冯珍 董莉丽 胡丹

摘要 [目的] 研究渭北旱地退耕还林工程在提高土壤质量和改善土壤结构方面的作用。[方法]选取位于渭北旱塬的长武县马坊村人工林地、荒地和农地3种土地利用类型，利用快速湿润法测定表层土壤各粒级水稳性团聚体质量百分含量，并测定全土样和水稳性团聚体各组分的有机质和速效磷含量。[结果]水稳性团聚体平均质量直径、几何平均直径和土壤有机质含量在林地和荒地较农地大。有机质和速效磷含量在粒级<0.05 mm的土壤团聚体中最小，0.5～0.1 mm土壤团聚体有机质含量最高， 0.2～0.5 mm土壤团聚体速效磷含量最高。[结论]农地转化为人工林地后，土壤质量具有不同程度的提高，且小粒级团聚体向大粒级转化。土壤有机质和速效磷含量主要分布在较大粒级的水稳性团聚体中，并随着粒级由小变大，二者先增大后略微减少。

关键词 水稳性团聚体； 土壤有机质； 退耕还林

中图分类号 S153.6+2 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）31-10947-03

Effects of Converting Farmland to Forest or Grassland on Soil Organic Matter and Soil Water Stable Aggregates

FENG Zhen，DONG Lili*，HU Dan （College of Tourism and Resource Environment，Xianyang Normal University，Xianyang，Shaanxi 712000）

Abstract [Objective] The functions of returning farmland to forests or grassland on improving soil quality and structure were studied in Weibei dry land.[Method] Selecting three landuses types including planted forest，waste land and crop land from Mafang Village of Changwu County at Weibei dryland， the percentage of water stable aggregates with different sizes was measured by fast wetting and soil organic matter and available phosphorus of whole soil samples and water stable aggregates with different sizes were measured.[Results] Mean weight diameter，geometric mean diameter of water stable aggregates and content of soil organic matter were higher at forest and waste land than those of crop land.The content of soil organic matter and available phosphorus was the least at water stable aggregate whose size was smaller than 0.05 mm and was the highest at 0.5-0.1 and 0.2-0.5 mm water stable aggregate respectively.[Conclusion] Soil quality was improved with different degree and smaller size aggregate was transformed to larger one after crop land converting to forest.Soil organic matter and available phosphorus were distributed mainly in larger water stable aggregates，which were increased firstly and then decreased slightly with the increase of grade size.

Key words Soil water stable aggregates； Soil organic matter； Converting farmland to forest or grassland

土壤是地球表層最大的有机碳库，在全球碳循环中起着关键作用^[1]。土地利用方式影响土壤的功能和性质，能增加或降低土壤碳的数量，并且改变微生物多样性，使得土壤成为碳的源或汇，从而影响大气中CO2浓度。自1950年以来，各级政府开展了大量的退耕还林等生态环境建设工作。研究退耕还林对土壤碳固定及其养分和水稳性的影响，不仅可以丰富土壤科学的研究内容，而且可以评价退耕还林工程在提高土壤质量、增加水分入渗、减少土壤流失等方面产生的效益。

土壤质量是与土壤的各种形成因素及土壤耕作引起的动态变化有关的一种固有的土壤属性^[2]。土壤有机质对土壤结构稳定性和土壤养分状况有多重影响，对土壤资源的可持续利用非常重要^[3]。土壤有机质是土壤质量的核心，也是土壤团聚体与土壤功能体现的基础^[4]。土壤团聚体的组成及其基本特征是决定土壤侵蚀、压实、板结等物理过程与作用的关键指标之一，是土壤肥力的基础，也是评价土壤质量的重要指标^[5]。稳定性土壤团聚体可维持较好的土壤结构，进而改善土壤通气性，增加水分入渗，减少地表径流与侵蚀^[6]。土壤团聚体是土壤有机碳稳定和保护的载体。土壤有机碳的固定效应与团聚体的保护机制密切相关，因而有关不同土地利用方式对有机碳在土壤团聚体中的分布及其变化的影响研究备受关注^[4]。董莉丽等^[7-8]研究退耕还林工程对土壤有机质和水稳性团聚体含量的影响及水稳性团聚体不同粒级土壤有机质含量。马瑞萍等^[9]研究认为，土壤有机碳含量和酶活性在团聚体间均表现为随团聚体粒级的增大而增大或先增大再减少的趋势，并且认为土壤微团聚体中有机碳主要以腐殖质碳的形态存在。而周纯亮等^[4]研究认为，各森林类型同土层不同粒径团聚体中有机碳含量随粒径大小变化，团聚体粒径越小，有机碳含量越高。可见，土壤有机质在不同粒级团聚体中的变化规律还不明确。笔者测定了长武县马坊村6块样地土壤水稳性团聚体质量百分含量、土壤有机质含量、速效磷含量，并且计算了水稳性团聚体平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）及不同样地和不同粒级水稳性团聚体中有机质和速效磷的含量。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于陕西省咸阳市长武县马坊村，气候类型属暖温带半湿润大陆性季风气候，是典型的雨养农业区，年均气温9.1 ℃，无霜期171 d，多年平均降水量584 mm，春季少雨，夏季多雨，主要集中在7～9月，土壤类型为黑垆土^[10]。该次野外调查共选取6个样地，包括栽种15、25年的刺槐（Robinia pesudoacacia）林地、25年的核桃（Juglans regia）林地及10、1年的自然撂荒地，并且以农用地为对照。

1.2 采样及测定方法

土壤样品的采集、土壤水稳性团聚体的测定方法见参考文献[7]；土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法（外加热法）；速效磷含量的测定采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提比色法。所用试剂及测定步骤见参考文献[11]。

1.3 计算方法 土壤水稳性团聚体平均质量直径和几何平均直径的计算方法见参考文献[12]。

2 结果与分析

2.1 退耕还林对土壤团聚体水稳性的影响

由图1可知，不同粒级土壤水稳性团聚百分含量在不同样地差异较大。农地土壤团聚体在快速湿润后，大部分被分散为小团聚体，<0.10 mm团聚体为66.10%，说明农地土壤团聚体水稳性差^[7]。农地退耕后，>2.00 mm土壤水稳性团聚体含量具有不同程度的增加，在25年刺槐林地、25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地分别为7.71%、44.61%、12.03%、9.65%，相对农地分别增加了31.59%、651.88%、105.31%和64.66%。

平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）是反映土壤团聚体稳定性的重要指标。MWD和GMD作为土壤团聚体状况的综合评价指标已被广泛使用^[13]。MWD 和GMD 越大，土壤团聚体稳定性越大，土壤抗侵蚀能力越强。由图2可知，MWD在25年核桃林地最大，为1.85 mm，是农地的5.60倍，在农地和1年荒地中最小，分别为0.33和0.32。MWD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中分別为0.67、0.68和0.55 mm，相对农地分别增加了103.03%、106.06%和66.67%。GMD在25年核桃林地中最大，为0.78 mm，是农地的8.67倍，在农地和1年荒地中最小，分别为0.09和0.10 mm。GMD在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中分别为0.23、0.17和0.15 mm，相对农地分别增加了155.56%、88.89%和66.67%。可见，退耕还林还草使得土壤团聚体水稳性提高，进而提高了土壤的抗蚀性，并且恢复时间越长，土壤抗侵蚀能力越强^[14]。

3 结论与讨论

研究表明，>2.00 mm土壤水稳性团聚体百分含量及其平均质量直径和几何平均直径在25年核桃林地最大，在25年刺槐林地、15年刺槐林地和10年荒地中次之，在1年荒地和农地中最小。可见，相对农用地，几种人工林地和多年撂荒地土壤团聚体更加稳定，土壤吸持水分和抗侵蚀的能力更强。农地退耕后，小粒级团聚体向大粒级团聚体转化。土壤有机质含量在25年刺槐林地中最大，在农地最小。这主要是由于地上植物的枯枝落叶是土壤有机碳的主要来源之一，地表植物的生长状况和生物量影响土壤有机碳含量^[9]。而农地耕种、除草、施肥、收获等人为干扰频繁，导致地表植被、凋落物数量少。一方面，有机质的归还量减少；另一方面，加速土壤有机碳的分解，最终使得土壤有机质含量降低，进而影响土壤中团聚体的稳定性。可见，有机质分解加快或补充减少是导致团聚体稳定性下降和水稳定团聚体减少的主要原因^[4]。土壤速效磷含量在25年刺槐林地中最大，而在农地和1年荒地中大于25年核桃林地、15年刺槐林地和10年荒地。这主要与农地使用磷肥有关。周纯亮等^[4]认为，不同森林类型下各层土壤水稳性团聚体的质量分数大致呈“V”字形分布，从>5.00 mm 至 0.25～0.50 mm，团聚体粒径越小，有机碳含量越高。李娟等^[15]研究认为，随团聚体粒径的降低，各土地利用方式下团聚体活性有机碳含量呈现“W”形分布，以2.00～1.00 mm和0.50～0.25 mm团聚体最低。而研究中，粒级<0.05 mm的土壤团聚体中有机质和速效磷含量最

小，分别为11.24和11.83 mg/kg。0.50～0.10 mm土壤团聚体有机质含量最高，为34.61 mg/kg。0.20～0.50 mm土壤团聚体速效磷含量最高，为21.82 mg/kg。可见，不同粒级团聚体对有机碳累积的影响研究所得结论不一致。这可能与土壤水稳性团聚体的测定方法及粒径分级不同有关。

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