應用Le Bissonnais法研究不同植煙年限土壤團聚體的穩定性

王 珊，毛 玲

(1.內江師范學院 地理與資源科學學院，四川 內江 641199 ；2.重慶師范大學 地理與旅游學院，重慶 400047)

應用Le Bissonnais法研究不同植煙年限土壤團聚體的穩定性

王 珊1，毛 玲2

(1.內江師范學院 地理與資源科學學院，四川 內江 641199 ；2.重慶師范大學 地理與旅游學院，重慶 400047)

【目的】了解四川重點植煙區涼山州冕寧縣長期種植烤煙的土壤在連作不同時間后土壤團聚體的穩定性?！痉椒ā縇e Bissonnais(LB)法和濕篩(Yoder)法?！窘Y果】①在LB 法不同處理下，不同粒徑土壤團聚體所占比例存在明顯差異。>5 mm土壤團聚體含量所占比例表現為預濕后擾動處理(wet stirring，WS)> 慢速濕潤處理(slow wetting,SW) >快速濕潤處理(fast wetting，FW), 2～1 mm 、0.5～0.25 mm 和<0.25 mm團聚體所占比例均表現為FW > SW > WS。②不同植煙年限土壤團聚體平均質量直徑(MWD) 和幾何平均直徑(GMD)具有相同的變化特點，均表現為WS>SW>FW。③FW處理和SW處理中，>5 mm團聚體含量及MWD和GMD 值均表現為隨種植時間的延長而降低；WS處理則表現為先下降后升高，在連作6a時最低?！窘Y論】①對土壤團聚體結構的破碎作用最大的是快速濕潤處理(FW)，其次是慢速濕潤處理(SW)和預濕后擾動處理(WS)。②不同處理下土壤團聚體穩定性不同，一般在連作6a時穩定性最差。③LB 法中WS處理的結果不僅與Yoder 法結果相似，且可以較好的了解土壤團聚體的破碎機制，這種方法更適宜作為研究區植煙土壤團聚體穩定性的測定方法。

Le Bissonnais法；Yoder法；煙草；團聚體穩定性；連作；

【研究意義】土壤團聚體是土壤構造的基本單元，其粒徑大小影響著土壤的保水性和孔隙性[1]。研究土壤團聚體的穩定性，尤其是水穩性團聚體，它是評價土壤質量的重要指標，其粒徑分布和穩定性可以衡量土壤侵蝕狀況，并能反映抵抗灌水浸泡和降雨擊打的能力[2-3]?！颈狙芯壳腥朦c】傳統濕篩法測定土壤團聚體穩定性主要是基于各團聚體的綜合表現，但受團聚體的大小、水分濕潤方式和擾動能力大小不同等因素的影響, 試驗結果很難相互比較，且穩定性機制不能進行分辨[4]。因此，為了了解研究區域長期種植煙草土壤的團聚體穩定性，除選擇傳統的濕篩法(Yoder法)外，還選擇了一種測定團聚體穩定性的新方法，即Le Bissonnais(LB)法?！厩叭搜芯窟M展】LB法是根據不同團聚體崩解的作用力采用不同的處理，通過模擬田間不同的狀態來了解土壤團聚體被破壞的主要機制。其中快速濕潤處理(FW) 模擬土壤在快速濕潤(暴雨、灌溉等)下的團聚體崩解作用，反映團聚體崩解的消散機制；慢速濕潤處理(SW)反映土壤慢速濕潤過程中土壤粘粒膨脹引起的團聚體崩解作用；擾動后濕潤處理(WS)則反映的是團聚體在機械擾動下的崩解作用[5,6]。目前，采用LB法研究土壤團聚體穩定性主要集中在南方紅壤地區、黃土丘陵區和東北黑土區[7-13]，而將該方法應用到攀西地區鮮見?！緮M解決的關鍵問題】煙草是四川省攀西地區重點種植的經濟作物之一，其種植規模居全省首位，目前該區域正在推進“山地原生態”特色煙葉的開發?！吧降卦鷳B”強調生態環境的重要性,尤其是土壤的生態環境。由于土地資源的有限和煙農的耕種習慣，烤煙在種植中重茬連作極為普遍。這種栽培模式下，烤煙種植的時間越長，越容易產生因水肥管理等原因引起的土壤環境問題，這些問題反過來容易引起連作障礙，導致作物抗性下降，隨之病蟲害增多、煙葉減產、質量下降等，并伴隨經濟效益的下滑[14]?？緹熯B作障礙成為攀西地區烤煙生產待解決的問題之一。

本研究選擇攀西地區煙草重點種植區域冕寧縣作為研究區域，針對連作煙田土壤，利用LB法研究不同年限植煙土壤團聚體的特點和穩定性特征，揭示其破碎的主要機制及煙草連作對土壤團聚體穩定性的影響；并與傳統濕篩法進行比較，評估其在連作煙田土壤中的適宜性。以期為研究連作條件下煙田土壤的保育與修復提供理論支撐，也為該地區生態保護和土地資源的管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

冕寧縣位于四川省西南部，涼山彝族自治州北部，地理位置28°05＇～29°02＇N，101°38＇～102°25＇E，海拔l200～1900 m，多年平均降水量1015 mm，年平均溫度13.8 ℃，年日照時數2008 h，無霜期235 d，>10 ℃的積溫為3800 ℃，屬于亞熱帶季風氣候。該區域具有低緯度、高海拔、氣候溫和、雨熱同期、雨量充沛、日照充足等明顯等特點，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，地勢以低山平壩為主，土壤類型多為水稻土、沖積土、紫色土。

1.2 土樣的采集

通過前期實地調查，于2013年8月選取涼山州冕寧縣6個具有代表性植煙地區(城廂鎮、后山鄉、回龍鄉、回坪鄉、惠安鄉、林里鄉)，對種植年限分別為2、4、6、8、10、12年的植煙土壤進行采樣。采集0～20 cm原狀土樣1.0 kg左右，剔除土壤中的石塊以及草根等雜物，將土壤樣品風干，并用手將大土塊沿土壤紋理輕輕地掰成小土塊，干篩法選取>5 mm的團聚體，供試驗分析使用。

1.3 研究方法

(1)根據LB 法的3 種處理方法[5-6](FW、SW和WS)模擬3 種不同濕潤條件(暴雨、小雨、機械擾動)對土壤團聚體破壞機理進行分析，并測定不同濕潤處理后的土壤團聚體粒徑分布特征。

(2)利用Yoder 法[15]測定土壤水穩性團聚體特征。

1.4 指標計算及數據處理

(1)平均質量直徑：

(1)

式中：MWD為土壤團聚體平均質量直徑(mm)，Xi為任一粒徑范圍內土壤平均直徑(mm),Wi為第i粒級的團聚體占總團聚體的百分含量。

(2)幾何平均直徑：

GMD=exp[∑XiWi/m]

(2)

式中：GMD為土壤團聚體幾何平均直徑(mm),Xi為任一粒徑范圍內土壤平均直徑(mm)，Wi為對應Xi的土壤團聚體占總團聚體的百分含量，m為樣本總重量。

1.5 數據統計分析

數據分析利用Excel 2003 和SPSS17.0。

2 結果與分析

2.1 LB法3種處理下植煙土壤團聚體粒徑分布特征

從圖1可以看出，不同處理下土壤團聚體粒徑分布特征存在明顯差異?？焖贊駶?FW)處理下土壤水穩性團聚體的粒徑以<0.5 mm粒徑為主，0.5～0.25 mm和<0.25 mm含量超過土壤團聚體總量的一半以上，其中又以<0.25 mm 團聚體含量最高，變化范圍在34.48 %～48.24 %；2～1 mm 團聚體含量最低，變化范圍在2.97 %～8.50 %；>5 mm土壤團聚體所占比例較少，變化幅度僅為7.76 %～20.73 %；分析發現，>5 mm土壤大團聚體經過處理主要轉換為<0.5 mm的小團聚體，表明FW處理使大多數土壤大團聚體破碎為更小的團聚體。

圖1 LB法3種處理下植煙土壤團聚體粒級分布Fig.1 Soil aggregates distribution with LB method under 3 treatments

在慢速濕潤(SW)處理下，植煙土壤團聚體集中在>5 mm粒徑，變化范圍在51.93 %～61.30 %，>5 mm 粒級所占比例是FW處理的4.8倍。其次是<0.25 mm團聚體，其含量變化范圍在15.02 %～23.81 %；5～2、 2～1和1～0.5 mm 團聚體所占比例較低。>0.5 mm團聚體含量占總量的69.57 %，是FW處理的1.7倍，說明SW 處理對植煙土壤團聚體的破壞作用較小。

在擾動濕潤(WS)處理下，植煙土壤團聚體粒徑也以>5 mm 為主，其范圍在67.78 %～74.24 %；<0.25 mm 團聚體次之，變化范圍在7.32 %～12.57 %；其它粒級分布比較均勻，所占比例較低。5～2、2～1、1～0.5、0.5～0.25 mm團聚體變化幅度分別在2.11 %～5.44 %、0.63 %～3.44 %、3.21 %～5.34 %和6.46 %～9.15 %，變幅不大。>0.5 mm的土壤團聚體比例占總團聚體的81.49 %，在3種濕潤處理方式中所占比例最高；而<0.25 mm土壤團聚體含量只占總團聚體的10.54 %。說明土壤經WS處理后，>5 mm的大團聚體逐漸破碎成>0.5 mm的團聚體，這種處理對植煙土壤團聚體破壞作用最低。

不同粒徑土壤團聚體在3種處理方式下的比例存在較大差異。>5 mm土壤團聚體所占比例依次為WS>SW>FW, 而1～0.5 mm團聚體所占比例為FW > WS > SW， 5～2、2～1、0.5～0.25和0.5～0.25 mm團聚體所占比例均表現為FW > SW > WS。隨種植年限的增加，在FW 處理下，>5mm團聚體含量逐年降低，所占比例由20.73 %降至7.76 %，5～2 mm團聚體含量的變化趨勢和>5 mm團聚體相同；而0.5～0.25mm 和<0.25 mm 團聚體含量的變化趨勢相反；其他粒徑團聚體含量則無明顯的變化規律。SW 處理下，>5，0.5～0.25和<0.25 mm團聚體含量變化趨勢和FW處理相同，而5～2和2～1 mm粒級團聚體含量先降低后升高再降低。WS 處理下，>5 mm土壤團聚體含量呈現先降低后升高的趨勢，在植煙6年時最低；隨種植年限增加，<0.25 mm粒徑土壤團聚體含量逐漸升高。

2.2 LB法3種處理下植煙土壤團聚體穩定性特征

土壤平均質量直徑(MWD) 和幾何平均直徑(GMD)是評價土壤團聚體穩定性的重要指標。其值越大，表明土壤團聚體穩定性和抗侵蝕能力越強。經過不同處理后植煙土壤團聚體的MWD和GMD值存在顯著差異(P<0.05)(圖2)。FW 處理下，不同種植年限土壤團聚體MWD 值為1.67～2.89 mm，GMD 值為1.06～1.56 mm；SW處理下，土壤團聚體MWD值為3.17～4.63 mm，GMD 值為2.26～3.55 mm；WS 處理下，土壤團聚體MWD 值為4.67～5.89 mm，GMD 值在3.47～4.51 mm。3種處理下，團聚體MWD值均大于GMD。經FW處理的后土壤團聚體MWD和GMD 值均最低，即對土壤團聚體的破壞最大。植煙土壤團聚體MWD 和GMD 值均為WS>SW>FW，說明煙草土壤團聚體主要的破碎機制是土壤團聚體受到快速濕潤時土壤內閉塞空氣所引起的氣爆作用。

下標不同字母表示不同年限在P<0.05 水平上差異顯著，上標不同字母表示不同濕潤處理在P<0.05 水平上差異顯著different letters in subscrip indicated significant differences in P<0.05 levels at different planting year, and the different letters in superscript indicate significant differences in P<0.05 levels with 3 treatments圖2 LB法3種處理下植煙土壤團聚體平均質量直徑和幾何平均直徑Fig.2 MWD and GMD of tobacco soil aggregates with LB method under 3 kinds treatment

種植年限(年)快速濕潤FW 慢速濕潤SW預濕后擾動WS濕篩Yorder22.89a4.63b5.89c6.31c42.45a4.19b5.46c6.05c62.29a4.05b4.67b5.56b82.11a3.75c4.83b5.69b101.73b3.59c5.07a5.82a121.67b3.17a5.13a5.86a

注：字母a、b、c表示在P<0.05水平時差異。

Note:The letter a,b,c indicated the difference in the level ofP<0.05.

經過FW處理不同種植年限土壤團聚體MWD 和GMD值逐年減小，在植煙2年 時土壤團聚體的MWD和GMD 值最大，種植12年時最??；SW 處理下結果與FW處理相同。而經過WS 處理的土壤團聚體MWD和GMD值表現為 2年>4年>12年>10年>8年>6年。

2.3 LB法測定土壤團聚體穩定性適用性分析

由表1可知，土壤團聚體MWD在不同種植年限下表現為Yoder>WS>SW>FW。Yoder法和WS處理之間無顯著差異，而與FW處理及SW處理之間存在顯著差異(P<0.05)，表明3種不同濕潤處理方式中，WS處理更相似于Yoder法。從表1中也可以看出，隨著煙草種植年限增加，WS處理和Yoder法所測得的土壤團聚體穩定性MWD變化規律一致，即連作2～6年，MWD值快速降低階段，連作6年時，達到最小值，而連作6～12年，變化趨勢平緩中略有上升，與土壤團聚體粒級分布趨勢一樣。而FW處理及SW處理所測得MWD變化趨勢相似，隨著煙草種植年限增加均呈現降低趨勢。

3 討 論

應用Le Bissonnais 法的3種濕潤處理方式模擬研究攀西重點植煙區土壤團聚體的穩定性。結果表明， >5 mm土壤團聚體含量所占比例在FW、SW 和WS 處理下分別為7.76 %～20.73 %、51.93 %～61.30 %和67.78 %～74.24 %。在3種濕潤處理方式中MWD和GMD值表現為WS >SW >FW，該研究結果與盧升高等、張孝存等、王晟強等研究結果相同[10,12,16]。由于FW 處理模擬暴雨或者澆灌下團聚體的崩解作用，土壤快速置于水中，從而導致土壤氣壓增大，當壓強超過土壤團聚體的承受范圍時，團聚體爆破[17]，土粒間膠結作用變弱[18]，從而導致FW處理對土壤團聚體破壞作用大；SW 處理模擬的是小雨情況下的團聚體崩解機制，即讓土壤團聚體在水中慢慢地濕潤，與FW 處理相比，土壤團聚體的漲縮能力很小[12]，因此經過SW 處理的團聚體破碎作用比FW 處理結果小，而經過SW處理大部分土樣土壤質地粘重，粘粒不均勻膨脹破碎而使其水穩性比WS低；WS 處理模擬的是土壤團聚體的破壞機制中的機械擾動作用，用乙醇溶液逐漸濕潤團聚體，乙醇對植煙土壤團聚體有保護作用，從而導致經過WS 處理后的土壤團聚體受到的破壞程度最弱。表明植煙土壤團聚體的破壞機制主要是由于土壤受快速濕潤時孔隙內封閉的氣壓所產生的消散作用，說明暴雨或者澆灌對研究區土壤團聚體有破壞作用。

隨種植年限的延長，不同處理下土壤團聚體穩定性不同。FW處理和SW處理中，>5 mm團聚體含量及MWD和GMD 值均表現為隨種植時間的延長而降低；WS處理則表現為先下降后升高，在種植6年時最低。說明3種處理方式對植煙土壤的水穩定性都有破壞，但破壞力不一樣，表現為FW>SW>WS。FW和SW兩種處理的破壞性具有持續性，連作時間越長，這種破壞性越明顯；而WS處理下，在種植初期，土壤水穩定性下降，但連作時間延長后，其穩定性反而上升，且與種植初期差異不明顯。這也說明連作雖然會造成土壤酸化、板結等連作障礙，但只要采取適當的水肥管理措施，如對表土層進行覆蓋或改澆灌為滴灌，同時配合冬耕凍土、綠肥還田、施用有機肥、硝酸鉀部分替代硫酸鉀、施用陪嫁土和生石灰等技術措施，可以減緩土壤團聚體含量的降低，減慢土壤結構的破壞程度[19-20]。

MWD是評價土壤結構的有效方法，是土壤侵蝕和水土流失定量評價的重要參考依據。根據MWD 值計算結果，在LB 法的3 種濕潤處理中，預濕后擾動(WS)的測定結果更相似于Yoder法。LB 法既能代表傳統濕篩法分析結果，而且還可以從團聚體破碎機制方面對土壤團聚體穩定性進行區別分析評價。故對研究區土壤團聚體穩定性進行研究分析時，應用LB法能夠更好的判定土壤團聚體穩定性特征。

4 結 論

(1)在LB 法3 種濕潤處理下，不同粒徑團聚體含量所占比例存在明顯差異。>5 mm土壤團聚體含量表現為WS>SW>FW，2～1 mm 、0.5～0.25 mm 和<0.25 mm團聚體含量均表現為FW > SW > WS?？焖贊駶櫶幚?FW)對土壤團聚體結構的破壞作用最大，處理后團聚體主要以<0.25 mm的小團聚體為主；預濕后擾動處理(WS)對土壤團聚體破壞作用最小，主要集中在>5 mm 粒徑，變化范圍在67.78 %～74.24 %；慢速濕潤處理(SW)對團聚體的破壞程度介于2種處理之間。

(2)不同植煙年限土壤團聚體MWD 和GMD 值表現為WS>SW>FW，研究區植煙區土壤團聚體主要破壞機制是土壤團聚體中閉塞氣體所產生的消散作用。

(3)隨連作年限的延長，不同處理下土壤團聚體穩定性不同。FW處理和SW處理中，>5 mm團聚體含量及MWD和GMD 值均表現為隨種植時間的延長而降低；WS處理則表現為先下降后升高，在連作6年時最低。

(4)LB 法的中預濕后擾動(WS)方法的分析結果更接近Yoder 法，且可以較好的了解土壤團聚體的破碎機制，更適宜作為研究區煙草種植區土壤團聚體穩定性測定方法。

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ApplicationofLeBissonnaisMethodtoStudyStabilityofSoilAggregateinDifferentTobaccoPlantingYears

WANG Shan1, MAO Ling2

(1.College of Geography and Resources Science, Neijiang Normal University, Sichuan Neijiang 641112，China;2.College of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China)

【Objective】The present experiment aims to study the stability of tobacco soil aggregates in Mianning, Liangshan Yi Autonomous Prefecture and compare with the two methods for determining soil aggregates, finding a more suitable one for the study area.【Method】Le Bissonnais (LB) method and the wet sieve method (Yoder) were adopted.【Result】(i)Under different treatments of LB, the proportion of soil aggregates with different particle size was significantly different. In the three treatments of LB method,the proportion of >5 mm soil aggregate content showed WS (wet stirring) > SW (slow wetting) > FW (fast wetting) , that one of 2-1, 0.5-0.25 and <0.25 mm was FW > SW > WS.②The average mass diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD) of soil aggregates in different tobacco planting years had the same change characteristics, all of which were WS>SW>FW.(iii)In FW and SW treatment, the aggregate content of >5 mm and MWD, GMD values were decreased with t continuous cropping.While the WS treatment showed the first decline and then increased, the lowest value appeared in the 6a.【Conclusion】(i)The most significant effect on soil aggregate structure was rapid wetting treatment (FW), followed by slow wetting treatment (SW) and pre wet post treatment (WS).(ii)The stability of soil aggregates was different under different treatments, and the stability was the worst in continuous cropping 6a.(iii)The results of WS treatment in LB method was not only similar to those of Yoder method, but also better understand the fragmentation mechanism of soil aggregates. This method was suitable for the study of the stability of soil aggregates

Le Bissonnais method; Yoder method; Tobacco; Aggregate stability; Continuous cropping

1001-4829(2017)5-1153-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.5.029

2016-08-09

四川省教育廳項目“四川典型植煙區連作對農田土壤生態環境影響研究”(15ZB0273)

王 珊(1983-)，女，四川崇州人，碩士，主要研究方向：土地利用與生態環境、農業和農村，E-mail:wangsh1983@qq.com.Tel:13730769527。

S151.9

A

(責任編輯 李 潔)