石雄高, 李曉明, 黨建友, 張慧芋, 張定一, 裴雪霞**

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所 臨汾 041000; 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 太谷 030801; 3.賀州學(xué)院黨委辦公室 賀州 542899)

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元和養(yǎng)分的貯存庫, 在不同土層之間呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律, 對保持土壤肥力、改善土壤性狀、調(diào)節(jié)生態(tài)功能以及促進(jìn)作物吸收利用水肥等發(fā)揮著重要作用。其大小、分布和穩(wěn)定性影響著土壤養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)和微生物活動, 能很好地反映土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況和抗侵蝕能力。灌溉方式是影響土壤結(jié)構(gòu)和性能的重要因素,會造成土壤團(tuán)聚體的動態(tài)分布、穩(wěn)定性和養(yǎng)分水平發(fā)生改變。石灰性褐土呈堿性, 廣泛分布于山西晉中、晉南地帶, 富含速效鉀, 但有機(jī)質(zhì)、有效氮、有效磷含量偏低, 且土壤質(zhì)地黏重、板結(jié)龜裂、耕性較差。故探尋有利于土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的最佳灌溉方式, 對改善石灰性褐土理化性狀和促進(jìn)水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要研究意義。

傳統(tǒng)灌溉方式因水肥施用不科學(xué), 導(dǎo)致土壤板結(jié)、透氣性差, NO-N淋失嚴(yán)重, 易造成土壤酸化、土壤養(yǎng)分失衡以及破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu), 而水肥一體化灌水施肥模式更有利于改善土壤質(zhì)量, 生產(chǎn)、生態(tài)優(yōu)勢顯著。袁德玲等、閻亭廷等對蔬菜的研究發(fā)現(xiàn), 相較于溝灌, 滴灌和滲灌可分別提高0～15 cm、15～45 cm土層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量和大小, 且可改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分性狀, 是保護(hù)性耕地應(yīng)優(yōu)先選擇的灌溉方式。趙英等基于地面漫灌與微噴灌對獼猴桃(Actinedia deliciosa)的研究亦發(fā)現(xiàn), 微噴灌有利于保持土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和肥力水平, 對土壤可持續(xù)發(fā)展有明顯的促進(jìn)作用。而馬建輝等對番茄(Solanum lycopersicum)的研究表明, 膜下滴灌不同灌水控制下限對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其養(yǎng)分、酶活性和球囊霉素均產(chǎn)生影響,土壤水吸力30 kPa是該模式下的最佳灌水控制下限。干濕交替是土壤經(jīng)歷頻繁的水分條件變化過程, 對土壤團(tuán)聚體粒徑分布和穩(wěn)定性等產(chǎn)生重要影響。大量研究表明, 干濕交替影響團(tuán)聚體與顆粒有機(jī)物、微生物群落之間的關(guān)系, 同時改變土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分的循環(huán)。但不同灌溉方式輪換所形成的干濕交替作用對土壤理化特性有何影響, 目前少見報(bào)道。

前人基于不同灌溉方式下對土壤團(tuán)聚體的研究多集中在經(jīng)濟(jì)作物, 而對糧食作物的研究主要是灌溉方式對產(chǎn)量及水肥利用率的影響, 對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及養(yǎng)分因子缺乏系統(tǒng)性研究。本研究在冬小麥(Triticum aestivum)—夏玉米(Zea mays)輪作制度下開展了連續(xù)5年的灌溉方式定位試驗(yàn), 對微噴灌、滴灌、漫灌和輪灌(漫灌與微噴灌輪換) 4種不同處理石灰性褐土土壤團(tuán)聚體分布特征、穩(wěn)定性及養(yǎng)分含量的表現(xiàn)進(jìn)行了差異性分析, 以期為土壤地力保育與可持續(xù)利用, 以及推動水肥一體化技術(shù)從“高端農(nóng)業(yè)”走向普遍、從設(shè)施農(nóng)業(yè)走向大田提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所韓村試驗(yàn)基地, 位于山西省臨汾市堯都區(qū)(36°8′46″N, 111°34′32″E), 海拔419.86 m。該基地屬黃淮麥區(qū)北片, 屬于典型溫帶大陸性半干旱氣候,年均氣溫13.1 ℃,年日照時數(shù)2400 h左右,年降水量452 mm,年蒸發(fā)量2150 mm, 土壤類型為中壤石灰性褐土。從2010年開始連續(xù)11年進(jìn)行冬小麥—夏玉米一年兩熟輪作,且收獲后進(jìn)行秸稈還田處理, 土壤質(zhì)地熟化均勻。2016年定位試驗(yàn)開始時耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量18.70 g?kg, 全氮1.06 g?kg, 堿解氮44.61 mg?kg, 有效磷6.78 mg?kg, 速效鉀128.02 mg?kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田定位試驗(yàn)開始于2016年, 設(shè)連續(xù)微噴灌(SI), 連續(xù)滴灌(DI), 連續(xù)漫灌(FI), 第1、2、5年漫灌與第3、4年微噴灌輪換(RI) 4個處理。采用大區(qū)設(shè)計(jì), 面積60 m×2.5 m=150 m, 大區(qū)間隔30 cm。試驗(yàn)開始前, 在每個大區(qū)劃定3個取樣小區(qū), 并在取樣小區(qū)間設(shè)有固定的物理分隔。每個取樣小區(qū)為1個統(tǒng)計(jì)重復(fù), 每個試驗(yàn)處理共3個統(tǒng)計(jì)重復(fù)。小麥于每年10月10日左右播種, 次年6月15日左右收獲,供試品種為‘良星99’, 行距20.0 cm, 播量225.0 kg?hm。漫灌采用常量灌水施肥, 微噴灌、滴灌采用減量灌水施肥, 具體灌溉及施肥模式見表1和表2。其他栽培管理措施同大田生產(chǎn)。

表1 冬小麥生育期各處理灌水時期及灌水量Table 1 Irrigation stages and amounts of each treatment during winter wheat growth period

表2 冬小麥生育期各處理施肥時期及施肥量Table 2 Fertilization stages and amounts of each treatment during winter wheat growth period

1.3 樣品采集與測定方法

1.3.1 土壤樣品采集方法

于第5年冬小麥拔節(jié)期在試驗(yàn)小區(qū)采用“S”法和 “四分法”進(jìn)行剖面原狀土取樣(2021年3月28日),分0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～50 cm 5個土層。將采集回來的原狀土樣放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行自然風(fēng)干處理, 待4～5 d風(fēng)干后, 剔除殘茬及石礫, 將大塊土樣沿自然結(jié)構(gòu)輕輕掰成10 mm左右的小土塊, 用于土壤團(tuán)聚體的粒級篩分。

1.3.2 土壤樣品測定方法

1.3.2.1 土壤團(tuán)聚體粒徑分布

參考“NYT 1121.19—2008土壤檢測第19部分:土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體組成的測定”方法進(jìn)行土壤團(tuán)聚體粒級篩分。機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體采用干篩法: 稱取250 g風(fēng)干土放入孔徑依次為5 mm、3 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm、0.25 mm的套篩, 在底層放置與其配套的盒子, 利用機(jī)械力篩 分(轉(zhuǎn) 速50 r?min, 時 間1 min)收集各孔徑的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體, 通過計(jì)算得到土壤各粒級和粒徑＞0.25 mm (DR)的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體重量百分比。水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用濕篩法:將干篩法收集到的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體按比例配成100 g, 隨后放入孔徑大小和順序與干篩法相同的套篩, 采用土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析儀進(jìn)行濕篩(轉(zhuǎn)速23 r?min, 時間2 min), 然后將每層篩子上存留的土粒按照粒級大小用蒸餾水洗入鋁盒, 并烘干(溫度60 ℃,時間22 h)稱重, 通過計(jì)算得到土壤各粒級和粒徑＞0.25 mm (WR)的水穩(wěn)性團(tuán)聚體重量百分比。

1.3.2.2 土壤團(tuán)聚體各穩(wěn)定性指標(biāo)計(jì)算

表征土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定水平的各指標(biāo)中, 粒徑＞0.25 mm的團(tuán)聚體重量百分含量(R)、平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、分形維數(shù)(D)采用楊培嶺等的計(jì)算方法, 破壞率(PAD)采用劉文利等的計(jì)算方法, 具體計(jì)算公式為:

式中: R為土壤團(tuán)聚體粒徑r＞0.25 mm的重量百分含量(%), 其中包括DR(機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體)和WR(水穩(wěn)性團(tuán)聚體); M為粒徑r＞0.25 mm團(tuán)聚體的累計(jì)重量(g); M為土壤各粒徑團(tuán)聚體的重量總和(g)。

式中: DR為r＞0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的重量百分含量(%), WR為r＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的重量百分含量(%), PAD為土壤團(tuán)聚體的破壞率(%)。

1.3.2.3 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體養(yǎng)分含量測定

將濕篩法收集到的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(＞0.25 mm)碾碎混勻, 隨后采用KCrO外加熱法、NaHCO浸提-鉬銻抗比色法和火焰光度法分別測定有機(jī)碳、有效磷、速效鉀養(yǎng)分含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和Origin 2018 64 Bit 軟件進(jìn)行作圖, 利用DPS 13.5軟件進(jìn)行Duncan新復(fù)極差法方差分析和多重比較(顯著性水平α=0.05), 運(yùn)用IBM SPSS Statistics 26.0軟件進(jìn)行Pearson系數(shù)法相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式對土壤團(tuán)聚體粒徑分布特征的影響

2.1.1 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體粒徑分布特征

土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體在0～10 cm土層SI、DI和RI處理的優(yōu)勢粒徑均為0.5～1 mm, 而FI處理的優(yōu)勢粒徑為＜0.25 mm (微團(tuán)聚體); 在10～20 cm土層除了SI處理的優(yōu)勢粒徑為0.5～1 mm, 其他3個處理的優(yōu)勢粒徑均為＞5 mm; 在20～50 cm土層各處理的優(yōu)勢粒徑則均為＞5 mm, 其中SI和RI處理的重量百分比均隨土層加深而增大, DI處理亦基本呈現(xiàn)相同趨勢, 而FI處理在40～50 cm土層卻比30～40 cm土層顯著降低9.87% (圖1)。SI、DI和RI處理的＞0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體重量百分比(DR)在0～50 cm土層均隨深度加深而增大, 但FI處理在40～50 cm土層有所降低; SI、DI、FI和RI處理在0～50 cm土層的DR平均值分別為94.02%、94.18%、89.13%和91.36%, 其中SI和DI處理較FI處理分別顯著提高5.48%和5.67% (表3)。

圖1 不同灌溉方式下不同土層土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體構(gòu)成Fig.1 Constitutions of machine-stable aggregates of different soil layers under different irrigation methods

2.1.2 水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布特征

4種灌溉處理在0～50 cm土層的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體優(yōu)勢粒徑均為＜0.25 mm (微團(tuán)聚體), 且其重量百分比呈隨土層加深而增大的趨勢; 但總體上, FI處理的微團(tuán)聚體重量百分比最高(圖2)。從各處理的＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體重量百分比(WR)表現(xiàn)差異來看, 在0～10 cm和30～50 cm土層均以SI和DI處理表現(xiàn)最佳, 較FI和RI處理總體上分別顯著提高5.36%～14.52% (0～10 cm土層)和19.12%～67.49%(30～50 cm土層), 而RI處理除了在40～50 cm土層與FI處理差異不顯著, 在0～10 cm和30～40 cm土層則分別顯著高于FI處理6.68%和23.52%; 在10～20 cm土層以DI處理最高, 較FI和RI處理顯著提高7.07%和9.96%; 在20～30 cm土層以RI處理最高, 顯著比其他3個處理高11.93%～51.10%; 此外, SI、DI和RI處理在0～50 cm土層的WR平均值較FI處理顯著提高8.37%～18.78%, 而SI和DI處理又顯著高于RI處理5.05%～9.61% (表3)。

表3 不同灌溉方式下不同土層土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性指標(biāo)Table 3 Soil aggregates stability indexes of different soil layers under different irrigation methods

圖2 不同灌溉方式下不同土層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體構(gòu)成Fig.2 Constitutions of soil water-stable aggregates of different soil layers under different irrigation methods

2.2 不同灌溉方式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

2.2.1 平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)

MWD在0～10 cm和10～20 cm土層分別以DI和SI處理最高, 對應(yīng)土層的其他3個處理間則差異不顯著; 在20～30 cm土層SI和RI均顯著高于DI、FI處理, 但DI較FI處理顯著提高10.78%; 在30～50 cm土層均以SI和DI處理最高, 而RI在30～40 cm土層又顯著高于FI處理8.77% (表3)。GMD在0～10 cm和30～40 cm土層均以DI處理最高, 分別顯著高于FI處理21.88%和14.29%; 在10～20 cm土層以SI處理最高, 較FI處理顯著提高16.05%; 在20～30 cm土層以RI處理最高, 分別顯著高于SI、DI和FI處理10.91%、27.08%和17.31%; 在40～50 cm土層均以SI和DI處理最高, 較FI、RI處理分別顯著提高17.65%、17.65%和20.59%、20.59% (表3)。

2.2.2 破壞率(PAD)和分形維數(shù)(D)

PAD在0～10 cm土層各灌溉處理間不存在顯著差異; 在10～20 cm土層以FI處理顯著低于RI處理;在20～30 cm土層以RI處理最低; 在30～50 cm土層的差異趨勢均以SI和DI處理最低, 而RI處理在30～40 cm土層又顯著低于FI處理7.33% (表3)。D在0～10 cm土層SI、DI和RI處理均顯著低于FI處理; 在10～20 cm土層各處理間差異不顯著; 在20～30 cm土層以RI處理最低, SI處理次之; 在30～40 cm土層以SI處理最低, DI處理次之; 在40～50 cm土層SI和DI處理均顯著低于FI和RI處理(表3)。

2.3 不同灌溉方式對土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(＞0.25 mm)養(yǎng)分含量的影響

水穩(wěn)性大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量在0～50 cm土層4種灌溉處理均隨深度加深而下降, 尤其在10～30 cm土層下降速度較快, 但以FI處理下降速度最快(圖3a)。各處理的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體有效磷含量在0～50 cm土層均隨深度加深而降低, 其中在0～30 cm土層下降較為迅速, 在30～50 cm土層下降速度較為緩慢(圖3b)。不同處理的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體速效鉀含量在深層土壤均有反增趨勢, 但出現(xiàn)的土層和反增的幅度不盡相同; 其中SI和DI處理的反增區(qū)間為20～50 cm土層, FI和RI處理的反增區(qū)間為30～50 cm土層,且以DI處理的反增幅度最大, SI處理次之, 但RI處理的反增幅度又顯著高于FI處理(圖3c)。

圖3 不同灌溉方式下土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(＞0.25 mm)有機(jī)碳、有效磷和速效鉀含量Fig.3 Contents of organic carbon, available phosphorus and available potassium of soil water-stable macro aggregate (＞0.25 mm) under different irrigation treatments

各處理的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量在0～10 cm和40～50 cm土層均以SI處理最高, 分別顯著高于FI、RI處理5.70%、7.84%和15.31%、6.10%, 但DI和RI處理在40～50 cm土層又較FI處理分別顯著提高14.03%和8.67%; 在10～20 cm和30～40 cm土層均以SI和DI處理最高, 其中RI處理在10～20 cm土層又顯著高于FI處理8.93%; 在20～30 cm土層SI、DI和RI處理均顯著高于FI處理, 分別提高35.10%、35.40%和29.05% (圖3a)。水穩(wěn)性大團(tuán)聚體有效磷含量在0～50 cm土層均以SI處理最高, 但DI處理在0～50 cm土層亦均顯著高于FI和RI處理, RI處理在10～50 cm土層又顯著高于FI處理。其中在0～10 cm土層, SI和DI處理分別顯著高于FI、RI處理51.25%、43.66%和32.98%、26.31%; 在10～30 cm土層, SI、DI和RI處理較FI處理分別顯著提高136.42%、99.16%和45.26% (10～20 cm), 172.12%、120.67%和43.27%(20～30 cm) (圖3b)。水穩(wěn)性大團(tuán)聚體速效鉀含量除了在20～30 cm土層僅以SI處理最高, 在其他土層均以SI和DI處理顯著高于FI和RI處理, 而RI處理在0～10 cm和40～50 cm土層亦均顯著高于FI處理。其中在30～40 cm土層, SI和DI處理較FI、RI處理分別顯著高25.71%、19.85%和32.28%、26.12%; 在40～50 cm土層, SI、DI和RI處理分別顯著高于FI處理28.51%、34.14%和12.11% (圖3c)。

2.4 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征、穩(wěn)定性及養(yǎng)分含量的相關(guān)分析

由表4知, 土層與WR、MWD、GMD、水穩(wěn)性大團(tuán)聚體養(yǎng)分含量(＞0.25 mm)均存在極顯著負(fù)相關(guān), 與PAD和D均存在極顯著正相關(guān), 表征隨著土層的加深, 土壤WR逐漸減少, 穩(wěn)定性逐漸減弱,且養(yǎng)分含量逐漸降低。WR與MWD、GMD、水穩(wěn)性大團(tuán)聚體養(yǎng)分含量均存在極顯著正相關(guān), 與PAD和D均存在極顯著負(fù)相關(guān), 說明土壤WR越大, 團(tuán)聚體越穩(wěn)定, 養(yǎng)分含量也越高。MWD、GMD之間均存在極顯著正相關(guān), 與PAD和D均存在極顯著負(fù)相關(guān), 而PAD與D之間存在極顯著正相關(guān), 表明各穩(wěn)定性指標(biāo)之間存在很好的相關(guān)性, 能有力說明水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定狀況。同時, 水穩(wěn)性大團(tuán)聚體有機(jī)碳和有效磷含量與MWD、GMD均存在極顯著正相關(guān), 與PAD和D均存在極顯著負(fù)相關(guān), 其中速效鉀含量則除了與MWD存在顯著正相關(guān), 與其他穩(wěn)定性指標(biāo)的相關(guān)性和有機(jī)碳、有效磷含量的表現(xiàn)一致?？梢娝€(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定水平越高, 其土壤肥力狀況越好。

表4 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征、穩(wěn)定性及養(yǎng)分含量相關(guān)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of correlation analysis result among distribution characteristics, stability and nutrient contents of soil water-stable aggregates

3 討論

3.1 不同灌溉方式對土壤團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性的影響

優(yōu)勢粒徑是指所有粒級團(tuán)聚體中含量最高的那一組粒徑, 對土壤團(tuán)聚體的分布特征而言具有代表性。＞0.25 mm團(tuán)聚體稱為大團(tuán) 聚 體, 其 含量(DR或WR)通常可以用來判別土壤結(jié)構(gòu)的好壞和表征土壤團(tuán)聚體的分布狀況。田間水肥管理措施是土壤結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 水肥用量和次數(shù)直接影響土壤質(zhì)量。本研究發(fā)現(xiàn), 微噴灌、滴灌可以優(yōu)化土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體構(gòu)成,促進(jìn)大團(tuán)聚體形成和降低微團(tuán)聚體含量, 使其具有較好的粒徑分布規(guī)律, 而輪灌相較于漫灌具有一定的優(yōu)化和改善作用。這可能是由于本試驗(yàn)中微噴灌、滴灌采用可調(diào)控的動態(tài)水肥一體化灌水施肥模式,霧化程度高、灌水均勻, 有效降低了田間蒸發(fā), 進(jìn)而促進(jìn)耕層土壤水、肥、氣、熱協(xié)調(diào), 改善土壤結(jié)構(gòu)和性狀, 以及提高土壤大團(tuán)聚體含量。而輪灌在某些年份采用了可根據(jù)作物和土壤水肥需求規(guī)律進(jìn)行動態(tài)調(diào)控灌水施肥額度與頻次的微噴灌水肥耦合技術(shù), 具有顯著的生產(chǎn)、生態(tài)優(yōu)勢, 且漫灌與微噴灌輪換已達(dá)5年, 形成了較多的干濕交替次數(shù), 可促進(jìn)粒徑＜0.2 mm的微團(tuán)聚體向粒徑為0.2～1 mm的團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化, 故其團(tuán)聚體粒徑分布特征總體上優(yōu)于漫灌。但目前基于輪灌對土壤團(tuán)聚體的研究未見報(bào)道,其影響機(jī)制尚未明確, 還需在今后的試驗(yàn)中進(jìn)一步研究。

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性對土壤結(jié)構(gòu)的抗侵蝕能力和質(zhì)地狀況產(chǎn)生直接影響, 可以從WR、MWD、GMD、PAD和D這些指標(biāo)進(jìn)行評價。一般認(rèn)為, WR、MWD和GMD越大, 土壤團(tuán)聚體分布狀況越好、穩(wěn)定性越強(qiáng); 而PAD和D越小, 土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定水平越高、抗蝕能力越強(qiáng)。本研究結(jié)果顯示, 微噴灌和滴灌在0～50 cm土層有效提高了WR、降低了D, 且MWD、GMD總體上高于漫灌和輪灌, 并在30～50 cm土層顯著降低了PAD, 而漫灌和輪灌的這些穩(wěn)定性指標(biāo)受土層深度影響較大,但輪灌相對于漫灌則起到了較好的改善效果。這與已有研究結(jié)果基本一致, 即在0～50 cm土層水肥一體化模式下WR、MWD、GMD均大于傳統(tǒng)漫灌, D則小于傳統(tǒng)漫灌。這可能是由于漫灌易使水肥在深層土壤滲漏和淋失, 導(dǎo)致土壤膠結(jié)物質(zhì)和可溶性礦物減少。而這2種物質(zhì)直接決定土壤的團(tuán)聚程度, 因此連續(xù)漫灌不利于深層土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定。輪灌相較于漫灌的改善機(jī)理, 除了與水肥一體化技術(shù)動態(tài)調(diào)控、少量多次的田間水肥管理措施所產(chǎn)生的生態(tài)效益有關(guān), 可能還與連續(xù)輪灌增加了干濕交替次數(shù)有關(guān), 進(jìn)而改善土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定狀況。

3.2 不同灌溉方式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體養(yǎng)分含量的影響

有機(jī)碳和速效鉀是土壤團(tuán)聚體的重要膠結(jié)物質(zhì),有效磷可以促進(jìn)Al和Ca的黏結(jié)作用, 這些養(yǎng)分因子對土壤的團(tuán)聚作用和團(tuán)聚體的形成, 以及提高土壤肥力水平和固碳能力至關(guān)重要。不同粒級的土壤團(tuán)聚體在礦質(zhì)養(yǎng)分的保持、供應(yīng)及轉(zhuǎn)化能力等方面發(fā)揮著不同的作用。

在本研究中, 發(fā)現(xiàn)微噴灌、滴灌在0～50 cm土層有利于土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(＞0.25 mm)固碳和提高其有效磷、速效鉀含量, 尤其在提高0～30 cm土層有效磷含量和30～50 cm土層速效鉀含量上效果更為顯著, 輪灌的總體表現(xiàn)優(yōu)于漫灌, 但比微噴灌和滴灌弱。趙英等研究發(fā)現(xiàn), 微噴灌水肥一體化處理在0～50 cm土層的大團(tuán)聚體含量及其所固持的氮磷鉀總量均高于地面漫灌, 具有較好的土壤保肥能力。谷月等對長期覆膜滴灌區(qū)域土壤的研究認(rèn)為, 有機(jī)物料還田且膜下滴灌條件下, 土壤各粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳含量較對照組可提高1.01～2.67倍。這些結(jié)果與本研究相似, 可能是由于大田漫灌和肥料撒施更容易使施用在地面的氮磷鉀肥隨灌水向地下運(yùn)移, 造成速效養(yǎng)分深層淋溶或浸出土壤而被損失, 進(jìn)而導(dǎo)致土壤肥力和固碳能力下降。而微噴灌、滴灌可根據(jù)作物水肥需求規(guī)律和土壤水分、養(yǎng)分狀況, 均勻、定時、定量地將水溶肥營養(yǎng)液直接輸送到作物的根部和葉部, 進(jìn)而使土壤能夠在作物關(guān)鍵生育期保持充足的水肥供應(yīng)能力, 因此有利于提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體養(yǎng)分含量。此外, 干旱可能會限制植物生長和微生物活性, 降低土壤養(yǎng)分的分解速率,而干濕交替則會加速土壤養(yǎng)分的循環(huán)和不穩(wěn)定養(yǎng)分的釋放, 進(jìn)而提高土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分含量, 故輪灌相較于漫灌而言, 可在一定程度上改善土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體養(yǎng)分水平。

3.3 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征、穩(wěn)定性及養(yǎng)分含量的相關(guān)性

本研究的相關(guān)分析結(jié)果顯示, 土層與WR、MWD、GMD和水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(＞0.25 mm)養(yǎng)分含量均存在極顯著負(fù)相關(guān), 與PAD和D均存在極顯著正相關(guān); 各穩(wěn)定性指標(biāo)之間均存在極顯著正相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān), 且與水穩(wěn)性大團(tuán)聚體養(yǎng)分含量亦均存在極顯著正相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān)[除水穩(wěn)性大團(tuán)聚體速效鉀含量與MWD存在顯著正相關(guān), 可能是由于本研究供試土壤為石灰性褐土, 富含K、Ca、Mg等膠結(jié)物質(zhì), 且土壤孔隙度一般在0～30 cm土層比30～50 cm土層大, 故速效鉀在0～30 cm土層易受到重力作用而隨水分向下運(yùn)移、下降速度較快,在30～50 cm土層因孔隙度變小、下滲能力減弱, 容易被膠結(jié)物質(zhì)螯合吸附起來, 因此較20～30 cm土層出現(xiàn)反增的趨勢(圖3), 而MWD在20～50 cm土層卻呈現(xiàn)隨土壤深度增加而減小的趨勢(表3)]。這與馬建業(yè)等、Sarker等、于文竹等的研究結(jié)果基本一致。但馬建輝等對膜下滴灌的研究認(rèn)為, 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定水平與有機(jī)碳存在極顯著正相關(guān), 與全氮存在正相關(guān), 而與全磷存在顯著負(fù)相關(guān)。這可能是由于膜下滴灌土壤常年處于半封閉狀態(tài),膜內(nèi)具有較高的溫度、濕度和蒸發(fā)量, 缺少雨水的淋洗和高強(qiáng)度的復(fù)種等原因, 導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞和性能退化。

4 結(jié)論

不同灌溉方式對土壤團(tuán)聚體分布特征、穩(wěn)定性及養(yǎng)分含量的影響存在顯著差異。各處理的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體在0～20 cm土層的優(yōu)勢粒徑不盡相同,在20～50 cm土層均以＞5 mm為優(yōu)勢粒徑, 水穩(wěn)性團(tuán)聚體在0～50 cm土層則均以＜0.25 mm為優(yōu)勢粒徑。微噴灌和滴灌相較于漫灌和輪灌更有利于促進(jìn)大團(tuán)聚體形成和降低微團(tuán)聚體含量, 提高水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定水平、養(yǎng)分含量及固碳能力, 而漫灌和輪灌受土層深度影響較大, 但是輪灌的總體效果優(yōu)于漫灌。表明水肥一體化灌水施肥模式具有較好的土壤質(zhì)地改良、肥力提升、減排固碳等生態(tài)效益, 而輪灌由于在冬小麥某些生長季具備微噴灌的生態(tài)優(yōu)勢, 并可促進(jìn)土壤干濕交替, 相較于漫灌具有一定的改善作用。本研究結(jié)果可為山西石灰性褐土地區(qū)地力保育與可持續(xù)利用, 以及推動水肥一體化技術(shù)從“高端農(nóng)業(yè)”走向普遍、從設(shè)施農(nóng)業(yè)走向大田提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。但目前基于不同灌溉方式對麥田土壤團(tuán)聚體的研究較少, 對輪灌的研究則未見報(bào)道, 相關(guān)的影響機(jī)制還需在今后的試驗(yàn)中進(jìn)一步明確。