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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同方式秸秆还田对褐土水稳性团聚体分布的影响 经过筛分处理各方式处理下土壤水稳性团聚体回收率均高于80% (数据未展示)。由表1可知，各处理的土壤水稳性团聚体主要集中于0.5~1 mm和<0.25 mm粒径范围。其中，除施肥(C)外，不施肥(CK)、秸秆覆盖(SM20)、秸秆还田(SR20)、秸秆焚烧(SC20)、秸秆灰分(SA20)处理，水稳性团聚体质量百分比分布从大到小依次呈0.5~1 mm，<0.25 mm，0.25~0.5 mm，1~2 mm，>2 mm分布趋势。而C处理从大到小则呈现<0.25 mm，0.5~1 mm，0.25~0.5 mm，>2 mm，1~2 mm的趋势。由表1，各处理除C处理>0.25 mm的水稳定性团聚体比例低于70%外，其它各处理该数值均高于70%，而有机物料输入会显著增加>0.25 mm的水稳定性团聚体含量 [ 16 ] ，说明，各种方式秸秆还田后均增加了>0.25 mm的水稳定性团聚体含量。 Table 1 Water stable aggregate composition under different modes of straw retur 处理 水稳性团聚体各粒级所占比例(%) >2 mm 1~2 mm 0.5~1 mm 0.25~0.5 mm <0.25 mm CK 6.66 ± 0.42 dC 11.4 ± 0.45 cdCD 41.6 ± 2.15 aA 16.4 ± 0.96 cD 23.9 ± 1.05bB C 11.6 ± 0.38 cA 8.61 ± 0.36 cD 28.0 ± 0.76 aC 19.7 ± 1.29 bBC 32.1 ± 1.41 aA SM20 7.67 ± 0.26 dBC 13.7 ± 0.95 cBC 34.8 ± 1.5 aB 21.6 ± 0.70 bAB 22.2 ± 1.15 bB SR20 8.74 ± 0.57 dB 17.7 ± 1.08 cA 30.2 ± 0.8 aBC 18.8 ± 0.63 cBC 24.6 ± 1.60 bB SA20 6.79 ± 0.39 cC 9.27 ± 0.25 cD 33.4 ± 1.15 aBC 24.5 ± 0.97 bA 26.0 ± 1.37 bB SC20 9.29 ± 0.05 dB 16.2 ± 0.65 cAB 32.2 ± 1.03 aBC 15.8 ± 0.55 cD 26.5 ± 0.77 bAB 表1. 不同方式秸秆还田褐土水稳性团聚体组成 注：表中数据为均值 ± 标准误；不同小写字母表示同一处理不同粒级间存在显著性差异(p < 0.05)；不同大写字母表示同一粒级不同处理间存在显著性差异(p < 0.05)。 同一粒级不同处理间结果比较发现，在>2 mm粒级团聚体中，与CK相比，处理C、SR20和SC20显著增加该粒级团聚体含量，SM20处理该粒级团聚体也有提高，但效果不显著。这是由于化肥和秸秆的施入促进作物的生长和根系分泌物的增加 [ 1 ] ，从而提高土壤团聚程度，与之前研究结果相符 [ 17 ] 。在1~2 mm粒级团聚体中，与C相比，SM20、SR20和SC20处理显著增加该粒级团聚体含量。秸秆覆盖和还田后促进植物根系活力和腐殖质形成，从而促使该粒级团聚体形成，秸秆焚烧可能对 > 1 mm粒级团聚体含量短期内有增加作用，这与隋雨含等(2015)关于秸秆焚烧会降低大粒级团聚体含量结果不符 [ 18 ] ，其原因一是本试验采样深度为0~10 cm相较于0~2 cm的采样深度，因焚烧可影响的深度尚不清楚，故结果有所差异；另一方面，本试验秸秆焚烧后经过小麦季土壤性状较秸秆焚烧完有一定的恢复。而在0.5~1 mm粒级水稳性团聚体中，与CK相比，各施肥处理均显著降低了该粒级水稳性微团聚体含量，说明化肥施用对该粒级团聚体影响最大。其原因一方面可能是化肥单独施用降低土壤微生物多样性，降低微生物活动对土壤颗粒的团聚作用 [ 19 ] ；另一方面肥料结合各方式秸秆还田后团聚体重新分布，倾向于形成更大或更小粒级团聚体。在0.25~0.5 mm粒级的土壤水稳性团聚体中，与CK相比，施肥处理除SC20外，均显著增加了该粒级团聚体含量。已有研究表明秸秆焚烧对土壤有机质含量、细菌、真菌和放线菌数量有显著降低作用，其养分含量在玉米生长季可恢复20%左右，而微生物数量需数月时间才能恢复至原来土壤微生物数量 [ 20 ] ，这可能是SC20处理0.25~0.5 mm粒级团聚体含量较低的原因。现有研究对秸秆灰分还田的关注较少，但是已有研究表明秸秆灰分还田后对土壤速效磷、速效钾含量及饱和持水率有明显的促进作用 [ 21 ] ，对土壤理化性质的改良可能间接影响了土壤0.25~0.5 mm粒级团聚体含量。已有研究表明 > 0.25 mm的水稳定性团聚体是维持土壤结构稳定的基础，其含量越高，土壤结构的稳定性越大 [ 22 ] ，在 < 0.25 mm粒级的土壤水稳性团聚体中，仅C处理显著增加该粒级水稳性团聚体含量，说明单施化肥处理降低了土壤团聚体结构的稳定性。 3.2. 不同方式秸秆还田对褐土水稳性团聚体稳定性的影响 平均重量直径(MWD)能较好地反映土壤团聚体的稳定性。从图1中可以看出，秸秆灰分(SA20)处理MWD值最低，显著低于C、SR20和SC20处理，与对照CK处理相比，SR20和SC20处理MWD值显著升高。SM20处理和C处理MWD值高于CK处理，但是差异并不显著。不同方式秸秆还田4年后，0~10 cm土层SR20和SC20处理土壤团聚程度最高，其次为C、SM20和CK处理，SA20处理土壤团聚程度最低。秸秆还田增加土壤团聚体MWD的研究早有报道 [ 23 ] ，其原因可能秸秆还田对有机质胶体含 图1. 不同方式秸秆还田处理水稳性团聚体平均重量直径 量的影响，从而改善颗粒组成情况提高微团聚体的团聚程度。而SC20处理团聚程度增高的原因可能是秸秆焚烧可显著影响土壤不同粒级团聚体结构分布，土壤硬度增加而致 [ 18 ] 。 3.3. 不同方式秸秆还田对土壤化学性质的影响 根据图2，4年不同方式秸秆处理对土壤pH值无影响。SC20处理土壤 NH 4 + -N 含量显著高于CK、C、SM20、SR20、SA20处理，其原因一方面为焚烧引起的土壤有机氮向无机氮转化，另一方面是秸秆焚烧后的灰渣向土壤提供了大量氮源 [ 20 ] [ 24 ] 。与CK处理相比，所有施肥处理均可显著提高土壤 NO 3 − -N 含量，C处理含量最高，其次是SM20处理，SA20和SC20处理，SR20处理。施肥处理 NO 3 − -N 含量高的原因一方面是氮肥的施用造成土壤 NO 3 − -N 含量的累积 [ 25 ] ，另一方面，秸秆、灰分、秸秆焚烧的灰渣等有机质和无机矿质元素输入土壤，刺激微生物繁殖后，部分有效氮固持在微生物体内，造成秸秆处理相较于施肥处理 NO 3 − -N 含量低，但随着秸秆还田后养分的释放及微生物代谢释放，硝态氮含量较对照处理仍是增加的。由土壤有效磷(resin-P)含量图可知，所有施肥处理，除SM20和SR20处理外，均可显著提高土壤有效磷含量。SC20处理和SA20处理显著提高土壤有效磷含量，其原因是秸秆焚烧后生成的灰渣和灰分中含有大量P等阳离子及其氧化物，可使土壤中速效磷含量迅速增加 [ 20 ] 。而SM20和SR20处理与对照相比，有效磷含量无显著变化，其原因可能因秸秆腐解过程中微生物固持所致。 图2. 不同方式秸秆还田处理土壤pH及有效氮磷含量 根据图3，由土壤有机质(OM)含量图可知，SC20处理土壤有机质含量最高，C处理含量最低，单施化肥处理因N含量提高，加速土壤有机质降解消耗的研究早有报道 [ 26 ] ，秸秆焚烧处理一般对土壤有机质含量呈现负面影响，焚烧后土壤有机质含量下降的研究结果较多 [ 20 ] [ 27 ] ，且随着作物生长季的推移，土壤有机质含量会慢慢恢复 [ 20 ] ；另外，秸秆焚烧后细菌恢复较快 [ 20 ] ，可能会产生一定的激发效应导致土壤有机质含量增加。由土壤碳酸钙(CaCO 3 )含量图可知，SM20、SA20、SC20处理的土壤碳酸钙含量显著低于其它三个处理，一方面，土壤有机碳可驱动碳酸盐溶解 [ 28 ] ，此三个处理土壤有机碳含量均较高；另一方面，SA20、SC20处理碳酸钙含量低的原因可能由灰渣和灰分中的阳离子及其氧化物与Ca 2+ 竞争吸附位点，导致Ca流失所致。根据何龙(2014)研究，碳酸钙含量高的土壤秸秆还田后CO 2 释放量增加 [ 29 ] ，且CO 2 的来源为土壤有机碳和无机碳 [ 29 ] [ 30 ] ，故碳酸钙含量高的石灰性褐土秸秆还田后土壤有机质含量和碳酸钙含量变化差异较大，内在机制有待进一步研究。 图3. 不同方式秸秆还田处理土壤有机质及碳酸钙含量 3.4. 土壤水稳性团聚体分布与土壤化学性质间的冗余分析 对土壤水稳性团聚体分布与土壤化学性质应用多元统计分析(冗余分析，RDA)发现(图4)，冗余分析可解释数据总变量的61.6%，其中因子1可解释总变量的57.2%，因子2可解释总变量的4.4%。由图4可知，0.5~1 mm粒级水稳性团聚体含量和土壤有机质(OM)含量呈密切正相关关系，土壤有效磷含量、土壤 NO 3 − -N 含量呈密切正相关关系，且与<0.25 mm粒级团聚体含量正向相关；根据各处理点位分布发现CK处理分布在最右侧，故其OM含量和0.5~1 mm含量较高；而C处理分布在最左侧，其土壤有效磷含量、土壤 NO 3 − -N 含量和<0.25 mm粒级团聚体含量较高，OM含量和0.5~1 mm粒级团聚体含量较低。沿纵轴分布的因素有土壤 NH 4 + -N 含量、CaCO 3 含量，与纵轴呈密切负相关，另外1~2 mm粒级团聚体含量和MWD也与纵轴呈负向相关关系。根据各处理点位在图中的分布，SM20处理和SA处理对各测定指标影响类似；SC20处理 NH 4 + -N 含量、CaCO 3 含量、MWD、1~2 mm粒级水稳性团聚体含量均较高，而SM20处理和SA处理下以上指标含量则较低。