外源有機碳對植煙土壤水穩性團聚體穩定性的影響

舒灝+石國榮+譚軍

摘 要：本試驗設置2%木本泥炭（M1）、2%草本泥炭（M2）和2%褐煤（M3）3個處理，對植煙土壤的水穩性團聚體分布及其穩定性進行了考察。結果表明：施用外源有機碳能顯著提高土壤>0.25 mm水穩性團聚體的含量（WR>0.25），其中粒徑>5 mm的團聚體含量（WR>5）增加最為顯著；同時，施用外源有機碳也能顯著提高土壤團聚體的穩定性，外源有機碳施用12個月時，M1、M2和M3處理的植煙土壤中水穩性團聚體的平均質量直徑（MWD）分別提高了23%，13%和21%，而幾何平均直徑（GMD）則分別提高了33%，18%和31%。

關鍵詞：外源有機碳；植煙土壤；水穩性團聚體

中圖分類號：S153.6 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.06.005

Abstract： The effects of exogenous organic carbon on the proportion and stability of water stable aggregates in tobacco growing soil were investigated by adding 2% of woody peat（M1）， herbaceous peat（M2） and brown coal（M3）. The results showed that the water stable aggregates of tobacco growing soil with diameter greater than 0.25 mm（WR>0.25） increased after the addition of exogenous organic carbon， and the aggregates with diameter greater than 5 mm（WR>5） were the ones increased the most. The mean mass diameter（MWD） of M1， M2， M3 treatments increased 23%， 13% and 21%， while the geometric mean diameter（GMD） increased 33%， 18% and 31%， respectively.

Key words： exogenous organic carbon； tobacco growing soil； water stable aggregate

土壤肥力下降和土壤結構失衡等土壤質量問題越來越受到世界范圍內的關注[1]。土壤團聚體是土壤的基本單元[2]，是評價土壤質量和土壤肥力的重要指標[3]。土壤中各種膠結物質尤其是有機質的數量及性質是決定土壤團聚體形成和穩定的主要因素[4]，而土壤團聚體有助于土壤有機質的固定與保護[5]。其中，水穩性團聚體是衡量土壤結構好壞、持水性、通透性和抗侵蝕性的重要指標[6]。

添加外源有機碳是解決土壤肥力下降的途徑之一[7]，但外源有機碳對土壤水穩性團聚體的影響研究較少。本研究通過添加2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤到植煙土壤中，研究外源有機碳施用對植煙土壤水穩性團聚體的影響，以期為提升植煙土壤質量提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試土壤

選擇湖南農業大學教學實習基地煙—稻輪作土作為供試土壤，采樣時間為2015年12月。在采樣點按S形隨機設置5個采樣點，從采樣點采集土樣作為供試土壤，采集深度為0～15 cm，并且盡量保持土壤原樣。供試土壤pH 值為5.38，其基本肥力如表1所示。

1.2 供試外源有機碳

外源有機碳材料包括木本泥炭（國外進口）、草本泥炭（國產）和山西褐煤。

1.3 試驗設計

采用土壤盆栽方式，將外源有機碳木本泥炭、草本泥炭或山西褐煤粉碎后，過1 mm篩，分別按2%添加量與風干土壤混合均勻。稱取5 kg混合土于盆中，分別標記為M1（添加2%木本泥炭）、M2（添加2%草本泥炭）和M3（添加2%山西褐煤）共3個處理，同時設置1個空白對照（CK），每個處理重復3次。試驗于2016年2月8日開始，在溫室大棚內（溫度15～25 ℃，相對濕度40%～80%）放置2個月后，于2016年4月8日放置室外，定時取樣測定土壤水穩性團聚體含量。

1.4 測定方法

濕篩法是測定土壤水穩性團聚體粒徑分布及其穩定性的經典方法[8]。本文參照農業行業標準“土壤水穩定性大團聚體組成的測定—濕篩法”[9]測定各處理土壤的水穩性團聚體含量。根據Yoder分類法[10]，將土壤水穩性團聚體分為>5 mm、5～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm和<0.25 mm 6個級別進行含量分析，其含量分別標記為WR>5、WR5～2、WR2～1、WR1～0.5、WR0.5～0.25和WR<0.25。其中，粒徑>0.25 mm的水穩性團聚體含量（粒徑>0.25 mm的水穩性團聚體含量之和，WR>0.25）是影響土壤團聚體特征和穩定性的主要因子，而平均質量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）則反映了土壤團聚體的大小分布狀況和土壤團聚體的穩定性[9]，計算方法如下：

式中：Xi為任一級別范圍內團聚體的平均直徑（mm）；Wi為對應于Xi的團聚體百分含量。

1.5 數據處理

采用SPSS21.0軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 外源有機碳對土壤水穩性團聚體含量的影響

外源有機碳對土壤水穩性團聚體含量的影響見表2。從表2可以看出，施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤后，植煙土壤中粒徑<0.25 mm的水穩性團聚體含量（WR<0.25）均呈現出先下降后上升的趨勢，而粒徑>5 mm和>2 mm的水穩性團聚體含量（WR>5和WR>2）則先上升后下降。

施用2%木本泥炭的M1處理，植煙土壤中WR<0.25含量在施用木本泥炭6個月后降至最低，比CK低23.8%，施用8個月時維持不變，施用10個月后開始上升；而WR>2含量則在施用木本泥炭8個月后升至最高，比CK高21.9%，施用10個月后開始下降；WR>5含量在施用6個月后升至最高，比CK高23.2%，施用8個月時維持不變，施用10個月后開始下降。

施用2%草本泥炭的M2處理，草本泥炭施用8個月后，植煙土壤中WR<0.25含量降至最低，比CK低11.1%，施用10個月后開始上升。而WR>2和WR>5的含量均在施用草本泥炭6個月后升至最高，分別比CK高15.8%和17.6%，施用8個月時維持不變，施用10個月后開始下降。

施用2%褐煤的M3處理，褐煤施用6個月后，植煙土壤中WR<0.25的含量降至最低，比CK低23.2%，施用8個月時維持不變，施用10個月后開始上升。而粒徑>5 mm和>2 mm的水穩性團聚體WR>2和WR>5的含量則在褐煤施用6個月后升至最高，分別比CK高23.5%和16.2%，施用8個月時維持不變，施用10個月后開始下降。

M1、M2和M3相比，各時期處理WR>5含量增加的幅度均呈現出M1>M3>M2，且各時期M2處理WR>2含量的增幅和WR<0.25的降幅最小，說明2%木本泥炭處理對植煙土壤大粒徑水穩定團聚體形成的影響最大，而2%草本泥炭處理的影響最小。

3種外源有機碳施用對植煙土壤水穩性團聚體粒徑分布的影響呈現出類似的規律：均表現為小粒徑團聚體減少，大粒徑團聚體增加，小粒徑團聚體逐漸向大粒徑團聚體轉移的趨勢。據報道，施肥處理能顯著增加土壤中粒徑>2 mm和粒徑介于0.25～2 mm 之間的水穩性團聚體WR>2和WR2～0.25的含量，尤其是WR>2的含量可從4.5%增至44.6%不等[11]，而長期施肥能使土壤中WR>2含量增加14%～18%[12]。施用不同量的有機肥后，0～20 cm土層中，粒徑>5 mm的水穩性團聚體WR>5含量增加最多[13]。此外，秸稈處理能將土壤中粒徑>2 mm的水穩性團聚體含量WR>2從0%增至7%，而顯著降低粒徑<0.25 mm的團聚體WR<0.25的含量[14]。本文中，3種外源有機碳施用6個月后，粒徑>2 mm和>5 mm的水穩性團聚體含量均顯著增加，尤其是WR>5含量增加的幅度最大，說明施用2%外源有機碳更有利于植煙土壤形成大粒徑的水穩性團聚體。

3種外源有機碳施用8個月后，各處理的WR>5含量開始減少，同時WR<0.25含量開始上升，說明此時土壤團聚體開始破碎。但各時期M1、M2和M3處理的土壤中，粒徑>5 mm和>2 mm的水穩性團聚體含量始終高于CK，而WR<0.25含量則始終低于CK。這說明外源有機碳施用能促進土壤形成大團聚體，同時減緩其破碎成小團聚體的速度，這與文獻報道的結果一致[15-17]。

2.2 外源有機碳對水穩性團聚體穩定性的影響

外源有機碳施用對土壤>0.25 mm水穩性團聚體含量（WR0.25）、土壤水穩性團聚體的平均質量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）的影響見表3、表4和表5。

土壤結構穩定的機制與土壤水穩性團聚體的形成有關，而>0.25 mm水穩性團聚體的數量可以表征土壤團聚體穩定性的高低[17]。由表3可以看出，各時期M1、M2、M3處理的WR0.25含量均顯著高于CK，說明施用外源有機碳能顯著增加土壤團聚體的穩定性。這與文獻報道的研究結果完全一致[18]。

土壤團聚體的平均質量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，土壤團聚體越穩定[9]。由表4和表5可知，施用2%的外源有機碳12個月后，M1、M2、M3處理的MWD和GMD分別提高了23%，13%，21%和33%，18%，31%，說明M1、M2、M3處理能顯著提高植煙土壤團聚體的穩定性。而2%木本泥炭和褐煤處理對植煙土壤MWD和GMD的提升高于秸稈還田的6%～18%和4%～16%[17]。

3 結 論

施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤均能促進植煙土壤形成大粒徑的水穩性團聚體，同時減緩其破碎成小團聚體的速度。木本泥炭與褐煤處理效果相當，而草本泥炭處理效果略差。

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