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user: 3. 结果和分析 3.1. 紫色土土壤粒径分析 本次测定紫色土样质地大多为中壤土、重壤土和轻粘土(具体见表2)，与实际情况吻合度高。各个土壤虽然在质地上差别不大，但是具体粒径土粒含量差别显著。如物理性粘粒含量在52.7%上下波动，波动范围为±15%，其中含量最高的是ZB-S06-50 cm，占比为67.84%，最低的是ZB-S03-50 cm土样，占比为34.84%。砂粒含量最高的是ZB-S05-50 cm土样，砂粒含量高达57.84%，土壤质地为粉砂质中壤土。砂粒含量最低的是ZB-S06-50 cm，含量为10.2%，土壤质地呈现粘粉质轻粘土，表现为土壤整体质地偏轻，砂粒占比小，物理性粘粒、中细粉粒占比大，土壤呈轻粘状态。粘粒含量整体波动范围在9%~26%之间，波动幅度不大。其次土样并没呈现出具有统计学意义的土层深度变化和土壤某一粒级土粒的线性关系，或者可以说各个土样随深度变化的现象不具有整体代表性。比如，ZB-S01土样随深度增加，砂砾增加，粗粉粒减少，粘粒增加。而ZB-S08土样随深度增加，砂砾减少，粗粉粒增加同时，粘粒增加。具体土样机械组成与土层深度、土粒粒径的关系详见下表2。 Table 2 Soil size and textur 编号 Number 深度 Depth (cm) 砂粒 The sand (%) 粗粉粒 Coarse silt (%) 物理性粘粒 Physical clay (%) 中细粉粒 Medium-fine grains (%) 粘粒 Clay (%) 土壤命名 Soil named ZB-S01 10 31.18 32.94 35.88 20.68 15.20 粗粉砂质中壤土 ZB-S03 10 38.20 24.96 36.84 22.56 14.28 砂质中壤土 ZB-S04 10 24.20 27.96 47.84 28.62 19.22 粉质重壤土 ZB-S05 10 40.16 15.92 43.92 27.28 16.64 粉砂质中壤土 ZB-S06 10 13.22 21.94 64.84 40.24 24.60 粘粉质轻粘土 ZB-S07 10 18.16 20.92 60.92 34.48 26.44 粘粉质轻粘土 ZB-S08 10 32.16 13.92 53.92 31.52 22.40 粉砂质重壤土 ZB-S09 10 17.16 21.92 60.92 37.32 23.60 粘粉质轻粘土 ZB-S01 30 35.16 24.92 39.92 21.16 18.76 砂质中壤土 ZB-S03 30 39.20 20.00 40.80 24.96 15.84 粉砂质中壤土 ZB-S05 30 38.24 17.94 43.82 29.22 14.60 粉砂质中壤土 ZB-S06 30 23.20 13.96 62.84 37.62 25.22 粘粉质轻粘土 ZB-S07 30 19.08 17.84 63.08 35.84 27.24 粘粉质轻粘土 ZB-S08 30 13.16 22.92 63.92 37.60 26.32 粘粉质轻粘土 ZB-S09 30 17.24 17.96 64.8 40.36 24.44 粘粉质轻粘土 ZB-S01 50 43.28 12.92 43.80 28.20 15.60 粉砂质中壤土 ZB-S03 50 53.2 11.96 34.84 23.96 10.88 粉砂质中壤土 ZB-S04 50 42.24 15.96 41.80 32.28 9.52 粉砂质中壤土 ZB-S05 50 57.24 0.64 42.12 26.36 15.76 粉砂质中壤土 ZB-S06 50 10.22 21.94 67.84 42.16 25.68 粘粉质轻粘土 表2. 土壤粒径及质地 3.2. 各级土粒含量同团聚体相关性分析 3.2.1. 砂粒含量与各粒径团聚体相关性分析 在10 cm深度内8个土样，砂粒含量依次为31.18%、38.2%、24.2%、40.16%、13.22%、18.66%、32.16%、17.16%。砂粒含量同微团聚体和0.25~0.5 mm大团聚体之间并未呈现统计学意义上的显著性。干筛前，砂粒与微团聚体依据皮尔逊相关性分析，r值为0.279，s值为0.504；湿筛后两者之间的相关性和显著度并未发生明显变化，由此也可证明砂粒含量与微团聚体相关性并不显著。其次砂粒同0.5~1 mm团聚体相关性分析中r值为0.63，s值为0.048，经湿筛s值降至0.30。这说明砂粒含量同0.5~1.0 mm团聚体形成具有相关性，但抗水稳性能力不强。在1~2 mm粒级，团聚体也体现了和砂粒较强的相关性，干湿筛前后r值在0.5，s值在0.15左右。而2.0~5.0 mm和大于5 mm团聚体在干筛和湿筛后都未呈现出与砂粒显著度较高的相关性。反观30 cm土层深度，砂粒与各粒径团聚体也呈现了类似高斯曲线形态的相关性分布，具体为两极无关，中间相关性较大。对比50 cm土层深度砂粒含量与小于0.25、0.25~0.5 mm团聚体的相关性也不显著，而与0.5~1 mm和1~2 mm团聚体呈现出极强正相关性，s值都在0.01级别，同时表现出与>5 mm团聚体极强的负相关性，且在干筛和湿筛前后相关性变化不大。 3.2.2. 粗粉粒含量与各级团聚体相关性分析 在10 cm土层深度内，随着土壤团聚体粒径的增加，两者相关性增加，表现为与1~2 mm团聚体相关性分析中s值为0.132，r值为−0.58；与大于5 mm团聚体相关性也达到了r值范围在0.01，但与1~2 mm团聚体不同的是，呈现出正相关性。对比分析湿筛后各级团聚体与粗粉粒含量相关性系数可以发现，湿筛后大于5 mm团聚体与粗粉粒相关性从0.041变化到0.283，相关性降低。为证明上面的结果，分析土层深度在30 cm和50 cm土样。其中两者均体现出与微团聚体，和粒径在0.25~0.5 mm，0.5~1 mm无关，与1~2 mm和大于5 mm团聚体相关性增加，但却呈现出正负不同的差异(具体见下图1)。 图1. 砂粒含量与各级团聚体相关性分析 3.2.3. 物理性粘粒与各级团聚体相关性分析 土样中物理性粘粒含量在10 cm深度与各粒径团聚体呈现出的相关性较强，但也有细微变化，随着土壤团聚体粒径的增大，s值先减小，后增大，再减小，再增大(图2)。其中相关性最明显的是物理性粘粒同0.5~1 mm、1~2 mm团聚体的微负相关性，同时也体现出同小于0.25 mm团聚体强不相关性，而这种不相关性随干筛过渡到湿筛而增加，以此可证明物理性粘粒丰富与小于0.25 mm的微团聚体含量并无直接相关性。30 cm土层深度，物理性粘粒同微团聚体s值为0.857，湿筛后变化至0.528，相关性不大但在增加。纵向比较30 cm土样，相关性系数变化同10 cm深度相同。而50 cm深度土样，除了表现出与小于0.25 mm团聚体极不相关性，更与0.5~1 mm和1~2 mm团聚体极强的负相关性，与大于5 mm的相关性系数为0.024，显著度高达0.975，体现出极强的正相关性。湿筛后，物理性粘粒含量与大于5 mm团聚体相关性降至0.621，与其他相关性没有显著变化(具体情况见下图3)。 图2. 粗粉粒含量与各级团聚体相关性分析 图3. 物理性粘粒含量与各级团聚体相关性分析 3.2.4. 中细粉粒与各级团聚体相关性分析 中细粉粒含量同各级团聚体相关性并不显著，干筛湿筛均是如此。但也体现出与小于0.25 mm、0.25~0.5 mm团聚体的极不相关性，与0.5~1 mm、1.0~2.0 mm团聚体的微负相关性。在30 cm深度土样中，相关性变化近似，但不同的是，中细粉粒同大于5 mm团聚体相关性分析中s值为0.098，r值为−0.624，相关性增加，但不具有极强的证明力度。针对上述两种深度土样展现出的不同相关性变化，验证50 cm深度中细粉粒含量同各级团聚体相关性变化，其中中细粉粒同大于5 mm团聚体却呈现出极强的正相关性，s值为0.01，显著度高达0.79。在本次实验中，三个土层深度中细粉粒含量同各级团聚体相关性变化趋势均有差异(见图4)。 图4. 中细粉粒含量与各级团聚体相关性分析 3.2.5. 粘粒含量同各级团聚体相关性分析 粘粒是整个土壤中几何直径最细小的部分，粘粒含量的多寡与小于0.25 mm团聚体在三个深度的土层均没有直接相关性。随着团聚体直径的增加，粘粒同团聚体相关性先减弱再增加，再降到局部最小值，又在大于5 mm团聚体处体现出极强的正相关性。这样的变化在50 cm深度变化最为明显，s值从0.548到0.05，r值从−0.25到0.691，(具体情况见图5)。 图5. 粘粒含量与各级团聚体相关性分析 3.3. 土壤机械组成同各土样抗外力稳定性综合分析 本次实验土样的各稳定性指标依次为GMD，MWD以及团聚体质量分形维数D [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。GMD同MWD的大小均可表示土壤团聚体中大粒径团聚体的多少 [ 8 ]。而分形维数D越大，土壤中微团聚体质量越大。本次干筛前后，土壤GMD和分形维数D并没有发生显著变化，说明土壤在抗水稳定性较好。但其中也有变化值较大的，如ZB-S03-30 cm土样D上升了18%，ZB-S09-10 cm土样D上升了14% (具体见表3)。由于GMD同MWD之间的s值在0.01级别，具有极强的相关性，所以本次在研究土壤机械组成同稳定性各指标的相互关系时，默认为GMD和MWD之间具有相同的变化量。对于分形维数D的分析中，选取的是干湿筛D的差值同土壤机械组成进行相关性分析。结果表明，MWD同物理性粘粒、中细粉粒以及粘粒的相关性较强，与砂粒和粗细粉粒呈现出微负相关性，其中在50 cm深度上相关性表现最为明显，在10 cm土层表现较为隐晦(具体情况见图6)；分形维数D的变化量同土壤个粒级的土粒之间的相关性较弱，在三个土层表现均有差异，且显著度不高。 Table 3 Summary on characteristics of soil aggregate 深度 depth (cm) 干筛GMD Dry sieve GMD 湿筛GMD Wet sieve GMD 干筛D Dry sieve D 湿筛D Wet sieve D 湿筛MWD Wet sieve MWD ZB-S01 10 0.99 0.99 2.78 2.77 1.26 30 1.00 1.00 2.76 2.76 1.63 50 1.01 1.01 2.30 2.25 2.64 ZB-S03 10 1.01 1.01 2.03 2.00 2.54 30 1.01 1.01 2.15 2.55 2.22 50 0.99 0.99 2.74 2.74 1.10 ZB-S04 10 1.01 1.01 2.21 2.21 2.69 30 0.99 0.99 2.74 2.74 1.11 50 1.00 1.01 2.42 2.41 1.97 ZB-S05 10 1.01 1.00 2.50 2.71 1.84 30 1.00 1.00 2.68 2.54 1.76 50 1.00 1.00 2.52 2.53 2.01 ZB-S06 10 0.98 0.99 2.32 2.86 0.92 30 1.01 1.01 2.25 2.25 2.50 50 1.02 1.02 2.26 2.20 3.31 ZB-S07 10 1.02 1.02 2.05 2.15 2.94 30 1.01 1.01 2.10 2.11 2.65 50 1.02 1.02 2.26 2.27 3.05 ZB-S08 10 1.02 1.01 2.28 2.06 2.70 30 0.99 0.99 2.86 2.86 1.04 50 1.01 1.01 2.46 2.46 2.55 ZB-S09 10 1.01 1.01 2.16 2.46 2.61 30 1.01 1.01 2.39 2.39 2.32 50 0.99 0.99 2.81 2.80 1.15 表3. 各土层土壤团聚体特征汇总 图6. MWD与各粒径土粒含量相关性分析