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摘要：本试验进行了三年各种覆盖作物处理的免耕田间试验，研究不同覆盖作物（黑麦、白萝卜、豌豆及其混合物）处理下土壤不同粒径团聚体（>2、2-1、1-0.5、0.5-0.25和<0.25 mm）和团聚体稳定性（MWD、WSA>0.25和K因子）的变化。
关键字：土壤团聚体、团聚体稳定性、覆盖作物
文 章 信 息
译名：覆盖作物对免耕农田土壤团聚体稳定性、粒径分布及相关因素的影响
发表时间：2024年6月
期刊IF：6.1（2023）
第一单位：美国农业部遗传与可持续农业研究中心
通讯单位：美国农业部遗传与可持续农业研究中心
文 章 亮 点
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文 章 简 介
1 研究意义
土壤团聚体在维持土壤结构方面起着至关重要的作用，覆盖作物是改善土壤团聚体的形成和稳定性的常见措施。然而不同类型覆盖作物对土壤团聚体的影响程度和潜在机制并很少得到评估，因此，作者进行了三年各种覆盖作物处理的免耕田间试验，研究不同覆盖作物处理下土壤不同粒径团聚体（>2、2-1、1-0.5、0.5-0.25和<0.25 mm）和团聚体稳定性的变化。
2 研究方法
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3 研究结果
3.1 土壤理化性质
与0-5cm土层的无覆盖作物处理相比，豌豆（B和G）和黑麦（D和F）处理显著降低土壤的BD；与5-10cm土层的无覆盖作物处理相比，豌豆（G）处理显著增加了土壤的pH；而黑麦（F）、豌豆（G）和混合（C）等覆盖作物处理在所有处理和土壤深度中的SOC、P和K含量最高；覆盖作物处理不会影响土壤的TN、C/N、Ca和CEC(Table.3)。![]()
3.2 土壤团聚体粒径分布和稳定性
在所有处理和土壤深度下，团聚体粒径分布以<0.25 mm粒径为主；与0-5 cm的无覆盖作物处理相比，黑麦（F）处理显著增加了1-0.5 mm团聚体的比例，豌豆（B）显著增加了0.5-0.25 mm团聚体的比例，豌豆（B）处理也显著降低了的<0.25 mm团聚体的比例(Table.4)。![]()
与无覆盖作物处理相比，豌豆(B)处理显著提高了0-5cm土层的WSA>0.25，而5-10 cm土层没有显著差异；黑麦(D)处理在两个土层的MWD值最大，而处理间两个深度的MWD和K因子没有显著差异(Fig.1)。![]()
3.3 影响土壤团聚体的因素
3.3.1 土壤团聚体主成分分析及相关因素
主成分分析表明，对PC1和PC2的总贡献率分别为48.10%和13.60%，黑麦、豌豆和混作等覆盖作物处理显著影响了土壤有机碳、钾、磷、pH和BD以及团聚体稳定性和粒径分布(Fig.2)。3.3.2 土壤团聚体与相关因素的关系
Pearson相关分析显示，MWD和WSA>0.25与>2、2-1、1-0.5和0.5-0.25 mm团聚体呈正相关，而MWD与<0.25 mm团聚体呈负相关，K因子与<0.25 mm团聚体呈正相关，与>2、2-1、1-0.5和0.5-0.25 mm团聚体呈负相关；MWD与WSA>0.25呈显著正相关，与K因子呈显著负相关，表明MWD、WSA>0.25、K因子都可能与土壤团聚体的稳定性有关(Fig.3)。![]()
线性回归的结果显示，MWD与SOC、BD、pH、P和K有显著相关性，但与TN、C/N、Ca和CEC相关性不显著；WSA>0.25、K因子、1-0.5和<0.25 mm团聚体与SOC、BD、pH、P、K和Ca有显著相关性，但与TN、C/N和CEC相关性不显著；>2 mm团聚体与BD、pH、P和K有显著相关性，但与SOC、TN、C/N、Ca和CEC相关性不显著；2-1 mm团聚体与BD、pH、P、K和CEC有显著相关性，但与SOC、TN和C/N相关性不显著；0.5-0.25 mm团聚体与BD和pH表现出显著相关性，但与SOC、TN、C/N、P、K、Ca和CEC没有相关性(Table.4)。3.3.3 随机森林分析：土壤团聚体稳定性和粒径分布的主要驱动因素
随机森林分析显示，BD是MWD、K因子、>2、1-0.5和<0.25 mm团聚体的最主要驱动因素；pH是WSA>0.25和0.5-0.25 mm团聚体的主要预测因子；P是2-1 mm团聚体的主要驱动因子；随机森林模型分别解释了25.63%、32.41%、36.48%、11.00%、15.93%、23.64%、12.99%和32.70%的MWD、WSA>0.25、K因子、>2、2-1、1-0.5、0.5-0.25和<0.25 mm团聚体(Fig.4)。4 讨论
土壤团聚体粒径分布分析表明，<0.25 mm团聚体最丰富，占总质量的51%以上，研究中的土壤包括11%的粘土，40%的淤泥和49%的沙子，表明在粘土含量较低的土壤中，土壤颗粒之间的凝聚力减弱，阻碍了大团聚体的形成，而覆盖作物有可能改善土壤团聚体，覆盖作物处理，如黑麦和豌豆，促进了表层土壤中大团聚体（1-0.5和0.5-0.25 mm）的形成。黑麦和豌豆覆盖作物倾向于提高MWD和WSA>0.25，这可能是由于覆盖作物通过引入直接或间接充当土壤团聚体粘合剂的外源有机质来增强团聚体稳定性。土壤团聚体稳定性随着粘合剂的可用性而增加，包括腐植酸、铁铝氧化物和细胞外多糖等物质，覆盖作物残留物有利于保护土壤表面免受降雨的影响，降雨可能导致团聚体破裂并导致水径流和侵蚀。土壤团聚体稳定性指标（MWD、WSA>0.25、K因子）与不同粒径（>2、2-1、1-0.5、0.5-0.25、<0.25 mm）之间除了WSA>0.25、<0.25 mm团聚体外，均呈显著相关性，土壤团聚体稳定性指标（MWD、WSA>0.25和K因子）和团聚体粒径（1-0.5 mm和<0.25 mm）与SOC、BD、pH、P和K呈显著相关；土壤有机碳对土壤团聚体的稳定性和粒度分布有显著影响，它通过多种机制对土壤团聚体的形成和稳定性产生影响：多糖对微团聚体的瞬态聚集影响，增强团聚体的内聚力，防止疏水物质分解，根和菌丝为大团聚体提供的临时稳定，以及聚合物和芳香族化合物对微团聚体的持久影响，土壤养分水平、BD和pH值的变化有能力调节土壤微生物活动和植物根系行为，导致土壤生化粘液增加，从而增强土壤团聚体的稳定性和粒径分布。BD和pH是团聚体稳定性指数（MWD、WSA>0.25、K因子）和团聚体粒径（>2、1-0.5、0.5-0.25和<0.25 mm）的最重要预测因子。施用覆盖作物（如豌豆和黑麦）减少BD，表明土壤质量较少，导致土壤颗粒之间的孔隙空间增加，为根系生长提供了更多空间，并促进了水和气体渗入土壤，有助于形成和维持更稳定的土壤团聚体。高pH限制了土壤团聚体的稳定性和粒径分布，高pH会加速钙和镁离子的结晶，为矿物表面和有机碳之间的离子桥形成屏障，并抑制聚集体的形成和有机碳的物理和化学稳定；由于土壤微生物活动，高pH还限制了水泥的形成，并加速了土壤有机碳的矿化，这可能是由于离子和有机碳之间的电子转移增强，而pH降低，磷交换Ca2+与土壤胶体形成磷酸钙化合物，磷酸钙的溶解度会增加，释放出的Ca2+会增加土壤胶体的絮凝作用，改善土壤聚集体。5 结论
覆盖作物豌豆和黑麦对土壤团聚体稳定性（MWD和WSA>0.25）和团聚体粒径（1-0.5和0.5-0.25 mm）有显著的正向影响，所有覆盖作物处理的团聚体粒径均以<0.25 mm为主，微团聚体在土壤团聚体中占主导地位；土壤BD和pH是影响土壤团聚体稳定性和粒径分布（不包括2-1mm团聚体）的最主要驱动因素，高pH限制了土壤团聚体稳定性和粒径分布。Reference:
Wei Dai, Gary Feng, Yanbo Huang, Ardeshir
Adeli, Johnie N. Jenkins.. (2024). Influence of cover crops on soil aggregate
stability, size distribution and related factors in a no-till field. Soil and
Tillage Research. 244, 106197.
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.still.2024.106197
本期分享来自2022级农艺与种业专业硕士研究生徐广
