玉米秸稈還田對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及其碳氮分布的影響

安嫄嫄，馬 琨，王明國(guó)，馬占旗

(1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 銀川 750021；2.寧夏大學(xué) 西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，銀川 750021；3.寧夏農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，銀川 750001；4.寧夏同心縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心， 寧夏同心 751300)

土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是衡量土壤結(jié)構(gòu)性好壞與肥力高低的重要指標(biāo)，其含量、分布及穩(wěn)定性與土壤物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及生物學(xué)特性有著密切的關(guān)聯(lián)[1-2]。

秸稈還田是一種廣泛使用的保護(hù)性耕作措施，可以有效增加土壤養(yǎng)分含量，影響土壤團(tuán)聚體的構(gòu)成，改變土壤結(jié)構(gòu)[3-4]。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量和分布狀況能有效反映土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。已有研究表明，小麥、高粱秸稈還田可增加土壤有機(jī)碳和>0.25mm粒徑大團(tuán)聚體的百分含量[5]。稻田進(jìn)行綠肥作物覆蓋還田后,可增加土壤有機(jī)碳含量[6]。連續(xù)種植綠肥有利于土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成，使土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性得到明顯改善[7]。也有研究認(rèn)為，長(zhǎng)期施用秸稈或者其與化肥配施可顯著提高稻田土壤中>2mm和0.25～2mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的百分含量及團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)，顯著促進(jìn)大團(tuán)聚體形成、提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[8]。由于土壤碳氮的變化與土壤團(tuán)聚體形成、分布和穩(wěn)定性有著緊密的關(guān)系[9]。也有研究表明，秸稈還田能夠有效減緩有機(jī)碳的損失，促進(jìn)土壤碳庫(kù)固碳，進(jìn)而改善土壤微環(huán)境[10-11]。王雙磊等[12]的研究也證實(shí)，棉花秸稈還田能顯著提高各粒徑土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中碳氮的含量。孫漢印等[13]研究也表明不同秸稈還田對(duì)土壤大團(tuán)聚體碳的增加具有顯著影響。由此可見(jiàn)，以秸稈還田為主的農(nóng)業(yè)管理活動(dòng)會(huì)對(duì)農(nóng)田土壤團(tuán)聚體的組成、碳氮分布及穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。目前，相關(guān)研究多集中在秸稈還田、有機(jī)肥還田、覆蓋及耕作方式交互影響下土壤水穩(wěn)性小團(tuán)聚體與大團(tuán)聚體間的轉(zhuǎn)化、團(tuán)聚體碳氮的富集及各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳的再分配特征等研究[14-16]，而有關(guān)旱作區(qū)持續(xù)秸稈還田對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性及碳氮分布影響的機(jī)制還不夠清楚。因此，利用玉米秸稈還田的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究在寧夏旱作條件下，以秸稈還田方式帶入的外源有機(jī)碳氮在各粒徑團(tuán)聚體內(nèi)的動(dòng)態(tài)分布特征；秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響規(guī)律，為改進(jìn)旱作區(qū)傳統(tǒng)施肥方式，推進(jìn)秸稈資源高效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于寧夏同心縣河西鎮(zhèn)農(nóng)場(chǎng)村 (37°9′34″N，105°48′2″E)，該區(qū)域海拔1 306 m，年均降水量276 mm，年均蒸發(fā)量為2 325 mm，年均氣溫8.7 ℃。土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土。試驗(yàn)開(kāi)始前土壤基本理化性狀為：pH 8.26；全鹽0.28 g·kg-1；有機(jī)質(zhì)9.2 g·kg-1；全氮0.54 g·kg-1；堿解氮41 mg·kg-1；全磷0.83 g·kg-1；有效磷41.5 mg·kg-1；全鉀20.2 g·kg-1；速效鉀216 mg·kg-1；緩效鉀1 014 mg·kg-1；陽(yáng)離子代換量 9.3 mol·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)開(kāi)始于2014年，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，常規(guī)化肥施用，以秸稈不還田(T0)為對(duì)照，設(shè)玉米秸稈還田量為3 000 kg·hm-2(T1)、6 000 kg·hm-2(T2)、9 000 kg·hm-2(T3)、12 000 kg·hm-2(T4)共5個(gè)處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積為 4 m×15 m。秸稈在還田前粉碎為3～5 cm的小段，深耕翻入0～40 cm土層。供試玉米品種為‘先玉335號(hào)’，播種密度6 500株·667m-2。2014-2018年，玉米全生育期氮肥(N)用量分別為32 kg·667m-2、28 kg·667m-2、24 kg·667m-2、26 kg·667m-2、26 kg·667m-2，磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)的施用量均為12.5 kg·667m-2、5 kg·667m-2。2018年10月，在玉米收獲前，采用多點(diǎn)取樣法，采集耕層 0～20 cm土壤，每小區(qū)隨機(jī)采集兩個(gè)土樣，各樣本相互獨(dú)立，共采集30個(gè)土樣。部分土樣低溫保存在2～8 ℃冰箱，用于土壤微生物生物量碳的測(cè)定；部分土壤樣品自然風(fēng)干，用于土壤基本理化性狀及土壤機(jī)械組成的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì) 土壤總碳(TC)、全氮(TN)以及各粒徑的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體碳氮均采用碳氮分析儀(Elementar Vario MAX)測(cè)定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法；土壤pH采用酸度計(jì)測(cè)定[17]，水土體積比為5∶1。土壤微生物生物量碳(SMBC)采用氯仿熏蒸- K2SO4浸提,總有機(jī)碳分析儀(ShimadzuTOC-L )測(cè)定。

1.3.2 土壤團(tuán)聚體平均重量直徑及水穩(wěn)系數(shù) 土壤團(tuán)聚體組成采用干篩法和濕篩法測(cè)定[18]。土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)的計(jì)算公 式為：

式中：Bi為濕篩出來(lái)的任一大小范圍團(tuán)聚體的平均直徑(mm)；Wi為任一粒徑大小的團(tuán)聚體相應(yīng)質(zhì)量占土壤樣品干質(zhì)量的分?jǐn)?shù)。

土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)系數(shù)的計(jì)算公式為：

K=A/M×100

式中：K為水穩(wěn)系數(shù)(%)；A為>0.25 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體總量(g)；M為>0.25 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體總量(g)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用DPS 7.05進(jìn)行方差分析，Canoco 5.0進(jìn)行主成分分析(PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米秸稈還田量對(duì)土壤理化及生物學(xué)特性的影響

由表1可見(jiàn)，與T0相比，連續(xù)5 a玉米秸稈還田后，不同還田量下的土壤養(yǎng)分含量均有不同程度的變化。T2、T3、T4處理下，土壤中總碳、堿解氮與速效鉀的含量均顯著高于T0(P<0.05)。T3、T4處理下，土壤微生物生物量碳較T0增加45.1%、 69.5%(P<0.05)。T4處理土壤pH較T0顯著提高0.07。除T3處理土壤全磷較T0顯著提高10.61%外；其余秸稈還田處理土壤中全磷、速效磷、全氮、C/N均與T0無(wú)顯著差異。

可見(jiàn)，受玉米秸稈還田量及還田時(shí)間的影響，旱作區(qū)農(nóng)田土壤的基本理化性狀及主要生物學(xué)指標(biāo)會(huì)發(fā)生明顯變化，但短期(5 a)的秸稈還田并不會(huì)顯著影響土壤的C/N。

表1 不同處理土壤理化及生物學(xué)性狀Table 1 Soil physicochemical and biological properties under different treatments

注：數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列數(shù)值后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表2、表3同。

Note: Data are “means±standard deviation”;different lowercase letters in the same column indicate significant differences (P<0.05 ).The same as in table 2 and table 3.

2.2 不同玉米秸稈還田量對(duì)土壤非穩(wěn)性及水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性的影響

土壤團(tuán)聚體數(shù)量、穩(wěn)定性及形態(tài)直接影響著土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，而土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及保水性主要受團(tuán)聚體數(shù)量及分布狀況的影響[19]。由表2可見(jiàn)，整體上，不同秸稈還田量處理下，各粒徑的土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占的比例與對(duì)照處理間均無(wú)顯著性差異。

由表3可見(jiàn)， T1、T2、T3處理不同粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占比例與T0間均無(wú)顯著性差異。隨秸稈還田量的增加，除T2處理外，其余處理下>5 mm粒徑的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占比例較T0均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但各處理間無(wú)顯著差異。此外，粒徑為2～5 mm、1～2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分含量均隨秸稈還田量的持續(xù)增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，而粒徑為0.5～1 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體所占百分含量表現(xiàn)為T1=T4>T2>T3。當(dāng)秸稈還田量達(dá)到12 000 kg·hm-2(T4)時(shí)，粒徑在2～5 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分?jǐn)?shù)與T0間無(wú)明顯差異，但粒徑為1～2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分?jǐn)?shù)較對(duì)照處理顯著降低38.6%(P<0.05)。與T1相比，T4處理下1～2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分?jǐn)?shù)也顯著降低42.6%；與T2、T3相比，T4處理1～2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分?jǐn)?shù)分別下降 27.8%、22.5%，但三者間無(wú)顯著差異?？梢?jiàn)，玉米秸稈還田影響土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的組成；持續(xù)還田有利于促進(jìn)中小粒徑團(tuán)聚體的膠結(jié)，驅(qū)動(dòng)2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體向>5 mm粒徑的大團(tuán)聚體 轉(zhuǎn)變。

表2 不同處理土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成Table 2 Composition of soil nonwater-stable aggregates under different treatments

表3 不同處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成Table 3 Composition of soil water stable aggregates under different treatments

團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性一般用MWD及K來(lái)表示，MWD越大，土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的百分比越高；K值越大，土壤團(tuán)聚體越穩(wěn)定[20]。由表3可見(jiàn)，土壤MWD和K均表現(xiàn)為隨秸稈還田量的增加而逐步提升，兩者的變化規(guī)律較一致。土壤MWD依次為：T4>T3>T2、T1>T0，除T4處理MWD顯著高于對(duì)照外(P<0.05)，其余處理的MWD與對(duì)照間均無(wú)顯著差異。土壤K表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1>T0，除T1與T0間K無(wú)顯著性差異外，其余處理均顯著高于對(duì)照(P<0.05)。

2.3 不同秸稈還田量對(duì)土壤團(tuán)聚體中碳氮分布的影響

由表4可見(jiàn)， T2處理時(shí)，不同粒徑的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中碳的含量均高于其他處理；與T0處理相比，各粒徑團(tuán)聚體中的碳有較明顯富集現(xiàn)象，但僅0.5～1 mm、0.25～0.5mm粒徑的團(tuán)聚體中碳含量顯著高于T0。隨秸稈還田量的繼續(xù)增加，T3、T4處理不同粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體中碳的含量與T0處理相比均無(wú)明顯差異。土壤團(tuán)聚體中的氮分布與碳分布趨勢(shì)類似，除1～2 mm粒徑的氮含量在T4處理下最高外，整體上以T2、T3時(shí)各粒徑團(tuán)聚體中氮含量較高；其中， T3處理下，各粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體氮的含量分別較T0處理顯著提高37.5%、25.0%、11.1%、30.0%、 22.2%。T2、T3處理氮在不同粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有明顯的富集現(xiàn)象。

不同粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體中，秸稈還田會(huì)促使>5 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm粒徑的土壤C/N呈下降的趨勢(shì)?？傮w而言， T3處理下，除1～2 mm粒徑外，其他粒徑的團(tuán)聚體中土壤C/N均與T0間差異顯著 (P<0.05)。可見(jiàn)，持續(xù)玉米秸稈還田及還田量的高低會(huì)對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的氮分布及其C/N產(chǎn)生明顯影響；土壤各粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體中，氮比碳表現(xiàn)出更明顯的積累現(xiàn)象。

表4 不同處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中碳氮含量Table 4 Carbon and nitrogen of soil aggregate under different treatments

注: 數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”; 不同小寫字母表示不同處理同一粒級(jí)差異顯著(P<0.05) 。

Note:Data are “mean±SE”;different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level under different treatments with same size aggregate．

2.4 不同玉米秸稈還田量下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及各粒徑團(tuán)聚體中碳氮分布與土壤理化性狀間的相互關(guān)系

由圖1可以看出，第一、二排序軸能夠分別在方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到73.71%、26.29%上解釋土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成與MWD、K的相互關(guān)系。>5 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占的百分?jǐn)?shù)與MWD、K呈正相關(guān)關(guān)系，而與其他粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明，持續(xù)較高數(shù)量的玉米秸稈還田比較低數(shù)量的秸稈還田更容易影響不同粒徑土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的組成；土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD和K主要受土壤中粒徑>5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占的百分比高低而 影響。

由圖2-a可知，第一、二排序軸能夠分別在方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到78.12%、10.92%上解釋土壤不同粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的氮含量與土壤主要理化指標(biāo)及生物學(xué)性狀之間的相互關(guān)系(r1=0.58,r2=0.80)。>5 mm、2～5 mm、0.25～0.5 mm的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的氮與土壤總碳、堿解氮、速效鉀、全氮呈正相關(guān)；0.5～1 mm、1～2 mm的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中氮與土壤總碳、微生物生物量碳以及土壤pH間也存在正相關(guān)關(guān)系。圖2-b中，不同粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的碳與土壤全碳均呈正相關(guān)關(guān)系(r1=0.83,r2=0.60)；土壤微生物生物量碳與1～2 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體中的碳呈正相關(guān)關(guān)系，與>5 mm、2～5 mm、0.25～ 0.5 mm、0.5～1 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的碳呈負(fù)相關(guān)。第一、二排序軸能夠在方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到74.57%上解釋了土壤不同粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的碳含量與土壤主要理化指標(biāo)及生物學(xué)性狀之間的相互關(guān)系。

>5 mm、2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm分別指不同粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分比；MWD指團(tuán)聚體平均重量直徑；K指團(tuán)聚體水穩(wěn)系數(shù)

>5 mm,2-5 mm,1-2 mm, 0.5-1 mm and 0.25-0.5 mm respectively refer to percentage of water-stable aggregates with different particle sizes；MWD refers to mean mass diameter of aggregate;Krefers to the water stability coefficient of aggregate

圖1 秸稈還田下水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體組成與土壤
平均重量直徑及水穩(wěn)系數(shù)間的多元分析
Fig.1 Multivariate analysis of composition of soil
water-stable aggregate between mean
weight diameter and water stability
coefficient of soil aggregates

>5 mm、2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm分別指不同粒徑土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中氮(a)、碳(b)含量；TC、SMBC、TN、AN、TP、AP、AK、pH 分別指土壤總碳、土壤微生物生物量碳、土壤全氮、堿解氮、土壤全磷、速效磷、速效鉀、pH

>5 mm, 2-5 mm, 1-2 mm, 0.5-1 mm and 0.25-0.5 mm respectively refer to nitrogen or carbon of different particle diameters of water stability aggregate; TC, SMBC, TN, AN, TP, AP, AK, pH respectively refer to soil total carbon, soil microbial biomass carbon, total nitrogen, available nitrogen, total phosphorus, available phosphorus, available potassium and pH

圖2 秸稈還田土壤不同粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體中氮(a)碳(b)組成與土壤理化、生物性狀間的多元分析
Fig.2 Multivariate analysis of nitrogen,carbon of different soil water-stable aggregate
between soil physi-chemical and biological characteristics

3 討 論

3.1 秸稈還田對(duì)土壤碳氮的影響

農(nóng)作物秸稈富含植物生長(zhǎng)所必須的氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的肥料來(lái)源和潛在碳庫(kù)。本研究表明，持續(xù)秸稈還田下，秸稈還田量高低直接影響土壤中總碳、堿解氮、速效鉀及土壤微生物生物量碳的含量，而土壤全氮及C/N未受明顯影響。已有研究表明，秸稈還田配施常量化肥會(huì)增加土壤碳儲(chǔ)量[21]；水稻秸稈還田下，化肥減量15%也能提高土壤碳含量[22]。分析認(rèn)為，C/N較高的玉米秸稈還田后會(huì)激發(fā)土壤氮的礦化效應(yīng)，增加土壤堿解氮含量，影響土壤氮素供應(yīng)[23]，顯著增加土壤微生物生物量碳[24]；此外，由于秸稈富含鉀素，且其存在形態(tài)與秸稈中有機(jī)結(jié)合態(tài)的碳氮有明顯差別；因此，隨秸稈的腐解，以離子形態(tài)廣泛存在的鉀更容易回到土壤而積累。此外，由于土壤碳氮的變化主要受外源秸稈、化肥輸入的影響，隨秸稈翻壓、還田，土壤通透性增強(qiáng)，耕層土壤溫度降低，因而減緩了土壤碳的礦化速率，促進(jìn)土壤耕層碳的固存，有利于土壤氮的硝化[25]。玉米秸稈本身含有較高的C/N，土壤微生物在分解有機(jī)物質(zhì)的同時(shí)需要獲取更多氮素；因此，在促進(jìn)土壤碳素固定的同時(shí)，也增加了土壤微生物生物量碳的含量。也有研究認(rèn)為，外源秸稈輸入雖能夠提高土壤碳氮含量[26-27]，但會(huì)加劇土壤微生物與作物對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的競(jìng)爭(zhēng)[28]；秸稈還田后，土壤微生物優(yōu)先作物利用土壤氮素，從而加速了秸稈的腐解，促使土壤微生物生物量氮的增加；而在化肥配施條件下，土壤較豐富無(wú)機(jī)氮素的存在，能降低微生物與作物對(duì)土壤氮的競(jìng)爭(zhēng)。因此，這可能就是不同秸稈還田量配施化肥后，土壤全氮含量在各處理間無(wú)明顯差異，而土壤堿解氮較全氮變化更明顯的主要原因。

土壤C/N是影響土壤微生物的重要因素[29]。秸稈還田腐解后，部分氮素被釋放并供土壤微生物及作物吸收利用，從而導(dǎo)致土壤C/N增加。丘清燕等[30]認(rèn)為秸稈還田會(huì)導(dǎo)致土壤C/N偏大，凌寧等[31]也印證了這一結(jié)論。相反，楊濱娟等[32]研究表明3 000 kg·hm-2秸稈粉碎還田配施不同比例化肥降低了土壤C/N；13 500 kg·hm-2的玉米秸稈還田會(huì)導(dǎo)致土壤C/N失衡[33]。本研究表明，持續(xù)5 a秸稈還田及還田量的高低對(duì)土壤C/N無(wú)顯著影響，土壤C/N較穩(wěn)定，這與前人的研究結(jié)果并不一致。這些結(jié)果表明，影響土壤C/N變化的原因很可能是由土壤質(zhì)地類型、秸稈種類、秸稈還田方式及秸稈腐解速率等綜合因子作用，具體還需要針對(duì)試驗(yàn)土壤環(huán)境因子等進(jìn)一步深入研究。

3.2 秸稈還田對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性及團(tuán)聚體中碳氮分布的影響

團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其組成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性會(huì)直接影響土壤質(zhì)量，導(dǎo)致土壤MWD及K的改變。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)秸稈還田對(duì)土壤團(tuán)聚體粒徑分布及其穩(wěn)定性展開(kāi)了大量研究。相關(guān)研究結(jié)果表明，秸稈還田配施化肥能提高土壤>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分比，顯著增加土壤的平均重量直徑[34]；水稻秸稈粉碎還田對(duì)紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD有顯著性影響[35]；棕壤添加玉米秸稈以后，不僅促進(jìn)棕壤>2 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，而且顯著提高棕壤團(tuán)聚體的MWD[36]。本研究中，與T0處理相比，秸稈還田量的高低影響土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、MWD與K；土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD與粒徑>5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占的百分比呈正相關(guān)。分析認(rèn)為，其直接原因是持續(xù)秸稈還田有利于土壤腐殖質(zhì)的形成，同時(shí)隨秸稈的腐解，碳、氮、磷、鉀等元素的釋放，能為作物提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，使作物根系分泌物增加，從而使土壤周圍的有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)增加，促進(jìn)了土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成[37]；其間接原因是因?yàn)殡S作物秸稈殘?bào)w輸入土壤，能促進(jìn)真菌菌絲體生長(zhǎng)，微生物的分泌物也有助于將土壤微團(tuán)聚體、土壤礦物質(zhì)和粗顆粒有機(jī)物膠結(jié)為大團(tuán)聚體，最終促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成[38]。

本研究表明，秸稈還田后，土壤總碳較全氮更容易積累，而土壤團(tuán)聚體中碳氮的富集則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。王碧勝等[39]研究發(fā)現(xiàn)，相同培養(yǎng)時(shí)期內(nèi)添加秸稈，顯著提高了>2 mm和0.25～ 2 mm團(tuán)聚體中碳的含量。連續(xù)有機(jī)、無(wú)機(jī)肥配施可大幅度提高團(tuán)聚體中氮的含量[40]。分析認(rèn)為，在秸稈腐解時(shí)，氮素易被土壤微生物所吸收利用，易轉(zhuǎn)化為土壤微生物生物量氮；但微生物存活周期較短，分解之后易被各粒徑土壤團(tuán)聚體所吸附。因此，這就導(dǎo)致不同粒徑土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中氮含量的增加?？梢?jiàn)，干旱地區(qū)通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤、定位分析秸稈還田配施化肥方式對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其碳氮分布規(guī)律的影響，將有助于進(jìn)一步揭示其作用機(jī)理。

4 結(jié) 論

持續(xù)玉米秸稈還田會(huì)顯著影響土壤總碳、堿解氮、速效鉀及生物學(xué)微生物數(shù)碳的含量，但短期 (5 a)內(nèi)秸稈還田量的高低對(duì)土壤C/N無(wú)顯著影響。旱作區(qū)農(nóng)田土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)及水穩(wěn)系數(shù)(K)主要由秸稈還田量的數(shù)量以及粒徑>5 mm的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占百分比決定。持續(xù)玉米秸稈還田后，不同粒徑土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中總氮較總碳含量受秸稈還田量的影響更明顯。