摘要:本研究通過系統研究種植果樹對土壤膠結性物質的演化規律及其與土壤團聚體穩定性之間關系的影響,探索影響果園土壤團聚體狀態的因素,以期為果園科學管理提供理論依據。在渭北旱塬蘋果主產區分別選取10a、20a的蘋果園和農田(冬小麥-夏玉米輪作,對照)各4個,在果樹冠層投影范圍內距樹干2/3處逐層采集0~100cm土層土壤樣品和0~50cm土層原狀土壤樣品,研究不同植果年限果園及農田土壤剖面黏粒、有機質、CaCO3等團聚體膠結物質的分布及其與團聚體穩定性之間的關系。結果發現:在0~100cm土層范圍內,各果園土壤黏粒含量基本隨土層深度的增加而遞增,且在0~40cm土層表現為農田>10a果園>20a果園,40cm以下土層則呈現相反的態勢;種植果樹相比農田可顯著增加0~100cm土層土壤有機質總儲量,但隨著種植果樹年限的增加,土壤有機質總儲量呈遞減趨勢;在0~100cm土層土壤CaCO3總儲量表現為10a果園>農田>20a果園,但在0~40cm土層CaCO3含量及儲量表現為10a果園>農田>20a果園,而40~100cm土層則為20a果園>10a>農田。皮爾森相關分析發現?0.25mm土壤團聚體的數量和平均重量直徑(MWD)與土壤黏粒、有機質和CaCO3含量密切相關,其中機械穩定性團聚體的數量和穩定性主要受土壤中CaCO3、有機質含量的影響,水穩性團聚體的數量和穩定性主要受土壤中黏粒和CaCO3的影響。總之,植果顯著改變了土壤中黏粒、有機質、CaCO3的演化過程和趨勢,隨植果年限增加,果園土壤黏粒和CaCO3在土壤較深土層淋溶淀積明顯;各果園土壤有機質總儲量雖然高于農田,但隨植果年限增加,有逐漸減少的趨勢。可見植果明顯加速了渭北黃土塬地土壤的殘積黏化和鈣化過程,影響著表層土壤團聚作用和底層土壤的緊實化和堅硬化程度。

　　關鍵詞:蘋果園;種植年限;土壤膠結物質;黏粒;有機質;CaCO3;團聚體

　　膠結物質作為土壤團聚體形成的物質基礎,其質量分數、空間變異與分布、組成特征、作用方式等是團聚體形成及穩定的物質基礎與內在動力[1-2]。黃土高原特殊的成土環境使得該區土壤團聚體的形成與穩定具有明顯的區域特性[3],其土壤中的膠結物質主要包括黏粒、有機碳和CaCO33類物質[4-5]。

　　1材料與方法

　　1.1試驗區概況

　　試驗選在具有較長植果歷史的蘋果主產區——陜西省彬縣新民鎮黃土塬區(35°06′N,108°09′E)。該區屬渭北殘塬溝壑地區,海拔約1108m,年平均氣溫9.7℃,晝夜平均溫差11.7℃,年平均降水量579mm,無霜期180d,屬典型大陸性暖溫帶半干旱氣候特征。塬地的地帶性土壤類型為黑壚土(系統分類名稱為堆墊干潤均腐土,Cumuli-UsticIsohumosols)。該區具有海拔較高、光照資源充足、晝夜溫差大、氣候較為干燥、空氣和土壤無污染、土層深厚、土體疏松等優越的自然條件。蘋果的種植歷史和模式可代表整個渭北旱塬蘋果產區的基本特征。果園管理方式多為清耕制,以施用化肥為主,主要施用尿素、(NH4)2HPO4和K2SO4,農家肥幾乎不再施用。

　　1.2樣品采集與測定

　　試驗于蘋果采收期間進行。選擇自然生態條件相同、種植年限分別為10a和20a的蘋果園各4個作為研究對象。果樹品種均為喬化‘紅富士’,果樹株行距為3m×4m。并在果園周邊選取4塊農田作為對照,所選取的農田是經現場調研未曾種植蘋果、按常規模式管理,實行冬小麥-夏玉米一年兩熟輪作制度的農田。在每個果園內隨機選取具有代表性的果樹4株,在果樹冠層投影范圍內距樹干2/3處用土鉆按照0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm、40~50cm、50~60cm、60~80cm和80~100cm的間距逐層采取土樣,將同一個果園內不同取樣點的相同土層土樣混勻作為1個土壤樣品,在室內風干、研磨、過篩后用于土壤相關性質的測定。同時,按照10cm間距逐層采集0~50cm土層原狀土壤樣品約1kg,裝入硬質盒中運回室內風干,在風干過程中沿團聚體間自然裂隙輕輕掰分成直徑在1cm以上的小土塊,剔除其中植物殘體,待充分風干后用于土壤團聚體組成測定。農田采樣是在4塊田地分別隨機選取4個采樣點,采樣方式和樣品處理方式與果園相同。土壤顆粒組成采用國際粒級分類制,用沉降分析的吸管法測定[23];土壤CaCO3含量用氣量法測定[24];有機碳含量用重鉻酸鉀外加熱法測定[24];土壤容重用環刀法測定[23];機械穩定性團聚體采用干篩法,水穩性團聚體采用濕篩法測定,團聚體大小設5個級別,分別為>2mm、1~2mm、0.5~1mm、0.25~0.5mm、<0.25mm等[20]。

　　2結果與分析

　　2.1種植果樹對土壤剖面黏粒分布的影響

　　黏粒是決定土壤物理狀態和化學特性的物質基礎,該區土壤0~40cm屬于黃土覆蓋層,40~100cm屬于質地相對黏重的黑壚土層,呈現出土壤黏粒含量在0~40cm土層明顯低于40cm以下土層的特征(圖1)。值得關注的是土壤黏粒含量在0~40cm土層表現為農田>10a果園>20a果園,40cm以下土層則呈現相反的態勢。另外,果園土壤黏粒含量在0~40cm土層隨土層深度的增加逐漸遞增,40cm以下土層則遞增明顯;而農田土壤黏粒含量在0~40cm土層基本保持一致,40cm以下則隨土層深度的增加而呈緩慢增加的趨勢。可見,隨植果年限增加,果園土壤黏粒有明顯的從表層向深層淋溶與淀積的趨勢,導致土壤剖面質地性狀發生了明顯變化,而農田土壤黏粒的淀積黏化過程不太明顯,剖面質地性狀基本穩定。果園表層土壤黏粒的遞減必然會因基本膠結物質的丟失而影響土壤團聚作用,而淀積在下層的土壤黏粒又會影響土壤的緊實度,制約根系延伸和水分入滲。

　　2.2種植果樹對土壤剖面有機質分布的影響

　　有機質作為土壤團聚作用最重要的膠結劑,其變化態勢是分析土壤團聚體狀況演變的重要因素。盡管渭北旱地土壤在0~40cm黃土覆蓋層之下有40~60cm厚的古腐殖質層[26],然而,現在無論果園還是農田土壤,土壤有機質在0~100cm土層范圍內都隨土層深度的增加而遞減(圖2)。此外,在0~100cm土層范圍內,土壤有機質含量因植被的更替亦呈現不同程度的空間變化特征,其中0~50cm土層土壤有機質含量呈現為10a果園?農田?20a果園,而50~80cm土層則為20a果園?農田?10a果園。而且10a幼齡果園和20a老齡果園間土壤有機質含量差異極為明顯,而10a幼齡果園和農田土壤間差異相對較小。進一步分析植果對土壤有機質儲量的影響發現(圖3),植果相比農田可顯著增加0~100cm土層土壤有機質總儲量,10a、20a果園相比農田分別增加6.01%、3.84%,但隨著植果年限的增加,土壤有機質總儲量呈遞減趨勢,證明果樹種植及其生長發育階段對土壤碳庫的影響顯著。

　　3討論

　　3.1種植果樹對土壤各膠結物質的影響

　　渭北果園土壤在0~100cm土層范圍內,土壤黏粒含量基本隨土層深度的增加呈增加趨勢。首先這是由土壤發生學特征決定的,渭北地區黃土殘塬面土壤為黑壚土,屬于堆積型土壤剖面構型,一般40cm以下土層埋藏著黏化程度相對較高、碳酸鹽淋溶的古腐殖質層,被稱為黑壚土層,而40cm以上土層是多年使用土糞和黃土繼續沉積過程形成的覆蓋層,覆蓋層土壤黏粒含量一般低于黑壚土層。本研究得到的重要信息不應是土壤黏粒含量隨土層深度變化的關系,而是不同植果年限間土壤剖面上黏粒變化的差異性。一般在同一個空間范圍、自然降水相同的情況下,土壤的淀積黏化程度一方面取決于上層土壤的團聚狀況,即自由黏粒的多少,一方面取決于土壤耕作管理模式。渭北土壤覆蓋層因有機物含量少,土壤顆粒的團聚化程度低,且團聚體穩定性差,土壤中未被團聚的自由黏粒會在降雨期間隨水分入滲逐漸向深層移動并不斷聚集,發生著“淀積黏化”作用[22]。另外,對于果園土壤而言,由于翻耕擾動少,黏粒在土壤剖面的移動與聚集效應逐漸累積,淀積黏化效果明顯,而農田每季作物收獲后都要翻耕施肥和播種,將淋溶的黏粒又翻動至表層,延遲了淀積黏化過程的累積效應,從而產生了果園與農田土壤相比,果園土壤黏粒含量在0~40cm土層處遞減明顯、40cm以下土層逐漸累積的結果,且隨植果年限增加,淀積黏化效果更加明顯。黏粒的深層淀積,既影響表層土壤團聚的物質基礎,也影響果園深層土壤的通透性,故屬于一種果園土壤的隱形退化特征。

　　3.2土壤中膠結物質對團聚狀況的影響

　　土壤團聚體的形成是一個極為復雜的過程,其很大程度上依賴于土壤中各種膠結物質的數量和性質[28]。黏粒、有機質和CaCO3是黃土性土壤團聚體形成的重要膠結物質,不僅對土壤有團聚作用,也對一些元素的固持及土壤酸堿緩沖作用有一定影響[29]。

　　4結論

　　植果顯著改變了土壤中各膠結物質(黏粒、有機質、CaCO3)的演化過程和趨勢,使其在土壤剖面發生了重新分配。隨植果年限增加,黏粒和CaCO3在土壤較深土層淋溶淀積明顯;各園齡段果園土壤有機質總儲量雖然高于農田,但隨植果年限增加,有逐漸減少的趨勢。原因是黑壚土的團聚作用差,在降雨期間團聚體易分散,“活性黏粒”、CaCO3向深層移動淀積,在底土層逐漸積累,填充底層土壤孔隙,增加底層土壤緊實度和硬度。農田土壤雖然也會發生“淀積黏化”作用和“鈣化”作用,但受到常年的人為翻耕擾動,使該作用表現不夠明顯。另外,各膠結物質均會對果園土壤團聚體的數量和質量造成影響,只是不同膠結物質的影響程度各不相同。機械穩定性團聚體的數量和穩定性主要受土壤中CaCO3和有機質含量的影響,水穩性團聚體的數量和穩定性主要受土壤中黏粒和CaCO3的影響。

　　參考文獻References

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　　[2]姚賢良,于德芬.贛中丘陵地區紅壤及紅壤性水稻土的膠結物質及其與土壤結構形成的關系[J].土壤學報,1964,(1):43–45YAOXL,YUDF.Thecementingmaterialofredsoilandredloampaddysoilinhillyregionanditsrelationshipwithsoilstructure[J].ActaPedologicaSinica,1964,(1):43–45

　　[3]張耀方,趙世偉,王子龍,等.黃土高原土壤團聚體膠結物質的分布及作用綜述[J].中國水土保持科學,2015,13(5):146–150ZHANGYF,ZHAOSW,WANGZL,etal.DistributionandfunctionofcementingmaterialsofsoilaggregatesontheLoessPlateau,WesternChina[J].ScienceofSoilandWaterConservation,2015,13(5):146–150