全 文 ：第 50 卷 第 9 期
2 0 1 4 年 9 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 9
Sep．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140902
收稿日期: 2013 － 05 － 22; 修回日期: 2014 － 07 － 30。
基金项目: 国家自然科学基金项目(40901138) ; 四川省 2012 年度学术和技术带头人培养资金; 四川省科技厅项目(2010JY0083)资助。
* 李廷轩为通讯作者。
四川茶园土壤微团聚体组成及其分形特征*
王晟强 郑子成 李廷轩
(四川农业大学资源环境学院 成都 611130)
摘 要: 采用野外调查和室内分析相结合的方法，研究不同植茶年限茶园土壤微团聚体的组成及其分形特征。结
果表明: 茶园土壤微团聚体组成以 0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级为主，占微团聚体总量的 41. 95% ～ 55. 44%，0. 05 ～ 0. 01 mm
粒级次之，占 23. 54% ～ 25. 66%，＜ 0. 001 mm 粒级所占比例最小，为 5. 80% ～ 8. 71%，随植茶年限增加，
0. 25 ～ 0. 05 mm粒级土壤微团聚体含量显著升高，0. 05 ～ 0. 01 mm 和 0. 01 ～ 0. 005 mm 粒级含量变化不明显，而
0. 005 ～ 0. 001 mm和 ＜ 0. 001 mm 粒级含量则显著降低;随植茶年限增加，土壤微团聚体平均质量比表面积值、分形
维数值和土壤特征微团聚体组成比例( ＜ 0. 005 mm) /(0. 25 ～ 0. 05 mm)值均逐渐减小，而土壤微团聚体平均质量
直径值则逐渐增大; 不同植茶年限土壤微团聚体分形维数值和土壤特征微团聚体组成比例值均与土壤有机质含
量、全氮含量、碱解氮含量、全磷含量和有效磷含量极显著负相关。长期植茶可促进土壤较小粒级微团聚体向较大
粒级微团聚体转化，从而提高土壤微团聚体稳定性，土壤微团聚体分形维数值和土壤特征微团聚体组成比例值均
可作为定量化描述茶园土壤肥力状况的指标。
关键词: 植茶年限; 土壤微团聚体; 组成特征; 分形特征
中图分类号: S152. 4; S714. 8 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)09 － 0010 － 08
Composition and Fractal Features of Soil Micro-Aggregates in
Camellia sinensis Plantations ，Sichuan Province
Wang Shengqiang Zheng Zicheng Li Tingxuan
(College of Ｒesources and Environment，Sichuan Agricultural University Chengdu 611130)
Abstract: Through a field survey and laboratory analysis，the composition and fractal features of soil micro-aggregates in
different Camellia sinensis plantations with different ages were studied． Ｒesults showed that 0. 25 ～ 0. 05 mm fraction made
up the largest proportion and accounted for 41. 95% ～ 55. 44% of total micro-aggregates，followed by 0. 05 ～ 0. 01 mm
fraction that accounted for 23. 54% ～ 25. 66%，and ＜ 0. 001 mm fraction accounted for the smallest proportion of
5. 80% ～ 8. 71% ． The percentage of 0. 25 ～ 0. 05 mm fraction presented an increasing trend as the increase in tea
plantation age，however，the percentages of 0. 005 ～ 0. 001 mm and ＜ 0. 001 mm fractions showed an inverse trend．
Moreover，the values of mean weight soil surface area (MWSSA) and fractal dimension (D) of soil micro-aggregates and
compositional proportion of characteristic soil micro-aggregates PCM ( ＜ 0. 005 mm) /(0. 25 ～ 0. 05 mm) presented a
decreasing trend as the increase of tea plantation age，however，the value of mean weight diameter ( MWD ) of soil
micro-aggregates displayed an increasing trend． The values of soil micro-aggregates D and soil PCM had negative
correlation with contents of soil organic matter，total N and P and available N and P． Long-term tea planting was beneficial
to promoting transformation from smaller soil micro-aggregates to larger micro-aggregates，thereby improving soil micro-
aggregates stability． Thus，values of soil micro-aggregates D and soil PCM can be used as the quantitative evaluation
indicators of soil fertility in tea plantations．
Key words: tea plantation age; soil micro-aggregates; composition feature; fractal feature
土壤微团聚体是有机 －无机复合体经过多次聚
合而形成，以不同粒级微团聚体的形式组合在土体
内(Six et al．，2004)。不同粒级微团聚体在土壤养
分的保持、供应及转化等方面发挥着不同作用
第 9 期 王晟强等: 四川茶园土壤微团聚体组成及其分形特征
(Tisdall et al．，2012)，其组成比例影响土壤保水和
供水性能，是土壤水分和养分保贮和释供的关键，与
土壤肥力 水平 存 在 显 著 相 关 性 ( Mikha et al．，
2004)。陈恩凤等(1994)以 0. 01 mm 为界，龚伟等
(2007)以 0. 02 mm 为界划定特征微团聚体，用其组
成比例来数量化界定土壤肥力水平和培肥效果，但
由于缺乏大量观测数据，目前还难以对此作出定论。
土壤组成结构的复杂性及内外因素作用的差异性，
使土壤成为具有不规则形态和自相似性的多孔介
质，具有一定的分形特征(Denef et al．，2006)。土壤
分形维数能够表征土壤粒级的大小和质地组成的均
匀程度，是定量描述土壤结构特征的重要指标 (杨
培岭等，1993)。张昌顺等(2008)研究认为，土壤微
团聚体分形维数能够全面反映不同林地土壤理化性
质、酶活性及微生物数量的变化规律。龚伟等
(2011)研究发现，不同施肥处理下土壤微团聚体分
形维数与作物产量、土壤有机质含量、碱解氮含量和
土壤酶活性间相关性较好，可作为评价土壤肥力水
平的综合性定量指标。蒲玉琳等(2012)研究表明，
不同农作模式下的土壤微团聚体分形维数能够表征
土壤物理性质和抗蚀能力，可作为土壤抗蚀性评价
指标。目前，关于不同土地利用方式、施肥处理和农
作模式下的土壤微团聚体分形特征已有研究，但在
土壤熟化过程中土壤微团聚体分形维数的动态演变
特征还鲜见报道。
茶树属山茶科( Theaceae)山茶属 ( Camellia)，
为多年生常绿木本植物，是我国重要的经济作物之
一。统计 表 明， 2012 年 我 国 茶 园 面 积 达 238
万 hm2，且有逐年扩大的趋势。在茶园土壤生态系
统中，由于茶园的施肥管理、茶树凋落物归还土壤以
及根系分泌物等原因，随着植茶年限增加，茶园土壤
逐渐酸化(石锦芹等，1999)，钙、镁等盐基离子和微
量元素含量有所降低(韩文炎等，2002; 郭雅玲等，
2011)，而铝、氟和多酚类物质则逐渐富集 (丁瑞兴
等，1991; 俞慎等，2003)。但就目前而言，在长期
植茶过程中，土壤微团聚体组成及分形特征的变化
情况如何仍不清楚。本研究探讨不同植茶年限茶园
土壤微团聚体的组成及分形特征，分析土壤微团聚
体组成比例和分形维数与土壤养分含量之间的关
系，以期为茶园土壤管理及土壤肥力评价提供理论
依据。
1 研究区概况
中峰万亩生态茶园隶属于四川省雅安市名山
县。该 区 域 属 亚 热 带 季 风 气 候 区，年 均 气 温
15. 4 ℃，全年无霜期 294 天，年降水量约 1 500 mm，
6—9 月降水量占全年的 72. 6%。区域内原始地带
性植被为亚热带常绿阔叶林，出露地层为中生代以
后的沉积岩，地貌以丘陵台地为主，土壤类型为第四
纪老冲积物发育而成的黄壤。研究区内茶树
(Camellia sinensis)从 20 世纪 50 年代一直种植至
今，形成了具有一定规模的不同种植年限的茶园。
茶园施基肥情况如下: 猪圈肥 15 000 kg·hm －2，
K2SO4 型复合肥 750 kg·hm
－2 (质量比 N∶ P2O5 ∶ K2O =
20∶ 8∶ 8)，在每年 10 月中旬，沿树冠边缘垂直下方开
沟，依次加入复合肥、猪圈肥，最后覆土。追肥位置与
基肥相同，每年追肥 3 次: 春茶追肥时期在 2 月中旬，
施用复合肥 1 500 kg·hm － 2，尿素 600 kg·hm － 2; 夏茶
追肥时期在 5 月下旬，施用复合肥 750 kg·hm － 2，尿
素 300 kg·hm － 2; 秋茶追肥时期在 7 月下旬，施入复
合肥 750 kg·hm － 2，尿素 300 kg·hm － 2。茶树修剪情
况: 修剪方式以轻修剪为主，每年修剪 1 次，在秋茶
采摘后剪去树冠面上的突出枝条和树冠表层 3 ～
10 cm枝叶，然后归还土壤。茶树种植方式为双行单
株条植，种植密度为大行距 (150 ± 15) cm，小行距
(35 ± 15) cm，株距(16 ± 4) cm。
2 研究方法
2. 1 土样采集与处理
在野外调查的基础上，根据不同植茶年限茶园
的地质条件和经营措施等进行综合考虑，于 2011 年
9 月 28 日选择成土母质相同、地块位置相对集中且
经营措施相似的植茶年限分别为 16，23，31 和 53 年
的老川茶园土壤为采样对象。在各植茶年限茶园中
布设 5 块典型样地(15 m × 15 m)，每块样地按“S”
形设置 5 个采样点，采样点设在树冠边缘垂直下方，
分别在 0 ～ 20 和 20 ～ 40 cm 土层采集土样，然后运
回室内自然风干，除去植物残体、小石块和蚯蚓等，
备用。
2. 2 土样测定
土壤微团聚体采用吸管法(中国科学院南京土壤
研究所，1978) 分级，分别测定 0. 25 ～ 0. 05，0. 05 ～
0. 01，0. 01 ～ 0. 005 ，0. 005 ～ 0. 001和 ＜ 0. 001 mm 共
5 个粒级微团聚体的质量百分含量; 有机质含量采
用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定; 全氮含量
采用凯氏消煮法测定; 碱解氮含量采用碱解扩散法
测定; 全磷含量和全钾含量均采用氢氧化钠熔融法
测定; 有效磷含量采用盐酸-氟化铵法测定; 速效钾
含量采用乙酸铵提取法测定(鲁如坤，1999)。供试
土壤化学性质见表 1。
11
林 业 科 学 50 卷
表 1 茶园土壤基本化学性质①
Tab． 1 Soil basic chemical properties of Camellia sinensis plantations
土层
Soil layer /
cm
植茶年限
Tea plantation
age / a
有机质含量
Organic matter
content /
( g·kg － 1 )
全氮含量
Total N
content /
( g·kg － 1 )
碱解氮含量
Available N
content /
(mg·kg － 1 )
全磷含量
Total P
content /
( g·kg － 1 )
有效磷含量
Available P
content /
(mg·kg － 1 )
全钾含量
Total K
content /
( g·kg － 1 )
速效钾含量
Available
K content /
(mg·kg － 1 )
16 25. 88 d 0. 62 c 35. 97 c 0. 56 b 18. 99 b 16. 32 a 59. 74 a
0 ～ 20
23 30. 39 c 0. 62 bc 38. 49 bc 0. 64 a 19. 12 b 16. 02 a 49. 11 b
31 32. 84 b 0. 68 b 42. 11 ab 0. 70 a 22. 49 a 15. 21 b 49. 63 b
53 33. 93 a 0. 80 a 47. 22 a 0. 71 a 23. 66 a 15. 19 b 39. 90 c
16 14. 00 c 0. 39 bc 24. 25 a 0. 39 a 4. 33 c 15. 94 a 48. 53 a
20 ～ 40
23 15. 41 b 0. 34 c 24. 82 a 0. 41 a 4. 52 bc 15. 51 a 43. 61 b
31 20. 74 a 0. 45 ab 27. 23 a 0. 42 a 6. 49 ab 14. 79 b 43. 45 b
53 21. 33 a 0. 51 a 29. 19 a 0. 44 a 7. 68 a 14. 55 b 35. 45 c
①同一土层同列不同字母表示不同年限在 P ＜ 0. 05 水平上差异显著。Different letters in the same column mean significant difference between
tea plantations different in age at P ＜ 0. 05 level in the same soil layer．
2. 3 数据处理
土壤微团聚体平均质量比表面积(MWSSA)的
计算采用王展等(2013)的公式:
MWSSA = ∑
n
i = 1
6Wi
ρ i d
－
i
。
式中: d
－
i 为第 i 级别微团聚体直径的平均值; Wi 为
第 i 级别微团聚体质量百分含量; 假设土壤微团聚
体大致形状为球体，忽略各粒级间土壤密度的差异，
即 ρ i = ρn = 2. 65 g·cm
－ 3。
土壤微团聚体平均质量直径(MWD)的计算采
用彭新华等(2003)的公式:
MWD =
∑
n
i = 1
d
－
iW( )i
∑
n
i = 1
Wi
。
土壤微团聚体分形维数(D)的计算采用杨培岭
等(1993)的公式:
d
－
i
d
－( )
max
3 －D
=
W( δ ＜ d
－
i)
W0
。
对上式两边取对数，可得:
(3 － D) lg
d
－
i
d
－( )
max
= lg W( δ ＜ d
－
i)
W[ ]0 。
对上式进行数据拟合，可得 D 值。式中: d
－
max为最大
粒级微团聚体的平均直径; W( δ ＜ d
－
i) 为粒级小于
d
－
i 的微团聚体质量百分含量; W0 为微团聚体质量百
分总量。
试验数据采用 EXCEL(2007)和 DPS(11. 0)软
件进行统计分析。
3 结果与分析
3. 1 不同植茶年限茶园土壤微团聚体组成特征
由表 2 可知，不同植茶年限茶园土壤微团聚体
0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级含量显著高于其他粒级，含量
为 41. 95% ～ 55. 44%，平均值为 48. 51% ; 0. 05 ～
0. 01 mm 粒级含量为 23. 54% ～ 25. 66%，平均值为
24. 59% ; 0. 01 ～ 0. 005 mm 粒级含量为 7. 09% ～
11. 11%，平均值为 9. 69% ; 0. 005 ～ 0. 001 mm 粒级
含量 为 5. 69% ～ 14. 18%，平 均 值 为 10. 09% ;
＜ 0. 001 mm粒级含量为 5. 80% ～ 8. 71%，平均值为
7. 12%。可见，0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级是组成茶园土
壤微团聚体的主体，其次是 0. 05 ～ 0. 01 mm 粒级，
而 ＜ 0. 001 mm 粒级所占比例最小。
在 0 ～ 20 cm 土层，随植茶年限增加，土壤微团
聚体 0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级含量显著升高，增幅为
5. 67% ; 0. 05 ～ 0. 01 和 0. 01 ～ 0. 005 mm 粒级含量
变化不明显，而 0. 005 ～ 0. 001 和 ＜ 0. 001 mm 粒级
含量则显著降低，降幅分别为 29. 67% 和 19. 68% ;
在 20 ～ 40 cm 土层，随植茶年限增加，土壤微团聚体
0. 25 ～ 0. 05 mm 粒 级 含 量 显 著 升 高，增 幅 为
5. 69% ; 0. 05 ～ 0. 01 和 0. 01 ～ 0. 005 mm 粒级含量
变化不明显，而 0. 005 ～ 0. 001 和 ＜ 0. 001 mm 粒级
含量则显著降低，降幅分别为 16. 92% 和 26. 35%。
可见，0. 25 ～ 0. 05，0. 005 ～ 0. 001 和 ＜ 0. 001 mm 粒
级微团聚体含量对长期植茶的响应较为敏感，长期
植茶有利于较大粒级微团聚体的形成。土壤层次不
同，茶园土壤微团聚体含量存在差异: 0 ～ 20 cm 土
层土壤 0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级微团聚体含量高于
20 ～ 40 cm 土层，而 0. 01 ～ 0. 005，0. 005 ～ 0. 001 和
＜ 0. 001 mm粒级微团聚体含量则相反。可见，茶园
0 ～20 cm土层土壤更易形成较大粒级微团聚体，而较
小粒级微团聚体则主要分布在 20 ～40 cm土层。
21
第 9 期 王晟强等: 四川茶园土壤微团聚体组成及其分形特征
表 2 土壤微团聚体组成特征①
Tab． 2 Composition characteristic of soil micro-aggregates
土层
Soil layer /
cm
植茶年限
Tea plantation
age / a
各粒级土壤微团聚体比例
Proportion of each particle size in soil micro-aggregates(% )
0. 25 ～ 0. 05 mm 0. 05 ～ 0. 01 mm 0. 01 ～ 0. 005 mm 0. 005 ～ 0. 001 mm ＜ 0. 001 mm
16 52. 47 aBC 25. 15 bA 7. 09 cA 8. 09 cA 7. 22 cA
0 ～ 20
23 53. 01 aB 23. 54 bA 8. 69 cA 7. 56 cA 7. 22 cA
31 51. 01 aC 25. 23 bA 9. 42 cA 8. 22 cA 6. 14 dB
53 55. 44 aA 23. 87 bA 9. 21 cA 5. 69 dB 5. 80 dC
16 43. 92 aB 23. 86 bA 9. 98 dA 13. 54 cA 8. 71 dA
20 ～ 40
23 43. 90 aB 24. 53 bA 11. 01 cA 12. 22 cB 8. 34 dB
31 41. 95 aB 25. 66 bA 11. 11 dA 14. 18 cA 7. 12 eC
53 46. 42 aA 24. 89 bA 11. 03 cA 11. 25 cB 6. 42 dD
①同一土层同行小写字母表示不同粒级微团聚体在 P ＜ 0. 05 水平上差异显著，同列大写字母表示不同年限在 P ＜ 0. 05 水平上差异显著。
Different lowercase letters in the same row indicate significant difference between soil micro-aggregates different in particle size at P ＜ 0. 05 level in the
same soil layer and different uppercase letters in the same column mean significant difference between tea plantations different in age at P ＜ 0. 05 level．
3. 2 不同植茶年限茶园土壤微团聚体结构特征
土壤微团聚体平均质量比表面积(MWSSA)值越
大，土壤质地越细，分散性越强。如图 1 所示，0 ～ 20
cm 土层土壤微团聚体 MWSSA 值表现为植茶 16 年
(436. 06 cm2·g － 1 ) ＞植茶 23 年(435. 94 cm2·g － 1 ) ＞
植茶 31 年(395. 20 cm2·g － 1) ＞ 植茶 53 年(359. 53
cm2·g － 1 )，其中植茶 16 和 23 年土壤微团聚体
MWSSA 值显著大于植茶 31 和 53 年。20 ～ 40 cm
土层土壤微团聚体 MWSSA 值大于 0 ～ 20 cm 土层，
表现为植茶 16 年(551. 32 cm2·g － 1 ) ＞ 植茶 23 年
(528. 27 cm2·g － 1 ) ＞植茶 31 年(488. 40 cm2·g － 1 ) ＞
植茶 53 年(434. 45 cm2·g － 1)。可见，在植茶过程中
土壤较小粒级微团聚体逐渐向较大粒级微团聚体
转化。
土壤微团聚体平均质量直径(MWD)值越大，土
壤团聚体稳定性越高，抗蚀能力越强。如图 1 所示，
在 0 ～ 20 cm 土层，土壤微团聚体 MWD 值表现为植茶
53 年(0. 091 2 mm) ＞植茶 23 年(0. 087 5 mm) ＞ 植
茶 16 年(0. 087 0 mm) ＞植茶 31 年(0. 085 1 mm)，其
中植茶 53 年土壤微团聚体 MWD 值显著大于其他植
茶年限。在 20 ～ 40 cm 土层，土壤微团聚体 MWD 值
的变化规律与 0 ～ 20 cm 土层相似且小于 0 ～ 20 cm
土层，表现为植茶 53 年(0. 078 3 mm) ＞ 植茶 23 年
(0. 074 4 mm) ＞植茶 16 年(0. 074 3 mm) ＞植茶 31
年(0. 071 9 mm)。可见，随着植茶年限增加，土壤
微团聚体稳定性有所提高。
3. 3 不同植茶年限茶园土壤微团聚体分形特征
如图 2 所示，不同植茶年限土壤微团聚体分形
维数(D)值为 2. 488 5 ～ 2. 575 7。在 0 ～ 20 cm 土层
表现 为 植 茶 16 年 ( 2. 534 0 ) ＞ 植 茶 23 年
(2. 533 3) ＞ 植茶 31 年 ( 2. 504 6 ) ＞ 植茶 53 年
(2. 488 5 )，在 20 ～ 40 cm 土层表现为植茶 16 年
(2. 575 7 ) ＞ 植茶 23 年 ( 2. 564 6 ) ＞ 植茶 31 年
(2. 540 5) ＞植茶 53 年(2. 518 6)，且 0 ～ 20 cm 土
层土壤微团聚体 D 值均小于 20 ～ 40 cm 土层。土壤
分形维数是反映土壤结构几何形状的参数，表现出
土壤颗粒粒级越小、粘粒含量越高、土壤分形维数越
高。除了黏粒含量对土壤颗粒粒级分布的分形特征
影响很大外，单一粒级的集中程度也会对土壤分形
维数的数值产生重要影响 (吴承祯等，1999)。因
此，对各粒级微团聚体含量(X)与土壤微团聚体 D
值进行回归分析。0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级关系式:
D = 2. 727 8 － 0. 004 0X( r = － 0. 708 4，P ＜ 0. 01);
0. 05 ～ 0. 01 mm 粒级关系式如下: D = 2. 587 6 －
0. 002 2X ( r = － 0. 081 9，P ＞ 0. 05 ); 0. 01 ～
0. 005 mm粒级关系式: D = 2. 489 3 + 0. 004 5X( r =
0. 230 2，P ＞ 0. 05 ); 0. 005 ～ 0. 001 mm 粒级关系
式: D = 2. 462 3 + 0. 007 0X( r = 0. 751 4，P ＜ 0. 01);
＜ 0. 001 mm 粒级关系式: D = 2. 332 7 + 0. 028 1X
( r = 0. 985 0，P ＜ 0. 01 )。土壤微团聚体 D 值与
0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级含量极显著负相关，与 0. 05 ～
0. 01 mm 和 0. 01 ～ 0. 005 mm 粒级含量相关性不显
著，而与 0. 005 ～ 0. 001 mm 和 ＜ 0. 001 mm 粒级含量
极显著正相关，对 ＜ 0. 005 mm 粒级含量与土壤微团
聚体 D 值进行回归分析发现，＜ 0. 005 mm 粒级含
量(X)与土壤微团聚体 D 值极显著正相关，其关系
式为: D = 2. 420 7 + 0. 006 5X ( r = 0. 867 2，P ＜
0. 01)，表明 ＜ 0. 005 mm 粒级含量越高土壤微团聚
体 D 值越大，0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级含量越高土壤微
团聚体 D 值越小。
31
林 业 科 学 50 卷
图 1 不同植茶年限茶园土壤微团聚体平均质量比表面积 MWSSA 和平均质量直径 MWD
Fig． 1 MWSSA and MWD of soil micro-aggregates in different Camellia sinensis plantations with different ages
图 2 不同植茶年限茶园土壤微团聚体分形维数 D 和土壤特征微团聚体组成比例 PCM
Fig． 2 Soil micro-aggregates D and soil PCM in different C． sinensis plantations with different ages
土壤微团聚体 ＜ 0. 005 mm 粒级含量与 0. 25 ～
0. 05 mm 粒级含量的比值即为特征微团聚体组成比
例 PCM( ＜ 0. 005 mm) /(0. 25 ～ 0. 05 mm)。如图 2
所示，不同植茶年限土壤 PCM 值为 0. 207 2 ～
0. 507 6。在 0 ～ 20 cm 土层表现为植茶 16 年
(0. 291 8 ) ＞ 植茶 31 年 ( 0. 281 4 ) ＞ 植茶 23 年
41
第 9 期 王晟强等: 四川茶园土壤微团聚体组成及其分形特征
(0. 278 8) ＞ 植茶 53 年(0. 207 2)，在 20 ～ 40 cm 土
层表现为植茶 31 年(0. 507 6) ＞植茶 16 年(0. 506 7) ＞
植茶 23 年(0. 468 7) ＞植茶 53 年(0. 380 4)，且 0 ～
20 cm土层土壤 PCM 值均小于 20 ～ 40 cm 土层。可
见，随植茶年限增加，土壤微团聚体 D 值和土壤 PCM
值均有所减小。对土壤 PCM 值(X)与土壤微团聚体
D 值进行回归分析发现，两者之间极显著正相关，
D = 2. 458 8 + 0. 201 6X( r = 0. 817 7，P ＜ 0. 01)。
3. 4 土壤微团聚体 D 值和土壤 PCM 值与土壤养
分含量的相关性
由表 3 可知，不同植茶年限茶园土壤微团聚体
D 值和土壤 PCM 值均与土壤有机质含量、全氮含
量、碱解氮含量、全磷含量和有效磷含量极显著负相
关; 而与土壤全钾含量和速效钾含量相关性较低且
未达到显著水平。这表明在植茶过程中土壤微团聚
体 D 值和土壤 PCM 值均随着土壤有机质含量、全氮
含量、碱解氮含量、全磷含量和有效磷含量升高而
减小。
4 结论与讨论
在土壤熟化过程中，由于有机胶结物质的频繁
形成与分解，使大小粒级微团聚体处于动态转化中
(龚伟等，2011)。周萍等(2008)发现，不同恢复年
限草地土壤中 0. 25 ～ 0. 05 和 0. 05 ～ 0. 01 mm 粒级
微团聚体含量较高，且随着恢复年限的增加，土壤微
团聚体 0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级含量逐渐升高，而
＜ 0. 05 mm粒级含量则呈相反的变化趋势。郭宝妮
等(2012) 发现，0. 05 ～ 0. 01 mm 粒级是组成刺槐
表 3 土壤微团聚体分形维数和土壤特征微团聚体组成比例与土壤养分含量的相关性①
Tab． 3 Correlation coefficient of soil micro-aggregates D and soil PCM with soil nutrient contents
项目
Item
D PCM
拟合回归方程
Ｒegression
model
相关系数
Correlation
coefficient
拟合回归方程
Ｒegression
model
相关系数
Correlation
coefficient
有机质含量 Organic matter content D = 2. 613 1 － 0. 003 3X － 0. 879 0＊＊ PCM = 0. 705 7 － 0. 014 0X － 0. 914 5＊＊
全氮含量 Total N content D = 2. 619 9 － 0. 158 6X － 0. 874 1＊＊ PCM = 0. 739 3 － 0. 678 7X － 0. 922 2＊＊
碱解氮含量 Available N content D = 2. 620 4 － 0. 002 6X － 0. 817 4＊＊ PCM = 0. 760 7 － 0. 011 7X － 0. 906 1＊＊
全磷含量 Total P content D = 2. 617 5 － 0. 159 7X － 0. 775 8＊＊ PCM = 0. 765 6 － 0. 751 9X － 0. 900 7＊＊
有效磷含量 Available P content D = 2. 568 2 － 0. 002 7X － 0. 779 4＊＊ PCM = 0. 540 6 － 0. 013 1X － 0. 943 6＊＊
全钾含量 Total K content D = 2. 306 0 + 0. 014 7X 0. 354 8 PCM = 0. 777 9 － 0. 026 7X － 0. 159 4
速效钾含量 Available K content D = 2. 493 5 + 0. 000 8X 0. 225 2 PCM = 0. 484 5 － 0. 002 6X － 0. 169 4
①＊＊: α = 0. 01; ﹡: α = 0. 05．
( Ｒobinia pseudoacacia ) 林 和 油 松 ( Pinus
tabulaeformis)林土壤微团聚体的主体，随栽植年限
增加，2 种林地土壤微团聚体 0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级
含量均有所降低，而 ＜ 0. 005 mm 粒级含量则明显升
高。本研究中，不同植茶年限茶园土壤微团聚体组
成以 0. 25 ～ 0. 05 mm 粒级为主，随植茶年限增加，
土壤微团聚体 MWSSA 值、D 值和土壤 PCM 值均逐
渐减小，而土壤微团聚体 MWD 值则有所增大。表
明长期植茶可促进土壤较小粒级微团聚体向较大粒
级微团聚体转化，提高土壤微团聚体稳定性。由于
茶树密集栽培，根系分泌物十分丰富 (俞慎等，
2003)，同时当地茶农长期施用有机肥，且有修剪枝
叶归还土壤的习惯，在植茶过程中，土壤有机质逐年
积累(表 1)，使土壤较小粒级微团聚体间有机质胶
结作用加强，同时，积累的有机质为微生物的生长
提供了碳素营养和能量来源，微生物的生命活动及
其代谢产物增加了土壤有效养分的含量(表 1)，使
有机质在分解和再合成的过程中腐殖质化，促进了
较大粒级微团聚体的形成 (王益福等，1986)。此
外，王晟强等 (2013)对该研究区茶园土壤研究发
现，土壤一价盐基离子减少和二价盐基离子积累有
利于较大粒级团聚体的形成，前期研究表明，茶园土
壤微团聚体(K + + Na + ) /(Ca2 + + Mg2 + )含量比值
逐年降低，这也可能导致土壤微团聚体稳定性逐年
提高。
土壤层次不同，茶园土壤微团聚体含量存在差
异。本研究中，0 ～ 20 cm 土层土壤 0. 25 ～ 0. 05 mm 粒
级微团聚体含量高于 20 ～ 40 cm 土层，而 ＜ 0. 01 mm
粒级微团聚体含量则相反。一方面，由于长期施用
有机肥和茶树凋落物归还土壤，使 0 ～ 20 cm 土层土
壤有机质含量较高(表 1)，有利于较大粒级微团聚
体的形成; 另一方面，降雨会使土壤黏粒随下渗水
向下淋溶和悬移(孙波等，1999)，导致较小粒级微
团聚体主要集中在 20 ～ 40 cm 土层。
自吴承祯等 (1999)提出分形维数是较为理想
的土壤肥力指标之后，许多学者对土壤团聚体和颗
粒分形维数与土壤肥力指标间关系进行研究，但对
土壤微团聚体分形维数与土壤肥力指标间关系的研
51
林 业 科 学 50 卷
究报道较少，且研究结论不尽一致。龚伟等(2007)
发现，天然林及其更新后的人工林土壤微团聚体 D
值与土壤有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、全磷
含量、有效磷含量、全钾含量、速效钾含量和微生物
数量极显著负相关; 张昌顺等 (2008) 发现，毛竹
(Phyllostachys edulis)林土壤微团聚体 D 值与土壤
有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、全磷含量、有效
磷含量、过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、蛋白酶活性、
脲酶活性及微生物数量显著或极显著负相关; 张超
等(2011)发现，林草地土壤微团聚体 D 值与土壤有
机质含量、全氮含量、碱解氮含量、全磷含量和有效磷
含量极显著正相关; 蒲玉琳等(2012)发现，植物篱模
式下土壤微团聚体 D 值与土壤有机质含量、全氮含
量、碱解氮含量和有效磷含量显著或极显著正相关。
本研究中，不同植茶年限茶园土壤微团聚体 D 值与土
壤养分含量间关系同龚伟等 (2007)和张昌顺等
(2008)的结论一致，而与张超等(2011)和蒲玉琳等
(2012)的结论相反。这主要是因为张超等(2011)和
蒲玉琳等(2012)研究的黄土丘陵和紫色土退耕还林
草土壤有机质含量较少，均低于 7. 34 g·kg － 1，土壤养
分主要靠无机胶体即黏粒级微团聚体保蓄，而土壤
微团聚体 D 值与较小粒级微团聚体含量呈极显著
正相关。而在本研究中，不同植茶年限土壤有机质
含量为 14. 00 ～ 33. 93 g·kg － 1; 在龚伟等(2007)和
张昌顺等 (2008)的研究中，土壤有机质含量分别
17. 80 ～ 115. 80 g·kg － 1和 11. 20 ～ 37. 47 g·kg － 1。
土壤有机质含量较高有利于较小粒级微团聚体多次
胶结复合形成较大粒级微团聚体，从而使土壤养分
主要集中在较大粒级微团聚体中，而土壤微团聚体
D 值与较大粒级微团聚体含量极显著负相关。本研
究表明，茶园土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷和有效
磷含量越高，土壤微团聚体 D 值越小。因此，土壤
微团聚体 D 值可作为定量化描述茶园土壤肥力状
况的指标。有关特征微团聚体组成比例与土壤肥力
指标间关系的研究报道也较少。张靓等 (2007)发
现，土壤特征微团聚体组成比例 PCM( ＜ 0. 01 mm) /
(0. 25 ～ 0. 01 mm) 与土壤有机质含量极显著负相
关; 龚 伟 等 ( 2011 ) 发 现，PCM ( ＜ 0. 02 mm ) /
(0. 25 ～ 0. 02 mm)与土壤有机质含量、碱解氮含量、
蔗糖酶活性、脲酶活性、磷酸酶活性极显著负相关。
本研究中，不同植茶年限茶园土壤 PCM 值与土壤养
分含量间关系与张靓等(2007)和龚伟等(2011)的
结论相似，只是在特征微团聚体粒级划定方面存在
一定差异。以不同粒级划定的特征微团聚体，其组
成比例与土壤肥力指标间关系均达到极显著水平，
表明陈恩凤等(1994)提出的特征微团聚体组成比
例在作为土壤肥力诊断指标等方面具有很好的应
用潜力。因此，本研究中 PCM ( ＜ 0. 005 mm ) /
(0. 25 ～ 0. 05 mm)可用来数量化界定茶园土壤肥力
水平和培肥效果。不同植茶年限土壤微团聚体 D
值和土壤 PCM 值与土壤有机质含量、全氮含量、碱
解氮含量、全磷含量和有效磷含量极显著负相关，而
与土壤全钾含量和速效钾含量相关性较低且未达到
显著水平，导致这一现象的原因可能与成土母质和
施肥不平衡有关。由表 1 可知，土壤全钾含量为
14. 55 ～ 16. 32 g·kg － 1，其变异系数仅为 4. 02%，表
明茶园土壤全钾含量受成土母质影响较大; 根据调
查，当地茶农长期偏施尿素，尿素在酸性条件下水解
生成较多的 NH4
+ (石锦芹等，1999)，造成土壤中
K +，NH4
+不平衡，过量的 NH4
+ 与 K + 竞争吸附点
位，导致土壤 K +大量淋失，从而使土壤速效钾含量
受微团聚体形成与分解的影响较小。
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(责任编辑 于静娴)
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