土壤團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定性研究

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)組成的基本單位，其大小、形狀、空隙分布、質(zhì)量、數(shù)量 及組成等，既影響土壤的持水、通透性、抗蝕性等物理性質(zhì)，又與土壤的肥力、氧氣熱量傳遞、承載力和固碳容量等有直接關(guān)系，是土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)和肥力調(diào)節(jié)中心 。關(guān)于團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定機(jī)制的研究從 20 世紀(jì)初就備受關(guān)注，并且涌現(xiàn)很多闡述土壤有機(jī)碳對(duì)團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定影響的模型。Edwards 和 Bremner（1967）提出以有機(jī)無機(jī)復(fù)合為基礎(chǔ)的團(tuán)聚體形成模型概念，即土壤團(tuán)聚體是由土壤中粘粒-金屬陽離子-有機(jī)質(zhì)復(fù)合形成，并用鍵合機(jī)理來解釋團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定。該模型認(rèn)為粘粒是土壤結(jié)構(gòu)形成的重要因素，粘粒通過多價(jià)金屬陽離子的連接而吸附極性有機(jī)分子 的過程，即有機(jī)無機(jī)的復(fù)合過程。Tisall 和 Oades（1982）在剖析土壤團(tuán)聚體中各種不同大小結(jié)構(gòu)單元及各種膠結(jié)劑的理想模式基礎(chǔ)上提出團(tuán)聚體的等級(jí)發(fā)育模型，該模型認(rèn)為在空間尺度上，土壤團(tuán)聚體是先形成微團(tuán)聚體，然后逐級(jí)演替形成大團(tuán)聚體，在時(shí)間尺度上，膠結(jié)物質(zhì)從暫時(shí)穩(wěn)定（由微生物和根系分泌物形成的多糖類物質(zhì)）向短時(shí)間穩(wěn)定（土壤生物器官或生物體如菌絲根系、細(xì)菌細(xì)胞等）及持久穩(wěn)定（芳香類2物質(zhì)）層次性變化。Oades（1984）對(duì)該模型做出重要改進(jìn)，認(rèn)為根系和菌絲的黏合作用可以直接促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成，隨著大團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳組分，如微生物碳 （MBC）、可溶性碳（DOC）、顆粒有機(jī)碳（POC）、易氧化有機(jī)碳等被分解，大團(tuán)聚破碎釋放微團(tuán)聚體。Six 等（2000）提出了以“大團(tuán)聚周轉(zhuǎn)"為核心的概念模型，該模型指出新鮮有機(jī)物料進(jìn)入土壤后可直接促進(jìn)土壤中大團(tuán)聚體的形成，大團(tuán)聚體中的粗顆粒有機(jī)物被分解或者破碎成細(xì)顆粒有機(jī)物，之后被有機(jī)礦物和微生物包裹，形成微團(tuán)聚體的核。隨著微生物活性下降、碳消耗和有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)的減少，導(dǎo)致大團(tuán)聚體不穩(wěn)定和潛在解體釋放出微團(tuán)聚體、顆粒有機(jī)和礦物組分。

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是指團(tuán)聚體遭遇外來破壞性作用力時(shí)維持自身穩(wěn)定的能力，是土壤結(jié)構(gòu)和土壤物理形狀的重要指標(biāo)。根據(jù)承受外來作用力的度量不同，一般分為水穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性 4 類，而在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水分是引起團(tuán)聚體破碎的最主要影響因素，所以能抗水力分散的水穩(wěn)性團(tuán)聚體多被用于研究。水穩(wěn)性團(tuán)聚體多采用濕篩法，人們根據(jù)形成 團(tuán)聚體膠結(jié)劑的類型，將土壤分為大團(tuán)聚體（>0.25mm）和微團(tuán)聚體（<0.25 mm）（Tisall and Oades, 1982），隨后 Six 等（1998）在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)分為粗大團(tuán)聚體（>2 mm）、 細(xì)大團(tuán)聚體（2-0.25 mm）、微團(tuán)聚體（0.25-0.053 mm）和粉-黏粒組分（<0.053 mm）。 目前,多使用平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）作為評(píng)估土壤結(jié)構(gòu)好壞的指標(biāo),也可用于描述聚集體的穩(wěn)定性。影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素有很多，主要包括成土母質(zhì)、氣候條件、植被覆蓋情況、土壤微生物活動(dòng)、鐵鋁 氧化物、施肥管理措施以及有機(jī)碳含量等等。