土壤團聚體與土壤侵蝕關系研究進展

王小云

(山西省水土保持科學研究所，山西太原 030045)

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土壤團聚體與土壤侵蝕關系研究進展

王小云

(山西省水土保持科學研究所，山西太原 030045)

從影響土壤團聚體穩定性的因素、團聚體對土壤侵蝕的影響和團聚體與養分流失的關系3個方面，綜述了土壤團聚體的研究進展。

土壤團聚體；水穩性；土壤可蝕性；粒徑組成

土壤侵蝕作為地球表面的一種自然現象[1]，自人類社會出現后，成為自然和人類活動共同作用的一種動態過程，現已成為當今世界資源與環境問題的重點[2]。而土壤團聚體作為土壤的重要組成部分，影響著土壤的物理化學性質。近年來，國內外學者對土壤團聚體的形成、破碎特征、粒徑組成、對土壤可蝕性和養分的影響等多方面進行了大量研究。筆者對這些研究從土壤團聚體穩定性影響因素、團聚體對土壤侵蝕和養分流失3方面進行了總結，旨在為今后土壤侵蝕方面的研究提供借鑒。

1　土壤團聚體穩定性的影響因素

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，是土壤的重要組成部分。土地利用方式和土壤管理措施與土壤的結構性能密切相關，不同土地利用方式對土壤養分、內部環境、生物活性及土壤團聚體的形成過程、團聚體的穩定性及粒徑分布產生影響。團聚體具有不同的形態和大小，通常將其分為2個部分：大團聚體(>250 μm)和微團聚體(<250 μm)[3]。

近年來，土壤研究者對土壤團聚體的形成機制、穩定性影響因素、與農業管理措施間的關系、團聚體的粒徑組成與分布、有機質和養分含量的關系等方面做了大量研究[4-7]。土壤團聚體的穩定性主要與土壤有機質含量、土壤微生物、土地利用方式、全氮含量、全磷含量、蔗糖酶、礦物種類等相關[8-10]。同時，國內外學者對土壤團聚體的穩定機制與影響因素做了大量研究。發現直徑小于0.05 mm團聚體的數量與有機質的含量相關系數為0.65～0.75。魏朝富等[11-12]對紫色土、紅壤水穩性團聚體研究發現，水穩性團聚體數量和穩定性均與土壤有機質的含量呈正相關[11-12]。姚賢良等[13-17]研究了紅壤、黑土、棕壤、紫色土團聚體的膠結物質組成和存在狀態，認為有機無機復合和土粒團聚的關系是通過原土復合量和小于0.01 mm土粒團聚量的關系體現。國外學者研究發現，土壤有機質中斥水胡敏酸可有效提高土壤團聚體的穩定性，而且通過對施加礦質肥料和有機質對土壤團聚體的影響的研究表明，有機質超過一定含量后，水穩性團粒不再隨有機質含量的增加而增加，而且有機質的排列對土壤團粒的穩定性發揮更大的作用。王文艷等[10]研究表明，>0.25 mm的水穩性團聚體含量從坡頂到坡底逐漸升高，而且水穩性團聚體含量與方解石含量呈正相關，與正長石和鈣長石含量呈負相關。Neergaadhe等[18]研究認為，真菌菌根和分支根瘤中根瘤菌可有效穩定土壤結構和提高土壤團聚體穩定性，尤其是VAM菌絲及其分泌的土壤多糖(包括其他有機質)對土壤團聚體的形成具有重要影響。

土壤團聚體的特性和穩定性與土壤有機質、粒徑組成、礦物種類與含量及微生物種群等多種因素相互作用和相互影響，并呈單向關系。因此，土壤團聚體對土壤的侵蝕性和養分吸附與運移過程具有重要影響，可以作為表征土壤生態特性的重要指標[19]。

2　土壤團聚體對土壤侵蝕的影響

土壤團聚體的特性對土壤綜合性能具有重要的代表意義，對團聚體的穩定性、破碎重組、土壤的養分循環和土壤可蝕性和土壤可持續利用具有重要影響[20-21]。

團聚體的粒徑分布和穩定性極大地影響著土壤的物理性質和土壤中發生的各種過程[22-23]。研究表明，團聚體穩定性影響著土壤入滲、結皮、產沙等土壤侵蝕的各個過程[24]，是預測土壤抗侵蝕能力的良好指標[25-27]，同時團聚體的粒徑組成和穩定性也是土壤侵蝕的重要指標[28]。田積瑩等[29-34]在研究土壤可蝕性時發現，土壤可蝕性取決于土壤水穩定性的團聚體數量和質量。同時，陳山等[35]研究認為，團聚體穩定性與平均重量直徑間具有不同的變化趨勢，而且不同粒級團聚體之間差異較大，甚至完全相反。而Yan等[36-38]在 WEEP模型的基礎上，利用團聚體水穩性代替可蝕性因子建立了新的細溝和細溝間土壤侵蝕預測模型，取得了良好效果。Li等[39-40]對紅壤團聚體的穩定性進行了深入研究，證實了團聚體穩定性是紅壤抗侵蝕能力的主要決定因素。由于團聚體的穩定性對土壤可蝕性具有重要意義，因此團聚體穩定性的下降往往暗示土壤潛在可蝕性的增長及土壤肥力水平的下降[41]。20世紀30、40年代國外學者先后提出了用黏粒率(clayRatio)[黏粒率：(沙+粉沙)/黏粒，黏粒率越小土壤越不容易侵蝕]和土壤滲透性作為土壤可蝕性指標，并進一步提出了團聚狀況和團聚度指標。除此之外，還提出了平均重量直徑指標。Anderson等提出的團聚體表面率和團聚體的穩定性及分散率等指標[團聚體的表面率≥0.05 mm顆粒的表面積/團聚體的量(粉沙+黏粒)]。Kazuhiko和 Katsutoshi研究發現，團聚體的穩定性與土壤侵蝕量之間呈顯著負相關，其次是分散率和侵蝕率，并指出團聚體的穩定性可作為暗色土的可蝕性指標。高維森等[42-43]對不同類型土壤的可蝕性指標進行了測定分析，指出最佳土壤可蝕性指標、> 0.25 mm水穩性團粒和風干土水穩性團粒含量是反映土壤可蝕性強弱的最佳指標。Tejada等[44-45]研究表明，土壤結構穩定性指數降低，土壤結構穩定性增強，土壤可蝕性增強，泥沙流失量減少。Colazod對土壤團聚體與風蝕關系研究表明，土壤團聚體穩定性降低，土壤風蝕的可蝕性增加，而對沙土和黏土無顯著影響。不同尺度范圍內模擬降雨的研究表明，表層土壤團聚體含量和粒徑與徑流和土壤流失量具有顯著相關性，且不同降雨時間段差異顯著，甚至相反。

3　土壤團聚體與養分流失的關系

土壤的全氮含量反映了土壤供氮能力的大小，在一定程度上也反映了土壤結構和土壤肥力狀況的好壞，也與土壤抗侵蝕能力有一定關系。在自然條件下，土壤氮素含量與土壤團聚體特別是水穩性團聚體的含量關系密切。土壤水穩性團聚體含量與土壤全氮(包括土壤速效氮)含量隨之增加，其中土壤水穩性團聚體(粒徑>0.25 mm)的含量增加幅度較大，而土壤磷含量隨著水穩性團聚體粒徑的增加而增加[46]。

張超等[47]研究表明，根際土壤具有更好團聚結構，且根際土壤分形特征能更好地反映土壤性質的變化規律，可作為黃土丘陵區植被恢復過程中土壤質量評價的指標。黃滿湘等[48-49]對土壤團聚體中養分含量與粒徑分布以及流失土壤對養分的富集和形態進行了研究。劉愛霞等[50]對高速公路邊坡土壤團聚體水穩性團聚體粒徑的研究表明，>1 mm的大團聚體表層含量大于亞表層，而<1 mm的團聚體則相反，其中有機質、全氮、硝態氮、速效磷和1～5 mm粒徑是影響分形維數的主要因子，植被恢復促進團聚體均勻分布，使土壤分形維數降低，改善土壤結構。何淑勤等[51]對茶園土壤團聚體粒級組成研究表明，0～20和20～40 cm土層土壤團聚體的分布均以>2 mm 和2～5 mm 團聚體為主，團聚體平均重量直徑隨著土壤層次的增加有增加的趨勢。劉敏英等[52]研究了植茶年限對土壤團聚體的影響，結果表明：植茶年限對團聚體大小分布狀況無顯著影響，對團聚體總量表現為先增加后減少的趨勢，其中粒徑>5 mm和<5 mm是水穩性團聚體隨植茶年限增長的轉折點。

土壤中至少有70%～90%的磷進入土壤后會成為難以被作物吸收利用的固定形態磷[53-57]。農業中隨徑流流失的農田土壤養分是水體中磷的最主要來源[58-59]，且地表徑流攜帶的侵蝕泥沙對氮、磷等養分具有富集作用。土壤和侵蝕泥沙中養分含量和分布與土壤團聚體粒級具有一定的相關性[60]，同時不同粒徑團聚體對磷的富集作用和富集系數不同[61-62]，因此團聚體的粒徑分布對養分的循環和運移具有重要影響。郭萬偉等[63]對旱土和水稻土團聚體和磷分布研究表明，土壤磷的形態分布與團聚體粒級有密切關系，旱土和水稻土以>0.02 mm粒徑的團聚體為主，且在該級土壤團聚體中磷素含量較高，且吸附態無機磷以Fe-P為主，而< 0.02 mm團聚體以O-P為主。王洪杰等[64]研究表明，土壤全磷和有機質含量與粉粒間呈負相關，與砂粒間呈正相關，而氮則相反。

由于徑流對泥沙搬運選擇性機制造成的富集系數(Enrichment Ratio，ER)隨侵蝕泥沙流失的增加而降低，即降雨徑流初期選擇性搬運富含養分的黏粒及精細顆粒，之后養分含量低的砂粒及大團聚體破碎分散出的細顆粒逐漸被搬運并進入泥沙[45，61]。黃麗等[65]研究表明，流失泥沙中<0.02 mm的微團聚體和<0.002 mm的黏粒是養分流失的主要載體，且流失泥沙中微團聚體對磷的富集作用較強，雖然富集系數與團聚體粒徑、腐殖質含量有關[66]，但養分總流失量隨著土壤流失量的增加而增大[67-68]。胡宏祥等[69]研究表明，土壤磷養分流失總量的87.37%是通過徑流泥沙攜帶方式造成的，且吸附態磷是流失的主要形態[70-72]。

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Research Progress of the Relationship between Soil Aggregates and Soil Erosion

WANG Xiao-yun

(Institute of Shanxi Soil and Water Conservation, Taiyuan, Shanxi 030045)

In order to provide materials for the study of soil erosion, research advances of soil aggregate were summarized from three aspects: influential factors on stability of soil aggregate, effects of aggregat on soil erosion, relationship between aggregate and nutrient loss.

Soil aggregate; Water stability; Soil erodibility; Soil particle size

山西省水利科學技術研究與推廣項目(201428)。

王小云(1980- )，男，山西興縣人，高級工程師，從事土壤侵蝕和面源污染科研工作。

2016-07-06

S 15

A

0517-6611(2016)23-106-03