1、2023 年第 3 期工作研究收稿日期:2023 2 3基金项目:四川省科技计划项目(2021YFN0018，2022YFN0027，2023YFS0365)作者简介:李森(1989 )，男，硕士，助理研究员，研究方向:水 土环境污染治理。E mail:senli_08163 com。*为通讯作者。不同植茶年限土壤水稳性团聚体组成及分形特征李森1，涂卫国1，罗勇1，滕连泽2*(1 四川省自然资源科学研究院，成都610015;2 四川省科学技术研究成果档案馆，成都610041)摘要:采用野外调查和室内分析相结合的方法，研究了不同植茶年限土壤水稳性团聚体组成及分形特征。结果表明，不同植茶年限土壤水
2、稳性团聚体含量随粒径减小均呈降低增加降低增加的变化趋势，其中粒径 2mm 和 0 25mm 的水稳性团聚体占主要比重，粒径 1 2mm 的水稳性团聚体占比最小。植茶 5 年和 10 年的土壤中，2mm 的水稳性团聚体含量显著高于 0 25mm 含量(P0 05)，植茶 30 年的土壤中，2mm 的水稳性团聚体含量则显著低于 025mm 的含量(P 005)。土壤水稳性团聚体的几何平均直径和平均重量直径均随植茶年限增加呈逐渐减小的趋势，不同植茶年限间的差异达显著水平(P 0 05)。土壤水稳性团聚体分形维数的值在 0 20cm 土层表现为:植茶 5 年 植茶 10 年 植茶 15 年 植茶 30
3、 年;在 20 40cm 土层则表现为:植茶 30 年 植茶 15年 植茶 5 年 植茶 10 年。表明长期植茶会明显破坏老冲积黄壤的团粒结构，导致较大粒级的水稳性团聚体逐渐向较小粒级转化，团聚体水稳性逐渐下降。关键词:植茶年限;土壤团聚体;组成;稳定性;分形土壤团聚体是组成土壤结构的基本单元，其组成和分布直接影响着土壤的水、肥、气、热等状况，与土壤质量密切相关1。根据土壤团聚体抵抗外部环境变化、保持原有形态的能力，可分为水稳定性、力学稳定性、化学稳定性、生物稳定性和酸碱稳定性团聚体2，其中水稳性团聚体能直接反映土壤水的界面过程，尤其与地表径流和土壤侵蚀关系非常密切3。因此，土壤水稳性团聚体的
4、粒径大小、数量及分布特征反映了土壤结构的稳定状况和抗侵蚀能力，在调节土壤理化、生化性质方面具有重要作用。土壤水稳性团聚体的不同粒级组成比例是造成土壤肥力差异的原因之一，通常以直径为 0 25 10mm 的团聚体来评价土壤结构的好坏4。土壤团聚体的组成受自然因素和人为活动的影响，其中土地利用变化等人为活动对土壤结构影响较大，土壤结构的好坏一定程度上会影响作物生长，作物的生长也会不同程度的影响土壤团聚体的组成5。因此，从土壤团聚体结构和稳定性方面研究土地利用方式是否科学、合理具有重要的意义。为此，本研究以四川省名山区不同植茶年限下的老冲积黄壤为研究对象，研究不同植茶年限土壤水稳性团聚体的变化特征，
5、探讨长期植茶对土壤团聚体粒径组成和稳定性的影响，以期为研究区茶园土壤质量的改善和茶产业的可持续发展提供理论依据。1研究区域概况与研究方法1 1研究区概况研究区位于四川省名山区百丈镇(3010N 3012N，10310E 10311E)，海拔63735 76965m，属于亚热带湿润气候区，年均降雨量约 1500mm，多年平均气温 15 7，年平均无霜期 299d，年平均阴雨天 277d，全年平均日照时数 1039 5h。研究区土壤类型为老冲积黄壤，其表层(0 20cm)土壤基本理化性质如表 1 所示。表 1研究区表层土壤基本理化性质植茶年限pH有机质(g/kg)全氮(g/kg)碱解氮(mg/kg
6、)有效磷(mg/kg)速效钾(mg/kg)5 年5 4422360734855193287 5210 年4 7823170715038227184 3315 年4 4125750755217238681 6730 年4 2729480795563254776 241 2研究方法12 1样品采集壤样品采集于 2020 年 10 月，在对研究区内的茶园地形地貌条件和管理措施进行实地调查的基础上，综合选择成土母质相同、立地条件相似、管理措施相近、植茶年限相接近的茶园老冲积99工作研究2023 年第 3 期黄壤为研究对象。每个植茶年限茶园内按照“S”形路线随机布设 5 个采样点，分别采集 0 20cm
7、 和 2040cm 土层土样，各土样均匀混合后装入采样袋中，带回实验室经自然风干后，一部分原状土直接用于测定土壤水稳性团聚体，一部分研磨过 2mm 筛，用于测定土壤基本理化性质。12 2样品测定壤团聚体组成状况采用湿筛法测定6。首先，将风干原状土先掰成 10 12mm 的土块，在弃去粗根和小石块后称取风干土样 500g，装入孔径依次为 10、7、5、3、2、1、0 5 和 0 25mm 筛组的最上层，往返匀速筛动筛组至样品完全过筛，计算各粒级干筛团聚体质量比。然后，将各孔径风干土样按比例配成 50 00g，将其放置于套筛最上层，套筛从上至下依次由四个孔径为 2 00、1 00、0 50和 0
8、25mm 的尼龙网筛组成。将套筛放入水桶，调整桶内水面高度使套筛移动到最高位置时，最上层网筛中的土壤团聚体刚好能被桶中的水淹没，套筛移动到最低位置时最下层网筛刚好接触桶底，先将待测土样在水面下浸泡 10min 后，以 20 次/min 的频度筛分 20min 后将各筛上的团聚体分别冲洗至铝盒烘干称重，计算不同粒径土壤团聚体在原状土样中的质量分数。土壤 pH 采用电位法测定(土水比 1:2 5)，有机质采用重铬酸钾浓硫酸外加热法测定，全氮采用凯氏定氮法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠提取钼锑抗比色法测定，速效钾采用醋酸铵提取火焰光度法测定。12 3数据计算与处理壤团聚体的几何平
9、均直径(式 1 1)、平均重量直径(式 1 2)采用邱莉萍等7 推导的公式计算，分形维数(式 1 3)采用杨培岭和罗远培8 推导的公式计算:GMD=Expni=1Wilnini=1Wi(1 1)MWD=ni=1(iwini=1Wi(1 2)(3 D)lg(imax)=lgM(r i)Mi(1 3)式中，GMD 为团聚体几何平均直径(mm);Wi为某一粒级水稳性团聚体重量(g)，i 为某一粒级团聚体平均直径(mm);MWD 为团聚体平均质量直径(mm);wi 为每一粒级团聚体的重量百分含量(%);i 为团聚体的最大粒径(mm);M(r i)为粒径小于i 的团聚体重量(g);MT 为团聚体总重量(
10、g)。采用 SPSS 19 0 软件对实验数据进行处理和分析，处理间多重比较采用最小显著极差法(LSD)在P 0 05 水平上进行，采用 Microsoft Excel 2019 软件制作图表。2结果与分析2 1不同植茶年限茶园土壤水稳性团聚体的分布特征土壤水稳性团聚体的数量和分布是反映土壤结构的稳定性和抗侵蚀能力的重要指标之一9。由表 2 可知，不同植茶年限土壤水稳性团聚体含量随粒径减小均呈降低增加降低增加的变化趋势。在 0 20cm 和 20 40cm 土层，土壤水稳定性团聚体均是以粒径 2mm 和 0 25mm 的占主要比重，0 5 1mm 和 0 25 0 5mm 的占比分别次之，12
11、mm 的占比最小。其中，在植茶 5 年和 10 年的土壤中，2mm 的水稳性团聚体含量均显著高于 0 25mm 的含量(P 0 05);而植茶 30 年的土壤中，2mm 的水稳性团聚体含量则显著低于 0.25mm的含量(P 0 05)。表 2不同植茶年限土壤水稳性团聚体分布特征土层(cm)植茶年限(年)土壤水稳性团聚体(%)2mm1 2mm05 1mm0 25 05mm025mm0 2054408 084 aA837 053 dA1537 045 cD920 017 dB2298 0 71 bD1038 64 0 25 aB7 28 0 31 eB1656 038 cC1031 050 dA2
12、7 21 039 bC1533 75 0 50 aC6 97 0 38 eB1744 049 cB8 96 009 dB3288 019 bB3031 26 0 22 bD711 020 eB1975 045 cA7 98 034 dC3390 029 aA20 4054850 039 aA1138 038 dA1342 042 cD984 020 eB16 86 031 bC1044 36 0 05 aB9 95 0 53 cB1787 039 bC10 23 048 cB1759 027 bC152771 135 bC898 015 eC1914 056 cB1263 013 dA3154
13、 0 60 aB3025 40 0 39 bD916 044 dC2244 012 cA1004 066 dB3296 066 aA注:同行不同小写字母表示不同粒级团聚体差异显著，同列不同大写字母表示同一粒级团聚体不同年限间差异显著(P 005)。同时，相同粒径的水稳性团聚体在不同植茶年限间也存在明显差异，随植茶年限的增加，0 20cm0012023 年第 3 期工作研究和 20 40cm 土层土壤中 2mm 的水稳性团聚体含量呈显著下降趋势(P 0 05)，而 0 25mm 和 0 51mm 的水稳性团聚体含量则呈显著增加趋势(P0 05)。通常 0 25mm 团聚体被称为土壤团粒结构体，该
14、粒径的水稳性团聚体是土壤中最稳定的结构体，其含量与土壤稳定性呈正相关10。然而，本研究中 0 25mm 的水稳性团聚体含量随植茶年限增加呈显著增加趋势，这可能与灌溉、耕作、施肥等人为扰动因素相关11。因为茶园主要以沟灌方式进行灌溉，沟灌并不利于土壤水稳性团聚体含量的提高12。此外，茶园土壤翻耕也会导致土壤易随雨水流失，不利于较大颗粒团聚体的形成，反而会促进大颗粒水稳定性团聚体破碎分解为粒径更小的团聚体13。表明植茶对老冲积黄壤的团粒结构具有显著破坏作用，导致其土体稳定性随着植茶年限增加逐渐下降。2 2不同植茶年限茶园土壤水稳性团聚体的稳定性特征不同粒径级别的土壤水稳性团聚体在保持与供应土壤养分
15、、保持土壤结构孔隙状况、协调土壤生物学性质和水力学性质方面具有不同作用14。土壤水稳性团聚体的几何平均直径和平均重量直径是反映其稳定性的常用指标，值越大表示土壤的团聚度越高，稳定性越好10。如图 1 所示，土壤水稳性团聚体的几何平均直径随着植茶年限的增加呈逐渐减小的趋势，在 0 20cm 表现为:植茶 5 年(1 04mm)植茶 10 年(0 86mm)植茶 15 年(0 72mm)植茶 30 年(0 69mm)，在 20 40cm 表现为:植茶 5年(1 26mm)植茶 10 年(1 15mm)植茶 15 年(0 66mm)植茶 30 年(0 63mm)，且不同植茶年限间的差异达显著水平(P
16、 0 05)。土壤水稳性团聚体的平均直径随着植茶年限的增加也呈逐渐减小的趋 势，在 0 20cm 土 层 表 现 为:植 茶 5 年(2.07mm)植茶 10 年(1 85mm)植茶 15 年(1.66mm)植茶 30 年(1 58mm)，在 20 40cm 土层表 现 为:植 茶 5 年(2 27mm)植 茶 10 年(2.12mm)植茶 15 年(1 47mm)植茶 30 年(1.40mm)，且不同植茶年限间的差异达显著水平(P 0 05)。可见，随着植茶年限不断增加，老冲积黄壤中较大粒级的水稳性团聚体逐渐向较小粒级转化。表明随着植茶年限增加，老冲积黄壤的团聚体水稳性逐渐下降，抗冲蚀能力降低。图 1不同植茶年限茶园土壤水稳性团聚体的几何平均直径和平均重量直径图 2不同植茶年限茶园土壤水稳性团聚体分形维数2 3不同植茶年限茶园土壤水稳性团聚体的分形特征土壤团聚体分形维数主要反映土体结构几何性状的参数，通常表现为土壤颗粒粒径越小或者粘粒占比越高，土壤团聚体分形维数的值越大15。如图2 所示，不同植茶年限土壤水稳性团聚体的分形维数的值介于 1 72 2 03，且 0 20cm 土层土壤团
