膜下滴灌不同灌水控制下限對設施土壤團聚體分布特征的影響

馬建輝，葉旭紅，韓冰，李文，虞娜，范慶鋒，張玉玲，鄒洪濤，張玉龍

（沈陽農業大學土地與環境學院/農業部東北耕地保育重點實驗室/土肥資源高效利用國家工程實驗室，沈陽 110866）

膜下滴灌不同灌水控制下限對設施土壤團聚體分布特征的影響

馬建輝，葉旭紅，韓冰，李文，虞娜，范慶鋒，張玉玲，鄒洪濤，張玉龍

（沈陽農業大學土地與環境學院/農業部東北耕地保育重點實驗室/土肥資源高效利用國家工程實驗室，沈陽 110866）

【目的】灌溉是設施土壤水分的主要來源，也是影響土壤結構穩定性的重要因子。探究不同灌水控制下限對設施土壤團聚體分布特征和穩定性的影響，為設施農業合理水分調控、促進設施土壤結構改善提供理論依據。【方法】選用6年膜下滴灌試驗地為對象，供試作物為番茄 （Lycopersicon esculentum Mill.），種植模式為溝壟覆膜。設置了3個灌水控制下限，其土壤水吸力值分別為20、30及40 kPa（分別記為D20、D30、D40），灌水控制上限均為6 kPa。各小區以埋設深度30 cm的張力計指示土壤水分變化，確定灌水時間和灌水量。通過干篩法和濕篩法測定了土壤團聚體的組成，＞0.25 mm團聚體含量（R0.25）、平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）、分形維數（D）、以及土壤結構破壞率（RDS）和不穩定團粒指數（ElT）。【結果】在 0—30 cm土層，D40處理的土壤電導率（EC）、陽離子交換量（CEC）和容重都顯著低于 D20和D30處理（D40＜D30＜D20）；D20處理的pH顯著低于D30和D40處理（D40＞D30＞D20）(P＜0.05)。通過干篩法和濕篩法對團聚體數量和大小的測定發現，在0—30 cm土層，土壤機械穩定性團聚體主要集中在＞2和1—0.25 mm粒級（23.01%—39.98%），而水穩性團聚體主要集中在1—0.25 和0.25—0.053 mm粒級（31.08—47.27%）。在0—20 cm土層，D30處理的R0.25、平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）均高于D20和D40處理；但在20—30 cm土層，D20處理的水穩性團聚體的含量高于D30和D40處理。不同灌水控制下限下的土壤結構破壞率（RDS）和不穩定團粒指數（ElT）隨土壤深度增加而增加，且RDS與ElT的變化規律相似。在0—20 cm土層，D30處理的土壤結構破壞率（RDS）和不穩定團粒指數（ElT）顯著低于D20和D40處理（P＜0.05）。但在20—30 cm 土層，D20處理的土壤結構破壞率（RDS）比D30和D40處理分別低了12.2%和16.8%。干篩下在10—20 cm 土層內，D20、D30、D40處理的分形維數最小，分別是2.13、2.08、2.19；濕篩下在10—20 cm 土層內，D40、D30、D40處理的分形維數最小，分別是2.31、1.99、2.12。結果表現出，與D20和D40處理相比，D30處理顯著降低了團聚體中的分形維數（D）。【結論】在保證設施番茄產量和節約用水的條件下，將土壤水吸力30 kPa作為膜下滴灌灌水控制下限，有利于土壤結構的形成和穩定。

設施土壤；膜下滴灌；灌水控制下限；土壤團聚體

Abstract:【Objective】 Irrigation is the main source of soil moisture and affects the soil structure stability under greenhouse condition. The objective of this paper is to explore the effects of different controlled irrigation low limits on composition and stability of soil aggregates in a greenhouse soil. Results of the study will provide a theoretical basis for reasonable water regulation and improvement soil structure.【Method】The irrigation experiments were conducted in a greenhouse at the scientific research base of Shenyang Agricultural University, China during the period from 2011 to 2016. The test crop was tomato, and the planting mode was ridge and furrow covering. Different controlled irrigation low limits were set to: 20 kPa (D20), 30 kPa (D30), 40 kPa (D40),respectively, and the irrigation allowable upper limit of them was set to 6 kPa. Soil water suctions detected by tensiometers were placed in 30 cm soil layer. The aggregates amount, macro-aggregate content (R0.25), geometric mean diameter (GMD), mean weight diameter (MWD), structure deterioration rate (RDS), unstable aggregates index (ElT)and fractal dimension (D) were examined by dry and wet sieving methods. 【Result】 In the 0-30 cm soil layer, the electrical conductivity (EC), cation exchange capacity (CEC) and soil bulk density in D40 treatment were significantly lower than those of D20 and D30 treatments (D40＜D30＜D20). The pH value of D20 treatment was significantly lower than that of D30 and D40 treatments (P＜0.05). In the 0-30 cm soil layer, the size class of dry-stable aggregate was mainly composed of ＞2 mm and 1-0.25 mm (23.01%-39.98%); the size class of water-stable aggregate was mainly composed of 1-0.25 and 0.25-0.053 mm (31.08%-47.27%). In the 0-20 cm soil layer, R0.25, GMD and MWD in D30 treatment were significantly higher than those of D20 and D30 treatments. While in the 20-30 cm soil layer, the wet stable aggregate content of D20 treatment was significantly higher than that of D30 and D40 treatments (P＜0.05). The soil structure deterioration rate (RDS) and unstable aggregate index (ElT) increased with soil depth under different irrigation control limits, and the variation of RDS and ElTwas similar. In the 0-20 cm soil layer, the RDS and ElTof D30 treatment were significantly lower than those of D20 and D30 treatments. But in the 20-30 cm soil layer, the RDS of D20 treatment was lower than those of D20 and D30 treatments by 12.2%and 16.8%, respectively. By dry sieving, the soil fractal dimension (D) of D20, D30 and D40 in the 20-30 cm soil layer was 2.13,2.08 and 2.19, respectively; by wet sieving, that of D20, D30 and D40 treatment in the 20-30 cm soil layer was 2.31, 1.99 and 2.12,respectively. Overall, compared with D20 and D40, D30 treatment significantly reduced the fractal dimension (D) in the aggregates.【Conclusion】 The result suggests that the 30 kPa drip irrigation treatment greatly enhanced the composition of macroaggregates and the stabilization of soil structure.

Key words:the greenhouse soil; plastic mulching and drip irrigation; lower limit of irrigation; soil aggregates

0 引言

【研究意義】近年來，膜下滴灌在設施蔬菜栽培中的應用日益廣泛，但是由于灌水指標不明確，在生產中主要憑借經驗，灌水次數和灌水定額存在一定的盲目性和隨意性，直接影響到了土壤質量。團聚體作為土壤結構的最小功能單元和物理基礎，是評價土壤結構質量的重要指標，其動態變化是對土壤結構與土壤物理、化學、生物特性及其生態功能的綜合反映[1-2]。而穩定的土壤團聚體對土壤的通氣性、肥力以及土壤的可持續利用都具有重要影響[3-4]。【前人研究進展】設施土壤質量退化的問題受到越來越多土壤學者的高度關注，其中最主要的原因之一是土壤結構的破壞[5-6]。METZGER等[7]研究不同作物對設施土壤團聚體的影響發現，豆科作物可以增加團聚體的團聚能力。孫艷等[8]通過對設施土壤和露地土壤團聚體含量測定發現，設施土壤水穩性團聚體高于露地土壤，但設施地栽培年限長于5年后，土壤中團聚體的機械穩定性顯著下降。在已有的報道中，袁德玲等[9]認為與溝灌、滲灌相比，滴灌能提高0—15 cm土層土壤水穩性團聚體的含量和大小。此外，土壤的干濕交替次數在一定的條件下，會影響團聚體的大小，改變土壤結構[10-11]。有研究者認為在非團聚化土壤中，經過一個干濕交替容易形成微團聚體；在團聚化土壤中，干濕循環能夠影響團聚體的穩定性，也有研究者認為干濕交替對土壤團聚體大小并沒有影響[12-13]。由此可見，關于干濕交替對團聚體穩定性的研究影響規律也不盡相同。隨著設施農業的迅猛發展，設施蔬菜栽培逐漸成為越來越普遍的蔬菜栽培方式。設施地作為一個相對獨立封閉的小環境，土壤水分狀況與露地差異明顯，這對水分調控管理提出了更高的要求。測墑補灌和灌水控制下限是指示適量灌水的重要指標之一。楊文斌等[14]采用-15 kPa土水勢作為灌水控制下限，促進了茼蒿的生長，達到了節水、高產的目的；張玉龍等[15]認為將灌水控制下限控制在16—25 kPa范圍內，這樣既提高水分利用率，增加了作物產量，又抑制了鹽分積累，減輕土壤酸化。也有研究表明，在0—40 cm 土層測墑補灌具有明顯的節水增產效益[16]。適宜的灌水量不僅高效節水節肥，還有效抑鹽、增產、減少病害[17-18]。【本研究切入點】目前對適量灌水的研究主要集中在水肥耦合效應原理、作物水分生理、土壤理化性質等方面，而關于適量灌水對團聚體的影響報道甚少[19]。【擬解決的關鍵問題】為此，本研究以連續6年膜下滴灌設施土壤為研究對象，探討膜下滴灌不同灌水控制下限（D20、D30、D40），對土壤團聚體的分布特征及穩定性的影響，以期為設施農業節水灌溉條件下的合理水分調控、促進設施土壤地力保育和可持續利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于遼寧省沈陽市沈陽農業大學日光溫室科研試驗基地（41.82°N，123.56°E，海拔 43 m），屬溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫 7.9℃，農耕期≥7℃的平均積溫為3 281℃，日照時數平均為2 372.5 h，無霜期160 d左右，全年平均降水量714 mm。土壤類型為棕壤，0—15 cm土層土壤基本理化性質如表1。

表1 供試土壤的基本理化性質Table 1 General characteristics of soils used in this study

1.2 試驗設計

本試驗始于2011年，在長期膜下滴灌定位設施蔬菜栽培試驗地進行。供試作物為喜水的番茄（Lycopersicon esculentum Mill.），品種為綠太郎。試驗設置20、30、40 kPa 3個灌水控制下限，分別記為D20、D30、D40，灌水控制上限土壤水吸力均為6 kPa。每個處理設3次重復，共9個小區，隨機排列，小區面積24 m2。為防止試驗過程中水分、養分的互滲或遷移，各小區之間以埋深60 cm塑料布作防滲透隔離層。試驗采用溝壟覆膜種植模式，每壟種植24株，行距50 cm，株距30 cm。滴灌為市售普通的滴灌帶，直徑16 mm，壁厚0.4 mm，滴頭流量為2.5 L·h-1，孔間距為30 cm。番茄定植后于每個小區15、30、45 cm深處土層埋設張力計（澳大利亞ICF），各處理張力計埋設水平位置相同，與番茄植株水平距離為10 cm。

番茄于2016年5月4日定植，5月11日澆緩苗水后水分處理試驗開始，8月4日田間試驗結束。每天上午8：00以埋設深度30 cm的張力計讀數指示灌溉，當土壤水吸力達到20、30、40 kPa時開始灌水，灌到土壤水吸力6 kPa時灌水完成。測得的計劃濕潤層代表性土壤水分特征曲線[20]為：

計算出灌溉控制上限和下限土壤水吸力對應的土壤含水量。式（1）中θ為土壤體積含水量（cm3·cm-3），h為土壤水吸力（kPa）。

再用（2）式計算小區單次灌水量。

式中，Q為小區單次灌水量（m3）；H為計劃濕潤層厚度（cm），取值20；R計劃濕潤比、即計劃濕潤層土壤中灌水后實際濕潤體積占總體積的比例，為一無量綱的小數；θ2和θ1分別為灌水控制上限、灌水控制下限土壤水吸力值所對應的土壤體積含水量（cm3·cm-3）。試驗設計如表 2。

表2 不同灌水控制下限試驗設計Table 2 Text design of different controlled irrigation low limits

1.3 肥料施用

在整地時撒施膨化雞糞37.5 t·hm-2。定植前溝施磷酸二銨、硫酸鉀各 0.6 t·hm-2，尿素 0.15 t·hm-2。并于第一穗果膨大期（定植后47 d）和第二穗果膨大期（定植后72 d）追肥，每次追施尿素0.15 t·hm-2。田間管理按照當地常規管理模式進行。

1.4 研究方法

1.4.1 樣品采集 試驗于2016年盛果期（第三穗果成熟期）采樣，分0—10、10—20和20—30 cm 3個土層，各土層分別采集100 cm3環刀、混合土樣和原狀土，每個小區隨機選取3個點，在采集和運輸過程中原狀土用取土盒帶回實驗室。所取土樣，一部分自然條件下風干制樣，用于土壤基本理化性質的分析；原狀土用于團聚體的篩分及其性質的測定。

1.4.2 測定方法 番茄產量采用稱重法，土壤容重用環刀法，pH用pH計（水∶土=2.5∶1），EC用電導儀（水∶土=5∶1），CEC用乙酸銨交換法，干篩用震蕩篩分儀（Retsch AS200，德國），濕篩用團聚體分析儀（DM200，上海）。

采用Yoder法（中國科學院南京土壤研究所1978年）篩分土壤團聚體。將風干后的土樣混合均勻，利用四分法選取其中100 g風干土分別依次通過孔徑為2、1、0.5、0.25、0.053 mm的土壤套篩（振幅 1.50 mm，時間 3 min），計算出各級干篩團聚體占土樣總量的百分含量，并按干篩后所得到的比例配成50 g的風干樣品，放入水桶中的套篩，以振幅38 mm，時間30 min在水中篩分。將收集到的團聚體用蒸餾水洗入到鋁盒，澄清倒去上清液，鼓風干燥箱65℃烘干并稱重，用于水穩性團聚體測定。

1.5 數據處理

不同粒級團聚體的質量百分數，干篩和濕篩分別按（3）式和（4）式計算：

式中，wi為i粒級團聚體質量百分比（%）；wwi為 i粒級團聚體質量（g）。

大于 0.25 mm 團聚體質量（macro-aggregate content, R0.25）按周虎等[21]提供公式計算；平均重量直徑（mean weight diameter, MWD）和幾何平均直徑（geometric mean diameter, GMD）分別按 VAN BAVEL[22]和GARDENER[23]推導公式計算；土壤結構破碎率（structure deterioration rate, RDS）和不穩定團粒指數（unstable aggregates index, ElT）按范如芹等[24]推導公式計算；分形維數（fractal dimension value，D）的計算采用楊培嶺等[25]推導公式。

1.6 數據分析

采用Microsoft Excel 2013 進行數據整理和均值、標準差、線性回歸分析；采用SPSS 19.0 （SPSS Inc.,Chicago, IL, USA）軟件進行統計分析，其中方差分析為單因素方差（One Way-ANOVA），不同處理之間多重比較Duncan法，顯著水平均為0.05；采用 Origin 9.0 軟件對數據進行繪圖。

2 結果

2.1不同灌水控制下限對土壤基本性質的影響

土壤電導率（EC）、pH和陽離子交換量（CEC）等都是衡量土壤環境質量的重要指標，它們的變化直接影響整個土壤環境。由表 3 可以看出，各處理中EC和CEC的變化范圍分別為0.31—0.82 mS·cm-1和11.10—24.31 cmol·kg-1，且從表層向下逐層降低。其中，在0—10 cm土層，D20處理的EC和CEC均高于D30和D40處理（P＜0.05）。pH在0—10 cm土層最低，且從表層向下逐層升高，D30處理的pH最高，為6.36。

土壤容重是衡量土壤緊實狀況的重要指標。各處理中土壤容重在同層的差異不顯著（P＜0.05），且從表層向下逐層增加。其中，在0—10 cm 土層，D20處理的土壤容重比D30和D40處理分別提高了1.9%、2.5%。

2.2 不同灌水控制下限對土壤機械穩定性團聚體粒級分布的影響

通過干篩法可以獲得原狀土中各級機械穩定性團聚體百分含量分布。由表 4 可以看出，機械穩定性團聚體主要集中在＞2 mm和1—0.25 mm粒級，然而＜0.053 mm 粒級的含量最少。分析各土層可看出，＞2 mm團聚體含量在 0—10 cm土層內含量最少（25.21%—28.80%），在 20—30 cm 土層含量最高（33.86%—37.89%）；1—0.25 mm、0.25—0.053 mm和＜0.053 mm團聚體含量在0—10 cm土層內最高，在20—30 cm土層含量最低。

各土層不同灌水下限下機械穩定性團聚體各粒級均表現出不同的分布規律。在 0—10 cm土層，D30處理的＞2 mm、2—1 mm和＜0.053 mm粒級團聚體含量顯著高于D20和D40處理（P＜0.05）。在10—20 cm土層，與D30相比，D20 和D40顯著提高了1—0.25 mm、0.25—0.053 mm和＜0.053 mm粒級的團聚體含量（P＜0.05）。在20—30 cm土層，與D30相比，D20和D40處理顯著增加了2—1 mm、1—0.25 mm和＜0.053 mm粒級的團聚體含量（P＜0.05）。

表3 不同灌水下限下土壤的基本性質Table 3 Basic properties of soil under different controlled irrigation low limits

D20、D30和D40分別代表灌水下限土壤水吸力值分別為20、30和40 kPa；平均值±標準誤（n=3），不同小寫字母表示同一土層不同處理間存在著顯著差異（P＜0.05）。下同

D20、D30 and D40 stands for soil from three different treatments of controlled irrigation low limits 20,30 and 40 kPa; Means±SM（n=3）. Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 5% level. The same as blew

表4 不同灌水下限下土壤機械穩定性團聚體的組成Table 4 Composition of mechanical-stable aggregates in the soil under different controlled irrigation low limits experiment (%)

在0—20 cm 土層內3種處理的R0.25含量大小順序均為：D30＞D20＞D40，分別較D30低3.7%和8.9%，而在20—30 cm土層三者差異不顯著（P＜0.05）。

2.3 不同灌水控制下限對土壤水穩性團聚體粒級分布的影響

通過濕篩法可以獲得土壤中水穩性團聚體的百分含量分布。由表 5 可以看出，水穩性團聚體主要集中在1—0.25 mm和0.25—0.053 mm粒級，然而在＞2 mm和＜0.053 mm 粒級含量最少。分析各土層可看出，＞2 mm、2—1 mm和1—0.25 mm 團聚體含量在0—10 cm土層最高，且從表層向下逐層減少；0.25—0.053 mm和＜0.053 mm 團聚體含量在0—10 cm土層最少，且從表層向下逐層增加。

不同土層深度不同灌水下限下水穩性團聚體各粒級均表現出不同的分布規律。在0—10 cm土層，D30處理的＞2 mm、1—0.25 mm 和＜0.053 mm 粒級團聚體含量顯著高于D20和D40處理（P＜0.05）；在10—20 cm土層，與D30相比，D20和D40處理顯著提高了0.25—0.053 mm 和＜0.053 mm 粒級的團聚體含量（P＜0.05）；在20—30 cm土層，與D20和D30處理相比，D40顯著提高了0.25—0.053 mm和＜0.053 mm粒級的團聚體含量（P＜0.05）。

在0—30 cm 土層內3種處理的R0.25含量大小順序均為：D30＞D20＞D40，分別較D30低4.7%和11.1%，且各處理R0.25含量隨土層加深呈遞減趨勢。

表5 不同灌水下限下土壤水穩性團聚體的組成Table 5 Composition of water-stable aggregates in the soil under different controlled irrigation low limits experiment (%)

圖1 不同灌水下限下土壤團聚體平均重量直徑和平均幾何直徑Fig. 1 MWD and GMD of dry and wet sieving under different controlled irrigation low limits experiment

2.4 不同灌水控制下限對團聚體大小分布狀況的影響

MWD和GMD可以定量反映團聚體的變化情況，因此可以較為準確的評價團聚體的質量指標，其值越大表示團聚體的平均粒徑團聚度越高，穩定性越好。由圖1可以看出，不同灌水控制下限對土壤團聚體 MWD和GMD的影響均表現出差異顯著 （P＜0.05）。干篩處理下，在0—30 cm土層中土壤團聚體MWD和 GMD均是 D30處理的最高，最高值均出現在10—20 cm土層分別是2.73和1.92 mm，說明D30處理的團聚體狀況好于D20和D40處理（圖1-A、圖1-B）。

圖2 不同灌水下限下土壤團聚體不穩定指數、破壞率、干篩和濕篩分形維數Fig. 2 Structure deterioration rate and unstable aggregates index and fractal dimension of dry and wet sieving under different controlled irrigation low limits experiment

濕篩處理下水穩性團聚體MWD和GMD均表現出差異顯著（P＜0.05）。在0—20 cm土層中團聚體MWD和GMD均是D30處理的最高，最高值均出現在10—20 cm土層分別是0.72和0.58 mm，說明D30處理在0—20 cm土層促進團聚體的凝聚；然而在20—30 cm土層團聚體MWD和GMD均是D20處理的最高（分別為0.72、0.51）。（圖1-C、圖1-D）。

2.5 不同灌水控制下限對團聚體穩定性的影響

土壤不穩定團粒指數（ElT）和結構破壞率（RDS）可以用來評價土壤結構的穩定性。在各處理中 D40處理下的 ElT最高（54.73），總體有 D40＞D20＞D30的趨勢，且 ElT隨土層的加深呈遞增趨勢（圖2-A）。土壤RDS的變化規律與ElT相似，D30、D40處理的RDS隨土壤深度增加而增加。在0—20 cm土層，D30比D40處理的RDS低了24.6%。但在20—30 cm土層，D20比D40處理的RDS低了16.8%（圖2-B）。

分形維數可以定量的描述不同粒徑團聚體的穩定性特征，其值越小代表團粒結構越好、結構越穩定。由圖2-C可以看出，在干篩處理下D20、D30、D40處理的分形維數都隨土層深度增加而增加，有D30＜D20＜D40的趨勢。由圖2-D可以看出，在濕篩條件下各處理的分形維數最小值均出現在 10—20 cm 土層，分別為2.31（D20）、1.99（D30）、2.12（D40）。D30處理下的分形維數在各土層均低于D20和D40處理。

2.6 不同灌水控制下限對番茄產量和灌水量的影響

從表5可以看出，灌水控制下限影響著番茄的產量。D30比D20處理產量低了4.8%，比D40處理產量高了 15.7%。從灌水總量上可以看出，隨著土壤水吸力值的增加，灌水總量逐漸降低，平均單次灌水量逐漸升高。D30比D20處理灌水總量低了15.1%，比D40處理灌水總量高了29.5%。

表5 不同灌水控制下限對番茄產量和灌水量的影響Table 5 Comparison of tomato yield and total irrigation quantity of different controlled irrigation low limits treatments

3 討論

土壤水分管理是土壤結構形成的關鍵環節之一，灌水量和灌水頻率直接影響土壤質量、作物產量和品質。灌水控制下限（灌水始點）是指示灌水的重要指標之一，通過埋設張力計監測水分變化確定灌水時間和灌水次數，在補充灌水時，下限值越大，達到灌溉始點的時間越長，灌水頻率也越小；反之，下限值越小，達到灌水時間點越短，灌水頻率越頻繁[26]。灌水時間和灌水次數的不同，最終導致灌水量也不同。土壤水分可以直接促進土壤生物化學反應強度，也可以間接改變土壤結構[27]。不同灌水控制下限均不同程度地改變土壤的基本性質，而且隨著土壤水吸力值的減小，這種效應會進一步增強。對于土壤水吸力20 kPa 處理，各土層土壤的EC、CEC和容重值都有顯著的提高（D20＞D30＞D40）。這與張玉龍等[15]研究結果相一致。在日光溫室的小環境下，土壤缺少降雨的淋溶作用。高溫高濕的環境促進了土壤固相物質的快速分解與鹽基離子的釋放，土壤水分在垂直方向上不斷向地表運動，越接近地面，土壤的含水量越高、蒸發的水分越多，鹽分在地表的堆積也就越多，從而使EC和CEC的能力增強，鹽害加重；同時，鹽分含量的高低又直接影響到到了土壤的pH[28-29]。

本文的研究結果表明了不同灌水控制下限在6年的時間內對土壤團聚體特征發生了明顯的變化。通過干篩和濕篩法對團聚體數量和大小的測定發現，在0—20 cm土層內，D30處理R0.25、MWD和GMD的量高于 D20和 D40處理（表 2、表 3、圖 1）。MA等[30]研究發現就5個含水率的泥質頁巖中，隨著含水量的升高，水穩性團聚體的平均重量直徑顯著增大。不同土壤含水量會影響團聚體的水分入滲率、遇水崩解的強度、土壤顆粒間的黏聚力、土壤孔隙結構等[31-32]。在本試驗中，高水吸力下的土壤（D40），灌溉次數少，灌溉量低，團聚體遇水后崩解劇烈，顆粒間的擠壓作用增強，團聚體所承受的作用力大，因而破壞程度也大。此外，土壤團聚體的形成和穩定還依賴于交換性鈉、電解質濃度、pH、鈉吸附比和CEC等多種因素的共同作用[33-34]。GOFDBERS等[35]通過對氧化鋁、氧化鐵、蒙脫石以及它們的混合物的凝聚和分散研究發現，高 pH條件增大凝聚體的分形維數，低pH條件，分形維數不顯著；LOPEZ等[36]發現蒙脫石含有高量的粘粒而具有較大表面積、較高CEC，所以具有較強的團聚作用。D40處理，R0.25、MWD和GMD的量相比D20和D30處理有所降低。從表3可知，D40處理有較低的pH和CEC，不利于團聚體的凝聚。同時，高水吸力下的土壤含水量低，土壤中的大孔隙與小孔隙相比，大孔隙含有較低的結合力，因此大團聚體優先動搖。說明土壤水吸力40 kPa處理不利于土壤團聚體的形成，加劇了土壤結構的破壞，從而導致保護地土壤的退化。

在番茄生長條件相同的情況下，由于灌水總量和灌水次數的不同，使得團聚體的起始含水量會有明顯的變化。TRUMAN等[37]將土壤含水量增加至飽和狀態時，土體膨脹，容積變大，土壤孔隙中的空氣減少，基質勢梯度也在降低，增加了土壤的微團聚體含量。干燥的土壤在快速濕潤過程中，土體發生收縮，容積變小，土壤孔隙中的空氣不斷被壓縮產生了巨大壓力，迫使土體裂解，尤其是比較疏松的地方。土壤水吸力40 kPa處理，土壤內部結構擾動程度大，土壤的分形維數和不穩定系數也越大；而30 kPa處理，土壤含水量增加，有機膠結物質的吸附能力增強，改變了土壤團聚體的結構和土壤黏聚力，增加了土壤團聚體的穩定性，分形維數和土壤結構破壞系數相對較小[38]。盡管土壤水吸力 20 kPa處理的含水量和干濕循環數最大，但土壤結構并沒有表現出最穩定，這與TRUMAN研究結果相一致[37]，3個梯度的含水量在預濕潤狀態下的水穩性團聚體高于風干狀態下的水穩性團聚體，但預濕潤狀態下的水穩性團聚體并未表現出含水量越大其穩定性越大；DENEF也研究發現干濕培養土壤44 d后，大團聚體穩定性下降；干濕培養44—74 d后大團聚體不再被破壞。不同灌水控制下限土壤結構穩定性由大到小的趨勢是：D30＞D20＞D40。

設施地由灌溉引起的土壤含水量對土壤團聚體的劣化作用是一種不斷累積發展的過程，即每一次的效應并不一定明顯，但多次重復發生，這種效應會不斷增大，會使得團聚體內部發生一系列的生物化學作用。因此研究設施地水分對團聚體的作用，不僅單從穩定性方面評價，還需要從化學和微生物機制方面綜合評價，以期為團聚體的穩定性提供更加科學的評價。

4 結論

在不同的灌水控制下限條件下，D30處理顯著提高了R0.25、MWD和GMD，降低了大團聚體中的分形維數（D）、土壤結構破壞率（RDS）和不穩定團粒指數（ElT）。可見，從防止設施土壤退化出發，使用膜下滴灌進行設施地灌溉時，應將灌水控制下限控制在30 kPa，這樣既能夠保證番茄產量，節約用水，又不至于灌水次數過于頻繁，且能夠有效的抑制土壤結構退化，從而達到設施土壤資源可持續發展的目的。

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（責任編輯 李云霞）

Effects of Different Controlled Irrigation Low Limits on the Size Distribution of Soil Aggregates with Drip Irrigation Under Film Mulching in a Greenhouse Soil

MA JianHui, YE XuHong, HAN Bing, LI Wen, YU Na, FAN QingFeng, ZHANG YuLing，ZOU HongTao, ZHANG YuLong
(College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University/ Northeast Key Laboratory of Conservation and Improvement of Cultivated (Shenyang), Ministry of Agricultural/National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil Fertilizer Resources, Shenyang 110866)

2017-02-21；接受日期：2017-04-26

國家科技支撐計劃（2015BAD23B0203）、遼寧省高等學校優秀人才計劃、遼寧省農業領域青年科技創新人才培養計劃（2015051）

聯系方式：馬建輝，E-mail：JianhMa@126.com。通信作者鄒洪濤，E-mail：zouhongtao2001@163.com