伊犁河谷平原雨養旱地土壤水穩性團聚體特征

陳傳信 張永強 薛麗華

摘要：采取濕篩法測定分析新疆旱地麥田不同產量水平土壤團聚體特征。結果表明，不同產量水平麥田土壤各級粒徑水穩性團聚體存在差異。高產田地塊土壤>5 mm粒級團聚體顯著高于中產田和低產田，分別增加45.18%、52.72%;高產田和中產田地塊土壤0.25～0.5 mm粒級的團聚體顯著高于低產田，分別增加45.70%、51.15%;低產田<0.25 mm粒級土壤團聚體分別較高產田、中產田顯著增加36.34%、8.84%。高產田>0.25 mm粒徑土壤大團聚體含量達68.30%，比中產田和低產田分別增加13.29%、20.29%。土壤團聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）均表現為高產田>中產田>低產田，分形維數則表現相反。土壤團聚體分形維數與MWD、GMD、>5 mm粒級含量呈極顯著負相關，而與<0.25 mm呈極顯著正相關。MWD、GMD與>5 mm粒級呈極顯著正相關，而與<0.25 mm粒級呈極顯著負相關。

關鍵詞：雨養旱地;土壤團聚體;伊犁河谷

中圖分類號：S152 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）01-0054-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.011 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： The characteristics of soil aggregates under different yield levels in dry wheat fields in Xinjiang were analyzed by wet sieve method. The results showed that there were differences in the size of water stable aggregates in soil at different yield levels. The soil aggregates of >5 mm particle in high-yield field soil were significantly higher than those of medium-yield and low-yield fields， increased by 45.18% and 52.72%， respectively; The soil aggregates of 0.25～0.5 mm particle in high-yield fields and medium-yield fields were significantly higher than those in low-yield fields， increased by 45.70% and 51.15% respectively; The soil aggregates of <0.25 mm grain in low-yield fields increased significantly by 36.34% and 8.84% compared with high-yield fields and medium-yield fields. The content of large aggregates in the soil of >0.25 mm particle size in high yield field reached 68.30%， increased by 13.29% and 20.29% respectively over the middle and low yield fields. The mean weight diameter （MWD） and geometric mean diameter （GMD） of soil all showed that high-yield fields was the highest， medium-yield fields was second， and low-yield fields was the lowest. But the fractal dimension is opposite. The fractal dimension of soil was significantly negatively correlated with MWD， GMD and the soil aggregates of >5 mm particle， and was significantly positively correlated with <0.25 mm particle. MWD， GMD were significantly positively correlated with the soil aggregates of >5 mm particle， and significantly negatively correlated with the soil aggregates of <0.25 mm particle.

Key words： rain-fed dryland; aggregates; Yili valley

團聚體作為土壤結構的基本單元，土壤中物質和能量的循環主要集中于團聚體中[1]。團聚體的粒徑分布不僅表征土壤結構狀況，也影響到土壤的通氣、抗蝕、滲水性等[2]。穩定的土壤團聚體有利于種子發芽、根系發育和作物生長，有利于保護土壤免受礦化分解，降低土壤侵蝕風險，對土壤結構保護有著重要的影響[3]。新疆雨養旱地面積為20.45萬hm2，主要分布在伊犁河谷中上游山間平原谷地、塔額盆地邊緣、昌吉州東部、天山北坡、阿爾泰山南坡等低山地帶，其中伊犁河谷雨養旱地面積最大，占到全疆雨養旱地面積的45.66%左右[4]。伊犁河谷旱作區生產的糧食占該區糧食總產的10%左右，是伊犁灌溉農業的重要補充，在旱作地面積較大的縣、鄉，旱作農業具有舉足輕重的地位[5]。由于長期采取掠奪式土地經營方式，廣種薄收，只種不養，忽視土壤培肥措施，用養失調，肥力呈明顯下降趨勢，耕地質量下降[6]。因此研究不同產量水平麥田的土壤團聚狀況，對土壤結構的改善具有重要意義。目前對新疆旱地土壤團聚體性狀研究較少，本試驗研究不同產量水平麥田土壤團聚體變化，以確定不同產量水平麥田土壤團聚體特征，為新疆旱地土壤結構的改善提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究區概況

試驗于2015—2016年在新疆新源縣進行，位于伊犁河谷東部，地理坐標為東經82°28′—84°56′，北緯43°03′—43°40′，東、南、北三面環山，位于鞏乃斯河河谷地帶，屬溫帶大陸性半濕潤半干旱氣候，年平均氣溫6.1～9.3 ℃，年平均無霜期為169 d，年降雨量為513.3 mm。

1.2 ?研究方法

根據研究區域農作物種植、土壤耕作、土壤培肥及施肥方式以及產量，確定3個產量水平田塊，即高產田（小麥子粒產量>4 800 kg/hm2）、中產田（小麥子粒產量3600～4 800 kg/hm2）和低產田（小麥子粒產量<3 600 kg/hm2）。選擇種植相同品種、常規田間管理的高產田、中產田、低產田小麥田各5塊，共15塊。隨機從0～30 cm土層取土樣，采集1 kg左右，放入棉織袋，帶回實驗室進行測定處理。

1.3 ?測定項目及方法

濕篩法測定土壤水穩性團聚體。將100 g風干土放在含5個篩網的裝置（篩孔徑分別為8、4、2、1、0.25 mm）頂部，整個裝置固定于振蕩器上以220 r/min振蕩5 min，可以得到不同粒級的土壤團聚體。收集每個篩上保留的土壤團聚體至鋁盒中烘干并稱重。

利用各粒級土壤團聚體數據，計算團聚體平均重量直徑（Mean weight diameter，MWD）、幾何平均直徑（Geometric mean diameter，GWD）[7]和分形維數（D）[8]。

1.4 ?數據處理

數據分析采用SPSS 19.0數據處理系統和Microsoft Excel 2010進行分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同產量水平麥田土壤水穩性團聚體組成

由表1可知，不同產量水平地塊土壤各級粒徑水穩性團聚體存在差異。不同產量水平地塊>5 mm、0.25～0.5 mm、<0.25 mm粒級的團聚體含量差異顯著。高產田地塊土壤>5 mm粒級團聚體顯著高于中產田和低產田，分別增加45.18%、52.72%;高產田和中產田地塊土壤0.25～0.5 mm粒級的團聚體顯著高于低產田，分別增加45.70%、51.15%;低產田<0.25 mm粒級土壤團聚體較高產田、中產田分別顯著增加36.34%、8.84%。各產量水平田塊2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm粒級團聚體差異不顯著，高產田總體含量較高。

2.2 ?不同產量水平麥田>0.25 mm土壤水穩性團聚體含量

>0.25 mm粒徑的團聚體為大團聚體[9]，它是由許多土粒多層次凝聚和多次膠結形成的，調節著土壤的水、肥、氣、熱[10]，其含量豐富是土壤良好結構特征的表現，用來衡量土壤結構性好壞和抗侵蝕性。從表2可以看出，不同產量水平地塊土壤大團聚體含量差異顯著，高產田土壤大團聚體含量達68.30%，比中產田和低產田分別增加13.29%、20.29%。

2.3 ?不同產量水平麥田土壤水穩性團聚體穩定及分形特征分析

團聚體穩定性代表土壤結構的穩定性，平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，表示團聚體的團聚程度越高[7，11，12]。由表3可以看出，土壤團聚體MWD、GMD均表現為高產田>中產田>低產田，且高產田與中產田和低產田差異顯著，其中高產田MWD比中產田、低產田分別增加22.38%、26.81%，GMD分別增加32.14%、39.62%。土壤分形維數是反映土壤結構幾何形狀的參數[13-15]。高產田土壤團聚體分形維數最小（2.72），與其他產量水平田塊差異顯著，其次為中產田（2.77），低產田最高（2.79）。

2.4 ?土壤水穩性團聚體參數之間的相關性

對土壤團聚體MWD、GMD、分形維數、各粒級團聚體含量進行相關分析，結果（表4）表明，土壤團聚體MWD與>5 mm粒級含量呈極顯著正相關，而與<0.25 mm粒級含量呈極顯著負相關。土壤團聚體GMD與>5 mm粒級含量呈極顯著正相關，而與<0.25 mm粒級含量呈極顯著負相關。土壤團聚體分形維數與MWD、GMD、>5 mm粒級含量呈極顯著負相關，而與<0.25 mm粒級含量呈極顯著正相關。

3 ?小結與討論

團聚體是土壤結構的物質基礎，有供給作物生長養分的功能，對土壤水分、養分、通氣狀況有著顯著影響，是土壤質量的重要評價指標[16]。土壤大團聚體是由許多土粒多層次凝聚和多次膠結形成的，調節著土壤的水、肥、氣、熱，其含量豐富是土壤良好結構特征的表現。本研究結果發現，不同產量水平地塊土壤的大團聚體含量差異顯著，且高產田、中產田均顯著高于低產田。土壤小團聚體（<0.25 mm）是表征土壤生態效應的重要指標，其含量越低，土壤團聚體結構越穩定[17]。本研究中，低產田<0.25 mm粒級土壤團聚體較高產田、中產田分別顯著增加36.34%、8.84%。土壤團聚體是土壤養分貯藏庫和微生物的生境[10]，有機質是土壤團聚體的膠結劑，有機質多則土壤團聚體多，團聚體多反過來說明其有機質豐富，這樣的土壤環境對作物的生長發育更加有利[18]。

平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，表示團聚體的團聚程度越高[19]，反映了土壤團聚體擁有更好的穩定性[20]。本研究結果發現，高產田土壤團聚體的MWD、GMD顯著高于中產田和低產田，說明高產田土壤具有較穩定的土壤團粒結構，使得土壤結構不易被破壞，降低土壤的風蝕風險和退化，增強土壤的抗侵蝕能力，利于調節土壤的孔性、持水性、通氣性等。分形維數是評價土壤結構分布的綜合指標，不僅描述了土壤顆粒的大小及分布，而且反映了土壤均一程度，其值越高，表明土壤質地越黏重，通透性越差[21]。很多研究認為，團聚體分布具有分形特征[22]。在本研究中，高產田土壤團聚體分形維數為2.72，比中產田、低產田分別降低1.81%、2.51%。GMD、MWD和分形維數均能反映土壤水穩定性團聚體穩定程度[23]。本研究中，團聚體分形維數與GMD、MWD呈極顯著負相關，GMD與MWD呈極顯著正相關，與前人研究結果相似[24]。

本研究通過對新疆旱地麥田不同產量水平耕層土壤水穩性團聚體含量及其穩定特征進行研究分析，明確了各產量水平麥田土壤團粒結構變化，可為新疆旱地麥田土壤結構的改善提供參考。

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