本研究通过27年肥料长期定位施肥试验,测定了黄土高原旱地黑垆土未开垦自然土壤(NS)和耕作施肥土壤(CK、N、M、NP、MNP、SNP处理)风干团聚体和水稳性团聚体含量、有机碳、容重,研究了耕作与施肥对黑垆土团聚体的影响,分析了团聚体分布及其水稳性,以及与有机碳含量、容重及孔隙度的关系,旨在为提升黑垆土生产力和维持土壤质量提出关键措施及理论依据。主要研究结果如下:
1.黑垆土开垦后,0～10 cm和10～20 cm土层>0.25 mm风干团聚体分别增加了22.21%和22.73%;而> 0.25 mm的水稳性团聚体含量却分别下降了21.35%和38.82%,尤其以> 5 mm和5～2 mm粒径团聚体的下降幅度最大。长期施肥增加黑垆土0～10 cm土层> 0.25 mm风干团聚体的数量,而对10～20 cm土层> 0.25 mm风干团聚体数量影响不大。长期施用不同肥料对风干团聚体组成的影响无明显规律性,M和MNP处理大幅度提高了土壤中大团聚体含量;对水稳性团聚体的影响主要是增加了> 5 mm和5～2mm粒径的含量,M、MNP和SNP处理的0～10 cm和10～20 cm土层> 2 mm和> 1 mm水稳性团聚体含量均较CK明显增加,而N和NP处理的略有降低。研究认为有机物质有促进大团聚体形成的作用,而化肥对大团聚体的形成不利;施用有机物质或与化肥配施能有效改变土壤中团聚体的组成,显著增加大粒径水稳性团聚体的含量,改善土壤团聚体的结构,是提高土壤肥力的有效途径。
2.耕作施肥对团聚体的平均重量直径、破坏率和分形维数有影响。与自然土壤相比,耕作土壤0～10 cm和10～20 cm土层的风干团聚体平均重量直径(MWD)和破坏率都明显高,而水稳性团聚体的MWD显著低。施肥黑垆土风干和水稳性团聚体MWD在不同土层都发生显著变化,与> 5 mm、> 2 mm、> 1 mm、> 0.5 mm和> 0.25 mm风干和水稳性团聚体含量之间均呈极显著正相关,且粒径越大与团聚体的相关性越好;破坏率与> 0.25 mm水稳性团聚体含量、有机碳之间均呈显著的负相关。在湿筛和干筛条件下,土壤团聚体皆表现为> 0.25 mm的团聚体含量越高,其粒径分布的分形维数越小。湿筛后自然土壤的分形维数小于耕作土壤,0～10 cm土层土壤的分形维数小于10～20 cm土层。分形维数与> 0.25 mm水稳性团聚体含量、平均重量直径和总孔隙度之间均存在极显著负相关,与土壤容重之间呈显著正相关。表明> 0.25 mm水稳性团聚体的含量越高、平均重量直径越大,分形维数则越小,从而增强土壤团聚体稳定性和改善土壤结构。
3.黑垆土开垦后,0～10 cm耕层有机碳含量较自然土壤减小了63.17%,而10～20 cm层却增加了6.17%;长期施N使0～10 cm和10～20 cm土层有机碳含量降低,而施M、NP、MNP、SNP使有机碳增加,增加的顺序为M > MNP > SNP > NP。土壤有机碳与> 0.25 mm风干团聚体含量之间呈显著负相关;与> 0.25 mm水稳性团聚体含量之间没有明显的相关性,与> 2 mm、> 1 mm和> 0.5 mm水稳性土壤团聚体含量之间均呈极显著正相关,且粒径越大相关性越好,说明大粒径的水稳性团聚体多的黑垆土,有机碳含量高。
4.黑垆土开垦后,0～10 cm耕层土壤的容重和总孔隙度几乎没有变化,而10～20 cm层容重增加了19.24%,总孔隙度减小了12.95%;长期施NP和SNP使0～10 cm土层的容重增加,总孔隙度减小;而施N、M和MNP使容重减小,总孔隙度增加。施肥对黑垆土10～20 cm土层的影响大于0～10 cm土层,容重减小和总孔隙度增加的顺序均为M > SNP > NP > MNP > N。土壤容重与> 0.25 mm水稳性团聚体呈显著负相关,而总孔隙度> 0.25 mm水稳性团聚体则呈显著正相关。
5.黑垆土各级风干和水稳性团聚体含量、平均重量直径、有机碳和容重等属性均存在明显的层次性。总的趋势是0～10 cm土层高于10～20 cm土层,容重则相反。自然土壤容重和总孔隙度的上下层比都在1.0左右;而耕作土壤容重的上下层比为0.8～0.98。
