秸秆还田对盐渍土团聚体稳定性及碳氮含量的影响

王 会，何 伟，段福建，胡国庆，娄燕宏，宋付朋，诸葛玉平



秸秆还田对盐渍土团聚体稳定性及碳氮含量的影响

王 会，何 伟，段福建，胡国庆，娄燕宏，宋付朋，诸葛玉平※

（土肥资源高效利用国家工程实验室，山东农业大学资源与环境学院，泰安 271018）

以黄河三角洲典型盐化潮土为研究对象，分析了3种盐渍化程度（轻度、中度、重度）和3 a连续秸秆还田下土壤水稳性团聚体组成、稳定性以及各级团聚体C、N含量的变化。研究结果表明：重度盐渍土0.25～2 mm和0.053～0.25 mm团聚体所占比例显著低于轻度和中度盐渍土；土壤盐分含量与0.25～2 mm团聚体中有机碳和全氮的分配比例、0.053～0.25 mm团聚体中全氮的分配比例成显著负相关。秸秆还田使轻度盐渍土平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和>0.25 mm团聚体所占比例（0.25）分别增加47.6%、39.7%和54.0%，使中度盐渍土MWD、GMD和0.25分别增加31.0%、31.9%和31.4%；各粒级中秸秆还田使轻度盐渍土0.053～0.25 mm粒级有机碳和全氮含量增加最多，增加比例分别为29.1%和28.8%，该粒级中C、N分配比例也显著提高；秸秆还田使中度盐渍土0.25～2 mm团聚体有机碳及其分配比例提高最多，比例分别为56.1%和58.7%。秸秆还田对轻度和中度盐渍土团聚体的稳定性均起到了明显的改善作用，但不同盐渍土秸秆还田对土壤团聚体C、N分布的影响明显不同。

土壤；有机碳；团聚体；秸秆；全氮；盐化潮土

0 引 言

土壤团聚体是土壤肥力的物理基础，是土壤有机质保持的场所，与土壤养分保持和供给、微生物数量及活性等密切相关[1-3]。以250m为界限，可将团聚体分为大团聚体（>250m）和微团聚体（<250m），不同团聚体粒级对C、N等养分的保护机制和供给能力不同[4-5]。一般认为，大团聚体中的C、N以物理保护为主，多为植物来源，周转速度快；微团聚体中的C、N以化学保护为主，多为微生物来源，周转速度慢[2,6]。充分认识各种自然条件下土壤团聚体组成和C、N分布特征以及农业管理措施的影响，对于利用团聚体功能来调控管理土壤养分库具有重要意义。

黄河三角洲盐碱地是中国重要的后备土地资源，该区土壤由黄河冲积母质发育而来，质地较轻，不利于土壤团聚体形成。受海水浸灌影响，土壤中Na+、K+、Cl-等可溶性盐分含量较高，更加不利于土壤颗粒的凝聚胶结和土壤养分的保持，肥力水平总体较低，限制了农田生产力提升和区域农业可持续发展。秸秆还田一方面可有效改善土壤水盐环境，另一方面可提供团聚体形成所需的胶结物质，被认为是改良盐渍土的有效手段[7-8]。尽管添加秸秆对土壤团聚体稳定性的提升效果已在棕壤、砂姜黑土等多种土壤上证实[9-10]，其对团聚体中C、N分布的影响却尚未得出一致的结论：如关松等[11]对吉林黑土、徐国鑫等[12]对四川紫色土的田间试验均发现秸秆还田降低了0.25～2 mm大团聚体和0.053～0.25 mm微团聚体有机碳贡献率；而解钰等[13]对水稻土、张玥琪等[14]对棕壤的长期定位研究则发现添加秸秆可显著增加0.25～2 mm大团聚体中碳对总有机碳的贡献率，土壤类型可能是导致这种不一致的重要因素。而关于秸秆还田如何影响滨海盐渍土团聚体组成及C、N含量，至今尚不清楚。

本研究以黄河三角洲典型盐化潮土为供试土壤，通过分析土壤水稳性团聚体组成、稳定性以及各级团聚体C、N含量的变化，探讨盐渍化程度以及连续秸秆还田（3 a）对盐化潮土团聚体组成及C、N分布的影响，为进一步认识团聚体组成及养分分布特征沿土壤盐分梯度的变化规律、全面了解滨海盐渍土改良措施的培肥效果提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况与样品采集

试验地位于山东省滨州市无棣县境内山东农业大学无棣综合试验站即“渤海粮仓”示范区（117°55′－117°57′E，37°55′－37°56′N），该地区年平均气温11.5 ℃，年降雨量600 mm，地下水矿化度为6.86 g/L。供试土壤于2017年4月采集自“渤海粮仓”示范区轻度、中度和重度盐化潮土样地。轻度和中度盐渍土秸秆还田试验布设于2014年秋季，均采用小麦-玉米一年两熟轮作制，分别布设了对照（秸秆不还田）和秸秆还田2个处理（每处理面积5 m× 24 m=120 m2），试验开始前土壤全盐含量分别为1.91‰和3.37‰，有机质含量分别为16.39和15.03 g/kg，全氮含量分别为0.78和0.88 g/kg；参照当地耕作管理习惯，秸秆还田处理采用小麦玉米秸秆双还田制度，冬小麦收获时（6月上旬）采用联合收割机进行秸秆粉碎和秸秆全量覆盖还田，玉米收获后（10月上旬）使用秸秆粉碎机粉碎玉米秸秆，借助旋耕机对秸秆进行耕翻还田（还田深度约15 cm），秸秆不还田处理作物收获时将秸秆全部移除，其他田间管理与当地习惯一致。重度盐渍土样地为“光板地”，土壤全盐含量6.33‰，采样时仅有少量耐盐植物生长，无法种植小麦、玉米，故未设置秸秆还田试验。

本研究共采集5种盐渍土：（1）轻度盐渍土（LCK）：秸秆不还田，化肥施用量单季N-P2O5-K2O：225-150-75 kg/hm2；（2）轻度盐渍土+秸秆（LS）：秸秆还田，小麦秸秆还田量约6.2 t/hm2，玉米秸秆还田量约6.5 t/hm2，化肥施用量单季N-P2O5-K2O：225-150- 75 kg/hm2；（3）中度盐渍土（MCK）：秸秆不还田，化肥施用量单季N-P2O5-K2O：225-75-75 kg/hm2；（4）中度盐渍土+秸秆（MS）：秸秆还田，小麦秸秆还田量约3.7 t/hm2，玉米秸秆还田量约3.6 t/hm2，化肥施用量单季N-P2O5-K2O：225-75-75 kg/hm2；（5）重度盐渍土（HCK）：光板地，无肥料和秸秆施用。采样时每个样地内随机选择5点，每点用铁锹采集20 cm深、20 cm长、10 cm宽的原状土壤样品，采集过程中尽量避免对土壤结构的破坏，样品混匀带回实验室自然风干，风干过程中沿土样自然结构面掰成直径约1 cm的小块，用于水稳性团聚体的试验分析。

1.2 土壤团聚体分级

土壤团聚体分级采用湿筛法，所采集5种盐渍土分别称取3份，每份200 g，具体分析方法参考文献[15-16]：土样用蒸馏水浸润20 min后倒入不锈钢套筛，套筛孔径分别为2、0.25和0.053 mm，运用团聚体分析仪，在20 r/min下竖直上下筛动15 min，将原状土筛分为>2、0.25～2、0.053～0.25和<0.053 mm 4个团聚体级别，其中<0.053 mm团聚体经静置沉降后获得。转移各级别团聚体至小烧杯中，50 ℃下烘干称质量，计算各级别水稳性团聚体的百分组成，同时将烘干的各组分磨细过60目筛，待测土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量。

1.3 土壤团聚体碳氮含量测定方法及计算

4个级别（>2、0.25～2、0.053～0.25和<0.053 mm）团聚体的SOC和TN含量采用常规方法测定：SOC采用K2Cr2O7氧化法（外加热法）测定；TN采用半微量凯氏法测定。

某级团聚体百分含量=该级团聚体质量/称取原状土质量×100%。根据各级别团聚体所占比例，计算平均重量直径（MWD，mm）、几何平均直径（GMD，mm）和>0.25 mm团聚体所占比例（0.25，%）以评价团聚体稳定性，计算公式如下

式中d为级团聚体平均直径，mm；w为级团聚体所占比例；m为土壤不同粒级团聚体的质量，g；M为团聚体总质量，g。

团聚体对土壤碳氮的贡献率（%）=[该级团聚体中碳氮含量（g/kg）×该级团聚体百分含量]/全土碳氮含量（g/kg）×100%，式中全土碳氮含量为4个团聚体级别的加权值，即4个粒级的碳氮含量分别乘以对应级别的质量百分比并加和。

1.4 作物测产

小麦玉米测产采用实打实收方式，各处理人工收获，PM8188湿度测量仪测定籽粒含水量，记录产量。

1.5 统计分析

采用Excel 2013进行数据整理和作图，采用SPSS 18.0软件进行数据统计和单因素方差分析，多重比较采用Duncan新复极差法，差异显著性水平采用< 0.05。图表中所有数据均为平均值±标准误差。

2 结果与分析

2.1 不同盐渍土的基本理化性质

盐渍化程度对土壤有机碳（SOC）和速效钾（AK）含量有显著影响：盐渍化程度越高，SOC含量越低，AK含量越高（表1）。秸秆还田可显著提高SOC和AK含量，与LCK相比，轻度盐渍土秸秆还田（LS）使SOC、AK分别增加20.2%和24.3%；与MCK相比，中度盐渍土秸秆还田（MS）使SOC含量显著增加，增加比例达35.2%。秸秆还田使轻度盐渍土TN含量增加20.0%，但对中度盐渍土TN含量影响不显著（>0.05）。秸秆还田未显著降低土壤pH值和全盐含量（>0.05）。秸秆还田下土壤有效磷在轻度和中度盐渍土上的变化趋势不一致，可能与有效磷空间变异较大有关。盐渍化程度和秸秆还田对土壤机械组成的影响均不显著（>0.05）。

2.2 不同盐渍土水稳性团聚体分布特征及稳定性

盐渍化程度和秸秆还田对盐渍土团聚体组成和稳定性有显著影响（表2）。对比LCK、MCK和HCK 3种盐渍土，>2 mm粒级团聚体含量无显著差异，LCK和MCK大团聚体（0.25～2 mm）和微团聚体（0.053～0.25 mm）含量显著高于HCK（< 0.05），而<0.053 mm粒级团聚体分别比HCK低13.3%和23.1%；MWD、GMD、0.25均以MCK最高，HCK最低，表明盐分与其他因素共同影响着团聚体组成及稳定性。轻度和中度盐渍土秸秆还田使<0.053 mm粒级团聚体分别降低17.0%和15.5%。秸秆还田使轻度盐渍土MWD、GMD和0.25分别增加47.6%、39.7%和54.0%，使中度盐渍土MWD、GMD和0.25分别增加31.0%、31.9%和31.4%。

表1 不同盐渍土的基本理化性质Table 1 Soil physical and chemical properties of different salinized soils

注：同列中不同字母代表差异达显著性水平（<0.05）。砂粒，>0.05 mm；粉粒，0.002～0.05 mm；黏粒，<0.002 mm。LCK，轻度盐渍土（秸秆不还田）；LS，轻度盐渍土+秸秆；MCK，中度盐渍土（秸秆不还田）；MS，中度盐渍土+秸秆；HCK，重度盐渍土，下同。

Note: Different letters in the same column indicate the significant difference at 5% level. Sand, >0.05 mm; silt, 0.002-0.05 mm; clay, <0.002 mm. LCK, light-salinized soil without straw returning; LS, light-salinized soil with straw returning; MCK, moderate-salinized soil without straw returning; MS, moderate-salinized soil with straw returning; HCK, highly-salinized soil. The same below.

表2 不同盐渍土水稳性团聚体组成及稳定性Table 2 Soil water-stable aggregate composition and stability in different salinized soils

Note:MWD, mean weight diameter; GMD, geometric mean diameter;0.25, the content of >0.25 mm macro-aggregates.

2.3 土壤各粒级团聚体有机碳含量及分配

对比同一处理的不同团聚体粒级，各处理均以<0.053 mm粒级的SOC含量最低；LCK和LS处理以0.25～2 mm大团聚体的SOC含量最高；MCK和MS处理随土壤团聚体粒级增大，SOC含量也逐渐增加；HCK土壤以0.053～0.25 mm粒级的SOC含量最高（图1）。对比不同盐渍化程度的土壤，0.25～2 mm大团聚体粒级和<0.053 mm粉黏粒粒级SOC含量随盐渍化程度增加而降低，>2 mm团聚体SOC含量LCK和MCK分别比HCK高23.9%和33.5%。秸秆还田显著增加多个团聚体粒级的SOC含量，使轻度盐渍土<0.053、0.053～0.25和>2 mm粒级SOC含量分别增加22.7%、29.1%和21.9%，以0.053～0.25 mm粒级提高最多；随粒级增大，秸秆还田使中度盐渍土各粒级SOC含量分别增加15.8%、16.1%、56.1%和36.8%，以0.25～2 mm粒级提高最多（图1）。

各处理不同团聚体粒级对SOC的贡献率均表现为随粒级增大而降低（图2），<0.053 mm粒级对各盐渍土SOC的贡献率最大，介于46.0%～66.0%之间，这与该粒级在团聚体组成中所占比例较高有关。对比不同盐渍化程度的土壤，0.25～2 mm团聚体对SOC的贡献率表现为LCK ≥MCK>HCK，>2 mm和0.053～0.25 mm团聚体对SOC的贡献率在3种盐渍土间无显著差异，<0.053 mm粒级对SOC的贡献率以HCK最高、MS最低。秸秆还田使轻度和中度盐渍土<0.053 mm粒级对SOC的贡献率分别降低18.3%和21.5%，同时使其他各级团聚体对SOC的贡献率有增加的趋势，其中轻度盐渍土以0.053～0.25 mm粒级增加效果最明显，增幅为33.2%，中度盐渍土以0.25～2 mm粒级增加效果最明显，增幅为58.7%。

注：同一粒级团聚体柱上不同字母代表处理间差异达显著性水平（P<0.05），下同。

图2 不同盐渍土各团聚体组分有机碳（SOC）对全土有机碳的贡献率

2.4 土壤各粒级团聚体全氮含量及分配

各处理不同粒级团聚体中的TN含量以<0.053 mm粒级最低，LCK、MS以0.25～2 mm大团聚体的TN含量最高；LS、MCK以0.053～0.25 mm微团聚体的TN含量最高（图3）。对比3种不同盐渍化程度的土壤，>2 mm和0.25～2 mm团聚体TN含量均随盐渍化程度的增加而降低，中度盐渍土0.053～0.25 mm微团聚体TN含量最高而<0.053 mm粒级TN含量最低。轻度盐渍土秸秆还田显著降低>2 mm和0.25～2 mm团聚体TN含量，降低幅度分别为18.4%和21.2%，使0.053～0.25 mm微团聚体TN含量增加了28.8%；中度盐渍土秸秆还田则显著降低0.053～0.25 mm微团聚体TN含量，降低幅度达62.1%，同时使<0.053 mm粒级TN含量增加1.1倍。

图3 不同盐渍土水稳性团聚体中土壤全氮（TN）含量

盐渍土不同水稳性团聚体TN的贡献率表现出与SOC不同的规律（图4）：除HCK外，对全土TN贡献率最大的粒级均不是<0.053 mm，其中LCK、LS、MCK处理TN的贡献率以0.053～0.25 mm最大，分别为39.9%、53.2%和54.7%，MS处理TN的贡献率以0.25～2 mm最大，为32.7%。对比3种盐渍土，0.25～2 mm团聚体TN的贡献率表现为LCK≥MCK>HCK，0.053～0.25 mm团聚体TN的贡献率表现为MCK>LCK>HCK，而<0.053 mm粒级TN贡献率的变化规律正好相反。轻度盐渍土秸秆还田使0.053～0.25 mm团聚体TN的贡献率增加33.6%，使<0.053 mm粒级TN的贡献率降低43.9%；中度盐渍土秸秆还田则表现出完全相反的规律，使0.053～0.25 mm团聚体TN的贡献率降低50.9%，而<0.053 mm粒级TN的贡献率提高0.9倍。

图4 不同盐渍土各团聚体组分全氮对全土全氮的贡献率

2.5 不同处理对作物产量的影响

作物产量数据表明，轻度盐渍土5个生长季小麦、玉米产量均显著高于中度盐渍土（<0.05），秸秆还田处理的作物产量整体上高于秸秆不还田处理（表3）。秸秆还田后的第一个生长季（2014－2015冬小麦生长季），轻度盐渍土和中度盐渍土冬小麦产量均略有降低，但之后4个生长季秸秆还田处理的作物产量相对秸秆不还田处理均有不同程度增加，其中轻度盐渍土2016年小麦季增产4.56%、玉米季增产6.62%，中度盐渍土2017年小麦季增产13.47%，增产效果均达到了显著性水平（<0.05）。就5个生长季总体而言，秸秆还田使轻度盐渍土和中度盐渍土作物产量分别增加3.22%和3.48%。

表3 不同处理下的小麦-玉米产量（2015年6月－2017年6月）Table 3 Yield of wheat and corn under different treatments (June 2015-June 2017)

3 讨 论

3.1 盐渍化程度对团聚体组成及碳、氮分布的影响

本研究结果表明，轻度（LCK）和中度盐渍土（MCK）的MWD、GMD及0.25整体高于重度盐渍土（HCK）（表2）。土壤盐分含量对团聚体组成和稳定性的影响可能通过直接和间接两个方面体现：直接影响体现在土壤中一价阳离子如Na+、K+等的增加会直接降低土壤胶粒的凝聚性，不利于土壤微团聚体的形成；间接影响体现在土壤盐分含量可能通过影响土壤有机物质积累、微生物群落结构及活性等影响土壤团聚体组成及稳定性[17-18]。有机物质如腐殖质、微生物分泌物、真菌菌丝等是土壤团聚体形成的重要胶结剂，但前人研究表明土壤盐分含量增加会减少微生物量、降低真菌细菌比、与土壤有机质含量下降密切相关[19-20]，均对土壤颗粒的胶结复合有负面影响。在较低盐分含量下，盐渍化程度增加对团聚体稳定性的负面效应表现不明显，主要体现在轻度盐渍土MWD、GMD及0.25未高于中度盐渍土（表2）。本研究结果表明盐分含量对团聚体组成及稳定性的影响可能存在一个临界值，大于该值盐分含量通过其直接影响对土壤团聚体组成及稳定性起主导作用，小于该值盐分含量对土壤团聚体组成及稳定性影响不大，有机物质含量、耕作管理措施等可能是主要影响因素，有关该临界值的数值或范围有待进一步探索。

本试验中，对<2 mm水稳性团聚体，轻度盐渍土团聚体碳含量随团聚体粒级增大而增大，中度盐渍土团聚体碳含量在不同粒级间变化不大，重度盐渍土团聚体碳含量以0.053～0.25 mm粒级最高，意味着不同盐渍土有机碳稳定机制可能不同。随团聚体粒级的降低，3种盐渍土团聚体碳的分配比例均逐渐增加，这与前人对砂姜黑土[10]、黑土[11]、紫色土[12]、黑垆土[21]等的研究结果不一致。前人研究多表明团聚体有机碳对总有机碳的贡献率以0.25～2 mm大团聚体最高，本研究中土壤颗粒组成以粉粒为主而黏粒含量较低，不利于微团聚体和大团聚体形成，<0.053 mm粉黏粒在团聚体组成中所占比例较高，徐国鑫等[12]在质地较轻的紫色土上发现<0.053 mm粉黏粒对总有机碳的贡献率仅次于0.25～2 mm大团聚体也与此有关。各团聚体粒级中有机碳的分配比例在轻度和中度盐渍土间无显著差异，轻度和中度盐渍土0.25～2 mm大团聚体中有机碳的分配比例显著高于重度盐渍土，<0.053 mm粉黏粒中有机碳的分配比例分别比重度盐渍土低2.22%和7.44%，说明与盐分含量对团聚体稳定性的影响一致，盐分含量对团聚体碳分布的影响可能也存在一个临界值。

刘震等[22]的研究表明，氮素在黑土和红壤上均主要储存于<53m微团聚体中，而本研究则发现盐化潮土上氮素在<53m粒级的全氮含量最低（图3），轻度和中度盐渍土上氮素主要储存于0.053～0.25 mm微团聚体中（图4），印证了不同土壤的氮素储存库不同这一结论。盐渍化程度对团聚体氮含量和氮分布有显著影响：>2和0.25～2 mm团聚体氮含量均随盐渍化程度的增加而降低，土壤盐分含量与0.25～2 mm大团聚体和0.053～0.25 mm小团聚体对全氮的贡献率成极显著或显著负相关，与<0.053 mm粉黏粒对全氮的贡献率成极显著正相关（表4），说明盐分含量过高会降低土壤中氮素的物理化学稳定性，这与Ardón等[23]对滨海湿地生态系统的研究发现盐分含量增加会导致土壤及水体NH4+浓度增加、生态系统活性氮输出量增加一致。

表4 团聚体碳氮贡献率与土壤主要性质的相关系数 (n=15)Table 4 Pearson correlation coefficients between contribution rate of soil aggregates to SOC, TN and soil properties (n=15)

3.2 秸秆还田对盐渍土团聚体组成及碳、氮分布的影响

秸秆还田使轻度和中度盐渍土中<0.053 mm粉黏粒所占比例显著降低，水稳性大团聚体（0.25～2 mm）和微团聚体（0.053～0.25 mm）所占比例明显增加（表2）。而解钰等[13]发现秸秆施用有助于水稻土0.25～2 mm团聚体的形成，减少0.053～0.25 mm和<0.053 mm团聚体的含量。本研究对<0.053 mm粉黏粒含量的降低效应与其一致，但对0.053～0.25 mm微团聚体的作用与其相反，与本研究中盐渍土团聚化程度较低有关，<0.053 mm粉黏粒占比>50%，土壤颗粒多以单粒形式存在，秸秆还田优先使单粒黏结形成复粒。轻度和中度盐渍土秸秆还田均对土壤水稳性团聚体的稳定性起到明显的改善作用，表现在秸秆还田使2种土壤MWD、GMD和0.25均显著增加（表2），主要是因为一方面秸秆在分解时产生可产生多糖胶、脂肪等中间产物，同时有利于土壤腐殖质等重要有机胶结物质的形成[10,12]；另一方面秸秆还田能提高微生物活性和促进真菌菌群生长，微生物分泌物、真菌菌丝也可使土壤颗粒胶结复合[24]。此外，本研究中秸秆还田对轻度盐渍土MWD、GMD和0.25的增加幅度较中度盐渍土大（表2），可能与微生物数量和活性易受盐分状况影响[18]，导致中度盐渍土秸秆分解转化相对较慢有关。

小麦、玉米秸秆通常含碳40%以上，秸秆还田可以提高土壤有机碳输入量，减少土壤原有有机碳分解，增加土壤有机碳储量[25]。本研究结果表明，秸秆还田使轻度和中度盐渍土总有机碳含量均显著提高，轻度盐渍土以0.053～0.25 mm粒级提高最多，提高比例达29.1%，中度盐渍土以0.25～2 mm粒级提高最多，提高比例达56.1%（图1）；与此相对应，秸秆还田显著降低盐渍土团聚体碳在<0.053 mm粒级的分配比例，使轻度盐渍土团聚体碳在0.053～0.25 mm粒级的分配比例和中度盐渍土团聚体碳在0.25～2 mm粒级的分配比例分别提高33.2%和58.7%。这意味着秸秆还田条件下，轻度盐渍土和中度盐渍土团聚体的形成机制可能不同：轻度盐渍土团聚体碳含量及分配比例在0.053～0.25 mm粒级增幅最大，显示其团聚体形成更符合Tisdall等[1]“多级团聚理论”，即土壤胶粒相互凝聚形成微凝聚体，单粒、微凝聚体通过各种黏结作用逐级形成复粒、微团聚体和大团聚体，本研究中供试土壤机械组成以粉粒为主，胶体特性相对较弱，添加秸秆等有机物料后优先形成微团聚体；中度盐渍土团聚体碳含量及分配比例在0.25～2 mm粒级增幅最大，意味着其团聚体形成更符合Elliott等[26]“大团聚体核心理论”，即有机物料添加后大团聚体首先形成，小团聚体再形成于有机物质周围，或随着有机物质分解，大团聚体破碎为小团聚体。盐分含量可能调控着两种机制的作用大小，中度盐渍土Na+、K+等一价阳离子含量过多，降低土壤胶体的凝聚性，不利于土壤颗粒的多级凝聚，“大团聚体核心理论”占优势。

秸秆还田条件下团聚体氮的分布特征也进一步印证了上述对团聚体形成机制的推测。由于团聚体形成所需有机胶结物质的转化合成均需微生物参与，而秸秆本身C/N较高，团聚体储存有机碳过程中也会吸持一定的氮素，当土壤中无机氮含量不足，微生物可能会加快对其他粒级团聚体中原有有机物质（C/N相对较低）的分解[27]，造成其他粒级团聚体氮含量下降。本研究结果显示，轻度盐渍土秸秆还田使0.053～0.25 mm微团聚体全氮含量和氮分配比例分别增加28.8%和33.6%，同时使其他级别团聚体氮含量降低，中度盐渍土秸秆还田使0.25～2 mm大团聚体全氮含量和氮分配比例分别增加4.2%和40.2%，同时使0.053～0.25 mm微团聚体全氮含量显著降低，进一步证实了上述推测。

3.3 秸秆还田工程效果评价

本研究和前人研究均表明秸秆还田能够有效改善土壤理化性状。白伟等[28]对辽北典型棕壤的研究结果表明，秸秆还田可以显著增加土壤含水量、降低土壤容重、调节土壤三相比；杨东等[29]对滨海盐渍土的研究也表明，秸秆还田增加了土壤储水量，有效抑制了土壤盐分表聚，保墒增产效果明显。本研究表明秸秆还田对轻度和中度盐渍土团聚体的稳定性均起到了明显的改善作用（表2），这与田慎重等[9]和徐国鑫等[12]的研究结果一致。此外，秸秆还田在提高土壤有机质含量方面效果显著[10,12,30-32]，并可在一定程度上增加土壤活性有机碳含量，但秸秆直接还田有可能导致土壤有机碳中活性有机碳的比例增加，不利于碳的固定和保存[30]，利于土壤固碳的秸秆还田模式还应进一步探索。

本研究中小麦-玉米秸秆还田表现出一定的增产效果，但第1个生长季轻度和中度盐渍土秸秆还田均出现作物减产现象，这与丛萍等[32]秸秆还田前期的研究结果一致，可能一方面是由于秸秆的添加影响了微生物群落结构[33]，微生物和植物出现了“争氮”现象，不利于作物生长，另一方面未经腐解的秸秆在还田初期可能会影响种子出苗，从而影响作物产量。秸秆还田使轻度盐渍土和中度盐渍土5个生长季作物产量平均分别增加3.22%和3.48%，与其能有效改善土壤理化性状有关。本研究重点关注了秸秆还田对土壤团聚体性质的改良效果和对作物的增产效果，下一步研究还应结合秸秆还田机具作业的效率、成本等相关数据，进一步探讨秸秆还田工程的适用性。

4 结 论

通过研究盐渍化程度和3年连续秸秆还田对团聚体组成及碳、氮分布的影响，主要结论如下：

1）盐渍化程度对团聚体组成和稳定性的影响可能存在一个阈值，盐渍化程度增加对团聚体稳定性的负面效应在较低盐分含量下表现不明显。轻度和中度盐渍土0.25～2 mm大团聚体中有机碳的分配比例显著高于重度盐渍土；土壤盐分含量与0.25～2 mm大团聚体和0.053～0.25 mm小团聚体中全氮的分配比例成显著负相关，与<0.053 mm粉黏粒中全氮的分配比例成显著正相关。

2）秸秆还田对轻度和中度盐渍土团聚体的稳定性均起到了明显的改善作用；各团聚体粒级中，秸秆还田使轻度盐渍土0.053～0.25 mm粒级有机碳、全氮及其分配比例提高最多，使中度盐渍土0.25～2 mm粒级有机碳及其分配比例提高最多。

3）不同盐渍土秸秆还田对土壤团聚体碳、氮分布的影响明显不同，可能与盐分含量影响团聚体形成机制有关。未来研究应更多关注秸秆、肥料等外源物质在土壤团聚体中分配规律并探明团聚体碳固持、养分固持的微生物参与策略。

4）秸秆还田使轻度盐渍土和中度盐渍土5个生长季作物产量平均分别增加3.22%和3.48%。秸秆还田在改善盐渍土团聚体稳定性、协调团聚体碳氮分布、提高作物产量方面有一定效果。从农业工程效果角度，下一步研究还应结合秸秆还田机具作业的效率、成本等，探讨团聚体变化的价值以及还田工程的适用性。

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Effects of straw returning on saline soil aggregate stability and its carbon, nitrogen contents

Wang Hui, He Wei, Duan Fujian, Hu Guoqing, Lou Yanhong, Song Fupeng, Zhuge Yuping※

(271018)

Soil aggregate is the physical foundation of soil fertility and straw returning is widely recognized as an effective method to facilitate soil aggregate formation and stabilization. However, it is still unclear what effects of straw returning might have on soil aggregate composition and its carbon (C) as well as nitrogen (N) distribution in saline soils. In this study, taking the typical salinized fluvo-aquic soil of the Yellow River Delta as research object, we analyzed the water-stable aggregate composition, stability and the organic carbon (SOC), total nitrogen (TN) content of each aggregate in soils under three salinization degrees (light, moderate, highly) and after 3-year straw returning. Results showed that the proportions of 0.25-2 mm and 0.053-0.25 mm aggregates in highly-salinized soil were significantly lower than that in light-salinized soil and moderate-salinized soil (< 0.05). The soil total salt content was negatively correlated with the contribution rates of 0.25-2 mm aggregates to SOC and TN, while it was negatively correlated with the contribution rates of 0.053-0.25 mm aggregates to TN. Straw returning induced a 47.6%, 39.7% and 54.0% increase in mean weight diameter (MWD), geometric mean diameter (GMD) and the content of macro-aggregates (0.25) respectively for light-salinized soil, and a 31.0%, 31.9% and 31.4% increase in the corresponding indexes for moderate-salinized soil, respectively. For bulk soil, straw returning increased SOC and TN contents by 20.2% and 20.0% respectively for light-salinized soil, and increased SOC content by 35.2% for moderate-salinized soil. For SOC content in soil water-stable aggregates, straw returning for light-salinized soil increased SOC content by 22.7%, 29.1% and 21.9% in <0.053 mm, 0.053-0.25 mm and >2 mm aggregates, respectively, while increased that by 15.8%, 16.1%, 56.1% and 36.8% respectively for moderate-salinized soil with increasing particle size of soil aggregates. For SOC distribution in soil aggregates, the proportion of SOC in <0.053 mm aggregates decreased by 18.3% and 21.5% for light- and moderate-salinized soils, respectively, after 3-year straw returning; 0.053-0.25 mm aggregates of light-salinized soil had the highest increase (by 33.2%) in the contribution rate to SOC, while 0.25-2 mm aggregates of moderate-salinized soil had the highest increase (by 58.7%) in that among all aggregates. For TN content in soil water-stable aggregates, straw returning for light-salinized soil induced a 18.4% and 21.2% decrease in TN content in >2 mm aggregates and 0.25-2 mm aggregates respectively, and led to a 28.8% increase in TN content in 0.053-0.25 mm micro-aggregates. However, straw returning in moderate-salinized soil significantly decreased by 62.1% of the TN content in 0.053-0.25 mm micro-aggregates and increased by 1.1 times that in <0.053 mm aggregates. For TN distribution in soil aggregates, the contribution rate of <0.053 mm aggregates to TN decreased by 43.9% and that of 0.053-0.25 mm aggregates increased by 33.6% for light-salinized soil, while the contribution rate of <0.053 mm aggregates to TN increased by 0.9 times and that of 0.053-0.25 mm aggregates decreased by 50.9% for moderate-salinized soil. Overall, straw returning significantly improved the soil aggregate stability under light- and moderate-salinized soils, but it showed different effects on soil aggregate C, N distribution in different salinized soils, which might be attributed to the distinct formation mechanisms of soil aggregate under different salt contents.

soils; organic carbon; aggregates; straw; total nitrogen; salinized fluvo-aquic soil

王 会，何 伟，段福建，胡国庆，娄燕宏，宋付朋，诸葛玉平. 秸秆还田对盐渍土团聚体稳定性及碳氮含量的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(4)：124－131. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.015 http://www.tcsae.org

Wang Hui, He Wei, Duan Fujian, Hu Guoqing, Lou Yanhong, Song Fupeng, Zhuge Yuping. Effects of straw returning on saline soil aggregate stability and its carbon, nitrogen contents[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 124－131. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.015 http://www.tcsae.org

2018-07-21

2019-02-10

山东省自然科学基金（ZR2017BD012，ZR2016DQ05）；山东省重大科技创新工程项目（2017CXGC0301）；中国博士后科学基金（2018M632702，2016M602169）

王 会，博士，讲师，主要从事土壤质量提升、土壤碳氮循环及环境效应方面研究。Email：huiwang@sdau.edu.cn

诸葛玉平，教授，博士生导师，主要从事退化土壤修复、土壤生态过程与机理等方面研究。Email：zhugeyp@sdau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.015

S156.4

A

1002-6819(2019)-04-0124-08