重慶典型煙區土壤團聚體中有機質及活性組分的分布特征

李 玲，趙秀蘭，魏世強*，蔣珍茂，萬 川

1．西南大學資源環境學院，重慶市北碚區天生路2號 400715

2．重慶市農業資源與環境研究重點實驗室，重慶市北碚區天生路2號 400715

重慶典型煙區土壤團聚體中有機質及活性組分的分布特征

李 玲1,2，趙秀蘭1,2，魏世強*1,2，蔣珍茂1,2，萬 川1,2

1．西南大學資源環境學院，重慶市北碚區天生路2號 400715

2．重慶市農業資源與環境研究重點實驗室，重慶市北碚區天生路2號 400715

為有效調控植煙土壤肥力及合理進行田間碳素管理，采集了重慶彭水、豐都和巫山3個典型煙區的土壤樣品。利用干篩法將土壤分成不同粒徑的團聚體，分別用濃度33、167和333mmol·L-1的K MnO4溶液氧化處理，測定團聚體中高活性有機質（HLOM）、中活性有機質(MLOM)和活性有機質(LOM)含量（質量分數），并分析了各粒徑團聚體中有機質及活性有機質的分布特征。結果表明，3個煙區土壤團聚體的組成均以1～2 mm的團聚體為主，占團聚體總量（質量分數）的40．16%～42．02%。除巫山煙區土壤0．25～0．50mm團聚體含量（質量分數）顯著高于彭水和豐都兩個煙區外，其余粒徑團聚體含量在3個典型煙區間的差異不顯著（P＞0．05）。隨著粒徑的增大，土壤團聚體中的總有機質（TOM）和LOM含量均降低，但HLOM和MLOM含量的變化因煙區的不同而異。在彭水和巫山煙區，HLOM和MLOM含量隨團聚體粒徑增大呈下降趨勢，但在豐都煙區則表現為先降低后增加的變化趨勢。土壤TOM、HLOM、MLOM和LOM在團聚體中的分布均以1～2mm粒徑最大，分別達29．99%～31．58%、24．29%～33．36%、24．15%～29．09%和18．46%～21．69%，因此將1～2 mm團聚體作為重慶市典型煙區的土壤有機質固定的特征團聚體。土壤TOM和LOM含量均分別與＜0．25mm團聚體中的TOM和LOM含量呈極顯著正相關，表明該粒徑團聚體有機質和活性有機質可以作為衡量重慶植煙土壤有機質含量變化動態的敏感性指標。

植煙土壤；團聚體；有機質；活性有機質

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，是土壤有機質存在的場所，團聚體不僅具有維持和協調土壤中水肥氣熱的功能，還具有影響土壤酶種類和活性以及維持和穩定土壤疏松熟化層的功能［1］。土壤有機質是土壤的重要組成部分，是土壤團聚體的膠結物質，不僅可以提供植物的養分和土壤微生物活動的能量，還能改良土壤物理結構，增強土壤的保水保肥能力和緩沖性［2-3］。在土壤中二者相互作用，不可分割。因而對土壤團聚體中有機質的分布規律及其影響因素的研究受到廣泛關注。Jastrow［4］發現草原土壤2～3mm團聚體有機碳含量是＜0.05mm團聚體有機碳含量（質量分數）的2倍；李輝信等［5］研究表明施肥能夠提高1～3mm和0.25～1mm兩個粒徑團聚體的有機碳含量；戴玨等［6］發現免耕潮土中＞0.25mm和0.05～0.25mm兩個粒徑團聚體有機碳含量顯著升高，這對揭示不同粒徑團聚體有機質含量的變化規律及其對土地利用、施肥、耕作等管理措施的響應具有重要意義。

土壤有機質是由不同組分組成的復雜物質，不同組分的轉化速度及其對土壤耕作管理措施的響應不同，因此土壤有機質組分的作用也不同。其中活性有機質易于分解，具有較高的生物活性，轉化速度快，對當季作物的營養供應起直接作用［7］。目前已有學者對水稻土［8］、落葉松人工林地土壤［9］和干旱區典型農田土壤灰漠土［10］不同粒徑團聚體中的活性有機質進行了一些研究，但有關植煙土壤團聚體與有機質間的關系方面研究較少。因此，選擇重慶3個典型植煙區的土壤，研究活性有機質在不同粒徑土壤團聚體中含量（質量分數）和分布特征及其與土壤有機質含量（質量分數）的關系，旨在為植煙土壤肥力調控及碳素管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

選擇重慶市東南部、中部和東北部的彭水、豐都、巫山3個典型煙區采集土壤樣品。3個煙區的自然環境特征見表1。

1.2 樣品采集

在重慶彭水、豐都和巫山3個典型煙區采集0～20 cm耕層的土壤樣品，土樣采集時間選擇在煙草尚未施底肥和移栽前。為反映采樣地塊的真實養分狀況和供肥能力，需要避開雨季。每個采樣點根據田塊的形狀按“S形”或“梅花形”隨機布設3～5個樣點，采集密度為1個/40 hm2，每樣品采集同等質量的土壤制成一個混合土樣，共采集240個樣品（其中，彭水94個，豐都47個，巫山99個），登記編號后帶回實驗室，在室溫下自然風干備用。

1.3 土壤團聚體的分離

參照Sainju等［11］的干篩法進行土壤團聚體的分離。將室溫下風干的土樣分成不同大小的土壤團聚體，然后在室溫條件下繼續風干。用不同粒徑的篩分離出1～2，0.5～1.0，0.25～0.50和＜0.25 mm粒徑團聚體，并剔除各粒徑團聚體中的植物根系及其他殘體后稱量，備用。

1.4 土壤有機質及活性有機質的測定

采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測定土壤有機質［12］；分別用濃度33、167和333mmol·L-1的K MnO4溶液氧化處理，測定土壤及各粒徑團聚體中的高活性有機質（HLOM）、中活性有機質（MLOM）和活性有機質（LOM）含量（質量分數）［13］。

表1 重慶市彭水、豐都、巫山3個典型煙區的自然環境特征

1.5 數據處理

土壤團聚體含量（質量分數）以及有機質、活性有機質在各粒徑團聚體中的分布計算公式：

各粒徑團聚體含量=［該粒徑團聚體質量（g）/各粒徑團聚體質量之和（g）］×100%（1）

土壤團聚體中的養分分布=［該粒徑團聚體中養分含量（g/kg）×該粒徑團聚體含量（%）/全土養分含量（g/kg）］×100%（2）

式中：土壤養分為土壤有機質或活性有機質，全土為未經過粒徑分離的土樣。

采用Excel2007和SPSS 19.0軟件進行數據分析，用單因素方差分析和最小顯著差異法（LSD）進行數據組間的差異的顯著性比較，用Pearson相關系數評價不同因子間的相關性。

2 結果與分析

2.1 重慶典型煙區土壤團聚體粒徑的組成特征

表2 重慶典型煙區各粒徑團聚體含量（%）

重慶典型煙區土壤團聚體粒徑組成見表2。各粒徑團聚體組成均以1～2mm所占比例最高，在40.16%～42.02%之間；＜0.25 mm次之，在21.70%～22.63%之間；0.25～0.50 mm最低，在16.84%～19.00%之間。除巫山煙區土壤0.25～0.50mm團聚體含量顯著高于其他兩個煙區外，同一粒徑團聚體含量在3個典型煙區間差異不顯著，但同一煙區不同粒徑團聚體含量差異達到顯著水平。彭水、巫山煙區土壤＜0.25mm團聚體含量顯著低于1～2 mm團聚體含量，但顯著高于0.25～0.50mm與0.5～1.0mm的團聚體含量；豐都煙區＜0.25mm團聚體含量也顯著低于1～2mm團聚體含量，但與0.5～1.0mm團聚體含量間差異不顯著。3個典型煙區土壤0.25～0.50mm及0.5～1.0mm團聚體含量差異均未達到顯著水平。與其他土壤類型相比，重慶市典型煙區土壤（黃壤）＜0.25mm團聚體含量遠低于潮土（65%～70%）［5］和黑土（64%～83%）［14］，但高于紅壤（6.00%～18.48%）［15］。重慶典型煙區土壤團聚體均以1～2mm團聚體所占比例最高，表明大團聚體（1～2mm）是該區域團聚體存在的主要形式，而不同煙區土壤各粒徑團聚體含量差異不顯著，可能是由于重慶煙區的土壤類型、耕種模式以及施肥情況相差不大的原因所致，這與劉中良等［16］研究的團聚體組成分布結果基本一致。而用濕篩法的測定結果，1～2mm粒徑團聚體含量降低，＜0.05mm粒徑團聚體含量增加［17］，這與干篩法得到的結果相差較大，可能是由于濕篩法采用水浸泡等過程使得大團聚體更容易分散所致。

2.2 土壤不同粒徑團聚體中的有機質含量與分布

圖1 不同粒徑團聚體中土壤有機質含量

不同粒徑團聚體中的有機質含量是土壤有機質平衡與礦化速率的微觀表征［18］。圖1結果顯示，重慶3個典型煙區團聚體中的土壤有機質含量呈現出隨粒徑增大而減少的趨勢，這符合有機碳輸入優先向小粒級團聚體積累的層次理論［19］，且與張曼夏等［20］和Maysoon等［21］研究結果一致。但趙世偉等［22］對黃土高原土壤團聚體有機碳的研究顯示，土壤團聚體有機碳含量隨團聚體粒徑的增加而增加；李戀卿等［23］發現，退化紅壤地區有機碳在團聚體中呈“V”形分布，小粒徑和大粒徑團聚體中有機質含量均較高，這些與本研究結果不同，可能是由于土地利用方式或耕作方式不同所致。重慶煙區＜0.25 mm團聚體中有機質含量最高，表明該粒徑團聚體具有一定的碳素聚集效應，Oades等［24］認為＜0.25mm團聚體的核心是植物碎屑，含有更多的土壤有機質，Callewaert等［25］也認為有機質在微團聚體中因能夠穩定較長時間而累積。由表3看出，重慶典型煙區土壤有機質在各粒徑團聚體中的分布均以1～2mm團聚體比例最大，變化范圍為29.99%～31.58%；＜0.25mm次之，變化范圍為20.54%～21.16%；最低值出現在0.5～1.0mm團聚體（除豐都煙區）。同一粒徑團聚體中有機質的分布因煙區的不同表現出一定差異，＜0.25mm團聚體中有機質分布在不同煙區間無顯著差異；彭水煙區0.25～0.50mm團聚體中有機質的分布顯著低于巫山及豐都煙區，而巫山與豐都煙區間的差異不顯著；0.5～1.0mm和1～2mm團聚體中有機質的分布表現為豐都煙區顯著高于彭水及巫山兩個煙區。不同粒徑團聚體中有機質分布也因煙區的不同而存在差異，彭水和豐都煙區均表現為＜0.25mm團聚體顯著低于1～2mm團聚體，但顯著高于0.25～0.50 mm及0.5～1.0mm團聚體，而0.25～0.50mm與0.5～1.0mm團聚體中有機質分布差異不顯著；巫山煙區各粒徑團聚體中有機質分布差異顯著。由此可見，1～2mm粒徑的大團聚體是重慶市典型煙區土壤有機質主要貢獻載體，這與各粒徑團聚體組成的比例一致，也與魯艷紅［26］和盧凌霄等［27］得出的大粒徑團聚體中土壤有機碳的分布遠高于小粒徑團聚體的結果一致。

表3 重慶典型煙區有機質在各粒徑團聚體中的分布（%）

2.3 土壤不同粒徑團聚體中的活性有機質含量與分布

如圖2所示，3種活性有機質含量在重慶典型煙區呈現出不同的變化趨勢，團聚體高活性有機質含量在彭水煙區隨團聚體粒徑的增大而減少，但在＜0.25 mm和0.25～0.50mm兩個粒徑團聚體中的差異不顯著（P＞0.05）；豐都煙區則呈現出隨粒徑的增大先減少后增加的趨勢，在0.25～0.50 mm和1～2mm兩個粒徑團聚體間的差異不顯著；巫山煙區也呈現出隨粒徑的增加而減少的趨勢。團聚體中活性有機質含量在彭水表現為隨粒徑增加而減少；豐都煙區則呈現出隨粒徑的增大先減少后增加的趨勢，0.25～0.50mm和1～2mm兩個粒徑團聚體的含量差異不顯著，這與高活性有機質隨團聚體粒徑大小的變化趨勢一致；巫山煙區1～2mm粒徑團聚體中活性有機質含量顯著低于其余粒徑團聚體。團聚體活性有機質含量在彭水、豐都、巫山3個煙區均表現出隨粒徑的增大而減少的趨勢，與Conteh等［28］在種植棉花的開裂黏土中的研究結果一致，但與于榮［15］在紅壤中的研究結果不同，這可能也是由于耕作方式不同所致。

圖2 不同粒徑團聚體中活性有機質含量

由表4看出，重慶典型煙區土壤HLOM、MLOM和LOM在不同粒徑團聚體中的分布均以1～2mm團聚體比例最大，變化范圍分別為24.29%～33.36%、24.15%～29.09%和18.46%～21.69%；＜0.25mm次之，變化范圍分別為18.45%～20.72%、15.98%～17.21%和14.02%～15.36%；最低值出現在0.5～1.0mm團聚體（除巫山的MLOM），變化范圍分別為11.89%～15.95%、7.43%～15.33%和9.79%～11.83%。同一粒徑團聚體中3種活性有機質的分布在3個煙區表現出一定差異，其中，＜0.25mm團聚體中的HLOM分布以彭水煙區最高，MLOM和LOM的分布在3個煙區間無顯著差異；0.25～0.50mm團聚體中的HLOM、MLOM分布也以彭水煙區最高，而LOM的分布則以巫山煙區最高；0.5～1.0 mm團聚體中HLOM分布以豐都最高、豐都煙區最低，但LOM的分布以巫山煙區最高；1～2mm團聚體中，HLOM的分布表現為巫山煙區顯著低于彭水和豐都煙區，而MLOM和LOM的分布卻相反。盡管3種活性有機質在不同粒徑團聚體間的分布差異因煙區不同而存在差異，但其在1～2mm團聚體中的分布顯著高于在其他粒徑團聚體中的分布?？梢?，1～2mm團聚體也是重慶植煙土壤活性有機質獲得累積的關鍵團聚體，這可能是由于1～2mm團聚體在土壤中的占有率高于其他粒徑團聚體所致，與廖洪凱等［29］研究結果一致。

表4 重慶典型煙區各粒徑團聚體中活性有機質的分布 （%）

2.4 重慶典型煙區全土有機質與各粒徑團聚體中有機質含量的相關分析

表5 重慶典型煙區全土有機質與團聚體有機質含量的相關系數①

重慶典型煙區全土有機質與各粒徑團聚體有機質含量的相關性分析結果見表5。3個煙區土壤有機質與團聚體有機質的相關系數均隨粒徑的增大而減小，3個植煙區在＜0.25mm粒徑團聚體中達到極顯著水平（p＜0.01）；在0.25～0.50mm和0.5～1.0mm粒徑團聚體中，彭水和巫山煙區達到極顯著水平，豐都煙區則達到顯著水平（p＜0.05）；在1～2mm粒徑團聚體中的相關系數只有巫山煙區達到極顯著水平，在彭水和豐都煙區則達到顯著水平。由此可見，重慶典型煙區土壤有機質的積累受4類團聚體中有機質含量的共同影響，以＜0.25mm團聚體影響最為明顯。

2.5 重慶典型煙區全土活性有機質與各粒徑團聚體中活性有機質含量的相關分析

表6看出，3個煙區全土活性有機質與各粒徑團聚體活性有機質含量的相關系數在＜0.25mm團聚體中表現為HLOM＞MLOM＞LOM，且達到極顯著水平（P＜0.01）。彭水煙區在0.25～0.50mm團聚體中只有HLOM達到極顯著水平，MLOM和LOM則達到顯著水平（P＜0.05）；在0.5～1.0mm團聚體中只有HLOM達到極顯著水平，MLOM達到顯著水平，LOM的相關性不顯著（P＞0.05）；在1～2mm團聚體中3種活性有機質均達到顯著水平。豐都煙區在0.25～0.50 mm團聚體中HLOM達到顯著水平，MLOM和LOM的相關性均不顯著；在0.5～1.0mm和1～2mm團聚體中HLOM達到極顯著水平，MLOM和LOM的相關性也均不顯著。巫山煙區在0.25～0.50mm團聚體中3種活性有機質的相關性均達到極顯著水平；在0.5～1.0mm和1～2 mm團聚體中HLOM達到極顯著水平，MLOM和LOM則達到顯著水平。3種活性有機質的相關系數均呈現出隨粒徑增大而減少的趨勢。由此可見，土壤活性有機質與＜0.25mm團聚體活性有機質的關系最密切。因此，重慶典型煙區土壤活性有機質含量的增加主要受＜0.25mm團聚體活性有機質含量增加的影響，與李娟等［30］和華娟等［31］的研究結果一致。

表6 重慶典型煙區全土活性有機質與團聚體活性有機質含量的相關分析

3 結論

（1）重慶市3個典型煙區土壤各粒徑團聚體組成均以1～2mm團聚體含量最高，且顯著高于其他粒徑團聚體含量，大團聚體（1～2mm）是該區域植煙土壤團聚體存在的主要形式。

（2）在重慶市典型煙區，＜0.25mm團聚體中有機質和活性有機質含量較高，但1～2mm團聚體中土壤有機質和活性有機質的分布比例最高，可將1～2mm團聚體作為重慶市典型煙區土壤有機質固定的特征團聚體。

（3）重慶市典型煙區土壤有機質和活性有機質均與＜0.25mm團聚體有機質和活性有機質含量間達到極顯著水平，表明該煙區土壤有機質和活性有機質含量主要受小粒徑團聚體有機質和活性有機質含量的影響，因此＜0.25mm粒徑團聚體有機質和活性有機質含量可作為判斷重慶植煙土壤有機質變化的敏感性指標。

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責任編輯 董志堅

Distribution Characteristics of Organic Matter and its Labile Constituents in Soil Aggregates of Typical Tobacco Planting A reas in Chongqing

LI Ling1,2,ZHAO Xiulan1,2,WEI Shiqiang*1,2,JIANG Zhenmao1,2,and WAN Chuan1,2
1.College of Resources and Environm ent,SouthwestUniversity,Chongqing 400715,China
2.Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment of Chongqing,Chongqing 400715,China

To control the fertility of tobacco planting soil effectively and conduct carbon management in field reasonably,soil samp les were collected from typical tobacco planting areas(Pengshui,Fengdu and Wushan)in Chongqing.The samples were divided into different soil aggregates by particle size with drysieve method,then the contents of high labile organic matter(HLOM),moderate labile organic matter (MLOM)and labile organic matter(LOM)in these aggregates were determ ined via treating the sam ples with K MnO4solution at the concentrations of 33,167 and 333mmol·L-1,respectively;and the distributioncharacteristics of organic matter and LOMin aggregates of each particle size range were analyzed.The results showed that：1)The major aggregates were the aggregates of 1-2 mm in particle size,which accounted for 40.16%-42.02%of total aggregates from the three areas.Except that the content of 0.25-0.5 mm aggregates was significantly higher in the sam ples from Wushan,there was no significant difference between the three areas(P＞0.05).2)With the increase of particle size,the contents of total organic matter(TOM)and LOMdecreased in all aggregates,while the contents of HLOMand MLOMdecreased in the aggregates from Pengshui and Wushan,and decreased first then increased in the aggregates from Fengdu.3)TOM,HLOM,MLOMand LOMin soil mainly distributed in 1-2 mm aggregates,their percentage reached 29.99%-31.58%,24.29%-33.36%,24.15%-29.09%and 18.46%-21.69%,respectively. Therefore,1-2 mm aggregates were determ ined as the characteristic aggregates of organic matter for the typical tobacco p lanting soils in Chongqing.4)The contents of TOMand LOMin soils extremely significantly positively correlated to those in aggregates of＜0.25 mm,respectively,it indicated that TOMand LOMin the aggregates of＜0.25 mm could be used as a sensitive index for the change of organic matter content in tobacco planting soils in Chongqing.

Tobacco p lanting soil;Aggregate;Organic matter;Labile organic matter

S572.061

A

1002-0861（2015）09-0014-07

10.16135/j.issn1002-0861.20150903

2015-01-28

2015-04-13

中國煙草總公司重慶市公司科技項目“重慶市植煙土壤有機質質量及評價”（NY201303010700017）。

李玲（1989—），女，碩士研究生，研究方向：環境污染化學。E-mail：739252949@qq.com；*

魏世強，E-mail：sqwei@swu.edu.cn

李玲，趙秀蘭，魏世強，等.重慶典型煙區土壤團聚體中有機質及活性組分的分布特征［J］.煙草科技，2015，48（9）：14-20.

LI Ling,ZHAO Xiulan,WEI Shiqiang,etal.Distribution characteristics of organic matter and its labile constituents in soil aggregatesof typical tobacco planting areas in Chongqing［J］.Tobacco Science&Technology，2015，48（9）：14-20.