土壤團(tuán)聚體的形成及其對(duì)土壤肥力的影響

土壤團(tuán)聚體的形成及其對(duì)土壤肥力的影響土壤團(tuán)聚體的形成及其對(duì)土壤肥力的影響/NUMPAGES14土壤團(tuán)聚體的形成及其對(duì)土壤肥力的影響土壤團(tuán)聚體的形成及其對(duì)土壤肥力的影響土壤團(tuán)聚體的形成及其對(duì)土壤肥力的影響（張友輝摘要：團(tuán)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(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成和保持有重要影響。本文就土壤團(tuán)聚體的形成過(guò)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(jìn)行了總結(jié)介紹。關(guān)鍵詞：團(tuán)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(tuán)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(duì)土壤物理性質(zhì)以及植物的生長(zhǎng)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(chǔ)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(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定性對(duì)于土壤的結(jié)構(gòu)性具有十分重要的作用，是因?yàn)樗粌H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(jī)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(tuán)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(tuán)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(biāo)之一(黃昌勇，2000)。在不同土壤中，>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量越少，土壤穩(wěn)定性也就越低(Barthesetal.，2002)。團(tuán)聚體穩(wěn)定性常用平均重量直徑(MWD)表示，MWD值越大表示團(tuán)聚體的平均粒徑團(tuán)聚度越高，穩(wěn)定性則越強(qiáng)(Nimmoetal.，2002)。有機(jī)質(zhì)作為土壤團(tuán)聚體的重要組成部分，是團(tuán)聚體形成和保持其穩(wěn)定性的重要影響因素之一，有機(jī)質(zhì)在團(tuán)聚體的膠結(jié)過(guò)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(jī)質(zhì)的的主要組成物質(zhì)，其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)在團(tuán)聚體形成過(guò)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(guó)等，2000)，同時(shí)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(shí)會(huì)高達(dá)50%以上，所以在團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)形成的過(guò)程中，無(wú)機(jī)膠結(jié)物也起著特殊的作用(姚賢良等，1990)。土壤團(tuán)聚體是良好的土壤結(jié)構(gòu)體。其特點(diǎn)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(dāng)?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(rèn)為，團(tuán)聚體多是土壤肥沃的標(biāo)志之一。團(tuán)聚體的形成及穩(wěn)定機(jī)制1.1團(tuán)聚體的形成團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定過(guò)程的研究從20世紀(jì)初就受到廣泛的關(guān)注，并且提出很多強(qiáng)調(diào)有機(jī)碳作用的團(tuán)聚體形成模型(劉中良等，2011)。50-60年代土壤團(tuán)聚體形成的機(jī)制研究有了一個(gè)新的發(fā)展過(guò)程，EdwardsandBremner(1967)提出了以有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體為基礎(chǔ)的團(tuán)聚體形成模式，即由土壤黏粒-多價(jià)金屬-有機(jī)質(zhì)(C-P-OM)復(fù)合體組成。其中，黏粒通過(guò)多價(jià)金屬的鍵橋（如氫鍵等）與腐殖化的有機(jī)質(zhì)鍵合。TisdallandOades(1982)根據(jù)團(tuán)聚體中不同大小單元提出團(tuán)聚體的等級(jí)發(fā)育模型，即空間尺度上表現(xiàn)為由微團(tuán)聚體向大團(tuán)聚體逐級(jí)連續(xù)層次性膠結(jié)，而在時(shí)間尺度上則是膠結(jié)物質(zhì)從多糖(暫時(shí)穩(wěn)定）向菌絲根系(短時(shí)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(duì)該模型作了重要改進(jìn)，認(rèn)為根系和菌絲可以直接促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成，而微團(tuán)聚體則可以在大團(tuán)聚體內(nèi)部直接形成。Sixetal.（1998)也提出了類似的以“大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)”為核心的概念模型，即新鮮有機(jī)物能直接促進(jìn)大團(tuán)聚體形成，而大團(tuán)聚體內(nèi)的顆粒有機(jī)物有助于微團(tuán)聚體的形成。Sixetal.(2000)又進(jìn)一步描述和完善了大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)及土壤有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的胚胎發(fā)育模型，更為詳細(xì)的模擬了有機(jī)質(zhì)與團(tuán)聚體在土壤中的周轉(zhuǎn)過(guò)程。Angersetal.(1997)研究指出大團(tuán)聚體(>0.25mm)分解成中等大小的微團(tuán)聚體(<0.25mm)，然后進(jìn)一步分解成閉蓄在細(xì)顆粒有機(jī)質(zhì)中更為微小的微團(tuán)聚體(<0.02mm)。OadesandWaters(1991)提出大團(tuán)聚體（>0.25mm)是由微團(tuán)聚體（<025rmn)在有機(jī)質(zhì)的膠結(jié)作用下聚合而形成的假說(shuō)模型。在土壤結(jié)構(gòu)布局上，之所以大團(tuán)聚體占優(yōu)勢(shì)，主要是因?yàn)橥寥来髨F(tuán)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(huì)對(duì)大團(tuán)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(tuán)聚體形成的過(guò)程是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。大體上可分為兩個(gè)階段。第一階段是礦物質(zhì)和次生粘土礦物顆粒，通過(guò)各種外力或植物根系擠壓相互默結(jié)，凝聚成復(fù)?；驁F(tuán)聚體。第二階段是團(tuán)聚體或復(fù)粒再經(jīng)過(guò)膠結(jié)、根毛和菌絲體的固定作用形成團(tuán)聚體。在自然界中實(shí)際上這兩種作用是很難截然分開的，在一定條件下，單粒可直接形成團(tuán)聚體。1.2土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性土壤團(tuán)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(jī)械組成、土壤有機(jī)質(zhì)含量、微生物活動(dòng)等一系列土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)影響（HornandSmucker,2005)。其中土壤微團(tuán)聚體的穩(wěn)定性主要和土壤有機(jī)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(guān)(李小剛，2000)。在有機(jī)質(zhì)含量高的黑土以及熟化度較高的土壤中，有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用是形成大粒級(jí)團(tuán)聚體的主要因素，其中微粒有機(jī)碳在維持土壤大團(tuán)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(jìn)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。不同種植、管理措施及其水平通過(guò)改變土壤的理化性質(zhì)進(jìn)而影響團(tuán)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(jí)水穩(wěn)性團(tuán)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(tuán)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(yīng)用可以通過(guò)增強(qiáng)土壤中細(xì)菌和真菌的活性增加土壤團(tuán)聚體數(shù)量(Zhangetal.,2008)。不同類型的土壤有機(jī)-礦質(zhì)復(fù)合體或者同一類型的有機(jī)-礦質(zhì)復(fù)合體在不同土壤中對(duì)土壤微團(tuán)聚體的組成及復(fù)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(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成新的腐殖質(zhì)過(guò)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(jí)的團(tuán)聚體（魏朝富等，1996)。土壤中胡敏酸分子量越大，則土壤微團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也就越高(Piccoloetal.,1990)。土壤團(tuán)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(chǎng)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(xì)菌的大小是變化的，但一般小于1μm，細(xì)菌平均直徑與空隙平均直徑的比率為1:3可以看出,團(tuán)聚體的性質(zhì)與土壤孔隙分布、保水透水性、抵抗風(fēng)蝕的能力和土壤肥力狀況都密切相關(guān)。陳恩風(fēng)等(2001)認(rèn)為土壤微團(tuán)聚體對(duì)土壤理化及生物學(xué)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(gè)綜合指標(biāo)。如對(duì)棕壤的研究發(fā)現(xiàn)>l0μm的微團(tuán)聚體占土壤總團(tuán)聚體數(shù)量的70%,是影響棕壤肥力的主要部分；小粒級(jí)(<0.01mm)與大粒級(jí)(0.01mm)微團(tuán)聚體在土壤水分和養(yǎng)分的保持與釋放及生物化學(xué)轉(zhuǎn)化強(qiáng)度等方面，都有不同的作用和明顯的差異，總的來(lái)看，細(xì)粒級(jí)團(tuán)聚體的作用主要是保持土壤肥力，而粗粒級(jí)主要調(diào)節(jié)養(yǎng)分的供應(yīng)(陳恩風(fēng)，1985)。大量研究表明有機(jī)碳在團(tuán)聚體中的分布差異很大，Puget(1999)發(fā)現(xiàn)大團(tuán)聚體比小團(tuán)聚體含有更多的碳、氮、顆粒狀有機(jī)質(zhì)和不穩(wěn)定性有機(jī)質(zhì)，大團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量比較高；Christensen(1986)的研究則顯示有機(jī)碳和全氮主要分布于小粒徑微團(tuán)聚體中，有機(jī)質(zhì)含量與粘粒和粉砂含量呈正相關(guān)，<0.5mm團(tuán)聚體粉砂的有機(jī)質(zhì)含量高于土壤粉沙和>0.5mm的團(tuán)聚體中粉砂的有機(jī)質(zhì)含量。李戀卿(2000)發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳在團(tuán)聚體中呈V型分布，<0.002mm和>2mm的團(tuán)聚體中有機(jī)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(tuán)聚體中含量較高，隨粒徑增大磷含量呈下降趨勢(shì)，5～10μm各粒徑中的磷含量與有效磷呈顯著正相關(guān)，即微團(tuán)聚體在磷素營(yíng)養(yǎng)上的作用高于大團(tuán)聚體，<l0μm的團(tuán)聚體則在磷素吸附和保持方面貢獻(xiàn)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(gè)重要指標(biāo)，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(tuán)聚體中的分布也不相同，如過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶和磷酸酶在大團(tuán)聚體中活性較強(qiáng)，尿酶則在小團(tuán)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(dòng)的一個(gè)重要指標(biāo)，與團(tuán)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(tuán)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(tuán)聚體比小團(tuán)聚體含有更多的微生物量，大團(tuán)聚體中真菌生物量明顯比細(xì)菌高；并且真菌生物量與大團(tuán)聚體數(shù)量有顯著的相關(guān)性(Emerson，1986)。土壤團(tuán)聚體對(duì)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(dòng)依賴于土壤有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)，而執(zhí)行土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的主體則是土壤微生物。土壤微生物通過(guò)對(duì)土壤有機(jī)物質(zhì)的分解作用，使有機(jī)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(gè)重要?jiǎng)恿υ?。不僅如此，土壤微生物還是土壤養(yǎng)分的重要儲(chǔ)備庫(kù)。土壤微生物生物量本身為土壤有機(jī)質(zhì)，雖然僅占土壤有機(jī)質(zhì)的很小部分，但它是土壤有機(jī)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(gè)重要來(lái)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(duì)團(tuán)聚體的形成機(jī)理、影響因素及其與土壤肥力的關(guān)系做了大量研究，但是關(guān)于團(tuán)聚體的認(rèn)識(shí)仍存在許多問(wèn)題需要解決。隨著科技發(fā)展，一些新技術(shù)、新方法正在應(yīng)用到土壤團(tuán)聚體的研究中來(lái)，借助這些手段將來(lái)必能弄清楚團(tuán)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(xiàn)：2.黃昌勇.土壤學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.20003.章明奎，何振立，4.趙其國(guó)，徐夢(mèng)潔，5.姚賢良，許繡云，于德芬.6.劉中良，7.王清奎，8. 263-2709.魏朝富，陳世正，-1610.何云峰，徐建民，侯惠珍，等.有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合作用對(duì)紅壤團(tuán)聚體組成及腐殖質(zhì)氧化穩(wěn)定性11.的影響.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1998,10(4):197-20012.李戀卿，張旭輝，潘根興.退化土壤植被恢復(fù)中表層土壤微團(tuán)聚體及其有機(jī)碳的儲(chǔ)備變化,土壤通報(bào),2000,10:193-1913.陳利軍，周禮凱.土壤保肥供肥機(jī)理及其調(diào)節(jié)I.棕壤型菜園土的P素保養(yǎng)與供應(yīng).應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),1998,9(3):254-256.14.周禮凱，嚴(yán)翅升，-20315.DexterAR.Advancesincharacterizationofsoilstructure.Soil&TillageResearch.1988,11:199-23816.LeBissonnaisY.Aggregatestabilityandassessmentofsoilcrustabilityanderodibility:ITheoryandmethodology.EuropeanJournalSoilScience.1996,47:425-43717.BarthesB,RooseE.Aggregatestabilityasanindicatorofsoilsusceptibilitytorunoffanderosion;validationatseverallevels.Catena.2002,47(10):133-14918.NimmoJR,PerkinsKS.AggregatesstabilityandsizedistributionMethodsofSoilAnalysis:Part4PhysicalMethods[M].Wisconsin,USA:SoilScienceSocietyofAmerica,Madison,Inc.200219.BongiovanniMD,LobartiniJC.Particulateorganicmatter,carbohydrate,humicacidcontentsinsoilmacro-andmicroaggregatesasaffectedbycultivation.Geoderma.2006,136:660-66520.EdwardsAP,BremnerJM.Micro-aggregatesinsoil[J].SoilScience.1967,18(1):64-7321.TisdallJM，OadesJM.Organicmatterandwaterstableaggregatesinsoils[J].JournalofSoilScience.1982,31:141-16322.OadesJM.Soilorganicmatterandstructuralstability:Mechanismsandimplicationsformanagement[J].PlantandSoil,1984,76(1/3):319-337.23.SixJ，ElliottET,PaustianK，etal.Aggregationandsoilorganicmatteraccumulationincultivatedandnativegrasslandsoils[J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal.1998,62:1367-137724.SixJ,ElliottET,PaustianK.Soilmacroaggregateturnoverandmicroaggregateformation:amechanismforCsequestrationunderno-tillageagriculture[J].SoilBiolBiochemisty,2000,32:2099-210325.AngersDA,RecousS,AitaC.Fateofcarbonandnitrogeninwater-stableaggregatesduringdecompositionof13C15N-