孫彥敏 何元?jiǎng)? 亞平等

摘要[目的]了解不同土地利用方式下團(tuán)聚體變化規(guī)律，旨在為合理優(yōu)化紫色丘陵區(qū)土地利用方式、提高土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量及質(zhì)量提供依據(jù)。[方法] 采取野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合方法，對(duì)丘陵地區(qū)紫色土林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面（0～40 cm）團(tuán)聚體進(jìn)行研究。[結(jié)果] MWD值均大于0.500 mm，且均隨土層深度的增加而減小。林地、撂荒地、水田、旱地以大團(tuán)聚體（>0.250 mm）為主，其中林地以>2.000 mm粒徑團(tuán)聚體為主，撂荒地、水田、旱地以0.250～2.000 mm粒徑團(tuán)聚體為主。旱地、撂荒地<0.250 mm粒徑團(tuán)聚體明顯大于水田、林地，特別是旱地表現(xiàn)出最大值。 [結(jié)論] 有機(jī)碳與MWD、>2.000 mm團(tuán)聚體比例存在顯著正相關(guān)，>2.000 mm團(tuán)聚體組分有助于土壤有機(jī)碳的積累，而有機(jī)碳與<0.053、0.053～0.250、0.250～2.000 mm團(tuán)聚體所占比例具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。<0.053、0.053～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體可能會(huì)抑制土壤有機(jī)碳的積累。

關(guān)鍵詞紫色丘陵區(qū)；土地利用；團(tuán)聚體；土壤

中圖分類號(hào)S158文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）23-07851-04

基金項(xiàng)目“十二·五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAD141318）。

作者簡(jiǎn)介鄭杰炳（1981- ），男，四川隆昌人，工程師，碩士，從事土壤質(zhì)量與環(huán)境方面的研究。

收稿日期20140708土壤有機(jī)碳變化受土壤擾動(dòng)程度、土壤有機(jī)物質(zhì)數(shù)量所影響，而不同土地利用方式則通過制約上述因素改變土壤中有機(jī)碳的儲(chǔ)存和分解，如森林向農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量減少20%～50%[1]。有研究表明，微團(tuán)聚體保護(hù)、與黏土、砂土顆粒的結(jié)合、通過生物化學(xué)活動(dòng)形成有機(jī)質(zhì)復(fù)合物3種有機(jī)碳固定方式是土壤中有機(jī)碳穩(wěn)定存在的重要因素，因此土壤有機(jī)碳含量并不會(huì)表現(xiàn)出隨外部碳輸入的增加而增加[2-3]。其中，團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的保護(hù)機(jī)理主要來源于其在微生物、酶及其基質(zhì)間形成物理障礙、影響微生物群落結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分解吸及吸附等因素[4-10]。隨著有機(jī)碳濃度的增加，團(tuán)聚體粒徑也逐步變大，并且大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量與大團(tuán)聚體所占比例具有更好的相關(guān)關(guān)系[11-12]。減少土壤的擾動(dòng)，可增加大團(tuán)聚體含量，從而保存更多有機(jī)物，增加有機(jī)碳含量[13]。鑒于有機(jī)碳的積累受團(tuán)聚體的物理保護(hù)影響較大，筆者通過對(duì)丘陵地區(qū)紫色土開展不同土地利用方式下團(tuán)聚體及其與有機(jī)碳含量關(guān)系的研究，了解不同土地利用方式下團(tuán)聚體變化規(guī)律，旨在為合理優(yōu)化紫色丘陵區(qū)土地利用方式、提高土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量及質(zhì)量提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況研究區(qū)域位于29°38′50″～29°39′20″ N，105°23′37″～105°24′19″ E，行政區(qū)劃屬于重慶市榮昌縣吳家鎮(zhèn)。該區(qū)域地處渝西方山丘陵區(qū)，土壤以紅棕紫泥為主，屬于典型的紫色土丘陵區(qū)。區(qū)域內(nèi)土地利用方式以水田、林地、撂荒地、旱地為主。水田一年一季水稻，并且常年處于淹水狀態(tài)；林地植被為生長(zhǎng)年限12年的柏樹輔以地表雜草；撂荒地為耕地撂荒8年形成；旱地種植以小麥-玉米輪作制度為主。

1.2研究方法

1.2.1采樣方法。選擇水田、林地、撂荒地、旱地4種土地利用方式。各土地利用方式選擇3塊樣地作為重復(fù)。樣地均選擇在較平緩地段且坡向和土壤類型相同，從而減少樣地間差異。每個(gè)樣地挖掘3～5個(gè)剖面，采樣深度0～40 cm。采樣時(shí)，首先剝離地面凋落物，按照0～5、5～10、10～20、20～40 cm 4個(gè)土層采集，并且將各樣地的剖面土樣分層混合，去除根系、石礫等雜物，采用四分法采集樣品，在室內(nèi)自然風(fēng)干后開展土壤理化性質(zhì)分析。

1.2.2土壤有機(jī)碳的測(cè)定。土壤有機(jī)碳的測(cè)定采用K2Cr2O7外加熱法。不同土地利用方式土壤有機(jī)碳含量見。

1.2.3團(tuán)聚體的測(cè)定。團(tuán)聚體測(cè)定采用濕篩法[14]，將團(tuán)聚體分為>2.000、0.250～2.000、0.053～0.250、<0.053 mm 4個(gè)等級(jí)。將2.000、0.250和0.053 mm篩子浸泡在去離子水中，稱取過8 mm篩的土樣50 g，迅速放于2.000 mm篩上5 min，并手提篩子在水中上下3 cm移動(dòng)2 min約50次，2.000 mm篩子上團(tuán)聚體為>2.000 mm粒徑組分（Large macroaggregate），0.250 mm篩子上團(tuán)聚體為0.250～2.000 mm粒徑組分（Small macroaggregate），0.053 mm篩子上團(tuán)聚體為0.053～0.250 mm粒徑組分（Microaggregate），通過0.053 mm篩子的團(tuán)聚體為<0.053 mm粒徑組分（Silt and clay fraction）。在50 ℃條件下烘干所有團(tuán)聚體組分，測(cè)定各組分含量。

1.2.4數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)分析采用SPSS13.0軟件，圖表制作采用Sigmaplot10.0軟件。

MWD=（4 000+2 000）/2*A%+（2 000+250）/2*B%+（250+53）/2*C%+（53+0）/2*D%100[14]

式中，MWD為平均重量直徑；A%為>2.000 mm粒徑組分所占重量百分比；B%為2.000～0.250 mm粒徑組分所占重量百分比；C%為0.025～0.053 mm粒徑組分所占重量百分比；D%為<0.053 mm粒徑組分所占重量百分比。

2結(jié)果與分析

2.1土地利用方式對(duì)團(tuán)聚體粒徑分布的影響由可知，水田大團(tuán)聚體粒徑（>0.250 mm）占80%，其中0.250～2.000 mm團(tuán)聚體含量隨土層深度增加而增加，而>2.000 mm粒徑團(tuán)聚體含量變化則相反。旱地團(tuán)聚體粒徑以0.053～2.000 mm粒徑為主，其中以0.250～2.000 mm粒徑所占比例最大，各粒徑團(tuán)聚體受土層深度影響不大。林地大團(tuán)聚體粒徑（>0.250 mm）占95%。當(dāng)土層深度小于20 cm時(shí)，林地以>2.000 mm 粒徑團(tuán)聚體為主，但隨著土層深度的增加，其含量明顯降低，而0.250～2.000 mm團(tuán)聚體含量則明顯增加。撂荒地以大團(tuán)聚體為主，但當(dāng)土層深度大于20 cm時(shí)>2.000 mm團(tuán)聚體含量急劇減小，而 <0.053 mm團(tuán)聚體則急劇增加。

不同土地利用方式土壤有機(jī)碳含量從土地利用方式來看，林地>2.000 mm團(tuán)聚體在0～20 cm土層所占比例達(dá)80%，是水田、撂荒地2倍以上，然而當(dāng)土層深度大于20 cm時(shí)林地與撂荒地>2.000 mm團(tuán)聚體比例明顯下降；水田0.250～2.000 mm團(tuán)聚體所占比例最大，其次為撂荒地、旱地，林地所占比例最小；旱地微團(tuán)聚體所占比例是水田、撂荒地的2倍，相比林地甚至大10倍； 對(duì)于<0.053 mm團(tuán)聚體，旱地與撂荒地所占比例明顯高于水田和林地，相差近4倍。

2.2土地利用方式對(duì)MWD的影響由可知，林地MWD值大于2.000 mm，水田、撂荒地MWD在1.000～1.500 mm間，而旱地MWD值在0.500～1.000 mm之間，說明4種土地利用方式均以大團(tuán)聚體存在。其中，林地土壤剖面MWD值相比水田、旱地、撂荒地分別高50%～100%、117%～223%、78%～168%，特別是隨著土層深度的增加，林地與水田、旱地MWD值差距逐漸增加，直到土層達(dá)到20 cm時(shí)差距達(dá)到最小值，但林地與撂荒地整個(gè)土壤剖面MWD值差距均隨土層深度增加而增加，說明土層深度小于20 cm時(shí)水田、旱地MWD值相比林地隨土層深度增加而減小的幅度較大，而撂荒地MWD值隨土層深度增加而減小幅度均大于林地。水田MWD均大于旱地、撂荒地。當(dāng)土層深度大于10 cm時(shí)，水田MWD值減小幅度大于旱地，而撂荒地在土層深度大于20 cm時(shí)MWD值減小幅度則明顯大于水田。旱地與撂荒地之間除20～40 cm土層外撂荒地MWD值明顯大于旱地。

土地利用方式對(duì)MWD的影響mm

土壤深度∥cm水田旱地林地撂荒地0～51.6110.9312.6401.4805～101.3700.8002.5841.27510～201.2980.8742.6021.21220～401.3090.9302.0180.753

不同土地利用方式式團(tuán)聚體組成2.3土壤有機(jī)碳與團(tuán)聚體相關(guān)關(guān)系分析可知，MWD與有機(jī)碳含量存在0.01水平顯著正相關(guān)，說明有機(jī)碳含量隨著MWD值的增大而增加。然而，土壤中<0.053、0.053～0.250、0.250～2.000 mm粒徑團(tuán)聚體比例則與有機(jī)碳含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中有機(jī)碳含量隨<0.053 mm粒徑團(tuán)聚體比例增加而降低速率最高，相比0.250～2.000 mm粒徑團(tuán)聚體差異達(dá)到6倍，而與>2.000 mm團(tuán)聚體、有機(jī)碳含量間存在0.05水平顯著正相關(guān)。由此可知，>2.000 mm粒徑團(tuán)聚體有助于土壤有機(jī)碳含量的增加，0.250～2.000 mm粒徑團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳含量的影響較小，而<0.053、0.053～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體可能會(huì)抑制土壤有機(jī)碳的積累。

3結(jié)論與討論

已有研究表明，農(nóng)作物種植可為土壤提供大量有機(jī)物質(zhì)，特別是根系腐朽物與滲出物是有機(jī)物質(zhì)的主要來源[15-16]，同時(shí)根系滲出物與其他有機(jī)要素促進(jìn)生成土壤表面活性多糖黏結(jié)物質(zhì)[17-18]。這將有助于細(xì)胞外黏性多糖物

土壤有機(jī)碳與團(tuán)聚體粒徑的線性關(guān)系質(zhì)的生成，從而固定土壤團(tuán)聚體[19-20]，特別是農(nóng)作物生成或誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞外糖、多糖、真菌菌絲等能促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成[18，21]。因此，團(tuán)聚體穩(wěn)定性隨著碳輸入呈線性增加關(guān)系[22]。研究中水田、旱地、林地、撂荒地以大團(tuán)聚體（>0.250 mm）為主，但各土地利用方式間存在較大差異，說明不同土地利用方式對(duì)土壤共享的有機(jī)物質(zhì)含量有關(guān)，同時(shí)土壤深部由于獲得有機(jī)物質(zhì)較少，因此>2.000 mm粒徑團(tuán)聚體比例隨土層深度增加而減小。

水田、林地、撂荒地相比旱地植物殘?bào)w較多，可以為團(tuán)聚體形成提供大量黏結(jié)物質(zhì)，微團(tuán)聚體在黏結(jié)物質(zhì)促進(jìn)下形成大團(tuán)聚體，而林地受人為擾動(dòng)較少，因此大團(tuán)聚體所占比例達(dá)到90%以上，且多為>2.000 mm團(tuán)聚體。雖然水田仍以大團(tuán)聚體為主，但水田每年將受到耕作的影響，導(dǎo)致團(tuán)聚體遭受破壞，并且土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性還決定于有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量、組成與及分解性[23]，因此水田可能因上述原因而導(dǎo)致>2.000 mm粒徑團(tuán)聚體的形成受到影響。旱地因常年耕作，加深團(tuán)聚體破碎，同時(shí)其有機(jī)物質(zhì)獲得數(shù)量較少，導(dǎo)致團(tuán)聚體黏結(jié)物質(zhì)減少，導(dǎo)致微團(tuán)聚體分離出來，使得微團(tuán)聚體含量較多而>2.000 mm團(tuán)聚體含量少。Adesodun等[24]研究表明，耕作使得大團(tuán)聚體（>0.250 mm）組分減小，其中2.000～4.760 mm團(tuán)聚體減少74%，0.250～2.000 mm團(tuán)聚體也減少6%～24%，但<0.250 mm團(tuán)聚體比例隨耕作而增加；Gupta等[25]研究表明，天然林地復(fù)耕后微團(tuán)聚體比例明顯增加；Liu等[26] 研究表明，土壤通過農(nóng)作物覆蓋后增加了MWD值，并且2～6 mm粒徑團(tuán)聚體比例明顯增加；Dapaah等[27]研究也發(fā)現(xiàn)，通過農(nóng)作物還土可增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。

綜上所述，4種土地利用方式均以大團(tuán)聚體（>0.250 mm）為主，其中林地以>2.000 mm團(tuán)聚體為主，水田、旱地、撂荒地以0.250～2.000 mm團(tuán)聚體為主。>2.000 mm粒徑團(tuán)聚體有助于土壤有機(jī)碳含量的增加，0.250～2.000 mm粒徑團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳含量的影響較小，而<0.053、0.053～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體可能會(huì)抑制土壤有機(jī)碳的積累。

42卷23期鄭杰炳等土地利用方式對(duì)紫色丘陵區(qū)土壤團(tuán)聚體的影響參考文獻(xiàn)

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