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第 41 卷 第 5 期2023 年 10 月四川农业大学学报Journal of Sichuan Agricultural UniversityVol.41 No.5Oct.2023川南干旱河谷区不同连作年限葡萄园土壤团聚体特征及相关因素分析王自豪1，2，3，刘守江1，2，3*，李金桓1，2，刘佳欣1，2，杨苗1，2（1.西华师范大学地理科学学院，四川 南充 637009；2.西华师范大学四川省干旱河谷土壤侵蚀监测与控制工程实验室，四川 南充 637009；3.嘉陵江流域研究所，四川 南充 637009）摘要：【目的】以西昌地区不同种植年限葡萄地为研究对象，研究葡萄连作对土壤团聚体分布及其稳定性变化的影响。【方法】在运用空间代替时间的基础上，采用相关性及冗余分析的方法，分析西昌地区不同连作年限（1、4、5、8、11和30 a）葡萄地的土壤养分、土壤团聚体分布、土壤颗粒组成及团聚体稳定性，剖析有机质、机械组成等理化指标对土壤团聚体组成及其稳定性变化的影响特征。【结果】方差分析结果表明：与其他连作年份相比，葡萄连作8 a时，土壤大团聚体含量显著升高，升高了65.68%；团聚体稳定性指标平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）显著升高，分别升高了102.65%和214.49%；而团聚体结构破坏率（PAD）和分形维数（D）显著降低则分别降低了61.17%和8.94%；团聚体稳定性升高，大团聚体含量对团聚体稳定性的增强有促进作用，对GMD和PAD的促进作用明显高于MWD和D。Pearson相关和冗余分析结果表明：土壤有机质、含水量、容重、细粉砾和粘砾是团聚体分布的主要指标，解释了总变异的87.77%；5 mm团聚体是团聚体稳定性变化的主要指标，解释了总变异的98.63%。土壤有机质、含水量、容重、细粉砾和粘砾含量变化，造成团聚体含量、组成、稳定性发生变化，且团聚体稳定性和土壤肥力在葡萄连作511 a间达到最优。【结论】葡萄连作511 a有利于土壤结构和质量的改善，其团聚体的稳定性和质量，土壤有机质含量达最高，土壤pH值达微酸-中性，适宜葡萄生长。之后随着连作时间的增长，这些指标逐渐劣化而不再适宜葡萄生长。研究结果可为农业土地高效利用协同发展政策的制定提供科学依据。关键词：葡萄；连作；土壤团聚体；稳定性；冗余分析；西昌中图分类号：S663.1 文献标志码：A 文章编号：1000-2650（2023）05-0855-08Analysis of Soil Aggregate Characteristics and Related Factors of Grapes under Different Continuous Cropping Years in the Dry Valley Area of Southern SichuanWANG Zihao1，2，3，LIU Shoujiang1，2，3*，LI Jinhuan1，2，LIU Jiaxin1，2，YANG Miao1，2（1.College of Life Sciences，China West Normal University，Nanchong 637009，Sichuan，China；2.Sichuan Provincial Engineering Laboratory of Monitoring and Control for Soil Erosion on Dry Valleys，China West Normal University，Nanchong 637009，Sichuan，China；3.Research Institute of Jialing River Basin China West Normal University，Nanchong 637009，Sichuan，China）Abstract:【Objective】This study is aiming at evaluating the effect of continuous grape cropping on the distribution and stability of soil aggregates using the grape fields with different planting years in Xichang as researching area.【Method】Methods of space-for-time substitutions，Pearson and redundancy analysis were used to resolve the relationship between soil nutrients，soil aggregate distribution，soil particle composition and aggregate stability after of the soil on which the grapes were planted in different doi：10.16036/j.issn.1000-2650.202302219收稿日期：2023-02-23基金项目：国家自然科学基金（41901224）；西华师范大学博士科研启动项目（19E066）；西华师范大学科研创新团队（CXTD201810）。作者简介：王自豪，硕士研究生，E-mail：。*责任作者：刘守江，博士，教授，硕士生导师，主要从事环境生态与生物多样性研究，E-mail：。四川农业大学学报第 41 卷 continuous cropping years（1 a，4 a，5 a，8 a，11 a，30 a）in Xichang area，and further to reveal the influence characteristics of physical and chemical indicators such as organic matter and mechanical composition on soil aggregate composition and stability changes.【Result】The results of ANOVA showed that compared with other continuous cropping years，the content of soil aggregates increased significantly by 65.68%when grapes were continuously planted for 8 a.The average weight diameter（MWD）and geometric mean diameter（GMD）of agglomerate stability indexes increased significantly，by 102.65%and 214.49%，respectively.The structural failure rate（PAD）and fractal dimension（D）of agglomerates decreased significantly，by 61.17%and 8.94%，respectively，and the stability of agglomerates increased.The content of large aggregates promoted the stability of aggregates，and the promotion effects on GMD and PAD were significantly higher than those on MWD and D.The results of Pearson correlation and redundancy analysis showed that soil organic matter，water content，bulk density，fine silt and clay were the main indicators of aggregate distribution，explaining 87.77%of the total variation.The aggregates those were 5 mm aggregates were the main indicators of stability changes of aggregates，explaining 98.63%of the total variation.Changes in soil organic matter，water content，bulk density，fine gravel and clay content caused changes in aggregate content，composition and stability，and aggregate stability and soil fertility reached the optimal level within 5-11 a.【Conclusion】Continuous gape cropping of 511 a is conducive to the improvement of soil structure and quality，reaching high level of the stability and quality of soil aggregates，the highest soil organic matter content，and achieving slightly acidic-neutral soil pH，thus suitable for grape growth.After 11 a of continuous cropping，these index gradually deteriorated as time increase and therefore the soil is not suitable for grape growth.Results in the present research can provide scientific basis for the formulation of coordinated development policies for efficient agricultural land use.Keywords:grape；continuous cropping；soil aggregates；stability；redundancy analysis；Xichang葡萄是西昌地区最重要的经济作物之一，长期以来，葡萄的种植和价格对当地经济结构起着至关重要的作用。然而现如今轮作制度的高度集约化1，如何利用单种连作最大限度提高经济效率便成了学者们研究的主要问题。葡萄喜光，光照强度、日照时间以及光谱是影响它生长发育的3个主要因素2。不同农作物的连作影响因子及障碍成因很多且差别较大，但对同一海拔相同气候区的作物而言，最主要的影响因素还是来自土壤3。葡萄连作的障碍主要是土壤养分的流失、土壤微生物种类及数量的变化、土壤酶活性变化、土壤基本结构变化等4。本文主要探究土壤稳定性和养分含量对所选作物的影响，通过研究连作年限土壤团聚体来分析其稳定性5。土壤团聚体是土壤结构的基本单元，其稳定性对水汽平衡、养分循环和土壤侵蚀等有直接影响6。同时土壤团聚体能包裹有机碳，达到固定土壤有机碳的效果7，团聚体对有机碳提供物理保护作用，能够通过调节其内外氧气和水分的流通情况来降低微生物对有机碳的矿化分解作用8，所以研究土壤团聚体也能进一步分析土壤养分。0.50.25 mm土壤水稳性团聚体最为稳定，对土壤养分的贡献最大9。大于2 mm团聚体含量随种植年限延长呈先升高后降低的变化趋势，而小于0.25 mm团聚体比例则呈相反的变化趋势10。随轮作年限增加，显著提高了团聚体几何平均直径（GMD）和平均重量直径（WMD）以及大于0.25 mm团聚体和土壤总有机碳的含量11。因此，对连作葡萄地土壤进行团聚体颗粒组成及理化分析就显得格外重要，不仅可以研究团聚体本身的影响，还可以明确种植年限和团聚体中土壤有机碳含量的变化，从而了解土壤肥力的变化。可为改良土壤养分提供一定的理论和技术指导。本研究以西昌市礼州镇范围内6个不同耕作年限葡萄地块为研究对象，主要对土壤团聚体进行粒径分析、比较其颗粒组成、明确不同种植年限以及分析不同团聚体分布等各项指标的关系，以期为该地区农田的高效耕作和利用方式提供理论基础和科学依据。1材料和方法1.1研究区概况研究区位于四川省凉山州西昌市礼州镇田坝村及陈远村（2749N,10214E），地处西昌市东北856第 5 期王自豪，等：川南干旱河谷区不同连作年限葡萄园土壤团聚体特征及相关因素分析部，帽盒山和大坡山西麓。地势北高南低、东高西低，地形为安宁河谷冲积平原，海拔1 680 m12。土壤类型为壤土，偏酸性，耕作层土壤有机碳含量约为5.23 mg/kg。地属亚热带季风气候，四季分明；夏季炎热多雨，多年平均气温 16，极端最高气温31，年均气温1325，光热条件良好，昼夜温差大，宜于糖分的积累，无霜期年平均270 d，年平均日照时数2 700 h13。同时该区受印度洋西南暖流的影响，年平均降水量约为1 000 mm14，降雨集中在每年的69月，为葡萄糖分积累、水源灌溉提供有利条件。土地主要利用类型为果园、菜地、人工林、天然林和湿地等。1.2野外采样野外土样采集工作于2022年47月进行，采样地点为西昌市礼州镇田坝村及陈远村的葡萄种植农田，当地葡萄种植品种多为“阳光玫瑰”“克伦生”。农田采用大棚架式种植，行距2 m，单株种植，由当地农民自行耕作，基本采用垄耕+滴灌的方式，生育期内滴灌1218次，基肥多为黄腐酸钾、磷酸二氢钾、钙肥、尿素或混合有机肥等。在该区域选择地理位置相近且土壤质地基本一致的6种不同连作年限葡萄地，连作年限分别为1年（1 a）、4年（4 a）、5年（5 a）、8年（8 a）、11年（11 a）和30年（30 a）。每个连作年份设置一个试验样地（表1），共6个样地，每个样地面积约0.12 hm2，采样前510 d各样地无灌溉。每个样地内在距离葡萄主干约30 cm处随机布设 3 个样方（3 次重复采样），每个样方面积为1 m1 m，避开施肥点采集表面耕作层土样（厚度约20 cm），取土时去除较明显的根茬、石块等杂物，将土块捏碎后充分混匀，每层土样用四分法装袋带回实验室备用。1.3试验方法本研究选择的土壤组分包括团聚体、机械组成、含水量、容重、pH和有机碳。土壤团聚体采用萨维诺夫法15，首先用干筛法得到各粒级团聚体含量，再将干筛得到的各粒级土壤按所占比例配置100 g进行湿筛处理，最后用烘干测每个粒径土壤的含量16；土壤机械组成采用沉降法17；土壤含水量和容重选择烘干法18；土壤有机碳采用水合热重铬酸钾氧化-比色法19。1.4数据分析土壤团聚体平均重量直径20（MWD，mm）MWD=i=1nwiXi（1）土壤团聚体几何平均直径21（GMD，mm）GMD=exp i=1nwiln Xii=1nwi（2）其中Xi是筛分出来的任意粒径范围内微团聚体的平均直径（mm）;Wi是任意粒径范围内微团聚体的质量占土样干重的百分比（%）22。大于0.25 mm土壤机械稳定性（干筛，DR0.25）和水稳定性（湿筛，WR0.25)团聚体含量公式23:R0.25=MR 0.25MT（3）式中:MR为各粒径团聚体质量（g）；MT为团聚体总质量(g)。土壤团聚体结构破坏率（PAD，%）的公式为24:PAD=DR0.25-wR0.25wR0.25 100%（4）土壤分形维数（D）用杨培岭等25的模型:D=3-lg()Vi/V0lg()Xi/Xmax（5）式中：V0为全部粒级土粒质量之和（g）；Vi为团聚体粒径小于Xi土粒的总质量（g）；Xmax为土壤粒径的最大值(mm)；Xi为两筛分粒之间粒径的平均值(mm)26。采用Microsoft Excel 2021对数据进行统计处理并制作图表，使用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)、多重比较、Pearson相关性分析，采用Canoco 5.0进行冗余分析。表1不同连作年限葡萄样地基本信息Table 1Basic information on grape samples with different years of continuous cropping连作年限Cropping years/a14581130代码Code1a4a5a8a11a30a耕作方式Description2021年开始连续种植葡萄至2022年2018年开始连续种植葡萄至2022年2017年开始连续种植葡萄至2022年2014年开始连续种植葡萄至2022年2011年开始连续种植葡萄10 a，至2021年11月挖除原葡萄，次年1月种下同种葡萄苗1992年开始连续种植葡萄30 d未换苗，仅对有死亡的少数树种进行了补种857四川农业大学学报第 41 卷 2结果与分析2.1葡萄连作对土壤团聚体组成分布的影响由表2可知，与其他年限相比，大团聚体含量在连作8 a时基本达到最大，为62.28%。相比于连作1年，除0.250.5 mm团聚体含量变化不显著以外，各年限各粒级的土壤团聚体含量变化显著(P0.05)。大于5 mm土壤团聚体含量呈现出一种先增大后减小的趋势，且在连作811 a含量最优，增幅分别为112%、82%(P0.05)；25、12、0.51 mm团聚体变化无明显规律，但在连作8 a含量依然最高，相比于连作1 a分别显著升高了100%、204%、130%(P0.05)；0.250.5 mm团聚体含量基本呈现出先增后减再增的趋势，在连作8 a达到最小值，为9.51%，相比于连作1 a显著降低了39%(P0.05)；0.25 mm大致呈现出先降低后增加的趋势，在连作8 a时出现最小值，相比于连作1 a显著降低了38%。2.2葡萄连作对土壤机械组成的影响由表3可知，与其他年限相比，土壤中的粗砂砾、粘砾含量变化不显著(P0.05)，中等粒级的土壤颗粒变化更显著；而细砂砾含量随着年限增长先增加后减少，含量在第4、5和11年显著升高(P0.05)，第8年显著降低(P0.05)；极细砂砾、粗粉砾、细粉砾含量随着种植年限的增长而减小，而在58 a增幅分别为130%、100%和129%，并且均在连作8 a达到最大，随着年限的增加，极细砂砾和粗砂砾在811 a显著增加后趋于稳定。其中整体的砂砾含量在第5年显著升高21%(P0.05)，而在第8年显著降低31%(P0.05)；粉砾含量在第5年显著降低19%(P0.05)，而在第8年显著升高29%(P0.05)。2.3葡萄连作对土壤团聚体稳定性的影响由图1、2可知，与其他年限相比，连作15 a的土壤MWD和GMD数值显著降低(P0.05)；在连作8 a后土壤MWD增幅分别为10.51%、0.65%、26.59%(P0.05)，GMD增幅分别为34.75%、7.82%、65.88%(P0.05)。由图3、4可知，D、PAD均在连作4 a达到最大，分别为2.71、56.02%；均在48 a持续减小，D在第5年后逐渐降低，在第8年出现最小值2.47；PAD同样在14 a显著增加，增加了42.98%(P0.05)，在连作4 a之后降低，在连作8 a出现最小值37.91%。2.4葡萄连作对土壤化学性质的影响由表4可知，与其他年限相比，葡萄连作第5、8年的土壤 pH 显著升高，比前 1 年限升高了 9.98%(P5 mm6.240.93b3.260.36c1.560.28c13.250.74a11.361.43a1.490.25c25 mm7.670.88b8.020.64b4.250.52c15.370.08a7.780.17b8.692.72b12 mm3.850.33cd6.240.04bcd2.780.20d11.720.45a7.180.20bc9.213.69ab0.51 mm5.401.05d9.090.33c3.870.81d12.430.28b9.520.50c19.500.85a0.250.5 mm15.681.63c12.760.51d23.820.08a9.510.71e14.840.06c19.650.83b0.25 mm61.170.31a60.651.79a63.721.17a37.720.83c49.342.36b41.476.68c注：同列数据后不同小写字母表示不同年限间差异显著（P0.05）。下同。Notes：Different lowercase letters after the same column of data indicate significant differences between different years（P0.05）.表3不同连作年限葡萄地土壤机械组成Table 3Soil mechanical composition of grape plots with different continuous cropping years%年限Year/a14581130粗砂砾Coarse gravel0.050.01bc0.020.01cd0.200.03a0.010.01d0.070.01b0.060.01b细砂砾Fine gravel0.320.01ab0.390.13a0.440.01a0.190.01b0.370.02a0.310.07ab极细砂砾Very fine grit0.180.04ab0.110.01c0.100.01c0.230.01a0.150.02bc0.190.04ab粗粉砾Coarse powder0.190.00ab0.180.04ab0.110.02c0.220.04a0.150.01bc0.190.02ab细粉砾Fine powder granules0.230.05ab0.260.06ab0.140.00b0.320.04a0.240.00ab0.230.07ab粘砾Sticky granules0.040.02a0.060.03a0.020.00a0.050.01a0.050.01a0.050.02a858第 5 期王自豪，等：川南干旱河谷区不同连作年限葡萄园土壤团聚体特征及相关因素分析作 8 a 显著升高，相比前 1 个年限增加了 123.35%(P0.05)，后1个年限比8 a年限降低了65.15%；其他年限肥力指标无明显变化。2.5土壤团聚体稳定性及土壤理化性状的冗余分析冗余分析结果图5（a）表明，前2个轴累计解释了团聚体稳定性总变异的98.63%，表明土壤团聚体稳定性对团聚体分布的大部分的原因，其中又因为土壤团聚体25、5、25、0.51 mm与MWD、GMD呈正相关关系，与PAD、D呈负相关关系，土壤团聚体5 mm、25 mm、12 mm、0.51 mm团聚体呈正相关关系，与0.25 mm和0.250.5 mm团聚体呈反相关关系。2.6团聚体含量及稳定性与理化性质的相关分析由表5可知，大团聚体含量与粗颗粒组成的相babccc0 20 40 60 80 1 4 5 8 11 30 结构破坏率Structural failure rate/%连作年限Years of continuous cropping/a图4葡萄不同连作年限团聚体结构破坏率Figure 4Damage rate of agglomerate structure in grapes at different successive crop yearsabaabcabc2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 14581130分形维数Fractal dimension 连作年限Years of continuous cropping/a图3葡萄不同连作年限团聚体分形维数Figure 3Fractal dimensions of aggregates of grapes with different continuous cropping yearsabbbababa0123414581130几何平均直径Geometric mean diameter/mm连作年限Years of continuous cropping/a图2 葡萄不同连作年限几何平均直径Figure 2 Geometric average diameter of grapes with different continuous cropping yearsababbababa01234514581130平均重量直径Mean weight diameter/mm连作年限Years of continuous cropping/a图中不同字母代表葡萄不同连作年限间差异显著（P0.05）。下同。The different letters in the figure represent significant differences between the different years of continuous cropping of the grapes（P1 mm和0.251 mm的团聚体中；王笃超等30的研究表明，连作可以促进水稳性微团聚体向水稳性大团聚体转变。本研究发现，一定年限（511 a）的葡萄连作显著改变了不同粒径团聚体的分布，但低于5 a的葡萄连作未能有效的促进土壤中大团聚体的形成，这可能是因为时间较短，短期内难以明显改善土壤理化性质，土壤团聚表5土壤团聚体各项指标与颗粒组成及理化性质的Pearson相关性分析Table 5Pearson correlation analysis of soil aggregates and particle composition and physicochemical properties项目Project粗砂砾细砂砾极细砂砾粗粉砾细粉砾粘砾含水量容重有机质pH5 mm-0.392-0.4590.4240.3050.5000.2630.6940.2210.295-0.25325 mm-0.637-0.969*0.944*0.8080.8010.3120.4950.6100.924*0.11912 mm-0.604-0.873*0.8310.6970.7650.3990.5840.4410.952*-0.1090.51 mm-0.493-0.6510.6360.5130.5820.3960.6680.2960.836*-0.0730.250.5 mm0.923*0.646-0.509-0.796-0.921*-0.824*-0.182-0.660-0.488-0.06552-50.5-10.25-0.552-51-20.5-10.25-0.50.25 mm粒级团聚体含量升高，连作8 a时大团聚体含量达到最大值；但当连作时间过长时，大团聚体含量反而逐渐降低。因此，本研究表明，葡萄连作对土壤中大团聚体含量的提升在一定时间段内有促进作用，这可能是因为连作时间超过8 a后，土壤的无机胶体含量降低，进而很难形成稳定的大团聚体；也可能是因为葡萄连作在一定时间（8 a）内对于土壤的改良及葡萄的生长是有益的，而连作时间过长，这种稳定性遭到了破坏，并导致葡萄产量及质量也随之降低，原因可能是有机肥料的过度使用或长期施肥使得土壤团聚体稳定性发生改变，也有可能是长期的种植使得耕作层土壤微生物群落发生改变，进而影响团聚体的稳定性。随着连作年限的增加，长期施肥和对农药的使用会造成土壤钙化程度增高、盐分含量增高，土壤pH降低，土壤酸化现象加剧33-34。除此之外，土壤资源高强度的持续利用以追求经济产量的情况下，连作容易导致水土流失加剧，作物选择性吸收土壤养分，从而造成部分养分亏损而另一些养分过剩累积的养分失衡现象35。机械组成、土壤有机质和土壤养分会影响土壤团聚体分布及稳定性变化36。本研究结果表明，年限过长的连作导致土壤理化性质发生显著变化，连作土壤pH显著降低，这与杨阳等35的研究结果一致。一定年限的葡萄连作对土壤碳含量的提高、土壤肥力的增加以及土壤质量的改善等方面可以发挥重要作用37。本研究表明，6个连作年限相比，连续种植8 a的土壤中极细砂砾和细粉砾含量显著增高，对于大团聚体的形成有促进作用，可能是因为连续种植土壤胶结物增多促使团粒聚集形成大团聚体。冗余分析结果表明，土壤有机质、细粉粒和黏粒是引起团聚体分布的关键指标；在团聚体组成中，大团聚体含量与土壤有机质、含水量、容重、细粉粒和黏粒含量呈显著正相关关系，并且大团聚体含量解释了团聚体稳定性指标的大部分原因，说明葡萄连作的土壤中大团聚体含量变化，使得团聚体稳定性变化，这一结果与李丹等38的研究结果一致。因此，葡萄连作年限不同会造成团聚体含量、组成、稳定性发生不同变化，对于团聚体稳定性和土壤肥力来讲，511 a的连作能够使其达到较好状态。4结论 葡萄连作对不同粒径团聚体的影响程度不相同，使0.25 mm团聚体含量随着连作时间的增长先增高后降低，在连作8 a时达到最大值，同时降低了表土耕作层0.25 mm粒级团聚体含量，0.250.5 mm粒级团聚体含量也有所降低，但12 mm和0.51 mm粒级团聚体含量显著增加。葡萄连作在一定时间内可以有效提升团聚体稳定性，使土壤团聚体平均重量直径、几何平均直径显著升高，结构破坏率、分形维数显著降低。随着葡萄连作年限的增长，土壤pH值和有机质含量先增高后降低，葡萄连作511 a最适宜改善土壤条件。参考文献：1 柳开楼，韩天富，李文军，等.紫云英不同翻压年限下驱动水稻产量变化的土壤理化因子分析 J.中国水稻科学，2021，35（3）：291-302.2 王珂依.西南干热河谷酿酒葡萄时域延迟萌芽的气候资源配置与区划 D.北京：中国农业科学院，2021.3 HIDDINK G A，TERMORSHUIZEN A J，BRUGGEN A H C.Mixed cropping and suppression of soilborne diseases/Lichtfouse E.Genetic engineering，biofertilisation，soil quality and organic farming，sustainable agriculture reviewsM.Netherlands：Springer，2010，4：119-146.4 孙敬国，王昌军，孙光伟，等.连作年限对植烟根际土壤化感物质积累的影响：以湖北黄棕壤烟田为例 J.土壤，2021，53（1）：148-153.5 张雨萌，郭艳杰，张丽娟，等.生物炭配合深松对土壤团聚体及有机碳的影响 J.水土保持通报，2022，42（5）：368-375，385.6 李娜，张一鹤，韩晓增，等.长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响 J.植物生态学报，2019，43（7）：624-634.7 窦森，李凯，关松.土壤团聚体中有机质研究进展 J.土壤学报，2011，48（2）：412-418.8 王翠丽，王军强，陈亮，等.不同耕作方式对绿洲区农田土壤团聚体中微生物生物量碳、氮含量的影响 J.江苏农业科学，2022，50（12）：246-251.9 李大伟，孟庆峰，周连仁，等.长期施肥下不同种植年限碱化草甸土水稳性团聚体及有机碳分布 J.水土保持通报，2013，33（6）：80-83.10 王晟强，张喆，叶绍明.桂南茶园土壤团聚体酶活性对植茶年限的响应 J.生态学报，2020，40（18）：6532-6541.11 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