長武縣退耕還林對土壤有機質和團聚體水穩性的影響

馮珍 董莉麗 胡丹

摘要 [目的] 研究渭北旱地退耕還林工程在提高土壤質量和改善土壤結構方面的作用。[方法]選取位于渭北旱塬的長武縣馬坊村人工林地、荒地和農地3種土地利用類型，利用快速濕潤法測定表層土壤各粒級水穩性團聚體質量百分含量，并測定全土樣和水穩性團聚體各組分的有機質和速效磷含量。[結果]水穩性團聚體平均質量直徑、幾何平均直徑和土壤有機質含量在林地和荒地較農地大。有機質和速效磷含量在粒級<0.05 mm的土壤團聚體中最小，0.5～0.1 mm土壤團聚體有機質含量最高， 0.2～0.5 mm土壤團聚體速效磷含量最高。[結論]農地轉化為人工林地后，土壤質量具有不同程度的提高，且小粒級團聚體向大粒級轉化。土壤有機質和速效磷含量主要分布在較大粒級的水穩性團聚體中，并隨著粒級由小變大，二者先增大后略微減少。

關鍵詞 水穩性團聚體； 土壤有機質； 退耕還林

中圖分類號 S153.6+2 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）31-10947-03

Effects of Converting Farmland to Forest or Grassland on Soil Organic Matter and Soil Water Stable Aggregates

FENG Zhen，DONG Lili*，HU Dan （College of Tourism and Resource Environment，Xianyang Normal University，Xianyang，Shaanxi 712000）

Abstract [Objective] The functions of returning farmland to forests or grassland on improving soil quality and structure were studied in Weibei dry land.[Method] Selecting three landuses types including planted forest，waste land and crop land from Mafang Village of Changwu County at Weibei dryland， the percentage of water stable aggregates with different sizes was measured by fast wetting and soil organic matter and available phosphorus of whole soil samples and water stable aggregates with different sizes were measured.[Results] Mean weight diameter，geometric mean diameter of water stable aggregates and content of soil organic matter were higher at forest and waste land than those of crop land.The content of soil organic matter and available phosphorus was the least at water stable aggregate whose size was smaller than 0.05 mm and was the highest at 0.5-0.1 and 0.2-0.5 mm water stable aggregate respectively.[Conclusion] Soil quality was improved with different degree and smaller size aggregate was transformed to larger one after crop land converting to forest.Soil organic matter and available phosphorus were distributed mainly in larger water stable aggregates，which were increased firstly and then decreased slightly with the increase of grade size.

Key words Soil water stable aggregates； Soil organic matter； Converting farmland to forest or grassland

土壤是地球表層最大的有機碳庫，在全球碳循環中起著關鍵作用^[1]。土地利用方式影響土壤的功能和性質，能增加或降低土壤碳的數量，并且改變微生物多樣性，使得土壤成為碳的源或匯，從而影響大氣中CO2濃度。自1950年以來，各級政府開展了大量的退耕還林等生態環境建設工作。研究退耕還林對土壤碳固定及其養分和水穩性的影響，不僅可以豐富土壤科學的研究內容，而且可以評價退耕還林工程在提高土壤質量、增加水分入滲、減少土壤流失等方面產生的效益。

土壤質量是與土壤的各種形成因素及土壤耕作引起的動態變化有關的一種固有的土壤屬性^[2]。土壤有機質對土壤結構穩定性和土壤養分狀況有多重影響，對土壤資源的可持續利用非常重要^[3]。土壤有機質是土壤質量的核心，也是土壤團聚體與土壤功能體現的基礎^[4]。土壤團聚體的組成及其基本特征是決定土壤侵蝕、壓實、板結等物理過程與作用的關鍵指標之一，是土壤肥力的基礎，也是評價土壤質量的重要指標^[5]。穩定性土壤團聚體可維持較好的土壤結構，進而改善土壤通氣性，增加水分入滲，減少地表徑流與侵蝕^[6]。土壤團聚體是土壤有機碳穩定和保護的載體。土壤有機碳的固定效應與團聚體的保護機制密切相關，因而有關不同土地利用方式對有機碳在土壤團聚體中的分布及其變化的影響研究備受關注^[4]。董莉麗等^[7-8]研究退耕還林工程對土壤有機質和水穩性團聚體含量的影響及水穩性團聚體不同粒級土壤有機質含量。馬瑞萍等^[9]研究認為，土壤有機碳含量和酶活性在團聚體間均表現為隨團聚體粒級的增大而增大或先增大再減少的趨勢，并且認為土壤微團聚體中有機碳主要以腐殖質碳的形態存在。而周純亮等^[4]研究認為，各森林類型同土層不同粒徑團聚體中有機碳含量隨粒徑大小變化，團聚體粒徑越小，有機碳含量越高。可見，土壤有機質在不同粒級團聚體中的變化規律還不明確。筆者測定了長武縣馬坊村6塊樣地土壤水穩性團聚體質量百分含量、土壤有機質含量、速效磷含量，并且計算了水穩性團聚體平均質量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）及不同樣地和不同粒級水穩性團聚體中有機質和速效磷的含量。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于陜西省咸陽市長武縣馬坊村，氣候類型屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，是典型的雨養農業區，年均氣溫9.1 ℃，無霜期171 d，多年平均降水量584 mm，春季少雨，夏季多雨，主要集中在7～9月，土壤類型為黑壚土^[10]。該次野外調查共選取6個樣地，包括栽種15、25年的刺槐（Robinia pesudoacacia）林地、25年的核桃（Juglans regia）林地及10、1年的自然撂荒地，并且以農用地為對照。

1.2 采樣及測定方法

土壤樣品的采集、土壤水穩性團聚體的測定方法見參考文獻[7]；土壤有機質含量的測定采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）；速效磷含量的測定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提比色法。所用試劑及測定步驟見參考文獻[11]。

1.3 計算方法 土壤水穩性團聚體平均質量直徑和幾何平均直徑的計算方法見參考文獻[12]。

2 結果與分析

2.1 退耕還林對土壤團聚體水穩性的影響

由圖1可知，不同粒級土壤水穩性團聚百分含量在不同樣地差異較大。農地土壤團聚體在快速濕潤后，大部分被分散為小團聚體，<0.10 mm團聚體為66.10%，說明農地土壤團聚體水穩性差^[7]。農地退耕后，>2.00 mm土壤水穩性團聚體含量具有不同程度的增加，在25年刺槐林地、25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地分別為7.71%、44.61%、12.03%、9.65%，相對農地分別增加了31.59%、651.88%、105.31%和64.66%。

平均質量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是反映土壤團聚體穩定性的重要指標。MWD和GMD作為土壤團聚體狀況的綜合評價指標已被廣泛使用^[13]。MWD 和GMD 越大，土壤團聚體穩定性越大，土壤抗侵蝕能力越強。由圖2可知，MWD在25年核桃林地最大，為1.85 mm，是農地的5.60倍，在農地和1年荒地中最小，分別為0.33和0.32。MWD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中分別為0.67、0.68和0.55 mm，相對農地分別增加了103.03%、106.06%和66.67%。GMD在25年核桃林地中最大，為0.78 mm，是農地的8.67倍，在農地和1年荒地中最小，分別為0.09和0.10 mm。GMD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中分別為0.23、0.17和0.15 mm，相對農地分別增加了155.56%、88.89%和66.67%。可見，退耕還林還草使得土壤團聚體水穩性提高，進而提高了土壤的抗蝕性，并且恢復時間越長，土壤抗侵蝕能力越強^[14]。

3 結論與討論

研究表明，>2.00 mm土壤水穩性團聚體百分含量及其平均質量直徑和幾何平均直徑在25年核桃林地最大，在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中次之，在1年荒地和農地中最小。可見，相對農用地，幾種人工林地和多年撂荒地土壤團聚體更加穩定，土壤吸持水分和抗侵蝕的能力更強。農地退耕后，小粒級團聚體向大粒級團聚體轉化。土壤有機質含量在25年刺槐林地中最大，在農地最小。這主要是由于地上植物的枯枝落葉是土壤有機碳的主要來源之一，地表植物的生長狀況和生物量影響土壤有機碳含量^[9]。而農地耕種、除草、施肥、收獲等人為干擾頻繁，導致地表植被、凋落物數量少。一方面，有機質的歸還量減少；另一方面，加速土壤有機碳的分解，最終使得土壤有機質含量降低，進而影響土壤中團聚體的穩定性。可見，有機質分解加快或補充減少是導致團聚體穩定性下降和水穩定團聚體減少的主要原因^[4]。土壤速效磷含量在25年刺槐林地中最大，而在農地和1年荒地中大于25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地。這主要與農地使用磷肥有關。周純亮等^[4]認為，不同森林類型下各層土壤水穩性團聚體的質量分數大致呈“V”字形分布，從>5.00 mm 至 0.25～0.50 mm，團聚體粒徑越小，有機碳含量越高。李娟等^[15]研究認為，隨團聚體粒徑的降低，各土地利用方式下團聚體活性有機碳含量呈現“W”形分布，以2.00～1.00 mm和0.50～0.25 mm團聚體最低。而研究中，粒級<0.05 mm的土壤團聚體中有機質和速效磷含量最

小，分別為11.24和11.83 mg/kg。0.50～0.10 mm土壤團聚體有機質含量最高，為34.61 mg/kg。0.20～0.50 mm土壤團聚體速效磷含量最高，為21.82 mg/kg。可見，不同粒級團聚體對有機碳累積的影響研究所得結論不一致。這可能與土壤水穩性團聚體的測定方法及粒徑分級不同有關。

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