外源有机碳对植烟土壤水稳性团聚体稳定性的影响

舒灏+石国荣+谭军

摘 要：本试验设置2%木本泥炭（M1）、2%草本泥炭（M2）和2%褐煤（M3）3个处理，对植烟土壤的水稳性团聚体分布及其稳定性进行了考察。结果表明：施用外源有机碳能显著提高土壤>0.25 mm水稳性团聚体的含量（WR>0.25），其中粒径>5 mm的团聚体含量（WR>5）增加最为显著；同时，施用外源有机碳也能显著提高土壤团聚体的稳定性，外源有机碳施用12个月时，M1、M2和M3处理的植烟土壤中水稳性团聚体的平均质量直径（MWD）分别提高了23%，13%和21%，而几何平均直径（GMD）则分别提高了33%，18%和31%。

关键词：外源有机碳；植烟土壤；水稳性团聚体

中图分类号：S153.6 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.06.005

Abstract： The effects of exogenous organic carbon on the proportion and stability of water stable aggregates in tobacco growing soil were investigated by adding 2% of woody peat（M1）， herbaceous peat（M2） and brown coal（M3）. The results showed that the water stable aggregates of tobacco growing soil with diameter greater than 0.25 mm（WR>0.25） increased after the addition of exogenous organic carbon， and the aggregates with diameter greater than 5 mm（WR>5） were the ones increased the most. The mean mass diameter（MWD） of M1， M2， M3 treatments increased 23%， 13% and 21%， while the geometric mean diameter（GMD） increased 33%， 18% and 31%， respectively.

Key words： exogenous organic carbon； tobacco growing soil； water stable aggregate

土壤肥力下降和土壤结构失衡等土壤质量问题越来越受到世界范围内的关注[1]。土壤团聚体是土壤的基本单元[2]，是评价土壤质量和土壤肥力的重要指标[3]。土壤中各种胶结物质尤其是有机质的数量及性质是决定土壤团聚体形成和稳定的主要因素[4]，而土壤团聚体有助于土壤有机质的固定与保护[5]。其中，水稳性团聚体是衡量土壤结构好坏、持水性、通透性和抗侵蚀性的重要指标[6]。

添加外源有机碳是解决土壤肥力下降的途径之一[7]，但外源有机碳对土壤水稳性团聚体的影响研究较少。本研究通过添加2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤到植烟土壤中，研究外源有机碳施用对植烟土壤水稳性团聚体的影响，以期为提升植烟土壤质量提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试土壤

选择湖南农业大学教学实习基地烟—稻轮作土作为供试土壤，采样时间为2015年12月。在采样点按S形随机设置5个采样点，从采样点采集土样作为供试土壤，采集深度为0～15 cm，并且尽量保持土壤原样。供试土壤pH 值为5.38，其基本肥力如表1所示。

1.2 供试外源有机碳

外源有机碳材料包括木本泥炭（国外进口）、草本泥炭（国产）和山西褐煤。

1.3 试验设计

采用土壤盆栽方式，将外源有机碳木本泥炭、草本泥炭或山西褐煤粉碎后，过1 mm筛，分别按2%添加量与风干土壤混合均匀。称取5 kg混合土于盆中，分别标记为M1（添加2%木本泥炭）、M2（添加2%草本泥炭）和M3（添加2%山西褐煤）共3个处理，同时设置1个空白对照（CK），每个处理重复3次。试验于2016年2月8日开始，在温室大棚内（温度15～25 ℃，相对湿度40%～80%）放置2个月后，于2016年4月8日放置室外，定时取样测定土壤水稳性团聚体含量。

1.4 测定方法

湿筛法是测定土壤水稳性团聚体粒径分布及其稳定性的经典方法[8]。本文参照农业行业标准“土壤水稳定性大团聚体组成的测定—湿筛法”[9]测定各处理土壤的水稳性团聚体含量。根据Yoder分类法[10]，将土壤水稳性团聚体分为>5 mm、5～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm和<0.25 mm 6个级别进行含量分析，其含量分别标记为WR>5、WR5～2、WR2～1、WR1～0.5、WR0.5～0.25和WR<0.25。其中，粒徑>0.25 mm的水稳性团聚体含量（粒径>0.25 mm的水稳性团聚体含量之和，WR>0.25）是影响土壤团聚体特征和稳定性的主要因子，而平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）则反映了土壤团聚体的大小分布状况和土壤团聚体的稳定性[9]，计算方法如下：

式中：Xi为任一级别范围内团聚体的平均直径（mm）；Wi为对应于Xi的团聚体百分含量。

1.5 数据处理

采用SPSS21.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 外源有机碳对土壤水稳性团聚体含量的影响

外源有机碳对土壤水稳性团聚体含量的影响见表2。从表2可以看出，施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤后，植烟土壤中粒径<0.25 mm的水稳性团聚体含量（WR<0.25）均呈现出先下降后上升的趋势，而粒径>5 mm和>2 mm的水稳性团聚体含量（WR>5和WR>2）则先上升后下降。

施用2%木本泥炭的M1处理，植烟土壤中WR<0.25含量在施用木本泥炭6个月后降至最低，比CK低23.8%，施用8个月时维持不变，施用10个月后开始上升；而WR>2含量则在施用木本泥炭8个月后升至最高，比CK高21.9%，施用10个月后开始下降；WR>5含量在施用6个月后升至最高，比CK高23.2%，施用8个月时维持不变，施用10个月后开始下降。

施用2%草本泥炭的M2处理，草本泥炭施用8个月后，植烟土壤中WR<0.25含量降至最低，比CK低11.1%，施用10个月后开始上升。而WR>2和WR>5的含量均在施用草本泥炭6个月后升至最高，分别比CK高15.8%和17.6%，施用8个月时维持不变，施用10个月后开始下降。

施用2%褐煤的M3处理，褐煤施用6个月后，植烟土壤中WR<0.25的含量降至最低，比CK低23.2%，施用8个月时维持不变，施用10个月后开始上升。而粒径>5 mm和>2 mm的水稳性团聚体WR>2和WR>5的含量则在褐煤施用6个月后升至最高，分别比CK高23.5%和16.2%，施用8个月时维持不变，施用10个月后开始下降。

M1、M2和M3相比，各时期处理WR>5含量增加的幅度均呈现出M1>M3>M2，且各时期M2处理WR>2含量的增幅和WR<0.25的降幅最小，说明2%木本泥炭处理对植烟土壤大粒径水稳定团聚体形成的影响最大，而2%草本泥炭处理的影响最小。

3种外源有机碳施用对植烟土壤水稳性团聚体粒径分布的影响呈现出类似的规律：均表现为小粒径团聚体减少，大粒径团聚体增加，小粒径团聚体逐渐向大粒径团聚体转移的趋势。据报道，施肥处理能显著增加土壤中粒径>2 mm和粒径介于0.25～2 mm 之间的水稳性团聚体WR>2和WR2～0.25的含量，尤其是WR>2的含量可从4.5%增至44.6%不等[11]，而长期施肥能使土壤中WR>2含量增加14%～18%[12]。施用不同量的有机肥后，0～20 cm土层中，粒径>5 mm的水稳性团聚体WR>5含量增加最多[13]。此外，秸秆处理能将土壤中粒径>2 mm的水稳性团聚体含量WR>2从0%增至7%，而显著降低粒径<0.25 mm的团聚体WR<0.25的含量[14]。本文中，3种外源有机碳施用6个月后，粒径>2 mm和>5 mm的水稳性团聚体含量均显著增加，尤其是WR>5含量增加的幅度最大，说明施用2%外源有机碳更有利于植烟土壤形成大粒径的水稳性团聚体。

3种外源有机碳施用8个月后，各处理的WR>5含量开始减少，同时WR<0.25含量开始上升，说明此时土壤团聚体开始破碎。但各时期M1、M2和M3处理的土壤中，粒径>5 mm和>2 mm的水稳性团聚体含量始终高于CK，而WR<0.25含量则始终低于CK。这说明外源有机碳施用能促进土壤形成大团聚体，同时减缓其破碎成小团聚体的速度，这与文献报道的结果一致[15-17]。

2.2 外源有机碳对水稳性团聚体稳定性的影响

外源有机碳施用对土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR0.25）、土壤水稳性团聚体的平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）的影响见表3、表4和表5。

土壤结构稳定的机制与土壤水稳性团聚体的形成有关，而>0.25 mm水稳性团聚体的数量可以表征土壤团聚体稳定性的高低[17]。由表3可以看出，各时期M1、M2、M3处理的WR0.25含量均显著高于CK，说明施用外源有机碳能显著增加土壤团聚体的稳定性。这与文献报道的研究结果完全一致[18]。

土壤团聚体的平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）越大，土壤团聚体越稳定[9]。由表4和表5可知，施用2%的外源有机碳12个月后，M1、M2、M3处理的MWD和GMD分别提高了23%，13%，21%和33%，18%，31%，说明M1、M2、M3处理能显著提高植烟土壤团聚体的稳定性。而2%木本泥炭和褐煤处理对植烟土壤MWD和GMD的提升高于秸秆还田的6%～18%和4%～16%[17]。

3 结 论

施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤均能促进植烟土壤形成大粒径的水稳性团聚体，同时减缓其破碎成小团聚体的速度。木本泥炭与褐煤处理效果相当，而草本泥炭处理效果略差。

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