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季节性冻融对机械压实黑土微团聚体特征的影响

卢倩倩 王恩姮 陈祥伟

卢倩倩, 王恩姮, 陈祥伟. 季节性冻融对机械压实黑土微团聚体特征的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
引用本文: 卢倩倩, 王恩姮, 陈祥伟. 季节性冻融对机械压实黑土微团聚体特征的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
LU Qian-qian, WANG En-heng, CHEN Xiang-wei. Effects of seasonal freeze and thaw cycles on the micro-aggregate characteristics of the mechanically compacted black soil[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
Citation: LU Qian-qian, WANG En-heng, CHEN Xiang-wei. Effects of seasonal freeze and thaw cycles on the micro-aggregate characteristics of the mechanically compacted black soil[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415

季节性冻融对机械压实黑土微团聚体特征的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41271293

国家自然科学基金项目 41302222

详细信息
    作者简介:

    卢倩倩,博士生。主要研究方向:土壤侵蚀与生产力恢复。Email:luqq0404@163.com  地址:150040  黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号东北林业大学林学院

    通讯作者:

    陈祥伟,教授,博士生导师。主要研究方向:水土保持与流域治理方面。Email:chenxwnefu@163.com  地址:同上

  • 中图分类号: S152.4

Effects of seasonal freeze and thaw cycles on the micro-aggregate characteristics of the mechanically compacted black soil

  • 摘要: 采用田间模拟机械压实的方法,通过对连续两季季节性冻融后不同深度(表层0~20 cm、亚表层20~40 cm和下层40~80 cm)不同压实次数(0、3和12次)土壤水稳性微团聚体组成(≥0.25 mm、0.25~0.05 mm、0.05~0.02 mm、0.02~0.002 mm、<0.002 mm粒级)、分形维数(D)和分散系数等特征指标的测定、计算与分析,研究了两季季节性冻融对黑土区0~80 cm土层范围内土壤微团聚体特征的影响,讨论了季节性冻融与机械压实的交互作用。结果表明:季节性冻融对不同深度黑土微团聚体组成及稳定性的影响不同,主要表现为增加表层土壤微团聚体的稳定性,降低亚表层和下层土壤微团聚体的稳定性,且连续两季冻融对黑土微团聚体组成及稳定性的影响也存在差异,1季冻融主要显著增加无压实土壤微团聚体的稳定性,而2季冻融却显著降低无压实土壤微团聚体的稳定性;两季冻融结束后,3次压实土壤微团聚体D值和分散系数均高于对照(P<0.05),尽管12次压实土壤分散系数同样高于对照(P<0.05),但土壤微团聚体D值与对照相比无显著差异,季节性冻融与机械压实的交互作用主要表现为季节性冻融加剧少次压实土壤微团聚体的破坏、降低其稳定性,而对多次压实土壤微团聚体的组成及稳定性有一定的恢复作用。
  • 图  1  不同压实处理季节性冻融前后土壤微团聚体粒径分布曲线

    x表示粒径,括号内数字表示不同压实次数。

    Figure  1.  Soil particle size distribution curves under different compaction treatments before and after seasonal freezing and thawing

    x means particle size, numbers in brackets indicate different compaction passes.

    图  2  季节性冻融前后不同压实土壤微团聚体分形维数

    大写字母不同表示相同土层内不同压实处理间差异显著,小写字母不同表示相同压实次数,相同土层内,季节性冻融前后差异显著,P<0.05。下同。

    Figure  2.  Fractal dimension of soil micro-aggregate from different depths under varied compaction passes before and after seasonal freezing and thawing

    Different uppercase letters indicate significant difference between compaction passes of the same soil depth, while different lowercase letters indicate significant difference at P < 0.05 level before and after the seasonal freezing and thawing of the same compaction passes and the same soil depth. The same below.

    图  3  季节性冻融前后不同压实土壤分散系数

    Figure  3.  Soil dispersion coefficient from different soil depths under varied compaction passes before and after seasonal FT cycle

    表  1  不同深度土壤基本理化性状

    Table  1.   Physicochemical properties of soil under different soil layers

    土层
    Soil layer/cm
    有机质含量
    Organic matter content/(g·kg-1)
    pH总孔隙度
    Total porosity/%
    土壤密度Bulk density/(g·cm-3) 土壤颗粒组成
    Soil particle size/%
    砂粒Sand粉粒Silt黏粒Clay
    0~2063.525.5455.721.1523.3230.2146.48
    20~4049.675.8354.191.1423.0130.8446.15
    40~8035.905.4539.401.2320.5029.6749.83
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    表  2  不同处理间的GLM检验P

    Table  2.   P-values from the GLM text of different treatment effects

    指标Indicator处理Treatment
    FTSLCTFT×SLFT×CTFT×SL×CT
    分形维数Fractal dimension<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001
    分散系数Dispersion coefficient0.3540.422<0.001<0.001<0.001<0.001
    注:FT.冻融作用;SL.土层深度;CT.压实次数;×.交互作用;n=324。Notes: FT, freezing and thawing; SL, soil layer; CT, compaction treatment; ×, interaction effect; n=324.
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-29
  • 修回日期:  2017-02-28
  • 刊出日期:  2017-03-01

季节性冻融对机械压实黑土微团聚体特征的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
    基金项目:

    国家自然科学基金项目 41271293

    国家自然科学基金项目 41302222

    作者简介:

    卢倩倩,博士生。主要研究方向:土壤侵蚀与生产力恢复。Email:luqq0404@163.com  地址:150040  黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号东北林业大学林学院

    通讯作者: 陈祥伟,教授,博士生导师。主要研究方向:水土保持与流域治理方面。Email:chenxwnefu@163.com  地址:同上
  • 中图分类号: S152.4

摘要: 采用田间模拟机械压实的方法,通过对连续两季季节性冻融后不同深度(表层0~20 cm、亚表层20~40 cm和下层40~80 cm)不同压实次数(0、3和12次)土壤水稳性微团聚体组成(≥0.25 mm、0.25~0.05 mm、0.05~0.02 mm、0.02~0.002 mm、<0.002 mm粒级)、分形维数(D)和分散系数等特征指标的测定、计算与分析,研究了两季季节性冻融对黑土区0~80 cm土层范围内土壤微团聚体特征的影响,讨论了季节性冻融与机械压实的交互作用。结果表明:季节性冻融对不同深度黑土微团聚体组成及稳定性的影响不同,主要表现为增加表层土壤微团聚体的稳定性,降低亚表层和下层土壤微团聚体的稳定性,且连续两季冻融对黑土微团聚体组成及稳定性的影响也存在差异,1季冻融主要显著增加无压实土壤微团聚体的稳定性,而2季冻融却显著降低无压实土壤微团聚体的稳定性;两季冻融结束后,3次压实土壤微团聚体D值和分散系数均高于对照(P<0.05),尽管12次压实土壤分散系数同样高于对照(P<0.05),但土壤微团聚体D值与对照相比无显著差异,季节性冻融与机械压实的交互作用主要表现为季节性冻融加剧少次压实土壤微团聚体的破坏、降低其稳定性,而对多次压实土壤微团聚体的组成及稳定性有一定的恢复作用。

English Abstract

卢倩倩, 王恩姮, 陈祥伟. 季节性冻融对机械压实黑土微团聚体特征的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
引用本文: 卢倩倩, 王恩姮, 陈祥伟. 季节性冻融对机械压实黑土微团聚体特征的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
LU Qian-qian, WANG En-heng, CHEN Xiang-wei. Effects of seasonal freeze and thaw cycles on the micro-aggregate characteristics of the mechanically compacted black soil[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
Citation: LU Qian-qian, WANG En-heng, CHEN Xiang-wei. Effects of seasonal freeze and thaw cycles on the micro-aggregate characteristics of the mechanically compacted black soil[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(3): 57-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160415
  • 东北黑土区是中国粮食安全的重要保障基地,在粮食生产和维系区域社会和经济发展中占有重要战略地位。机械作业尤其是大型机械的应用,在提高农业生产效率、推进农业集约化进程的同时,对耕地土壤结构产生不同程度的影响[1-2],致使土壤压实问题日益突显[3]。机械压实主要通过对土壤团聚体分散、破碎、重新配比、排列、再团聚等过程的改变进而影响到土壤结构与功能[4],黑土区机械耕作土壤的积累压实深度可达60 cm。对表层耕作区(0~40 cm)而言,土壤的压实可以通过深松整地等耕作措施进行消除或改善[5-6];但下层非耕作区的土壤压实,由于人力、畜力乃至作业机具影响的范围和强度有限,将很难恢复。东北黑土区地处北温带半湿润大陆性季风气候区,由于冬季寒冷漫长导致土壤中存在强烈的冻融交替过程,季节性冻融循环成为缓解和改善耕作区下层土壤积累压实的主要驱动因子。已有研究表明,冻融交替可以显著改变黑土区机械压实土壤的结构[7],促使表土层小团聚体的团聚以及大团聚体的分散[8],同时释放有效养分[9]、改善耕作区土壤环境;机械压实黑土经历一季冻融后,耕作区土壤大团聚体、孔隙及固液气三相结构均表现出自然恢复特征,少次压实时可恢复到无压实水平[10];少有关注季节性冻融对机械压实黑土土壤微团聚体特征的影响。

    土壤微团聚体是由土壤原生颗粒经胶体的凝聚、胶结和黏结组成的,可以反映土壤团聚程度和黏粒行为[11],是土壤良好结构体的物质基础[12]。与土壤大团聚体相比,微团聚体在浸水状况下的结构性能和分散强度,对土壤中水分和养分的贮存与释放有很大意义[13]。前期研究发现,机械压实确实显著影响不同深度黑土微团聚体组成及稳定性[14],对土壤大团聚体的影响程度与季节性冻融频率及机械压实程度密切相关[10],但尚未揭示季节性冻融与机械压实对黑土微团聚体特征的交互作用影响。为此,本研究以典型黑土区田间模拟机械压实耕地土壤为对象,连续两年分别测定与分析了季节性冻融后0~80 cm土层范围内微团聚体组成及稳定性的变化,旨在对比季节性冻融对不同土层深度黑土微团聚体特征影响的差异性,探讨季节性冻融与机械压实的交互作用对黑土微团聚体特征的影响,以期为东北黑土区机械压实土壤的结构与功能恢复提供理论参考。

    • 研究地点位于黑龙江省克山农场的19连队(48°12′~48°23′N、125°08′~125°37′E)。土壤类型以黏化湿润均腐土为主,质地为轻黏土,属典型黑土区。该区属温带大陆性季风气候,年平均气温0.9 ℃,≥10 ℃有效积温2 296 ℃,年平均降水量501.7 mm,平均蒸发量1 329 mm,无霜期115 d,土壤冻结期从11月上旬开始,解冻期从翌年4月上旬至6月中旬,最大冻结深度可达2.50 m。

    • 2013年10月季节性冻融前,在克山农场19连队,选择收获后、整地前的大豆耕地为研究对象,沿垄向分别设置3个平行的模拟压实小区,每个小区面积为300.0 m2,宽为5.0 m,长为60.0 m。采用美国卡特公司生产的MT865履带式拖拉机进行空载碾压,结构质量和功率分别为17 599 kg和372.86 kW。鉴于首次碾压仅对重塑土[15]或较高田间含水量土壤压实作用明显[16];加之前期研究结果发现[14],下层土壤微团聚体分形维数和分散系数在3次与6次压实时无显著性差异,故本研究碾压次数分别设计为0(对照)、3和12次,分别代表无压实、少次压实和多次压实土壤。压实处理前土壤各层基本理化性质详见表 1

      表 1  不同深度土壤基本理化性状

      Table 1.  Physicochemical properties of soil under different soil layers

      土层
      Soil layer/cm
      有机质含量
      Organic matter content/(g·kg-1)
      pH总孔隙度
      Total porosity/%
      土壤密度Bulk density/(g·cm-3) 土壤颗粒组成
      Soil particle size/%
      砂粒Sand粉粒Silt黏粒Clay
      0~2063.525.5455.721.1523.3230.2146.48
      20~4049.675.8354.191.1423.0130.8446.15
      40~8035.905.4539.401.2320.5029.6749.83

      分别于2013年10月季节性冻融前、2014年6月和2015年6月季节性冻融后,在每个小区内机械布设3个采样点,分层采集表层(0~20 cm)、亚表层(20~40 cm)、下层(40~80 cm)土层范围内的原状土,4次重复,去除植物残体、砾石,自然风干后过2 mm筛备用。

    • 土壤微团聚体按照国际制土壤颗粒分级标准,采用吸管法分别测定了≥0.25 mm、0.25~0.05 mm、0.05~0.02 mm、0.02~0.002 mm、<0.002 mm粒级的微团聚体所占比例(质量分数,%),土壤颗粒组成同样采用吸管法测定。在此基础上,计算了土壤微团聚体分形维数(D)[17]及土壤分散系数。计算方法如下:

      $$ (3-D)\lg ({{\overline{d}}_{i}}-{{\overline{d}}_{\max }})=\lg [W(\delta <{{\overline{d}}_{i}})/{{W}_{0}}] $$ (1)

      式中:di表示两粒级didi+1间粒级的平均值,dmax为最大粒级土粒的平均直径(mm),W(δdi)为小于di的累积土粒质量(g),W0表示土壤各粒级质量的总和(g)。

      $$ \text{土壤分散系数=}\frac{\text{土壤微团聚体分析结果中}<0.002\text{mm粒级质量}}{\text{土壤颗粒分析结果中}<\text{0}\text{.002mm粒级质量}}\times 100\% $$ (2)
    • 应用Excel 2003对所得实验数据进行处理,在SPSS 16.0软件中采用LSD方法对不同处理间进行差异性检验,一般线性模型(GLM)用于冻融作用、压实次数、土层深度以及其交互作用的分析。

    • 图 1可知,季节性冻融对不同土层范围内不同压实处理土壤微团聚体各粒级比例的影响有所不同。表层0~20 cm土层范围内,第1季冻融显著增加了无压实土壤≥0.05 mm各粒级微团聚体比例,降低了<0.05 mm各粒级微团聚体所占比例,第2季冻融主要增加了≥0.25 mm粒级微团聚体所占比例,差异达显著水平(P<0.05);对3次压实土壤(少次压实),仅1季冻融增加了≥0.25 mm和0.05~0.02 mm粒级微团聚体所占比例,降低了其他粒级微团聚体所占比例;而对12次压实土壤(多次压实),土壤中≥0.25 mm粒级微团聚体所占比例在两季冻融后均显著增加,降低了0.02~0.002 mm和<0.002 mm粒级微团聚体所占比例,差异均达显著水平(P<0.05)。

      图  1  不同压实处理季节性冻融前后土壤微团聚体粒径分布曲线

      Figure 1.  Soil particle size distribution curves under different compaction treatments before and after seasonal freezing and thawing

      亚表层20~40 cm土层范围内,仅第2季冻融显著降低了无压实土壤≥0.05 mm各粒级微团聚体所占比例,增加了其他小粒级微团聚体所占比例;3次压实时,两季冻融均表现出相同的变化规律,降低了土壤≥0.05 mm各粒级微团聚体所占比例,增加了其他小粒级微团聚体所占比例;而12次压实时,季节性冻融对各粒级所占比例影响较小,仅显著降低了≥0.25 mm粒级微团聚体所占比例,增加了0.05~0.02 mm粒级微团聚体所占比例,差异达显著水平(P<0.05)。

      下层40~80 cm土层范围内,同样仅第2季冻融显著降低无压实土壤0.25~0.05 mm粒级微团聚体所占比例,增加了≥0.25 mm大粒级微团聚体和<0.02 mm各小粒级微团聚体所占比例;3次压实时,土壤中≥0.05 mm各粒级微团聚体所占比例在两季冻融后均降低,<0.05 mm各小粒级微团聚体所占比例增加;12次压实时,第1季冻融表现出相同的变化规律,但第2季冻融后仅≥0.25 mm粒级微团聚体所占比例显著降低,其他各粒级微团聚所占比例有所增加。

    • 基于文中所获得的土壤微团聚体分形维数D和土壤分散系数的数据进行不同处理条件下的GLM检验(表 2),检验结果表明,冻融作用显著影响土壤微团聚体的分形维数(P<0.05),尽管对土壤分散系数的影响不显著,但不同土层范围取样、冻融与机械压实次数的交互作用均可对微团聚体的分形维数和分散系数产生显著影响(P<0.05)。因此,不同土层范围内,季节性冻融对不同压实处理土壤微团聚体组成及稳定性的影响各不相同。

      表 2  不同处理间的GLM检验P

      Table 2.  P-values from the GLM text of different treatment effects

      指标Indicator处理Treatment
      FTSLCTFT×SLFT×CTFT×SL×CT
      分形维数Fractal dimension<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001
      分散系数Dispersion coefficient0.3540.422<0.001<0.001<0.001<0.001
      注:FT.冻融作用;SL.土层深度;CT.压实次数;×.交互作用;n=324。Notes: FT, freezing and thawing; SL, soil layer; CT, compaction treatment; ×, interaction effect; n=324.
    • 分形维数D是反映土壤结构几何形状的参数,表现为土壤微团聚体的分散度越大,分形维数越高[17]图 2表明,无压实土壤微团聚体D的变化范围为2.73~2.79,并随土层深度的增加逐渐降低。第1季冻融后土壤微团聚体D值均降低,但仅表层0~20 cm土层范围内差异显著(P<0.05),第2季冻融后土壤微团聚体D值均显著增加(P<0.05),无压实土壤微团聚体D的变化范围较冻融前减小。

      图  2  季节性冻融前后不同压实土壤微团聚体分形维数

      Figure 2.  Fractal dimension of soil micro-aggregate from different depths under varied compaction passes before and after seasonal freezing and thawing

      图 2还可以看出,季节性冻融前后不同压实土壤微团聚体分形维数的变化不同。对于3次压实土壤,第1季冻融主要降低了表层0~20 cm土层范围内土壤微团聚体D值,增加了亚表层20~40 cm和下层40~80 cm土层范围内土壤微团聚体D值,第1季冻融后土壤微团聚体D随土层深度的增加逐渐升高;第2季冻融后土壤微团聚体D值均增加,且表层0~20 cm和下层40~80 cm土层范围内土壤微团聚体D值均显著高于对照(P<0.05)。而对于12次压实土壤,第1季冻融主要降低了表层0~20 cm土层范围内土壤微团聚体D值,增加了下层40~80 cm土层范围内土壤微团聚体D值,差异达显著水平(P<0.05);第2季冻融后表层0~20 cm土层范围内土壤微团聚体D值显著降低,且低于对照(P<0.05),而亚表层20~40 cm和下层40~80 cm土层范围内土壤微团聚体D值与对照相比无显著差异。

    • 土壤分散系数常用来定量评价土壤微团聚体在水中被破坏的程度,表现为分散系数越大,土壤微团聚体的水稳性越差,其保水保肥能力越受影响。图 3表明,无压实土壤分散系随土层深度的增加逐渐降低,第1季冻融显著降低表层0~20 cm土层范围内土壤分散系数(P<0.05),第2季冻融后分散系数有所增加,但仍低于冻融前土壤;季节性冻融对亚表层20~40 cm土层范围内土壤分散系数的影响不显著,但增加了下层40~80 cm土层范围内土壤分散系数,第2季冻融时差异达显著水平(P<0.05)。

      图  3  季节性冻融前后不同压实土壤分散系数

      Figure 3.  Soil dispersion coefficient from different soil depths under varied compaction passes before and after seasonal FT cycle

      图 3还可以看出,季节性冻融前后不同压实土壤分散系数的变化也不相同。对于3次压实土壤,分散系数在表层0~20 cm土层范围内随季节性冻融表现出相同的变化规律,但第2季冻融后分散系数显著高于冻融前土壤(P<0.05);季节性冻融增加亚表层20~40 cm和下层40~80 cm土层范围内土壤分散系数,且分别在第1季和第2季冻融后差异达显著水平(P<0.05)。对于12次压实土壤,季节性冻融依次降低表层0~20 cm土层范围内土壤分散系数,差异均达显著水平(P<0.05),第2季冻融后与无压实土壤相比无显著差异;在亚表层20~40 cm和下层40~80 cm土层范围内,土壤分散系数在第1季冻融后增加,第2季冻融后降低,但与冻融前相比差异不显著,故两季冻融结束后仍显著高于无压实土壤(P<0.05)。

    • 季节性冻融对不同土层范围内土壤微团聚体粒级组成和稳定性产生显著影响。表层0~20 cm土层范围内土壤由于与外界环境直接接触而存在着反复的冻融交替过程,季节性冻融显著降低该层土壤微团聚体D值和分散系数,更有利于微团聚体稳定性的增加。尽管Lehrsch等[18]和王展等[11]的室内模拟冻融研究表明,冻融次数的持续增加会破坏微团聚体的稳定性,但其仅考虑了有限(9次)冻融次数下的变化规律,而王恩姮等[10]的田间实验表明,季节性冻融增强了表层土壤团聚体的水稳定性,这与本文的研究结果一致。与表层土壤不同,研究结果表明季节性冻融显著增加亚表层20~40 cm和下层40~80 cm土层范围内土壤微团聚体D值和分散系数,促使土壤中较大粒级微团聚体分裂破碎成更小粒级的微团聚体,增加土壤微团聚体的分散程度,降低其稳定性,且季节性冻融对下层土壤的影响大于亚表层土壤。产生这种现象的原因在于,亚表层和下层土壤由于表层土壤的覆盖,冻融过程单一简单,不存在因短期温度波动导致的反复冻融交替过程[19],冻结时由于表层土壤先结冰致使土壤水分往上迁移,而积雪和表层冻结土壤的融化使亚表层和下层土壤在其融化过程中含水量又急剧增加[20],土壤含水量的变化也加剧了季节性冻融对亚表层和下层土壤微团聚体的破坏作用[19-20],且与亚表层相比,下层土壤有机质含量相对降低了27.72%,土壤微团聚体各粒级组成及稳定性对季节性冻融的响应较亚表层更敏感[21]

    • 季节性冻融与机械压实的交互作用同样对微团聚体粒级组成和稳定性产生显著影响。研究结果表明季节性冻融增加了无压实和3次压实土壤微团聚体D值和分散系数,其中,无压实土壤分散系数在两季冻融结束后增加了5.3%,而3次压实土壤则增加了9.0%,说明少次压实加剧了季节性冻融对微团聚体的破坏作用,降低了其稳定性,故两季冻融结束后,3次压实土壤微团聚体稳定性低于无压实土壤。王恩姮等[16]研究表明少次压实可有效调节土壤三相,改善土壤结构;Kuncoro等[22]指出压实仅显著降低土壤中孔径≥30 μm孔隙的体积,而Menon等[23]进一步研究发现压实处理使土壤孔隙体积降低5~20倍的同时数量增加3~14倍,少次压实促使土壤中大孔隙变为更多毛管孔隙[16, 22-23],土壤冻结时毛管孔隙中冰晶体膨胀打破颗粒间联结,进一步促进了土壤微团聚体的破碎[18],通过冻融交替有效地将土壤中0.05~0.25 mm粒级微团聚体破碎成<0.05 mm各粒级微团聚体,从而降低了微团聚体的稳定性。而多次压实显著增加土壤容重和硬度[15],导致土壤三相中固相比例增加[16];且显著增加土壤中<0.002 mm粒级微团聚体比例[14],并最大程度增加<0.5 μm微孔隙的数量及比例[24],所以小粒级微团聚体颗粒受周围团聚体的挤压而缩短了颗粒间的距离,增加了吸引力,故冻结时微溶黏结剂的析出增加了细颗粒物间的黏结作用而倾向于生成中等大小的颗粒团聚体[18],因此对于多次压实土壤来说,季节性冻融同时表现出促进大粒级微团聚体的破碎和小粒级微团聚体的团聚,增加了中间粒级微团聚体所占比例,从而降低了土壤微团聚体D值和分散系数,增加了土壤微团聚体的稳定性,但是两季冻融结束后土壤微团聚体稳定性仍显著低于无压实土壤,说明两季冻融结束后机械压实对土壤微团聚体的影响依然存在。

      室内模拟研究表明,冻融对团聚体稳定性的影响主要取决于土壤类型、团聚体大小及稳定性[8]、冻结温度、冻结时前期含水量和冻融循环次数[25]。但在田间条件下,不管水分还是温度受气候及周围环境变化影响较大,地面、地中土壤的季节性冻融特征不同[20],特别是压实后土壤结构的改变[4]导致土壤中水热的重新分配[26],也影响着季节性冻融特征。因此,本研究中连续两季季节性冻融对土壤微团聚体组成及稳定性的影响也存在明显差异,第1季冻融主要表现出促进微团聚体团聚的作用,且第1季冻融后表层土壤在少次压实时恢复至无压实状态,这与王恩姮等[10]的研究结果吻合,但第2季冻融主要加剧对土壤微团聚体的破坏作用,降低其稳定性,故两季季节性冻融结束后压实土壤微团聚体的稳定性仍低于无压实土壤。

    • 1) 季节性冻融对不同深度黑土微团聚体组成及稳定性的影响不同,主要显著降低0~20 cm表层土壤分散系数(P<0.05),增加20~40 cm亚表层和40~80 cm下层土壤微团聚体D值和分散系数(P<0.05),表现为增加表层土壤微团聚体的稳定性,降低亚表层和下层土壤微团聚体的稳定性;且连续两季冻融对黑土微团聚体组成及稳定性的影响也存在明显差异,第1季冻融显著降低无压实土壤微团聚体D值和分散系数(P<0.05),土壤微团聚体稳定性增加,而第2季冻融后无压实土壤微团聚体D值和分散系数又显著增加(P<0.05),土壤微团聚体的稳定性降低。

      2) 季节性冻融与机械压实的交互作用对黑土微团聚体组成及稳定性的影响更为复杂,两季冻融结束后,3次压实土壤微团聚体D值和分散系数均高于对照(P<0.05),尽管12次压实土壤分散系数同样高于对照(P<0.05),但土壤微团聚体D值与对照相比无显著差异,总体表现为季节性冻融加剧少次压实土壤微团聚体的破坏,降低其稳定性,而对多次压实土壤微团聚体的组成及稳定性有一定的恢复作用。

参考文献 (26)

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