团聚体是土壤颗粒团聚形成团粒或块状的结构体^[1]，是土壤结构的基本单元，在土壤结构稳定和肥力保持方面发挥着重要作用^[2]。团聚体稳定性受诸多因素影响，包括耕作方式、胶结物质的含量及土壤溶液中的化学物质等。根据胶体双电层理论，土壤溶液的化学性质通过影响土壤胶体双电层厚度和土壤周围电场对团聚体的稳定性产生影响，电解质溶液可以改变土粒表面电场，从而影响团聚体的稳定和水分入渗特性^[3]。除此之外，电解质对胶结物质的溶解、对黏土矿物膨胀性能产生的影响也将改变团聚体的稳定性。在一定浓度范围内，溶液中Na⁺浓度升高可以增加土壤的渗透性^[4]，阳离子也会影响土壤有机碳的矿化^[5]，而有机碳对保持土壤肥力和团聚体的稳定具有重要意义。研究发现，单价阳离子对团聚体主要起分散作用^[6]。徐爽等^[7]的研究表明团聚体稳定性受盐溶液浓度影响。蒋春晓等^[8]得出交换性Na⁺与LB法3种破碎机制下团聚体稳定性均呈负相关的结论。

我国南方地处南亚热带季风气候区，化学风化、淋溶作用强烈，脱硅富铁铝化明显，土壤有机碳组分和铁氧化物含量差异大，对团聚体的形成和稳定作用也更强^[9]。赤红壤是我国南亚热带地区的代表性土壤，广西赤红壤占土壤总面积的30.1%，砂页岩和花岗岩均为赤红壤的主要成土母岩。砂页岩可以发育为多种质地的赤红壤，广泛分布于各农林种植区域。花岗岩侵蚀区面积达19.72万km²，占花岗岩赤红壤总面积的82.44%^[10]。花岗岩发育的土壤结构松散，富含石英砂，其坡面一旦发生土壤侵蚀就极易由面蚀演变成沟蚀，进而形成崩岗侵蚀，严重危害生态环境安全^[11]。南亚热带地区丰富的水热资源促进了当地的农业生产，人为对土壤的扰动次数和强度较高，加上不合理的开发利用、频繁的降雨等，使南方红壤区的水土流失现象和土壤退化问题更为严重，土地生产能力下降。自然条件下的土壤溶液是含有电解质在内的多种化学物质的稀溶液，K⁺、Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺等是土壤中的主要盐基离子。随着农业生产中肥料、化学调节剂以及灌溉水的使用，加上污水排放和酸雨等因素，越来越多的化学物质进入土壤，改变土壤溶液的组成和浓度。目前，已有的研究更加关注土壤理化性质在土壤溶液发生改变后一段时间内的变化，对短时间内土壤溶液改变导致的团聚体稳定性变化的研究报道较少。

为探明外源电解质对团聚体稳定性的影响，模拟不同破碎机制下团聚体稳定性对电解质溶液的响应，笔者选取南亚热带地区砂页岩和花岗岩发育的赤红壤为研究对象，借鉴LB法的3种处理，设置不同浓度(0、0.05、0.10、0.20、0.50和1.00 mol/L)和类型(NaCl，KCl，MgCl₂和CaCl₂)的电解质溶液来测定团聚体稳定性变化规律，探究外源电解质添加对团聚体稳定性的影响，揭示静水条件下团聚体的破碎特征，以期为侵蚀退化赤红壤的保护提供理论依据。

本研究中砂页岩赤红壤采集于广西南宁市武鸣区(E 107°50′~108°37′，N 23°00′~23°33′)，花岗岩赤红壤采集于广西梧州市龙圩区(E 110°51′~111°40′，N 22°58′~24°10′)。2研究区立地条件相近，属于丘陵地形，土壤类型均为赤红壤，处于亚热带季风气候区，雨热同期，气候温和，降雨充沛。南宁市武鸣区年平均气温21.6 ℃，年均降水量达到1 304.2 mm，降雨时间104.7 d，多集中在5—9月，年平均相对湿度为79%。梧州市龙圩区年平均气温21.2 ℃，年无霜期323 d，年均降水量1 520 mm，年均相对湿度达80%，年均日照时间1 815.2 h。

在每个研究区域内选择坡向、坡位一致，植被类型和土地利用历史相似的样地，选择3个20 m×20 m、具有代表性的典型样地，样地之间距离50 m以上以防止边界效应。在每个样地内按对角线随机选取3个采样点。将样地表面的枯枝落叶清理干净，采集表层原状土，采样操作设置重复。将采集好的土样装入塑料盒中，标记好样地信息后带回实验室。同一样地的土样剔除其中的石砾、根系、动植物残体后采用四分法进行处理，沿自然裂缝掰成直径约为1 cm的小块后放在通风处使其自然风干。

团聚体稳定性常用的测定方法以干筛法和湿筛法为主。干筛法反映的是团聚体原有的结构，湿筛法则用于测定团聚体水稳定性，而LB法^[6]通过快速湿润(fast-wetting，FW)、慢速湿润(slow-wetting，SW)和预湿润振荡(pre-wetting shock，WS)处理将团聚体破碎机制细分为消散作用、非均匀膨胀作用和机械破碎作用，有利于从团聚体破碎的机理角度评价电解质对团聚体稳定性的影响。

干筛法筛分出>3~5 mm的团聚体，于烘箱中用40 ℃烘干至恒量，分别用3种方法处理。1)FW：称取5 g团聚体于烧杯中，沿烧杯壁缓慢加入25 mL电解质溶液，静置10 min后去除上清液。2)SW：称取5 g团聚体于干燥的滤纸上，沿滤纸边缘滴加电解质溶液，使电解质溶液浸湿滤纸，静置30 min使团聚体完全湿润。3)WS：称取5 g团聚体于锥形瓶中，沿锥形瓶壁缓慢加入25 mL无水乙醇，静置10 min后用滴管吸出乙醇，加入200 mL电解质溶液，塞紧瓶口上下晃动20次后静置，30 min后去除电解质溶液。将经过上述3种方法处理的团聚体用无水乙醇洗入50 μm孔径的筛子上，在无水乙醇中上下震荡20次，振幅约为2 cm，再用无水乙醇将团聚体洗入干燥的铝盒中，置于40 ℃烘箱中烘干至恒量，过3.00 mm、2.00 mm、1.00 mm、0.50 mm和0.25 mm的套筛，用分析天平称量各级团聚体的质量。

为探究团聚体破碎随时间的变化，开展静水条件下团聚体在电解质溶液中的破碎实验。取10粒较均匀的>3.00~5.00 mm团聚体于3.00 mm孔径的筛子上，分别缓慢浸没于0、0.05、0.10和0.50 mol/L的NaCl溶液中，记录在5 s、10 s、30 s、1 min、2 min、3 min、5 min和10 min时完整的团聚体数量。完整的团聚体所占比例用团聚体稳定度AS表示。

平均质量直径M_WD(mean weight diameter，MWD)：

式中：W_i为第i级团聚体占总团聚体的质量分数，%；X_i为第i级团聚体的平均直径，mm。

相对消散指数R_SI(relative slaking index，RSI)和相对机械破碎指数R_MI(relative mechanical crushing index，RMI)：

式中：M_WDSW、M_WDFW和M_WDWS分别为慢速、快速、预湿润振荡处理下的MWD(MWD_SW、MWD_FW和MWD_WS)，mm。

团聚体稳定度A_S(aggregate stability，AS):

式中：N_i为在i时刻完整的数量；N为团聚体的总数量，本研究中N=10。

本研究实验数据采用Excel 2016进行初步整理，SPSS 22软件对数据进行统计分析，Origin 2018软件进行绘图。

MWD值越大表明团聚体越稳定。根据LB法的标准对团聚体稳定性进行分级，分为极不稳定(MWD＜0.4 mm)、不稳定(0.4 mm≤MWD＜0.8 mm)、稳定(0.8 mm≤MWD＜1.3 mm)、较稳定(1.3 mm≤MWD＜2.0 mm)和极稳定(MWD≥2.0 mm)^[6]。由图 1可知，在FW处理下，花岗岩赤红壤团聚体属于极稳定或较稳定团聚体，砂页岩赤红壤团聚体属于稳定团聚体，MWD_FW值表现为花岗岩赤红壤团聚体更大，说明消散作用下花岗岩赤红壤团聚体的稳定性大于砂页岩赤红壤团聚体。在SW和WS处理下，花岗岩赤红壤团聚体和砂页岩赤红壤团聚体均属于极稳定团聚体，花岗岩赤红壤团聚体的MWD_SW更大，MWD_WS值相反，说明在非均匀膨胀作用下花岗岩赤红壤团聚体稳定性较大，在机械破碎下相反。

图 1(Fig. 1)

HG：花岗岩赤红壤团聚体；SY：砂页岩赤红壤团聚体；下同。 HG: Granite lateritic red soil aggregates. SY: Sand shale lateritic red soilaggregates. FW: Fast-wetting. SW: Slow-wetting. WS: Pre-wetting shake. The same below. 图 1 团聚体平均质量直径值随电解质浓度的变化 Fig. 1 Change of aggregate MWD with electrolyte

相同湿润方式下，随着电解质浓度的升高，砂页岩和花岗岩赤红壤团聚体MWD值均呈现下降的趋势。电解质溶液降低团聚体稳定性的作用具有临界浓度，超过该浓度后团聚体稳定性减小的程度趋于平缓。在本研究中，临界浓度大致为0.10 mol/L。

相同母质发育团聚体MWD_FW、MWD_SW、MWD_WS的大小有较大差别。花岗岩赤红壤团聚体为MWD_FW＜MWD_WS＜MWD_SW，而砂页岩赤红壤团聚体表现为MWD_FW＜MWD_SW＜MWD_WS，表明对2种团聚体稳定性影响最大的均为FW导致的消散作用，对花岗岩赤红壤团聚体影响最小的为SW导致的非均匀膨胀作用，对砂页岩赤红壤团聚体影响最小的为WS导致的机械破碎作用。

不同电解质类型和浓度下团聚体破碎后粒径分布特征如图 2所示。母质和处理方式相同时，不同电解质类型处理下团聚体粒径组成情况相似，而3种湿润处理间团聚体粒径含量有较大差异。对于花岗岩赤红壤团聚体而言，FW、SW和WS处理下均以>3.00~5.00 mm的粒径质量分数最大。不同处理下团聚体各粒径质量分数大体上表现为粒径越小质量分数越少。对砂页岩赤红壤团聚体而言，在FW处理中>0.25~0.50 mm的质量分数最多，占20.76%~33.13%，在SW处理和WS处理当中以>3.00~5.00 mm的质量分数最多。不同处理下团聚体粒径质量分数的相对大小并未表现出明显规律。在FW处理中，随着电解质浓度的升高，2种土壤团聚体>2.00~3.00 mm和>3.00~5.00 mm的粒径质量分数降低，而在SW和WS处理中，仅>3.00~5.00 mm质量分数降低。团聚体的粒径分布特征主要与母质以及湿润方式有关。3种处理方式下，砂页岩赤红壤团聚体的粒径组成变化更为明显。

图 2(Fig. 2)

图 2 团聚体粒径分布特征 Fig. 2 Particle size distribution characteristics of aggregates

RSI值和RMI值越大，说明土壤团聚体对消散作用和机械破碎作用的敏感程度越高。如表 1所示，总体上看，不同电解质处理下的RSI、RMI的变化趋势相似。随着电解质浓度的升高，2种赤红壤团聚体的RSI和RMI的绝对值增大。2种团聚体的RMI均小于RSI，说明2种团聚体均对消散作用更加敏感。

表 1(Tab. 1)

表 1 团聚体相对消散指数和机械破碎指数变化特征 Tab. 1 Characteristics of changes in the RS1 and RM1 of aggregates  % 指标 Indicator 电解质浓度 Electrolyte concentration/(mol·L-1) 花岗岩赤红壤团聚体HG 砂页岩赤红壤团聚体SY NaCl KCl MgCl2 CaCl2 NaCl KCl MgCl2 CaCl2 相对消散指数RSI 0 34.11±1.86 34.11±1.86 34.11±1.86 34.11±1.86 55.85±1.61 55.85±1.61 55.85±1.61 55.85±1.61 0.05 34.76±0.62 37.93±0.67 34.71±1.05 40.41±0.42 59.89±3.28 58.47±2.46 55.84±1.43 61.91±1.86 0.10 35.85±1.06 38.47±1.01 37.10±2.64 45.18±2.15 60.92±1.18 64.48±0.78 59.99±1.73 62.30±2.22 0.20 40.18±2.65 39.09±1.34 37.46±2.13 45.35±0.95 63.03±1.81 64.81±0.72 63.80±0.16 63.64±1.83 0.50 39.51±1.12 39.80±3.36 36.78±1.19 45.47±0.47 67.60±0.25 69.10±1.48 63.99±0.55 65.39±3.45 1.00 40.43±2.19 39.57±0.72 37.23±1.49 46.11±1.35 67.48±0.28 69.16±0.56 64.56±1.70 64.94±0.39 相对机械破碎指数RMI 0 16.57±0.33 16.57±0.33 16.57±0.33 16.57±0.33 -0.50±0.73 -0.50±0.73 -0.50±0.73 -0.50±0.73 0.05 15.09±1.45 13.68±0.18 17.24±0.87 15.44±2.14 -5.75±1.45 -9.06±2.04 -3.24±1.16 -2.64±1.65 0.10 14.25±0.59 12.24±1.72 17.20±0.10 14.96±3.30 -8.29±1.00 -10.81±1.50 -3.41±1.24 -6.26±1.23 0.20 15.23±0.07 12.42±0.27 15.92±1.28 16.36±1.05 -8.34±1.74 -13.95±2.51 -3.62±2.07 -11.64±2.16 0.50 15.93±0.95 17.81±1.87 16.31±0.88 16.40±2.51 -8.15±0.61 -11.58±2.18 -2.15±2.67 -11.95±1.25 1.00 15.81±0.86 22.32±2.32 17.80±0.49 18.51±2.04 -11.10±1.67 -11.37±3.13 -0.08±1.28 -19.32±3.35 注：数据为平均值±标准差。Notes: The data is the mean±standard deviation.

表 1 团聚体相对消散指数和机械破碎指数变化特征 Tab. 1 Characteristics of changes in the RS1 and RM1 of aggregates

图 3为AS随湿润时间的变化。同种溶液中，花岗岩赤红壤团聚体AS值明显高于砂页岩赤红壤团聚体。2种团聚体的AS随时间的变化情况相似，表现为浸没于溶液2 min内后下降较快，2 min后逐渐趋于平稳，说明浸没溶液中短时间内团聚体稳定性即可发生剧烈变化。相较于纯水，电解质溶液中的AS更小。花岗岩赤红壤团聚体对不同浓度电解质溶液不敏感，而砂页岩在赤红壤团聚体不同溶液中的AS值稍有差异。

图 3(Fig. 3)

图 3 团聚体稳定度随湿润时间变化 Fig. 3 Variation of AS with wetting time

LB法的3种湿润处理可以反映团聚体的不同破坏机制，其中FW模拟的是夏季暴雨条件下团聚体的破碎，水分快速入渗时团聚体内的空气未能迅速排出，导致团聚体中的空气压强增大，一旦超过团聚体所能承受的范围时团聚体就会崩解，并且土粒间的胶结作用会因水分的进入而减弱，从而对团聚体造成进一步破坏；SW模拟的是小雨条件下的团聚体破碎，当水分缓慢进入团聚体时，团聚体中的膨胀性物质快速膨胀，团聚体粒径增大，同时入渗锋面处形成一个剪切面，破坏团聚体内部原有的胶结情况，团聚体崩解；WS模拟的是机械扰动对团聚体的破坏作用。3种处理中，花岗岩赤红壤团聚体的MWD值相对大小为MWD_FW＜MWD_WS＜MWD_SW，与郭伟等^[12]对红壤的研究结果类似，说明在湿润处理当中，崩解和机械破坏是花岗岩赤红壤团聚体最重要的破碎机制。而砂页岩赤红壤团聚体的MWD值却表现为MWD_FW＜MWD_SW＜MWD_WS，与张孝存等^[13]在黑土区的研究结果相似，说明砂页岩赤红壤团聚体破碎的主要机制为崩解和非均匀膨胀作用。由于快速湿润处理当中对团聚体的破坏也包含慢速湿润的贡献，并且预湿润振荡强调的雨滴击打力较弱^[14]，因此，快速湿润处理可以作为评价研究区域内土壤团聚体稳定性的一种较好办法。

本研究中发现，2种团聚体在LB法不同处理后均以＞0.25 mm的粒径为主，其中花岗岩赤红壤团聚体SW处理后的＞0.25 mm团聚体质量分数最高而FW处理的质量分数最低，砂页岩赤红壤团聚体在FW处理后的＞0.25 mm的质量分数也最低，但WS处理后的质量分数大于SW。这可能是由2种土壤的理化性质、研究区域等因素的差异所引起。Yang等^[15]的研究发现，相对消散指数大于相对机械破碎指数，本研究的结果与之相似，说明本研究中2种团聚体的崩解主要由水分入渗造成的。

在4种电解质条件下，团聚体MWD值随电解质浓度变化的特征相似。在本研究中，随着电解质浓度的增大，团聚体稳定性降低，胡节等^[16]的研究结论类似。电解质可以从多方面对团聚体产生影响。一方面可能与溶液进入团聚体的速率有关。消散作用的大小受湿润速率影响^[17]。溶液进入团聚体的速度越快，团聚体内部空气形成的气压越大，团聚体越容易破碎。同时，溶液表面张力越大，溶液进入团聚体的速率越大，消散作用越强，团聚体稳定性越低，团聚体更倾向于破碎成更小的粒径。溶液浓度越高表面张力越大^[18]，因此，溶液浓度越大则进入团聚体的速率越大，团聚体的消散作用越强，团聚体越不稳定，MWD值越小。另一方面可能与胶结剂的溶解有关。电解质溶液进入团聚体后，溶液对胶结剂进行软化和溶解、对黏土矿物膨胀撕裂。盐溶液可溶解氧化铝胶膜，且南方土壤多呈酸性，导致铁铝氧化物胶膜被分离，土壤团聚体分散^[19]。

我国南亚热带地区农耕活动频繁，四季均可进行农业生产，灌溉的频率较高。Na⁺和K⁺是灌溉水中存在的主要盐分阳离子，K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺也为植物生长所必需。张余良等^[20]的研究发现，长期用含有较高浓度的Cl^-和Na⁺的水进行灌溉会恶化土壤理化性状，短期灌溉还会引起水稳性团聚体破坏。随着灌溉水矿化度的升高，土壤中的有机质质量分数降低，土壤WR_0.25(＞0.25 mm水稳性大团聚体质量分数)、MWD和GMD减小，D(分形维数)增大^[21]。咸水灌溉还会改变团聚体的粒径组成，大团聚体的质量分数会因灌溉水矿化度的升高而减少，同时微团聚体(0.053~0.250 mm)和粉+黏团聚体(＜0.053 mm)的含量增加^[22]。南方红壤区是我国重要的农业生产区，农业生产中应注意所使用灌溉水体的质量，避免因灌溉造成土壤退化。

AS在浸没于溶液中的前2 min快速下降，表明团聚体浸没于溶液后短时间内即可发生破碎。与纯水相比，团聚体在电解质溶液中破碎的速度更快，AS也更低，说明短时间内电解质溶液对团聚体的破坏程度比纯水更大。

1) 团聚体MWD值随着电解质浓度的升高而降低。电解质浓度从0增加到0.10 mol/L时，团聚体稳性下降较快，超过0.10 mol/L时，团聚体稳定性下降的程度趋于平缓。

2) 在3种湿润处理下，花岗岩赤红壤团聚体的粒径含量大体上随粒径减小而减少，而砂页岩赤红壤团聚体不同处理下的粒径含量的大小顺序并不一致。2种团聚体>3.00~5.00 mm的粒径含量在3种处理中均随着电解质浓度的升高而减小。

3) 静水条件下，花岗岩和砂页岩的团聚体稳定度均在浸没溶液2 min内发生剧烈变化。花岗岩赤红壤团聚体AS的差异主要表现在纯水和电解质当中，在电解质的不同浓度中并未表现出明显的差异；砂页岩赤红壤团聚体AS在纯水和不同浓度电解质当中稍有差异。

4) 在消散作用下和非均匀膨胀作用下，花岗岩赤红壤团聚体的稳定性较高，在机械破碎作用下砂页岩赤红壤团聚体的稳定性较高。2种团聚体的RMI均小于RSI，说明2种团聚体均对消散作用更加敏感。