应用Le Bissonnais法研究不同植烟年限土壤团聚体的稳定性

王 珊，毛 玲

(1.内江师范学院 地理与资源科学学院，四川 内江 641199 ；2.重庆师范大学 地理与旅游学院，重庆 400047)

应用Le Bissonnais法研究不同植烟年限土壤团聚体的稳定性

王 珊1，毛 玲2

(1.内江师范学院 地理与资源科学学院，四川 内江 641199 ；2.重庆师范大学 地理与旅游学院，重庆 400047)

【目的】了解四川重点植烟区凉山州冕宁县长期种植烤烟的土壤在连作不同时间后土壤团聚体的稳定性。【方法】Le Bissonnais(LB)法和湿筛(Yoder)法。【结果】①在LB 法不同处理下，不同粒径土壤团聚体所占比例存在明显差异。>5 mm土壤团聚体含量所占比例表现为预湿后扰动处理(wet stirring，WS)> 慢速湿润处理(slow wetting,SW) >快速湿润处理(fast wetting，FW), 2～1 mm 、0.5～0.25 mm 和<0.25 mm团聚体所占比例均表现为FW > SW > WS。②不同植烟年限土壤团聚体平均质量直径(MWD) 和几何平均直径(GMD)具有相同的变化特点，均表现为WS>SW>FW。③FW处理和SW处理中，>5 mm团聚体含量及MWD和GMD 值均表现为随种植时间的延长而降低；WS处理则表现为先下降后升高，在连作6a时最低。【结论】①对土壤团聚体结构的破碎作用最大的是快速湿润处理(FW)，其次是慢速湿润处理(SW)和预湿后扰动处理(WS)。②不同处理下土壤团聚体稳定性不同，一般在连作6a时稳定性最差。③LB 法中WS处理的结果不仅与Yoder 法结果相似，且可以较好的了解土壤团聚体的破碎机制，这种方法更适宜作为研究区植烟土壤团聚体稳定性的测定方法。

Le Bissonnais法；Yoder法；烟草；团聚体稳定性；连作；

【研究意义】土壤团聚体是土壤构造的基本单元，其粒径大小影响着土壤的保水性和孔隙性[1]。研究土壤团聚体的稳定性，尤其是水稳性团聚体，它是评价土壤质量的重要指标，其粒径分布和稳定性可以衡量土壤侵蚀状况，并能反映抵抗灌水浸泡和降雨击打的能力[2-3]。【本研究切入点】传统湿筛法测定土壤团聚体稳定性主要是基于各团聚体的综合表现，但受团聚体的大小、水分湿润方式和扰动能力大小不同等因素的影响, 试验结果很难相互比较，且稳定性机制不能进行分辨[4]。因此，为了了解研究区域长期种植烟草土壤的团聚体稳定性，除选择传统的湿筛法(Yoder法)外，还选择了一种测定团聚体稳定性的新方法，即Le Bissonnais(LB)法。【前人研究进展】LB法是根据不同团聚体崩解的作用力采用不同的处理，通过模拟田间不同的状态来了解土壤团聚体被破坏的主要机制。其中快速湿润处理(FW) 模拟土壤在快速湿润(暴雨、灌溉等)下的团聚体崩解作用，反映团聚体崩解的消散机制；慢速湿润处理(SW)反映土壤慢速湿润过程中土壤粘粒膨胀引起的团聚体崩解作用；扰动后湿润处理(WS)则反映的是团聚体在机械扰动下的崩解作用[5,6]。目前，采用LB法研究土壤团聚体稳定性主要集中在南方红壤地区、黄土丘陵区和东北黑土区[7-13]，而将该方法应用到攀西地区鲜见。【拟解决的关键问题】烟草是四川省攀西地区重点种植的经济作物之一，其种植规模居全省首位，目前该区域正在推进“山地原生态”特色烟叶的开发。“山地原生态”强调生态环境的重要性,尤其是土壤的生态环境。由于土地资源的有限和烟农的耕种习惯，烤烟在种植中重茬连作极为普遍。这种栽培模式下，烤烟种植的时间越长，越容易产生因水肥管理等原因引起的土壤环境问题，这些问题反过来容易引起连作障碍，导致作物抗性下降，随之病虫害增多、烟叶减产、质量下降等，并伴随经济效益的下滑[14]。烤烟连作障碍成为攀西地区烤烟生产待解决的问题之一。

本研究选择攀西地区烟草重点种植区域冕宁县作为研究区域，针对连作烟田土壤，利用LB法研究不同年限植烟土壤团聚体的特点和稳定性特征，揭示其破碎的主要机制及烟草连作对土壤团聚体稳定性的影响；并与传统湿筛法进行比较，评估其在连作烟田土壤中的适宜性。以期为研究连作条件下烟田土壤的保育与修复提供理论支撑，也为该地区生态保护和土地资源的管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

冕宁县位于四川省西南部，凉山彝族自治州北部，地理位置28°05＇～29°02＇N，101°38＇～102°25＇E，海拔l200～1900 m，多年平均降水量1015 mm，年平均温度13.8 ℃，年日照时数2008 h，无霜期235 d，>10 ℃的积温为3800 ℃，属于亚热带季风气候。该区域具有低纬度、高海拔、气候温和、雨热同期、雨量充沛、日照充足等明显等特点，地带性植被为亚热带常绿阔叶林，地势以低山平坝为主，土壤类型多为水稻土、冲积土、紫色土。

1.2 土样的采集

通过前期实地调查，于2013年8月选取凉山州冕宁县6个具有代表性植烟地区(城厢镇、后山乡、回龙乡、回坪乡、惠安乡、林里乡)，对种植年限分别为2、4、6、8、10、12年的植烟土壤进行采样。采集0～20 cm原状土样1.0 kg左右，剔除土壤中的石块以及草根等杂物，将土壤样品风干，并用手将大土块沿土壤纹理轻轻地掰成小土块，干筛法选取>5 mm的团聚体，供试验分析使用。

1.3 研究方法

(1)根据LB 法的3 种处理方法[5-6](FW、SW和WS)模拟3 种不同湿润条件(暴雨、小雨、机械扰动)对土壤团聚体破坏机理进行分析，并测定不同湿润处理后的土壤团聚体粒径分布特征。

(2)利用Yoder 法[15]测定土壤水稳性团聚体特征。

1.4 指标计算及数据处理

(1)平均质量直径：

(1)

式中：MWD为土壤团聚体平均质量直径(mm)，Xi为任一粒径范围内土壤平均直径(mm),Wi为第i粒级的团聚体占总团聚体的百分含量。

(2)几何平均直径：

GMD=exp[∑XiWi/m]

(2)

式中：GMD为土壤团聚体几何平均直径(mm),Xi为任一粒径范围内土壤平均直径(mm)，Wi为对应Xi的土壤团聚体占总团聚体的百分含量，m为样本总重量。

1.5 数据统计分析

数据分析利用Excel 2003 和SPSS17.0。

2 结果与分析

2.1 LB法3种处理下植烟土壤团聚体粒径分布特征

从图1可以看出，不同处理下土壤团聚体粒径分布特征存在明显差异。快速湿润(FW)处理下土壤水稳性团聚体的粒径以<0.5 mm粒径为主，0.5～0.25 mm和<0.25 mm含量超过土壤团聚体总量的一半以上，其中又以<0.25 mm 团聚体含量最高，变化范围在34.48 %～48.24 %；2～1 mm 团聚体含量最低，变化范围在2.97 %～8.50 %；>5 mm土壤团聚体所占比例较少，变化幅度仅为7.76 %～20.73 %；分析发现，>5 mm土壤大团聚体经过处理主要转换为<0.5 mm的小团聚体，表明FW处理使大多数土壤大团聚体破碎为更小的团聚体。

图1 LB法3种处理下植烟土壤团聚体粒级分布Fig.1 Soil aggregates distribution with LB method under 3 treatments

在慢速湿润(SW)处理下，植烟土壤团聚体集中在>5 mm粒径，变化范围在51.93 %～61.30 %，>5 mm 粒级所占比例是FW处理的4.8倍。其次是<0.25 mm团聚体，其含量变化范围在15.02 %～23.81 %；5～2、 2～1和1～0.5 mm 团聚体所占比例较低。>0.5 mm团聚体含量占总量的69.57 %，是FW处理的1.7倍，说明SW 处理对植烟土壤团聚体的破坏作用较小。

在扰动湿润(WS)处理下，植烟土壤团聚体粒径也以>5 mm 为主，其范围在67.78 %～74.24 %；<0.25 mm 团聚体次之，变化范围在7.32 %～12.57 %；其它粒级分布比较均匀，所占比例较低。5～2、2～1、1～0.5、0.5～0.25 mm团聚体变化幅度分别在2.11 %～5.44 %、0.63 %～3.44 %、3.21 %～5.34 %和6.46 %～9.15 %，变幅不大。>0.5 mm的土壤团聚体比例占总团聚体的81.49 %，在3种湿润处理方式中所占比例最高；而<0.25 mm土壤团聚体含量只占总团聚体的10.54 %。说明土壤经WS处理后，>5 mm的大团聚体逐渐破碎成>0.5 mm的团聚体，这种处理对植烟土壤团聚体破坏作用最低。

不同粒径土壤团聚体在3种处理方式下的比例存在较大差异。>5 mm土壤团聚体所占比例依次为WS>SW>FW, 而1～0.5 mm团聚体所占比例为FW > WS > SW， 5～2、2～1、0.5～0.25和0.5～0.25 mm团聚体所占比例均表现为FW > SW > WS。随种植年限的增加，在FW 处理下，>5mm团聚体含量逐年降低，所占比例由20.73 %降至7.76 %，5～2 mm团聚体含量的变化趋势和>5 mm团聚体相同；而0.5～0.25mm 和<0.25 mm 团聚体含量的变化趋势相反；其他粒径团聚体含量则无明显的变化规律。SW 处理下，>5，0.5～0.25和<0.25 mm团聚体含量变化趋势和FW处理相同，而5～2和2～1 mm粒级团聚体含量先降低后升高再降低。WS 处理下，>5 mm土壤团聚体含量呈现先降低后升高的趋势，在植烟6年时最低；随种植年限增加，<0.25 mm粒径土壤团聚体含量逐渐升高。

2.2 LB法3种处理下植烟土壤团聚体稳定性特征

土壤平均质量直径(MWD) 和几何平均直径(GMD)是评价土壤团聚体稳定性的重要指标。其值越大，表明土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力越强。经过不同处理后植烟土壤团聚体的MWD和GMD值存在显著差异(P<0.05)(图2)。FW 处理下，不同种植年限土壤团聚体MWD 值为1.67～2.89 mm，GMD 值为1.06～1.56 mm；SW处理下，土壤团聚体MWD值为3.17～4.63 mm，GMD 值为2.26～3.55 mm；WS 处理下，土壤团聚体MWD 值为4.67～5.89 mm，GMD 值在3.47～4.51 mm。3种处理下，团聚体MWD值均大于GMD。经FW处理的后土壤团聚体MWD和GMD 值均最低，即对土壤团聚体的破坏最大。植烟土壤团聚体MWD 和GMD 值均为WS>SW>FW，说明烟草土壤团聚体主要的破碎机制是土壤团聚体受到快速湿润时土壤内闭塞空气所引起的气爆作用。

下标不同字母表示不同年限在P<0.05 水平上差异显著，上标不同字母表示不同湿润处理在P<0.05 水平上差异显著different letters in subscrip indicated significant differences in P<0.05 levels at different planting year, and the different letters in superscript indicate significant differences in P<0.05 levels with 3 treatments图2 LB法3种处理下植烟土壤团聚体平均质量直径和几何平均直径Fig.2 MWD and GMD of tobacco soil aggregates with LB method under 3 kinds treatment

种植年限(年)快速湿润FW 慢速湿润SW预湿后扰动WS湿筛Yorder22.89a4.63b5.89c6.31c42.45a4.19b5.46c6.05c62.29a4.05b4.67b5.56b82.11a3.75c4.83b5.69b101.73b3.59c5.07a5.82a121.67b3.17a5.13a5.86a

注：字母a、b、c表示在P<0.05水平时差异。

Note:The letter a,b,c indicated the difference in the level ofP<0.05.

经过FW处理不同种植年限土壤团聚体MWD 和GMD值逐年减小，在植烟2年 时土壤团聚体的MWD和GMD 值最大，种植12年时最小；SW 处理下结果与FW处理相同。而经过WS 处理的土壤团聚体MWD和GMD值表现为 2年>4年>12年>10年>8年>6年。

2.3 LB法测定土壤团聚体稳定性适用性分析

由表1可知，土壤团聚体MWD在不同种植年限下表现为Yoder>WS>SW>FW。Yoder法和WS处理之间无显著差异，而与FW处理及SW处理之间存在显著差异(P<0.05)，表明3种不同湿润处理方式中，WS处理更相似于Yoder法。从表1中也可以看出，随着烟草种植年限增加，WS处理和Yoder法所测得的土壤团聚体稳定性MWD变化规律一致，即连作2～6年，MWD值快速降低阶段，连作6年时，达到最小值，而连作6～12年，变化趋势平缓中略有上升，与土壤团聚体粒级分布趋势一样。而FW处理及SW处理所测得MWD变化趋势相似，随着烟草种植年限增加均呈现降低趋势。

3 讨 论

应用Le Bissonnais 法的3种湿润处理方式模拟研究攀西重点植烟区土壤团聚体的稳定性。结果表明， >5 mm土壤团聚体含量所占比例在FW、SW 和WS 处理下分别为7.76 %～20.73 %、51.93 %～61.30 %和67.78 %～74.24 %。在3种湿润处理方式中MWD和GMD值表现为WS >SW >FW，该研究结果与卢升高等、张孝存等、王晟强等研究结果相同[10,12,16]。由于FW 处理模拟暴雨或者浇灌下团聚体的崩解作用，土壤快速置于水中，从而导致土壤气压增大，当压强超过土壤团聚体的承受范围时，团聚体爆破[17]，土粒间胶结作用变弱[18]，从而导致FW处理对土壤团聚体破坏作用大；SW 处理模拟的是小雨情况下的团聚体崩解机制，即让土壤团聚体在水中慢慢地湿润，与FW 处理相比，土壤团聚体的涨缩能力很小[12]，因此经过SW 处理的团聚体破碎作用比FW 处理结果小，而经过SW处理大部分土样土壤质地粘重，粘粒不均匀膨胀破碎而使其水稳性比WS低；WS 处理模拟的是土壤团聚体的破坏机制中的机械扰动作用，用乙醇溶液逐渐湿润团聚体，乙醇对植烟土壤团聚体有保护作用，从而导致经过WS 处理后的土壤团聚体受到的破坏程度最弱。表明植烟土壤团聚体的破坏机制主要是由于土壤受快速湿润时孔隙内封闭的气压所产生的消散作用，说明暴雨或者浇灌对研究区土壤团聚体有破坏作用。

随种植年限的延长，不同处理下土壤团聚体稳定性不同。FW处理和SW处理中，>5 mm团聚体含量及MWD和GMD 值均表现为随种植时间的延长而降低；WS处理则表现为先下降后升高，在种植6年时最低。说明3种处理方式对植烟土壤的水稳定性都有破坏，但破坏力不一样，表现为FW>SW>WS。FW和SW两种处理的破坏性具有持续性，连作时间越长，这种破坏性越明显；而WS处理下，在种植初期，土壤水稳定性下降，但连作时间延长后，其稳定性反而上升，且与种植初期差异不明显。这也说明连作虽然会造成土壤酸化、板结等连作障碍，但只要采取适当的水肥管理措施，如对表土层进行覆盖或改浇灌为滴灌，同时配合冬耕冻土、绿肥还田、施用有机肥、硝酸钾部分替代硫酸钾、施用陪嫁土和生石灰等技术措施，可以减缓土壤团聚体含量的降低，减慢土壤结构的破坏程度[19-20]。

MWD是评价土壤结构的有效方法，是土壤侵蚀和水土流失定量评价的重要参考依据。根据MWD 值计算结果，在LB 法的3 种湿润处理中，预湿后扰动(WS)的测定结果更相似于Yoder法。LB 法既能代表传统湿筛法分析结果，而且还可以从团聚体破碎机制方面对土壤团聚体稳定性进行区别分析评价。故对研究区土壤团聚体稳定性进行研究分析时，应用LB法能够更好的判定土壤团聚体稳定性特征。

4 结 论

(1)在LB 法3 种湿润处理下，不同粒径团聚体含量所占比例存在明显差异。>5 mm土壤团聚体含量表现为WS>SW>FW，2～1 mm 、0.5～0.25 mm 和<0.25 mm团聚体含量均表现为FW > SW > WS。快速湿润处理(FW)对土壤团聚体结构的破坏作用最大，处理后团聚体主要以<0.25 mm的小团聚体为主；预湿后扰动处理(WS)对土壤团聚体破坏作用最小，主要集中在>5 mm 粒径，变化范围在67.78 %～74.24 %；慢速湿润处理(SW)对团聚体的破坏程度介于2种处理之间。

(2)不同植烟年限土壤团聚体MWD 和GMD 值表现为WS>SW>FW，研究区植烟区土壤团聚体主要破坏机制是土壤团聚体中闭塞气体所产生的消散作用。

(3)随连作年限的延长，不同处理下土壤团聚体稳定性不同。FW处理和SW处理中，>5 mm团聚体含量及MWD和GMD 值均表现为随种植时间的延长而降低；WS处理则表现为先下降后升高，在连作6年时最低。

(4)LB 法的中预湿后扰动(WS)方法的分析结果更接近Yoder 法，且可以较好的了解土壤团聚体的破碎机制，更适宜作为研究区烟草种植区土壤团聚体稳定性测定方法。

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ApplicationofLeBissonnaisMethodtoStudyStabilityofSoilAggregateinDifferentTobaccoPlantingYears

WANG Shan1, MAO Ling2

(1.College of Geography and Resources Science, Neijiang Normal University, Sichuan Neijiang 641112，China;2.College of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China)

【Objective】The present experiment aims to study the stability of tobacco soil aggregates in Mianning, Liangshan Yi Autonomous Prefecture and compare with the two methods for determining soil aggregates, finding a more suitable one for the study area.【Method】Le Bissonnais (LB) method and the wet sieve method (Yoder) were adopted.【Result】(i)Under different treatments of LB, the proportion of soil aggregates with different particle size was significantly different. In the three treatments of LB method,the proportion of >5 mm soil aggregate content showed WS (wet stirring) > SW (slow wetting) > FW (fast wetting) , that one of 2-1, 0.5-0.25 and <0.25 mm was FW > SW > WS.②The average mass diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD) of soil aggregates in different tobacco planting years had the same change characteristics, all of which were WS>SW>FW.(iii)In FW and SW treatment, the aggregate content of >5 mm and MWD, GMD values were decreased with t continuous cropping.While the WS treatment showed the first decline and then increased, the lowest value appeared in the 6a.【Conclusion】(i)The most significant effect on soil aggregate structure was rapid wetting treatment (FW), followed by slow wetting treatment (SW) and pre wet post treatment (WS).(ii)The stability of soil aggregates was different under different treatments, and the stability was the worst in continuous cropping 6a.(iii)The results of WS treatment in LB method was not only similar to those of Yoder method, but also better understand the fragmentation mechanism of soil aggregates. This method was suitable for the study of the stability of soil aggregates

Le Bissonnais method; Yoder method; Tobacco; Aggregate stability; Continuous cropping

1001-4829(2017)5-1153-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.5.029

2016-08-09

四川省教育厅项目“四川典型植烟区连作对农田土壤生态环境影响研究”(15ZB0273)

王 珊(1983-)，女，四川崇州人，硕士，主要研究方向：土地利用与生态环境、农业和农村，E-mail:wangsh1983@qq.com.Tel:13730769527。

S151.9

A

(责任编辑 李 洁)