全 文 ：第 12卷 第 4期
2 0 0 4年 1 0月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．12 NO．4
0ct．． 2004
长期定位监测黑土结构质量指标的分异研究*
王铁 宇
(中国科学院生态环境研究中心 北京 100085)
颜 丽 汪景宽“关连珠 朱 平
(沈阳农业大学土壤肥力研究室 沈阳 110161)(吉林省农业科学院土壤肥料研究所 公主岭 136100)
摘 要 长期定位监测研究不同施肥处理黑土结构指标的分异结果表 明，长期施用有机肥有利于 0．05～0．02mm
和 0．02-0．O02mm土壤粒级微团聚体形成及 >0．25mm 团聚体水稳性，并一定程度促进小粒级微团聚体的团聚；
单施N肥处理土壤容重最大，对照处理土壤结构 已明显退化且 团聚体水稳性较低，而休闲地团聚体水稳性明显较
高 ，表明有机质在土壤结构的形成和保持过程中起决定性作用。
关键词 黑土 结构质量 指标分异
Index variations of structure and quality of black soil with a long—term located monitoring．WANG Tie—Yu(Research
Center for Eco-Environmental Science，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085)，YAN Li，WANG Jing—Kuan，
GUAN Lian—Zhu(Research Lab．of Soil Fertility，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161)，ZHU Ping(1nsti—
tute of Soil and Fertilizer，Jilin Academy of Agricultural Science，Gongzhuling 136100)，CJEA，2004，12(4)：138～141
Abstract The index variations of structure and quality of black soil with a long—terrrx located monitoring are analyzed．The
results show that a long—terrl utilization of organic manure increases the microaggregate of the fraction，i．e．0．05～
0．02mm，0．02～0．O02mm and the waterstable capability of soil aggregate(>0．25mm)．and may facilitate the microag—
gregate tO form lots of stable clay—particles．The soil bulk density of single use of N disposal is the largest in all the fertilized
treatments，the soil structure of CK is markedly degenerated and the soil aggregate waterstable is low ，while the soil ag—
gregate waterstable capability of fallow is markedly higher compared with others，thus indicating that the organic materials
play a determ inative role in the shape and conservation process of soil structure．
Key words Black soil，Structure and quality，Index variation
东北黑土结构的形成、变化以及影响因素已成为黑土区合理培肥，提高黑土质量，保证黑土资源可持续
利用的重要研究内容之一。本试验长期定位监测黑土土壤颗粒组成、团聚体至复合体的变化，研究了不同施
肥对土壤结构质量的影响，为黑土资源的可持续利用提供理论依据。
1 试验材料与方法
试验在位于吉林省公主岭市的吉林省农业科学院黑土长期定位实验站进行，供试土壤类型为黄土质中
层黑土，处理前土壤有机质为29．67g／kg，全 N 1．62g／kg，全 P 0．86g／kg，pH值 7．6。定位试验始于 1980年，
分别设未施肥对照(CK)，施 N肥(I)，施 N、P肥(1I)，施 N、P、K肥(Ⅲ)，长期施用有机肥(Ⅳ)，有机肥配施 N
肥(V)，有机肥配施 N、P肥(Ⅵ)，有机肥配施 N、P、K肥(Ⅶ)及休闲地(Ⅷ)9个处理，其中处理Ⅷ为 1990年始
设置，自然生长植被以 1年生杂草为主，施肥小区面积为 60m ，连作玉米。
用德国产五元素分析仪测定分析土壤全 c、全 N含量，用水稳性团聚体分析仪以湿筛法、干筛法测定土
壤水稳性团聚体 ，以吸管法测定分析微团聚体组成及机械颗粒组成，用超声分散土样后以虹吸分离法提取
微团聚体 J，共分<0．01mm、0．01～0．05mm和 0．05～0．25mm 3级，并将所提取的各级微团聚体于 50℃烘
干备用；参考《土壤肥力研究方法》⋯测定土壤有机与无机复合体。
2 结果与分析
2．1 黑土矿质颗粒组成的变化
由表 1和图 1可知，各施肥小区实施不同处理 20年后，其土壤<0．002mm粒级粘粒含量无明显变化，
* 国家重点基础研究(973)发展规划项 目(G1999011810)资助
**通讯作者
收稿 日期：2004—06—19 改回日期 ：2004—07—27
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 4期 王铁字等：长期定位监测黑土结构质量指标的分异研究 139
且处理间变异系数仅 2．94。对照(CK)和单施
化肥 I、Ⅱ、Ⅲ共 4个处理(以下简称 A组)与单
施有机肥及有机肥配施化肥 Ⅳ、V、Ⅵ、Ⅶ 4个
处理 (以下简称 B组)间差异不显著，t值 为
2．06，表明长期施用化肥或有机肥未显著改变
土壤 粘 粒组 成。从 2～0．05ram 和 0．05～
0．02mm 2个粒级粉沙粒来看，不同施肥处理间
无 明显 差 异，但 B组 和 A 组均 对 0．02～
0．O02mm粒级粗粘粒影响较大，且 A组含量高
表 1 长期定位试验黑土质地各粒级变化
Tab．1 Texture status of black soil under long-term located monitoring
* =8，tIJ_¨5=5．99，tIJl¨1=13．75；**表未达极显著水平 ，表 4～5同。
于B组 ，t值为49．35，达极显著水平，其原因可能是由于土壤中沙粒的破碎，形成0．02～0．O02mm过渡粒级
所致 。图 1表明 2～0．05ram 和 0．05～0．02mm
2个粒级之和 A组<40％，而 B组 >40％，说 明 ⋯
长期施用化肥处理其粉沙粒破碎化程度高于有 80
机肥处理，证明有机物质对改良土壤质地具有明 60
显效应 。 鬟4n
2．2 黑土容重及孔隙度分布的变化
由表 2可知休闲地耕层土壤紧实，土壤容重
较高，达 1．48g／cm’，总孔隙度仅有44．21％，且大 0
小孔隙比例严重失调，通气孔隙仅占毛管孔隙的
112-．-0．∞m 口0．∞-4]．陀衄m口0．∞~0．O02xmm口CK I Ⅱ Ⅲ Ⅳ V Ⅵ 、Ⅲ vⅢ
处 理
12．06％，远低于正常水平。王建国 等研究认 图1 黑土质地各粒级土壤颗粒组成的变化
为未开垦的黑土容重较低且孔隙良好；孙波 对 Fig．1 Compositi。n。f parti les in black soil
不同利用方式红壤研究结果表明园耕地表层土壤容重高于荒草地。该项研究中休闲地土壤自身可能引入误
表 2 黑土容重与孔隙度分布的变化
Tab．2 Bulk density and porosity of black soil
差，处理未设平行试验，
且距 离施 肥 小 区较 近 ，
存在明显机械压实，受
农事管理和人为因素影
响较大。本研究各施肥
处理土壤容重的分布差
异不显著，而土壤孔 隙
度的分布差异明显，总
体趋势土壤容重 B组略
低于 A组 ，土壤总孔 隙
度 B组 >A 组 ，说 明施
用有机肥对调节土壤孔
隙、改 良土壤结构具有
重要作用。施化肥各处理中单施 N肥(I)土壤容重最大，达 1．22g／cm ，而土壤孔隙度表现为处理 I< Ⅱ<
Ⅲ ，通气孔隙／毛管孔隙也呈现此规律，说明单施 N肥不利于土壤结构的稳定。施有机肥各处理间土壤容重
无明显分异，而土壤孔隙度均达 60％以上，且通气孔隙／毛管孔隙处理Ⅳ、Ⅶ略优于处理V和Ⅵ，表明有机质
在土壤结构的形成和保持过程中起决定性作用。而对照(CK)连续耕作 20年土壤结构已明显退化 ，土壤容
重增大，土体紧实，土壤孔隙减少且大小孔隙比例严重失调。
2．3 黑土团聚体组成的变化
土壤中大团聚体，特别是>1ram大团聚体能合理调节土壤通气与持水、养分释放与保持间的矛盾，是植
物良好生长的基础 ’ ，而 1～0．25mm水稳性团聚体是土壤结构稳定的重要保证。表 3表明不同施肥处理
风干团聚体(干筛法分离的团聚体)含量均较高，>0．25ram风干团聚体含量平均达 94．9(±i．87)％，其中
>5mm风干团聚体含量平均达 60．3(±10．1)％。小区各处理间>0．25mm风干团聚体含量休闲地最高达
98．87％，且总体趋势 B组略高于A组。土样湿筛处理后不稳定的风干团聚体崩解为较小单元 ，不同施肥处
维普资讯 http://www.cqvip.com
140 中 国 生 态 农 业 学 报 第 12卷
理>0．25mm团聚体明显减少，其破坏率均>40％，且以>5mm团聚体减幅最高，其中>0．25mm水稳性团聚
体含量平均 48．3(±6．1)％，而>5mm水稳性团聚体含量平均仅有 3．2(±2．7)％。水稳性团聚体主要集中
在 1～0．5mm和 0．5～0．25mm 2级，且 占>0．25mm水稳性团聚体含量的 70．2(±13．9)％，这表明水稳性
团聚体更能较好地反映土壤团聚体质量及土壤结构的稳定性，证明1～0．25mm水稳性团聚体对保持和改善
土壤结构具有重要作用。整体上水稳性团聚体总量 B组 >A组，且组间差异达极显著(t值为 14．95)；团聚
体破坏率 A组>B组，也呈显著差异。与施肥处理相比休闲地土壤水稳性团聚体含量最高且团聚体破坏率
最低 ，而对照团聚体水稳性最低(40．43％)，相应的团聚体破坏率最高(59．57％)。因此长期施用有机肥有利
于土壤团聚体含量和质量的改善，对维持土壤结构稳定和培肥具有重要意义。
表 3 黑土团聚体组成的变化
Tab．3 Composition of aggregates in black soil
团聚体破坏率：三 旦王 竺二 尝 ×10％，团聚体水稳性：三 10％。 >O
．25ram风干团聚体 。。。一 风干团聚体总量 。
表 4 黑土微团聚体组成的变化
Tab．4 Composition of-micro-aggregates in black soil
微团聚体是构成土壤结构的基本颗
粒单位，对土壤理化性质具有多方面的影
响，并可作为评价土壤肥力水平的综合指
标 。由表 4可知长期施用化肥或有
机肥显著影响黑土微团聚体的组成，且均
对 0．25～0．05mm、0．05～ 0．02mm 和
<0．002mm 3个粒级的影响差异极显著，
施用有机肥 可增加 0．05～0．02mm 和
0．02～0．002mm 2个粒级微团聚体含量，
而相应降低<0．002mm 微团聚体含量 ，
尤其以休闲地最突出，证明长期施用有机
肥可增强微团聚体间的黏结能力，有利于
形成 0．05～0．02mm大粒级微团聚体，而
大粒级微团聚体是土壤供肥及通气透水
的基础。表 5表明 B组处理对 <0．002
mm和 0．02～0．002mm小粒级微团聚体
结构系数影响极显著 ，t值分别为 45．71和 49．61。而对 >0．02mm大粒级微团聚体结构系数无甚影响，其
变异系数仅 3．80。不同施肥处理表现为<0．002mm结构系数 B组 >A组，0．02～0．002mm结构系数 B组
数。>0．02mm大粒级微团聚体保持率差异显著，呈 B组小，其变异系数仅 7．45，证明微团聚体结构系数和保持率的分异是因施用有机肥所致，长期施用有机肥可促
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 4期 王铁宇等 ：长期定位监测黑土结构质量指标的分异研究 141
进<0．002ram小粒级微团聚体的团聚，
形成大量具有稳定性的“粘团”，但同时降
低>0．02mm大粒级微团聚体保持率，增
加其碎裂效应。
2．4 黑土中有机与无机复合体组成的变化
研究表明有机与无机复合体是形成
土壤良好结构的重要机理，是稳定团聚体
和土壤肥力形成 的重要机制与物质基
础 J。本研 究选择 对照 、Ⅲ、Ⅳ、Ⅶ和 Ⅷ5
个典型处理，采用丘林改进的胶散分组法
分离出水分散型(Go)、钙型(G．)和铁铝
型(G2)3种有机与无机复合体。图 2表
明不同施肥处理对黑土 G。、G．、G 3种组
分复合体影响不显著，且各处理均表现为
G，>Gn>G ，游离复合体所 占比例较大，
铁铝氧化物胶结的惰性凝胶含量较少，而
以钙镁离子胶结为主的活性凝胶占据复
表 5 黑土微团聚体结构系数及保持率的变化
Tab．5 Structure coeficient and holding percentage of micro—aggregates in black soil
*微团聚体结构系数=(·一 )堋。％；>o．oz一
合体大部分。 各施肥处理间 Go组呈随 微团聚体保持率：(A—B)／B×100％
，式中 A．B分别为微团聚体分析中>0．02tTlm
机分布，休闲地 比例最大 ，说明开垦后水 粒级含量和机械分析中>0．02ram粒级含量。
分散型复合体有所降低。有机肥配施化肥处理与单施化肥相比，G。和G2组 比例略有增高但差异不明显 。
休闲地在 G，组含量最低而 G 组含量最高，说明未开垦土壤中铁铝胶 。
结作用更明显，但开垦后促进铁铝的老化，铁铝型复合体相应有所减
少，钙型复合体则相应有所增多，且长期施有机肥处理土壤中钙型和铁 蛮
铝型复合体含量均高于未施有机肥处理。 著40
J
3 小 结 20
长期施用有机肥有利于土壤团聚体含量和质量的改善，可增加 0
0．05～0．02mm和 0．02～0．002mm 2个粒级微团聚体含量及>0．25mm
粒级团聚体水稳性 ，并一定程度促进小粒级微团聚体的团聚，同时降低
大粒级微团聚体稳定性；单施 N肥土壤容重最大，对照处理土壤结构 剧
已明显老化且团聚体水稳性降低，而休闲地团聚体水稳性明显较高，表
明有机质在土壤结构的形成和保持过程中起决定性作用。
参 考 文 献
CK Ill IV Vll Ⅷ
处 理
黑土中有机与无机复合体组成的变化
‰ D0 t of 0rgan~mineral complexes in black soil
1 严昶升主编．土壤肥力研究方法．北京：中国农业出版社．1988
2 熊 毅等编著．土壤胶体研究法(一、二册) 北京：科学出版社，1985
3 陈恩风编著．土壤肥力物质基础及其调控 北京：科学出版社，1990
4 王建国等．黑土农田养分供应能力和变化 土壤学报，1997，34(3)：258～262
5 孙 波，张姚林等．我国中亚热带缓丘区红粘土红壤肥力的演化 I 物理学肥力的演化．土壤学报，1999，36(1)：35-47
6 姚贤良等主编 土壤物理学 北京：中国农业出版社，1986
7 李映强译 ．有机无机复合体与土壤团聚作用和结构的关系．农业科技情报，1991(1)：37～40
8 Kay B．D．Rate of change of soil structure under different cropping systems．Adv．Soil Sci
， 1990，12：1～52
9 Chatlerjee P．K．Studies on aggregates formation with reference to cementing substances So il Sci and Plant Nat ，1970．16：231～233
10 EdwardsA P．，Bremer J M．Microaggregate in soil J．Soil Sci ，1967，33：141～163
维普资讯 http://www.cqvip.com