郭慧超，邵明安，2†，樊军，3

(1.西北农林科技大学资源环境学院，712100，陕西杨凌;2.中国科学院地理科学与资源研究所，100101，北京;3.中国科学院 水利部 水土保持研究所，712100，陕西杨凌)

我国的干旱半干旱地区面积较大，水资源贫乏，同时降水资源季节分配不均，集中降雨导致水土流失问题［1］;另外，土壤长期不合理利用、农用化学品的大量投入等都会导致土壤质量下降，引起不良的环境效应，不利于农业生产和植被生长［2-3］。为了改善这一问题，已经开展了许多土壤改良培育的研究［4-8］，通过添加土壤改良剂改善土壤结构，增加土壤肥力，土壤改良剂包括天然矿物沸石、蛭石、石膏、石灰石和膨润土，固体废弃物粉煤灰、生活垃圾和造纸污泥，高分子化合物甲壳素等，人工合成聚合物聚丙烯酰胺(PAM)等，有机物料泥炭及有机肥料等。其中天然矿物在大面积推广上存在限制，固体废弃物和人工合成聚合物，天然高分子化合物存在污染及毒性风险;而有机肥料的生产原料广泛，在原材料上把关即可降低毒性风险［9］。有机质的培肥除了可以增加土壤的肥力水平，还可以改善土壤结构，增加粉粒含量，降低土壤密度，改变土壤的水力学特性。迟凤琴［10］对比了5 种有机物料的分解率和对土壤有机质累积的贡献。魏自民等［11］在对风沙土培肥的研究中得出有机物料可以提高土壤的保肥和供肥能力的结论。刘军等［8］在土壤长期培肥的研究中发现土壤相对密度和土壤密度均随有机质积累而明显减小，孔隙度随土壤有机质质量分数增加而升高。Zhang Shulan 等［12］对我国黄土区2 种长期施肥区域的研究得出添加厩肥能够增加土壤的保水能力。W.Bayu 等［13］在其研究综述中指出厩肥可以提高土壤中必需元素和微量元素的含量，改善酸性土壤和石灰性土壤的酸碱度，增加土壤有机质质量分数和阳离子交换量，改善土壤结构，增加土壤团聚体稳定性，改善土壤入渗和保水能力，提高土壤抗侵蚀能力。T.L.Verkler 等［14］在其研究中也得出相似的结论。R.Papini 等［15］还指出，有机质通过几种机制(加强了颗粒和团聚体间的结合力，增加了压实作用下团聚体的弹性)增强了土壤抵抗压实的能力，并提供了较高的孔隙度和较低的土壤密度。

然而有机肥改良土壤的研究主要聚焦在其对土壤肥力水平和农作物产量的影响上，针对有机质对土壤水力学特性影响的专门研究较少;而土壤饱和导水率是一项反映土壤入渗和渗漏性质的参数，是水循环和土壤侵蚀模型中的重要参数，受到土壤质地、密度、孔隙分布以及有机质质量分数等变量的影响［16-21］。本实验以水蚀风蚀交错带上所采的风沙土和关中农业区长期施用农用化学品的塿土作为研究对象，通过室内土柱模拟实验研究有机肥添加对风沙土和塿土饱和导水率及其测定过程的影响。

1 材料与方法

试验土壤分别采自陕西神木县和陕西杨凌，采用(激光分析粒度仪)测定土壤颗粒组成，根据国际土壤分类法，神木土为砂质壤土，杨凌土为黏质壤土(表1)。土壤有机质的测定方法采用重铬酸钾外加热法。试验用有机肥是商品生物有机肥，性状是粉末状，有机质质量分数为300 g/kg。试验前期，将风干的土样和有机肥分别过1 mm 土壤筛，以备室内实验使用。测定土样和有机肥的含水量＜1%。有机肥饱和膨胀率为120%。

表2 不同有机肥质量分数下的土壤密度设置Tab.2 Soil density settings at different organic fertilizer contents

根据设定的土壤密度，将混合的土样分层(以5 cm 为一层)填装至30 cm。采用下供水方式，即用马氏瓶提供定水头，水管从土柱底部供水。一定供水时间后，土柱的土层上表面形成一定厚度的水层，水流会沿着土柱的30 cm 高度出口处流出并滴落至下方承接的烧杯中，每隔1 h 测定烧杯中出流液的体积，连续测定24 h 以上。

导水率

式中:V 为出水量;t 为出水量对应的时间;A 为土柱横截面积;L 为土柱长度;H 为水头高度。

数据处理及分析采用Excel 和SPSS 软件。

2 结果与分析

2.1 有机肥质量分数对导水率变化过程的影响

图1 给出了神木风沙土填装密度为1.35 g/cm3时不同有机肥质量分数的导水率变化过程。当有机肥质量分数为0%、5%、10%、15%、20%时，各土柱出水的起始时间随有机肥质量分数的增加也相应延长，即t0%＜t5%＜t10%＜t15%＜t20%;出水起始时刻导水率也随有机肥质量分数的增加而降低，即K0%＞K5%＞K10%＞K15%＞K20%;起始导水率随有机质质量分数的增加而降低。导水率的变化趋势均呈现出先增加后平稳的趋势，但是随着有机肥质量分数的增加，起始时的增加趋势减弱，总体保持平稳。

图1 神木风沙土不同有机肥质量分数的导水率过程曲线Fig.1 Hydraulic conductivity process curve of sandy soil at different organic fertilizer contents

图2 给出了杨凌塿土填装土壤密度为1.15 g/cm3时不同有机肥质量分数的导水率变化过程。各土柱出水的起始时间随有机肥质量分数的增加而延长，即t0%＜t5%＜t10%＜t15%＜t20%＜t25%＜t30%;出水起始时刻导水率也随有机肥质量分数的增加而降低(K0%除外)，即K5%＜K0%＜K10%＜K15%＜K20%＜K25%＜K30%。有机质质量分数的增加对起始导水率也存在降低作用，但是随着测定时间的延长，有机肥质量分数对导水率的影响并没有出现显著升高或降低的趋势，而是随时间的变化保持平稳。当有机肥质量分数为0%时，导水率K0%明显低于K5%，而与K10%接近，并且在20 h 之后就有明显的降低趋势。这说明在加入少量的有机肥(5%)之后就对杨凌塿土的导水率测定过程产生影响，使其导水率增加且随时间变化保持平稳。即使有机肥质量分数只是5%，对于杨凌塿土来说，其有机肥质量分数是未添加有机肥料前的2.5 倍，在0 ～2.5 倍的有机肥质量分数间的变化还有待研究。

图2 杨凌塿土不同有机肥质量分数的导水率过程曲线Fig.2 Hydraulic conductivity process curve of Lou soil at different organic fertilizer contents

2 种土壤均在其土壤密度接近田间密度(杨凌塿土田间土壤密度＜神木风沙土田间土壤密度)的填装下测定导水率过程曲线，总的来说，即使杨凌塿土的填装密度较小，但是其测定过程中土柱出水所用的时间和测定时间均比神木风沙土的长。而神木风沙土水分运动较快，因为神木风沙土土壤颗粒相对密度较大，细颗粒含量较少，土壤孔隙较大。

2.2 有机肥质量分数对饱和导水率的影响

实验确定饱和导水率通常是将土体饱和后供水，出流液的量在相同时间间隔接近则计为饱和时的数据。本实验做连续测定，取过程曲线中较稳定的多个点取平均值作为饱和导水率，未稳定的处理没有计算饱和导水率。保持一段时间的稳定出流后，土壤颗粒会随水流迁移，土壤结构会发生变化，导水率会随着时间推移有降低趋势，本实验没有对其二次稳定做讨论。

表3 和表4 中分别给出了神木风沙土和杨凌塿土在不同有机肥质量分数下的饱和导水率。

新制度经济学代表人物奥利弗·威廉姆森认为：“对经济活动和社会活动最根本的影响因素，不是价格，也不是技术，而是制度。”［19］对自媒体舆论监督权规约效能的规制同样如此，无论是对个案的随机纠正抑或是“运动式”的阶段性调控，均非治本之策，唯有施以制度化手段方可实现对自媒体舆论监督权运行限度的科学匡定。相关制度设计的远景目标自然是制定专项的《舆论监督法》。但在立法创设前的这段真空期内，建议最高人民法院以出台专门司法解释的方式，对自媒体舆论监督权介入的案件类型、时间区间等要素规范予以整合，从而“变以往的弹性调控为立法上的刚性约束”［20］。

表3 神木风沙土不同有机肥质量分数的饱和导水率Tab.3 Saturated hydraulic conductivity of sandy soil at different organic fertilizer contents cm/h

表4 杨凌塿土不同有机肥质量分数的饱和导水率Tab.4 Saturated hydraulic conductivity of Lou soil at different organic fertilizer contents cm/h

神木风沙土饱和导水率和有机肥质量分数的关系如图3(a)所示，当密度为1.35 g/cm3时，在试验范围内有机肥质量分数x 与神木风沙土饱和导水率y 呈显著负相关(P ＜0.05)，线性回归关系为y=-9.896 2x+2.245 6，R2=0.980 3。当密度为1.25 g/cm3时，由于此填装密度下对应的有机肥质量分数的数据点较少，其回归分析不具有统计学意义;但是从图3(a)中也可以明显看到有机肥质量分数与神木风沙土饱和导水率呈负线性相关趋势。这表明有机肥的添加都导致了饱和导水率的降低，且这一规律在不同密度条件下相同。这主要是因为有机肥质量分数的增加致使土壤中的黏粒质量分数增加，相应提高了黏粒与土壤颗粒的聚集作用，同时有机肥本身遇水后具有一定的膨胀性，饱和后可能会膨胀占据土壤中的大孔隙，降低了导水率。

图3 饱和导水率随有机肥质量分数的变化Fig.3 Saturated hydraulic conductivity at different organic fertilizer contents

杨凌塿土饱和导水率和有机肥质量分数的关系如图3(b)所示，当密度为1.15 g/cm3时，饱和导水率(KS)和有机肥质量分数呈显著负相关(P ＜0.01)(KS0%除外)。当不计有机肥0%时的饱和导水率时，饱和导水率y 和有机肥质量分数x 可以用对数函数建立回归方程y= -2.168-1.922lnx，R2=0.996 3，方程的显著水平P ＜0.01。当密度为1.10和1.20 g/cm3时，同样由于在这2 个密度下获得的对应有机肥质量分数的数据点较少，其回归分析的统计学意义不大，但是从图3(b)的趋势线中可以看到饱和导水率和有机肥质量分数的负相关趋势(KS0%除外)。

对数型的回归方程表明有机肥质量分数对饱和导水率的影响随有机肥质量分数的增加而减弱。在杨凌塿土中粉粒、黏粒质量分数高，饱和导水率的降低除了有机质的膨胀作用外，还有粉粒、黏粒的聚集堵塞作用;但是当有机肥质量分数增加时，土壤的含量相应降低，粉粒、黏粒的聚集作用降低，而有机质的膨胀作用又是有限的，所以表现为有机肥对杨凌塿土饱和导水率的降低作用减弱。

神木风沙土与杨凌塿土的自然田间密度本身差异较大，无法在相同的密度下作比较;但是总体可以看出杨凌塿土的饱和导水率高于神木风沙土，因为神木风沙土土壤颗粒相对密度较大，细颗粒较少，总孔隙较低。尽管导水快(实验现象表现为入渗峰运移快)，但是导水总量并不高。2 种土壤随有机肥质量分数增加的变化规律不同，神木风沙土有机质的基础值低于杨凌塿土，在加入相同比例的有机肥后其有机质质量分数的实际增幅不同，神木风沙土的增幅较大，而且神木风沙土粉粒、黏粒质量分数低，神木风沙土导水率随有机肥质量分数的增加而降低主要是受有机质增加的影响。塿土本身有机质质量分数较高，颗粒组成中粉粒、黏粒质量分数高，其饱和导水率和有机肥加入量的关系受多种因素影响。

2.3 土壤密度对饱和导水率及测定过程的影响

由于在田间情况下，有机质的增加及田间管理措施会改变土壤密度，所以本实验也模拟了这种状况。每种有机肥质量分数下设置了3 个密度处理，各处理的饱和导水率见表5。方差分析表明，土壤密度对各有机肥质量分数下的饱和导水率影响均显著(P ＜0.01)，经最小显著极差LSD 多重比较结果表明，土壤密度两两处理间均在1%水平存在显著差异，饱和导水率随土壤密度的增加而降低。前文中已经得出结论，即同一土壤密度下，饱和导水率随有机肥质量分数的增加而降低，而田间条件下，有机肥的施加会降低土壤密度。由此可以得出结论，饱和导水率受到有机肥质量分数和土壤密度的共同影响，其中有机肥质量分数增加是根本原因。

表5 不同有机肥质量分数和土壤密度处理条件下的饱和导水率Tab.5 Saturated hydraulic conductivity of sandy soil at different organic fertilizer contents and different soil densities cm/h

通过表5 中对角线上数据的两两比较，下方的导水率总是和上方的导水率差异不显著。例如有机肥质量分数5%、土壤密度1.40 g/cm3的饱和导水率与有机肥质量分数10%、土壤密度1.35 g/cm3的饱和导水率差异不显著，与差异也不显著(P ＜0.05)。

图4 给出了各有机肥质量分数的神木风沙土在不同土壤密度条件下导水率的变化情况。可以看出，在各有机肥质量分数的低土壤密度处理下，导水率随时间有缓慢增加的趋势，但是随着土壤密度的增大，这种趋势就消失，导水率在测定过程中保持稳定。记录的出水起始时间随土壤密度的增加而延长。

图5 给出了各有机肥质量分数的杨凌塿土在不同土壤密度条件下导水率的变化情况。可以看出，记录的出水起始时间随土壤密度的增加而延长，导水率总趋势也是随着土壤密度的增加而降低。有机肥质量分数为0%、25%、30%时，低土壤密度的导水率均呈现随时间增加而降低的趋势，土壤密度增加后则随时间变化稳定(图5(a)、(b)和(g))。

3 结论与讨论

图4 神木风沙土不同有机肥质量分数不同土壤密度的导水率变化曲线Fig.4 Hydraulic conductivity process curve of sandy soil at different organic fertilizer contents and different soil densities

图5 杨凌塿土不同有机肥质量分数不同土壤密度的导水率变化曲线Fig.5 Hydraulic conductivity process curve of Lou soil at different organic fertilizer contents and different soil densities

1)有机肥的加入会降低土壤饱和导水率，但是有机肥对神木风沙土和杨凌塿土饱和导水率的影响程度不同，总的来说杨凌塿土的饱和导水率高于神木风沙土。神木风沙土的饱和导水率随有机肥质量分数的增加呈直线下降的趋势，而杨凌塿土饱和导水率的降低趋势随有机肥质量分数的增加减缓，并且杨凌塿土和神木风沙土质地差异本身就很大。吴华山等［22］对几种壤质土壤的研究表明，土壤中黏粒的质量分数与扰动土的饱和导水率呈极显著的对数递减相关关系，因为黏粒在土壤中有吸附水分和胀缩的作用，起了阻碍水分下渗和堵塞土壤孔隙的作用。这与杨凌塿土饱和导水率随有机肥质量分数增加的变化趋势一致。有机肥具有吸水膨胀性，与粉粒、黏粒一起对杨凌塿土饱和导水率的降低产生作用，而神木风沙土的饱和导水率则主要只受到有机肥质量分数的影响。

2)在田间条件下有机肥的施加会降低土壤密度，在本实验中，导水率随土壤密度的降低而增加，低土壤密度下，土壤饱和导水率增加。因为土壤密度降低，土壤孔隙增加，所以会抵消有机肥增加导致的饱和导水率降低。方堃等［23］用主成分分析的方法综合分析了几种土壤饱和导水率的影响因素，得出土壤密度是主要因素。分析饱和导水率的变化从影响土壤密度的因素入手，土壤密度随有机肥的增加而降低，因此有机肥会对土壤饱和导水率产生影响。

3)有机肥的加入均延长了神木风沙土和杨凌塿土的土柱出水时间及测定时间。测定过程中的导水率均随有机肥质量分数的增加而降低，变化过程趋于平稳。相同有机肥质量分数条件下导水率变化过程也受土壤密度的影响，土柱的出水时间和测定时间随土壤密度的降低而缩短。

尹勤瑞［24］也在相近的时间尺度上对饱和导水率进行了连续测定，发现饱和导水率随着供水时间的延长，逐渐变小并趋于稳定;但是随着测定继续进行，饱和导水率之后又开始波动降低。本实验中的部分处理(杨凌塿土低土壤密度的3 个有机肥质量分数条件0%，25%和30%的处理)也出现相似的变化趋势。神木风沙土在各有机肥质量分数的低土壤密度处理下，导水率随测定时间有缓慢增加的趋势;但是随着土壤密度的增大，这种趋势消失，导水率的变化保持稳定。土壤导水率随时间的变化趋势受到土壤质地、土壤密度、有机质含量、盐碱度等的影响而存在差异，为了能够更全面地了解变化趋势，在后续的研究中，时间尺度的延长是有必要的。