土地利用方式对土壤团聚体磷组分及磷库管理指数的影响

引用本文

李璠, 王炯琪, 刘子刚, 赵海超, 和江鹏, 黄智鸿, 卢海博. 土地利用方式对土壤团聚体磷组分及磷库管理指数的影响[J]. 中国水土保持科学, 2023, 21(1): 83-91. DOI: 10.16843/j.sswc.2023.01.010.

LI Fan, WANG Jiongqi, LIU Zigang, ZHAO Haichao, HE Jiangpeng, HUANG Zhihong, LU Haibo. Effects of land use types on the phosphorus component of soil aggregates and phosphorus pool management index[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2023, 21(1): 83-91. DOI: 10.16843/j.sswc.2023.01.010.

项目名称

河北省教育厅重大项目"冀北旱作区农田土壤碳-水耦合机制研究"(ZD2019097);河北省现代农业产业技术体系"寒旱区春玉米抗逆高产栽培岗位专家"(HBCT2018020203)

第一作者简介

李璠(1996—)女, 硕士研究生。主要研究方向: 农业资源与利用。E-mail: 826256734@qq.com

通信作者简介

赵海超(1974—), 男, 博士, 副教授。主要研究方向: 生态学。E-mail: haichaozhao19@163.com

文章历史

收稿日期：2021-09-26
修回日期：2022-05-17

Contents Abstract Full text Figures/Tables PDF

土地利用方式对土壤团聚体磷组分及磷库管理指数的影响

李璠 ^1,2, 王炯琪 ¹, 刘子刚 ¹, 赵海超 ¹, 和江鹏 ¹, 黄智鸿 ¹, 卢海博 ¹

1. 河北北方学院, 河北省农产品食品质量安全分析检测重点实验室, 075000, 河北张家口;
2. 承德市气象局, 067000, 河北承德

收稿日期：2021-09-26; 修回日期：2022-05-17

项目名称：河北省教育厅重大项目"冀北旱作区农田土壤碳-水耦合机制研究"(ZD2019097);河北省现代农业产业技术体系"寒旱区春玉米抗逆高产栽培岗位专家"(HBCT2018020203)

第一作者简介：李璠(1996—)女, 硕士研究生。主要研究方向: 农业资源与利用。E-mail: 826256734@qq.com

通信作者简介：赵海超(1974—), 男, 博士, 副教授。主要研究方向: 生态学。E-mail: haichaozhao19@163.com

摘要：冀西北坝上地区是京津冀重要水源地。该区域水土保持能力受土地利用方式影响较大。为探究不同土地利用方式下土壤团聚体结构对磷素的稳定作用, 采集马铃薯地、燕麦地、青贮玉米地、露地等地、草地、林地和大棚菜地7种土地利用类型的土壤, 利用干筛法进行团聚体分级, 分析不同团聚体中磷形态的分布规律及磷库管理指数变化。结果表明: 冀西北土壤团聚体总磷质量分数为211.72~441.94 mg/kg, 主要分布在≥0.25~0.50 mm团聚体; 水溶性总磷质量分数为267.68~421.83 mg/kg, 主要分布在≥1.00~2.00 mm团聚体。土壤团聚体磷库管理指数为79.00~153.00, ≥0.50~1.00 mm团聚体最高。马铃薯地提高≥0.25~0.50 mm团聚体水溶性磷质量分数和≥0.50~1.00 mm团聚体总磷质量分数及比例, 提高 < 0.25 mm团聚体磷库管理指数。燕麦地促进磷向≥5.00 mm团聚体中分布及提高其磷库管理指数。青贮玉米地和林地促进土壤总磷向≥1.00~2.00 mm团聚体分布, 提高≥0.50~1.00 mm团聚体磷库管理指数。草地提高≥0.50~1.00 mm团聚体磷库管理指数。菜地增加≥5.00 mm团聚体总磷质量分数及比例, 大棚菜地提高 < 0.25 mm团聚体磷库管理指数, 露地菜地提高≥0.50~1.00 mm团聚体磷库管理指数。大团聚体能增加土壤磷素的供给能力, 因此冀西北坝上地区应采用增施有机肥、轮作种植归还率较高的作物、控制马铃薯种植、增加饲草种植等措施, 促进磷向大团聚体分布, 减少磷素流失, 提高京津冀水源保护地生态效益。

关键词：土地利用方式土壤团聚体磷形态磷库管理指数

Effects of land use types on the phosphorus component of soil aggregates and phosphorus pool management index

LI Fan ^1,2, WANG Jiongqi ¹, LIU Zigang ¹, ZHAO Haichao ¹, HE Jiangpeng ¹, HUANG Zhihong ¹, LU Haibo ¹

1. Hebei North University, Hebei Key Laboratory of Quality & Safety Analysis-Testing for Agro-Products and Food, 075000, Zhangjiakou, Hebei, China;
2. Chengde Meteorological Bureau, 067000, Chengde, Hebei, China

Abstract: [Background] The Bashang region in the Northwest Hebei is an important water source in Beijing-Tianjin-Hebei. The soil and water conservation capacity of this region is greatly affected by land use types. This work is to explore the stability mechanism of soil aggregate structure on phosphorus under different land use types. [Methods] Soil samples from 7 land use types, i.e., potato field, oat field, silage corn field, open vegetable field, grassland, woodland and greenhouse vegetable field were collected. Then the soil aggregates were classified by dry sieving method to analyze the distribution law of phosphorus forms and the change of phosphorus pool management index (PPMI) in different soil aggregates. The result data were processes by Excel 2007 and SPSS 20. [Results] The content of total phosphorus (TP) in Northwest Hebei ranged from 211.72 to 441.94 mg/kg, mainly distributed in the aggregates of ≥0.25-0.50 mm, and water-soluble total phosphorus (WSTP) content ranged from 267.68-421.83 mg/kg, mainly distributed in the aggregates of ≥1.00-2.00 mm. The phosphorus pool management index (PPMI) of soil aggregates ranged from 79 to 153, with the highest value of 0.50 to 1.00 mm aggregates. The contents of water-soluble phosphorus of ≥0.25-0.50 mm, the TP content and proportion of ≥0.50-1.00 mm, and the PPMI of < 0.25 mm increased in the potato field. The oat field promoted the distribution of phosphorus to the aggregate of ≥5.00 mm and increased PPMI. The distribution of soil TP to ≥1.00-2.00 mm aggregate were promoted, and the PPMI of the ≥0.50-1.00 mm soil aggregates increased in the silage corn field and forest land. The management index of aggregate phosphorus pool ≥0.50-1.00 mm was improved in the grassland. The TP content and proportion of aggregates ≥5.00 mm in the vegetable field, the PPMI of < 0.25 mm in the greenhouse vegetable field, and the PPMI of ≥0.50-1.00 mm aggregate increased in the open vegetable field. [Conclusions] Large soil aggregates can increase the supply capacity of soil phosphorus holding capacity. Therefore, in the Bashang region of Northwest Hebei, the methods of adding organic fertilizer, rotating crops with high return rate, controlling potato planting, and increasing forage grass planting should be used to promote the distribution of phosphorus to the big aggregate and deduce the loss of phosphorus, thus improving the ecological benefits of the Beijing-Tianjin-Hebei water source area.

Keywords: land use type soil soil aggregates phosphorus form phosphorus pool management index

土壤团聚体保持和调节土壤水、肥、气、热状况，是评价土壤质量的重要指标。磷素以有机磷和无机磷形式储存于土壤团聚体中，土壤团聚体大小及养分含量是影响土壤营养盐迁移转化及有效性的重要因素^[1-2]。土地利用方式影响土壤团聚体分布，因其对土壤物理扰动不同使土壤中的磷量及赋存状态有所差异^[3]。不同土地利用方式下土壤团聚体均以大团聚体为主且磷含量随团聚体增大而减少^[4]。研究表明不同土地利用类型土壤总磷含量表现为草地 > 农田 > 林地^[5]，主要分布在小粒径中且含量无明显变化^[6]。近年来，土壤团聚体结构对土壤养分循环的影响已成为农业研究重点。

1995年Blair等^[7]首次提出土壤碳库管理指数(carbon pool management index，CPMI)的概念及利用活性有机质(labile organic matter，LOM)计算CPMI的方法，成为土壤质量及土壤管理评价指标。水溶性磷(water-soluble phosphorus，WSP)反映土壤中磷的迁移及植物利用特性^[8]，根据CPMI方法利用土壤水溶性磷计算的磷库管理指数(phosphorus pool management index，PPMI)不仅反映外界条件对土壤活性磷及总磷含量的影响，还能相对全面地反映土地利用方式对土壤磷库各组分在质、量上的变化，进而反映土壤质量变化^[9]。冀西北坝上地区经历牧业-农牧交错粗放种植业-设施农业等高附加值农业的发展过程，成为土地利用变化最明显的地区之一。研究该区域不同土地利用方式土壤团聚体对不同形态磷分布规律和磷库管理指数的影响，探索冀西北生态保护区减少磷素流失、增加团聚体对磷素的固着作用的土地利用模式，旨为京津冀水源地水土保持及建设生态友好型农业提供理论依据。

1 研究区概况

采样区域为河北省张家口市张北县(E 114°45′04.7″~115°17′47.3″、N 41°09′97.9″~41°23′16.2″)，该区域是河北省西北部典型的反季节蔬菜种植区域，属温带大陆性季风气候，海拔1 600~2 100 m，年平均气温3.20 ℃，年降雨量300~450 mm之间，年平均日照时间2 897.80 h，全年无霜期90~110 d，光照充足，昼夜温差大，土壤类型为栗钙土。选择7种土地利用类型进行研究：1)大量施用无机肥充分灌溉方式：马铃薯田(种植作物为马铃薯(Solanum tuberosum)，前茬分别为马铃薯、燕麦(Avena sativa))；2)不施肥雨养粗放管理方式：燕麦田(前茬分别为马铃薯、燕麦)；3)少量施用无机肥雨养种植方式：青贮玉米田(种植作物为青贮玉米(Zea mays)，前茬分别为燕麦和青贮玉米)基肥施用复合肥180~225 kg/hm²；4)有机肥无机肥配施充分灌溉方式：露地蔬菜田(种植作物为莴笋(Asparagus officinalis)，前茬分别为胡萝卜(Daucus carota var. sativa)和圆白菜(Brassica oleracera var. acpitata))；5)草地(坝上残存草甸地)；6)多年人工林地(种植林木为40~50 a的杨树(Populus))；7)有机肥无机肥配施充分灌溉设施栽培方式：大棚蔬菜田(种植作物为架豆角(Vigna unguiculata)，前茬均为架豆角)，肥料种类为有机肥75~120 m³/hm²，化肥750~1 200 kg/hm²，整个生育期充分灌溉。7种土地利用类型土壤理化性质如表 1所示。

表 1 7种土地利用方式下土壤理化性状 Tab. 1 Physical and chemical properties of 7 land use types

土地利用方式 Land use type	土壤类型 Soil type	土壤密度 Soil bulk density/(g·cm^-3)	土壤含水率 Soil moisture content/%	总氮 Total nitrogen(TN)/(g·kg^-1)	总磷 Total phosphorus (TP)/(mg·kg^-1)	土壤有机质 Soil organic matter/(g·kg^-1)	pH	氨氮 Ammonia nitrogen/(mg·kg^-1)	水溶性无机磷 Water-soluble inorganic phosphorus/(mg·kg^-1)
马铃薯地 Potato (Solanum tuberosum) field	沙壤土 Sandy loam	1.57±0.03	2.73±0.06	0.88±0.03	384.33±6.77	14.56±0.90	7.50±0.11	150.06±44.10	16.99±0.82
燕麦地 Oat (Avena sativa) field	沙壤土 Sandy loam	1.49±0.02	3.73±0.10	0.84±0.08	215.60±4.09	11.15±0.84	7.88±0.12	250.07±37.22	16.81±0.54
青贮玉米地 Silage corn (Zea mays) field	沙壤土 Sandy loam	1.43±0.05	2.18±0.08	0.63±0.02	273.21±11.48	8.97±0.33	7.48±0.02	208.34±6.09	9.98±0.48
露地菜地 Open vegetable field	壤土 Loam	1.10±0.02	17.28±0.21	1.14±0.10	750.70±34.46	15.85±0.56	7.93±0.06	337.54±18.5	49.71±1.74
草地 Grassland	壤土 Loam	1.22±0.04	9.50±0.12	1.02±0.03	546.79±9.04	15.39±0.10	7.87±0.03	216.57±21.31	9.16±0.39
林地 Woodland	沙壤土 Sandy loam	1.71±0.08	8.55±0.11	0.72±0.02	193.6±12.84	11.26±0.26	7.62±0.1	203.03±12.18	4.11±0.43
大棚菜地 Greenhouse vegetable field	壤土 Loam	1.28±0.02	18.49±0.24	1.17±0.05	841.64±35.45	30.97±1.58	8.31±0.06	335±25.04	24.37±1.05

表 1 7种土地利用方式下土壤理化性状 Tab. 1 Physical and chemical properties of 7 land use types

2 材料与方法 2.1 样品采集

于2019年进行土样采集，每种土地利用类型选取3个地块，每个样地选择3个样方，每个样方4 m²，林地样方100 m²，采用“S”形采样法采集5个点，采样土壤深度0~20 cm，采集样品后当场混匀去除杂质，置于塑封袋中带回实验室，置阴凉处自然风干，待测。

2.2 测定项目与方法

土壤团聚体分级采用沙维诺夫^[10]干筛法，将风干的土壤样品沿自然裂痕分割为1 cm³左右，取200 g土样使其通过5.00、2.00、1.00、0.50和0.25 mm的筛组，得到超大颗粒(≥5.00 mm)、大颗粒(≥2.00~5.00 mm)、中等颗粒(≥1.00~2.00 mm)、中小颗粒(≥0.50~1.00 mm)、小颗粒(≥0.25~0.50 mm)、微颗粒(< 0.25 mm)粒级的团聚体；总磷(total phosphorus, TP)和水溶性总磷(water-soluble total phosphorus, WSTP)采用过硫酸钾氧化分光光度计法^[11]；水溶性磷采用0.2 mol/L KCl溶液(水土比为10∶1)提取^[12]；水溶性无机磷(water-soluble inorganic phosphorus, WSIP)采用磷钼蓝分光光度计法^[11]；水溶性有机磷(water-soluble organic phosphorus, WSOP)含量为WSTP与WSIP差值。

参考徐鹏等^[13]的碳库管理指数方法以原土样为参考土壤进行磷库管理指数计算。计算方法为

$ {\rm{磷库指数(phosphorus\ pool\ index，PPI)=样品TP质量分数(mg/kg)/参考土壤TP质量分数(mg/kg)；}} $

(1)

$ {\rm{磷库活度(phosphorus\ pool\ activity，L)=土壤中的水溶性磷(L_{OP})质量分数(mg/kg)/非水溶性磷(N-L_{OP})质量分数(mg/kg)；}} $

(2)

$ {\rm{磷库活度指数(phosphorus\ pool\ activity\ index，LI)=样本土壤的磷库活度(L)/参考土壤的磷库活度L_0)；}} $

(3)

$ {\rm{磷库管理指数(phosphorus\ pool\ management\ index，PPMI)=PPI×LI×100。}} $

(4)

2.3 数据处理

采用Excel 2007进行数据分析并作图，SPSS 20进行数据单因素方差分析(ANOVA)，用Duncan法分析差异显著性。

3 结果与分析 3.1 对土壤团聚体中不同形态磷含量的影响

7种土地利用方式土壤团聚体各形态磷含量分布如图 1所示。各粒径团聚体TP平均质量分数为211.72~441.94 mg/kg，< 0.25 mm团聚体最高。大棚菜地和露地菜地在≥0.50~1.00 mm及≥5.00 mm团聚体中显著增高。各粒径团聚体WSTP质量分数为267.68~421.83 mg/kg，≥0.50~1.00 mm团聚体最高，露地菜地除 < 0.25 mm团聚体处显著增高。各粒径团聚体WSOP平均质量分数为113.11~227.70 mg/kg，≥0.50~1.00 mm团聚体最高，马铃薯地在 < 0.25 mm团聚体中显著增高；燕麦地在≥5.00 mm团聚体中显著增高，其余粒径露地菜地显著增高。各团聚体WSIP质量分数为139.67~194.13 mg/kg，≥0.25~0.50 mm团聚体最高。马铃薯地 < 0.25mm团聚体中WSTP、WSOP和WSIP含量高。< 0.25 mm团聚体中TP含量较高，≥0.50~1.00 mm团聚体中WSTP和WSOP含量较高，≥0.25~0.50 mm团聚体WSIP含量最高。

图中不同小写字母表示同一粒径不同土地利用方式间差异显著(P < 0.05)，下同。 The letters in the figure indicate that the content of same particle size under seven land use types is significantly different (P < 0.05), the same below. TP: Total phosphorus. WSTP: Water-soluble total phosphorus. WSOP: Water-soluble organic phosphorus. WSIP: Water-soluble inorganic phosphorus. 图 1 7种土地利用方式下土壤团聚体中各形态磷含量的变化 Fig. 1 Variation of phosphorus form and content in the soil aggregates under 7 land use types

3.2 对土壤团聚体中不同形态磷分布的影响

7种土地利用方式土壤团聚体质量比及各形态磷分布特征如图 2所示。冀西北坝上土壤以≥1.00~2.00 mm团聚体为主，质量比在21.37%~37.03%之间，< 0.25 mm团聚体分布最少。不同团聚体TP占原土壤质量比在3.51%~27.62%之间，露地菜地、大棚菜地和林地在≥2.00~5.00 mm及≥5.00 mm团聚体中高于草地，马铃薯地、青贮玉米地和大棚菜地在≥0.25~0.50 mm团聚体高于草地。WSTP占原土壤质量比在1.89%~25.78%之间，WSOP占原土壤质量比在1.97%~25.40%之间，燕麦地在≥5.00 mm团聚体中显著高于草地。林地和马铃薯地≥0.25~0.50 mm团聚体WSOP质量比显著低于草地，草地≥0.25~0.50 mm团聚体WSTP质量比显著高于其他。不同团聚体WSIP占原土壤质量比在1.81%~28.94%之间，大棚菜地、露地菜地在≥2.00~5.00 mm及≥5.00 mm团聚体中高于草地；马铃薯地和青贮玉米地在≥0.25~1.00 mm团聚体高于草地。可见，TP主要分布在≥0.25~0.50 mm团聚体中，WSTP、WSOP和WSIP主要分布在≥1.00~2.00 mm团聚体中。

图 2 7种土地利用方式下土壤团聚体质量比及磷组分分布特征 Fig. 2 Distribution characteristics of phosphorus components and mass ratio of soil aggregates under 7 land use types

3.3 对土壤团聚体磷库管理指数的影响

土壤磷库管理指数是反映土壤磷素动态变化的有效指标，不同土地利用方式土壤各团聚体PPI、LI及PPMI如表 2所示。以原土样为参考土壤PPMI随着粒径的增加，马铃薯地和林地呈下降趋势，燕麦地呈上升趋势，青贮玉米地呈波动式变化≥0.50~1.00 mm团聚体较高。大棚菜地呈“V”型变化≥1.00~2.00 mm团聚体最低，露地菜地和草地呈“抛物线”型变化≥0.50~1.00 mm团聚体最高。土壤LI随着粒径的增加，马铃薯地≥2.00~5.00 mm团聚体最高，≥5.00 mm团聚体最低，燕麦地呈上升趋势，青贮玉米地、草地和林地呈“抛物线”型变化且在 < 0.25 mm团聚体最低。大棚菜地和露地菜地≥0.25~0.50 mm团聚体最高，< 0.25 mm团聚体最低。可见，马铃薯地促进微颗粒团聚体磷的供给；燕麦地促进大颗粒团聚体磷的供给和活度；青贮玉米地促进中小团聚体磷的供给和活度；露地菜地促进中小颗粒团聚体磷的供给；草地促进中小颗粒团聚体磷的供给和磷的活度；林地促进微小颗粒磷的供给和活度；大棚菜地增加微颗粒团聚体磷的供给和小颗粒团聚体磷的活度。

表 2 7种土地利用方式土壤团聚体磷库管理指数 Tab. 2 Management indexes of phosphorus pools in the soil aggregates under 7 land use types

土地利用方式 Land use type	团聚体粒径 Aggregate particle size/mm	磷库指数 Phosphorus pool index PPI	磷库活度 Phosphorus pool activity L	活度指数 Phosphorus pool activity index LI	磷库管理指数 Phosphorus pool management index PPMI
马铃薯地Potato field	原样Original sample	1.00	0.35	1.00	100.00
	≥5.00	0.89	0.28	0.79	70.71
	≥2.00~5.00	0.90	0.46	1.33	119.09
	≥1.00~2.00	0.82	0.31	0.89	72.77
	≥0.50~1.00	1.07	0.42	1.21	128.38
	≥0.25~0.50	1.33	0.38	1.10	146.40
	< 0.25	2.52	0.29	0.83	208.30
燕麦地Oat field	原样Original sample	1.00	0.18	1.00	100.00
	≥5.00	1.03	1.00	5.56	572.74
	≥2.00~5.00	1.25	0.07	0.37	46.02
	≥1.00~2.00	0.94	0.12	0.65	61.48
	≥0.50~1.00	1.01	0.14	0.80	80.47
	≥0.25~0.50	0.92	0.09	0.51	47.15
	< 0.25	2.53	0.04	0.21	52.80
青贮玉米地 Silage corn field	原样Original sample	1.00	0.21	1.00	100.00
	≥5.00	0.95	0.14	0.68	64.90
	≥2.00~5.00	0.66	0.18	0.84	55.54
	≥1.00~2.00	0.82	0.24	1.16	95.73
	≥0.50~1.00	0.96	0.48	2.27	217.57
	≥0.25~0.50	1.33	0.13	0.61	81.29
	< 0.25	1.75	0.11	0.51	89.91
露地菜地 Open vegetable field	原样Original sample	1.00	0.25	1.00	100.00
	≥5.00	0.88	0.22	0.87	76.88
	≥2.00~5.00	0.90	0.26	1.06	95.11
	≥1.00~2.00	1.04	0.23	0.94	96.95
	≥0.50~1.00	1.37	0.28	1.13	154.69
	≥0.25~0.50	0.96	0.34	1.37	131.68
	< 0.25	1.13	0.07	0.28	31.63
草地 Grassland	原样Original sample	1.00	0.18	1.00	100.00
	≥5.00	1.16	0.11	0.59	68.62
	≥2.00~5.00	1.12	0.10	0.57	63.47
	≥1.00~2.00	0.27	1.46	8.09	216.10
	≥0.50~1.00	0.68	0.76	4.22	285.91
	≥0.25~0.50	1.67	0.09	0.48	80.01
	< 0.25	1.92	0.08	0.44	84.06
林地 Woodland	原样Original sample	1.00	0.09	1.00	100.00
	≥5.00	0.08	0.04	0.49	4.03
	≥2.00~5.00	0.97	0.07	0.81	78.88
	≥1.00~2.00	0.74	0.09	1.00	73.96
	≥0.50~1.00	0.92	0.11	1.23	113.00
	≥0.25~0.50	1.00	0.12	1.28	128.40
	< 0.25	2.67	0.05	0.58	156.30
大棚菜地 Greenhouse vegetable field	原样Original sample	1.00	0.20	1.00	100.00
	≥5.00	1.04	0.19	0.97	100.96
	≥2.00~5.00	1.04	0.19	0.93	96.61
	≥1.00~2.00	0.95	0.18	0.92	87.80
	≥0.50~1.00	0.98	0.18	0.92	90.55
	≥0.25~0.50	0.90	0.27	1.35	121.48
	< 0.25	1.44	0.18	0.92	133.13

表 2 7种土地利用方式土壤团聚体磷库管理指数 Tab. 2 Management indexes of phosphorus pools in the soil aggregates under 7 land use types

4 讨论 4.1 土壤团聚体对磷含量及分布特征和磷库管理指数的影响

土壤团聚体的组成和分布特征可反映土壤肥力、理化性质和土壤环境状况^[14]，进而影响土壤团聚体中营养盐的迁移转化及形态分布。本研究中各粒级团聚体中WSIP和WSTP含量随粒径减小总体呈先增加后减小波动趋势，与文倩等^[15]和区晓琳等^[16]研究结果相一致。坝上地区沙壤土受土壤水蚀及风蚀影响较大，水溶性磷易流失，而随着团聚体颗粒变小，抗水蚀能力增强，但抗风蚀能力较弱。根据LI和PPMI来看，冀西北坝上农田土壤中等颗粒团聚体供磷能力较强；从不同粒径团聚体对磷素的固持能力来看，大团聚体中磷周转快于微团聚体^[17]。但冀西北坝上地区受风蚀影响，大团聚体中磷以矿物磷为主。因此大团聚体LI和PPMI比中等粒径低。团聚体粒径越小，比表面积越大，土壤磷吸附固定量增加，且微团聚体是由矿质物质与细菌、真菌、植物残体及多糖聚合物胶结形成，不易被微生物和酶所分解^[17]，因此小颗粒团聚体中LI和PPMI较低。

4.2 土地利用方式对团聚体磷含量及分布特征和磷库管理指数的影响

土地利用方式不仅影响土壤团聚体磷形态分布，还决定土壤潜在供磷能力^[18]。土壤团聚体磷库管理指数可灵敏地反映农业生产措施对土壤肥力、土壤磷库动态变化的影响。龚雪蛟等^[19]研究表明施有机肥显著提高土壤磷含量，本研究结果显示施用有机肥的大棚菜地和露地菜地TP含量较高且在大团聚体中比例最高，主要是因为施入有机质增加胶结物质使得团聚作用增强，农田土壤大团聚体由无机砂砾向有机团聚体转变，提高土壤大团聚体磷库管理指数和磷库活度指数，进而提高土壤供磷能力。露地菜地受风蚀等外界影响降低大团聚体磷库管理指数，与大棚菜地相比土壤供磷能力减弱。马铃薯地大量施用无机肥和充分灌溉促进小颗粒(≥0.25~0.50 mm)团聚体溶解性磷增加及中小颗粒(≥0.50~1.00 mm)团聚体TP含量及比例增加，因马铃薯地土壤扰动强，透气性好，营养物质转化及迁移速率快，磷库活度高促进磷素活性，易造成大团聚体中磷素的流失，因此马铃薯地土壤 < 0.25 mm团聚体PPI较高。植物凋落物输入有利于土壤微生物和植物根系分解为多糖等胶结物质，促进真菌菌丝体等有机胶结物的生长^[20-21]，有利于大团聚体的形成，但本研究发现，林地和青贮玉米地促进坝上土壤小颗粒团聚体的形成，主要是因为坝上地区气温低，植物残体分解慢，径流及动物活动等增加土壤颗粒分散度从而使小颗粒有机团聚体增加^[22]且植物凋落物有利于有机磷的积累使 < 0.25 mm团聚体L、LI和PPMI较高，土壤结构相对较好，抗蚀能力更强。粗放管理的燕麦地增加超大团聚体(≥5.00 mm)中溶解性磷含量及中等团聚体TP含量及比例，大团聚体PPMI高，增加土壤供磷能力，因此冀西北坝上地区燕麦是马铃薯田主要的倒茬作物。可见土地利用方式先影响大团聚体中磷素的积累与分布。

5 结论

冀西北土壤团聚体TP质量分数为211.72~441.94 mg/kg，< 0.25 mm团聚体中TP含量较高，WSTP质量分数为267.68~421.83 mg/kg，≥0.50~1.00 mm团聚体中WSTP和WSOP含量较高，≥0.25~0.50 mm团聚体WSIP含量最高。TP主要分布在≥0.25~0.50 mm团聚体中，WSTP、WSOP和WSIP主要分布在≥1.00~2.00 mm团聚体。土壤团聚体PPMI在79.00~153.00之间，≥0.50~1.00 mm团聚体土壤PPMI最高，大团聚体土壤PPMI和LI较低。

施用有机肥有利于超大颗粒团聚体(≥5.00 mm)的形成，提高TP含量及其在大团聚体中比例，提高微颗粒团聚体PPMI。施用无机肥有利于提高小颗粒(≥0.25~0.50 mm)团聚体水溶性磷含量，提高微颗粒团聚体PPMI和大颗粒团聚体LI。植物残体输入有利于小颗粒团聚体增加，促进土壤TP向中等颗粒团聚体分布，提高中小颗粒(≥0.50~1.00 mm)团聚体PPMI。燕麦地有利于增加中等颗粒团聚体，促进磷向超大颗粒团聚体中分布，提高其团聚体PPMI和LI。

因此，通过增施有机肥，采用滴灌等节水灌溉方式，进行倒茬轮作及种植归还率高的作物，优化土地利用方式，可促进冀西北坝上地区土壤大团聚体的增加，减少磷素流失，提升京津冀水源地功能，增加农业生态效益。

6 参考文献

[1]	吴电明, 夏立忠, 俞元春, 等. 三峡库区坡地脐橙园保护性措施对土壤团聚体结构及碳、氮、磷含量的影响[J]. 土壤学报, 2011, 48(5): 996. WU Dianming, XIA Lizhong, YU Yuanchun, et al. Effects of protective management of navel orange orchards on slope land on structure of and carbon, nitrogen and phosphorus contents in soil aggregates[J]. Acta Pedologica Sinica, 2011, 48(5): 996.
[2]	陈曦, 刘焕焕, 江山, 等. 复垦模式对矿区土壤团聚体组成及其有机碳、氮分布的影响[J]. 山西农业科学, 2020, 48(5): 768. CHEN Xi, LIU Huanhuan, JIANG Shan, et al. Effects of reclamation mode on soil aggregate composition and organic carbon and nitrogen distribution in mining area[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2020, 48(5): 768.
[3]	连玉珍, 刘合满, 曹丽花, 等. 西藏林芝不同土地利用方式的土壤团聚体及其有机碳分布[J]. 浙江农业学报, 2019, 31(8): 1353. LIAN Yuzhen, LIU Heman, CAO Lihua, et al. Distribution of soil aggregate and organic carbon under different land use types in Linzhi, Tibet[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2019, 31(8): 1353.
[4]	张曼夏, 季猛, 李伟, 等. 土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其结合有机碳的影响[J]. 应用与环境生物学报, 2013, 19(4): 598. ZHANG Manxia, JI Meng, LI Wei, et al. Effect of land use patterns on soil aggregate stability and aggregate-associated organic carbon[J]. Chinese Journal of Applied Environmental Biology, 2013, 19(4): 598.
[5]	单志杰, 于洋, 殷哲, 等. 蒙自断陷盆地不同土地利用方式土壤养分特征[J]. 中南林业科技大学学报, 2019, 39(7): 85. SHAN Zhijie, YU Yang, YIN Zhe, et al. Soil nutrient characteristics in different land use of Mengzi gabin basin[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2019, 39(7): 85.
[6]	瞿晴, 徐红伟, 吴旋, 等. 黄土高原不同植被带人工刺槐林土壤团聚体稳定性及其化学计量特征[J]. 环境科学, 2019, 40(6): 183. QU Qing, XU Hongwei, WU Xuan, et al. Soil aggregate stability and its stoichiometric characteristics in Robinia pseudoacacia forest within different vegetation zones on the Loess Plateau, China[J]. Environmental Science, 2019, 40(6): 183.
[7]	BLAIR G J, LEFROY R D B, LISLE L. Soil carbon fractions based on their degree of oxidation, and the development of a carbon management index for agricultural systems[J]. Australian Journal of Agricultural Research, 1995, 46: 1459.
[8]	童文彬, 邱志腾, 张明奎. 植物有效磷与水溶性磷对土壤磷素积累的响应研究[J]. 农学学报, 2020, 10(1): 37. TONG Wenbin, QIU Zhiteng, ZHANG Mingkui. Response of bio-available phosphorus and water-soluble phosphorus to phosphorus accumulation in soil[J]. Journal of Agriculture, 2020, 10(1): 37.
[9]	曹培, 徐莹, 朱杰, 等. 不同种植模式对稻田土壤活性有机碳组分及产量的短期影响[J]. 生态学杂志, 2019, 38(9): 2788. CAO Pei, XU Ying, ZHU Jie, et al. Short-term effects of different cropping patterns on soil labile organic carbon fractions and yields of paddy fields[J]. Chinese Journal of Ecology, 2019, 38(9): 2788.
[10]	中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1978: 135. Nanjing Institute of Soil Siences, Chinese Academy of sciences. Soil physical and chemical analysis[M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 1978: 135.
[11]	鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000: 25. BAO Shidan. Soil agrochemical analysis[M]. 3ed. Beijing: China Agricultural Press, 2000: 25.
[12]	王圣瑞. 湖泊沉积物—水界面过程基本理论与常用测定方法[M]. 北京: 科学出版社, 2014: 27. WANG Shengrui. Basic theory and common determination method of lake sediment-water interface process[M]. Beijing: Science Press, 2014: 27.
[13]	徐鹏, 江长胜, 郝庆菊, 等. 缙云山土地利用方式对土壤活性有机质及其碳库管理指数的影响[J]. 环境科学, 2013, 34(10): 4010. XU Peng, JIANG Changsheng, HAO Qingju, et al. Effects of the different land use on soil labile organic matter and carbon management index in Jinyun mountain[J]. Environmental Science, 2013, 34(10): 4010.
[14]	徐英德, 汪景宽, 王思引, 等. 玉米残体分解对不同肥力棕壤团聚体组成及有机碳分布的影响[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(7): 1029. XU Yingde, WANG Jingkuan, WANG Siyin, et al. Effects of maize residue decomposition on aggregate composition and organic carbon distribution of different fertilities brown soils[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(7): 1029.
[15]	文倩, 赵小蓉, 张书美, 等. 半干旱地区不同土壤团聚体中微生物量磷的分布特征[J]. 中国农业科学, 2005, 38(2): 327. WEN Qian, ZHAO Xiaorong, ZHANG Shumei, et al. Distribution characteristics of microbial biomass phosphorus in different soil aggregates in semi-arid area[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(2): 327.
[16]	区晓琳, 陈志彪, 姜超, 等. 植被恢复对亚热带侵蚀红壤团聚体养分分布的影响[J]. 水土保持学报, 2016, 30(6): 230. OU Xiaolin, CHEN Zhibiao, JIANG Chao, et al. Effect of vegetation restoration on nutrient distribution within aggregate of subtropical eroded red soils[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(6): 230.
[17]	曹彬彬, 李雨诺, 朱熠辉, 等. 添加秸秆对长期不同碳氮管理土壤各粒级团聚体激发效应的影响[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2021, 49(5): 11. CAO Binbin, LI Yunuo, ZHU Yihui, et al. Priming effect of straw addition on different particle-size fractions of soil aggregates under long-term carbon and nitrogen managements[J]. Journal of Northwest A&F University(Natural Science Edition), 2021, 49(5): 11.
[18]	谷思玉, 张一鹤, 陆欣春, 等. 不同土地利用方式对农田黑土剖面磷形态分布的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2019, 37(3): 149. GU Siyu, ZHANG Yihe, LU Xinchun, et al. The effect of land use on the distribution of soil phosphorous forms in black soil profile[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2019, 37(3): 149.
[19]	龚雪蛟, 秦琳, 刘飞, 等. 有机类肥料对土壤养分含量的影响[J]. 应用生态学报, 2020, 31(4): 1403. GONG Xuejiao, QIN Lin, LIU Fei, et al. Effects of organic manure on soil nutrient content[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2020, 31(4): 1403.
[20]	刘晶, 田耀武, 张巧明. 豫西黄土丘陵区不同土地利用方式土壤团聚体有机碳含量及其矿化特征[J]. 水土保持学报, 2016, 30(3): 255. LIU Jing, TIAN Yaowu, ZHANG Qiaoming. Characteristics of soil organic carbon content and mineralization in soil aggregates under different land use patterns on the loess hilly area of western Henan[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(3): 255.
[21]	罗晓虹, 王子芳, 陆畅, 等. 土地利用方式对土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响[J]. 环境科学, 2019, 40(8): 281. LUO Xiaohong, WANG Zifang, LU Chang, et al. Effects of land use type on the content and stability of organic carbon in soil aggregates[J]. Environmental Science, 2019, 40(8): 281.
[22]	郑兴波, 张雪, 韩士杰. 长白山阔叶红松林不同演替阶段土壤团聚体粒径组成及有机碳含量变化[J]. 应用生态学报, 2019, 30(5): 1553. ZHENG Xingbo, ZHANG Xue, HAN Shijie. Changes of soil aggregate size composition and organic carbon content at different succession stages of broad-leaved Korean pine forest in Changbai Mountain[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(5): 1553.