因素[4-10]。隨著有機碳濃度的增加，團聚體粒徑也逐步變大，并且大團聚體中的有機碳含量與大團聚體所占比例具有更好的相關關系[11-12]。減少土壤的擾動，可增加大團聚體含量，從而保存更多有機物，增加有機碳含量[13]。鑒于有機碳的積累受團聚體的物理保護影響較大，筆者通過對丘陵地區紫色土開展不同土地利用方式下團聚體及其與有機碳含量關系的研究，了解不同土地利用方式下團聚體變化規律，旨在為合理優化紫色丘陵區土地利用方式、提高土壤有機碳儲量及質量提供依據。

1材料與方法

1.1研究區域概況研究區域位于29°38′50″～29°39′20″ N，105°23′37″～105°24′19″ E，行政區劃屬于重慶市榮昌縣吳家鎮。該區域地處渝西方山丘陵區，土壤以紅棕紫泥為主，屬于典型的紫色土丘陵區。區域內土地利用方式以水田、林地、撂荒地、旱地為主。水田一年一季水稻，并且常年處于淹水狀態；林地植被為生長年限12年的柏樹輔以地表雜草；撂荒地為耕地撂荒8年形成；旱地種植以小麥-玉米輪作制度為主。

1.2研究方法

1.2.1采樣方法。選擇水田、林地、撂荒地、旱地4種土地利用方式。各土地利用方式選擇3塊樣地作為重復。樣地均選擇在較平緩地段且坡向和土壤類型相同，從而減少樣地間差異。每個樣地挖掘3～5個剖面，采樣深度0～40 cm。采樣時，首先剝離地面凋落物，按照0～5、5～10、10～20、20～40 cm 4個土層采集，并且將各樣地的剖面土樣分層混合，去除根系、石礫等雜物，采用四分法采集樣品，在室內自然風干后開展土壤理化性質分析。

1.2.2土壤有機碳的測定。土壤有機碳的測定采用K2Cr2O7外加熱法。不同土地利用方式土壤有機碳含量見。

1.2.3團聚體的測定。團聚體測定采用濕篩法[14]，將團聚體分為>2.000、0.250～2.000、0.053～0.250、<0.053 mm 4個等級。將2.000、0.250和0.053 mm篩子浸泡在去離子水中，稱取過8 mm篩的土樣50 g，迅速放于2.000 mm篩上5 min，并手提篩子在水中上下3 cm移動2 min約50次，2.000 mm篩子上團聚體為>2.000 mm粒徑組分（Large macroaggregate），0.250 mm篩子上團聚體為0.250～2.000 mm粒徑組分（Small macroaggregate），0.053 mm篩子上團聚體為0.053～0.250 mm粒徑組分（Microaggregate），通過0.053 mm篩子的團聚體為<0.053 mm粒徑組分（Silt and clay fraction）。在50 ℃條件下烘干所有團聚體組分，測定各組分含量。

1.2.4數據處理。數據分析采用SPSS13.0軟件，圖表制作采用Sigmaplot10.0軟件。

MWD=（4 000+2 000）/2*A%+（2 000+250）/2*B%+（250+53）/2*C%+（53+0）/2*D%100[14]

式中，MWD為平均重量直徑；A%為>2.000 mm粒徑組分所占重量百分比；B%為2.000～0.250 mm粒徑組分所占重量百分比；C%為0.025～0.053 mm粒徑組分所占重量百分比；D%為<0.053 mm粒徑組分所占重量百分比。

2結果與分析

2.1土地利用方式對團聚體粒徑分布的影響由可知，水田大團聚體粒徑（>0.250 mm）占80%，其中0.250～2.000 mm團聚體含量隨土層深度增加而增加，而>2.000 mm粒徑團聚體含量變化則相反。旱地團聚體粒徑以0.053～2.000 mm粒徑為主，其中以0.250～2.000 mm粒徑所占比例最大，各粒徑團聚體受土層深度影響不大。林地大團聚體粒徑（>0.250 mm）占95%。當土層深度小于20 cm時，林地以>2.000 mm 粒徑團聚體為主，但隨著土層深度的增加，其含量明顯降低，而0.250～2.000 mm團聚體含量則明顯增加。撂荒地以大團聚體為主，但當土層深度大于20 cm時>2.000 mm團聚體含量急劇減小，而 <0.053 mm團聚體則急劇增加。

不同土地利用方式土壤有機碳含量從土地利用方式來看，林地>2.000 mm團聚體在0～20 cm土層所占比例達80%，是水田、撂荒地2倍以上，然而當土層深度大于20 cm時林地與撂荒地>2.000 mm團聚體比例明顯下降；水田0.250～2.000 mm團聚體所占比例最大，其次為撂荒地、旱地，林地所占比例最小；旱地微團聚體所占比例是水田、撂荒地的2倍，相比林地甚至大10倍； 對于<0.053 mm團聚體，旱地與撂荒地所占比例明顯高于水田和林地，相差近4倍。

2.2土地利用方式對MWD的影響由可知，林地MWD值大于2.000 mm，水田、撂荒地MWD在1.000～1.500 mm間，而旱地MWD值在0.500～1.000 mm之間，說明4種土地利用方式均以大團聚體存在。其中，林地土壤剖面MWD值相比水田、旱地、撂荒地分別高50%～100%、117%～223%、78%～168%，特別是隨著土層深度的增加，林地與水田、旱地MWD值差距逐漸增加，直到土層達到20 cm時差距達到最小值，但林地與撂荒地整個土壤剖面MWD值差距均隨土層深度增加而增加，說明土層深度小于20 cm時水田、旱地MWD值相比林地隨土層深度增加而減小的幅度較大，而撂荒地MWD值隨土層深度增加而減小幅度均大于林地。水田MWD均大于旱地、撂荒地。當土層深度大于10 cm時，水田MWD值減小幅度大于旱地，而撂荒地在土層深度大于20 cm時MWD值減小幅度則明顯大于水田。旱地與撂荒地之間除20～40 cm土層外撂荒地MWD值明顯大于旱地。

土地利用方式對MWD的影響mm

土壤深度∥cm水田旱地林地撂荒地0～51.6110.9312.6401.4805～101.3700.8002.5841.27510～201.2980.8742.6021.21220～401.3090.9302.0180.753

不同土地利用方式式團聚體組成2.3土壤有機碳與團聚體相關關系分析可知，MWD與有機碳含量存在0.01水平顯著正相關，說明有機碳含量隨著MWD值的增大而增加。然而，土壤中<0.053、0.053～0.250、0.250～2.000 mm粒徑團聚體比例則與有機碳含量呈現負相關關系，其中有機碳含量隨<0.053 mm粒徑團聚體比例增加而降低速率最高，相比0.250～2.000 mm粒徑團聚體差異達到6倍，而與>2.000 mm團聚體、有機碳含量間存在0.05水平顯著正相關。由此可知，>2.000 mm粒徑團聚體有助于土壤有機碳含量的增加，0.250～2.000 mm粒徑團聚體對有機碳含量的影響較小，而<0.053、0.053～0.250 mm粒徑團聚體可能會抑制土壤有機碳的積累。

3結論與討論

已有研究表明，農作物種植可為土壤提供大量有機物質，特別是根系腐朽物與滲出物是有機物質的主要來源[15-16]，同時根系滲出物與其他有機要素促進生成土壤表面活性多糖黏結物質[17-18]。這將有助于細胞外黏性多糖物

土壤有機碳與團聚體粒徑的線性關系質的生成，從而固定土壤團聚體[19-20]，特別是農作物生成或誘導產生的細胞外糖、多糖、真菌菌絲等能促進大團聚體的形成[18，21]。因此，團聚體穩定性隨著碳輸入呈線性增加關系[22]。研究中水田、旱地、林地、撂荒地以大團聚體（>0.250 mm）為主，但各土地利用方式間存在較大差異，說明不同土地利用方式對土壤共享的有機物質含量有關，同時土壤深部由于獲得有機物質較少，因此>2.000 mm粒徑團聚體比例隨土層深度增加而減小。

水田、林地、撂荒地相比旱地植物殘體較多，可以為團聚體形成提供大量黏結物質，微團聚體在黏結物質促進下形成大團聚體，而林地受人為擾動較少，因此大團聚體所占比例達到90%以上，且多為>2.000 mm團聚體。雖然水田仍以大團聚體為主，但水田每年將受到耕作的影響，導致團聚體遭受破壞，并且土壤團聚體穩定性還決定于有機物質的數量、組成與及分解性[23]，因此水田可能因上述原因而導致>2.000 mm粒徑團聚體的形成受到影響。旱地因常年耕作，加深團聚體破碎，同時其有機物質獲得數量較少，導致團聚體黏結物質減少，導致微團聚體分離出來，使得微團聚體含量較多而>2.000 mm團聚體含量少。Adesodun等[24]研究表明，耕作使得大團聚體（>0.250 mm）組分減小，其中2.000～4.760 mm團聚體減少74%，0.250～2.000 mm團聚體也減少6%～24%，但<0.250 mm團聚體比例隨耕作而增加；Gupta等[25]研究表明，天然林地復耕后微團聚體比例明顯增加；Liu等[26] 研究表明，土壤通過農作物覆蓋后增加了MWD值，并且2～6 mm粒徑團聚體比例明顯增加；Dapaah等[27]研究也發現，通過農作物還土可增加土壤團聚體的穩定性。

綜上所述，4種土地利用方式均以大團聚體（>0.250 mm）為主，其中林地以>2.000 mm團聚體為主，水田、旱地、撂荒地以0.250～2.000 mm團聚體為主。>2.000 mm粒徑團聚體有助于土壤有機碳含量的增加，0.250～2.000 mm粒徑團聚體對有機碳含量的影響較小，而<0.053、0.053～0.250 mm粒徑團聚體可能會抑制土壤有機碳的積累。

42卷23期鄭杰炳等土地利用方式對紫色丘陵區土壤團聚體的影響參考文獻

[1] DAVIDSON E，ACKERMAN I L. Chang of soil carbon inventorie following cultivation of previously untilled soils[J]. Biogeochemistry，1993，20：161-193.

[2] CAMPBELL C A，BOWREN K E，SCHNITZER M，et al. Effect of crop rotations and fertilization on soil organic matter and some biochemical properties in a thick Black Chemozem[J]. Cannadian Journal of Soil Science，1991，71：377-387.

[3] SIX J，CONTENT R T，PAUL E A，et al. Stabilization mechanisms of soil organic matter：Implications for C-saturation of soils[J]. Plant and Soil，2002，241：155-176.

[4] ELLIOTT E T，COLEMAN D C. Let the soil work for us[J]. Ecological Bulletins，1988，39：23-32.

[5] HATTORI T. Soil aggregates in microhabitats of microorganisms[J]. Rep Inst Agric Res Tohoku Univ，1988，37：23-36.

[6] PROVE B G，LOCH R J，FOLEY J L，et al. Improvements in aggregation and infiltration characteristics of a krasnozem under maize with direct drill and stubble retention[J]. Australian Journal of Soil Research，1990，28：577-590.

[7] SEXSTONE A J，REVSBECH N P，PARKIN T B，et al. Direct measurement of oxygen profiles and denitrification rates in soil aggregates[J]. Soil Science Society of America Journal，1985，49：645-651.

[8] LINQUIST B A，SINGLETON P W，YOST R S，et al. Aggregate size effects on the sorption and release of phosphorus in an ultisol[J]. Soil Science Society of America Journal，1997，61：160-166.

[9] WANG X，YOST R S，LINQUIST B A. Soil aggregate size affects phosphorus desorption from highly weathered soils and plant growth[J]. Soil Science Society of America Journal，2001，65：139-146.

[10] BARTHES B，ROOSE E. Aggregate stability as an indicator of soil susceptibility to runoff and erosion validation at several levels[J]. Catena，2002，47：133-149.

[11] JOHN B，YAMASHITA T Y，LUDWIG B，et al. Storage of organic carbon in aggregate and density fractions of silty soils under different types of land use[J]. Geoderma，2005，128：63-79.

[12] JACINTHE P A，LAL R，KIMBLE J M. Organic carbon storage and dynamics in croplands and terrestrial deposits as influenced by subsurface tile drainage[J].Soil Science，2001，166：322-335.

[13] SIX J，PAUSTIAN K，ELLIOTT E T，et al. Soil structure and soil organic matter：I. Distribution of aggregate size classes and aggregate associated carbon[J]. Soil Science Society of America Journal，2000，64：681-689.

[14] ELLIOTT E T. Aggregate structure and carbon，nitrogen，and phosphorus in native and cultivated soils[J]. Soil Science Society of America Journal，1986，50：627-633.

[15] GOODFRIEND W L，OLSEN M W，FRYE R J. Soil microfloral and microfaunal response to Salicornia bigelovii planting density and soil residue amendment[J]. Plant and Soil，2000，223：23-32.

[16] LU Y，WATANABE A，KIMURA M. Contribution of plantderived carbon to soil microbial biomass dynamics in a paddy rice microcosm[J]. Biol Fertil Soils，2002，36：136-142.

[17] HAYNES R J，SWIFT R J，STEPHEN R C. Influence of mixed cropping rotations（pasturearable）on organic matter content. Water stable aggregation and clod porosity in a group of soils[J]. Soil & Tillage Research，1991，19：77-87.

[18] DEGENS B P. Macroaggregation of soils by biological bonding and binding mechanisms and factors affecting these：A review[J]. Australian Journal of Soil Research，1997，35：431-460.

[19] LYNCH J M，BRAGG E. Microorganisms and soil aggregate stability[J]. Adv Soil Sci，1985，2：133-171.

[20] ROBERSON E B，SARIG S，FIRESTONE M K. Cover crop management of polysaccharidemediated aggregation in an orchard soil[J]. Soil Science Society of America Journal，1991，55：734-739.

[21] OADES J M，WATERS A G. Aggregate hierarchy in soils[J]. Australian Journal of Soil Research，1991，29：815-828.

[22] KONG A Y Y，SIX J，BRYANT D C，et al. The relationship between carbon input，aggregation，and soil organic carbon stabilization in sustainable cropping systems[J]. Soil Science Society of America Journal，2005，69：1078-1085.

[23] ALBIACH R，CANET R，PONARES F，et al. Microbial biomass content and enzymatic activities after the application of organic amendments to a horticultural soil[J]. Bioresour Technol，2000，75：43-48.

[24] ADESODUN J K，ADEYEMI E F，OYEGOKE C O. Distribution of nutrient elements within waterstable aggregates of two tropical agroecological soils under different land uses[J]. Soil & Tillage Research，2007，92：190-197.

[25] GUPTA V，GERMUDA J J. Distribution of microbial biomass and its activity in different soil aggregate size classes as affected by cultivation[J]. Soil Biology & Biochemistry，1988，20：777-786.

[26] LIU A，MA B L，BOMKE A A. Effects of cover crops on soil aggregate stability，total organic carbon，and polysaccharides[J]. Soil Science Society of America Journal，2005，69：2041-2048.

[27] DAPAAH H K，VYN T J. Nitrogen fertilization and cover crop effects on soil structural stability and corn performance[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis，1998，29：2557-2569.