膜下滴灌不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征的影响

马建辉，叶旭红，韩冰，李文，虞娜，范庆锋，张玉玲，邹洪涛，张玉龙

（沈阳农业大学土地与环境学院/农业部东北耕地保育重点实验室/土肥资源高效利用国家工程实验室，沈阳 110866）

膜下滴灌不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征的影响

马建辉，叶旭红，韩冰，李文，虞娜，范庆锋，张玉玲，邹洪涛，张玉龙

（沈阳农业大学土地与环境学院/农业部东北耕地保育重点实验室/土肥资源高效利用国家工程实验室，沈阳 110866）

【目的】灌溉是设施土壤水分的主要来源，也是影响土壤结构稳定性的重要因子。探究不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征和稳定性的影响，为设施农业合理水分调控、促进设施土壤结构改善提供理论依据。【方法】选用6年膜下滴灌试验地为对象，供试作物为番茄 （Lycopersicon esculentum Mill.），种植模式为沟垄覆膜。设置了3个灌水控制下限，其土壤水吸力值分别为20、30及40 kPa（分别记为D20、D30、D40），灌水控制上限均为6 kPa。各小区以埋设深度30 cm的张力计指示土壤水分变化，确定灌水时间和灌水量。通过干筛法和湿筛法测定了土壤团聚体的组成，＞0.25 mm团聚体含量（R0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、分形维数（D）、以及土壤结构破坏率（RDS）和不稳定团粒指数（ElT）。【结果】在 0—30 cm土层，D40处理的土壤电导率（EC）、阳离子交换量（CEC）和容重都显著低于 D20和D30处理（D40＜D30＜D20）；D20处理的pH显著低于D30和D40处理（D40＞D30＞D20）(P＜0.05)。通过干筛法和湿筛法对团聚体数量和大小的测定发现，在0—30 cm土层，土壤机械稳定性团聚体主要集中在＞2和1—0.25 mm粒级（23.01%—39.98%），而水稳性团聚体主要集中在1—0.25 和0.25—0.053 mm粒级（31.08—47.27%）。在0—20 cm土层，D30处理的R0.25、平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）均高于D20和D40处理；但在20—30 cm土层，D20处理的水稳性团聚体的含量高于D30和D40处理。不同灌水控制下限下的土壤结构破坏率（RDS）和不稳定团粒指数（ElT）随土壤深度增加而增加，且RDS与ElT的变化规律相似。在0—20 cm土层，D30处理的土壤结构破坏率（RDS）和不稳定团粒指数（ElT）显著低于D20和D40处理（P＜0.05）。但在20—30 cm 土层，D20处理的土壤结构破坏率（RDS）比D30和D40处理分别低了12.2%和16.8%。干筛下在10—20 cm 土层内，D20、D30、D40处理的分形维数最小，分别是2.13、2.08、2.19；湿筛下在10—20 cm 土层内，D40、D30、D40处理的分形维数最小，分别是2.31、1.99、2.12。结果表现出，与D20和D40处理相比，D30处理显著降低了团聚体中的分形维数（D）。【结论】在保证设施番茄产量和节约用水的条件下，将土壤水吸力30 kPa作为膜下滴灌灌水控制下限，有利于土壤结构的形成和稳定。

设施土壤；膜下滴灌；灌水控制下限；土壤团聚体

Abstract:【Objective】 Irrigation is the main source of soil moisture and affects the soil structure stability under greenhouse condition. The objective of this paper is to explore the effects of different controlled irrigation low limits on composition and stability of soil aggregates in a greenhouse soil. Results of the study will provide a theoretical basis for reasonable water regulation and improvement soil structure.【Method】The irrigation experiments were conducted in a greenhouse at the scientific research base of Shenyang Agricultural University, China during the period from 2011 to 2016. The test crop was tomato, and the planting mode was ridge and furrow covering. Different controlled irrigation low limits were set to: 20 kPa (D20), 30 kPa (D30), 40 kPa (D40),respectively, and the irrigation allowable upper limit of them was set to 6 kPa. Soil water suctions detected by tensiometers were placed in 30 cm soil layer. The aggregates amount, macro-aggregate content (R0.25), geometric mean diameter (GMD), mean weight diameter (MWD), structure deterioration rate (RDS), unstable aggregates index (ElT)and fractal dimension (D) were examined by dry and wet sieving methods. 【Result】 In the 0-30 cm soil layer, the electrical conductivity (EC), cation exchange capacity (CEC) and soil bulk density in D40 treatment were significantly lower than those of D20 and D30 treatments (D40＜D30＜D20). The pH value of D20 treatment was significantly lower than that of D30 and D40 treatments (P＜0.05). In the 0-30 cm soil layer, the size class of dry-stable aggregate was mainly composed of ＞2 mm and 1-0.25 mm (23.01%-39.98%); the size class of water-stable aggregate was mainly composed of 1-0.25 and 0.25-0.053 mm (31.08%-47.27%). In the 0-20 cm soil layer, R0.25, GMD and MWD in D30 treatment were significantly higher than those of D20 and D30 treatments. While in the 20-30 cm soil layer, the wet stable aggregate content of D20 treatment was significantly higher than that of D30 and D40 treatments (P＜0.05). The soil structure deterioration rate (RDS) and unstable aggregate index (ElT) increased with soil depth under different irrigation control limits, and the variation of RDS and ElTwas similar. In the 0-20 cm soil layer, the RDS and ElTof D30 treatment were significantly lower than those of D20 and D30 treatments. But in the 20-30 cm soil layer, the RDS of D20 treatment was lower than those of D20 and D30 treatments by 12.2%and 16.8%, respectively. By dry sieving, the soil fractal dimension (D) of D20, D30 and D40 in the 20-30 cm soil layer was 2.13,2.08 and 2.19, respectively; by wet sieving, that of D20, D30 and D40 treatment in the 20-30 cm soil layer was 2.31, 1.99 and 2.12,respectively. Overall, compared with D20 and D40, D30 treatment significantly reduced the fractal dimension (D) in the aggregates.【Conclusion】 The result suggests that the 30 kPa drip irrigation treatment greatly enhanced the composition of macroaggregates and the stabilization of soil structure.

Key words:the greenhouse soil; plastic mulching and drip irrigation; lower limit of irrigation; soil aggregates

0 引言

【研究意义】近年来，膜下滴灌在设施蔬菜栽培中的应用日益广泛，但是由于灌水指标不明确，在生产中主要凭借经验，灌水次数和灌水定额存在一定的盲目性和随意性，直接影响到了土壤质量。团聚体作为土壤结构的最小功能单元和物理基础，是评价土壤结构质量的重要指标，其动态变化是对土壤结构与土壤物理、化学、生物特性及其生态功能的综合反映[1-2]。而稳定的土壤团聚体对土壤的通气性、肥力以及土壤的可持续利用都具有重要影响[3-4]。【前人研究进展】设施土壤质量退化的问题受到越来越多土壤学者的高度关注，其中最主要的原因之一是土壤结构的破坏[5-6]。METZGER等[7]研究不同作物对设施土壤团聚体的影响发现，豆科作物可以增加团聚体的团聚能力。孙艳等[8]通过对设施土壤和露地土壤团聚体含量测定发现，设施土壤水稳性团聚体高于露地土壤，但设施地栽培年限长于5年后，土壤中团聚体的机械稳定性显著下降。在已有的报道中，袁德玲等[9]认为与沟灌、渗灌相比，滴灌能提高0—15 cm土层土壤水稳性团聚体的含量和大小。此外，土壤的干湿交替次数在一定的条件下，会影响团聚体的大小，改变土壤结构[10-11]。有研究者认为在非团聚化土壤中，经过一个干湿交替容易形成微团聚体；在团聚化土壤中，干湿循环能够影响团聚体的稳定性，也有研究者认为干湿交替对土壤团聚体大小并没有影响[12-13]。由此可见，关于干湿交替对团聚体稳定性的研究影响规律也不尽相同。随着设施农业的迅猛发展，设施蔬菜栽培逐渐成为越来越普遍的蔬菜栽培方式。设施地作为一个相对独立封闭的小环境，土壤水分状况与露地差异明显，这对水分调控管理提出了更高的要求。测墒补灌和灌水控制下限是指示适量灌水的重要指标之一。杨文斌等[14]采用-15 kPa土水势作为灌水控制下限，促进了茼蒿的生长，达到了节水、高产的目的；张玉龙等[15]认为将灌水控制下限控制在16—25 kPa范围内，这样既提高水分利用率，增加了作物产量，又抑制了盐分积累，减轻土壤酸化。也有研究表明，在0—40 cm 土层测墒补灌具有明显的节水增产效益[16]。适宜的灌水量不仅高效节水节肥，还有效抑盐、增产、减少病害[17-18]。【本研究切入点】目前对适量灌水的研究主要集中在水肥耦合效应原理、作物水分生理、土壤理化性质等方面，而关于适量灌水对团聚体的影响报道甚少[19]。【拟解决的关键问题】为此，本研究以连续6年膜下滴灌设施土壤为研究对象，探讨膜下滴灌不同灌水控制下限（D20、D30、D40），对土壤团聚体的分布特征及稳定性的影响，以期为设施农业节水灌溉条件下的合理水分调控、促进设施土壤地力保育和可持续利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于辽宁省沈阳市沈阳农业大学日光温室科研试验基地（41.82°N，123.56°E，海拔 43 m），属温带半湿润大陆性气候，年平均气温 7.9℃，农耕期≥7℃的平均积温为3 281℃，日照时数平均为2 372.5 h，无霜期160 d左右，全年平均降水量714 mm。土壤类型为棕壤，0—15 cm土层土壤基本理化性质如表1。

表1 供试土壤的基本理化性质Table 1 General characteristics of soils used in this study

1.2 试验设计

本试验始于2011年，在长期膜下滴灌定位设施蔬菜栽培试验地进行。供试作物为喜水的番茄（Lycopersicon esculentum Mill.），品种为绿太郎。试验设置20、30、40 kPa 3个灌水控制下限，分别记为D20、D30、D40，灌水控制上限土壤水吸力均为6 kPa。每个处理设3次重复，共9个小区，随机排列，小区面积24 m2。为防止试验过程中水分、养分的互渗或迁移，各小区之间以埋深60 cm塑料布作防渗透隔离层。试验采用沟垄覆膜种植模式，每垄种植24株，行距50 cm，株距30 cm。滴灌为市售普通的滴灌带，直径16 mm，壁厚0.4 mm，滴头流量为2.5 L·h-1，孔间距为30 cm。番茄定植后于每个小区15、30、45 cm深处土层埋设张力计（澳大利亚ICF），各处理张力计埋设水平位置相同，与番茄植株水平距离为10 cm。

番茄于2016年5月4日定植，5月11日浇缓苗水后水分处理试验开始，8月4日田间试验结束。每天上午8：00以埋设深度30 cm的张力计读数指示灌溉，当土壤水吸力达到20、30、40 kPa时开始灌水，灌到土壤水吸力6 kPa时灌水完成。测得的计划湿润层代表性土壤水分特征曲线[20]为：

计算出灌溉控制上限和下限土壤水吸力对应的土壤含水量。式（1）中θ为土壤体积含水量（cm3·cm-3），h为土壤水吸力（kPa）。

再用（2）式计算小区单次灌水量。

式中，Q为小区单次灌水量（m3）；H为计划湿润层厚度（cm），取值20；R计划湿润比、即计划湿润层土壤中灌水后实际湿润体积占总体积的比例，为一无量纲的小数；θ2和θ1分别为灌水控制上限、灌水控制下限土壤水吸力值所对应的土壤体积含水量（cm3·cm-3）。试验设计如表 2。

表2 不同灌水控制下限试验设计Table 2 Text design of different controlled irrigation low limits

1.3 肥料施用

在整地时撒施膨化鸡粪37.5 t·hm-2。定植前沟施磷酸二铵、硫酸钾各 0.6 t·hm-2，尿素 0.15 t·hm-2。并于第一穗果膨大期（定植后47 d）和第二穗果膨大期（定植后72 d）追肥，每次追施尿素0.15 t·hm-2。田间管理按照当地常规管理模式进行。

1.4 研究方法

1.4.1 样品采集 试验于2016年盛果期（第三穗果成熟期）采样，分0—10、10—20和20—30 cm 3个土层，各土层分别采集100 cm3环刀、混合土样和原状土，每个小区随机选取3个点，在采集和运输过程中原状土用取土盒带回实验室。所取土样，一部分自然条件下风干制样，用于土壤基本理化性质的分析；原状土用于团聚体的筛分及其性质的测定。

1.4.2 测定方法 番茄产量采用称重法，土壤容重用环刀法，pH用pH计（水∶土=2.5∶1），EC用电导仪（水∶土=5∶1），CEC用乙酸铵交换法，干筛用震荡筛分仪（Retsch AS200，德国），湿筛用团聚体分析仪（DM200，上海）。

采用Yoder法（中国科学院南京土壤研究所1978年）筛分土壤团聚体。将风干后的土样混合均匀，利用四分法选取其中100 g风干土分别依次通过孔径为2、1、0.5、0.25、0.053 mm的土壤套筛（振幅 1.50 mm，时间 3 min），计算出各级干筛团聚体占土样总量的百分含量，并按干筛后所得到的比例配成50 g的风干样品，放入水桶中的套筛，以振幅38 mm，时间30 min在水中筛分。将收集到的团聚体用蒸馏水洗入到铝盒，澄清倒去上清液，鼓风干燥箱65℃烘干并称重，用于水稳性团聚体测定。

1.5 数据处理

不同粒级团聚体的质量百分数，干筛和湿筛分别按（3）式和（4）式计算：

式中，wi为i粒级团聚体质量百分比（%）；wwi为 i粒级团聚体质量（g）。

大于 0.25 mm 团聚体质量（macro-aggregate content, R0.25）按周虎等[21]提供公式计算；平均重量直径（mean weight diameter, MWD）和几何平均直径（geometric mean diameter, GMD）分别按 VAN BAVEL[22]和GARDENER[23]推导公式计算；土壤结构破碎率（structure deterioration rate, RDS）和不稳定团粒指数（unstable aggregates index, ElT）按范如芹等[24]推导公式计算；分形维数（fractal dimension value，D）的计算采用杨培岭等[25]推导公式。

1.6 数据分析

采用Microsoft Excel 2013 进行数据整理和均值、标准差、线性回归分析；采用SPSS 19.0 （SPSS Inc.,Chicago, IL, USA）软件进行统计分析，其中方差分析为单因素方差（One Way-ANOVA），不同处理之间多重比较Duncan法，显著水平均为0.05；采用 Origin 9.0 软件对数据进行绘图。

2 结果

2.1不同灌水控制下限对土壤基本性质的影响

土壤电导率（EC）、pH和阳离子交换量（CEC）等都是衡量土壤环境质量的重要指标，它们的变化直接影响整个土壤环境。由表 3 可以看出，各处理中EC和CEC的变化范围分别为0.31—0.82 mS·cm-1和11.10—24.31 cmol·kg-1，且从表层向下逐层降低。其中，在0—10 cm土层，D20处理的EC和CEC均高于D30和D40处理（P＜0.05）。pH在0—10 cm土层最低，且从表层向下逐层升高，D30处理的pH最高，为6.36。

土壤容重是衡量土壤紧实状况的重要指标。各处理中土壤容重在同层的差异不显著（P＜0.05），且从表层向下逐层增加。其中，在0—10 cm 土层，D20处理的土壤容重比D30和D40处理分别提高了1.9%、2.5%。

2.2 不同灌水控制下限对土壤机械稳定性团聚体粒级分布的影响

通过干筛法可以获得原状土中各级机械稳定性团聚体百分含量分布。由表 4 可以看出，机械稳定性团聚体主要集中在＞2 mm和1—0.25 mm粒级，然而＜0.053 mm 粒级的含量最少。分析各土层可看出，＞2 mm团聚体含量在 0—10 cm土层内含量最少（25.21%—28.80%），在 20—30 cm 土层含量最高（33.86%—37.89%）；1—0.25 mm、0.25—0.053 mm和＜0.053 mm团聚体含量在0—10 cm土层内最高，在20—30 cm土层含量最低。

各土层不同灌水下限下机械稳定性团聚体各粒级均表现出不同的分布规律。在 0—10 cm土层，D30处理的＞2 mm、2—1 mm和＜0.053 mm粒级团聚体含量显著高于D20和D40处理（P＜0.05）。在10—20 cm土层，与D30相比，D20 和D40显著提高了1—0.25 mm、0.25—0.053 mm和＜0.053 mm粒级的团聚体含量（P＜0.05）。在20—30 cm土层，与D30相比，D20和D40处理显著增加了2—1 mm、1—0.25 mm和＜0.053 mm粒级的团聚体含量（P＜0.05）。

表3 不同灌水下限下土壤的基本性质Table 3 Basic properties of soil under different controlled irrigation low limits

D20、D30和D40分别代表灌水下限土壤水吸力值分别为20、30和40 kPa；平均值±标准误（n=3），不同小写字母表示同一土层不同处理间存在着显著差异（P＜0.05）。下同

D20、D30 and D40 stands for soil from three different treatments of controlled irrigation low limits 20,30 and 40 kPa; Means±SM（n=3）. Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 5% level. The same as blew

表4 不同灌水下限下土壤机械稳定性团聚体的组成Table 4 Composition of mechanical-stable aggregates in the soil under different controlled irrigation low limits experiment (%)

在0—20 cm 土层内3种处理的R0.25含量大小顺序均为：D30＞D20＞D40，分别较D30低3.7%和8.9%，而在20—30 cm土层三者差异不显著（P＜0.05）。

2.3 不同灌水控制下限对土壤水稳性团聚体粒级分布的影响

通过湿筛法可以获得土壤中水稳性团聚体的百分含量分布。由表 5 可以看出，水稳性团聚体主要集中在1—0.25 mm和0.25—0.053 mm粒级，然而在＞2 mm和＜0.053 mm 粒级含量最少。分析各土层可看出，＞2 mm、2—1 mm和1—0.25 mm 团聚体含量在0—10 cm土层最高，且从表层向下逐层减少；0.25—0.053 mm和＜0.053 mm 团聚体含量在0—10 cm土层最少，且从表层向下逐层增加。

不同土层深度不同灌水下限下水稳性团聚体各粒级均表现出不同的分布规律。在0—10 cm土层，D30处理的＞2 mm、1—0.25 mm 和＜0.053 mm 粒级团聚体含量显著高于D20和D40处理（P＜0.05）；在10—20 cm土层，与D30相比，D20和D40处理显著提高了0.25—0.053 mm 和＜0.053 mm 粒级的团聚体含量（P＜0.05）；在20—30 cm土层，与D20和D30处理相比，D40显著提高了0.25—0.053 mm和＜0.053 mm粒级的团聚体含量（P＜0.05）。

在0—30 cm 土层内3种处理的R0.25含量大小顺序均为：D30＞D20＞D40，分别较D30低4.7%和11.1%，且各处理R0.25含量随土层加深呈递减趋势。

表5 不同灌水下限下土壤水稳性团聚体的组成Table 5 Composition of water-stable aggregates in the soil under different controlled irrigation low limits experiment (%)

图1 不同灌水下限下土壤团聚体平均重量直径和平均几何直径Fig. 1 MWD and GMD of dry and wet sieving under different controlled irrigation low limits experiment

2.4 不同灌水控制下限对团聚体大小分布状况的影响

MWD和GMD可以定量反映团聚体的变化情况，因此可以较为准确的评价团聚体的质量指标，其值越大表示团聚体的平均粒径团聚度越高，稳定性越好。由图1可以看出，不同灌水控制下限对土壤团聚体 MWD和GMD的影响均表现出差异显著 （P＜0.05）。干筛处理下，在0—30 cm土层中土壤团聚体MWD和 GMD均是 D30处理的最高，最高值均出现在10—20 cm土层分别是2.73和1.92 mm，说明D30处理的团聚体状况好于D20和D40处理（图1-A、图1-B）。

图2 不同灌水下限下土壤团聚体不稳定指数、破坏率、干筛和湿筛分形维数Fig. 2 Structure deterioration rate and unstable aggregates index and fractal dimension of dry and wet sieving under different controlled irrigation low limits experiment

湿筛处理下水稳性团聚体MWD和GMD均表现出差异显著（P＜0.05）。在0—20 cm土层中团聚体MWD和GMD均是D30处理的最高，最高值均出现在10—20 cm土层分别是0.72和0.58 mm，说明D30处理在0—20 cm土层促进团聚体的凝聚；然而在20—30 cm土层团聚体MWD和GMD均是D20处理的最高（分别为0.72、0.51）。（图1-C、图1-D）。

2.5 不同灌水控制下限对团聚体稳定性的影响

土壤不稳定团粒指数（ElT）和结构破坏率（RDS）可以用来评价土壤结构的稳定性。在各处理中 D40处理下的 ElT最高（54.73），总体有 D40＞D20＞D30的趋势，且 ElT随土层的加深呈递增趋势（图2-A）。土壤RDS的变化规律与ElT相似，D30、D40处理的RDS随土壤深度增加而增加。在0—20 cm土层，D30比D40处理的RDS低了24.6%。但在20—30 cm土层，D20比D40处理的RDS低了16.8%（图2-B）。

分形维数可以定量的描述不同粒径团聚体的稳定性特征，其值越小代表团粒结构越好、结构越稳定。由图2-C可以看出，在干筛处理下D20、D30、D40处理的分形维数都随土层深度增加而增加，有D30＜D20＜D40的趋势。由图2-D可以看出，在湿筛条件下各处理的分形维数最小值均出现在 10—20 cm 土层，分别为2.31（D20）、1.99（D30）、2.12（D40）。D30处理下的分形维数在各土层均低于D20和D40处理。

2.6 不同灌水控制下限对番茄产量和灌水量的影响

从表5可以看出，灌水控制下限影响着番茄的产量。D30比D20处理产量低了4.8%，比D40处理产量高了 15.7%。从灌水总量上可以看出，随着土壤水吸力值的增加，灌水总量逐渐降低，平均单次灌水量逐渐升高。D30比D20处理灌水总量低了15.1%，比D40处理灌水总量高了29.5%。

表5 不同灌水控制下限对番茄产量和灌水量的影响Table 5 Comparison of tomato yield and total irrigation quantity of different controlled irrigation low limits treatments

3 讨论

土壤水分管理是土壤结构形成的关键环节之一，灌水量和灌水频率直接影响土壤质量、作物产量和品质。灌水控制下限（灌水始点）是指示灌水的重要指标之一，通过埋设张力计监测水分变化确定灌水时间和灌水次数，在补充灌水时，下限值越大，达到灌溉始点的时间越长，灌水频率也越小；反之，下限值越小，达到灌水时间点越短，灌水频率越频繁[26]。灌水时间和灌水次数的不同，最终导致灌水量也不同。土壤水分可以直接促进土壤生物化学反应强度，也可以间接改变土壤结构[27]。不同灌水控制下限均不同程度地改变土壤的基本性质，而且随着土壤水吸力值的减小，这种效应会进一步增强。对于土壤水吸力20 kPa 处理，各土层土壤的EC、CEC和容重值都有显著的提高（D20＞D30＞D40）。这与张玉龙等[15]研究结果相一致。在日光温室的小环境下，土壤缺少降雨的淋溶作用。高温高湿的环境促进了土壤固相物质的快速分解与盐基离子的释放，土壤水分在垂直方向上不断向地表运动，越接近地面，土壤的含水量越高、蒸发的水分越多，盐分在地表的堆积也就越多，从而使EC和CEC的能力增强，盐害加重；同时，盐分含量的高低又直接影响到到了土壤的pH[28-29]。

本文的研究结果表明了不同灌水控制下限在6年的时间内对土壤团聚体特征发生了明显的变化。通过干筛和湿筛法对团聚体数量和大小的测定发现，在0—20 cm土层内，D30处理R0.25、MWD和GMD的量高于 D20和 D40处理（表 2、表 3、图 1）。MA等[30]研究发现就5个含水率的泥质页岩中，随着含水量的升高，水稳性团聚体的平均重量直径显著增大。不同土壤含水量会影响团聚体的水分入渗率、遇水崩解的强度、土壤颗粒间的黏聚力、土壤孔隙结构等[31-32]。在本试验中，高水吸力下的土壤（D40），灌溉次数少，灌溉量低，团聚体遇水后崩解剧烈，颗粒间的挤压作用增强，团聚体所承受的作用力大，因而破坏程度也大。此外，土壤团聚体的形成和稳定还依赖于交换性钠、电解质浓度、pH、钠吸附比和CEC等多种因素的共同作用[33-34]。GOFDBERS等[35]通过对氧化铝、氧化铁、蒙脱石以及它们的混合物的凝聚和分散研究发现，高 pH条件增大凝聚体的分形维数，低pH条件，分形维数不显著；LOPEZ等[36]发现蒙脱石含有高量的粘粒而具有较大表面积、较高CEC，所以具有较强的团聚作用。D40处理，R0.25、MWD和GMD的量相比D20和D30处理有所降低。从表3可知，D40处理有较低的pH和CEC，不利于团聚体的凝聚。同时，高水吸力下的土壤含水量低，土壤中的大孔隙与小孔隙相比，大孔隙含有较低的结合力，因此大团聚体优先动摇。说明土壤水吸力40 kPa处理不利于土壤团聚体的形成，加剧了土壤结构的破坏，从而导致保护地土壤的退化。

在番茄生长条件相同的情况下，由于灌水总量和灌水次数的不同，使得团聚体的起始含水量会有明显的变化。TRUMAN等[37]将土壤含水量增加至饱和状态时，土体膨胀，容积变大，土壤孔隙中的空气减少，基质势梯度也在降低，增加了土壤的微团聚体含量。干燥的土壤在快速湿润过程中，土体发生收缩，容积变小，土壤孔隙中的空气不断被压缩产生了巨大压力，迫使土体裂解，尤其是比较疏松的地方。土壤水吸力40 kPa处理，土壤内部结构扰动程度大，土壤的分形维数和不稳定系数也越大；而30 kPa处理，土壤含水量增加，有机胶结物质的吸附能力增强，改变了土壤团聚体的结构和土壤黏聚力，增加了土壤团聚体的稳定性，分形维数和土壤结构破坏系数相对较小[38]。尽管土壤水吸力 20 kPa处理的含水量和干湿循环数最大，但土壤结构并没有表现出最稳定，这与TRUMAN研究结果相一致[37]，3个梯度的含水量在预湿润状态下的水稳性团聚体高于风干状态下的水稳性团聚体，但预湿润状态下的水稳性团聚体并未表现出含水量越大其稳定性越大；DENEF也研究发现干湿培养土壤44 d后，大团聚体稳定性下降；干湿培养44—74 d后大团聚体不再被破坏。不同灌水控制下限土壤结构稳定性由大到小的趋势是：D30＞D20＞D40。

设施地由灌溉引起的土壤含水量对土壤团聚体的劣化作用是一种不断累积发展的过程，即每一次的效应并不一定明显，但多次重复发生，这种效应会不断增大，会使得团聚体内部发生一系列的生物化学作用。因此研究设施地水分对团聚体的作用，不仅单从稳定性方面评价，还需要从化学和微生物机制方面综合评价，以期为团聚体的稳定性提供更加科学的评价。

4 结论

在不同的灌水控制下限条件下，D30处理显著提高了R0.25、MWD和GMD，降低了大团聚体中的分形维数（D）、土壤结构破坏率（RDS）和不稳定团粒指数（ElT）。可见，从防止设施土壤退化出发，使用膜下滴灌进行设施地灌溉时，应将灌水控制下限控制在30 kPa，这样既能够保证番茄产量，节约用水，又不至于灌水次数过于频繁，且能够有效的抑制土壤结构退化，从而达到设施土壤资源可持续发展的目的。

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（责任编辑 李云霞）

Effects of Different Controlled Irrigation Low Limits on the Size Distribution of Soil Aggregates with Drip Irrigation Under Film Mulching in a Greenhouse Soil

MA JianHui, YE XuHong, HAN Bing, LI Wen, YU Na, FAN QingFeng, ZHANG YuLing，ZOU HongTao, ZHANG YuLong
(College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University/ Northeast Key Laboratory of Conservation and Improvement of Cultivated (Shenyang), Ministry of Agricultural/National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil Fertilizer Resources, Shenyang 110866)

2017-02-21；接受日期：2017-04-26

国家科技支撑计划（2015BAD23B0203）、辽宁省高等学校优秀人才计划、辽宁省农业领域青年科技创新人才培养计划（2015051）

联系方式：马建辉，E-mail：JianhMa@126.com。通信作者邹洪涛，E-mail：zouhongtao2001@163.com