伊犁河谷平原雨养旱地土壤水稳性团聚体特征

陈传信 张永强 薛丽华

摘要：采取湿筛法测定分析新疆旱地麦田不同产量水平土壤团聚体特征。结果表明，不同产量水平麦田土壤各级粒径水稳性团聚体存在差异。高产田地块土壤>5 mm粒级团聚体显著高于中产田和低产田，分别增加45.18%、52.72%;高产田和中产田地块土壤0.25～0.5 mm粒级的团聚体显著高于低产田，分别增加45.70%、51.15%;低产田<0.25 mm粒级土壤团聚体分别较高产田、中产田显著增加36.34%、8.84%。高产田>0.25 mm粒径土壤大团聚体含量达68.30%，比中产田和低产田分别增加13.29%、20.29%。土壤团聚体平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）均表现为高产田>中产田>低产田，分形维数则表现相反。土壤团聚体分形维数与MWD、GMD、>5 mm粒级含量呈极显著负相关，而与<0.25 mm呈极显著正相关。MWD、GMD与>5 mm粒级呈极显著正相关，而与<0.25 mm粒级呈极显著负相关。

关键词：雨养旱地;土壤团聚体;伊犁河谷

中图分类号：S152         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）01-0054-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.011           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： The characteristics of soil aggregates under different yield levels in dry wheat fields in Xinjiang were analyzed by wet sieve method. The results showed that there were differences in the size of water stable aggregates in soil at different yield levels. The soil aggregates of >5 mm particle in high-yield field soil were significantly higher than those of medium-yield and low-yield fields， increased by 45.18% and 52.72%， respectively; The soil aggregates of 0.25～0.5 mm particle in high-yield fields and medium-yield fields were significantly higher than those in low-yield fields， increased by 45.70% and 51.15% respectively; The soil aggregates of <0.25 mm grain in low-yield fields increased significantly by 36.34% and 8.84% compared with high-yield fields and medium-yield fields. The content of large aggregates in the soil of >0.25 mm particle size in high yield field reached 68.30%， increased by 13.29% and 20.29% respectively over the middle and low yield fields. The mean weight diameter （MWD） and geometric mean diameter （GMD） of soil all showed that high-yield fields was the highest， medium-yield fields was second， and low-yield fields was the lowest. But the fractal dimension is opposite. The fractal dimension of soil was significantly negatively correlated with MWD， GMD and the soil aggregates of >5 mm particle， and was significantly positively correlated with <0.25 mm particle. MWD， GMD were significantly positively correlated with the soil aggregates of >5 mm particle， and significantly negatively correlated with the soil aggregates of <0.25 mm particle.

Key words： rain-fed dryland; aggregates; Yili valley

團聚体作为土壤结构的基本单元，土壤中物质和能量的循环主要集中于团聚体中[1]。团聚体的粒径分布不仅表征土壤结构状况，也影响到土壤的通气、抗蚀、渗水性等[2]。稳定的土壤团聚体有利于种子发芽、根系发育和作物生长，有利于保护土壤免受矿化分解，降低土壤侵蚀风险，对土壤结构保护有着重要的影响[3]。新疆雨养旱地面积为20.45万hm2，主要分布在伊犁河谷中上游山间平原谷地、塔额盆地边缘、昌吉州东部、天山北坡、阿尔泰山南坡等低山地带，其中伊犁河谷雨养旱地面积最大，占到全疆雨养旱地面积的45.66%左右[4]。伊犁河谷旱作区生产的粮食占该区粮食总产的10%左右，是伊犁灌溉农业的重要补充，在旱作地面积较大的县、乡，旱作农业具有举足轻重的地位[5]。由于长期采取掠夺式土地经营方式，广种薄收，只种不养，忽视土壤培肥措施，用养失调，肥力呈明显下降趋势，耕地质量下降[6]。因此研究不同产量水平麦田的土壤团聚状况，对土壤结构的改善具有重要意义。目前对新疆旱地土壤团聚体性状研究较少，本试验研究不同产量水平麦田土壤团聚体变化，以确定不同产量水平麦田土壤团聚体特征，为新疆旱地土壤结构的改善提供参考。

1  材料与方法

1.1  研究区概况

试验于2015—2016年在新疆新源县进行，位于伊犁河谷东部，地理坐标为东经82°28′—84°56′，北纬43°03′—43°40′，东、南、北三面环山，位于巩乃斯河河谷地带，属温带大陆性半湿润半干旱气候，年平均气温6.1～9.3 ℃，年平均无霜期为169 d，年降雨量为513.3 mm。

1.2  研究方法

根据研究区域农作物种植、土壤耕作、土壤培肥及施肥方式以及产量，确定3个产量水平田块，即高产田（小麦子粒产量>4 800 kg/hm2）、中产田（小麦子粒产量3600～4 800 kg/hm2）和低产田（小麦子粒产量<3 600 kg/hm2）。选择种植相同品种、常规田间管理的高产田、中产田、低产田小麦田各5块，共15块。随机从0～30 cm土层取土样，采集1 kg左右，放入棉织袋，带回实验室进行测定处理。

1.3  测定项目及方法

湿筛法测定土壤水稳性团聚体。将100 g风干土放在含5个筛网的装置（筛孔径分别为8、4、2、1、0.25 mm）顶部，整个装置固定于振荡器上以220 r/min振荡5 min，可以得到不同粒级的土壤团聚体。收集每个筛上保留的土壤团聚体至铝盒中烘干并称重。

利用各粒级土壤团聚体数据，计算团聚体平均重量直径（Mean weight diameter，MWD）、几何平均直径（Geometric mean diameter，GWD）[7]和分形维数（D）[8]。

1.4  数据处理

数据分析采用SPSS 19.0数据处理系统和Microsoft Excel 2010进行分析。

2  结果与分析

2.1  不同产量水平麦田土壤水稳性团聚体组成

由表1可知，不同产量水平地块土壤各级粒径水稳性团聚体存在差异。不同产量水平地块>5 mm、0.25～0.5 mm、<0.25 mm粒级的团聚体含量差异显著。高产田地块土壤>5 mm粒级团聚体显著高于中产田和低产田，分别增加45.18%、52.72%;高产田和中产田地块土壤0.25～0.5 mm粒级的团聚体显著高于低产田，分别增加45.70%、51.15%;低产田<0.25 mm粒级土壤团聚体较高产田、中产田分别显著增加36.34%、8.84%。各产量水平田块2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm粒级团聚体差异不显著，高产田总体含量较高。

2.2  不同产量水平麦田>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量

>0.25 mm粒径的团聚体为大团聚体[9]，它是由许多土粒多层次凝聚和多次胶结形成的，调节着土壤的水、肥、气、热[10]，其含量丰富是土壤良好结构特征的表现，用来衡量土壤结构性好坏和抗侵蚀性。从表2可以看出，不同产量水平地块土壤大团聚体含量差异显著，高产田土壤大团聚体含量达68.30%，比中产田和低产田分别增加13.29%、20.29%。

2.3  不同产量水平麦田土壤水稳性团聚体稳定及分形特征分析

团聚体稳定性代表土壤结构的稳定性，平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）越大，表示团聚体的团聚程度越高[7，11，12]。由表3可以看出，土壤团聚体MWD、GMD均表现为高产田>中产田>低产田，且高产田与中产田和低产田差异显著，其中高产田MWD比中产田、低产田分别增加22.38%、26.81%，GMD分别增加32.14%、39.62%。土壤分形维数是反映土壤结构几何形状的参数[13-15]。高产田土壤团聚体分形维数最小（2.72），与其他产量水平田块差异显著，其次为中产田（2.77），低产田最高（2.79）。

2.4  土壤水稳性团聚体参数之间的相关性

对土壤团聚体MWD、GMD、分形维数、各粒级团聚体含量进行相关分析，结果（表4）表明，土壤团聚体MWD与>5 mm粒級含量呈极显著正相关，而与<0.25 mm粒级含量呈极显著负相关。土壤团聚体GMD与>5 mm粒级含量呈极显著正相关，而与<0.25 mm粒级含量呈极显著负相关。土壤团聚体分形维数与MWD、GMD、>5 mm粒级含量呈极显著负相关，而与<0.25 mm粒级含量呈极显著正相关。

3  小结与讨论

团聚体是土壤结构的物质基础，有供给作物生长养分的功能，对土壤水分、养分、通气状况有着显著影响，是土壤质量的重要评价指标[16]。土壤大团聚体是由许多土粒多层次凝聚和多次胶结形成的，调节着土壤的水、肥、气、热，其含量丰富是土壤良好结构特征的表现。本研究结果发现，不同产量水平地块土壤的大团聚体含量差异显著，且高产田、中产田均显著高于低产田。土壤小团聚体（<0.25 mm）是表征土壤生态效应的重要指标，其含量越低，土壤团聚体结构越稳定[17]。本研究中，低产田<0.25 mm粒级土壤团聚体较高产田、中产田分别显著增加36.34%、8.84%。土壤团聚体是土壤养分贮藏库和微生物的生境[10]，有机质是土壤团聚体的胶结剂，有机质多则土壤团聚体多，团聚体多反过来说明其有机质丰富，这样的土壤环境对作物的生长发育更加有利[18]。

平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）越大，表示团聚体的团聚程度越高[19]，反映了土壤团聚体拥有更好的稳定性[20]。本研究结果发现，高产田土壤团聚体的MWD、GMD显著高于中产田和低产田，说明高产田土壤具有较稳定的土壤团粒结构，使得土壤结构不易被破坏，降低土壤的风蚀风险和退化，增强土壤的抗侵蚀能力，利于调节土壤的孔性、持水性、通气性等。分形维数是评价土壤结构分布的综合指标，不仅描述了土壤颗粒的大小及分布，而且反映了土壤均一程度，其值越高，表明土壤质地越黏重，通透性越差[21]。很多研究认为，团聚体分布具有分形特征[22]。在本研究中，高产田土壤团聚体分形维数为2.72，比中产田、低产田分别降低1.81%、2.51%。GMD、MWD和分形维数均能反映土壤水稳定性团聚体稳定程度[23]。本研究中，团聚体分形维数与GMD、MWD呈极显著负相关，GMD与MWD呈极显著正相关，与前人研究结果相似[24]。

本研究通过对新疆旱地麦田不同产量水平耕层土壤水稳性团聚体含量及其稳定特征进行研究分析，明确了各产量水平麦田土壤团粒结构变化，可为新疆旱地麦田土壤结构的改善提供参考。

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