黃土區不同施肥對土壤顆粒及微團聚體組成的影響

孫彩麗， 薛 萐，2， 劉國彬， 丁少男

(1 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100; 2 中國科學院水利部水土保持研究所， 陜西楊凌 712100)

土壤顆粒組成和土壤微團聚體組成是研究土壤質地和結構的基本物理屬性[1-2]。土壤顆粒組成影響土壤的水力特性、 肥力狀況，并與土壤侵蝕和退化直接相關，是重要的土壤物理特性之一[3]，許多研究用土壤顆粒體積分形維數來反映土壤結構、 屬性和肥力等[4-6]。土壤團聚體是土壤肥力的基礎，其大小、 含量及穩定性直接反映土壤結構性的優劣并成為評價土壤質量的重要指標[7]。有學者提出，土壤有機質和土壤結構相互作用緊密，有機質與礦物顆粒形成穩定的團聚體，而穩定團聚體又可對礦化的有機質進行物理保護[8-9]。土壤團聚狀況可用團聚度和分散系數來衡量，土壤團聚度既受土壤團聚體含量的影響，又受土壤粘粒含量的影響[10]，土壤分散率取決于土粒與水的親和力和膠結力，在一定程度上反映土壤顆粒間的作用力[11]。

土壤顆粒組成及微團聚體分布與黃土肥力關系密切[23]，本研究在土壤顆粒組成、 微團聚體組成和有機質等數據的基礎上，分別研究了土壤顆粒體積分形維數、 土壤團聚度、 土壤分散率，以期從土壤結構和肥力角度綜合反映長期不同施肥處理對黃土區土壤質量的影響，為黃土高原合理培肥、 農業和生態環境可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

1.2 試驗設計

試驗從1997年開始，已持續15年，小區面積14 m2，3次重復，不同施肥處理小區隨機排列，且15年來作物栽培及管理措施一致。各試驗處理施用的肥料量如表1。

試驗地為玉米-玉米-黃豆輪作，2012年4月29日種玉米(品種為強盛101)，播種量為52.5 kg/hm2，每公頃留苗51000株，每區留苗72株(每區4行，每行18株)。玉米播種前施入全部磷肥和有機肥，并施入部分氮肥(42.36 kg/hm2)作種肥，6月29日拔節期和7月29日喇叭口期分別追施氮肥(84.79 kg/hm2)，9月23日收獲。有機肥用冬羊糞，氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，玉米收獲后用土鉆法在處理小區采集土樣，分0—20 cm，20—40 cm兩層，每個小區取3個樣點，混合均勻后帶回實驗室，自然風干后剔除大的植物殘體和石塊，一部分土樣進行顆粒組成和微團聚體組成測定，另一部分土樣過0.25 mm篩后進行有機質的測定。

表1 長期定位試驗各處理施肥量(kg/hm2)

1.3 分析方法

有機質含量采用K2Cr2O7氧化-外加熱法測定，并換算成有機碳含量。土壤顆粒和微團聚體組成采用英國馬爾文公司的MS2000型激光粒度儀測定。土壤顆粒體積分形維數采用王國梁等[4]提出的公式(1)計算，土壤團聚度和分散率分別采用公式(2)和(3)計算。

(1)

式中：r為土壤粒徑;V為粒徑大于或小于R的全部土壤顆?？傮w積;VT為土壤顆粒總體積;λV在數值上等于最大粒徑數RL;D為土壤顆粒體積分形維數。

(2)

式中：Y1為土壤團聚度;x1為大于0.05 mm微團聚體測量值;x2為大于0.05 mm土壤顆粒組成測量值。

(3)

式中：Y2為土壤分散率;x3為小于0.05 mm微團聚體測量值;x4為小于0.05 mm顆粒組成測量值。

1.4 數據處理

所測數據采用Microsoft Excel 2007和SPSS 18.0軟件進行統計分析，多重比較采用 Duncan法，采用Origin 9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥土壤顆粒組成和微團聚體分布

圖1 不同施肥處理土壤顆粒組成Fig.1 Particle distribution of soil under different fertilization treatments

圖2 不同施肥處理土壤微團聚體組成Fig.2 Microaggregate distribution of soil under different fertilization treatmets

2.2 土壤顆粒體積分形維數與顆粒組成的關系

圖3 0—20 cm和20—40 cm土層體積分形維數與不同粒徑土壤顆粒體積百分含量的關系Fig.3 The correlation between soil volume fractal dimension and the volume percentage of soil particles in both 0-20 cm and 20-40 cm soil layers

2.3 不同施肥處理土壤團聚結構、 土壤有機碳及分形維數

表2 0—20和20—40 cm土層土壤團聚度、 分散率、 分形維數及有機碳含量

2.4 土壤顆粒、 微團聚體組成與團聚結構、 有機碳及分形維數之間的相關性分析

表3 土壤顆粒組成與團聚度、 分散率、 有機碳含量及分形維數之間相關性分析

3 討論

表4 土壤微團聚體組成與團聚度、 分散率、 分形維數及有機碳含量之間相關性分析

研究表明，土壤分形維數能夠反映土壤結構、 屬性及肥力[37-38]。本研究中不同施肥處理土壤顆粒體積分形維數變化不顯著，但MNP處理的土壤顆粒體積分形維數最小，CK處理的最大，說明有機無機肥配施對改善土壤結構，提高土壤質量意義重大。土壤分散率反映土壤團聚狀況，其值越大，土壤結構性越差[10-11]。本研究中NP處理的土壤分散率最大，但與BL沒有顯著差異，M處理的最小且顯著低于BL，這可能歸因于土壤中有機質的含量，施入有機肥直接提高了土壤有機質含量，改善了土壤結構; NP處理加快了土壤中有機質的分解[27]，BL處理沒有施入有機肥，地上植物殘體歸還到土壤中的有機質也很少，不利于土壤結構的改良。

4 結論

3)氮磷配施處理的土壤分散率最大，有機肥處理最小; 不同施肥處理土壤顆粒體積分形維數差異不顯著，但有機肥與氮磷肥配施處理的最小，對照處理最大。

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