蔣 靜，周運(yùn)超，杜光平

(貴州大學(xué)林學(xué)院，貴州貴陽550025)

土壤團(tuán)聚體即土壤結(jié)構(gòu)，是指土壤所含的大小不同、形狀不一、有不同孔隙度和機(jī)械穩(wěn)定性及水穩(wěn)性的團(tuán)聚體總和，它是由膠體的凝聚、膠結(jié)和黏結(jié)作用而相互聯(lián)接的土壤原生顆粒組成的。土壤結(jié)構(gòu)性是土壤的重要物理性質(zhì)，它直接影響著土壤的肥力和農(nóng)作物的生長。因?yàn)榱己玫耐寥澜Y(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)目讖椒植?即在一定容積中各種孔徑的數(shù)量)，可以協(xié)調(diào)土壤中的水、肥、氣、熱等，為作物提供一個(gè)健壯生長的土壤環(huán)境［1］。有的專家把土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)叫“土壤肥力調(diào)節(jié)器”［2］。土壤團(tuán)聚體可分為水穩(wěn)性和非水穩(wěn)性兩種，各土樣之間風(fēng)干團(tuán)聚體的差異不大，而水穩(wěn)性團(tuán)聚體有較大變化，因此各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的比例應(yīng)能較好地反映土壤團(tuán)聚體的質(zhì)量。

貴州地處我國西南喀斯特地區(qū)的核心地帶，是石漠化十分嚴(yán)重的地區(qū)，水土流失與土地退化已成為制約這一區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。有研究表明:隨著喀斯特地區(qū)石漠化進(jìn)程的加快，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量明顯降低，抗蝕性和蓄水性削弱，土壤顆粒砂化更加明顯［3］;土壤理化性質(zhì)的變壞與石漠化過程形成相互促進(jìn)的正反饋關(guān)系，并在退化方向和階段上具有一致性和同步性［4］;巖溶坡地次生灌叢林地開墾后，土壤有機(jī)質(zhì)補(bǔ)充減少，礦化速度加快，腐殖質(zhì)品質(zhì)降低，是水穩(wěn)性團(tuán)聚體、水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低的主要原因［5］。

針對(duì)土壤結(jié)構(gòu)影響因素方面的研究近年來開展得比較多，關(guān)于喀斯特地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)的研究也開始興起，并取得了很多的成就，但這些研究多是集中在土地利用方式對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響方面，很少深入研究影響土壤結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素。內(nèi)在物質(zhì)含量不同，土壤的物理性質(zhì)差異很大。在土壤結(jié)構(gòu)的形成中，土壤的膠體(有機(jī)膠體、無機(jī)膠體、有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體)起到了至關(guān)重要的作用，研究膠體的組成無疑成為認(rèn)識(shí)土壤結(jié)構(gòu)的好途徑，可以讓我們更好地了解水土流失的機(jī)理，找到治理水土流失的一些新方法。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

貴陽市位于貴州省中部，喀斯特面積占全市面積的85%。花溪區(qū)在貴陽市南郊(106°27'—106°52'E，26°11'—26°34'N)，地處黔中山原盆地，最高海拔1655.9 m，最低海拔999 m，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年均氣溫15.2℃，年降水量1178 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1214.6 h，相對(duì)濕度85%，具有冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑、氣候溫和、雨量充沛、雨熱同季的特點(diǎn)。母巖以碳酸鹽巖(石灰?guī)r)為主，土壤為石灰土。植被為中亞熱帶濕潤常綠闊葉林，自然植被以殼斗科(Fagaceae)、樟科(Lauraceae)和山茶科(Theaceae)植物為主，次生植被有楊梅(Myrica rubra)、光皮樺(Betula luminifera)、柏木(Cpuressus funebris)、女貞(Ligustrum lucidum)、桃(Prunus persica)、李(Prunus salicina)、火棘(Pyracantha fortuneana)和粗葉懸鉤子(Rubus alceaefolius)等。

1.2 試驗(yàn)方法

土壤采自貴州省貴陽市花溪區(qū)花溪水庫典型純質(zhì)石灰?guī)r發(fā)育土壤上的喬木林地。采用多點(diǎn)采樣，按四分法取樣，樣品采集深度分0—5和5—20 cm兩個(gè)層次，每一點(diǎn)采集的土樣厚度、深淺、寬窄大體一致;采集原狀土樣時(shí)，應(yīng)先采集5—20 cm土壤層的，再采集0—5 cm土壤層的。采集5個(gè)樣地兩個(gè)層次的土壤樣品共10個(gè)。土樣在室內(nèi)風(fēng)干后，用干篩法和濕篩法分別測定 ＞5、5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25 mm 的各級(jí)風(fēng)干團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(沙維諾夫法)。對(duì)濕篩后的各級(jí)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行碳水化合物、胡敏酸、游離氧化鐵鋁、非晶質(zhì)氧化鐵鋁和鈣、鎂含量測定。碳水化合物總量用直接測定法［6］，胡敏酸用焦磷酸鈉提?。劂t酸鉀法測定［7］，游離和非晶質(zhì)氧化鐵鋁用光度法測定［8］，鈣和鎂的含量用EDTA滴定法測定。各級(jí)團(tuán)聚體在膠體提取后，立即濕篩，進(jìn)行各種膠體對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性影響的測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 團(tuán)聚體干濕篩表征的土壤組成性質(zhì)

由表1可見，純石灰?guī)r喬木林土壤干篩團(tuán)聚體含量均很高，干篩后，兩個(gè)土壤層次的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量平均為97.5%;5 個(gè)樣地土壤 ＞ 5、5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25、＜0.25 mm的干篩團(tuán)聚體平均含量分別為72.8%、11.3%、5.1%、4.6%、3.8%、2.5%;土壤經(jīng)干篩后，團(tuán)聚體組成以大粒徑為主，小粒級(jí)團(tuán)聚體含量低。說明土壤各粒級(jí)風(fēng)干團(tuán)聚體分布不均勻，較大團(tuán)聚體含量多，團(tuán)聚性好［9］。

由表2可見，土壤經(jīng)濕篩后，各級(jí)團(tuán)聚體含量減少得不是很明顯，各級(jí)中＞0.25 mm團(tuán)聚體平均含量占本粒級(jí)團(tuán)聚體總量的比例都在90%以上;在各粒級(jí)濕篩后，本身這一粒級(jí)的團(tuán)聚體含量占絕對(duì)多數(shù)，分解的團(tuán)聚體隨粒級(jí)的逐漸遞減含量也逐漸減少。各粒級(jí)分解的＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量規(guī)律性不是很強(qiáng)，在0—5和5—20 cm兩個(gè)層次中的差異也不明顯。從標(biāo)準(zhǔn)差來看，＞5 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體標(biāo)準(zhǔn)差都很大，在兩個(gè)土壤層次上標(biāo)準(zhǔn)差大體上表現(xiàn)為隨著粒級(jí)減小而減小。

表1 土壤干篩團(tuán)聚體組成

表2 土壤濕篩團(tuán)聚體組成

2.2 影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素

2.2.1 碳水化合物對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

從表3可以看出，五個(gè)粒級(jí)分別提取碳水化合物濕篩后，本身這一級(jí)的團(tuán)聚體含量始終為最大值。土壤各粒級(jí)提取碳水化合物濕篩后，分解的＞0.25 mm的各粒級(jí)團(tuán)聚體的含量隨粒級(jí)減小依次減少，而分解的＜0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的含量則明顯增加，這在土壤的兩個(gè)層次中表現(xiàn)一致;提取的碳水化合物的含量與分解的＞0.25 mm團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.547，與＜0.25 mm團(tuán)聚體含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.547;0—5 cm土層的土壤團(tuán)聚體含量整體高于5—20 cm土層的含量。

2.2.2 胡敏酸對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

從表4可以看出，五個(gè)粒級(jí)分別提取胡敏酸濕篩后，本身這一級(jí)的團(tuán)聚體含量變化較大的為2—1和1—0.5 mm粒級(jí)，與表2相比，團(tuán)聚體減少的平均值分別為84.4%和73.2%;土壤各粒級(jí)提取胡敏酸濕篩后，分解的＞0.25 mm的各級(jí)團(tuán)聚體含量隨粒級(jí)減小依次減少，而分解的＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量除5—2 mm這一粒級(jí)很小之外，其余粒級(jí)均明顯上升。在土壤的兩個(gè)發(fā)生層次中，0—5 cm土層的土壤團(tuán)聚體含量與5—20 cm土層的差異性不是很大。提取的胡敏酸含量與分解的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.664;與＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.745。可見胡敏酸含量的多少，對(duì)＜0.25 mm的團(tuán)聚體影響要大些。

表3 碳水化合物對(duì)團(tuán)聚體的影響

表4 胡敏酸對(duì)團(tuán)聚體的影響

2.2.3 鈣、鎂對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

從表5可以看出，五個(gè)粒級(jí)分別提取鈣、鎂濕篩后，本身這一級(jí)的團(tuán)聚體含量比起其他粒級(jí)來，占的比例都相對(duì)大得多，最大值出現(xiàn)在 1—0.5 mm 這一級(jí)上，為91.55%(0—5 cm)和89.0%(5—20 cm)。土壤各粒級(jí)提取鈣、鎂后進(jìn)行濕篩，分解的＞0.25 mm的各粒級(jí)團(tuán)聚體的含量并非隨粒級(jí)減小依次減少，出現(xiàn)了起伏;而分解的＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量隨著粒級(jí)的減小所占比例逐漸增大。這些規(guī)律在土壤的兩個(gè)層次中表現(xiàn)出一致性。提取的鈣含量與分解的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.726;與＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.726。提取的鎂含量與分解的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.369;與＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.369。可見鈣對(duì)團(tuán)聚體含量的影響比鎂要大。

表5 鈣、鎂對(duì)團(tuán)聚體的影響

2.2.4 游離氧化鐵、鋁對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

從表6可以看出，五個(gè)粒級(jí)分別提取游離氧化鐵、鋁濕篩后，除＞5 mm粒級(jí)本身這一級(jí)的團(tuán)聚體含量比分解的次一級(jí)(5—2 mm)的含量少外，其余各粒級(jí)本身這一級(jí)的團(tuán)聚體含量都要大于分解的其他粒級(jí)的含量。土壤各粒級(jí)提取游離氧化鐵、鋁濕篩后，分解的＞0.25 mm的各粒級(jí)團(tuán)聚體的含量依次減少。而由0.5—0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體分解的＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量占本粒級(jí)團(tuán)聚體總量的比例最大，達(dá)到36.5%。這些規(guī)律在土壤的兩個(gè)層次中表現(xiàn)出一致性。提取的游離氧化鐵含量與分解的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.046，與＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.046;提取的游離氧化鋁含量與分解的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.628，與＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.628?？梢娪坞x氧化鐵、鋁對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性都有影響，而游離氧化鋁的影響要比游離氧化鐵大得多。

2.2.5 非晶質(zhì)氧化鐵、鋁對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

從表7可以看出，五個(gè)粒級(jí)分別提取非晶質(zhì)氧化鐵、鋁濕篩后，本身這一粒級(jí)的團(tuán)聚體含量比其分解的各粒級(jí)的含量都要高。土壤各粒級(jí)提取非晶質(zhì)氧化鐵、鋁濕篩后，分解的＞0.25 mm的各粒級(jí)團(tuán)聚體的含量依次減少。而由0.5—0.25 mm團(tuán)聚體分解的＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量占本粒級(jí)團(tuán)聚體總量的比例最大，達(dá)到35.9%，這與提取游離氧化鐵、鋁時(shí)的情況一致。這些規(guī)律在土壤的兩個(gè)層次中表現(xiàn)出一致性。提取的非晶質(zhì)氧化鐵含量與分解的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.682，與＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.682;提取的非晶質(zhì)氧化鋁含量與分解的＞0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.711，與＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.711。可見非晶質(zhì)氧化鐵、鋁對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性都有影響，而非晶質(zhì)氧化鋁的影響要比非晶質(zhì)氧化鐵大。

表6 游離氧化鐵、鋁對(duì)團(tuán)聚體的影響

表7 非晶質(zhì)氧化鐵、鋁對(duì)團(tuán)聚體的影響

3 討論

(1)＞5 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體提取完碳水化合物之后，0—5 cm土層＞5 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體減少了28.5%，5—20 cm土層＞5 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體減少了44.6%;減少的這部分團(tuán)聚體破碎為五個(gè)級(jí)別的團(tuán)聚體，其中5—2 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體增加的量較其他四個(gè)級(jí)別要多，其次是＜0.25 mm級(jí)別，5—20 cm土層的各級(jí)土壤團(tuán)聚體增加的量要比0—5 cm土層的大。另外四個(gè)粒級(jí)的土壤在提取完碳水化合物之后也遵循這個(gè)規(guī)律。

(2)胡敏酸膠體對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響表現(xiàn)為:在大粒級(jí)(＞5 mm)團(tuán)聚體提取完胡敏酸之后＞5 mm團(tuán)聚體含量急劇下降，5—20 cm土層下降得比0—5 cm土層多;且在其余四個(gè)級(jí)別(5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25 mm)中也出現(xiàn)了本身這一粒級(jí)團(tuán)聚體下降的現(xiàn)象;各粒級(jí)團(tuán)聚體分解的＜0.25 mm的團(tuán)聚體含量增加，其中增加最多的是＞5 mm這一粒級(jí)的。

(3)當(dāng)土壤團(tuán)聚體中的鈣、鎂被提取后，五個(gè)粒級(jí)本身這一粒級(jí)的團(tuán)聚體都有輕微的減少，各粒級(jí)破碎之后形成的各級(jí)團(tuán)聚體的含量規(guī)律性不是很強(qiáng)。破碎為＜0.25 mm團(tuán)聚體的量很小，有的粒級(jí)甚至沒有。

(4)在＞5和5—2 mm粒級(jí)中，游離氧化鐵、鋁膠體的分離使得這兩個(gè)粒級(jí)本身的含量極大減少，其中＞5 mm團(tuán)聚體含量平均減少了 67.4%，5—2 mm團(tuán)聚體含量平均減少了41.8%，隨之其他各粒級(jí)團(tuán)聚體含量都有所增加，其中＞5 mm土壤濕篩后產(chǎn)生的＜0.25 mm團(tuán)聚體的含量平均增加了2倍;2—1、1—0.5 和0.5—0.25 mm 三個(gè)粒級(jí)本身這一粒級(jí)的團(tuán)聚體含量減少較少，減少的量多轉(zhuǎn)移到＜0.25 mm這一粒級(jí)中。

(5)非晶質(zhì)氧化鐵、鋁膠體對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響表現(xiàn)為:在＞5和5—2 mm粒級(jí)中，非晶質(zhì)氧化鐵、鋁膠體的提取使得這兩個(gè)粒級(jí)本身的含量減少，減少量較游離氧化鐵、鋁膠體少，隨之各粒級(jí)團(tuán)聚體含量增加或減少的規(guī)律不是很明顯。2—1、1—0.5和0.5—0.25 mm三個(gè)粒級(jí)本身這一粒級(jí)的團(tuán)聚體含量減少量較＞5和5—2 mm粒級(jí)少。

(6)與濕篩相比，占土壤絕大部分的＞5 mm這一級(jí)別的土壤經(jīng)過膠體提取后，對(duì)本身這一級(jí)的團(tuán)聚體含量影響最大的是游離氧化鐵、鋁因子;5—2 mm粒級(jí)土壤中，碳水化合物因子對(duì)本身這一級(jí)的影響最大;而其余粒級(jí)土壤中，對(duì)本身這一級(jí)影響最大的因子均為胡敏酸。

(7) ＞5、5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25 mm 五個(gè)粒級(jí)的土壤提取完膠體后，產(chǎn)生的＜0.25 mm團(tuán)聚體量最多的因子是胡敏酸和碳水化合物，這說明胡敏酸和碳水化合物被沖走后，土壤團(tuán)聚體破碎時(shí)，破碎為＜0.25 mm團(tuán)聚體的部分較多;說明胡敏酸和碳水化合物對(duì)＜0.25 mm的團(tuán)聚體的穩(wěn)定性是有影響的。

4 結(jié) 論

(1)純石灰?guī)r喬木林下土壤干篩團(tuán)聚體含量高，干篩團(tuán)聚體組成以大粒徑為主，小粒級(jí)干篩團(tuán)聚體含量少。較大團(tuán)聚體含量多，說明團(tuán)聚性好。土壤經(jīng)濕篩后，團(tuán)聚體含量減少不是很明顯，團(tuán)聚體組成也是以大粒徑為主。

(2)在5種膠體中，對(duì)＞5 mm這一粒級(jí)團(tuán)聚體影響最大的因子是游離氧化鐵、鋁因子;5—2 mm粒級(jí)土壤中，碳水化合物因子對(duì)團(tuán)聚體的影響最大;而其余粒級(jí)土壤中，影響最大的因子為胡敏酸。這說明有機(jī)膠體(碳水化合物、胡敏酸)對(duì)粒級(jí)小的團(tuán)聚體的作用明顯，對(duì)小粒級(jí)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響很大。

(3)5種膠體對(duì)0—5和5—20 cm兩層土壤的團(tuán)聚體含量的影響差異不是很大，但是0—5 cm土壤的團(tuán)聚體穩(wěn)定性總體上好于5—20 cm土壤層。

(4)純石灰?guī)r喬木林下土壤團(tuán)聚性好，是由于腐殖質(zhì)含量較多。團(tuán)聚體受到有機(jī)膠體的影響較大，無機(jī)膠體對(duì)團(tuán)聚體的影響主要體現(xiàn)在＞5 mm的大團(tuán)聚體上;有機(jī)膠體對(duì)＜5 mm的團(tuán)聚體的影響是很大的?？梢?，對(duì)喬木林，水土保持工作應(yīng)著重放在保護(hù)植被枯落物上面。

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