膜下滴灌对土壤团聚体稳定性的影响

团聚体是土壤结构的基本单位，协调土壤中水肥气热等肥力因子之间的平衡状态、影响土壤生物过程、维持土壤耕性。团聚体的稳定性对土壤肥力、土壤质量和土壤的可持续利用等有很大影响，受土壤有机质含量、土地利用方式、管理措施、气候条件等因素的影响（王清奎等，2005；Kodesova P，2009）。有研究认为，土壤水稳性大团聚体的含量与土壤养分含量呈显著正相关（陈恩凤等，2001），长期施肥提高了土壤团聚体的稳定性（李江涛等，2004）。同时，土壤团聚体及其稳定性也受土壤动物、微生物、植物根系以及干湿交替等环境因子的影响，其中干湿交替是土壤经历多次干燥湿润的循环往复过程，对土壤团聚体粒径分布和稳定性等产生重要影响（Utomo W H，1982）。干湿交替通过影响土壤有机物和微生物群落特征，进而影响团聚体粒径分布和稳定性（刘艳，2018），同时加速土壤养分循环（马建辉，2018），释放不稳定的养分，提高土壤养分含量（陈林，2013）。灌水下限值越大，土壤含水量的波动越大，使土壤处于干湿交替状态（常超，2011），适当的干湿交替可促进团聚体的形成。敏感脆弱区通常对高频度的环境变化响应敏感，敏感脆弱区干湿环境变化下土壤团聚体形成和演变机制尚不清晰（刘艳等，2018），开展干湿交替条件下土壤团聚体稳定性研究，探究干湿交替对团聚体的作用机理及影响因子，对于干湿交替敏感区农业生产及生态恢复具有重要的指导意义。王彬等研究发现干湿交替过程初期对大团聚体破坏作用明显，干湿交替可促进粒径＜0.2mm的微团聚体向粒径为0.2～1mm的团聚体转化，此转化过程存在阈值现象（3次），一旦达到形成新生团聚体的阈值后其团聚作用随之下降（王彬，2012）。高温条件下，1次干湿交替促进大团聚体的形成和稳定，4次干湿交替后大团聚体含量趋于稳定（Francisco Najera，2020）。前人研究基本认为干湿交替初期（1～4次）会降低团聚体粒径，但经过多次干湿交替后，团聚体粒径分布趋向稳定且团聚作用下降（Sarah P，2004；Degens B P，1995）。而本研究发现，I2和I3处理土壤干湿交替的强度较I1强，干湿交替的频次较I1多，导致I2和I3处理的土壤团聚体含量及稳定性明显低于I1处理。

土壤水稳性团聚体的形成，必须依赖于土壤中的有机物质，有机质胶结小团聚体形成大团聚体，有机质是土壤团聚体中的重要组分。魏朝富等对紫色土、红壤水稳性团聚体研究时发现水稳性团聚体的数量与稳定性均与土壤有机质含量成正相关（魏朝富，1995；章明奎，1997）。土壤有机碳和土壤团聚体的形成与稳定紧密相关，有机碳作为主要胶结物质黏合矿物颗粒形成稳定的团聚体，而稳定的团聚体又对有机碳起物理保护作用。大团聚体（＞0.25mm）是土壤有机碳存储的主要部分，因此保护和维持大团聚体的数量和稳定性对于农田土壤肥力的可持续发展具有重要意义。有机碳对团聚体稳定性的作用不仅在于有机碳的数量，还取决于有机碳的质量，不同数量和质量的碳源同时作用于团聚体的稳定性（苑亚茹，2012；彭新华，2004；陈林等，2013）。这可能是因为碳源是微生物生长繁殖必需的限制因素（Alden L，2001），大量的活性有机碳提升了微生物生物量和活性（Jokinen H K，2006），进而改善了土壤结构。植物光合作用固定的碳，约有20%以根系分泌物形式进入土壤，作为碳源影响微生物生长繁殖，从而影响根区土壤的结构和功能（Hinsinger P，2006）。一般而言，微团聚体被稳定性较强的惰性有机质所稳定，而大团聚体是由微团聚体与新形成的活性有机质进一步团聚形成的，因此较大团聚体对土壤肥力的意义更大（Six J，2004）。对于土壤团聚体的稳定性来说，活性有机胶结物质存在一种迅速稳定作用，是暂时的，而惰性有机胶结物质对团聚稳定作用影响是长期有效的（Haynes R J，1997）。有研究认为微团聚体通过有机质胶结形成大团聚体，且大团聚体中的有机质是比较不稳定的（Elliott E T，1986）。研究表明，土壤活性有机质组分迅速增加，进而促进土壤团聚体稳定性明显增加（HaynesR J，1999）。

土壤有机质作为土壤结构发育的重要胶结物质（Wagner S，2007），不仅直接影响着土壤的团聚过程，还间接影响了土壤结构稳定性对干湿交替的响应（Caron J，1984）。一般认为，土壤有机质通过降低土壤的浸湿程度和增加团聚体的黏聚度来提高团聚体稳定性（刘艳，2018）。在干湿交替作用下，湿润过程中，团聚体破碎，并释放有机质；在干燥过程中，分散团聚体发生团聚作用，有机质重新被包裹形成新团聚体，提高了团聚体稳定性（彭新华，2004）。有机质含量高的土壤能抵制频繁干湿交替的影响并维持其性质的稳定（陈林，2013；Xiang S R，2008；Zhao B Z，2010），这是因为土壤有机质的疏水特性提高了土壤抵水能力（Caron J，1996；彭新华，2004），有机质含量高的土壤在遭遇干湿交替后其团聚体不易发生解聚，从而维持土壤结构和性质的稳定（Denef K，2001）；同时有机质含量高的土壤有丰富的微生物群落，多样性丰富的微生物群落更能抵制干湿交替的影响（Steenwerth K L，2005）。有机质含量与水稳性团聚体数量及稳定性成正相关关系（章明奎等，1997；魏朝富等，1995），这与本研究结果一致。本研究发现，I1处理明显提高团聚体数量及稳定性，明显提高土壤有机质含量，同时通径分析发现，有机质对＞0.25mm团聚体含量的作用系数总和为0.100，这表明I1处理通过提高土壤有机质含量，增加其对土壤的胶结作用，抵制频繁干湿交替对土壤团聚体的影响，增加土壤团聚体的稳定性。(www.xing528.com)

土壤中交换性盐基离子的凝聚能力为Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+，其中Na+是高强度的分散剂，会直接破碎团聚体；Ca2+能抑制土粒分散，通过替换黏粒或团聚体中的Na+和Mg2+将已破坏的团聚体再次缔合在一起，可提高团聚体的稳定性，生产中需要防止土壤酸化，减少Ca2+的淋失（曾路生等，2011）。大量施用钾肥、氮肥，导致土壤的分散，不利于大团聚体的形成和保持，致使土壤板结变硬，通气透水性变差，作物的生长和产量受到影响，补充钙镁肥，可以防止土壤酸化，减少钙镁淋失，降低（K+＋Na+）/（Ca2++Mg2+）比值，减少土壤分散，形成稳定大团聚体，这与本研究结果一致。本研究通过通径分析发现，Mg2+、Ca2+、Na+对团聚体稳定性的直接作用系数与作用系数总和为0.647、0.346、-0.072。同时I3处理明显提高了土壤Na+含量，降低了团聚体稳定性，这表明I3处理增加土壤Na+含量，加剧土壤分散，降低了团聚体稳定性。

土壤胶结剂是影响团聚体形成和稳定的关键物质，主要包括有机胶结剂和无机胶结剂。土壤的类型或性质不同，胶结剂的类型和含量也不尽相同，其主导的团聚体稳定机制差异也较大（刘艳等，2018）。有研究表明，有机质含量较低的红壤，其团聚体稳定性与有机胶结剂相关性较低，无机胶结剂成为影响团聚体稳定的主导因子（闫峰陵，2008），这与本研究结果一致。