全 文 ：植物营养与肥料学报 ２０１６，２２（３）：６５０－６５８ ｄｏｉ牶１０１１６７４／ｚｗｙｆ．１５１２８
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｈｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｌａｎｔｎｕｔｒｉｆｅｒｔ．ｏｒｇ
收稿日期：２０１５－０３－１１　　　接受日期：２０１５－０７－１５
基金项目：国家８６３计划项目（２０１３ＡＡ１０２９０４）；黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室主任基金（Ｋ３１８００９９０２－１４２７）；“１１１”项目
（Ｂ１２００７）资助。
作者简介：丁奠元（１９８９—），男，山东潍坊人，博士研究生，主要从事水土资源高效利用研究。Ｅｍａｉｌ：ｄｉｎｇ＠ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者 Ｅｍａｉｌ：ｎｅｒｃｗｓｉ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ
氨化秸秆还田对土壤孔隙结构的影响
丁奠元１，２，冯 浩１，２，３，赵 英２，４，杜 璇１，２
（１西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌 ７１２１００；２西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，陕西杨凌
７１２１００；３中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌 ７１２１００；４西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 ７１２１００）
摘要：【目的】土壤孔隙性质是土壤结构性的反映，直接影响着土壤的肥力和水分有效性。定量研究氨化秸秆还田
对土壤不同大小等级孔隙数量和孔隙分布的影响，可以为土壤培肥提供科学依据。【方法】采用室内试验方法，设
置氨化秸秆加入量为土壤总质量的 ０（ＣＫ）、０３８４％（Ｓ１）、０５７５％（Ｓ２）、０７６７％（Ｓ３）４个处理，室内培养。在培
养０、６０、１２０和１８０ｄ，取样测定土壤水分特征曲线（ＳＷＲＣ）数据，利用双指数土壤水分特征曲线模型（ＤＥ模型，
Ｄｏｕｂｌｅｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｗａｔｅｒｒｅｔｅｎｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ），分析氨化秸秆对土壤剩余孔隙、基质孔隙和结构孔隙的影响；基于 ＤＥ
模型的微分函数，探究不同氨化秸秆处理对土壤孔隙分布的影响。【结果】不同处理的土壤水分特征曲线ＳＷＲＣ实
测值和ＤＥ模型模拟值之间的均方根误差介于０００３６和０００４１ｃｍ３／ｃｍ３之间，Ｒ２介于０９９８和０９９９之间，土壤
含水量模拟值和实测值非常接近１∶１，表明ＤＥ模型可以准确反映添加氨化秸秆后土壤含水量随吸力的变化规律，
较准确地估算土壤不同大小等级孔隙数量变化。培养１２０ｄ内，氨化秸秆对土壤剩余孔隙、基质孔隙和结构孔隙影
响不显著；培养１８０ｄ时，各处理土壤结构孔隙度表现出随着氨化秸秆添加量的增加而增加的趋势；此时Ｓ３对土
壤剩余孔隙影响不显著，显著减小了土壤的基质孔隙度（Ｐ＜００５），极显著地增加了土壤的结构孔隙度（Ｐ ＜
００１）。在孔隙分布中，氨化秸秆促进了土壤已有孔隙向较大孔隙的发育，显著增加了土壤结构孔隙分布数量；随
着氨化秸秆添加量的增加，土壤结构孔隙的分布数量越大，且峰值出现的越早。氨化秸秆增加了土壤中有机质含
量；土壤结构孔隙和总孔隙均与有机质含量呈显著的正相关关系（Ｐ＜００５）；有机质可以黏结团聚土壤的矿物颗
粒，有效地促进了土壤结构孔隙的发育；氨化秸秆对土壤孔隙的影响随着时间的进行越来越明显。【结论】氨化秸
秆增加了土壤中有机质含量，促进了土壤孔隙结构的发育，增加了土壤的结构孔隙度和总孔隙度，这对改良和培肥
土壤、改善土壤耕性具有重要意义。
关键词：氨化秸秆；土壤孔隙；土壤孔隙分布；结构孔隙；基质孔隙
中图分类号：Ｓ１４３；Ｓ１５４３６；Ｓ５１１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００８－５０５Ｘ（２０１６）０３－０６５０－０９
Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇｏｎｓｏｉｌｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ＤＩＮＧＤｉａｎｙｕａｎ１，２，ＦＥＮＧＨａｏ１，２，３，ＺＨＡＯＹｉｎｇ２，４，ＤＵＸｕａｎ１，２
（１ＣｏｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，
Ｃｈｉｎａ；２ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＳａｖｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｉｎＡｒｉｄＡｒｅａｓｏｆＣｈｉｎａ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＦｏｒｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ
７１２１００，Ｃｈｉｎａ；３ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒａｎｄＳｏｉｌＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，
Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ；４ＣｏｌｅｇｅｏｆＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，
Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ】Ｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｓｏｉｌｐｏｒｅｓｒｅｆｌｅｃｔｓｔｈｅａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｏｓｏｉｌｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｏｉｌｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｓｏｉｌｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｒｅｔｅｎｔｉｏｎ
ｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｗａｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｅｆｅｃｔｓｏｆａｄｄｉｔｉｏｎｏｆａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｏｎｓｏｉｌｐｏｒｅ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｓｏｉｌｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｙｓｏｉｌｔｏｔａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｒｅｓｉｄｕａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｍａｔｒｉｘｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ｐｏｒｏｓｉｔｙｒｅｌａｔｉｖｅｔｏａｍｏｕｎｔｓｏｆａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗａｄｄｉｔｉｏｎ．【Ｍｅｔｈｏｄｓ】Ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄａｎｄｔｈｅ
３期　　　 丁奠元，等：氨化秸秆还田对土壤孔隙结构的影响
ａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｗａｓａｄｄｅｄｉｎｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓｔｏｔｈｅｓｏｉｌｗｅｉｇｈｔ０％ （ＣＫ），０３８４％ （Ｓ１），０５７５％ （Ｓ２）ａｎｄ
０７６７％ （Ｓ３））．Ｉｎ０，６０，１２０ａｎｄ１８０ｄｏｆｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｓｏｉｌｗａｔｅｒｒｅｔｅｎｔｉｏｎ
ｃｕｒｖｅ（ＳＷＲＣ）ｗｅｒｅｓｅｔｕｐ．ＢａｓｅｄｏｎＳＷＲＣ，ｔｈｅｄｏｕｂｌｅｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｗａｔｅｒｒｅｔｅｎｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ（ＤＥｍｏｄｅｌ）ｗａｓ
ｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｓｏｉｌｒｅｓｉｄｕａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｍａｔｒｉｘｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｗｉｔｈｗｈｉｃｈｔｏｅｖａｌｕａｔｅｅｆｅｃｔｓｏｆ
ａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｏｎｖａｒｉｏｕｓｇｒａｄｅｓｏｆｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤＥｍｏｄｅｌｗａｓ
ｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｐｏｒｅｓ．【Ｒｅｓｕｌｔｓ】Ｔｈｅｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｅｒｏｒｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄ
ｅｓｔｉｍａｔｅｄＳＷＲＣｓｖａｒｙｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎ０００３６ａｎｄ０００４１ｃｍ３／ｃｍ３，ｔｈｅｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎＲ２ｖａｒｙ
ｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎ０９９８ａｎｄ０９９９，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｅｓｔｉｍａｔｅｄｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＳＷＲＣａｒｅｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅ
ｌｉｎｅｏｆ１∶１，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅＤＥｍｏｄｅｌｉｓｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈｔｏｂｅｕｓｅｄｔｏｆｉｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄＳＷＲＣｓｏｆｓｏｉｌｓｍｉｘｅｄ
ｗｉｔｈａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗａｎｄｔｏｅｆｉｃｉｅｎｔｌｙｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅ．Ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｔｅｄ
ｓｔｒａｗｈａｓｌｅｓｓｅｆｅｃｔｏｎｔｈｅｓｏｉｌｒｅｓｉｄｕａｌ，ｍａｔｒｉｘａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓｗｉｔｈｉｎ１２０ｄ．Ｏｎｔｈｅ１８０ｄ，ｔｈｅｓｏｉｌ
ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅＳ３ｔｒｅａｔｍｅｎｔｈａｓｌｅｓｓ
ｅｆｅｃｔｏｎｔｈｅｓｏｉｌｒｅｓｉｄｕａｌｐｏｒｅ，ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｏｉｌｍａｔｒｉｘｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓ（Ｐ＜００５）ａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓ（Ｐ＜００１）．Ａｌｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｉｔｈａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅ
ｒａｎｇｅｓａｎｄｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＣＫｏｎｔｈｅ１８０ｄ．Ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｅｓｉｓ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｉｎｔｈｅｓｏｉｌｐｏｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｐｅａｋｖａｌｕｅｏｆｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ｐｏｒｅｓｉｎｔｈｅｓｏｉｌｐｏｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｍｏｖｅｄｆｏｒｗａｒｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗ．Ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｐｒｏｍｏｔｅｓｓｏｉｌｐｏｒｅｓｔｅｎｄｉｎｇｔｏｂｉｇｇｅｒｏｎｅｓ，ａｎｄｔｈｅｅｆｅｃｔｃｏｕｌｄｂｅｅｎｈａｎｃｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅ
ａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｉｓａ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄａｓｗｅｌａｓ
ｔｈｅｓｏｉｌｔｏｔａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｒｅｓｉｄｕａｌｏｒｍａｔｒｉｘ
ｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓａｒｅｕｎｃｌｅａｒ．Ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｐｒｏｍｏｔｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｏｉｌ
ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｔｈａｔｃｏｕｌｄｂｏｎｄａｎｄａｇｇｒｅｇａｔｅｓｏｉｌｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｏｉｌｔｏｔａｌ
ｐｏｒｏｓｉｔｙｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｅｆｅｃｔｂｅｃｏｍｅｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｗｉｔｈｔｈｅｔｉｍｅ．
【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ】Ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｃｏｕｌｄｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｏｉｌ
ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｔｏｔａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓｏｉｌｆｅｒｔｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｉｌｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗ；ｓｏｉｌｐｏｒｅ；ｓｏｉｌｐｏｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｅ；ｓｏｉｌｍａｔｒｉｘｐｏｒｅ
农作物秸秆是农业生产中的主要废弃物之一，
资源丰富，含有丰富的氮、磷、钾和微量元素成分。
秸秆直接还田有利于提高土壤肥力［１－２］，改善土壤
理化性状［３－５］，提高作物产量［６－７］。但是直接还田的
秸秆分解缓慢，其肥效发挥作用也慢，容易诱发病虫
害，并且产生与作物争氮的问题［８－９］。秸秆氨化技
术可以有效地降低秸秆的 Ｃ／Ｎ，降低秸秆中的纤维
素和半纤维素含量［１０］，加快秸秆的腐解速度［１１－１２］，
是一种能够充分发挥秸秆改良土壤结构与土壤水分
性状的综合措施［１３］。对于氨化秸秆还田，前人的研
究多集中在氨化秸秆处理对土壤的水力学特
性［１３－１４］、养分保持特性［１５］、团聚体特性［１６－１７］以及农
田土壤水分变化特征［１８］的影响上，对于氨化秸秆如
何影响土壤孔隙结构、改变土壤的孔隙分布的研究
鲜有报道。然而土壤孔隙性质作为土壤其它性质的
基础，反映了土壤结构性，直接影响了土壤的肥力和
水分状况［１９］。鉴于以上研究现状，为了深入研究氨
化秸秆对土壤孔隙性质影响，笔者通过室内试验，基
于双指数土壤水分特征曲线模型［２０］（ＤＥ，ｔｈｅ
ｄｏｕｂｌｅｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｗａｔｅｒｒｅｔｅｎｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ），探究不
同用量氨化秸秆在不同培养时间内对土壤孔隙结构
及其分布的影响，以期为氨化秸秆改良农田土壤孔
隙性质提供理论依据。
１　材料与方法
１１　试验材料
试验在西北农林科技大学中国旱区节水农业研
究院进行，供试土壤源自陕西三原西张示范田２０—
４０ｃｍ土层土壤，平均容重为１３０ｇ／ｃｍ３，风干碾碎
后，过２ｍｍ筛备用。土壤中有机质为２５９ｇ／ｋｇ、碱
１５６
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２２卷
解氮９２７ｍｇ／ｋｇ、有效磷（Ｐ２Ｏ５）５９９ｍｇ／ｋｇ、速效
钾（Ｋ２Ｏ）５２３９ｍｇ／ｋｇ，供试土壤属于高等肥力觩
土，质地为粉砂壤土，其中砂粒（２ ００５ｍｍ）
７４７％、粉粒（００５ ０００２ｍｍ）８５９７％、黏粒（＜
０００２ｍｍ）６５６％。
本试验以前茬小麦秸秆为主要原料（小麦秸秆
的Ｃ／Ｎ为８５０６），首先将秸秆粉碎成粉末，为保证
材料的一致性，将粉末状秸秆过 １ｍｍ筛备用；将
５％的尿素溶液均匀喷洒在秸秆上，搅拌均匀后，放
入密闭容器内，将密闭容器放入恒温人工气候箱内，
温度控制在４０℃ ±２℃，培养４８ｈ后取出，进行试
验，此时氨化后秸秆的Ｃ／Ｎ为３５６。
１２　试验设计与测定项目
试验设置４个处理，其中以不添加氨化秸秆为
对照处理（ＣＫ），其余氨化秸秆处理分别为秸秆还田
总量的 ５０％（Ｓ１）、７５％（Ｓ２）、１００％ （Ｓ３），即各处
理加入氨化秸秆量（湿重）分别占土壤总质量的
０％、０３８４％、０５７５％、０７６７％。
装土容器采用直径 １０ｃｍ、高 ３５ｃｍ的 ＰＶＣ
管，装土高度为３０ｃｍ。为保证各处理土壤与氨化
秸秆充分完全混合，每 ６ｃｍ为一层计算土壤质量
（共５层），每层土壤分别与对应质量的氨化秸秆充
分搅拌混合，分层填装到ＰＶＣ管中。通过捣锤控制
土壤的紧实度，控制其容重为１３ｇ／ｃｍ３。装土之前
ＰＶＣ管底部用细纱布封闭，管内均匀涂抹薄层凡士
林，管底部放一层滤纸，并且每次装土前必须保证下
层土壤表面打毛。
各处理土柱吸水至饱和后，放入恒温人工气候
箱里进行培养（气候箱底座放有塑料薄膜，防止土
柱水分流出）。为了模拟夏玉米季节的高温多雨的
生长环境，培养箱温度设置为３５℃ ±２℃，相对湿度
为７０％。
培养过程中依据ＣＫ处理的含水量变化控制灌
水，每天定时对ＣＫ处理土柱称重，当其含水量低于
８０％田间持水量（０ ６０ｄ为２８８％，６０ １２０ｄ为
２０８％，１２０ １８０ｄ为１７４％），对所有土柱进行灌
水，将土柱吸水饱和后继续放入恒温人工气候箱里
继续进行培养。每个处理设１２个重复，共４８个土
柱，试验历时６个月。
在培养０、６０、１２０和１８０ｄ时，每个处理分别取
出３个土柱，用环刀法从土柱取土（取土深度５ １０
ｃｍ），用离心机（ＨＩＴＡＣＨＩｈｉｍａｃＣＲ２１ＧＩ）测定土壤
水分特征曲线（２０、３０、５０、１００、３００、５００、７００、１０００、
１２００和１５００ｋＰａ）；与此同时，测定土壤容重，并利
用土壤密度推求土壤总孔隙度。
１３　数据分析方法
根据土壤孔隙的性质和大小，土壤孔隙从小到
大依次可以分为剩余孔隙（ｒｅｓｉｄｕａｌｐｏｒｅ）、基质孔隙
（ｍａｔｒｉｘｐｏｒｅ），结构孔隙（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｏｒｅ）和大孔隙
（ｍａｃｒｏｐｏｒｅ）［２０－２１］。剩余孔隙为土壤中极微小的孔
隙，基质孔隙为土壤矿物颗粒之间的孔隙，结构孔隙
为土壤微、小团聚之间的孔隙［２０］。根据以上孔隙分
类，Ｄｅｘｔｅｒ等［２０］提出双指数土壤水分特征曲线模型
（ＤＥ模型），表达式如下：
θ＝Ｃ＋Ａ１ｅ－
ｈ
ｈ( )１ ＋Ａ２ｅ－
ｈ
ｈ( )２ （１）
式中，θ为土壤体积含水量（ｃｍ３／ｃｍ３）；Ｃ、Ａ１和 Ａ２
分别表示土壤的剩余孔隙度（％）、基质孔隙度（％）
和结构孔隙度（％，此处包括大孔隙）；ｈ１和 ｈ２分
别为Ａ１和Ａ２排空水时对应的土壤吸力（ｈＰａ）；ｅ为
自然常数。ＤＥ模型作为一个能够反映土壤不同等
级孔隙数量的土壤水分特征曲线（ＳＷＲＣ）模型，已
经得到较广泛的应用研究［２２－２４］。
假设土壤在失水过程是从大孔隙到小孔隙依次
进行，且在土壤中水的接触角为０°。孔隙的吸力 ｈ
（ｈＰａ）和孔隙半径ｒ（ｃｍ）存在以下关系［２５－２６］：
ｒ＝０１４９ｈ （２）
式（２）表明，土壤孔隙的半径跟吸力成反比例关系，
即较小吸力对应土壤较大孔隙，较大吸力对应土壤
较小孔隙。ＳＷＲＣ的微分函数与土壤的孔隙分布密
切相关［２７］，ＳＷＲＣ可以表示土壤孔隙数量的累积量
与土壤孔隙吸力之间的关系。根据这种关系，
ＳＷＲＣ的微分函数就可以表示土壤孔隙数量分布与
土壤孔隙吸力之间的关系。通过式（２）换算，ＳＷＲＣ
的微分函数可以反应土壤不同大小孔隙的数量分布
情况。
ＤＥ模型的微分函数为：
　 ｄθｄｌｏｇ( )ｈ
＝－
Ａ１
ｈ１
ｅ－
ｈ
ｈ( )１ｈｌｎ１０－Ａ２ｈ２
ｅ－
ｈ
ｈ( )２ｈｌｎ１０ （３）
通过单峰或者双峰曲线，ＤＥ模型的微分函数
可以较好反应土壤孔隙分布的变化特征［２０］。本研
究 基 于 Ｏｒｉｇｉｎ ８０（ＯｒｉｇｉｎＬａｂ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，
Ｎｏｒｔｈａｍｐｔｏｎ，ＭＡ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）利用ＤＥ模型对实测的
不同氨化秸秆处理的 ＳＷＲＣ进行拟合，验证 ＤＥ模
型对土壤ＳＷＲＣ模拟效果；并在此基础上估算、对
比氨化秸秆对土壤剩余孔隙度、基质孔隙度和结构
孔隙度的影响；将ＤＥ模型的参数代入式（３）中，探
究不同氨化秸秆处理对土壤孔隙分布的影响。
２５６
３期　　　 丁奠元，等：氨化秸秆还田对土壤孔隙结构的影响
试验中采用Ｅｘｃｅｌ２０１０、ＳＰＳＳ１５０和ＳｉｇｍａＰｌｏｔ
１００分别对数据进行处理、分析和作图。
２　结果与分析
２１　ＤＥ模型的验证
前人对ＤＥ模型ＳＷＲＣ的模拟效果已经进行了
大量的验证［２２－２４］，土壤施加氨化秸秆后，ＤＥ模型依
然能够较好地模拟土壤 ＳＷＲＣ（图１），不同处理的
ＳＷＲＣ的实测值和 ＤＥ模型模拟值之间的均方根误
差介于 ０００３６和 ０００４１ｃｍ３／ｃｍ３之间，Ｒ２介于
０９９８和０９９９之间，土壤含水量的模拟值和实测
值非常接近１∶１的线（图２），这表明 ＤＥ模型不仅
可以准确地反映添加氨化秸秆后土壤含水量随吸力
的变化规律，还可以较准确地估算土壤不同大小等
级孔隙数量变化。
图１　培养１８０天加入秸秆量为０７６７％的土壤水分
特征曲线实测值与模拟值比较曲线
Ｆｉｇ．１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｅｓｔｉｍａｔｅｄ
ｓｏｉｌｗａｔｅｒｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓａｆｔｅｒ１８０ｄｉｎｃｕｂａｔｉｏｎａｎｄｓｔｒａｗ
ａｄｄｉｔｉｏｎｏｆ０７６７％
２２　氨化秸秆对土壤不同大小等级孔隙数量的
影响
土壤的剩余孔隙在培养开始（０ｄ）时，各处理差
异很小（图３ａ），Ｓ２和Ｓ３处理的剩余孔隙度略大于
ＣＫ和Ｓ１处理；培养６０ｄ时，与培养０ｄ相比，各处
理剩余孔隙度均增大，其中 ＣＫ达到显著性差异（Ｐ
＜００５），此时Ｓ１的值最小，其它处理相差很小；培
养１２０ｄ的剩余孔隙度和培养６０ｄ的相差不大，剩
余孔隙度总体上表现出随着氨化秸秆添加量的增多
而减小的趋势；培养１８０ｄ时，与培养 １２０ｄ时相
比，ＣＫ处理的剩余孔隙变化不大，而Ｓ１、Ｓ２和Ｓ３处
理的剩余孔隙度均减小，剩余孔隙度更明显地表现
出随着氨化秸秆添加量的增多而减小的趋势。土壤
剩余孔隙在不同培养时间内、不同处理之间均没有
图２　土壤含水量实测值与模拟值对比
Ｆｉｇ．２　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄ
ｍｅａｓｕｒｅｄｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｓ
达到显著性差异。
土壤的基质孔隙在培养０ｄ时，各处理之间差
异很小（图３ｂ），Ｓ３处理的值略大于其它处理；培
养６０ｄ时，与培养０ｄ时相比，各处理的基质孔隙度
均显著性增加（Ｐ＜００５），处理之间差异不明显；
培养１２０ｄ的基质孔隙度和培养６０ｄ时的差异很
小，处理之间差异也不显著；培养１８０ｄ时，与培养
１２０ｄ时相比，ＣＫ和 Ｓ２基质孔隙度变化不大，而Ｓ１
和Ｓ３的基质孔隙度均减小，其中 Ｓ３达到了显著性
差异（Ｐ＜００５）；此时，与 ＣＫ相比，Ｓ３的基质孔隙
度显著减小（Ｐ＜００５）。
土壤的结构孔隙在培养０ｄ时，各处理之间差
异不显著（图３ｃ），Ｓ３处理的值较其它略小；培养
６０ｄ时，与培养０ｄ相比，各处理的结构孔隙度均极
显著地减小（Ｐ＜００１），与ＣＫ相比，Ｓ１、Ｓ２和Ｓ３结
构孔隙度均较大，其中，Ｓ１达到了显著性差异（Ｐ＜
００５）；培养１２０ｄ时，各处理之间土壤结构孔隙度
差异不显著，其中Ｓ３结构孔隙较大；培养１８０ｄ时，
与培养１２０ｄ时相比，ＣＫ、Ｓ１和Ｓ２的土壤结构孔隙
度均显著性减小（Ｐ＜００５），Ｓ３的变化不大；各处
理结构孔隙度表现出随着氨化秸秆添加量的增加而
增加的趋势，其中，Ｓ３同其它处理相比，极显著地增
加了土壤的结构孔隙度（Ｐ＜００１）。
土壤总孔隙在培养０ｄ时，Ｓ２和 Ｓ３略大于 ＣＫ
和Ｓ１（图３ｄ）；培养６０ｄ时，与培养０ｄ相比，各处
理土壤总孔隙度均极显著减小（Ｐ＜００１），其中 Ｓ１
和Ｓ２的总孔隙度大于ＣＫ和 Ｓ３；培养１２０ｄ时，与
培养６０ｄ时相比，Ｓ１和Ｓ２的总孔隙度略为减小，而
ＣＫ和 Ｓ３的总孔隙度显著增大（Ｐ＜００５）；培养
１８０ｄ时，与培养１２０ｄ时相比，各处理的总孔隙度
３５６
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２２卷
图３　不同大小等级土壤孔隙随培养时间的变化
Ｆｉｇ．３　Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓｏｆｓｏｉｌｐｏｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
［注（Ｎｏｔｅ）：柱上不同小写字母表示同一时间不同处理在５％水平上差异显著
Ｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｔｓｍａｌｌｅｔｅｒｓａｂｏｖｅｔｈｅｂａｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓａｍｏｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅｓａｍｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｃｕｂａｔｉｏｎａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌ．］
显著减少（Ｐ＜００５），此时与ＣＫ相比，Ｓ１的总孔隙
度略小，Ｓ２和 Ｓ３的总孔隙度较大。土壤总孔隙度
在不同处理之间均没有达到显著性差异。
２３　氨化秸秆对土壤孔隙分布影响
氨化秸秆各处理的土壤孔隙分布在不同培养时
期均呈现明显双峰变化（图４）。对于 ＤＥ模型微分
函数的双峰曲线，由式（１）和（３）可以得出，第一个
峰的范围表示土壤结构孔隙的分布，第二个峰的范
围表示土壤基质孔隙的分布，峰值（最大值）出现的
位置表示土壤孔隙分布的集中位置，处理峰值出现
越早（ｈ越小），说明此处理土壤孔隙分布越偏向大
孔隙。
在培养０ｄ时（图４ａ），各处理间土壤结构孔隙
和基质孔隙分布没有显著差异，此时氨化秸秆处理
对土壤孔隙分布影响不大。培养６０ｄ时（图４ｂ），
对于土壤结构孔隙（第一个峰的范围内），Ｓ１处理的
孔隙分布数量最多，分布范围最大，其次是Ｓ２处理；
峰值出现的位置（ｈ的大小）为Ｓ２＜ＣＫ＜Ｓ１＜Ｓ３；
对于土壤基质孔隙（第二个峰的范围内），各处理孔
隙数量差别不大，ＣＫ和 Ｓ２峰值出现较早，Ｓ１和 Ｓ３
峰值推迟出现。
培养１２０ｄ时（图４ｃ），对于土壤结构孔隙，Ｓ３
孔隙分布数量和分布范围显著地大于其它处理，但
相对于ＣＫ处理，Ｓ１、Ｓ２和 Ｓ３孔隙分布的峰值均推
迟出现；对于土壤基质孔隙，各处理孔隙数量差别
不大，ＣＫ处理的峰值较早出现，氨化秸秆处理峰值
推迟出现。在培养１８０ｄ时（图４ｄ），对于土壤结构
孔隙，氨化秸秆处理的孔隙分布数量和分布范围均
大于ＣＫ处理，随着氨化秸秆添加量的增加，孔隙的
分布数量越大，且峰值出现的越早；对于土壤基质
孔隙，ＣＫ处理的孔隙分布数量均大于氨化秸秆处
理，此时Ｓ３处理孔隙分布数量最少，但此时氨化秸
秆处理峰值均早于 ＣＫ处理出现，峰值出现的位置
为Ｓ３＜Ｓ１＜Ｓ２＜ＣＫ。结果表明培养１８０ｄ时，相
比ＣＫ处理，氨化秸秆处理促进了土壤孔隙向较大
孔隙发育，氨化秸秆的添加量越多，这种作用越
明显。
３　讨论
土壤中施加氨化秸秆以后，ＤＥ模型依然能够
较好的模拟其土壤水分特征曲线，表明 ＤＥ模型对
添加土壤改良剂的土壤具有良好的适用性。与此同
时，ＤＥ模型也较好的反映了氨化秸秆对不同等级
土壤孔隙数量和分布的影响，因此，ＤＥ模型可以作
４５６
３期　　　 丁奠元，等：氨化秸秆还田对土壤孔隙结构的影响
图４　不同氨化秸秆处理土壤孔隙分布随培养时间的变化
Ｆｉｇ．４　Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｏｉｌｐｏｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｉｆｅｒｅｎｔａｍｍｏｎｉａｔｅｄｓｔｒａｗｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｉｔｈｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
为一个有效估算和评价土壤孔隙结构的工具。
从０ｄ到６０ｄ内，各处理在经过交替性膨胀、收
缩、团聚后，土壤的剩余孔隙和基质孔隙均增大，土
壤的结构孔隙明显减小，原因可能是培养过程中有
机质迅速矿化，较高的含水量使得表层土壤对下层
土壤存在一定的压实作用，这种压实作用在土壤培
养初期（６０ｄ以内）作用较明显，增大了土壤的剩余
孔隙和基质孔隙，减小了土壤结构孔隙。这与
Ｄｅｘｔｅｒ［２０］等的研究结论一致，土壤的压实作用主要
减小的是土壤的结构孔隙。随着试验的进行（６０ｄ
以后），土壤的有机质继续矿化，压实作用逐渐减
小，而氨化秸秆的作用逐渐加强，使得土壤剩余孔隙
和基质孔隙相对ＣＫ处理减小（图３ａ和ｂ），而结构
孔隙明显增加（图３ｃ）。
土壤孔隙分布影响着土壤中水、肥、气、热等肥
力因素的变化与供应状况，是农业生产上是非常重
要的土壤物理属性指标［１９］。培养１８０ｄ时，氨化秸
秆对土壤孔隙分布的影响非常明显，不仅使得土壤
的结构孔隙数量增多，还使得结构孔隙和基质孔隙
峰值显著提前。这表明氨化秸秆施入土壤中，整体
上促进了土壤孔隙结构的发育，使得已有土壤孔隙
向更大孔隙发展。
大量研究表明，秸秆还田可以有效地增加土壤
中的有机质含量［５，２８］，并且促进土壤中微生物的生
长［２９］。土壤孔隙度跟土壤的紧实度密切相关，
Ｓｏａｎｅ［３０］总结土壤中有机质对土壤紧实度的影响得
出，土壤有机质存在长链分子，这种分子能够有效地
束缚和黏结矿物颗粒，促进土壤团聚结构的形成和
发育；同时，土壤有机质有效地促进了土壤微生物
的生长，微生物的菌丝可以有效的黏结土壤的矿物
颗粒，促进新的土壤结构的形成，影响土壤的紧实
度。在土壤有机质和微生物的共同作用下，氨化秸
秆加强了土壤颗粒团聚作用，加快了土壤孔隙结构
的形成，促进了土壤已有孔隙向更大孔隙发育。
为了进一步分析氨化秸秆对土壤孔隙的影响，
本研究分析了土壤剩余孔隙度、基质孔隙度、结构孔
隙度和总孔隙度随土壤有机质的变化情况（图５）。
通过分析发现，土壤的剩余孔隙和基质孔隙与有机
质含量没有显著相关关系（图５ａ和 ｂ），而土壤结
构孔隙和总孔隙均与有机质含量呈显著的正相关关
系（图５ｃ和ｄ，Ｐ＜００５）。由此可以推测，氨化秸
秆施入土壤中以后，增加了土壤中有机质含量，增加
了微生物的数量和活性，加强了土壤的矿物颗粒之
间的黏结和团聚作用，有效地促进了土壤团聚结
构［１６－１７］和孔隙结构发育，通过增加土壤的结构孔
隙，进而增加了土壤的总孔隙。
　　Ｋｕｔｉｌｅｋ［２１］指出结构孔隙中的水分运动形式为
优先流（ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｆｌｏｗ），根据毛管孔隙和非毛管
５５６
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２２卷
图５　培养时间内不同等级土壤孔隙随土壤有机质含量的变化
Ｆｉｇ．５　Ｃｈａｎｇｅｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓｏｆｓｏｉｌｐｏｒｅｓｗｉｔｈｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｄｕｒｉｎｇｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
孔隙的定义，结构孔隙属于土壤非毛管孔隙。本研
究中土壤施入氨化秸秆，极显著地增加了土壤的结
构孔隙，促进了土壤非毛管孔隙的发育，这与李凤博
等［３１］研究结果一致。土壤非毛管孔隙的增加，有助
于提高土壤蓄水性能［３２］，增强土壤的通透性［３３］和
渗透性［３４］。因此土壤中施加氨化秸秆，对于增加土
壤水分的入渗量［１４］，调节土壤水分状况［１６］，补给作
物根层水分，促进作物根系生长［３５］具有重要意义。
本试验着重研究短期（１８０ｄ）内氨化秸秆对土
壤孔隙结构的影响，氨化秸秆对土壤其它物理化学
性质的影响（土壤的导水率、微生物生长和养分的
保持特性等），以及大田中氨化秸秆对土壤的改良
作用，还需要进一步研究。
４　结论
土壤中施加氨化秸秆，可以促进土壤孔隙的进
一步发育，整体上促进了土壤已有孔隙向更大孔隙
发展；通过增加土壤中有机质含量，黏结团聚土壤
的矿物颗粒，氨化秸秆有效地促进了土壤结构孔隙
的发育，进而增加了土壤的总孔隙度，同时氨化秸秆
对土壤孔隙的影响随着时间的进行越来越明显。因
此，氨化秸秆还田在改良和培肥土壤、改善土壤耕
性、提高农田土壤水分利用效率和提高旱地农业生
产潜力上具有重要的应用价值。
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ＷａｎｇＺＬ，ＦｅｎｇＨ，ＹｕＫ，ｅｔａｌ．Ｅｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｓｔｒａｗ
ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｎｆａｒｍｌａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｃｒｏｐｙｉｅｌｄｗｉｔｈｒｏｔａｔｉｏｎｏｆ
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［２０］　ＤｅｘｔｅｒＡ，Ｃｚｙ？Ｅ，ＲｉｃｈａｒｄＧ，ｅｔａｌ．Ａｕｓｅｒｆｒｉｅｎｄｌｙｗａｔｅｒ
ｒｅｔｅｎｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｔｈａｔｔａｋｅｓａｃｃｏｕｎｔｏｆｔｈｅｔｅｘｔｕｒａｌａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ｐｏｒｅｓｐａｃｅｓｉｎｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２００８，１４３（３－４）：２４３
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