重庆典型烟区土壤团聚体中有机质及活性组分的分布特征

李 玲，赵秀兰，魏世强*，蒋珍茂，万 川

1．西南大学资源环境学院，重庆市北碚区天生路2号 400715

2．重庆市农业资源与环境研究重点实验室，重庆市北碚区天生路2号 400715

重庆典型烟区土壤团聚体中有机质及活性组分的分布特征

李 玲1,2，赵秀兰1,2，魏世强*1,2，蒋珍茂1,2，万 川1,2

1．西南大学资源环境学院，重庆市北碚区天生路2号 400715

2．重庆市农业资源与环境研究重点实验室，重庆市北碚区天生路2号 400715

为有效调控植烟土壤肥力及合理进行田间碳素管理，采集了重庆彭水、丰都和巫山3个典型烟区的土壤样品。利用干筛法将土壤分成不同粒径的团聚体，分别用浓度33、167和333mmol·L-1的K MnO4溶液氧化处理，测定团聚体中高活性有机质（HLOM）、中活性有机质(MLOM)和活性有机质(LOM)含量（质量分数），并分析了各粒径团聚体中有机质及活性有机质的分布特征。结果表明，3个烟区土壤团聚体的组成均以1～2 mm的团聚体为主，占团聚体总量（质量分数）的40．16%～42．02%。除巫山烟区土壤0．25～0．50mm团聚体含量（质量分数）显著高于彭水和丰都两个烟区外，其余粒径团聚体含量在3个典型烟区间的差异不显著（P＞0．05）。随着粒径的增大，土壤团聚体中的总有机质（TOM）和LOM含量均降低，但HLOM和MLOM含量的变化因烟区的不同而异。在彭水和巫山烟区，HLOM和MLOM含量随团聚体粒径增大呈下降趋势，但在丰都烟区则表现为先降低后增加的变化趋势。土壤TOM、HLOM、MLOM和LOM在团聚体中的分布均以1～2mm粒径最大，分别达29．99%～31．58%、24．29%～33．36%、24．15%～29．09%和18．46%～21．69%，因此将1～2 mm团聚体作为重庆市典型烟区的土壤有机质固定的特征团聚体。土壤TOM和LOM含量均分别与＜0．25mm团聚体中的TOM和LOM含量呈极显著正相关，表明该粒径团聚体有机质和活性有机质可以作为衡量重庆植烟土壤有机质含量变化动态的敏感性指标。

植烟土壤；团聚体；有机质；活性有机质

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，是土壤有机质存在的场所，团聚体不仅具有维持和协调土壤中水肥气热的功能，还具有影响土壤酶种类和活性以及维持和稳定土壤疏松熟化层的功能［1］。土壤有机质是土壤的重要组成部分，是土壤团聚体的胶结物质，不仅可以提供植物的养分和土壤微生物活动的能量，还能改良土壤物理结构，增强土壤的保水保肥能力和缓冲性［2-3］。在土壤中二者相互作用，不可分割。因而对土壤团聚体中有机质的分布规律及其影响因素的研究受到广泛关注。Jastrow［4］发现草原土壤2～3mm团聚体有机碳含量是＜0.05mm团聚体有机碳含量（质量分数）的2倍；李辉信等［5］研究表明施肥能够提高1～3mm和0.25～1mm两个粒径团聚体的有机碳含量；戴珏等［6］发现免耕潮土中＞0.25mm和0.05～0.25mm两个粒径团聚体有机碳含量显著升高，这对揭示不同粒径团聚体有机质含量的变化规律及其对土地利用、施肥、耕作等管理措施的响应具有重要意义。

土壤有机质是由不同组分组成的复杂物质，不同组分的转化速度及其对土壤耕作管理措施的响应不同，因此土壤有机质组分的作用也不同。其中活性有机质易于分解，具有较高的生物活性，转化速度快，对当季作物的营养供应起直接作用［7］。目前已有学者对水稻土［8］、落叶松人工林地土壤［9］和干旱区典型农田土壤灰漠土［10］不同粒径团聚体中的活性有机质进行了一些研究，但有关植烟土壤团聚体与有机质间的关系方面研究较少。因此，选择重庆3个典型植烟区的土壤，研究活性有机质在不同粒径土壤团聚体中含量（质量分数）和分布特征及其与土壤有机质含量（质量分数）的关系，旨在为植烟土壤肥力调控及碳素管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

选择重庆市东南部、中部和东北部的彭水、丰都、巫山3个典型烟区采集土壤样品。3个烟区的自然环境特征见表1。

1.2 样品采集

在重庆彭水、丰都和巫山3个典型烟区采集0～20 cm耕层的土壤样品，土样采集时间选择在烟草尚未施底肥和移栽前。为反映采样地块的真实养分状况和供肥能力，需要避开雨季。每个采样点根据田块的形状按“S形”或“梅花形”随机布设3～5个样点，采集密度为1个/40 hm2，每样品采集同等质量的土壤制成一个混合土样，共采集240个样品（其中，彭水94个，丰都47个，巫山99个），登记编号后带回实验室，在室温下自然风干备用。

1.3 土壤团聚体的分离

参照Sainju等［11］的干筛法进行土壤团聚体的分离。将室温下风干的土样分成不同大小的土壤团聚体，然后在室温条件下继续风干。用不同粒径的筛分离出1～2，0.5～1.0，0.25～0.50和＜0.25 mm粒径团聚体，并剔除各粒径团聚体中的植物根系及其他残体后称量，备用。

1.4 土壤有机质及活性有机质的测定

采用重铬酸钾容量法（外加热法）测定土壤有机质［12］；分别用浓度33、167和333mmol·L-1的K MnO4溶液氧化处理，测定土壤及各粒径团聚体中的高活性有机质（HLOM）、中活性有机质（MLOM）和活性有机质（LOM）含量（质量分数）［13］。

表1 重庆市彭水、丰都、巫山3个典型烟区的自然环境特征

1.5 数据处理

土壤团聚体含量（质量分数）以及有机质、活性有机质在各粒径团聚体中的分布计算公式：

各粒径团聚体含量=［该粒径团聚体质量（g）/各粒径团聚体质量之和（g）］×100%（1）

土壤团聚体中的养分分布=［该粒径团聚体中养分含量（g/kg）×该粒径团聚体含量（%）/全土养分含量（g/kg）］×100%（2）

式中：土壤养分为土壤有机质或活性有机质，全土为未经过粒径分离的土样。

采用Excel2007和SPSS 19.0软件进行数据分析，用单因素方差分析和最小显著差异法（LSD）进行数据组间的差异的显著性比较，用Pearson相关系数评价不同因子间的相关性。

2 结果与分析

2.1 重庆典型烟区土壤团聚体粒径的组成特征

表2 重庆典型烟区各粒径团聚体含量（%）

重庆典型烟区土壤团聚体粒径组成见表2。各粒径团聚体组成均以1～2mm所占比例最高，在40.16%～42.02%之间；＜0.25 mm次之，在21.70%～22.63%之间；0.25～0.50 mm最低，在16.84%～19.00%之间。除巫山烟区土壤0.25～0.50mm团聚体含量显著高于其他两个烟区外，同一粒径团聚体含量在3个典型烟区间差异不显著，但同一烟区不同粒径团聚体含量差异达到显著水平。彭水、巫山烟区土壤＜0.25mm团聚体含量显著低于1～2 mm团聚体含量，但显著高于0.25～0.50mm与0.5～1.0mm的团聚体含量；丰都烟区＜0.25mm团聚体含量也显著低于1～2mm团聚体含量，但与0.5～1.0mm团聚体含量间差异不显著。3个典型烟区土壤0.25～0.50mm及0.5～1.0mm团聚体含量差异均未达到显著水平。与其他土壤类型相比，重庆市典型烟区土壤（黄壤）＜0.25mm团聚体含量远低于潮土（65%～70%）［5］和黑土（64%～83%）［14］，但高于红壤（6.00%～18.48%）［15］。重庆典型烟区土壤团聚体均以1～2mm团聚体所占比例最高，表明大团聚体（1～2mm）是该区域团聚体存在的主要形式，而不同烟区土壤各粒径团聚体含量差异不显著，可能是由于重庆烟区的土壤类型、耕种模式以及施肥情况相差不大的原因所致，这与刘中良等［16］研究的团聚体组成分布结果基本一致。而用湿筛法的测定结果，1～2mm粒径团聚体含量降低，＜0.05mm粒径团聚体含量增加［17］，这与干筛法得到的结果相差较大，可能是由于湿筛法采用水浸泡等过程使得大团聚体更容易分散所致。

2.2 土壤不同粒径团聚体中的有机质含量与分布

图1 不同粒径团聚体中土壤有机质含量

不同粒径团聚体中的有机质含量是土壤有机质平衡与矿化速率的微观表征［18］。图1结果显示，重庆3个典型烟区团聚体中的土壤有机质含量呈现出随粒径增大而减少的趋势，这符合有机碳输入优先向小粒级团聚体积累的层次理论［19］，且与张曼夏等［20］和Maysoon等［21］研究结果一致。但赵世伟等［22］对黄土高原土壤团聚体有机碳的研究显示，土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒径的增加而增加；李恋卿等［23］发现，退化红壤地区有机碳在团聚体中呈“V”形分布，小粒径和大粒径团聚体中有机质含量均较高，这些与本研究结果不同，可能是由于土地利用方式或耕作方式不同所致。重庆烟区＜0.25 mm团聚体中有机质含量最高，表明该粒径团聚体具有一定的碳素聚集效应，Oades等［24］认为＜0.25mm团聚体的核心是植物碎屑，含有更多的土壤有机质，Callewaert等［25］也认为有机质在微团聚体中因能够稳定较长时间而累积。由表3看出，重庆典型烟区土壤有机质在各粒径团聚体中的分布均以1～2mm团聚体比例最大，变化范围为29.99%～31.58%；＜0.25mm次之，变化范围为20.54%～21.16%；最低值出现在0.5～1.0mm团聚体（除丰都烟区）。同一粒径团聚体中有机质的分布因烟区的不同表现出一定差异，＜0.25mm团聚体中有机质分布在不同烟区间无显著差异；彭水烟区0.25～0.50mm团聚体中有机质的分布显著低于巫山及丰都烟区，而巫山与丰都烟区间的差异不显著；0.5～1.0mm和1～2mm团聚体中有机质的分布表现为丰都烟区显著高于彭水及巫山两个烟区。不同粒径团聚体中有机质分布也因烟区的不同而存在差异，彭水和丰都烟区均表现为＜0.25mm团聚体显著低于1～2mm团聚体，但显著高于0.25～0.50 mm及0.5～1.0mm团聚体，而0.25～0.50mm与0.5～1.0mm团聚体中有机质分布差异不显著；巫山烟区各粒径团聚体中有机质分布差异显著。由此可见，1～2mm粒径的大团聚体是重庆市典型烟区土壤有机质主要贡献载体，这与各粒径团聚体组成的比例一致，也与鲁艳红［26］和卢凌霄等［27］得出的大粒径团聚体中土壤有机碳的分布远高于小粒径团聚体的结果一致。

表3 重庆典型烟区有机质在各粒径团聚体中的分布（%）

2.3 土壤不同粒径团聚体中的活性有机质含量与分布

如图2所示，3种活性有机质含量在重庆典型烟区呈现出不同的变化趋势，团聚体高活性有机质含量在彭水烟区随团聚体粒径的增大而减少，但在＜0.25 mm和0.25～0.50mm两个粒径团聚体中的差异不显著（P＞0.05）；丰都烟区则呈现出随粒径的增大先减少后增加的趋势，在0.25～0.50 mm和1～2mm两个粒径团聚体间的差异不显著；巫山烟区也呈现出随粒径的增加而减少的趋势。团聚体中活性有机质含量在彭水表现为随粒径增加而减少；丰都烟区则呈现出随粒径的增大先减少后增加的趋势，0.25～0.50mm和1～2mm两个粒径团聚体的含量差异不显著，这与高活性有机质随团聚体粒径大小的变化趋势一致；巫山烟区1～2mm粒径团聚体中活性有机质含量显著低于其余粒径团聚体。团聚体活性有机质含量在彭水、丰都、巫山3个烟区均表现出随粒径的增大而减少的趋势，与Conteh等［28］在种植棉花的开裂黏土中的研究结果一致，但与于荣［15］在红壤中的研究结果不同，这可能也是由于耕作方式不同所致。

图2 不同粒径团聚体中活性有机质含量

由表4看出，重庆典型烟区土壤HLOM、MLOM和LOM在不同粒径团聚体中的分布均以1～2mm团聚体比例最大，变化范围分别为24.29%～33.36%、24.15%～29.09%和18.46%～21.69%；＜0.25mm次之，变化范围分别为18.45%～20.72%、15.98%～17.21%和14.02%～15.36%；最低值出现在0.5～1.0mm团聚体（除巫山的MLOM），变化范围分别为11.89%～15.95%、7.43%～15.33%和9.79%～11.83%。同一粒径团聚体中3种活性有机质的分布在3个烟区表现出一定差异，其中，＜0.25mm团聚体中的HLOM分布以彭水烟区最高，MLOM和LOM的分布在3个烟区间无显著差异；0.25～0.50mm团聚体中的HLOM、MLOM分布也以彭水烟区最高，而LOM的分布则以巫山烟区最高；0.5～1.0 mm团聚体中HLOM分布以丰都最高、丰都烟区最低，但LOM的分布以巫山烟区最高；1～2mm团聚体中，HLOM的分布表现为巫山烟区显著低于彭水和丰都烟区，而MLOM和LOM的分布却相反。尽管3种活性有机质在不同粒径团聚体间的分布差异因烟区不同而存在差异，但其在1～2mm团聚体中的分布显著高于在其他粒径团聚体中的分布。可见，1～2mm团聚体也是重庆植烟土壤活性有机质获得累积的关键团聚体，这可能是由于1～2mm团聚体在土壤中的占有率高于其他粒径团聚体所致，与廖洪凯等［29］研究结果一致。

表4 重庆典型烟区各粒径团聚体中活性有机质的分布 （%）

2.4 重庆典型烟区全土有机质与各粒径团聚体中有机质含量的相关分析

表5 重庆典型烟区全土有机质与团聚体有机质含量的相关系数①

重庆典型烟区全土有机质与各粒径团聚体有机质含量的相关性分析结果见表5。3个烟区土壤有机质与团聚体有机质的相关系数均随粒径的增大而减小，3个植烟区在＜0.25mm粒径团聚体中达到极显著水平（p＜0.01）；在0.25～0.50mm和0.5～1.0mm粒径团聚体中，彭水和巫山烟区达到极显著水平，丰都烟区则达到显著水平（p＜0.05）；在1～2mm粒径团聚体中的相关系数只有巫山烟区达到极显著水平，在彭水和丰都烟区则达到显著水平。由此可见，重庆典型烟区土壤有机质的积累受4类团聚体中有机质含量的共同影响，以＜0.25mm团聚体影响最为明显。

2.5 重庆典型烟区全土活性有机质与各粒径团聚体中活性有机质含量的相关分析

表6看出，3个烟区全土活性有机质与各粒径团聚体活性有机质含量的相关系数在＜0.25mm团聚体中表现为HLOM＞MLOM＞LOM，且达到极显著水平（P＜0.01）。彭水烟区在0.25～0.50mm团聚体中只有HLOM达到极显著水平，MLOM和LOM则达到显著水平（P＜0.05）；在0.5～1.0mm团聚体中只有HLOM达到极显著水平，MLOM达到显著水平，LOM的相关性不显著（P＞0.05）；在1～2mm团聚体中3种活性有机质均达到显著水平。丰都烟区在0.25～0.50 mm团聚体中HLOM达到显著水平，MLOM和LOM的相关性均不显著；在0.5～1.0mm和1～2mm团聚体中HLOM达到极显著水平，MLOM和LOM的相关性也均不显著。巫山烟区在0.25～0.50mm团聚体中3种活性有机质的相关性均达到极显著水平；在0.5～1.0mm和1～2 mm团聚体中HLOM达到极显著水平，MLOM和LOM则达到显著水平。3种活性有机质的相关系数均呈现出随粒径增大而减少的趋势。由此可见，土壤活性有机质与＜0.25mm团聚体活性有机质的关系最密切。因此，重庆典型烟区土壤活性有机质含量的增加主要受＜0.25mm团聚体活性有机质含量增加的影响，与李娟等［30］和华娟等［31］的研究结果一致。

表6 重庆典型烟区全土活性有机质与团聚体活性有机质含量的相关分析

3 结论

（1）重庆市3个典型烟区土壤各粒径团聚体组成均以1～2mm团聚体含量最高，且显著高于其他粒径团聚体含量，大团聚体（1～2mm）是该区域植烟土壤团聚体存在的主要形式。

（2）在重庆市典型烟区，＜0.25mm团聚体中有机质和活性有机质含量较高，但1～2mm团聚体中土壤有机质和活性有机质的分布比例最高，可将1～2mm团聚体作为重庆市典型烟区土壤有机质固定的特征团聚体。

（3）重庆市典型烟区土壤有机质和活性有机质均与＜0.25mm团聚体有机质和活性有机质含量间达到极显著水平，表明该烟区土壤有机质和活性有机质含量主要受小粒径团聚体有机质和活性有机质含量的影响，因此＜0.25mm粒径团聚体有机质和活性有机质含量可作为判断重庆植烟土壤有机质变化的敏感性指标。

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责任编辑 董志坚

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

中国烟草总公司重庆市公司科技项目“重庆市植烟土壤有机质质量及评价”（NY201303010700017）。

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

魏世强，E-mail：sqwei@swu.edu.cn

李玲，赵秀兰，魏世强，等.重庆典型烟区土壤团聚体中有机质及活性组分的分布特征［J］.烟草科技，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.