土壤團聚體的形成及其對土壤肥力的影響

土壤團聚體的形成及其對土壤肥力的影響土壤團聚體的形成及其對土壤肥力的影響/NUMPAGES14土壤團聚體的形成及其對土壤肥力的影響土壤團聚體的形成及其對土壤肥力的影響土壤團聚體的形成及其對土壤肥力的影響（張友輝摘要：團聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元，它的大小、數(shù)量、組成和穩(wěn)定性對土壤結(jié)構(gòu)的形成和保持有重要影響。本文就土壤團聚體的形成過程、影響因素及其在土壤肥力中的作用方面的研究現(xiàn)狀進行了總結(jié)介紹。關鍵詞：團聚體；土壤結(jié)構(gòu)；土壤侵蝕TheFormationofSoilAggregateandItsRoleinSoilfertility(ZhangYou-HuiSD:major：SoilandWaterConservationandDesertificationControl)Abstract：Asthebasiccomponentunits，thesize,quantity，compositionandstabilityofsoilaggregateshaveanimpotenteffectontheformationandconversationofsoilstructure.Inthispaperthestudiesontheformingprocess,influencingfactorsandtheroleinSoilfertilityofaggregatesweresummarizedandintroduced.Keywords:aggregates;soilstructure;Soilfertility前言土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，其在土壤中的形狀與排列，即它的穩(wěn)定性對土壤物理性質(zhì)以及植物的生長具有極大的影響(Dexter，1988)，而其數(shù)量的多少在一定程度上反映土壤的供儲養(yǎng)分、持水性、通透性等能力的高低(蔡立群等，2008)。有研究表明，團聚體的形成和穩(wěn)定性對于土壤的結(jié)構(gòu)性具有十分重要的作用，是因為它不僅影響土壤的物理特性(如孔隙度、水分、溫度等)，而且還影響有機質(zhì)的微生物分解速率以及植物養(yǎng)分的利用率等(LeBissonnais，1996)。水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量和分布狀況決定著土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及抗侵燭的能力,特別是>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量可以判別土壤結(jié)構(gòu)的好壞，是判定土壤質(zhì)量好壞的重要指標之一(黃昌勇，2000)。在不同土壤中，>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量越少，土壤穩(wěn)定性也就越低(Barthesetal.，2002)。團聚體穩(wěn)定性常用平均重量直徑(MWD)表示，MWD值越大表示團聚體的平均粒徑團聚度越高，穩(wěn)定性則越強(Nimmoetal.，2002)。有機質(zhì)作為土壤團聚體的重要組成部分，是團聚體形成和保持其穩(wěn)定性的重要影響因素之一，有機質(zhì)在團聚體的膠結(jié)過程中發(fā)揮著膠結(jié)劑的重要作用(章明奎等，1997)。而腐殖質(zhì)則是土壤有機質(zhì)的的主要組成物質(zhì)，其獨特的物理化學性質(zhì)在團聚體形成過程中發(fā)揮著重要的作用(Bongiovannietal.，2006)。此外，紅壤地區(qū)由于受氣候的影響，土壤中含有的大量鐵紹氧化物(趙其國等，2000)，同時由于紅壤中的鐵招氧化物(R2O3)含量較高，土壤中粘粒含量有時會高達50%以上，所以在團聚體結(jié)構(gòu)形成的過程中，無機膠結(jié)物也起著特殊的作用(姚賢良等，1990)。土壤團聚體是良好的土壤結(jié)構(gòu)體。其特點是多孔性與水穩(wěn)性。具體表現(xiàn)在土壤孔隙度大小適中，持水孔隙與充氣孔隙的并存，并有適當?shù)臄?shù)量和比例。因而使土壤中的固相、液相和氣相相互處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，所以一般都認為，團聚體多是土壤肥沃的標志之一。團聚體的形成及穩(wěn)定機制1.1團聚體的形成團聚體形成和穩(wěn)定過程的研究從20世紀初就受到廣泛的關注，并且提出很多強調(diào)有機碳作用的團聚體形成模型(劉中良等，2011)。50-60年代土壤團聚體形成的機制研究有了一個新的發(fā)展過程，EdwardsandBremner(1967)提出了以有機-無機復合體為基礎的團聚體形成模式，即由土壤黏粒-多價金屬-有機質(zhì)(C-P-OM)復合體組成。其中，黏粒通過多價金屬的鍵橋（如氫鍵等）與腐殖化的有機質(zhì)鍵合。TisdallandOades(1982)根據(jù)團聚體中不同大小單元提出團聚體的等級發(fā)育模型，即空間尺度上表現(xiàn)為由微團聚體向大團聚體逐級連續(xù)層次性膠結(jié)，而在時間尺度上則是膠結(jié)物質(zhì)從多糖(暫時穩(wěn)定）向菌絲根系(短時間穩(wěn)定)轉(zhuǎn)變，最后轉(zhuǎn)變成為芳香類物質(zhì)(持久穩(wěn)定)。Oades(1984)又對該模型作了重要改進，認為根系和菌絲可以直接促進大團聚體的形成，而微團聚體則可以在大團聚體內(nèi)部直接形成。Sixetal.（1998)也提出了類似的以“大團聚體周轉(zhuǎn)”為核心的概念模型，即新鮮有機物能直接促進大團聚體形成，而大團聚體內(nèi)的顆粒有機物有助于微團聚體的形成。Sixetal.(2000)又進一步描述和完善了大團聚體周轉(zhuǎn)及土壤有機質(zhì)動態(tài)變化的胚胎發(fā)育模型，更為詳細的模擬了有機質(zhì)與團聚體在土壤中的周轉(zhuǎn)過程。Angersetal.(1997)研究指出大團聚體(>0.25mm)分解成中等大小的微團聚體(<0.25mm)，然后進一步分解成閉蓄在細顆粒有機質(zhì)中更為微小的微團聚體(<0.02mm)。OadesandWaters(1991)提出大團聚體（>0.25mm)是由微團聚體（<025rmn)在有機質(zhì)的膠結(jié)作用下聚合而形成的假說模型。在土壤結(jié)構(gòu)布局上，之所以大團聚體占優(yōu)勢，主要是因為土壤大團聚體的穩(wěn)定性在很大程度上取決于植物根與菌絲的作用因素，根圈層微生物代謝所產(chǎn)生的大量多糖膠結(jié)物質(zhì)和草根及菌絲體的纏繞作用會對大團聚體的形成產(chǎn)生積極影響(王清奎和汪思龍，2005)。綜上所述，土壤團聚體形成的過程是一個漸進的過程。大體上可分為兩個階段。第一階段是礦物質(zhì)和次生粘土礦物顆粒，通過各種外力或植物根系擠壓相互默結(jié)，凝聚成復?；驁F聚體。第二階段是團聚體或復粒再經(jīng)過膠結(jié)、根毛和菌絲體的固定作用形成團聚體。在自然界中實際上這兩種作用是很難截然分開的，在一定條件下，單?？芍苯有纬蓤F聚體。1.2土壤團聚體的穩(wěn)定性土壤團聚體的穩(wěn)定性受母質(zhì)、氣候、土地管理、耕作以及礦物組成、機械組成、土壤有機質(zhì)含量、微生物活動等一系列土壤物理、化學和生物性質(zhì)影響（HornandSmucker,2005)。其中土壤微團聚體的穩(wěn)定性主要和土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、鹿糖酶、脲酶及堿性磷酸酶等相關(李小剛，2000)。在有機質(zhì)含量高的黑土以及熟化度較高的土壤中，有機膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用是形成大粒級團聚體的主要因素，其中微粒有機碳在維持土壤大團聚體穩(wěn)定性方面起重要作用（史奕等，2005）。Belnapetal.(2001)發(fā)現(xiàn)土壤生物結(jié)皮有利于促進團聚體的穩(wěn)定性。不同種植、管理措施及其水平通過改變土壤的理化性質(zhì)進而影響團聚體的形成和穩(wěn)定性。駱東奇和侯春霞（2003）紫色土母質(zhì)發(fā)育土壤不同土地利用方式下，>3mm、>1mm和>0.25mm粒級水穩(wěn)性團聚體含量均表現(xiàn)為：荒草地>林地>園地>耕地。合理的、因地制宜的土地利用方式可以減少土壤團聚體的破壞，最大限度的保持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。地膜的應用可以通過增強土壤中細菌和真菌的活性增加土壤團聚體數(shù)量(Zhangetal.,2008)。不同類型的土壤有機-礦質(zhì)復合體或者同一類型的有機-礦質(zhì)復合體在不同土壤中對土壤微團聚體的組成及復合作用具有較大的差異，其腐殖質(zhì)的性質(zhì)決定了其不同的影響作用類型（何云峰等，1998)。有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成新的腐殖質(zhì)過程中，其首先與土壤中<0.01mm的物理粘粒結(jié)合，再與其它礦物的顆粒膠結(jié)形成較大粒級的團聚體（魏朝富等，1996)。土壤中胡敏酸分子量越大，則土壤微團聚體的穩(wěn)定性也就越高(Piccoloetal.,1990)。土壤團聚體與土壤肥力高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)土壤必須有范圍較寬的孔隙分布，其中>60μm粗孔隙允許水的迅速滲透和植物根系穿插，也是土壤和大氣間氣體交換的場所；30-60μm的孔隙用于水分的保持，主要由水分能夠排干的粗孔隙調(diào)節(jié)。Klbertus(1980)研究了酸性棕壤中的孔隙分布，發(fā)現(xiàn)平均孔隙是2μm，細菌的大小是變化的，但一般小于1μm，細菌平均直徑與空隙平均直徑的比率為1:3可以看出,團聚體的性質(zhì)與土壤孔隙分布、保水透水性、抵抗風蝕的能力和土壤肥力狀況都密切相關。陳恩風等(2001)認為土壤微團聚體對土壤理化及生物學性質(zhì)具有多方面的重要作用，其組成比例可作為土壤肥力水平的一個綜合指標。如對棕壤的研究發(fā)現(xiàn)>l0μm的微團聚體占土壤總團聚體數(shù)量的70%,是影響棕壤肥力的主要部分；小粒級(<0.01mm)與大粒級(0.01mm)微團聚體在土壤水分和養(yǎng)分的保持與釋放及生物化學轉(zhuǎn)化強度等方面，都有不同的作用和明顯的差異，總的來看，細粒級團聚體的作用主要是保持土壤肥力，而粗粒級主要調(diào)節(jié)養(yǎng)分的供應(陳恩風，1985)。大量研究表明有機碳在團聚體中的分布差異很大，Puget(1999)發(fā)現(xiàn)大團聚體比小團聚體含有更多的碳、氮、顆粒狀有機質(zhì)和不穩(wěn)定性有機質(zhì)，大團聚體的有機碳含量比較高；Christensen(1986)的研究則顯示有機碳和全氮主要分布于小粒徑微團聚體中，有機質(zhì)含量與粘粒和粉砂含量呈正相關，<0.5mm團聚體粉砂的有機質(zhì)含量高于土壤粉沙和>0.5mm的團聚體中粉砂的有機質(zhì)含量。李戀卿(2000)發(fā)現(xiàn)有機碳在團聚體中呈V型分布，<0.002mm和>2mm的團聚體中有機碳含量都較高；與土壤碳、氮的分布不同，全磷在土壤小粒徑微團聚體中含量較高，隨粒徑增大磷含量呈下降趨勢，5～10μm各粒徑中的磷含量與有效磷呈顯著正相關，即微團聚體在磷素營養(yǎng)上的作用高于大團聚體，<l0μm的團聚體則在磷素吸附和保持方面貢獻最大(陳利軍，1998)。土壤酶的活性和數(shù)量是土壤微生物活性的一個重要指標，能夠反映微生物的代謝狀況，而不同種類和性質(zhì)的酶生團聚體中的分布也不相同，如過氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶和磷酸酶在大團聚體中活性較強，尿酶則在小團聚體中的活性較高(周禮凱，1986)。土壤微生物量的變化常作為土壤肥力變化和擾動的一個重要指標，與團聚體數(shù)量及質(zhì)量之間存在密切聯(lián)系(ChanandHeenan，1999)。大小不同的團聚體，微生物量分布有很大的差異并且其群落結(jié)構(gòu)也明顯不同，大團聚體比小團聚體含有更多的微生物量，大團聚體中真菌生物量明顯比細菌高；并且真菌生物量與大團聚體數(shù)量有顯著的相關性(Emerson，1986)。土壤團聚體對土壤中微生物有重要的影響。陸地生態(tài)系統(tǒng)中，養(yǎng)分循環(huán)和能量流動依賴于土壤有機質(zhì)的周轉(zhuǎn)，而執(zhí)行土壤有機質(zhì)周轉(zhuǎn)的主體則是土壤微生物。土壤微生物通過對土壤有機物質(zhì)的分解作用，使有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有效養(yǎng)分，賦于土壤肥力和生產(chǎn)力。因而，土壤微生物是土壤養(yǎng)分有效性的一個重要動力源。不僅如此，土壤微生物還是土壤養(yǎng)分的重要儲備庫。土壤微生物生物量本身為土壤有機質(zhì)，雖然僅占土壤有機質(zhì)的很小部分，但它是土壤有機質(zhì)中活性最高的部分，其所含的N、P等養(yǎng)分可以作為植物所需養(yǎng)料的一個重要來源。3.展望作為土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元，前人已經(jīng)對團聚體的形成機理、影響因素及其與土壤肥力的關系做了大量研究，但是關于團聚體的認識仍存在許多問題需要解決。隨著科技發(fā)展，一些新技術、新方法正在應用到土壤團聚體的研究中來，借助這些手段將來必能弄清楚團聚體形成的本質(zhì)，并提出改良土壤、提高土壤肥力的手段，提高土地生產(chǎn)能力，造福于人類。參考文獻：2.黃昌勇.土壤學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社.20003.章明奎，何振立，4.趙其國，徐夢潔，5.姚賢良，許繡云，于德芬.6.劉中良，7.王清奎，8. 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