土壤团聚体的形成及其对土壤肥力的影响

土壤团聚体的形成及其对土壤肥力的影响土壤团聚体的形成及其对土壤肥力的影响/NUMPAGES14土壤团聚体的形成及其对土壤肥力的影响土壤团聚体的形成及其对土壤肥力的影响土壤团聚体的形成及其对土壤肥力的影响（张友辉摘要：团聚体作为土壤结构的基本组成单元，它的大小、数量、组成和稳定性对土壤结构的形成和保持有重要影响。本文就土壤团聚体的形成过程、影响因素及其在土壤肥力中的作用方面的研究现状进行了总结介绍。关键词：团聚体；土壤结构；土壤侵蚀TheFormationofSoilAggregateandItsRoleinSoilfertility(ZhangYou-HuiSD:major：SoilandWaterConservationandDesertificationControl)Abstract：Asthebasiccomponentunits，thesize,quantity，compositionandstabilityofsoilaggregateshaveanimpotenteffectontheformationandconversationofsoilstructure.Inthispaperthestudiesontheformingprocess,influencingfactorsandtheroleinSoilfertilityofaggregatesweresummarizedandintroduced.Keywords:aggregates;soilstructure;Soilfertility前言土壤团聚体是土壤结构的基本单位，其在土壤中的形状与排列，即它的稳定性对土壤物理性质以及植物的生长具有极大的影响(Dexter，1988)，而其数量的多少在一定程度上反映土壤的供储养分、持水性、通透性等能力的高低(蔡立群等，2008)。有研究表明，团聚体的形成和稳定性对于土壤的结构性具有十分重要的作用，是因为它不仅影响土壤的物理特性(如孔隙度、水分、温度等)，而且还影响有机质的微生物分解速率以及植物养分的利用率等(LeBissonnais，1996)。水稳性团聚体的数量和分布状况决定着土壤结构的稳定性以及抗侵烛的能力,特别是>0.25mm水稳性团聚体的数量可以判别土壤结构的好坏，是判定土壤质量好坏的重要指标之一(黄昌勇，2000)。在不同土壤中，>0.25mm水稳性团聚体的数量越少，土壤稳定性也就越低(Barthesetal.，2002)。团聚体稳定性常用平均重量直径(MWD)表示，MWD值越大表示团聚体的平均粒径团聚度越高，稳定性则越强(Nimmoetal.，2002)。有机质作为土壤团聚体的重要组成部分，是团聚体形成和保持其稳定性的重要影响因素之一，有机质在团聚体的胶结过程中发挥着胶结剂的重要作用(章明奎等，1997)。而腐殖质则是土壤有机质的的主要组成物质，其独特的物理化学性质在团聚体形成过程中发挥着重要的作用(Bongiovannietal.，2006)。此外，红壤地区由于受气候的影响，土壤中含有的大量铁绍氧化物(赵其国等，2000)，同时由于红壤中的铁招氧化物(R2O3)含量较高，土壤中粘粒含量有时会高达50%以上，所以在团聚体结构形成的过程中，无机胶结物也起着特殊的作用(姚贤良等，1990)。土壤团聚体是良好的土壤结构体。其特点是多孔性与水稳性。具体表现在土壤孔隙度大小适中，持水孔隙与充气孔隙的并存，并有适当的数量和比例。因而使土壤中的固相、液相和气相相互处于协调状态，所以一般都认为，团聚体多是土壤肥沃的标志之一。团聚体的形成及稳定机制1.1团聚体的形成团聚体形成和稳定过程的研究从20世纪初就受到广泛的关注，并且提出很多强调有机碳作用的团聚体形成模型(刘中良等，2011)。50-60年代土壤团聚体形成的机制研究有了一个新的发展过程，EdwardsandBremner(1967)提出了以有机-无机复合体为基础的团聚体形成模式，即由土壤黏粒-多价金属-有机质(C-P-OM)复合体组成。其中，黏粒通过多价金属的键桥（如氢键等）与腐殖化的有机质键合。TisdallandOades(1982)根据团聚体中不同大小单元提出团聚体的等级发育模型，即空间尺度上表现为由微团聚体向大团聚体逐级连续层次性胶结，而在时间尺度上则是胶结物质从多糖(暂时稳定）向菌丝根系(短时间稳定)转变，最后转变成为芳香类物质(持久稳定)。Oades(1984)又对该模型作了重要改进，认为根系和菌丝可以直接促进大团聚体的形成，而微团聚体则可以在大团聚体内部直接形成。Sixetal.（1998)也提出了类似的以“大团聚体周转”为核心的概念模型，即新鲜有机物能直接促进大团聚体形成，而大团聚体内的颗粒有机物有助于微团聚体的形成。Sixetal.(2000)又进一步描述和完善了大团聚体周转及土壤有机质动态变化的胚胎发育模型，更为详细的模拟了有机质与团聚体在土壤中的周转过程。Angersetal.(1997)研究指出大团聚体(>0.25mm)分解成中等大小的微团聚体(<0.25mm)，然后进一步分解成闭蓄在细颗粒有机质中更为微小的微团聚体(<0.02mm)。OadesandWaters(1991)提出大团聚体（>0.25mm)是由微团聚体（<025rmn)在有机质的胶结作用下聚合而形成的假说模型。在土壤结构布局上，之所以大团聚体占优势，主要是因为土壤大团聚体的稳定性在很大程度上取决于植物根与菌丝的作用因素，根圈层微生物代谢所产生的大量多糖胶结物质和草根及菌丝体的缠绕作用会对大团聚体的形成产生积极影响(王清奎和汪思龙，2005)。综上所述，土壤团聚体形成的过程是一个渐进的过程。大体上可分为两个阶段。第一阶段是矿物质和次生粘土矿物颗粒，通过各种外力或植物根系挤压相互默结，凝聚成复粒或团聚体。第二阶段是团聚体或复粒再经过胶结、根毛和菌丝体的固定作用形成团聚体。在自然界中实际上这两种作用是很难截然分开的，在一定条件下，单粒可直接形成团聚体。1.2土壤团聚体的稳定性土壤团聚体的稳定性受母质、气候、土地管理、耕作以及矿物组成、机械组成、土壤有机质含量、微生物活动等一系列土壤物理、化学和生物性质影响（HornandSmucker,2005)。其中土壤微团聚体的稳定性主要和土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾、鹿糖酶、脲酶及碱性磷酸酶等相关(李小刚，2000)。在有机质含量高的黑土以及熟化度较高的土壤中，有机胶结物质的胶结作用是形成大粒级团聚体的主要因素，其中微粒有机碳在维持土壤大团聚体稳定性方面起重要作用（史奕等，2005）。Belnapetal.(2001)发现土壤生物结皮有利于促进团聚体的稳定性。不同种植、管理措施及其水平通过改变土壤的理化性质进而影响团聚体的形成和稳定性。骆东奇和侯春霞（2003）紫色土母质发育土壤不同土地利用方式下，>3mm、>1mm和>0.25mm粒级水稳性团聚体含量均表现为：荒草地>林地>园地>耕地。合理的、因地制宜的土地利用方式可以减少土壤团聚体的破坏，最大限度的保持土壤结构的稳定性。地膜的应用可以通过增强土壤中细菌和真菌的活性增加土壤团聚体数量(Zhangetal.,2008)。不同类型的土壤有机-矿质复合体或者同一类型的有机-矿质复合体在不同土壤中对土壤微团聚体的组成及复合作用具有较大的差异，其腐殖质的性质决定了其不同的影响作用类型（何云峰等，1998)。有机质转化成新的腐殖质过程中，其首先与土壤中<0.01mm的物理粘粒结合，再与其它矿物的颗粒胶结形成较大粒级的团聚体（魏朝富等，1996)。土壤中胡敏酸分子量越大，则土壤微团聚体的稳定性也就越高(Piccoloetal.,1990)。土壤团聚体与土壤肥力高产的农业土壤必须有范围较宽的孔隙分布，其中>60μm粗孔隙允许水的迅速渗透和植物根系穿插，也是土壤和大气间气体交换的场所；30-60μm的孔隙用于水分的保持，主要由水分能够排干的粗孔隙调节。Klbertus(1980)研究了酸性棕壤中的孔隙分布，发现平均孔隙是2μm，细菌的大小是变化的，但一般小于1μm，细菌平均直径与空隙平均直径的比率为1:3可以看出,团聚体的性质与土壤孔隙分布、保水透水性、抵抗风蚀的能力和土壤肥力状况都密切相关。陈恩风等(2001)认为土壤微团聚体对土壤理化及生物学性质具有多方面的重要作用，其组成比例可作为土壤肥力水平的一个综合指标。如对棕壤的研究发现>l0μm的微团聚体占土壤总团聚体数量的70%,是影响棕壤肥力的主要部分；小粒级(<0.01mm)与大粒级(0.01mm)微团聚体在土壤水分和养分的保持与释放及生物化学转化强度等方面，都有不同的作用和明显的差异，总的来看，细粒级团聚体的作用主要是保持土壤肥力，而粗粒级主要调节养分的供应(陈恩风，1985)。大量研究表明有机碳在团聚体中的分布差异很大，Puget(1999)发现大团聚体比小团聚体含有更多的碳、氮、颗粒状有机质和不稳定性有机质，大团聚体的有机碳含量比较高；Christensen(1986)的研究则显示有机碳和全氮主要分布于小粒径微团聚体中，有机质含量与粘粒和粉砂含量呈正相关，<0.5mm团聚体粉砂的有机质含量高于土壤粉沙和>0.5mm的团聚体中粉砂的有机质含量。李恋卿(2000)发现有机碳在团聚体中呈V型分布，<0.002mm和>2mm的团聚体中有机碳含量都较高；与土壤碳、氮的分布不同，全磷在土壤小粒径微团聚体中含量较高，随粒径增大磷含量呈下降趋势，5～10μm各粒径中的磷含量与有效磷呈显著正相关，即微团聚体在磷素营养上的作用高于大团聚体，<l0μm的团聚体则在磷素吸附和保持方面贡献最大(陈利军，1998)。土壤酶的活性和数量是土壤微生物活性的一个重要指标，能够反映微生物的代谢状况，而不同种类和性质的酶生团聚体中的分布也不相同，如过氧化氢酶、转化酶和磷酸酶在大团聚体中活性较强，尿酶则在小团聚体中的活性较高(周礼凯，1986)。土壤微生物量的变化常作为土壤肥力变化和扰动的一个重要指标，与团聚体数量及质量之间存在密切联系(ChanandHeenan，1999)。大小不同的团聚体，微生物量分布有很大的差异并且其群落结构也明显不同，大团聚体比小团聚体含有更多的微生物量，大团聚体中真菌生物量明显比细菌高；并且真菌生物量与大团聚体数量有显著的相关性(Emerson，1986)。土壤团聚体对土壤中微生物有重要的影响。陆地生态系统中，养分循环和能量流动依赖于土壤有机质的周转，而执行土壤有机质周转的主体则是土壤微生物。土壤微生物通过对土壤有机物质的分解作用，使有机物质转化为有效养分，赋于土壤肥力和生产力。因而，土壤微生物是土壤养分有效性的一个重要动力源。不仅如此，土壤微生物还是土壤养分的重要储备库。土壤微生物生物量本身为土壤有机质，虽然仅占土壤有机质的很小部分，但它是土壤有机质中活性最高的部分，其所含的N、P等养分可以作为植物所需养料的一个重要来源。3.展望作为土壤结构的基本组成单元，前人已经对团聚体的形成机理、影响因素及其与土壤肥力的关系做了大量研究，但是关于团聚体的认识仍存在许多问题需要解决。随着科技发展，一些新技术、新方法正在应用到土壤团聚体的研究中来，借助这些手段将来必能弄清楚团聚体形成的本质，并提出改良土壤、提高土壤肥力的手段，提高土地生产能力，造福于人类。参考文献：2.黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社.20003.章明奎，何振立，4.赵其国，徐梦洁，5.姚贤良，许绣云，于德芬.6.刘中良，7.王清奎，8. 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