再生水灌溉模式对土壤团聚体及其有机碳分布的影响

DistributioncharacteristicsofsoilaggregatesandtheirassociatedorganiccarbonunderdifferentirrigationmodeswithreclaimedwaterHUTing-fei，WANGHui*，TANShuai（CollegeofWaterResourcesandCivilEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）Abstract：Theeffectsofreclaimedwaterirrigationmodesonthecontentandstabilityofsoilaggregates,totalsoilorganiccarbon,anddistri⁃butionofaggregate-associatedorganiccarboninthreesubtropicalsoils,i.e.,tidalsoil,purplesoilandpaddysoil,wereinvestigated.Anin⁃doorsimulationexperimentwasconductedattheirrigationanddrainagelaboratoryofthecollegeofwaterresourcesandcivilengineeringofHunanagriculturaluniversity.Fourtreatmentsweredesignedasfollows：freshwaterirrigation（CK）,reclaimedwaterirrigation（RW）,alter⁃nativeirrigationoffreshwaterandreclaimedwater（ARW）,andmixedirrigationoffreshwaterandreclaimedwater（RW-2）.Soilsampleswerecollectedfrom0~15cmsoillayersintheplotsofthefourtreatmentsforanalysis.Usingthedrysievingandwetsievingmethod,theproportionsofaggregates5mm,2~5mm,0.5~2mm,0.25~0.5mm,and0.25mminsizewereobtained,andthenthemeanweightdiame⁃ter（MWD）andgeometricmeandiameter（GMD）ofthefractionsofsoilaggregateswerecalculated.Theorganiccarboncontentsofthesoilandaggregateswerealsodiscussed.Theresultsshowedthatregardlessoftreatment,theaggregatesofthreesubtropicalsoilsweredominat⁃edbymacroaggregates（0.25mm）.Theproportionofmacroaggregateswere89.56%~97.91%and67.95%~81.81%bydrysieveandwetsieve,respectively.ComparedwithCK,theMWDandGMDoftidalsoilandpaddysoilaggregatesdecreasedinthethreeirrigationtreat⁃2020，39（1）:143-1512020年1月农业环境科学学报JournalofAgro⁃EnvironmentScience胡廷飞，王辉，谭帅.再生水灌溉模式对土壤团聚体及其有机碳分布的影响[J].农业环境科学学报,2020,39（1）：143-151.HUTing-fei,WANGHui,TANShuai.Distributioncharacteristicsofsoilaggregatesandtheirassociatedorganiccarbonunderdifferentirrigationmodeswithreclaimedwater[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2020,39（1）:143-151.再生水灌溉模式对土壤团聚体及其有机碳分布的影响胡廷飞，王辉*，谭帅（湖南农业大学水利与土木工程学院，长沙410128）收稿日期：2019-08-31录用日期：2019-09-29作者简介：胡廷飞（1995—），男，贵州盘州人，硕士研究生，主要从事非常规水利用与土壤斥水性研究。E-mail：[e-mail]*通信作者：王辉E-mail：[e-mail]基金项目：国家自然科学基金项目（41471185）；湖南省教育厅重点项目（15A084）；湖南省重点研发计划项目（2016JC2032）Projectsupported：TheNationalNaturalScienceFoundationofChina（41471185）；TheKeyProjectofHunanProvincialEducationDepart⁃ment（15A084）；TheKeyResearchandDevelopmentProgramofHunanProvince（2016JC2032）摘要：为揭示再生水灌溉模式对土壤团聚体及其有机碳含量的影响，以潮土、紫色土和水稻土为研究对象，清水灌溉为对照（CK），研究了再生水灌溉（RW）、再生水-清水混合灌溉（RW-2）及再生水-清水交替灌溉（ARW）3种灌溉模式下土壤团聚体含量及稳定性、土壤总有机碳、各粒级团聚体有机碳及其对土壤总有机碳贡献率的差异。结果表明：3种灌溉模式下，3种土壤团聚体均以大团聚体（0.25mm）为主，干筛和湿筛处理大团聚体比重分别为89.56%~97.91%和67.95%~81.81%；相比CK，潮土和水稻土各处理团聚体平均质量直径（MWD）及几何平均直径（GMD）均降低，但水稻土差异不显著，紫色土MWD和GMD则显著增长（P0.05）；潮土和紫色土各处理总有机碳含量及大团聚体有机碳含量均显著增长（P0.05），水稻土变化不显著；3种土壤大团聚体有机碳含量是微团聚体有机碳含量的8.83~29.95倍，前者对土壤总有机碳含量的贡献率为89.42%~97.09%，后者贡献率为2.91%~10.58%。从改善土壤团聚状况及有机碳固持方面考虑，在紫色土和水稻土上进行再生水灌溉更适合，其中紫色土以RW模式改善效果最好，水稻土更适合采用RW-2模式。关键词：再生水；灌溉模式；团聚体；有机碳中图分类号：S153.6文献标志码：A文章编号：1672-2043（2020）01-0143-09doi:10.11654/jaes.2019-0955农业环境科学学报第39卷第1期面对日益增长的社会经济可持续发展需求，合理利用再生水进行农田灌溉是实现污水资源化、降低污水排放率的有效途径，具有重要的现实意义。然而，再生水虽经二级处理，其中仍含有较高的盐分、有机物和悬浮固体等[1-2]，长期灌溉可能导致土壤物理化学性质发生改变[3]，直接影响土壤团聚体的组成[4]，使得团聚体对土壤有机碳的固持和释放能力发生改变[5-6]。Tarchitzky等[7]研究发现再生水携带大量盐分进入受灌土壤后，使得土壤盐分含量提高，有利于促进土壤颗粒的絮凝作用，使得土壤颗粒团聚性增加；Halliwell等[8]研究认为再生水中Na+浓度过高会使土壤颗粒膨胀和团聚体分散，破坏土壤团聚体结构；李霄云等[9]研究表明有机污染型水体灌溉可以显著改善微团聚体的特性，增大土壤团聚度从而改善土壤结构状况；盛丰等[10]研究发现采用含盐灌溉水-清水交替灌溉有利于提升土壤团聚体稳定性，抑制土壤板结；郑顺安等[11]研究表明再生水灌溉促进土壤中2mm的大粒径团聚体向较小粒径转化，有效改善砂质紫色土有机碳库。以上研究初步证实再生水灌溉显著影响受灌土壤团聚状况及有机碳分布特征。但关于受灌土团聚状况与有机碳含量之间的内在联系还缺乏深入研究，不同灌溉模式下土壤团聚体及其有机碳分布差异还不清楚。随着南方地区社会经济发展和节水城市建设理念的推行，再生水的利用在中国亚热带地区受到越来越多的重视，研究再生水灌溉模式对土壤团聚体及其有机碳分布的影响对提高南方地区再生水利用率具有重要意义。为此，本文以潮土、紫色土和水稻土为研究对象，采用再生水进行模拟灌溉试验，以清水灌溉为对照，分析再生水不同灌溉模式（再生水灌溉、再生水-清水混合灌溉及再生水-清水交替灌溉）下土壤团聚体含量及稳定性、土壤总有机碳、各粒级团聚体有机碳及其对土壤总有机碳贡献率的差异，以期为再生水资源化利用及土壤肥力提高途径提供一定的理论依据和技术支持。1材料与方法1.1供试材料供试土壤为研究区域内具有代表性的潮土、紫色土及水稻土，分别取自湖南省岳阳市（29°03′21.8″N，113°00′46.2″E）和湖南省长沙市（28°11′45″N，113°07′33″E和28°18′44.4″N，113°16′10.5″E），主要土地利用方式为旱地和水田。利用随机、多点（10个点）法采集表层0~20cm土样，自然风干，除去根、石块等杂物，磨碎过2mm筛，充分混匀后备用。供试土壤的理化性质见表1。其中土壤机械组成采用吸管法测定；取20ｇ试验土样按土水比1∶5浸提后取上清液测定其电导率（EC）和pH；土壤有机碳的测定采用重铬酸钾氧化法。试验再生水取自长沙市花桥污水处理厂，污水处理采用A2/O处理工艺，日处理能力9.57万m3。经处理后的污水水质符合国家《城市污水再生利用农田灌溉用水水质》（GB20922—2007）和《农田灌溉水质标准》（GB5084—2005）。其pH为7.6±0.02，EC为1000.13±134.75μS·cm-1，SO2-4、Cl-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+分别为37.51±4.67、38.2±6.8、6.12±1.22、20.58±2.38、7.95±0.27μg·L-1和5.61±0.53μg·L-1，SAR为7.92±土壤类别Soilclassification潮土Tidalsoil紫色土Purplesoil水稻土Paddysoil机械组成Mechanicalcomposition/%0.02~2mm15.0034.0025.000.002~0.02mm47.0033.0049.000.002mm38.0033.0026.00质地Soiltexture粉黏土壤黏土粉黏壤土pH5.69±0.027.50±0.065.03±0.01EC/μS·cm-1157.05±10.75196.20±12.2296.60±0.40有机碳含量Organiccarboncontent/g·kg-18.85±1.8510.83±0.029.33±1.20ments,whilethatofpurplesoilincreased;thedifferencesbetweentidalsoilandpurplesoilweresignificant（P0.05）.Thetotalorganiccar⁃bonandmacroaggregate-associatedorganiccarboncontentsintidalsoilandpurplesoilincreasedsignificantly（P0.05）,whilethatofpad⁃dysoildidnotchangesignificantly.Theorganiccarboncontentofmacroaggregateswas8.83~29.95timeshigherthanthatofmicroaggre⁃gates.Theform