伊犁河谷平原雨養(yǎng)旱地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征

陳傳信 張永強(qiáng) 薛麗華

摘要：采取濕篩法測(cè)定分析新疆旱地麥田不同產(chǎn)量水平土壤團(tuán)聚體特征。結(jié)果表明，不同產(chǎn)量水平麥田土壤各級(jí)粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體存在差異。高產(chǎn)田地塊土壤>5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體顯著高于中產(chǎn)田和低產(chǎn)田，分別增加45.18%、52.72%;高產(chǎn)田和中產(chǎn)田地塊土壤0.25～0.5 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體顯著高于低產(chǎn)田，分別增加45.70%、51.15%;低產(chǎn)田<0.25 mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體分別較高產(chǎn)田、中產(chǎn)田顯著增加36.34%、8.84%。高產(chǎn)田>0.25 mm粒徑土壤大團(tuán)聚體含量達(dá)68.30%，比中產(chǎn)田和低產(chǎn)田分別增加13.29%、20.29%。土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）均表現(xiàn)為高產(chǎn)田>中產(chǎn)田>低產(chǎn)田，分形維數(shù)則表現(xiàn)相反。土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)與MWD、GMD、>5 mm粒級(jí)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與<0.25 mm呈極顯著正相關(guān)。MWD、GMD與>5 mm粒級(jí)呈極顯著正相關(guān)，而與<0.25 mm粒級(jí)呈極顯著負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：雨養(yǎng)旱地;土壤團(tuán)聚體;伊犁河谷

中圖分類號(hào)：S152 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）01-0054-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.011 ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： The characteristics of soil aggregates under different yield levels in dry wheat fields in Xinjiang were analyzed by wet sieve method. The results showed that there were differences in the size of water stable aggregates in soil at different yield levels. The soil aggregates of >5 mm particle in high-yield field soil were significantly higher than those of medium-yield and low-yield fields， increased by 45.18% and 52.72%， respectively; The soil aggregates of 0.25～0.5 mm particle in high-yield fields and medium-yield fields were significantly higher than those in low-yield fields， increased by 45.70% and 51.15% respectively; The soil aggregates of <0.25 mm grain in low-yield fields increased significantly by 36.34% and 8.84% compared with high-yield fields and medium-yield fields. The content of large aggregates in the soil of >0.25 mm particle size in high yield field reached 68.30%， increased by 13.29% and 20.29% respectively over the middle and low yield fields. The mean weight diameter （MWD） and geometric mean diameter （GMD） of soil all showed that high-yield fields was the highest， medium-yield fields was second， and low-yield fields was the lowest. But the fractal dimension is opposite. The fractal dimension of soil was significantly negatively correlated with MWD， GMD and the soil aggregates of >5 mm particle， and was significantly positively correlated with <0.25 mm particle. MWD， GMD were significantly positively correlated with the soil aggregates of >5 mm particle， and significantly negatively correlated with the soil aggregates of <0.25 mm particle.

Key words： rain-fed dryland; aggregates; Yili valley

團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，土壤中物質(zhì)和能量的循環(huán)主要集中于團(tuán)聚體中[1]。團(tuán)聚體的粒徑分布不僅表征土壤結(jié)構(gòu)狀況，也影響到土壤的通氣、抗蝕、滲水性等[2]。穩(wěn)定的土壤團(tuán)聚體有利于種子發(fā)芽、根系發(fā)育和作物生長(zhǎng)，有利于保護(hù)土壤免受礦化分解，降低土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)保護(hù)有著重要的影響[3]。新疆雨養(yǎng)旱地面積為20.45萬(wàn)hm2，主要分布在伊犁河谷中上游山間平原谷地、塔額盆地邊緣、昌吉州東部、天山北坡、阿爾泰山南坡等低山地帶，其中伊犁河谷雨養(yǎng)旱地面積最大，占到全疆雨養(yǎng)旱地面積的45.66%左右[4]。伊犁河谷旱作區(qū)生產(chǎn)的糧食占該區(qū)糧食總產(chǎn)的10%左右，是伊犁灌溉農(nóng)業(yè)的重要補(bǔ)充，在旱作地面積較大的縣、鄉(xiāng)，旱作農(nóng)業(yè)具有舉足輕重的地位[5]。由于長(zhǎng)期采取掠奪式土地經(jīng)營(yíng)方式，廣種薄收，只種不養(yǎng)，忽視土壤培肥措施，用養(yǎng)失調(diào)，肥力呈明顯下降趨勢(shì)，耕地質(zhì)量下降[6]。因此研究不同產(chǎn)量水平麥田的土壤團(tuán)聚狀況，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善具有重要意義。目前對(duì)新疆旱地土壤團(tuán)聚體性狀研究較少，本試驗(yàn)研究不同產(chǎn)量水平麥田土壤團(tuán)聚體變化，以確定不同產(chǎn)量水平麥田土壤團(tuán)聚體特征，為新疆旱地土壤結(jié)構(gòu)的改善提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2015—2016年在新疆新源縣進(jìn)行，位于伊犁河谷東部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)82°28′—84°56′，北緯43°03′—43°40′，東、南、北三面環(huán)山，位于鞏乃斯河河谷地帶，屬溫帶大陸性半濕潤(rùn)半干旱氣候，年平均氣溫6.1～9.3 ℃，年平均無(wú)霜期為169 d，年降雨量為513.3 mm。

1.2 ?研究方法

根據(jù)研究區(qū)域農(nóng)作物種植、土壤耕作、土壤培肥及施肥方式以及產(chǎn)量，確定3個(gè)產(chǎn)量水平田塊，即高產(chǎn)田（小麥子粒產(chǎn)量>4 800 kg/hm2）、中產(chǎn)田（小麥子粒產(chǎn)量3600～4 800 kg/hm2）和低產(chǎn)田（小麥子粒產(chǎn)量<3 600 kg/hm2）。選擇種植相同品種、常規(guī)田間管理的高產(chǎn)田、中產(chǎn)田、低產(chǎn)田小麥田各5塊，共15塊。隨機(jī)從0～30 cm土層取土樣，采集1 kg左右，放入棉織袋，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定處理。

1.3 ?測(cè)定項(xiàng)目及方法

濕篩法測(cè)定土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體。將100 g風(fēng)干土放在含5個(gè)篩網(wǎng)的裝置（篩孔徑分別為8、4、2、1、0.25 mm）頂部，整個(gè)裝置固定于振蕩器上以220 r/min振蕩5 min，可以得到不同粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體。收集每個(gè)篩上保留的土壤團(tuán)聚體至鋁盒中烘干并稱重。

利用各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體數(shù)據(jù)，計(jì)算團(tuán)聚體平均重量直徑（Mean weight diameter，MWD）、幾何平均直徑（Geometric mean diameter，GWD）[7]和分形維數(shù)（D）[8]。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Microsoft Excel 2010進(jìn)行分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同產(chǎn)量水平麥田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成

由表1可知，不同產(chǎn)量水平地塊土壤各級(jí)粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體存在差異。不同產(chǎn)量水平地塊>5 mm、0.25～0.5 mm、<0.25 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體含量差異顯著。高產(chǎn)田地塊土壤>5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體顯著高于中產(chǎn)田和低產(chǎn)田，分別增加45.18%、52.72%;高產(chǎn)田和中產(chǎn)田地塊土壤0.25～0.5 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體顯著高于低產(chǎn)田，分別增加45.70%、51.15%;低產(chǎn)田<0.25 mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體較高產(chǎn)田、中產(chǎn)田分別顯著增加36.34%、8.84%。各產(chǎn)量水平田塊2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm粒級(jí)團(tuán)聚體差異不顯著，高產(chǎn)田總體含量較高。

2.2 ?不同產(chǎn)量水平麥田>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量

>0.25 mm粒徑的團(tuán)聚體為大團(tuán)聚體[9]，它是由許多土粒多層次凝聚和多次膠結(jié)形成的，調(diào)節(jié)著土壤的水、肥、氣、熱[10]，其含量豐富是土壤良好結(jié)構(gòu)特征的表現(xiàn)，用來(lái)衡量土壤結(jié)構(gòu)性好壞和抗侵蝕性。從表2可以看出，不同產(chǎn)量水平地塊土壤大團(tuán)聚體含量差異顯著，高產(chǎn)田土壤大團(tuán)聚體含量達(dá)68.30%，比中產(chǎn)田和低產(chǎn)田分別增加13.29%、20.29%。

2.3 ?不同產(chǎn)量水平麥田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定及分形特征分析

團(tuán)聚體穩(wěn)定性代表土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，表示團(tuán)聚體的團(tuán)聚程度越高[7，11，12]。由表3可以看出，土壤團(tuán)聚體MWD、GMD均表現(xiàn)為高產(chǎn)田>中產(chǎn)田>低產(chǎn)田，且高產(chǎn)田與中產(chǎn)田和低產(chǎn)田差異顯著，其中高產(chǎn)田MWD比中產(chǎn)田、低產(chǎn)田分別增加22.38%、26.81%，GMD分別增加32.14%、39.62%。土壤分形維數(shù)是反映土壤結(jié)構(gòu)幾何形狀的參數(shù)[13-15]。高產(chǎn)田土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)最?。?.72），與其他產(chǎn)量水平田塊差異顯著，其次為中產(chǎn)田（2.77），低產(chǎn)田最高（2.79）。

2.4 ?土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體參數(shù)之間的相關(guān)性

對(duì)土壤團(tuán)聚體MWD、GMD、分形維數(shù)、各粒級(jí)團(tuán)聚體含量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果（表4）表明，土壤團(tuán)聚體MWD與>5 mm粒級(jí)含量呈極顯著正相關(guān)，而與<0.25 mm粒級(jí)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。土壤團(tuán)聚體GMD與>5 mm粒級(jí)含量呈極顯著正相關(guān)，而與<0.25 mm粒級(jí)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)與MWD、GMD、>5 mm粒級(jí)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與<0.25 mm粒級(jí)含量呈極顯著正相關(guān)。

3 ?小結(jié)與討論

團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，有供給作物生長(zhǎng)養(yǎng)分的功能，對(duì)土壤水分、養(yǎng)分、通氣狀況有著顯著影響，是土壤質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[16]。土壤大團(tuán)聚體是由許多土粒多層次凝聚和多次膠結(jié)形成的，調(diào)節(jié)著土壤的水、肥、氣、熱，其含量豐富是土壤良好結(jié)構(gòu)特征的表現(xiàn)。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)量水平地塊土壤的大團(tuán)聚體含量差異顯著，且高產(chǎn)田、中產(chǎn)田均顯著高于低產(chǎn)田。土壤小團(tuán)聚體（<0.25 mm）是表征土壤生態(tài)效應(yīng)的重要指標(biāo)，其含量越低，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[17]。本研究中，低產(chǎn)田<0.25 mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體較高產(chǎn)田、中產(chǎn)田分別顯著增加36.34%、8.84%。土壤團(tuán)聚體是土壤養(yǎng)分貯藏庫(kù)和微生物的生境[10]，有機(jī)質(zhì)是土壤團(tuán)聚體的膠結(jié)劑，有機(jī)質(zhì)多則土壤團(tuán)聚體多，團(tuán)聚體多反過(guò)來(lái)說(shuō)明其有機(jī)質(zhì)豐富，這樣的土壤環(huán)境對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育更加有利[18]。

平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）越大，表示團(tuán)聚體的團(tuán)聚程度越高[19]，反映了土壤團(tuán)聚體擁有更好的穩(wěn)定性[20]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)田土壤團(tuán)聚體的MWD、GMD顯著高于中產(chǎn)田和低產(chǎn)田，說(shuō)明高產(chǎn)田土壤具有較穩(wěn)定的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使得土壤結(jié)構(gòu)不易被破壞，降低土壤的風(fēng)蝕風(fēng)險(xiǎn)和退化，增強(qiáng)土壤的抗侵蝕能力，利于調(diào)節(jié)土壤的孔性、持水性、通氣性等。分形維數(shù)是評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)分布的綜合指標(biāo)，不僅描述了土壤顆粒的大小及分布，而且反映了土壤均一程度，其值越高，表明土壤質(zhì)地越黏重，通透性越差[21]。很多研究認(rèn)為，團(tuán)聚體分布具有分形特征[22]。在本研究中，高產(chǎn)田土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)為2.72，比中產(chǎn)田、低產(chǎn)田分別降低1.81%、2.51%。GMD、MWD和分形維數(shù)均能反映土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體穩(wěn)定程度[23]。本研究中，團(tuán)聚體分形維數(shù)與GMD、MWD呈極顯著負(fù)相關(guān)，GMD與MWD呈極顯著正相關(guān)，與前人研究結(jié)果相似[24]。

本研究通過(guò)對(duì)新疆旱地麥田不同產(chǎn)量水平耕層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量及其穩(wěn)定特征進(jìn)行研究分析，明確了各產(chǎn)量水平麥田土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變化，可為新疆旱地麥田土壤結(jié)構(gòu)的改善提供參考。

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