秸稈還田與長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征

曹晶晶，魏飛，馬芳霞，劉軍，黃金花，劉建國

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子832003）

秸稈還田與長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征

曹晶晶，魏飛，馬芳霞，劉軍，黃金花，劉建國

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子832003）

以棉花長期連作定點(diǎn)試驗(yàn)田為研究對象，研究秸稈還田對長期棉花連作土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及有機(jī)碳分布的影響。試驗(yàn)設(shè)長期連作5、10、20 a和30 a的秸稈還田小區(qū)及長期棉花連作5、10 a和20 a無秸稈還田小區(qū)，共計(jì)7個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。結(jié)果顯示：無秸稈還田條件下，隨著連作年限的增加，土壤1～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量逐漸降低，＜0.053mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量逐漸增加；而秸稈還田可以顯著提高長期連作棉田土壤中1～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）值及團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量；秸稈還田條件下隨著連作年限的增加，土壤1～0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量逐漸增加，＜0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量逐漸降低，且對0～30 cm耕作層土壤影響較大；與無秸稈還田相比，秸稈還田長期連作棉田，隨著連作年限的增加，團(tuán)聚體分形維數(shù)（D）逐漸降低，而無秸稈還田分形維數(shù)（D）逐漸增加，團(tuán)聚體分形維數(shù)表現(xiàn)為隨土層加深而增大，最后在20～30 cm處趨于穩(wěn)定。說明秸稈還田顯著提高長期連作棉田水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，對改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤的肥力具有積極作用，能夠緩解長期連作對土壤物理性狀產(chǎn)生的不利影響。

秸稈還田；長期連作；棉田；水穩(wěn)性團(tuán)聚體；團(tuán)聚體穩(wěn)定性

Keywords：straw returning；long-term continuous cropping；cotton；water stable aggregate；stability of aggregate

土壤團(tuán)聚體是評價(jià)土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，其分布和穩(wěn)定性直接影響了土壤的孔隙性、持水性、通透性和抗侵蝕性，從而影響農(nóng)作物的生長［1］。團(tuán)聚體的穩(wěn)定性分為機(jī)械穩(wěn)定性、水穩(wěn)性和生物學(xué)穩(wěn)定性。研究表明，土壤團(tuán)聚體與有機(jī)碳是相互依存的，團(tuán)聚體是有機(jī)碳存在的場所，有機(jī)碳是團(tuán)聚體存在的膠結(jié)物質(zhì)［2］。Oades等試驗(yàn)研究表明，各個(gè)級(jí)別的團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)含量影響著團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，在水穩(wěn)性團(tuán)聚體形成過程中，有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)起著重要的作用［3］。土壤團(tuán)聚體的形成、分布、作用功能及有機(jī)碳的分布不僅受土壤種類的影響，同時(shí)也受耕作方式、施肥、秸稈還田、種植模式等因素的影響［2］。

長期連作會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)、土壤理化性狀變差等［4］連作障礙問題，而秸稈還田增加土壤中有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)的含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤養(yǎng)分含量，秸稈還田還顯著影響了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量及穩(wěn)定性［5－6］。新疆棉區(qū)存在傳統(tǒng)有機(jī)肥源不足、農(nóng)田養(yǎng)分主要靠施用化肥、發(fā)展綠肥又受到水資源的制約等問題，秸稈還田作為培肥地力的重要措施之一，對土壤肥力、團(tuán)聚體的形成、土壤孔隙度的增加具有很大的促進(jìn)作用。近年來關(guān)于秸稈還田及長期連作對土壤環(huán)境的影響已有報(bào)道，但大多集中于土壤腐殖質(zhì)組分、微生物量、土壤理化性狀、有機(jī)碳組分等［7－9］方面，但關(guān)于秸稈還田對長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的研究卻少有報(bào)道。因此，研究秸稈還田對長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征具有十分重要的意義。

本文利用棉花長期連作定位試驗(yàn)，分析秸稈還田及長期連作棉田不同土層的各級(jí)別水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布狀況，以及土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑、幾何平均直徑、分形維數(shù)和水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳分布等指標(biāo)。研究長期連作棉田水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布及有機(jī)碳的分布規(guī)律，為評價(jià)秸稈還田對長期連作棉田土壤結(jié)構(gòu)的影響和新疆棉田土壤培肥制度的建立提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站棉花長期連作定點(diǎn)試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)有長期連作5、10、20 a和30 a的秸稈還田小區(qū)，其分別標(biāo)記為5 a、10 a、20 a和30 a。另設(shè)有長期連作5、10 a和20 a無秸稈還田小區(qū)，其分別標(biāo)記為CK5、CK10和CK20共計(jì)7個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。秸稈還田長期連作小區(qū)是每年秋季棉花收獲后將所有的棉花秸稈用鍘刀切成5～8 cm小段還田，即模擬大田生產(chǎn)將棉花秸稈（6 000～7 500 kg·hm－2）全部機(jī)械還田，入冬前結(jié)合施用化肥翻入耕層，然后冬灌；無秸稈還田長期連作小區(qū)是棉花收獲后將全部秸稈帶出農(nóng)田，然后施用化肥、翻耕、冬灌。每處理小區(qū)1.5 m×1.5 m，不同處理間用厚塑料膜隔開，每處理三次重復(fù)。種植的棉花品種為“新陸早46號(hào)”，按“30 cm＋60 cm＋30 cm”寬窄行距配置，采用膜下滴灌，4月20日播種，種植密度為每公頃19.8萬株，7月8日打頂。全生育期滴灌12次，滴灌總量5 400 m3·hm－2，共施純氮495 kg·hm－2，30%基施，其余隨水滴施，其他管理措施同大田管理。供試的土壤為草甸土。

1.2 土樣采集

于2015年棉花播種前分別采集0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm 5個(gè)土層剖面原狀土樣，每處理3個(gè)重復(fù)。土樣采集后放入塑料盒內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，在運(yùn)輸過程中盡量減少對土樣的擾動(dòng)。然后放于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干并沿著土壤結(jié)構(gòu)的自然剖面掰開，同時(shí)防止外力作用而變形。讓土樣自然風(fēng)干，備用。

1.3 測試方法

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體百分含量的測定采用濕篩法［10］，濕篩分析在團(tuán)聚體分析儀上進(jìn)行，套篩孔徑依次為1、0.25、0.053 mm。各處理取100 g土樣倒入套篩中，浸潤10 min后以30次·min－1（上下篩動(dòng)時(shí)套篩不能露出水面）上下振蕩5 min。篩分后，拆開套篩，將留在套篩上的各級(jí)團(tuán)聚體用水洗入鋁盒中，待澄清后倒去上清液，烘箱55℃烘干至恒重，各處理3次重復(fù)。

1.4 指標(biāo)計(jì)算

（1）不同級(jí)別水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量百分含量［11］

式中，Wi為某級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；Wwi為該級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量（g）。

（2）平均重量直徑（MWD）［12］

式中，MWD為平均重量直徑；wi為對應(yīng)于xi的團(tuán)聚體的重量百分比；xi為各粒級(jí)的平均直徑。

（3）幾何平均直徑（GMD）［12］

式中，GMD為幾何平均直徑；wi為對應(yīng)于xi的團(tuán)聚體的重量百分比；xi為各粒級(jí)的平均直徑。

（4）分形維數(shù)（D）的推導(dǎo)公式［13］：

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel2003及SPSS19.0對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對長期連作棉田0～50 cm土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布的影響

由圖1可以看出，0～10 cm土層和10～20 cm土層的變化趨勢一致，秸稈還田與無秸稈還田，不同處理下0～20 cm土層的水穩(wěn)性團(tuán)聚體多集中于1～0.25 mm團(tuán)聚體，占水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量的38.0%～65.3%，而＞1mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量最少。同一處理各粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量由高到底的順序?yàn)椋?～0.25mm，＜0.053mm，0.25～0.053mm，＞1mm。各處理＞1 mm及0.25～0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布較平均，沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。秸稈還田處理，1～0.25 mm團(tuán)聚體隨著連作年限的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，＜0.053mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體隨著連作年限的增加逐漸降低，而無秸稈還田處理與秸稈還田處理呈現(xiàn)相反的趨勢，1～0.25 mm團(tuán)聚體隨著連作年限的增加而下降，＜0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體隨著連作年限的增加逐漸增加。秸稈還田處理與無秸稈還田處理相比，1～0.25 mm秸稈還田處理團(tuán)聚體含量明顯高于無秸稈還田處理，而＜0.053 mm無秸稈還田處理高于秸稈還田處理，說明秸稈還田有利于土壤中水穩(wěn)定性微團(tuán)聚體向較大的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化。

圖1 長期連作棉田0～50 cm土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布Fig.1 Soilwater-stable aggregate distribution of long-term continuous cropping cotton field at0～50 cm layer

同一處理下20～30、30～40 cm和40～50 cm土層團(tuán)聚體含量變化趨勢相似，與0～20 cm土層相比1～0.25mm團(tuán)聚體含量下降，而＜0.053mm團(tuán)聚體含量上升明顯，各土層1～0.25mm團(tuán)聚體含量分別占總量的65.0%、61.0%、50.0%、46.0%和44.0%，＜0.053 mm團(tuán)聚體含量分別占總量的16.5%、20.0%、30.4%、33.7%和34.6%（30a為例）。在20～30、30～40 cm和40～50 cm土層秸稈還田處理隨著連作年限的增加，1～0.25 mm團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)增長的趨勢，而＜0.053 mm和0.25～0.053 mm團(tuán)聚體呈現(xiàn)下降的趨勢。無秸稈還田處理與秸稈還田處理相比，相對應(yīng)的粒級(jí)則呈現(xiàn)相反的變化趨勢。同一處理各粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量由高到低的順序?yàn)椋?～0.25 mm，＜0.053 mm，0.25～0.053 mm，＞1 mm。

無論秸稈還田還是無秸稈還田處理，不同土層間1～0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量差異表現(xiàn)為0～10 cm＞10～20 cm＞20～30 cm＞30～40 cm＞40～50 cm。而＜0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量剛好相反，在0～50 cm范圍內(nèi)，隨土層深度增加1～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量降低。＞1 mm和0.25～0.053 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量差異不明顯。

在0～30 cm耕作層土壤，秸稈還田處理1～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著高于無秸稈還田處理，且隨著連作年限的不斷增加，其增長幅度逐漸變大。1～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量在0～10、10～20 cm和20～30 cm土層連作5、10、20 a處理比CK5、CK10、CK20分別增加了11.3%、25.0%、43.8%；8.7%、26.2%、55.3%和2.6%、18.9%、44.1%。40～50 cm土層差異不顯著。＜0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量在0～10、10～20 cm和20～30 cm土層連作5、10、20 a處理比CK5、CK10、CK20分別降低了14.1%、29.4%、40.2%，14.0%、22.6%、35.7%和1.0%、7.4%、16.7%。

2.2 秸稈還田對長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳的影響

由圖2可以看出，長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，隨著水穩(wěn)性團(tuán)聚體級(jí)別的減小呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢；＞1 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體中秸稈還田長期連作30 a處理有機(jī)碳含量最多，為15.28 g·kg－1；0.25～0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體中無秸稈還田長期連作CK20處理有機(jī)碳含量最少，為7.57 g·kg－1。無秸稈還田條件下，各個(gè)級(jí)別土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量隨著連作年限的增加而減少。秸稈還田長期連作條件下，每個(gè)級(jí)別水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量隨著連作年限的增加呈上升趨勢。在所有級(jí)別的水穩(wěn)性團(tuán)聚體中，秸稈還田處理團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量高于無秸稈還田長期連作棉田，且隨著連作年限的增加，增加幅度不斷增大，20 a處理達(dá)到最大（除30 a以外）。在＞1 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量中，連作5、10、20 a處理比CK5、CK10、CK20分別增加了0.26%、22.04%、31.80%；4.60%、23.37%、24.68%；1.78%、17.85%、24.28%；19.02%、29.30%、47.37%（以＞1 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量為例）。說明秸稈還田能提高長期連作棉田水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，且＜0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量增加幅度最大。秸稈還田與無秸稈還田各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量由高到低的順序依次為：＞1mm，＜0.053mm，1～0.25mm，0.25～0.053mm。

2.3 秸稈還田對長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體大小的影響

平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是評判土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的可靠指標(biāo)，MWD和GMD值越大則表示團(tuán)聚體的團(tuán)聚程度越高，穩(wěn)定性和抗侵蝕能力越強(qiáng)［14－17］。

由圖3可知，隨土層深度的增加，土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD趨于減小。秸稈還田處理，隨著連作年限的增加，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD逐漸增大，10～20、20～30 cm土層差異顯著。無秸稈還田處理，隨著連作年限的增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD逐漸減小。秸稈還田處理水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD高于無秸稈還田處理，30～40、40～50 cm土層差異不顯著。這表明長期連作導(dǎo)致土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD降低，而秸稈還田提高了長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD，且隨著土層深度的增加，秸稈還田對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD影響較小。

圖2 長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳的分布Fig.2 Organic carbon of soilwater-stable aggregates under long-term continuous cropping cotton field

圖3 長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）Fig.3 Soilwater-stable aggregatemean weight diameter and geometric weight diameter of long-term continuous cropping cotton field

由圖3可知，隨土層深度的增加，秸稈還田處理及無秸稈還田處理的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的GMD均呈降低趨勢。秸稈還田處理，隨連作年限的增加，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的GMD呈上升趨勢。無秸稈還田處理，隨著連作年限的增加，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的GMD呈下降的趨勢。秸稈還田處理團(tuán)聚體的GMD高于無秸稈還田處理。0～10、10～20 cm和20～30 cm土層連作5、10、20 a處理與CK5、CK10、CK20相比分別增加了20.7%、42.9%、68.8%，17.3%、36.2%、73.5%和1.0%、18.1%、41.1%。30～40 cm和40～50 cm土層之間差異不顯著。這表明長期連作導(dǎo)致土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的GMD降低，秸稈還田顯著提高了長期連作棉田0～30 cm土層的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體GMD和土壤的抗侵蝕能力。

2.4 秸稈還田對長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形特征的影響

楊培玲［13］等分析土壤分形特征時(shí)得出，分形維數(shù)越高，粘粒含量越多，土壤結(jié)構(gòu)越緊實(shí)，通透性越差。吳承禎［18］等認(rèn)為土壤結(jié)構(gòu)越好，分形維數(shù)越低，團(tuán)聚體越穩(wěn)定。按照分形維數(shù)的公式對各處理團(tuán)聚體分形維數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合（R2＞0.89），結(jié)果表明（圖4），秸稈還田與無秸稈還田長期連作棉田的土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)分別在2.61～2.79和2.69～2.81之間。在0～10、10～20、20～30 cm土層，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)均表現(xiàn)為秸稈還田長期連作棉田顯著低于無秸稈還田長期連作棉田。秸稈還田處理隨著連作年限的增加，各處理的分形維數(shù)減小。無秸稈還田處理隨著連作年限的增加，各處理的分形維數(shù)增大。說明長期連作增加了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)，而秸稈還田能降低長期連作棉田的分形維數(shù)。秸稈還田與無秸稈還田處理下，團(tuán)聚體分形維數(shù)表現(xiàn)為隨土層加深而增大，最后在30 cm處趨于穩(wěn)定。這表明秸稈還田對長期連作棉田30 cm以下的土壤分形維數(shù)影響較小，但30 cm以下的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分形維數(shù)最大，說明其顆粒最小，水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性最低。

圖4 長期連作棉田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分形維數(shù)Fig.4 Fractal dimension of soilwater-stable aggregates under long-term continuous cropping cotton field

3 討論

不同級(jí)別的團(tuán)聚體對土壤養(yǎng)分的儲(chǔ)備和供應(yīng)、孔隙分布、持水性和生物活動(dòng)具有不同的作用［19］。各級(jí)別水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分配比例能較好地反映土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)狀況。劉威等［20］的試驗(yàn)表明秸稈還田和免耕相結(jié)合對土壤結(jié)構(gòu)改良效果最好，這一措施可以增加農(nóng)田表層土壤＞0.25 mm團(tuán)聚體百分含量，提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，改善土壤的結(jié)構(gòu)。李涵［21］等研究了渭北旱塬區(qū)秸稈覆蓋還田土壤團(tuán)聚體的特征，發(fā)現(xiàn)秸稈還田能提高土壤總有機(jī)碳含量，且能提升0～30 cm土層土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。本試驗(yàn)中無秸稈還田長期連作棉田，隨著連作年限的增加土壤1～0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量及團(tuán)聚體MWD、GMD值降低。而秸稈還田提高了長期連作棉田土壤1～0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量及團(tuán)聚體的MWD、GMD值。這可能是由于秸稈還田能不斷為土壤供給腐殖質(zhì)及有機(jī)質(zhì)，使土壤中的腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量增加，加強(qiáng)了土壤顆粒之間有機(jī)質(zhì)的膠結(jié)作用，從而導(dǎo)致土壤中較小團(tuán)聚體向較大團(tuán)聚體的轉(zhuǎn)化［1］。秸稈還田使土壤養(yǎng)分豐富，微生物活動(dòng)頻繁，促進(jìn)土壤較大水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，從而增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，改善土壤的結(jié)構(gòu)［21－22］。張鵬等［23］也認(rèn)為適量的秸稈還田可以顯著提高土壤＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量及團(tuán)聚體的MWD、GMD值，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果基本一致。

無論秸稈還田還是無秸稈還田處理，1～0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體及團(tuán)聚體的MWD、GMD值，隨土層的加深而降低。對0～30 cm土層的影響比較顯著（圖1，圖2）。這可能是由于秸稈還田后棉花秸稈位于耕層土壤中，通過長時(shí)間的微生物活動(dòng)及耕作才能到達(dá)下層土壤，團(tuán)聚體是土壤中有機(jī)質(zhì)的主要儲(chǔ)存場所，表層土中近90%的土壤有機(jī)碳都位于團(tuán)聚體中［24］。本試驗(yàn)中，0～30 cm土壤中主要以1～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體為主，且隨著土層的加深1～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量下降（圖1）。黃金花等［8］認(rèn)為秸稈還田與無秸稈還田長期連作棉田，隨著土層深度的增加土壤總有機(jī)碳含量逐漸減小。秸稈位于耕層土壤中，能夠減小雨水的沖刷面積，緩解外力對土壤結(jié)構(gòu)的破壞。能夠有效減少土壤出現(xiàn)“結(jié)皮”、“板結(jié)”等現(xiàn)象［25］。劉威等［20］認(rèn)為秸稈還田和免耕會(huì)增加農(nóng)田表層土壤＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體及團(tuán)聚體的MWD、GMD值，與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致。但這與田慎重等［26］的研究結(jié)果相反，這可能與土壤耕作方式及農(nóng)田管理措施的不同有關(guān)。

本試驗(yàn)中無秸稈還田長期連作棉田，隨著連作年限的增加，各個(gè)級(jí)別水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量逐漸減小。秸稈還田處理隨著連作年限的增加，各個(gè)級(jí)別水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量逐漸增大。這是由于秸稈還田后，不斷向土壤輸送有機(jī)物質(zhì)。其中＞1 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量最大，0.25～0.053mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量最小，呈現(xiàn)“V”型分布且差異顯著（P＜0.05）。這一研究結(jié)果與張鳳華［27］和王靜婭［28］的研究結(jié)果基本一致。而與苑亞茹等［29］的研究結(jié)果相反，這可能是與土壤的類型及種植的作物有關(guān)。

4 結(jié)論

1）秸稈還田對長期連作棉田的1～0.25 mm及＜0.053mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布產(chǎn)生顯著（P＜0.05）影響。而對＞1 mm和0.25～0.053 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布的影響不顯著。土壤團(tuán)聚體的分形維數(shù)（D）與＞1mm、1～0.25mm兩種團(tuán)聚體含量呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

2）秸稈還田后長期連作棉田的WMD、GMD值增加，而分形維數(shù)（D）減小，且0～30 cm土層差異顯著（P＜0.05）。秸稈還田還顯著增加了長期連作棉田水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量，＞1 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量最大，0.25～0.053 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量最小。

3）研究表明長期連作導(dǎo)致土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性下降，而秸稈還田提高了長期連作棉田的土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性，提高土壤的抗侵蝕能力。秸稈還田對改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤的肥力具有積極作用，能夠緩解長期連作對土壤物理性狀產(chǎn)生的不利影響。

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Stalk returning and continuous cotton cropping on soilwater stable aggregate

CAO Jing-jing，WEIFei，MA Fang-xia，LIU Jun，HUANG Jing-hua，LIU Jian-guo
（Agriculturɑl College，ShiheziUniversity，Key Lɑborɑtory of Oɑsis Ecology Agriculture of Xinjiɑng Bingtuɑn，Shihezi，Xinjiɑng 832003，Chinɑ）

The objective of the experiment is to study the effectof straw incorporation on water stable aggregate distribution and organic carbon in the continuous cropping cotton field，providing scientific basis for long－term continuous cropping of cotton.This experiment had seven treatments’of continuous cropping plots，four treatments of cotton straw returning.There were three replicates for each treatment，The four treatmentswith cotton straw included four continuous cropping plots，such as5，10，20 and 30 years，the other three treatmentswere 5，10 and 20 years continuous cropping plots.The results showed that under without straw returning，with the year of continuous cropping increasing，the percentage of 1～0.25mm water stable aggregate and water stable aggregate organic carbon were remarkably decreased，the content of＜0.053mm water-stable aggregateswas gradually increased.But straw returning could significantly improved the percentage of1～0.25mm water stable aggregate，aswell asMWD，GMD and water stable aggregate organic carbon of long－term continuous cropping.Besides，with the year of continuous cropping increasing，the percentage of＞0.25 mm water stable aggregatewas remarkably increased，the content of＜0.053 mm water-stable aggregateswas gradually decreased.The largest impactwas detected for the 0～30 cm soil layer.Compared with no straw returning，straw returning and long-term continuous cropping cotton fields，with the time of continuous cropping increasing，fractal dimension（D）was gradually reduced，and aggregates fractal dimension performance increaseswith depth，and finally stabilized at 20～30 cm soil layer.Straw returning significantly improved the stability of water stable aggregates under long－term continuous cropping.Straw returning has a positive effectof improve soil structure and enhance soil fertility，thusmitigating the negative effect of long-term continuous cropping on soil physical properties.

S152.3

：A

1000-7601（2017）01-0026-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.05

2016-01-06

國家自然科學(xué)基金（31260307）

曹晶晶（1989—），女，新疆塔城人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)田生態(tài)環(huán)境。E-mail：caojingjing1126＠163.com。

劉建國（1968—），男，山東濟(jì)寧人，教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)田生態(tài)環(huán)境與農(nóng)作制度。E-mail：l－jianguo＠126.com。