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 (咸陽師范學院旅游與資源環境學院，陜西咸陽712000)

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(Juglansregia)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%。

圖1 土壤水穩性團聚體粒級分布

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］。

2.2 退耕還林對土壤有機質和速效磷含量的影響 由圖3可知，土壤有機質含量在25年刺槐林地中最高，為52.65 mg/kg，是農地的4.82倍;在25年核桃林地中較高，為35.63 mg/kg，是農地的3.26倍;在15年刺槐林地、10年荒地和1年荒地次之，分別是農地的2.97、2.24 和1.28 倍;在農地最小，為10.92 mg/kg。可見，通過退耕還林，土壤有機質含量顯著提高。表層土壤速效磷含量在25年刺槐林地中最高，為29.84 mg/kg，在15年刺槐林地中最低，為5.48 mg/kg;而1年荒地和農地土壤速效磷含量較高，僅次于25年刺槐林地的。

圖2 不同樣地土壤水穩性團聚體平均質量直徑和幾何平均直徑

圖3 土壤有機質與速效磷含量

圖4 不同粒級水穩性團聚體中土壤有機質和速效磷含量

2.3 不同粒級團聚體土壤有機質和速效磷含量 水穩性團聚體不同粒級土壤有機質和速效磷含量見圖4。不同粒級水穩性團聚體中有機質含量與速效磷含量和粒級之間的關系可分別利用函數 y=0.371 4x3－5.176 9x2+16.864x+19.248和 y= －0.747 4x2+5.202 6x+10.867 進行很好地擬合。由圖4可知，粒級＜0.05 mm的土壤團聚體中有機質含量最小，為11.24 mg/kg;粒級為 0.05 ～0.10、0.10 ～0.20 和0.20～0.50 mm的土壤團聚體有機質含量依次增加，分別為13.88、20.34 和27.80 mg/kg;0.50 ～0.10 mm 土壤團聚體有機質含量最高，為34.61 mg/kg。土壤速效磷在各粒級含量的變化規律與有機質基本相同。粒級＜0.05 mm的土壤團聚體中速效磷含量最小，為11.83 mg/kg;粒級為0.05～0.10、0.10 ～0.20 和0.20 ～0.50 mm 的土壤團聚體速效磷含量依次增加，分別為13.13、17.60 和 21.82 mg/kg;粒級 0.50～1.00 mm土壤團聚體中含量較大，為19.58 mg/kg。可見，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土壤中，并且隨著粒級由小變大，二者先增大再略微減少。

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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