秸稈還田對鹽漬土團聚體穩定性及碳氮含量的影響

王 會，何 偉，段福建，胡國慶，婁燕宏，宋付朋，諸葛玉平

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秸稈還田對鹽漬土團聚體穩定性及碳氮含量的影響

王 會，何 偉，段福建，胡國慶，婁燕宏，宋付朋，諸葛玉平※

（土肥資源高效利用國家工程實驗室，山東農業大學資源與環境學院，泰安 271018）

以黃河三角洲典型鹽化潮土為研究對象，分析了3種鹽漬化程度（輕度、中度、重度）和3 a連續秸稈還田下土壤水穩性團聚體組成、穩定性以及各級團聚體C、N含量的變化。研究結果表明：重度鹽漬土0.25～2 mm和0.053～0.25 mm團聚體所占比例顯著低于輕度和中度鹽漬土；土壤鹽分含量與0.25～2 mm團聚體中有機碳和全氮的分配比例、0.053～0.25 mm團聚體中全氮的分配比例成顯著負相關。秸稈還田使輕度鹽漬土平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）和>0.25 mm團聚體所占比例（0.25）分別增加47.6%、39.7%和54.0%，使中度鹽漬土MWD、GMD和0.25分別增加31.0%、31.9%和31.4%；各粒級中秸稈還田使輕度鹽漬土0.053～0.25 mm粒級有機碳和全氮含量增加最多，增加比例分別為29.1%和28.8%，該粒級中C、N分配比例也顯著提高；秸稈還田使中度鹽漬土0.25～2 mm團聚體有機碳及其分配比例提高最多，比例分別為56.1%和58.7%。秸稈還田對輕度和中度鹽漬土團聚體的穩定性均起到了明顯的改善作用，但不同鹽漬土秸稈還田對土壤團聚體C、N分布的影響明顯不同。

土壤；有機碳；團聚體；秸稈；全氮；鹽化潮土

0 引 言

土壤團聚體是土壤肥力的物理基礎，是土壤有機質保持的場所，與土壤養分保持和供給、微生物數量及活性等密切相關[1-3]。以250m為界限，可將團聚體分為大團聚體（>250m）和微團聚體（<250m），不同團聚體粒級對C、N等養分的保護機制和供給能力不同[4-5]。一般認為，大團聚體中的C、N以物理保護為主，多為植物來源，周轉速度快；微團聚體中的C、N以化學保護為主，多為微生物來源，周轉速度慢[2,6]。充分認識各種自然條件下土壤團聚體組成和C、N分布特征以及農業管理措施的影響，對于利用團聚體功能來調控管理土壤養分庫具有重要意義。

黃河三角洲鹽堿地是中國重要的后備土地資源，該區土壤由黃河沖積母質發育而來，質地較輕，不利于土壤團聚體形成。受海水浸灌影響，土壤中Na+、K+、Cl-等可溶性鹽分含量較高，更加不利于土壤顆粒的凝聚膠結和土壤養分的保持，肥力水平總體較低，限制了農田生產力提升和區域農業可持續發展。秸稈還田一方面可有效改善土壤水鹽環境，另一方面可提供團聚體形成所需的膠結物質，被認為是改良鹽漬土的有效手段[7-8]。盡管添加秸稈對土壤團聚體穩定性的提升效果已在棕壤、砂姜黑土等多種土壤上證實[9-10]，其對團聚體中C、N分布的影響卻尚未得出一致的結論：如關松等[11]對吉林黑土、徐國鑫等[12]對四川紫色土的田間試驗均發現秸稈還田降低了0.25～2 mm大團聚體和0.053～0.25 mm微團聚體有機碳貢獻率；而解鈺等[13]對水稻土、張玥琪等[14]對棕壤的長期定位研究則發現添加秸稈可顯著增加0.25～2 mm大團聚體中碳對總有機碳的貢獻率，土壤類型可能是導致這種不一致的重要因素。而關于秸稈還田如何影響濱海鹽漬土團聚體組成及C、N含量，至今尚不清楚。

本研究以黃河三角洲典型鹽化潮土為供試土壤，通過分析土壤水穩性團聚體組成、穩定性以及各級團聚體C、N含量的變化，探討鹽漬化程度以及連續秸稈還田（3 a）對鹽化潮土團聚體組成及C、N分布的影響，為進一步認識團聚體組成及養分分布特征沿土壤鹽分梯度的變化規律、全面了解濱海鹽漬土改良措施的培肥效果提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況與樣品采集

試驗地位于山東省濱州市無棣縣境內山東農業大學無棣綜合試驗站即“渤海糧倉”示范區（117°55′－117°57′E，37°55′－37°56′N），該地區年平均氣溫11.5 ℃，年降雨量600 mm，地下水礦化度為6.86 g/L。供試土壤于2017年4月采集自“渤海糧倉”示范區輕度、中度和重度鹽化潮土樣地。輕度和中度鹽漬土秸稈還田試驗布設于2014年秋季，均采用小麥-玉米一年兩熟輪作制，分別布設了對照（秸稈不還田）和秸稈還田2個處理（每處理面積5 m× 24 m=120 m2），試驗開始前土壤全鹽含量分別為1.91‰和3.37‰，有機質含量分別為16.39和15.03 g/kg，全氮含量分別為0.78和0.88 g/kg；參照當地耕作管理習慣，秸稈還田處理采用小麥玉米秸稈雙還田制度，冬小麥收獲時（6月上旬）采用聯合收割機進行秸稈粉碎和秸稈全量覆蓋還田，玉米收獲后（10月上旬）使用秸稈粉碎機粉碎玉米秸稈，借助旋耕機對秸稈進行耕翻還田（還田深度約15 cm），秸稈不還田處理作物收獲時將秸稈全部移除，其他田間管理與當地習慣一致。重度鹽漬土樣地為“光板地”，土壤全鹽含量6.33‰，采樣時僅有少量耐鹽植物生長，無法種植小麥、玉米，故未設置秸稈還田試驗。

本研究共采集5種鹽漬土：（1）輕度鹽漬土（LCK）：秸稈不還田，化肥施用量單季N-P2O5-K2O：225-150-75 kg/hm2；（2）輕度鹽漬土+秸稈（LS）：秸稈還田，小麥秸稈還田量約6.2 t/hm2，玉米秸稈還田量約6.5 t/hm2，化肥施用量單季N-P2O5-K2O：225-150- 75 kg/hm2；（3）中度鹽漬土（MCK）：秸稈不還田，化肥施用量單季N-P2O5-K2O：225-75-75 kg/hm2；（4）中度鹽漬土+秸稈（MS）：秸稈還田，小麥秸稈還田量約3.7 t/hm2，玉米秸稈還田量約3.6 t/hm2，化肥施用量單季N-P2O5-K2O：225-75-75 kg/hm2；（5）重度鹽漬土（HCK）：光板地，無肥料和秸稈施用。采樣時每個樣地內隨機選擇5點，每點用鐵鍬采集20 cm深、20 cm長、10 cm寬的原狀土壤樣品，采集過程中盡量避免對土壤結構的破壞，樣品混勻帶回實驗室自然風干，風干過程中沿土樣自然結構面掰成直徑約1 cm的小塊，用于水穩性團聚體的試驗分析。

1.2 土壤團聚體分級

土壤團聚體分級采用濕篩法，所采集5種鹽漬土分別稱取3份，每份200 g，具體分析方法參考文獻[15-16]：土樣用蒸餾水浸潤20 min后倒入不銹鋼套篩，套篩孔徑分別為2、0.25和0.053 mm，運用團聚體分析儀，在20 r/min下豎直上下篩動15 min，將原狀土篩分為>2、0.25～2、0.053～0.25和<0.053 mm 4個團聚體級別，其中<0.053 mm團聚體經靜置沉降后獲得。轉移各級別團聚體至小燒杯中，50 ℃下烘干稱質量，計算各級別水穩性團聚體的百分組成，同時將烘干的各組分磨細過60目篩，待測土壤有機碳（SOC）和全氮（TN）含量。

1.3 土壤團聚體碳氮含量測定方法及計算

4個級別（>2、0.25～2、0.053～0.25和<0.053 mm）團聚體的SOC和TN含量采用常規方法測定：SOC采用K2Cr2O7氧化法（外加熱法）測定；TN采用半微量凱氏法測定。

某級團聚體百分含量=該級團聚體質量/稱取原狀土質量×100%。根據各級別團聚體所占比例，計算平均重量直徑（MWD，mm）、幾何平均直徑（GMD，mm）和>0.25 mm團聚體所占比例（0.25，%）以評價團聚體穩定性，計算公式如下

式中d為級團聚體平均直徑，mm；w為級團聚體所占比例；m為土壤不同粒級團聚體的質量，g；M為團聚體總質量，g。

團聚體對土壤碳氮的貢獻率（%）=[該級團聚體中碳氮含量（g/kg）×該級團聚體百分含量]/全土碳氮含量（g/kg）×100%，式中全土碳氮含量為4個團聚體級別的加權值，即4個粒級的碳氮含量分別乘以對應級別的質量百分比并加和。

1.4 作物測產

小麥玉米測產采用實打實收方式，各處理人工收獲，PM8188濕度測量儀測定籽粒含水量，記錄產量。

1.5 統計分析

采用Excel 2013進行數據整理和作圖，采用SPSS 18.0軟件進行數據統計和單因素方差分析，多重比較采用Duncan新復極差法，差異顯著性水平采用< 0.05。圖表中所有數據均為平均值±標準誤差。

2 結果與分析

2.1 不同鹽漬土的基本理化性質

鹽漬化程度對土壤有機碳（SOC）和速效鉀（AK）含量有顯著影響：鹽漬化程度越高，SOC含量越低，AK含量越高（表1）。秸稈還田可顯著提高SOC和AK含量，與LCK相比，輕度鹽漬土秸稈還田（LS）使SOC、AK分別增加20.2%和24.3%；與MCK相比，中度鹽漬土秸稈還田（MS）使SOC含量顯著增加，增加比例達35.2%。秸稈還田使輕度鹽漬土TN含量增加20.0%，但對中度鹽漬土TN含量影響不顯著（>0.05）。秸稈還田未顯著降低土壤pH值和全鹽含量（>0.05）。秸稈還田下土壤有效磷在輕度和中度鹽漬土上的變化趨勢不一致，可能與有效磷空間變異較大有關。鹽漬化程度和秸稈還田對土壤機械組成的影響均不顯著（>0.05）。

2.2 不同鹽漬土水穩性團聚體分布特征及穩定性

鹽漬化程度和秸稈還田對鹽漬土團聚體組成和穩定性有顯著影響（表2）。對比LCK、MCK和HCK 3種鹽漬土，>2 mm粒級團聚體含量無顯著差異，LCK和MCK大團聚體（0.25～2 mm）和微團聚體（0.053～0.25 mm）含量顯著高于HCK（< 0.05），而<0.053 mm粒級團聚體分別比HCK低13.3%和23.1%；MWD、GMD、0.25均以MCK最高，HCK最低，表明鹽分與其他因素共同影響著團聚體組成及穩定性。輕度和中度鹽漬土秸稈還田使<0.053 mm粒級團聚體分別降低17.0%和15.5%。秸稈還田使輕度鹽漬土MWD、GMD和0.25分別增加47.6%、39.7%和54.0%，使中度鹽漬土MWD、GMD和0.25分別增加31.0%、31.9%和31.4%。

表1 不同鹽漬土的基本理化性質Table 1 Soil physical and chemical properties of different salinized soils

注：同列中不同字母代表差異達顯著性水平（<0.05）。砂粒，>0.05 mm；粉粒，0.002～0.05 mm；黏粒，<0.002 mm。LCK，輕度鹽漬土（秸稈不還田）；LS，輕度鹽漬土+秸稈；MCK，中度鹽漬土（秸稈不還田）；MS，中度鹽漬土+秸稈；HCK，重度鹽漬土，下同。

Note: Different letters in the same column indicate the significant difference at 5% level. Sand, >0.05 mm; silt, 0.002-0.05 mm; clay, <0.002 mm. LCK, light-salinized soil without straw returning; LS, light-salinized soil with straw returning; MCK, moderate-salinized soil without straw returning; MS, moderate-salinized soil with straw returning; HCK, highly-salinized soil. The same below.

表2 不同鹽漬土水穩性團聚體組成及穩定性Table 2 Soil water-stable aggregate composition and stability in different salinized soils

Note:MWD, mean weight diameter; GMD, geometric mean diameter;0.25, the content of >0.25 mm macro-aggregates.

2.3 土壤各粒級團聚體有機碳含量及分配

對比同一處理的不同團聚體粒級，各處理均以<0.053 mm粒級的SOC含量最低；LCK和LS處理以0.25～2 mm大團聚體的SOC含量最高；MCK和MS處理隨土壤團聚體粒級增大，SOC含量也逐漸增加；HCK土壤以0.053～0.25 mm粒級的SOC含量最高（圖1）。對比不同鹽漬化程度的土壤，0.25～2 mm大團聚體粒級和<0.053 mm粉黏粒粒級SOC含量隨鹽漬化程度增加而降低，>2 mm團聚體SOC含量LCK和MCK分別比HCK高23.9%和33.5%。秸稈還田顯著增加多個團聚體粒級的SOC含量，使輕度鹽漬土<0.053、0.053～0.25和>2 mm粒級SOC含量分別增加22.7%、29.1%和21.9%，以0.053～0.25 mm粒級提高最多；隨粒級增大，秸稈還田使中度鹽漬土各粒級SOC含量分別增加15.8%、16.1%、56.1%和36.8%，以0.25～2 mm粒級提高最多（圖1）。

各處理不同團聚體粒級對SOC的貢獻率均表現為隨粒級增大而降低（圖2），<0.053 mm粒級對各鹽漬土SOC的貢獻率最大，介于46.0%～66.0%之間，這與該粒級在團聚體組成中所占比例較高有關。對比不同鹽漬化程度的土壤，0.25～2 mm團聚體對SOC的貢獻率表現為LCK ≥MCK>HCK，>2 mm和0.053～0.25 mm團聚體對SOC的貢獻率在3種鹽漬土間無顯著差異，<0.053 mm粒級對SOC的貢獻率以HCK最高、MS最低。秸稈還田使輕度和中度鹽漬土<0.053 mm粒級對SOC的貢獻率分別降低18.3%和21.5%，同時使其他各級團聚體對SOC的貢獻率有增加的趨勢，其中輕度鹽漬土以0.053～0.25 mm粒級增加效果最明顯，增幅為33.2%，中度鹽漬土以0.25～2 mm粒級增加效果最明顯，增幅為58.7%。

注：同一粒級團聚體柱上不同字母代表處理間差異達顯著性水平（P<0.05），下同。

圖2 不同鹽漬土各團聚體組分有機碳（SOC）對全土有機碳的貢獻率

2.4 土壤各粒級團聚體全氮含量及分配

各處理不同粒級團聚體中的TN含量以<0.053 mm粒級最低，LCK、MS以0.25～2 mm大團聚體的TN含量最高；LS、MCK以0.053～0.25 mm微團聚體的TN含量最高（圖3）。對比3種不同鹽漬化程度的土壤，>2 mm和0.25～2 mm團聚體TN含量均隨鹽漬化程度的增加而降低，中度鹽漬土0.053～0.25 mm微團聚體TN含量最高而<0.053 mm粒級TN含量最低。輕度鹽漬土秸稈還田顯著降低>2 mm和0.25～2 mm團聚體TN含量，降低幅度分別為18.4%和21.2%，使0.053～0.25 mm微團聚體TN含量增加了28.8%；中度鹽漬土秸稈還田則顯著降低0.053～0.25 mm微團聚體TN含量，降低幅度達62.1%，同時使<0.053 mm粒級TN含量增加1.1倍。

圖3 不同鹽漬土水穩性團聚體中土壤全氮（TN）含量

鹽漬土不同水穩性團聚體TN的貢獻率表現出與SOC不同的規律（圖4）：除HCK外，對全土TN貢獻率最大的粒級均不是<0.053 mm，其中LCK、LS、MCK處理TN的貢獻率以0.053～0.25 mm最大，分別為39.9%、53.2%和54.7%，MS處理TN的貢獻率以0.25～2 mm最大，為32.7%。對比3種鹽漬土，0.25～2 mm團聚體TN的貢獻率表現為LCK≥MCK>HCK，0.053～0.25 mm團聚體TN的貢獻率表現為MCK>LCK>HCK，而<0.053 mm粒級TN貢獻率的變化規律正好相反。輕度鹽漬土秸稈還田使0.053～0.25 mm團聚體TN的貢獻率增加33.6%，使<0.053 mm粒級TN的貢獻率降低43.9%；中度鹽漬土秸稈還田則表現出完全相反的規律，使0.053～0.25 mm團聚體TN的貢獻率降低50.9%，而<0.053 mm粒級TN的貢獻率提高0.9倍。

圖4 不同鹽漬土各團聚體組分全氮對全土全氮的貢獻率

2.5 不同處理對作物產量的影響

作物產量數據表明，輕度鹽漬土5個生長季小麥、玉米產量均顯著高于中度鹽漬土（<0.05），秸稈還田處理的作物產量整體上高于秸稈不還田處理（表3）。秸稈還田后的第一個生長季（2014－2015冬小麥生長季），輕度鹽漬土和中度鹽漬土冬小麥產量均略有降低，但之后4個生長季秸稈還田處理的作物產量相對秸稈不還田處理均有不同程度增加，其中輕度鹽漬土2016年小麥季增產4.56%、玉米季增產6.62%，中度鹽漬土2017年小麥季增產13.47%，增產效果均達到了顯著性水平（<0.05）。就5個生長季總體而言，秸稈還田使輕度鹽漬土和中度鹽漬土作物產量分別增加3.22%和3.48%。

表3 不同處理下的小麥-玉米產量（2015年6月－2017年6月）Table 3 Yield of wheat and corn under different treatments (June 2015-June 2017)

3 討 論

3.1 鹽漬化程度對團聚體組成及碳、氮分布的影響

本研究結果表明，輕度（LCK）和中度鹽漬土（MCK）的MWD、GMD及0.25整體高于重度鹽漬土（HCK）（表2）。土壤鹽分含量對團聚體組成和穩定性的影響可能通過直接和間接兩個方面體現：直接影響體現在土壤中一價陽離子如Na+、K+等的增加會直接降低土壤膠粒的凝聚性，不利于土壤微團聚體的形成；間接影響體現在土壤鹽分含量可能通過影響土壤有機物質積累、微生物群落結構及活性等影響土壤團聚體組成及穩定性[17-18]。有機物質如腐殖質、微生物分泌物、真菌菌絲等是土壤團聚體形成的重要膠結劑，但前人研究表明土壤鹽分含量增加會減少微生物量、降低真菌細菌比、與土壤有機質含量下降密切相關[19-20]，均對土壤顆粒的膠結復合有負面影響。在較低鹽分含量下，鹽漬化程度增加對團聚體穩定性的負面效應表現不明顯，主要體現在輕度鹽漬土MWD、GMD及0.25未高于中度鹽漬土（表2）。本研究結果表明鹽分含量對團聚體組成及穩定性的影響可能存在一個臨界值，大于該值鹽分含量通過其直接影響對土壤團聚體組成及穩定性起主導作用，小于該值鹽分含量對土壤團聚體組成及穩定性影響不大，有機物質含量、耕作管理措施等可能是主要影響因素，有關該臨界值的數值或范圍有待進一步探索。

本試驗中，對<2 mm水穩性團聚體，輕度鹽漬土團聚體碳含量隨團聚體粒級增大而增大，中度鹽漬土團聚體碳含量在不同粒級間變化不大，重度鹽漬土團聚體碳含量以0.053～0.25 mm粒級最高，意味著不同鹽漬土有機碳穩定機制可能不同。隨團聚體粒級的降低，3種鹽漬土團聚體碳的分配比例均逐漸增加，這與前人對砂姜黑土[10]、黑土[11]、紫色土[12]、黑壚土[21]等的研究結果不一致。前人研究多表明團聚體有機碳對總有機碳的貢獻率以0.25～2 mm大團聚體最高，本研究中土壤顆粒組成以粉粒為主而黏粒含量較低，不利于微團聚體和大團聚體形成，<0.053 mm粉黏粒在團聚體組成中所占比例較高，徐國鑫等[12]在質地較輕的紫色土上發現<0.053 mm粉黏粒對總有機碳的貢獻率僅次于0.25～2 mm大團聚體也與此有關。各團聚體粒級中有機碳的分配比例在輕度和中度鹽漬土間無顯著差異，輕度和中度鹽漬土0.25～2 mm大團聚體中有機碳的分配比例顯著高于重度鹽漬土，<0.053 mm粉黏粒中有機碳的分配比例分別比重度鹽漬土低2.22%和7.44%，說明與鹽分含量對團聚體穩定性的影響一致，鹽分含量對團聚體碳分布的影響可能也存在一個臨界值。

劉震等[22]的研究表明，氮素在黑土和紅壤上均主要儲存于<53m微團聚體中，而本研究則發現鹽化潮土上氮素在<53m粒級的全氮含量最低（圖3），輕度和中度鹽漬土上氮素主要儲存于0.053～0.25 mm微團聚體中（圖4），印證了不同土壤的氮素儲存庫不同這一結論。鹽漬化程度對團聚體氮含量和氮分布有顯著影響：>2和0.25～2 mm團聚體氮含量均隨鹽漬化程度的增加而降低，土壤鹽分含量與0.25～2 mm大團聚體和0.053～0.25 mm小團聚體對全氮的貢獻率成極顯著或顯著負相關，與<0.053 mm粉黏粒對全氮的貢獻率成極顯著正相關（表4），說明鹽分含量過高會降低土壤中氮素的物理化學穩定性，這與Ardón等[23]對濱海濕地生態系統的研究發現鹽分含量增加會導致土壤及水體NH4+濃度增加、生態系統活性氮輸出量增加一致。

表4 團聚體碳氮貢獻率與土壤主要性質的相關系數 (n=15)Table 4 Pearson correlation coefficients between contribution rate of soil aggregates to SOC, TN and soil properties (n=15)

3.2 秸稈還田對鹽漬土團聚體組成及碳、氮分布的影響

秸稈還田使輕度和中度鹽漬土中<0.053 mm粉黏粒所占比例顯著降低，水穩性大團聚體（0.25～2 mm）和微團聚體（0.053～0.25 mm）所占比例明顯增加（表2）。而解鈺等[13]發現秸稈施用有助于水稻土0.25～2 mm團聚體的形成，減少0.053～0.25 mm和<0.053 mm團聚體的含量。本研究對<0.053 mm粉黏粒含量的降低效應與其一致，但對0.053～0.25 mm微團聚體的作用與其相反，與本研究中鹽漬土團聚化程度較低有關，<0.053 mm粉黏粒占比>50%，土壤顆粒多以單粒形式存在，秸稈還田優先使單粒黏結形成復粒。輕度和中度鹽漬土秸稈還田均對土壤水穩性團聚體的穩定性起到明顯的改善作用，表現在秸稈還田使2種土壤MWD、GMD和0.25均顯著增加（表2），主要是因為一方面秸稈在分解時產生可產生多糖膠、脂肪等中間產物，同時有利于土壤腐殖質等重要有機膠結物質的形成[10,12]；另一方面秸稈還田能提高微生物活性和促進真菌菌群生長，微生物分泌物、真菌菌絲也可使土壤顆粒膠結復合[24]。此外，本研究中秸稈還田對輕度鹽漬土MWD、GMD和0.25的增加幅度較中度鹽漬土大（表2），可能與微生物數量和活性易受鹽分狀況影響[18]，導致中度鹽漬土秸稈分解轉化相對較慢有關。

小麥、玉米秸稈通常含碳40%以上，秸稈還田可以提高土壤有機碳輸入量，減少土壤原有有機碳分解，增加土壤有機碳儲量[25]。本研究結果表明，秸稈還田使輕度和中度鹽漬土總有機碳含量均顯著提高，輕度鹽漬土以0.053～0.25 mm粒級提高最多，提高比例達29.1%，中度鹽漬土以0.25～2 mm粒級提高最多，提高比例達56.1%（圖1）；與此相對應，秸稈還田顯著降低鹽漬土團聚體碳在<0.053 mm粒級的分配比例，使輕度鹽漬土團聚體碳在0.053～0.25 mm粒級的分配比例和中度鹽漬土團聚體碳在0.25～2 mm粒級的分配比例分別提高33.2%和58.7%。這意味著秸稈還田條件下，輕度鹽漬土和中度鹽漬土團聚體的形成機制可能不同：輕度鹽漬土團聚體碳含量及分配比例在0.053～0.25 mm粒級增幅最大，顯示其團聚體形成更符合Tisdall等[1]“多級團聚理論”，即土壤膠粒相互凝聚形成微凝聚體，單粒、微凝聚體通過各種黏結作用逐級形成復粒、微團聚體和大團聚體，本研究中供試土壤機械組成以粉粒為主，膠體特性相對較弱，添加秸稈等有機物料后優先形成微團聚體；中度鹽漬土團聚體碳含量及分配比例在0.25～2 mm粒級增幅最大，意味著其團聚體形成更符合Elliott等[26]“大團聚體核心理論”，即有機物料添加后大團聚體首先形成，小團聚體再形成于有機物質周圍，或隨著有機物質分解，大團聚體破碎為小團聚體。鹽分含量可能調控著兩種機制的作用大小，中度鹽漬土Na+、K+等一價陽離子含量過多，降低土壤膠體的凝聚性，不利于土壤顆粒的多級凝聚，“大團聚體核心理論”占優勢。

秸稈還田條件下團聚體氮的分布特征也進一步印證了上述對團聚體形成機制的推測。由于團聚體形成所需有機膠結物質的轉化合成均需微生物參與，而秸稈本身C/N較高，團聚體儲存有機碳過程中也會吸持一定的氮素，當土壤中無機氮含量不足，微生物可能會加快對其他粒級團聚體中原有有機物質（C/N相對較低）的分解[27]，造成其他粒級團聚體氮含量下降。本研究結果顯示，輕度鹽漬土秸稈還田使0.053～0.25 mm微團聚體全氮含量和氮分配比例分別增加28.8%和33.6%，同時使其他級別團聚體氮含量降低，中度鹽漬土秸稈還田使0.25～2 mm大團聚體全氮含量和氮分配比例分別增加4.2%和40.2%，同時使0.053～0.25 mm微團聚體全氮含量顯著降低，進一步證實了上述推測。

3.3 秸稈還田工程效果評價

本研究和前人研究均表明秸稈還田能夠有效改善土壤理化性狀。白偉等[28]對遼北典型棕壤的研究結果表明，秸稈還田可以顯著增加土壤含水量、降低土壤容重、調節土壤三相比；楊東等[29]對濱海鹽漬土的研究也表明，秸稈還田增加了土壤儲水量，有效抑制了土壤鹽分表聚，保墑增產效果明顯。本研究表明秸稈還田對輕度和中度鹽漬土團聚體的穩定性均起到了明顯的改善作用（表2），這與田慎重等[9]和徐國鑫等[12]的研究結果一致。此外，秸稈還田在提高土壤有機質含量方面效果顯著[10,12,30-32]，并可在一定程度上增加土壤活性有機碳含量，但秸稈直接還田有可能導致土壤有機碳中活性有機碳的比例增加，不利于碳的固定和保存[30]，利于土壤固碳的秸稈還田模式還應進一步探索。

本研究中小麥-玉米秸稈還田表現出一定的增產效果，但第1個生長季輕度和中度鹽漬土秸稈還田均出現作物減產現象，這與叢萍等[32]秸稈還田前期的研究結果一致，可能一方面是由于秸稈的添加影響了微生物群落結構[33]，微生物和植物出現了“爭氮”現象，不利于作物生長，另一方面未經腐解的秸稈在還田初期可能會影響種子出苗，從而影響作物產量。秸稈還田使輕度鹽漬土和中度鹽漬土5個生長季作物產量平均分別增加3.22%和3.48%，與其能有效改善土壤理化性狀有關。本研究重點關注了秸稈還田對土壤團聚體性質的改良效果和對作物的增產效果，下一步研究還應結合秸稈還田機具作業的效率、成本等相關數據，進一步探討秸稈還田工程的適用性。

4 結 論

通過研究鹽漬化程度和3年連續秸稈還田對團聚體組成及碳、氮分布的影響，主要結論如下：

1）鹽漬化程度對團聚體組成和穩定性的影響可能存在一個閾值，鹽漬化程度增加對團聚體穩定性的負面效應在較低鹽分含量下表現不明顯。輕度和中度鹽漬土0.25～2 mm大團聚體中有機碳的分配比例顯著高于重度鹽漬土；土壤鹽分含量與0.25～2 mm大團聚體和0.053～0.25 mm小團聚體中全氮的分配比例成顯著負相關，與<0.053 mm粉黏粒中全氮的分配比例成顯著正相關。

2）秸稈還田對輕度和中度鹽漬土團聚體的穩定性均起到了明顯的改善作用；各團聚體粒級中，秸稈還田使輕度鹽漬土0.053～0.25 mm粒級有機碳、全氮及其分配比例提高最多，使中度鹽漬土0.25～2 mm粒級有機碳及其分配比例提高最多。

3）不同鹽漬土秸稈還田對土壤團聚體碳、氮分布的影響明顯不同，可能與鹽分含量影響團聚體形成機制有關。未來研究應更多關注秸稈、肥料等外源物質在土壤團聚體中分配規律并探明團聚體碳固持、養分固持的微生物參與策略。

4）秸稈還田使輕度鹽漬土和中度鹽漬土5個生長季作物產量平均分別增加3.22%和3.48%。秸稈還田在改善鹽漬土團聚體穩定性、協調團聚體碳氮分布、提高作物產量方面有一定效果。從農業工程效果角度，下一步研究還應結合秸稈還田機具作業的效率、成本等，探討團聚體變化的價值以及還田工程的適用性。

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Effects of straw returning on saline soil aggregate stability and its carbon, nitrogen contents

Wang Hui, He Wei, Duan Fujian, Hu Guoqing, Lou Yanhong, Song Fupeng, Zhuge Yuping※

(271018)

Soil aggregate is the physical foundation of soil fertility and straw returning is widely recognized as an effective method to facilitate soil aggregate formation and stabilization. However, it is still unclear what effects of straw returning might have on soil aggregate composition and its carbon (C) as well as nitrogen (N) distribution in saline soils. In this study, taking the typical salinized fluvo-aquic soil of the Yellow River Delta as research object, we analyzed the water-stable aggregate composition, stability and the organic carbon (SOC), total nitrogen (TN) content of each aggregate in soils under three salinization degrees (light, moderate, highly) and after 3-year straw returning. Results showed that the proportions of 0.25-2 mm and 0.053-0.25 mm aggregates in highly-salinized soil were significantly lower than that in light-salinized soil and moderate-salinized soil (< 0.05). The soil total salt content was negatively correlated with the contribution rates of 0.25-2 mm aggregates to SOC and TN, while it was negatively correlated with the contribution rates of 0.053-0.25 mm aggregates to TN. Straw returning induced a 47.6%, 39.7% and 54.0% increase in mean weight diameter (MWD), geometric mean diameter (GMD) and the content of macro-aggregates (0.25) respectively for light-salinized soil, and a 31.0%, 31.9% and 31.4% increase in the corresponding indexes for moderate-salinized soil, respectively. For bulk soil, straw returning increased SOC and TN contents by 20.2% and 20.0% respectively for light-salinized soil, and increased SOC content by 35.2% for moderate-salinized soil. For SOC content in soil water-stable aggregates, straw returning for light-salinized soil increased SOC content by 22.7%, 29.1% and 21.9% in <0.053 mm, 0.053-0.25 mm and >2 mm aggregates, respectively, while increased that by 15.8%, 16.1%, 56.1% and 36.8% respectively for moderate-salinized soil with increasing particle size of soil aggregates. For SOC distribution in soil aggregates, the proportion of SOC in <0.053 mm aggregates decreased by 18.3% and 21.5% for light- and moderate-salinized soils, respectively, after 3-year straw returning; 0.053-0.25 mm aggregates of light-salinized soil had the highest increase (by 33.2%) in the contribution rate to SOC, while 0.25-2 mm aggregates of moderate-salinized soil had the highest increase (by 58.7%) in that among all aggregates. For TN content in soil water-stable aggregates, straw returning for light-salinized soil induced a 18.4% and 21.2% decrease in TN content in >2 mm aggregates and 0.25-2 mm aggregates respectively, and led to a 28.8% increase in TN content in 0.053-0.25 mm micro-aggregates. However, straw returning in moderate-salinized soil significantly decreased by 62.1% of the TN content in 0.053-0.25 mm micro-aggregates and increased by 1.1 times that in <0.053 mm aggregates. For TN distribution in soil aggregates, the contribution rate of <0.053 mm aggregates to TN decreased by 43.9% and that of 0.053-0.25 mm aggregates increased by 33.6% for light-salinized soil, while the contribution rate of <0.053 mm aggregates to TN increased by 0.9 times and that of 0.053-0.25 mm aggregates decreased by 50.9% for moderate-salinized soil. Overall, straw returning significantly improved the soil aggregate stability under light- and moderate-salinized soils, but it showed different effects on soil aggregate C, N distribution in different salinized soils, which might be attributed to the distinct formation mechanisms of soil aggregate under different salt contents.

soils; organic carbon; aggregates; straw; total nitrogen; salinized fluvo-aquic soil

王 會，何 偉，段福建，胡國慶，婁燕宏，宋付朋，諸葛玉平. 秸稈還田對鹽漬土團聚體穩定性及碳氮含量的影響[J]. 農業工程學報，2019，35(4)：124－131. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.015 http://www.tcsae.org

Wang Hui, He Wei, Duan Fujian, Hu Guoqing, Lou Yanhong, Song Fupeng, Zhuge Yuping. Effects of straw returning on saline soil aggregate stability and its carbon, nitrogen contents[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 124－131. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.015 http://www.tcsae.org

2018-07-21

2019-02-10

山東省自然科學基金（ZR2017BD012，ZR2016DQ05）；山東省重大科技創新工程項目（2017CXGC0301）；中國博士后科學基金（2018M632702，2016M602169）

王 會，博士，講師，主要從事土壤質量提升、土壤碳氮循環及環境效應方面研究。Email：huiwang@sdau.edu.cn

諸葛玉平，教授，博士生導師，主要從事退化土壤修復、土壤生態過程與機理等方面研究。Email：zhugeyp@sdau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.015

S156.4

A

1002-6819(2019)-04-0124-08