目前, 土壤退化是全球普遍关注的问题, 土壤有机碳含量降低和土壤结构退化是土壤退化的两个主要特征^[1].施肥、耕作及土地利用方式等因素影响着土壤有机碳含量和结构状况^[2], 其中, 施用有机肥对土壤有机碳和土壤结构有重要影响^{[3, 4]}, 土壤有机碳对土壤团聚体的形成和稳定性具有重要作用^[4], 而团聚体的形成又可以进一步提高土壤的固碳能力^{[5, 6]}.

近年来, 农业废弃物循环利用受到人们重视, 以畜禽粪便为主要原料生产的有机肥被越来越多地施用到土壤中.多数研究表明, 施用有机肥在提高土壤有机碳及其组分方面有积极作用^{[7, 8]}, 而目前关于施用有机肥对土壤团聚体大小和稳定性影响方面存在一定争议.He等^[9]的研究表明, 长期施用有机肥降低了耕层土壤<0.25 mm水稳性团聚体的含量, 增加了>2 mm团聚体的含量和平均重量直径; 而Meng等^[10]的研究表明施用有机肥5年后降低了土壤团聚体的平均重量直径.Plaza-Bonilla等^[11]的研究表明, 施用有机肥对表层土壤水稳性和力稳性大团聚体含量都有增加作用; 但也有研究表明, 施用有机肥降低了力稳性大团聚体的含量和稳定性^[12].这些结论差异的原因可能与环境条件、土壤类型、有机肥的种类及施肥年限等因素有关^[13].除此之外, 有机肥施用量也是影响土壤有机碳含量和团聚体形成的重要因素.Yousefi等^[14]的研究表明, 随有机肥用量增加, 土壤团聚体稳定性、SOC、水溶性有机碳(DOC)和弱酸水解化合物的含量进一步增加.但也有研究表明, 有机肥施用量增加并未对土壤团聚体稳定性产生显著影响^[15].由此可见, 关于有机肥施用对土壤团聚体形成和稳定性影响的研究虽然很多, 但结论并不一致, 还要针对性地开展系统研究.

有机胶结作用是土壤团聚体形成的重要途径^{[3, 13]}.施用有机肥, 不仅可以增加活性有机碳组分, 而且会增加纤维素、多糖、腐殖酸等大分子有机组分^{[7, 16~18]}.Li等^[7]的研究结果表明, 有机肥施用增加了SOC和活性组分(DOC和LFOC); 而施用动物粪肥能促进微生物、蚯蚓等的活动可以增加土壤多糖和腐殖物质的含量^{[8, 17]}.不同有机碳组分在土壤团聚体形成中作用方式(直接或间接作用)、作用大小虽然有所研究^{[19, 20]}, 但活性有机碳组分、惰性有机碳组分在团聚体形成方面的作用差异还不十分清楚, 还需要进一步深入.为此, 本研究选取有机肥为原料, 以塿土作为供试土壤, 通过培养试验, 动态分析了有机肥不同用量对土壤有机碳组分的含量和团聚体稳定性的影响, 探讨不同有机碳组分与团聚体形成和稳定性的关系, 以期为农田土壤结构改良提供理论和技术支撑.

试验于2017年7月至2018年7月在西北农林科技大学(34°16′56.24″N, 108°04′27.95″E)日光旱棚内进行.试验采用农田塿土作为供试土壤, 风干过筛(2 mm), 每盒装土+有机肥(过2 mm筛)500 g, 将有机肥(以牛粪为主要原料)按设定量依次加入事先装入塑料盒(口径15 cm, 有盖)的土壤中, 供试土壤和有机肥的基本理化性质如下(表 1).

表 1 (Table 1)

表 1 土壤和有机肥的基本性质 Table 1 General properties of the soil samples and manure 供试材料 有机碳/g·kg-1 全氮/g·kg-1 C/N 土壤样品 9.33 1.07 8.72 有机肥 189.20 15.37 12.31

表 1 土壤和有机肥的基本性质 Table 1 General properties of the soil samples and manure

本试验设4个处理, 按有机肥添加比例[有机肥/(土+有机肥)]为0%(无添加)、1%、2%和4%分别记为T0、T1、T2和T4, 每个处理3次重复, 共60盆随机排列, 将有机肥按设定量依次加入事先装入具盖塑料盒(口径15 cm)的土壤中, 将土与有机肥充分混匀, 加水至田间持水量, 使土壤充分湿润, 盖上盖子(盖子上打有数量一致的小孔, 保证一定的空气和水气交换), 然后置于旱棚在自然温度下培养, 试验期间采用恒重法将水保持到田间持水量的70%.

分别在培养的第120、180、240、300和360 d, 取一个批次的培养样品, 将采集的原状土样沿自然结构轻轻掰成小块, 全部过8 mm筛, 自然风干后用于土壤团聚体分析, 土壤团聚体粒径分布采用沙维诺夫干筛法和Elliot湿筛法测定^[21], SOC采用重铬酸钾-外加热法测定, 土壤WSS、FAC和HAC含量按文献[22]的方法测定, LFOC按文献[18]的方法测定, 土壤中纤维素含量按文献[23]的方法进行测定, 土壤多糖按文献[24]的方法测定, 具体步骤为称取1.00 g过0.25 mm筛风干土于25 mL具塞干燥试管, 加入10 mL浓度为2 mol·L^-1硫酸沸水浴6 h, 水解完毕洗入50 mL容量瓶, 定容摇匀后过滤, 取1 mL滤液于25 mL试管中, 加入5 mL蒽铜试剂沸水浴10 min, 取出后迅速放入冷水浴显色10 min, 在波长为620 nm处测定吸光度, 根据葡萄糖标准曲线计算土壤多糖含量.

各粒级力稳性或水稳性团聚体的含量(A)计算公式如下：

MWD为平均重量直径^[9], 计算公式如下：

式中, x_i为各粒级团聚体的平均直径, w_i为各粒级土粒所占的质量分数.

土壤团聚体破坏率(PAD)计算公式如下：

式中, DR_0.25为>0.25 mm的力稳性团聚体含量, WR_0.25为>0.25 mm的水稳性团聚体含量.

本试验数据均取3次重复的平均值, 采用WPS Office 2016和SAS Institute V8统计软件处理数据, 用Duncan's法检验差异显著性(P < 0.05), 用SPSS 19.0做相关分析、逐步回归分析和通径分析.用OriginPro 9.0软件和WPS Office 2016做图.

由图 1可以看出, 施用有机肥不仅增加了SOC含量, 也增加了LFOC、纤维素和多糖的含量, 且随着有机肥用量的增加而增加.随着培养时间延长, SOC含量呈降低趋势, LFOC含量呈先增加后降低的变化趋势, 多糖含量呈增加趋势, 而纤维素含量呈先降低后增加的趋势.培养至360 d时, 与T0处理相比, T1~T4处理, SOC、多糖和纤维素含量分别增加了15.3%~83.2%、8.5%~46.4%和39.3%~122.6%, LFOC含量增加了6.8~15.9倍.相对而言, LFOC含量增加幅度相对较大, 其次是纤维素含量.

图 1

Fig. 1

不同大/小写字母表示处理/培养时间之间差异显著，下同 图 1 不同用量有机肥对SOC、LFOC、多糖和纤维素含量的影响 Fig. 1 Effects of different manure application rates on the content of SOC, LFOC, polysaccharide, and cellulose

由图 2可知, 施用有机肥增加了土壤WSS、FAC、HAC含量和HAC/FAC比值, 且随有机肥用量的增加而增加.随着培养时间的延长, WSS含量并无显著变化, 而FAC含量和HAC/FAC比值呈现出一定的波动变化, HAC含量则呈降低的趋势.培养至360 d时, 与T0处理相比, T1~T4处理土壤WSS、FAC、HAC含量和HAC/FAC比值分别增加了35.7%~112.9%、3.3%~46.9%、42.5%~88.3%和28.5%~38.6%.

图 2

Fig. 2

图 2 不同用量有机肥对土壤WSS、FAC、HAC含量和HAC/FAC比值的影响 Fig. 2 Effects of different manure application rates on the content of soil WSS, FAC, HAC, and the HAC/FAC ratio

土壤力稳性团聚体的变化显示(见图 3), 在培养300 d以前, 随着有机肥用量的增加和培养时间的延长, 土壤>2 mm力稳性团聚体的含量总体上呈降低的趋势, 而2~1、1~0.5、0.5~0.25和 < 0.25 mm团聚体的含量呈增加的趋势, 整个培养过程中, 与T0处理相比, T4处理土壤2~1、1~0.5、0.5~0.25和 < 0.25 mm团聚体的含量分别平均增加了13.2%、17.4%、14.1%和27.0%, >2 mm力稳性团聚体的含量平均降低了14.3%;而T1和T2处理与对照相比差异不显著.

图 3

Fig. 3

图 3 不同用量有机肥对土壤力稳性团聚体粒径分布的影响 Fig. 3 Effects of different manure application rates on the size distribution of mechanically stable aggregates

土壤水稳性团聚体的变化显示(图 4), 随有机肥用量增加, 土壤>2、2~1、1~0.5和0.5~0.25水稳性团聚体的含量总体上呈增加趋势, 而 < 0.25 mm团聚体的含量呈降低的趋势; 随培养时间的延长, 土壤>2 mm团聚体的含量呈增加的趋势, 而其他粒径团聚体的含量呈降低的趋势, 在整个培养过程中, 与T0处理相比, T4处理使土壤>2、2~1、1~0.5和0.5~0.25 mm团聚体的含量分别平均增加了239.1%、13.3%、30.6%和28.6%, 而使 < 0.25 mm团聚体的含量平均降低6.7%.

图 4

Fig. 4

图 4 不同用量有机肥对土壤水稳性团聚体粒径分布的影响 Fig. 4 Effects of different manure application rates on the size distribution of water stable aggregates

从表 2中可以看出, 在培养的前240 d, 随着有机肥的施用和施用量的增加, 土壤DR_0.25降低(与对照相比), 但在240 d以后各处理间总体差异不明显.施用有机肥土壤的DMWD在培养240 d以前变小, 培养至360 d时又有所增加.总体看来, 在培养过程中DMWD随时间变化总体有降低的趋势.土壤WR_0.25和WMWD随有机肥用量的增加而增加, WR_0.25随着培养时间的延长整体呈降低趋势, 对于施用低量有机肥的处理(T1和T2), WMWD也呈降低趋势, 高施肥处理(T4)的WMWD变化不明显; 培养至360 d时, 与T0处理相比, T4处理土壤WMWD增加了58.6%, WR_0.25增加了42.6%, 差异均达到显著水平.随着有机肥用量的增加和培养时间的延长, 土壤团聚体PAD呈降低的趋势, 培养至360 d时, 与T0处理相比, T4处理土壤团聚体PAD减小22.2%.

表 2 (Table 2)

表 2 不同用量有机肥对土壤团聚体稳定性指标的影响1) Table 2 Effects of different manure application rates on soil aggregates stability indices 项目 处理 时间/d 120 180 240 300 360 DR0.25/% T0 88.69±0.01 ABa 89.76±0.00 Aa 89.27±0.01 Aa 85.16±0.02 Ab 87.46±0.02 ABa T1 89.05±0.01 Aa 87.99±0.01 Bab 86.52±0.01 Bab 85.56±0.02 Ab 88.40±0.03 Aab T2 87.09±0.01 ABa 87.65±0.01 Ba 84.31±0.01 Cb 86.82±0.00 Aa 86.96±0.01 ABa T4 85.43±0.03 Ba 85.48±0.01 Ca 83.69±0.02 Ca 85.33±0.01 Aa 84.29±0.01 Ba WR0.25/% T0 18.79±0.01 Dd 25.51±0.02 Bb 16.98±0.00 Cd 29.84±0.02 Ba 22.07±0.02 Bc T1 24.99±0.01 Cc 29.31±0.01 Ab 20.74±0.00 Bd 32.93±0.01 Aa 20.29±0.04 Bd T2 36.43±0.00 Ba 29.65±0.00 Ac 20.74±0.00 Bd 30.89±0.01 ABb 20.48±0.01 Bd T4 34.79±0.01 Aa 30.45±0.02 Ab 25.97±0.01 Ac 23.80±0.01 Cc 31.47±0.02 Ab DMWD/mm T0 3.65±0.53 Aa 3.61±0.22 Aa 3.30±0.62 Ab 2.79±0.30 ABb 2.39±0.36 Cc T1 3.61±0.26 Aa 3.52±0.40 Aa 2.58±0.57 Bb 3.10±0.61 ABb 3.00±0.62 ABb T2 3.29±0.35 Bb 3.53±0.19 Aa 2.57±0.20 Bd 3.03±0.10 Ac 2.95±0.63 Ab T4 2.54±0.46 Cbc 2.84±0.18 Ba 2.54±0.28 Bbc 2.09±0.15 Bc 2.65±0.22 Bab WMWD/mm T0 0.24±0.02 Cc 0.32±0.04 Ba 0.23±0.03 Bc 0.31±0.05 Ca 0.29±0.016 Bb T1 0.32±0.05 Bbc 0.34±0.05 Bab 0.28±0.05 Bc 0.35±0.01 Ba 0.31±0.07 Bc T2 0.41±0.01 Aa 0.39±0.08 Aa 0.30±0.03 Ab 0.37±0.03 Aa 0.31±0.04 Bb T4 0.45±0.09 Aa 0.42±0.05 Aa 0.33±0.04 Ab 0.32±0.02 Cb 0.46±0.08 Aa PAD/% T0 78.72±0.10 Aab 71.51±2.38 Ac 81.03±0.30 Aa 71.88±2.16 Ac 78.50±1.70 Ab T1 70.31±1.00 Bb 66.72±1.06 Bbc 75.42±1.23 Ba 64.45±1.03 Bc 76.06±1.75 Aa T2 58.24±0.29 Cc 65.92±0.82 Bb 75.33±0.79 Ba 65.81±1.08 Bb 76.18±0.39 Aa T4 59.53±1.76 Cc 63.39±2.82 Babc 68.67±1.06 Ca 61.67±0.82 ABab 61.04±0.73 Bbc 1)同列(行)不同大(小)写字母表示处理(培养)时间之间差异显著

表 2 不同用量有机肥对土壤团聚体稳定性指标的影响1) Table 2 Effects of different manure application rates on soil aggregates stability indices

表 3显示, SOC与土壤纤维素、LFOC、WSS、HAC和FAC含量及HAC/FAC比值呈极显著正相关关系(P < 0.01);土壤腐殖酸(HAC和FAC)与活性有机碳(LFOC和WSS)之间呈极显著正相关关系(P < 0.01);土壤纤维素含量既与活性有机碳(LFOC和WSS)呈正相关关系(P < 0.01), 又与腐殖酸之间呈正相关关系(P < 0.01).HAC/FAC比值与纤维素、LFOC之间呈显著正相关关系(P < 0.01).土壤DR_0.25与SOC、纤维素、LFOC、WSS、HAC和FAC含量及HAC/FAC比值呈极显著负相关关系(P < 0.01);土壤WR_0.25与SOC、纤维素、WSS、HAC和FAC含量呈极显著正相关关系(P < 0.01), 与LFOC含量呈显著正相关关系(P < 0.05);土壤DMWD与土壤LFOC和HAC含量及HAC/FAC比值呈极显著负相关关系(P < 0.01), 与SOC含量呈显著负相关关系(P < 0.05);土壤WMWD与SOC、纤维素、LFOC、WSS、HAC和FAC含量呈极显著正相关关系(P < 0.01);土壤团聚体PAD与SOC、纤维素、LFOC、WSS、HAC和FAC含量呈极显著负相关关系(P < 0.01).

表 3 (Table 3)

表 3 土壤有机碳组分与团聚体稳定性间的相关关系1) Table 3 Correlations between soil carbon fractions and aggregate stability SOC 多糖 纤维素 LFOC WSS FAC HAC HAC/FAC DR0.25 WR0.25 DMWD WMWD PAD SOC 1 多糖 -0.223 1 纤维素 0.879** -0.230 1 LFOC 0.873** -0.203 0.825** 1 WSS 0.679** -0.084 0.626** 0.723** 1 FAC 0.800** -0.142 0.647** 0.714** 0.783** 1 HAC 0.905** -0.105 0.797** 0.916** 0.727** 0.836** 1 HAC/FAC 0.447** 0.082 0.511** 0.597** 0.159 0.035 0.569** 1 DR0.25 -0.538** 0.025 -0.403** -0.568** -0.402** -0.383** -0.596** -0.460** 1 WR0.25 0.498** -0.124 0.500** 0.315* 0.566** 0.594** 0.420** -0.113 -0.328* 1 DMWD -0.318* 0.105 -0.177 -0.331** -0.065 -0.160 -0.340** -0.346** 0.597** 0.015 1 WMWD 0.596** -0.049 0.667** 0.522** 0.655** 0.615** 0.531** 0.073 -0.362** 0.867** 0.029 1 PAD -0.664** 0.163 -0.673** -0.534** -0.716** -0.742** -0.601** -0.008 0.299* -0.878** 0.036 -0.840** 1 1)*表示P < 0.05, **表示P < 0.01, 下同

表 3 土壤有机碳组分与团聚体稳定性间的相关关系1) Table 3 Correlations between soil carbon fractions and aggregate stability

通过逐步回归发现, DR_0.25主要取决于HAC和 < 0.25 mm团聚体含量, DMWD的大小主要取决于FAC、HAC和各粒径团聚体含量, WR_0.25主要取决于WSS和 < 0.25 mm的团聚体含量, WMWD大小主要取决于SOC、< 0.25 mm和>2 mm团聚体含量. PAD大小主要取决于WSS、SOC、LFOC和 < 0.25 mm及>2 mm水稳性团聚体含量.采用通径分析, 将自变量与因变量之间的相关关系分解为自变量对因变量的直接影响和通过其它自变量对因变的间接影响^[25].由表 4可知, 在土壤结构的力稳性方面, 土壤>2 mm力稳性团聚体含量和HAC含量对土壤DMWD的直接影响达到显著水平(P < 0.05).

表 4 (Table 4)

表 4 土壤DMWD与决定变量间的通径系数1) Table 4 Path coefficient between soil DMWD and decision variables 变量 直接通径系数 间接通径系数 x1→y x2→y x3→y x4→y x5→y x6→y x7→y x1s 0.425* 0.264 0.137 0.016 0.245 0.0562 -0.266 x2 -0.323 -0.369 -0.095 -0.012 -0.218 -0.005 0.154 x3 -0.168 -0.369 -0.183 -0.019 -0.224 -0.058 0.218 x4 -0.022 -0.331 -0.172 -0.144 -0.196 -0.039 0.143 x5 -0.384 -0.289 -0.183 -0.098 -0.011 -0.085 0.340 x6 -0.185 -0.137 -0.009 -0.053 -0.005 -0.175 0.408 x7 0.481* -0.250 -0.103 -0.076 -0.007 -0.271 -0.157 1)x1~x5分别代表>2、>2~1、1~0.5、0.5~0.25和 < 0.25 mm力稳性团聚体的含量, x6~x7分别代表FAC和HAC含量, y代表土壤DMWD, R2=0.960, F=55.338, P=0.000 < 0.01

表 4 土壤DMWD与决定变量间的通径系数1) Table 4 Path coefficient between soil DMWD and decision variables

由表 5看出, 在土壤结构的水稳性方面, 土壤>2 mm和 < 0.25 mm水稳性团聚体对土壤结构体稳定性具有极显著的直接作用(P < 0.01), 且>2 mm的团聚体含量通过影响 < 0.25 mm的团聚体含量而影响到土壤WMWD(P < 0.05).

表 5 (Table 5)

表 5 土壤WMWD与决定变量间的通径系数1) Table 5 Path coefficient between soil WMWD and decision variables 变量 直接通径系数 间接通径系数 x1→y x2→y x3→y x1 0.520** 0.414* -0.033 x2 -0.585** -0.368 0.028 x3 -0.045 0.377 0.363 1)x1~x2分别代表>2和 < 0.25 mm水稳性团聚体含量, x3代表SOC, y代表WMWD, R2=0.979, F=306.070, P=0.000 < 0.01

表 5 土壤WMWD与决定变量间的通径系数1) Table 5 Path coefficient between soil WMWD and decision variables

由表 6可知, 土壤 < 0.25 mm水稳性团聚体含量对土壤团聚体PAD具有极显著的直接作用(P < 0.01), 而>2 mm的水稳性团聚体含量、SOC和WSS通过影响 < 0.25 mm水稳性团聚体含量而显著间接影响PAD(P < 0.05).

表 6 (Table 6)

表 6 土壤团聚体PAD与决定变量间的通径系数1) Table 6 Path coefficient between the PAD of soil aggregates and decision variables 变量 直接通径系数 间接通径系数 x1→y x2→y x3→y x4→y x5→y x1 -0.066 -0.501* -0.107 -0.114 0.016 x2 0.709** 0.047 0.092 0.118 -0.009 x3 -0.148 -0.048 -0.440* -0.136 0.020 x4 -0.188 -0.040 -0.446* -0.107 0.017 x5 0.023 -0.045 -0.270 -0.129 -0.143 1)x1~x2分别代表>2和 < 0.25 mm水稳性团聚体含量, x3~x5分别代表SOC、WSS和LFOC含量, y代表PAD, R2=0.971, F=122.713, P=0.000 < 0.01

表 6 土壤团聚体PAD与决定变量间的通径系数1) Table 6 Path coefficient between the PAD of soil aggregates and decision variables

土壤团聚体的大小可以用其平均重量直径(MWD)表示, 土壤>0.25 mm团聚体的含量以及MWD值常常可以作为敏感指标, 反映土壤结构对施肥等管理措施的响应^{[26, 27]}.本研究表明, 施用有机肥可以引起土壤DR_0.25下降, 团聚体DMWD呈现先下降(240 d以前)后上升的趋势.这主要是由于有机肥的施入, 阻止土壤颗粒之间通过黏粒胶结作用形成大团聚体, 从而使>2 mm力稳性团聚体数量减少, 导致土壤力稳性团聚体的平均重量直径减小, 表 4中土壤>2 mm力稳性团聚体含量与DMWD直接通径系数达到显著水平也进一步说明了这一点.施用有机肥会提高土壤中腐殖物质的含量, 腐殖质物质尤其是胡敏酸在土壤结构体的形成中具有重要的胶结作用^[3], 因此, 施用有机肥后在胡敏酸等作用下土壤的 < 0.25 mm的力稳性团聚体含量降低, 进一步胶结变成较大的团聚体(见图 3), 从而引起土壤的DMWD在培养360 d时有所增加(见表 2), 胡敏酸与DMWD之间的直接通径系数达到显著水平也说明了一点(见表 4).施用有机肥使土壤水稳性结构体的平均重量直径(WMWD)增大, 增加了土壤团聚体稳定性, 这与Zou等^[28]的研究结果一致.这主要是由于在有机物质的胶结作用下, 减少了 < 0.25 mm水稳性团聚体的数量, 促进了>0.25 mm团聚体的形成(>2、2~1、1~0.5和0.5~0.25 mm水稳性团聚体的含量总体上呈增加的趋势), 其中>2 mm水稳性团聚体的形成和 < 0.25 mm水稳性团聚体的减少是决定水稳性团聚体平均重量直径大小的主要因素, 其直接通径系数或间接通径系数达到了显著水平也进一步说明了这一点.

土壤有机碳是土壤团聚体形成的重要胶结物质之一^[29].施用有机肥显著增加了土壤有机碳及其活性组分WSS、LFOC和多糖含量, 这与前人的研究结果一致^{[7, 16~18]}.而且, 施用有机肥显还显著增加了土壤腐殖物质如FAC和HAC含量, 提高了HAC/FAC比值, Sarma等^[8]的研究也发现了类似的现象.相关分析进一步表明SOC与LFOC、WSS、纤维素、FAC和HAC含量呈极显著的正相关关系(P < 0.01), 且SOC与纤维素、LFOC和HAC的关系更为密切, 相关系数分别高达0.879^**、0.873^**和0.905^**(表 3), 这说明纤维素、LFOC和HAC更能反映土壤有机碳的变化.施用有机肥后土壤团聚体大小和稳定性的变化与有机碳及其组分的变化密不可分.本研究发现, 土壤DR_0.25与SOC、纤维素、LFOC、WSS、HAC和FAC含量以及HAC/FAC比值呈极显著负相关关系(P < 0.01), DMWD与SOC、LFOC、HAC含量呈显著或极显著的负相关关系, 说明施用有机肥没有促进力稳性大团聚体的形成, 减小了其团聚体的平均重量直径, 这主要是施用有机肥后引起>2 mm力稳性团聚体数量减少所致, 通径分析进一步证明这一点.在农业生产实践中, 施用有机肥后土壤结构疏松, 大的块状结构减少, 也说明了这一点.土壤WR_0.25、WMWD均与SOC、纤维素、WSS、HAC和FAC含量呈极显著的正相关关系(P < 0.01), WMWD还与LFOC含量呈极显著正相关关系(P < 0.01), 说明这些有机组分促进了>0.25 mm水稳性团聚体的形成, 从而使WMWD增大.SOC、纤维素、WSS和FAC与WR_0.25和WMWD的相关系数高于其他组分(表 3), 说明这些组分更适合用来指示土壤质量的变化.

通过力稳性团聚体和水稳性团聚体的数量变化可以计算土壤团聚体的破坏率(PAD), 该指标可以较好地反映土壤团聚体稳定性大小^[30], PAD越小, 稳定性越高.施用有机肥后土壤团聚体的PAD下降, 说明土壤团聚体的稳定性增加.随着培养时间的延长, 施用低量有机肥的处理(T1和T2), PAD有所升高, 而施用高量有机肥的处理(T4), 则PAD变化不明显, 说明通过有机胶结作用形成的水稳性团聚体随着有机物质的矿化分解, 其水稳性会降低, 从而使其破坏率升高, 这种水稳性结构的保持与有机肥用量有关, 施用高量有机肥可以使其稳定性保持的时间更长.土壤团聚体PAD与SOC、纤维素、LFOC、WSS、HAC和FAC含量呈极显著的负相关关系(P < 0.01), 进一步说明了有机碳及其组分在维持土壤结构体稳定性方面的作用.通径分析进一步揭示, 施用有机肥后土壤 < 0.25 mm水稳性团聚体含量减少对PAD具有极显著的直接影响, SOC和WSS通过减少 < 0.25 mm水稳性团聚体含量而间接影响土壤团聚体PAD.

(1) 施用有机肥, 提高了土壤中SOC、LFOC、多糖、纤维素、WSS、FAC和HAC的含量, 且随着有机肥用量的增加而增加.随着培养时间的延长, 不同有机碳组分的变化趋势不同.培养至360 d时, 与对照相比, LFOC增加相对最多, 纤维素、WSS和HAC次之, 多糖和FAC增加相对较少.

(2) 施用有机肥, 减少了土壤中>0.25 mm水稳性团聚体的含量, 增加了土壤中>0.25 mm水稳性团聚体的含量, 提高了水稳性团聚体的平均重量直径; 降低了土壤团聚体的破坏率(PAD).随着培养时间的延长, 施用高量有机肥处理能够保持土壤结构体的水稳性, 而低用量有机肥处理则结构体的水稳性降低.

(3) 施用有机肥引起的土壤>2 mm和 < 0.25 mm(水稳性)团聚体含量的变化以及HAC含量的变化对土壤团聚体稳定性具有直接影响作用, SOC、WSS通过影响 < 0.25 mm团聚体含量而间接影响到团聚体破坏率.