馮珍 董莉麗 胡丹

摘要 [目的] 研究渭北旱地退耕還林工程在提高土壤質(zhì)量和改善土壤結(jié)構(gòu)方面的作用。[方法]選取位于渭北旱塬的長(zhǎng)武縣馬坊村人工林地、荒地和農(nóng)地3種土地利用類型，利用快速濕潤(rùn)法測(cè)定表層土壤各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分含量，并測(cè)定全土樣和水穩(wěn)性團(tuán)聚體各組分的有機(jī)質(zhì)和速效磷含量。[結(jié)果]水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑、幾何平均直徑和土壤有機(jī)質(zhì)含量在林地和荒地較農(nóng)地大。有機(jī)質(zhì)和速效磷含量在粒級(jí)<0.05 mm的土壤團(tuán)聚體中最小，0.5～0.1 mm土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量最高， 0.2～0.5 mm土壤團(tuán)聚體速效磷含量最高。[結(jié)論]農(nóng)地轉(zhuǎn)化為人工林地后，土壤質(zhì)量具有不同程度的提高，且小粒級(jí)團(tuán)聚體向大粒級(jí)轉(zhuǎn)化。土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量主要分布在較大粒級(jí)的水穩(wěn)性團(tuán)聚體中，并隨著粒級(jí)由小變大，二者先增大后略微減少。

關(guān)鍵詞 水穩(wěn)性團(tuán)聚體； 土壤有機(jī)質(zhì)； 退耕還林

中圖分類號(hào) S153.6+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）31-10947-03

Effects of Converting Farmland to Forest or Grassland on Soil Organic Matter and Soil Water Stable Aggregates

FENG Zhen，DONG Lili*，HU Dan （College of Tourism and Resource Environment，Xianyang Normal University，Xianyang，Shaanxi 712000）

Abstract [Objective] The functions of returning farmland to forests or grassland on improving soil quality and structure were studied in Weibei dry land.[Method] Selecting three landuses types including planted forest，waste land and crop land from Mafang Village of Changwu County at Weibei dryland， the percentage of water stable aggregates with different sizes was measured by fast wetting and soil organic matter and available phosphorus of whole soil samples and water stable aggregates with different sizes were measured.[Results] Mean weight diameter，geometric mean diameter of water stable aggregates and content of soil organic matter were higher at forest and waste land than those of crop land.The content of soil organic matter and available phosphorus was the least at water stable aggregate whose size was smaller than 0.05 mm and was the highest at 0.5-0.1 and 0.2-0.5 mm water stable aggregate respectively.[Conclusion] Soil quality was improved with different degree and smaller size aggregate was transformed to larger one after crop land converting to forest.Soil organic matter and available phosphorus were distributed mainly in larger water stable aggregates，which were increased firstly and then decreased slightly with the increase of grade size.

Key words Soil water stable aggregates； Soil organic matter； Converting farmland to forest or grassland

土壤是地球表層最大的有機(jī)碳庫，在全球碳循環(huán)中起著關(guān)鍵作用^[1]。土地利用方式影響土壤的功能和性質(zhì)，能增加或降低土壤碳的數(shù)量，并且改變微生物多樣性，使得土壤成為碳的源或匯，從而影響大氣中CO2濃度。自1950年以來，各級(jí)政府開展了大量的退耕還林等生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作。研究退耕還林對(duì)土壤碳固定及其養(yǎng)分和水穩(wěn)性的影響，不僅可以豐富土壤科學(xué)的研究?jī)?nèi)容，而且可以評(píng)價(jià)退耕還林工程在提高土壤質(zhì)量、增加水分入滲、減少土壤流失等方面產(chǎn)生的效益。

土壤質(zhì)量是與土壤的各種形成因素及土壤耕作引起的動(dòng)態(tài)變化有關(guān)的一種固有的土壤屬性^[2]。土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和土壤養(yǎng)分狀況有多重影響，對(duì)土壤資源的可持續(xù)利用非常重要^[3]。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量的核心，也是土壤團(tuán)聚體與土壤功能體現(xiàn)的基礎(chǔ)^[4]。土壤團(tuán)聚體的組成及其基本特征是決定土壤侵蝕、壓實(shí)、板結(jié)等物理過程與作用的關(guān)鍵指標(biāo)之一，是土壤肥力的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)^[5]。穩(wěn)定性土壤團(tuán)聚體可維持較好的土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善土壤通氣性，增加水分入滲，減少地表徑流與侵蝕^[6]。土壤團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳穩(wěn)定和保護(hù)的載體。土壤有機(jī)碳的固定效應(yīng)與團(tuán)聚體的保護(hù)機(jī)制密切相關(guān)，因而有關(guān)不同土地利用方式對(duì)有機(jī)碳在土壤團(tuán)聚體中的分布及其變化的影響研究備受關(guān)注^[4]。董莉麗等^[7-8]研究退耕還林工程對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響及水穩(wěn)性團(tuán)聚體不同粒級(jí)土壤有機(jī)質(zhì)含量。馬瑞萍等^[9]研究認(rèn)為，土壤有機(jī)碳含量和酶活性在團(tuán)聚體間均表現(xiàn)為隨團(tuán)聚體粒級(jí)的增大而增大或先增大再減少的趨勢(shì)，并且認(rèn)為土壤微團(tuán)聚體中有機(jī)碳主要以腐殖質(zhì)碳的形態(tài)存在。而周純亮等^[4]研究認(rèn)為，各森林類型同土層不同粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量隨粒徑大小變化，團(tuán)聚體粒徑越小，有機(jī)碳含量越高?？梢?，土壤有機(jī)質(zhì)在不同粒級(jí)團(tuán)聚體中的變化規(guī)律還不明確。筆者測(cè)定了長(zhǎng)武縣馬坊村6塊樣地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量，并且計(jì)算了水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）及不同樣地和不同粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)和速效磷的含量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省咸陽市長(zhǎng)武縣馬坊村，氣候類型屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年均氣溫9.1 ℃，無霜期171 d，多年平均降水量584 mm，春季少雨，夏季多雨，主要集中在7～9月，土壤類型為黑壚土^[10]。該次野外調(diào)查共選取6個(gè)樣地，包括栽種15、25年的刺槐（Robinia pesudoacacia）林地、25年的核桃（Juglans regia）林地及10、1年的自然撂荒地，并且以農(nóng)用地為對(duì)照。

1.2 采樣及測(cè)定方法

土壤樣品的采集、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的測(cè)定方法見參考文獻(xiàn)[7]；土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）；速效磷含量的測(cè)定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提比色法。所用試劑及測(cè)定步驟見參考文獻(xiàn)[11]。

1.3 計(jì)算方法 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑的計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 退耕還林對(duì)土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性的影響

由圖1可知，不同粒級(jí)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚百分含量在不同樣地差異較大。農(nóng)地土壤團(tuán)聚體在快速濕潤(rùn)后，大部分被分散為小團(tuán)聚體，<0.10 mm團(tuán)聚體為66.10%，說明農(nóng)地土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性差^[7]。農(nóng)地退耕后，>2.00 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量具有不同程度的增加，在25年刺槐林地、25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地分別為7.71%、44.61%、12.03%、9.65%，相對(duì)農(nóng)地分別增加了31.59%、651.88%、105.31%和64.66%。

平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是反映土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。MWD和GMD作為土壤團(tuán)聚體狀況的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)已被廣泛使用^[13]。MWD 和GMD 越大，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越大，土壤抗侵蝕能力越強(qiáng)。由圖2可知，MWD在25年核桃林地最大，為1.85 mm，是農(nóng)地的5.60倍，在農(nóng)地和1年荒地中最小，分別為0.33和0.32。MWD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中分別為0.67、0.68和0.55 mm，相對(duì)農(nóng)地分別增加了103.03%、106.06%和66.67%。GMD在25年核桃林地中最大，為0.78 mm，是農(nóng)地的8.67倍，在農(nóng)地和1年荒地中最小，分別為0.09和0.10 mm。GMD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中分別為0.23、0.17和0.15 mm，相對(duì)農(nóng)地分別增加了155.56%、88.89%和66.67%?？梢?，退耕還林還草使得土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性提高，進(jìn)而提高了土壤的抗蝕性，并且恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，土壤抗侵蝕能力越強(qiáng)^[14]。

3 結(jié)論與討論

研究表明，>2.00 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體百分含量及其平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑在25年核桃林地最大，在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中次之，在1年荒地和農(nóng)地中最小?？梢?，相對(duì)農(nóng)用地，幾種人工林地和多年撂荒地土壤團(tuán)聚體更加穩(wěn)定，土壤吸持水分和抗侵蝕的能力更強(qiáng)。農(nóng)地退耕后，小粒級(jí)團(tuán)聚體向大粒級(jí)團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化。土壤有機(jī)質(zhì)含量在25年刺槐林地中最大，在農(nóng)地最小。這主要是由于地上植物的枯枝落葉是土壤有機(jī)碳的主要來源之一，地表植物的生長(zhǎng)狀況和生物量影響土壤有機(jī)碳含量^[9]。而農(nóng)地耕種、除草、施肥、收獲等人為干擾頻繁，導(dǎo)致地表植被、凋落物數(shù)量少。一方面，有機(jī)質(zhì)的歸還量減少；另一方面，加速土壤有機(jī)碳的分解，最終使得土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，進(jìn)而影響土壤中團(tuán)聚體的穩(wěn)定性?？梢姡袡C(jī)質(zhì)分解加快或補(bǔ)充減少是導(dǎo)致團(tuán)聚體穩(wěn)定性下降和水穩(wěn)定團(tuán)聚體減少的主要原因^[4]。土壤速效磷含量在25年刺槐林地中最大，而在農(nóng)地和1年荒地中大于25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地。這主要與農(nóng)地使用磷肥有關(guān)。周純亮等^[4]認(rèn)為，不同森林類型下各層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大致呈“V”字形分布，從>5.00 mm 至 0.25～0.50 mm，團(tuán)聚體粒徑越小，有機(jī)碳含量越高。李娟等^[15]研究認(rèn)為，隨團(tuán)聚體粒徑的降低，各土地利用方式下團(tuán)聚體活性有機(jī)碳含量呈現(xiàn)“W”形分布，以2.00～1.00 mm和0.50～0.25 mm團(tuán)聚體最低。而研究中，粒級(jí)<0.05 mm的土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)和速效磷含量最

小，分別為11.24和11.83 mg/kg。0.50～0.10 mm土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量最高，為34.61 mg/kg。0.20～0.50 mm土壤團(tuán)聚體速效磷含量最高，為21.82 mg/kg。可見，不同粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳累積的影響研究所得結(jié)論不一致。這可能與土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的測(cè)定方法及粒徑分級(jí)不同有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1]

張金波，宋長(zhǎng)春.土地利用方式對(duì)土壤碳庫影響的敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].生態(tài)環(huán)境，2003，12（4）：500-504.

[2] 趙其國，孫波，張?zhí)伊?土地質(zhì)量的定義及評(píng)價(jià)方法[J].土壤，1997（3）：113-120.

[3] SU Y Z，LIU W J，YANG R，et al.Changes in soil aggregate，carbon，and nitrogen storages following the conversion of cropland to alfalfa forage land in the marginal oasis of Northwest China[J].Environmental Management，2009，43：1061-1070.

[4] 周純亮，吳明.中亞熱帶四種森林土壤團(tuán)聚體及其有機(jī)碳分布特征[J].土壤，2011，43（3）：406-410.

[5] RATTAN L.Physical management of soils of the tropics； priorities for the 21 century [J].Soil Science，2000，165：191-207.

[6] MOEBIUSCLUNEB N，VAN ES H M，LDOWU O J.Longterm soil quality degradation along a cultivation chronosequence in western Keyna[J].Agriculture，Ecosystems and Environment，2011，4：80-99.

[7] 董莉麗，陳益娥，李曉華.吳起縣退耕還林對(duì)土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性和養(yǎng)分含量的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2014，50（5）：140-146.

[8] 董莉麗.渭北旱塬植被恢復(fù)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響[J].干旱區(qū)研究，2014，31（4）：709-714.

[9] 馬瑞萍，安韶山，黨廷輝，等.黃土高原不同植物群落土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳和酶活性研究[J].土壤學(xué)報(bào)，2014，51（1）：104-113.

[10] 王旭剛，郝明德，張春霞，等.王東溝小流域土壤養(yǎng)分變化研究[J].水土保持研究，2003，10（1）：78-80.

[11] 中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978.

[12] ZHOU H，LU Y Z，YANG Z C，et al.Influence of conservation tillage on soil aggregates features in north china plain[J].Agricultural Sciences in China，2007，6（9）：1099-1106.

[13] 祁迎春，王益權(quán)，劉軍，等.不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體組成及幾種團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)的比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（1）：340-347.

[14] 馬祥華，焦菊英，白文娟.黃土丘陵溝壑區(qū)退耕植被恢復(fù)地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體聚集的變化特征[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23（3）：69-74.

[15] 李娟，廖洪凱，龍健，等.喀斯特山區(qū)土地利用對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳和活性有機(jī)碳特征的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（7）：2147-2156.