蘭志龍，Muhammad Numan Khan，Tanveer Ali Sial，楊學云，趙 英,2，張建國

?

25年長期定位不同施肥措施對關中塿土水力學性質的影響

蘭志龍1，Muhammad Numan Khan1，Tanveer Ali Sial1，楊學云1，趙 英1,2※，張建國1

（1. 西北農林科技大學資源環(huán)境學院/農業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農業(yè)環(huán)境重點實驗室，楊凌 712100；2. 魯東大學資源與環(huán)境工程學院，煙臺 264025）

土壤水力學性質和功能的變化是評價長期施肥是否維持土壤可持續(xù)健康發(fā)展的重要方面。該研究通過采取“國家黃土肥力與肥料效益監(jiān)測基地”的表層原狀土壤，分析測定了撂荒（LH）、休閑（XX）、不施肥（CK）、單施氮肥（N）、氮磷鉀肥（NPK）和有機肥與氮磷鉀肥配施（MNPK）6個處理的土壤水分特征曲線、飽和導水率和緊實度等指標，評價了長期定位施肥對土壤基本物理性質和水力學性質的影響。結果表明：1）與CK、N和NPK處理相比，MNPK處理顯著提高了土壤有機碳、飽和導水率和孔隙度，而降低了土壤容重和緊實度（<0.05）。2）不同施肥處理之間的土壤水分特征曲線表現出一定的差異，其土壤持水能力強弱為：XXθ）、飽和含水量（θ）和進氣值倒數（）都存在一定程度的差異，θ在MNPK處理最大，XX最小；θ在N處理最大，MNPK次之，CK最小。進氣值（1/）在XX處理最大，LH最小。3）當量孔隙的分布主要在>9m大孔隙范圍內，其次是<0.2m小孔隙范圍，0.2～9m之間的中孔隙分布較少。綜上，MNPK有助于改善土壤結構，提高土壤持水性，降低土壤容重和緊實度，有助于作物生長和高產，是關中地區(qū)較為適宜的施肥措施。

土壤；水力學；水分特征曲線；飽和導水率；土壤緊實度；塿土

0 引 言

在干旱半干旱區(qū)，土壤水分是作物生長和植被重建的限制因子[1]，也是維持農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和土壤生產力的關鍵因素[2]。土壤持水能力、緊實度以及容重等土壤物理性質是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展及土壤質量演變的重要指標[3-5]。土壤水分特征曲線可反映土壤持水能力[6-7]，也可反映土壤水分保持和運動[8]，它主要受土壤質地和土壤結構等土壤理化性質的影響[9]。同樣，土壤飽和導水率和土壤緊實度也受這些性質的影響[10-11]。土壤緊實度反映了作物生長過程中機械阻力的強弱，通過影響水、肥、氣、熱等因子，進而決定植物根系的生長及分布[12]。

長期施肥和耕作措施對土壤肥力變化和土壤理化性質具有顯著性影響，但對土壤水力學及其力學性質影響的研究相對比較欠缺。Shi等[13]發(fā)現長期使用有機肥提高了表層0～5 cm土壤持水性和導水率；寧婷等[14]的研究表明黃土丘陵區(qū)撂荒坡地土壤的持水和供水能力以0～40 cm和240～400 cm土層較強，中間土層較弱。陳學文等[15]的研究表明秋翻有助于降低黑土表層土壤容重和土壤緊實度，而增加了亞表層的土壤容重和土壤緊實度形成犁底層。

在黃土高原地區(qū)，諸多學者[15-17]開展了大量的關于土壤持水特性研究，但大多集中于退耕還林還草和撂荒坡地的研究，而對于長期定位施肥試驗對于土壤水力學及土壤力學特性的研究很少，并未引起足夠的關注。顯然，與短期相比，長期定位試驗更能客觀地表征不同管理措施對土壤水力學和力學性質的影響。基于此，本文以陜西楊凌塿土雨養(yǎng)農業(yè)土壤肥力長期定位試驗為依托，研究不同施肥處理土壤持水特性，量化不同施肥處理之間的土壤持水狀況，明確不同處理之間水力學和力學性質的差異。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在“國家黃土肥力與肥料效益監(jiān)測基地”進行，位于陜西楊凌示范區(qū)五泉鎮(zhèn)（34°17′51″N，108°00′48″E），海拔516 m，年平均氣溫13 ℃，≥10 ℃積溫4 196.2 ℃，年均降水量550～600 mm，主要集中在7-9 月，年均蒸發(fā)量993 mm，無霜期184～216 d。供試土壤為土墊旱耕人為土（塿土），黃土母質。

1.2 試驗設計

長期試驗始于1990年秋，共設13個處理，本研究選用其中6個處理，即：撂荒（不耕作，LH）、休閑（耕作不播種，XX）、不施肥（CK）、單施氮肥（N）、氮磷鉀肥（NPK）、有機肥與氮磷鉀肥配施（MNPK）。LH和XX不施肥，且XX及時除草，基本保持沒有植被生長。每個小區(qū)面積均約為399 m2（21 m×19 m），處理實行冬小麥－夏休閑單作種植制度，小麥種植前進行翻耕，生長期內作物生長靠自然降雨，不灌溉。所有肥料于冬小麥播種前一次施入，氮、磷、鉀肥用量分別為135、47.1，56 kg/hm2；MNPK處理中N來自有機肥氮和無機肥氮的比例為7:3，按氮量折合施用牛糞。牛糞中氮含量為17.1%，平均干質量7.37%；氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。

1.3 土壤樣品采集及測定

1.3.1 樣品采集

試驗樣品采集于2016年7月，每個樣地中利用體積為100 cm3的環(huán)刀采集5個0～5 cm未擾動的原狀土壤樣品。2個用于測定水分特征曲線，3個用于測定飽和導水率和容重等。同時并采集3個0～5 cm擾動樣品混勻，利用四分法獲得約500 g樣品，重復3次，用于測定土壤有機碳、土壤質地等指標。

1.3.2 樣品測定

土壤水分特征曲線采用高速離心機法測定[18]。將未擾動的環(huán)刀土壤樣品放入水中浸泡24 h，待樣品達到飽和狀態(tài)。利用CR21GⅡ型高速恒溫冷凍離心機（日本），按照設定的轉速確定相應的離心力和吸力，離心特定的時間即達到平衡狀態(tài)。分別測定1、5、10、30、50、70、100、300、500、700和1 000 kPa吸力時的土壤含水量，每個吸力分別對應的轉速為310、690、890、1 700、2 190、2 600、3 100、5 400、5 930、8 200、9 800 r/min。

土壤緊實度采用SC900土壤緊實度儀（空間分辨率為2.5 cm，壓力分辨率為35 kPa，最大測量深度為45 cm，測量壓力范圍為0～7 000 kPa）測定，測定土壤5 cm深度的緊實度。因儀器測定誤差較大，因此在測定過程中由一個人操作，且每個樣地重復測量9次，取其平均值，以減少誤差。

土壤飽和導水率采用降水頭法測定。土壤容重和土壤飽和含水量采用環(huán)刀法測定。土壤總孔隙度由公式=1?(土壤容重/土壤密度)計算得出，土壤密度取2.65 g/cm3。

1.4 土壤當量孔徑的計算

根據土壤毛管理論[19]，在非飽和土-水系統(tǒng)中，水吸力主要是由土壤中某一范圍孔徑的圓形毛管的毛管力作用的結果，如果用表示水的表面張力系數（常溫下為7.5×10-4N/cm），表示毛管半徑，則土壤水吸力=2/，為了與土壤的真實孔徑加以區(qū)別，此時把毛管直徑稱為當量孔徑（即=2），進而得到土壤水吸力=4/（Pa），則當量孔徑與土壤水吸力的關系為=30×104/（m）。

假設土壤含水率為1、2（1>2）所對應的土壤當量孔徑分別為1、2，土壤中當量孔徑介于2～1之間的孔隙所占的體積與孔隙總體積之比為1-2，稱當量孔隙體積占比。大孔隙（>9m），中孔隙（0.2～9m）和小孔隙（<0.2m）所對應的壓力范圍分別為<33 kPa，33～1 500 kPa和>1 500 kPa。

1.5 數據處理

1.5.1 土壤水分特征曲線擬合

土壤水分特征曲線利用V-G模型擬合，V-G模型的具體方程如下[6]

式中()為體積含水量，cm3/cm3；θ為滯留含水量，cm3/cm3；θ為飽和含水量，cm3/cm3；為土壤吸力，cm；和為擬合參數，且與無關。

采用均方根誤差（RMSE）定量評價模型擬合的效果，其表達式為

式中為設定壓力值的總個數；θ為與第個壓力值所對應土壤含水率的模擬值；ω為與第個壓力值所對應土壤含水率的實測值。RMSE定量描述了模型模擬值與實測值之間的誤差，其值越小，表明模型擬合效果越好；反之，越差。

水分特征曲線表征了在相同水吸力下，土壤持水能力大小。此外，比水容量是衡量土壤水分對植物的有效性和反映土壤持水性能的一個重要指標。根據公式（1），比水容量可以土壤水吸力為自變量求導后的斜率值而得，即

式中()為比水容量。

1.5.2 數據分析

采用Excel 2007和SPSS 18.0軟件對數據進行統(tǒng)計分析。采用單因素（one-way ANOVA）和LSD法進行方差分析和多重比較（=0.05），OriginLab2016進行做圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤基本理化性質的影響

由表1可知，除CK與N之間外，其他不同處理之間土壤有機碳（SOC）含量存在顯著性差異（<0.05），LH和MNPK處理的SOC含量高于及其他處理，而XX處理的含量最低。MNPK處理的飽和含水量顯著高于其他處理，高達59.13%；LH處理的土壤飽和含水量最低，為49.43%，比MNPK處理降低了16.40%；MNPK處理與其他處理之間差異顯著，但LH與CK處理之間以及N、NKP和XX處理之間差異不顯著。不同處理土壤容重之間存在較大差異，其中LH的容重最大為1.40 g/cm3，MNPK最小為1.11 g/cm3，且LH處理與其他各處理之間差異顯著（<0.05），但XX、CK與NPK處理之間差異不顯著。不同處理的孔隙度之間也存在較大差異，其中MNPK處理的孔隙度最大，而LH處理的孔隙度最小；MNPK處理與其他處理之間差異顯著（<0.05），但CK與NPK處理之間差異不顯著。在不同處理間顆粒組成中NPK處理砂粒含量最高，且與其他處理存在顯著差異（<0.05）。N處理砂粒含量最低，且與LH、XX和CK處理之間無顯著差異（<0.05）。N處理粉粒含量最高，且與其他之間存在顯著差異，而LH、XX、NPK和MNPK處理之間差異不顯著（<0.05）。黏粒除N處理外，其他處理差異不顯著（表1）。

表1 土壤基本理化屬性

注：LH：不耕作不施肥（撂荒）；XX：休閑；CK：不施肥；N：單施氮肥；NPK：氮磷鉀肥；MNPK：有機肥與氮磷鉀肥配施。不同小寫字母代表不同處理間的差異顯著(<0.05)，下同。

Note: LH: leave land uncultivated; XX: bare fallow; CK: control (no fertilizer and manure); N: N fertilizer; NPK: NPK fertilizer; MNPK: manure and NPK fertilizers. Different lowercase letters indicate significant difference (<0.05), the same below.

2.2 不同施肥處理對飽和導水率的影響

如圖1所示，不同施肥處理條件下，土壤飽和導水率之間均存在較大差異。MNPK處理的飽和導水率最大，43.53 cm/d，XX的飽和導水率最小，3.77 cm/d。所有處理土壤飽和導水率的大小次序為：MNPK(43.53 cm/d)> N(36.04 cm/d) > NPK(33.94 cm/d) > LH(27.64 cm/d) > CK(8.27 cm/d) > XX(3.77 cm/d)。在使用化肥的處理中N、NPK和MNPK處理之間差異不顯著（<0.05），但MNPK略高于N和NPK。施肥處理與不施肥的處理之間存在顯著性差異，整體上施肥處理大于不施肥處理。

圖1 不同處理土壤飽和導水率差異

2.3 不同施肥處理對土壤緊實度的影響

圖2表明，不同施肥處理條件下土壤緊實度之間存在較大差異。其中LH處理的土壤緊實度最大，CK的緊實度最小。不同處理土壤緊實度的大小分別為：LH(897.11 kPa) > XX(682.22 KPa) > NPK(553.44 KPa) > N(467.67 KPa) > MNPK(448.33 KPa) > CK(370.33 KPa)。施肥處理土壤緊實度之間差異不顯著，但顯著低于LH和XX處理；CK與NPK處理之間差異顯著但與N和MNPK處理之間差異不顯著。

圖2 不同處理土壤緊實度差異

2.4 不同施肥處理條件下土壤水分特征曲線特征

如圖3所示，不同施肥處理對土壤持水特性的影響較大。LH的持水能力最強，XX的持水能力最弱。整個壓力段，LH處理較XX、CK、N、NPK和MNPK處理持水能力分別平均提高21.84%、10.22%、11.03%、15.34%和7.46%；MNPK處理較CK、N和NPK處理持水能力分別提高2.57%、3.33%和7.34%。在低吸力段0～51.0 cm時，不同處理之間差別較小，N和MNPK處理的持水能力要高于LH。而吸力高于51.0 cm時LH處理的持水能力最高，且持水能力大小始終表現為：XX

注：OD為測定值；SD為模擬值。

為了進一步分析施肥對土壤持水能力的影響，利用RETC軟件中的V-G模型（與無關）對試驗數據進行擬合得到以下參數結果（表2）。2均大于0.989 8，且達到極顯著水平（<0.01）。標準誤差（RMSE）最大值為0.091，說明實測值與擬合值之間的離散程度非常小。不同處理之間，θ、θ和均存在一定程度的差異，θ在MNPK處理最大，XX最小；θ在處理最大，MNPK次之，CK最小。1/在XX處理最大，LH最小。

2.5 不同施肥處理條件下土壤當量孔隙分布

如圖4所示，不同處理之間土壤的總當量孔隙分布存在差異。不同處理的當量孔徑以>9m的大孔隙為主，介于22.3%～30.2%之間，其次是小孔隙和中等孔隙；N處理大孔隙分布數量最高，其次為XX和MNPK，LH處理的分布數量最低；與0.2～9m的中孔隙相比，<0.2m的小孔隙含量更高，且LH處理小孔隙最高，MNPK次之，XX最小。

表2 不同處理條件下土壤水分特征曲線參數(V-G模型)

注：和為擬合參數，且與無關。

Note:andis fitting parameter, andis not relative to.

圖4 不同處理當量孔徑分布

3 討 論

3.1 長期施肥對土壤飽和導水率和基本土壤物理性質的影響

土壤顆粒組成和土壤有機質是土壤結構形成的核心，而有機質是土壤結構改善的主要物質，它通過降低土壤容重和提升土壤孔隙度顯著改變土壤功能[20]。本研究發(fā)現長期施肥對塿土的飽和導水率產生了顯著影響，這與Shi等[13]的研究結果相一致。不同處理之間土壤飽和導水率的差異主要是由于施肥和耕地等措施，以及0～5 cm土壤剖面中存在大量的小麥根孔，為土壤水分的運動提供了充足的通道。同樣，LH在0～5 cm之間也具有大量的根孔，因而顯著提高其飽和導水率。CK低于LH是因有機質含量低，土壤結構性差，飽和導水率降低。

土壤緊實度是反應土壤疏松程度的重要物理指標[21]，對作物的生長具有重要影響[22]。研究表明，土壤緊實度與土壤含水量呈負相關關系[23]，免耕也會導致土壤緊實度的增加。LH的土壤緊實度最大，其主要是因黃土具有很強的濕陷性，在長期未翻耕的情況下，土層變的緊實，容重與緊實度都會增加[24]；LH處理在2～3 cm以下存在一個致密層，增加了5 cm處土壤緊實度；除LH外，其他處理因每年播種前翻耕，使得表層土壤較為疏松，降低了土壤緊實度，同樣容重也因此而減小。MNPK因配施有機肥，土壤結構得以改善，因而其緊實度較N和NPK更低，但無顯著差異。

不同的施肥措施和耕作，使得土壤容重和土壤孔隙度之間存在較大差異。土壤容重取決于土壤顆粒組成及土壤有機質含量等因素。LH的土壤容重遠高于其他處理，是因LH處理25 a未翻耕土壤因降雨濕陷緊實[24]，而增加了土壤容重，降低了土壤孔隙度。其他處理每年因翻耕降低了耕作層的土壤容重，同時一定量有機質的輸入降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度。

3.2 長期施肥對土壤持水特性的影響

在干旱半干旱地區(qū)雨養(yǎng)農業(yè)系統(tǒng)中，土壤持水性能和理化性質對于農業(yè)生產至關重要[25]。而土壤水分狀況是干旱半干旱地區(qū)作物生長和產量的保證，也是水土資源合理利用和糧食安全的基礎。土壤持水特性主要受到土壤質地和土壤結構的影響[26]。土壤飽和含水量、田間持水量以及比水容量均受土壤質地和土壤孔隙分布的影響[27-28]。

研究區(qū)土壤發(fā)育于黃土母質，具有較高粉砂粒含量，土壤顆粒間大孔隙多，結構發(fā)育差，其持水保肥能力較弱；在低壓力段，易于失水，而降低土壤供水能力，導致作物生長受限，影響作物生產[29-30]。隨著壓力的不斷增加土壤失水量增加，而失水速度逐漸減慢（表3），而被作物可吸收利用的土壤水分也相應減少。在25 a長期定位雨養(yǎng)農業(yè)試驗中，不同的施肥處理土壤理化性質（表1）和結構均發(fā)生了一定的變化，同時土壤持水能力也受到一定的影響，土壤水分在壓力作用下的比水容量產生明顯的差異（表3）。

表3 不同土壤水吸力狀態(tài)下不同處理的比水容量

從長期施肥對土壤持水特性的結果來看，長期撂荒處理（LH）的土壤具有更高的土壤持水能力，而MNPK處理次之，XX處理最低。撂荒地土壤含有較高的有機質和黏粒含量，以及長時間無人為因素的干擾，在只有雜草生長的狀況下，形成了較好的土壤結構，且LH相比較其他處理含有較多的小孔隙，因而提高了土壤的持水能力。在水吸力>5 kPa條件下，LH處理比水容量最高（表3），這主要是在LH處理土壤孔隙系統(tǒng)中，微孔隙含量較高（圖4），增強了土壤持水性[14]，而增加了土壤比水容量。MNPK處理因施加有機肥，改善了土壤結構，降低了低吸力段土壤的比水容量，提高土壤的持水能力，有助于作物的持續(xù)供水；而單施化肥處理（N和NPK）以及XX和CK大孔隙較多且土壤結構差，在低吸力段易于失水，而導致土壤持水量降低。而且土壤有機碳與土壤小孔隙呈顯著正相關（<0.05），這一研究結果與高會議等[31]的研究結果一致，從而進一步說明了有機質對于土壤結構及持水性能的改善。XX處理的持水能力最弱，是由于土壤有機質含量很低，且每年都會定期去除雜草和種植處理一樣進行翻耕處理，而破環(huán)了土壤結構[32]。N和NPK處理之間的持水性能和比水容量之間差異較小，均低于有機肥配施處理，可能是因為大量N肥的使用導致土壤結構的破壞從而降低了土壤的持水特性；相較于休閑地處理，作物根系對土壤中有大量有機質的輸入而提升了土壤持水能力。

4 結 論

1）長期不同施肥處理對土壤有機碳、飽和導水率、緊實度等指標產生了一定的影響，與不施肥（CK）、單施氮肥（N）和氮磷鉀肥（NPK）處理相比，氮磷鉀肥配施（MNPK）顯著提高了土壤有機碳、飽和導水率和孔隙度，而降低了土壤容重和緊實度。

2）長期定位試驗不同施肥處理之間的持水性能表現出一定的差異，其土壤持水能力強弱為：休閑<單施氮肥≈氮磷鉀肥< 不施肥<氮磷鉀肥配施<撂荒。施有機肥處理較不施肥、單施氮肥和氮磷鉀肥處理持水能力分別提高2.57%、3.33%和7.34%；不同施肥處理之間VG擬合結果表明，殘余含水量（）、飽和含水量（）和進氣值倒數（）都存在一定程度的差異，在MNPK處理最大，休閑最小，在單施氮肥處理最大，氮磷鉀肥配施次之，不施肥處理最小。

3）不同處理的孔隙以當量孔徑>9m孔隙為主，且不同處理大孔隙含量要高于中孔隙和小孔隙，介于22.3%～30.2%之間；與中孔隙相比，小孔隙含量更多，且LH處理小孔隙最高，氮磷鉀肥配施次之，休閑最小。

綜上，有機肥和化肥配施有助于提高土壤持水性和土壤孔隙度，降低土壤容重和緊實度，是干旱半干旱地區(qū)較為適宜的耕作措施。

[1] Shi H, Shao M. Soil and water loss from the Loess Plateau in China[J]. Journal of Arid Environments, 2000, 45(1): 9－20.

[2] Cleverly J, Eamus D, Coupe N R, et al. Soil moisture controls on phenology and productivity in a semi-arid critical zone[J]. Science of the Total Environment, 2016, 568: 1227－1237.

[3] Paetsch L, Mueller C W, K?gel-Knabner I, et al. Effect of in-situ aged and fresh biochar on soil hydraulic conditions and microbial C use under drought conditions[J]. Scientific Reports, 2018, 8(1): 6852.

[4] Ehlers W, K?pke U, Hesse F, et al. Penetration resistance and root growth of oats in tilled and untilled loess soil[J]. Soil & Tillage Research, 1983, 3(3): 261－275.

[5] 易小波，邵明安，趙春雷，等. 黃土高原南北樣帶不同土層土壤容重變異分析與模擬[J]. 農業(yè)機械學報，2017，48(4)：198－205. Yi Xiaobo, Shao Ming’an, Zhao Chunlei, et al. Variation analysis and simulation of soil bulk density within different soil depths along south to north transect of Loess Plateau[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(4): 198－205. (in Chinese with English abstract)

[6] van Genuchten M T. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1980, 44(44): 892－898.

[7] 陳俊英，柴紅陽，Leionid Gillerman，等. 再生水水質對斥水和親水土壤水分特征曲線的影響[J]. 農業(yè)工程學報，2018，34(11)：121－127. Chen Junying, Chai Hongyang, Leionid Gillerman, et al. Impact of treated waste water quality on repellent and wettable soil water characteristic curve[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(11): 121－127. (in Chinese with English abstract)

[8] Robinson D A, Jones S B, Lebron I, et al. Experimental evidence for drought induced alternative stable states of soil moisture[J]. Scientific Reports, 2016, 6: 20018.

[9] Jia J, Zhang M P, Yang M X, et al. Feldspathic sandstone addition and its impact on hydraulic properties of sandy soil[J]. Canadian Journal of Soil Science, 2018, 98(3): 399－406.

[10] 高澤永，王一博，劉國華. 熱融湖塘對青藏高原土壤飽和導水率的影響及因素分析[J]. 農業(yè)工程學報，2014，30(20)：109－117. Gao Zeyong, Wang Yibo, Liu Guohua. Effect of thermokarst lake on soil saturated hydraulic conductivity and analysis of its influenced factors[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(20): 109－117. (in Chinese with English abstract)

[11] 劉寧，李新舉，郭斌，等. 機械壓實過程中復墾土壤緊實度影響因素的模擬分析[J]. 農業(yè)工程學報，2014，30(1)：183－190. Liu Ning, Li Xinju, Guo Bin, et al. Simulation analysis on influencing factors of reclamation soil compaction in mechanical compaction process[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 183－190. (in Chinese with English abstract)

[12] Eudoxie G D, Phillips D, Springer R. Surface hardness as an indicator of soil strength of agricultural soils[J]. Open Journal of Soil Science, 2012, 2(4): 341－346.

[13] Shi Y, Zhao X, Gao X, et al. The effects of long‐term fertilizer applications on soil organic carbon and hydraulic properties of a loess soil in China[J]. Land Degradation & Development, 2016, 27(1): 60－67.

[14] 寧婷，郭忠升，李耀林. 黃土丘陵區(qū)撂荒坡地土壤水分特征曲線及水分常數的垂直變異[J]. 水土保持學報，2014，28(3)：166－170. Ning Ting, Guo Zhongsheng, Li Yaolin. Soil water characteristic curves and soil water constants at different depths in the abandoned sloping field of Loess Hilly Region[J]. Journal of Soil & Water Conservation, 2014, 28(3): 166－170. (in Chinese with English abstract)

[15] 陳學文，張曉平，梁愛珍，等. 耕作方式對黑土硬度和容重的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2012，23(2)：439－444. Chen Xuewen, Zhang Xiaoping, Liang Aizhen, et al. Effects of tillage mode on black soil's penetration resistance and bulk density[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(2): 439－444. (in Chinese with English abstract)

[16] 馮天驕，衛(wèi)偉，陳利頂，等. 黃土丘陵區(qū)小流域不同整地措施長期影響下的土壤水力學特性[J]. 環(huán)境科學，2017，38(9)：3860－3870. Feng Tianjiao, Wei Wei, Chen Liding, et al. Comparison of soil hydraulic characteristics under the conditions of long-term land preparation and natural slope in longtan catchment of the Loess Hilly Region[J]. Environmental Science, 2017, 38(9): 3860－3870. (in Chinese with English abstract)

[17] 傅子洹，王云強，安芷生. 黃土區(qū)小流域土壤容重和飽和導水率的時空動態(tài)特征[J]. 農業(yè)工程學報，2015，31(13)：128－134. Fu Zihuan, Wang Yunqiang, An Zhisheng. Spatio-temporal characteristics of soil bulk density and saturated hydraulic conductivity at small watershed scale on Loess Plateau[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(13): 128－134. (in Chinese with English abstract)

[18] Nimmo J R, Akstin K C. Hydraulic conductivity of a sandy soil at low water content after compaction by various methods[J]. Soil Science Society of America Journal, 1988, 52(2): 303－310.

[19] Fredlund D G, Xing A Q. Equations for the soil-water characteristic curve[J]. Revue Canadienne De Géotechnique, 1994, 31(4): 521－532.

[20] 高會議，郭勝利，劉文兆，等. 不同施肥處理對黑壚土各粒級團聚體中有機碳含量分布的影響[J]. 土壤學報，2010，47(5)：931－938. Gao Huiyi, Guo Shengli, Liu Wenzhao, et al. Effect of fertilization on organic carbon distribution in various fractions of aggregates in caliche soils[J]. Acta Pedologica Sinica, 2010, 47(5): 931－938. (in Chinese with English abstract)

[21] Jamison V C, Weaver H A. Soil hardness measurements in relation to soil moisture content and porosity1[J]. Soil Science Society of America Journal, 1952, 16(1): 13－15.

[22] Dong S K, Wen L, Li Y Y, et al. Soil-quality effects of grassland degradation and restoration on the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Soil Science Society of America Journal, 2012, 76(6): 2256－2264.

[23] Vaz C M P, Manieri J M, Maria I C D, et al. Modeling and correction of soil penetration resistance for varying soil water content[J]. Geoderma, 2011, 166(1): 92－101.

[24] 陳陽，李喜安，黃潤秋，等. 影響黃土濕陷性因素的微觀試驗研究[J]. 工程地質學報，2015，23(4)：646－653. Chen Yang, Li Xi’an, Huang Runqiu, et al. Micro experimental research on influence factors of loess collapsibility[J]. Journal of Engineering Geology, 2015, 23(4): 646－653. (in Chinese with English abstract)

[25] Liebig M A, Tanaka D L, Wienhold B J. Tillage and cropping effects on soil quality indicators in the northern Great Plains[J]. Soil & Tillage Research, 2004, 78(2): 131－141.

[26] Haverkamp R, Leij F J, Fuentes C, et al. Soil water retention[J]. Soil Science Society of America Journal, 2005, 69(69): 95－104.

[27] Tang L S, Chen H K, Song J. Process of pore pressure diffusion in saturated clay soil and impact of adsorbed water[J]. Geosciences Journal, 2016, 20(5): 649－665.

[28] Zhao Y, Peth S, Reszkowska A, et al. Response of soil moisture and temperature to grazing intensity in a, steppe, Inner Mongolia[J]. Plant & Soil, 2011, 340(1/2): 89－102.

[29] 董義陽，趙成義，于志同，等. 古爾班通古特沙漠南緣丘間地土壤水分特征曲線及模擬[J]. 水土保持學報，2017，31(1)：166－171. Dong Yiyang, Zhao Chengyi, Yu Zhitong, et al. Characteristic curves and models analysis of soil water in interdune at the southern edge of Gurbantunggut Desert[J]. Journal of Soil & Water Conservation, 2017, 31(1): 166－171. (in Chinese with English abstract)

[30] 趙雅瓊，王周鋒，王文科，等. 不同粒徑下土壤水分特征曲線的測定與擬合模型的研究[J]. 中國科技論文，2015，10(3)：287－290. Zhao Yaqiong, Wang Zhoufeng, Wang Wenke, et al. Determination of SWCC under different particle sizes and its fitting models[J]. China Sciencepaper, 2015, 10(3): 287－290. (in Chinese with English abstract)

[31] 高會議，郭勝利，劉文兆，等. 不同施肥土壤水分特征曲線空間變異[J]. 農業(yè)機械學報，2014，45(6)：161－165. Gao Huiyi, Guo Shengli, Liu Wenzhao, et al. Spatial variability of soil water retention curve under fertilization practices in arid-highland of the Loess Plateau[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(6): 161－165. (in Chinese with English abstract)

[32] 田慎重，王瑜，張玉鳳，等. 旋耕轉深松和秸稈還田增加農田土壤團聚體碳庫[J]. 農業(yè)工程學報，2017，33(24)：133－140. Tian Shenzhong, Wang Yu, Zhang Yufeng, et al. Residue returning with subsoiling replacing rotary tillage improving aggregate and associated carbon[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(24): 133－140. (in Chinese with English abstract)

Effects of 25-yr located different fertilization measures on soil hydraulic properties of lou soil in Guanzhong area

Lan Zhilong1, Muhammad Numan Khan1, Tanveer Ali Sial1, Yang Xueyun1, Zhao Ying1,2※, Zhang Jianguo1

(1.712100,; 2.264025)

Soil moisture is a main limiting factor for crop growth and vegetation reconstruction in the arid and semi-arid areas of the world and it is a key factor for agricultural sustainability and soil productivity. Changes in soil hydraulics and function are major aspects for assessing whether long-term fertilization is beneficial for soil sustainable development or not. The objectives of this study were to determine the soil water retention characteristics of different fertilization treatments based on the long-term located experiment of soil fertility at “the Chinese National Soil Fertility and Fertilizer Efficiency Monitoring Base of Loessial Soil” established in the autumn of 1990 in Yangling, Shaanxi, China, and to clarify the differences of soil physical properties affected by the fertilization. The experiment was consisted of six treatments: abandonment (LH), fallow (tillage， without planting, XX), no fertilization (CK), single application of nitrogen (N), nitrogen, phosphorus and potassium (NPK), organic manure + NPK (MNPK), and LH and XX are not fertilized, and weeds were regularly removed at XX every year. The soil water retention curve, saturated hydraulic conductivity and soil strength were analyzed and determined by adopting the surface undisturbed soil. The results showed that: 1) Long-term fertilization treatment had significant effects on soil organic carbon, saturated hydraulic conductivity and soil strength (<0.05). Compared with CK, N and NPK, MNPK significantly (<0.05) increased soil organic carbon, saturated hydraulic conductivity and porosity and reduced soil bulk density and soil strength. 2) Soil water retention curve showed a significant difference between treatments, and soil water holding capacity was: XX < N ≈ NPK < CK < MNPK < LH. Soil water holding capacity of MNPK was increased by 2.57%, 3.33% and 7.34% over that of the CK, N and NPK, respectively. The parameters of V-G model between different treatments showed that there were slightly significant differences in residual water content(θ), saturated water content(θ) andreciprocal of inlet air ().θis the largest in MNPK, and the smallest in XX;θwas the largest in N, followed by MNPK, and the smallest at CK. Inlet air (1/) was the largest in XX and the smallest in LH. 3) The pores of different treatments were mainly composed of an equivalent pore diameter > 9m, and the ratio of macropores in different treatments was higher than that of medium pores and small pores, ranging from 22.3% to 30.2%. Compared with medium pores, the ratio of small pores was more. There was the largest ratio for the small pores at the LH, followed by the MNPK, and the XX. In summary, MNPK can improve soil structure and soil water holding capacity, reduce soil bulk density and soil strength and enhance soil stability, which is helpful for crop growth and yield, and is a suitable farming measurement in semi-arid Guanzhong area.

soils; hydraulic; water retention curve; saturated hydraulic conductivity; soil strength; lou soil

蘭志龍，Muhammad Numan Khan，Tanveer Ali Sial，楊學云，趙 英，張建國. 25年長期定位不同施肥措施對關中塿土水力學性質的影響[J]. 農業(yè)工程學報，2018，34(24)：100－106.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.24.012 http://www.tcsae.org

Lan Zhilong, Muhammad Numan Khan, Tanveer Ali Sial, Yang Xueyun, Zhao Ying, Zhang Jianguo. Effects of 25-yr located different fertilization measures on soil hydraulic properties of lou soil in Guanzhong area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(24): 100－106. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.24.012 http://www.tcsae.org

2018-06-19

2018-11-20

陜西省科技計劃項目（2014KJXX-44）；黃土高原土壤侵蝕與旱地農業(yè)國家重點實驗室主任基金項目（K318009902-1427）

蘭志龍，博士生，主要從土壤物理方面的研究。Email：lanzhilong1024@163.com

趙 英，副教授，主要從事土壤水文過程及其調控研究。Email：yzhaosoils@gmail.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.24.012

S152

A

1002-6819(2018)-24-0100-07