不同休闲期农田管理措施下季节性冻融对土壤团聚体的影响

张新民，高雅玉，李泽霞，张丽萍，祁怀平

（1.甘肃省水利科学研究院，兰州 730000；2.兰州理工大学，兰州 730050；3.甘肃省水土保持科学研究所，兰州 730021）

0 引言

【研究意义】在西北干旱绿洲区，粮食作物只能进行一季种植，因此农田存在很长的休闲期。例如石羊河流域的民勤地区，春小麦从每年3月下旬种植，7月下旬收割，农田休闲期长达8 个月之长，玉米从4月中下旬种植，9月下旬收割，农田休闲期7 个月。在漫长的休闲期，农田需根据来年种植作物种类采用不同的管理措施，如深耕、覆盖、磨耙等，采用不同的储水灌溉（冬灌、春灌）制度进行灌溉，这些传统措施除了增加土壤含水率以保证来年播种时土壤有较好的墒情外，对土壤的物理化学性质也产生显著影响。土壤团聚体是土壤结构的基本单位，通过土壤生物的活动（如土壤微生物释放有机胶结物质）形成，是土壤物理性质的重要综合指标之一。西北干旱绿洲区农田休闲期要经历一个特殊的跨年气候变化期，即从冬季至春季土壤的冻结与融化期，使得这些田间管理措施对土壤物理化学性质的影响更为复杂，效果评价需进行多方位考虑。

【研究进展】在类似地区休闲期农田不同管理措施条件下，开展的冻融对土壤性质影响研究的成果较少，且关注点与本研究完全不同。有学者在甘肃省黑河流域[1-4]和石羊河流域[5-6]开展了相关研究，结果表明春小麦地秸秆覆盖免耕能明显减少休闲期耗水，增加农田休闲期土壤贮水量，保墒效果甚至延续到作物生长的拔节期。但这些研究仅涉及土壤水分的变化和利用，未深入研究土壤物理性质对冻融过程的响应。冻融过程中土壤物理性质的响应主要体现在[7-11]：土壤团聚体结构和水稳性的改变、孔隙度和体积质量的升降以及饱和含水率的高低。土壤平均质量比表面积和颗粒直径随着冻融次数的增加呈先下降后上升的趋势。冻融作用对土壤团聚体结构及稳定性的影响程度主要取决于冻结温度、速率、交替次数等环境因素和土壤含水率、体积质量、质地等自身性状[11-13]。冻结土壤孔隙中冰晶膨胀破坏了颗粒之间的原有联结状态，大粒径团聚体破碎成小粒径团聚体，同时，细颗粒物表现出向中等大小颗粒物聚集的趋势[14-17]。土壤经历冻融-解冻过程时，受多重因素的综合影响，因此，不同冻融条件对土壤物理性质的影响程度存在显著差异。部分学者[15-18]对东北地区典型黑土耕作区土壤结构及其对季节性冻融的响应研究，认为冬季的季节性冻融加剧了黑土耕作区土壤风干团聚体的分散，但显著降低了水稳性团聚体的破坏率，有促进其团聚的作用，这是国内为数不多的针对耕作土壤的研究成果。冻融循环作用也是土壤侵蚀和水土流失的主要驱动因子之一，根据冻融循环作用对黑土水稳性团聚体特征影响的相关研究可知[19-21]，冻融循环导致大团聚体破碎成小团聚体，降低了黑土团聚体水稳性，冻融循环作用对水稳性团聚体的破碎作用随着初始含水率的增加逐渐增强并趋于稳定。李强等[22]对黄土地区裸地和不同黑麦草密度处理试验研究揭示，冻融使得不同处理表层土壤体积质量增加、水稳性团聚体量略有下降。冻融作用对高寒草地土壤理化和生物学性质的影响符合冻融过程中土壤物理性质响应的一般性规律[23-25]，随着冻融循环次数的增加，不同冻融条件下土壤体积质量均呈减小趋势，而土壤孔隙度呈增大趋势，但5 次循环之后，土壤体积质量和孔隙度变化越来越小，呈现逐渐稳定的变化趋势。赵恒策等[26]研究冻融对盐碱地土壤理化性质的影响表明，0～10 cm深度土壤体积质量增加，10～20 cm 不变，且与含水率呈显著负相关（P＜0.05）。【切入点】从不同土壤和地表覆被情况下土壤物理性质对冻融循环的响应可以看出，冻融能使大粒径团聚体破碎成小粒径团聚体，细颗粒物表现出向中等大小颗粒物聚集的趋势，水稳性团聚体大颗粒被拆分、破碎。但就耕地休闲期不同田间管理措施和灌溉制度对这一作用产生的影响是否有利于耕作，结论尚不统一。

【拟解决的关键问题】在甘肃省石羊河流域民勤红崖山灌区，选择小麦地、玉米地为代表，设计不同休闲期耕作措施和有无冬季储水灌溉处理，开展冬季季节性冻融过程对土壤团聚体结构的影响研究，分析冻融前后土壤机械稳定性大团聚体、水稳性大团聚体量变化和平均重量直径（MWD）变化，评价其对改良土壤性质的作用，对于深入研究西北干旱地区休闲期农田不同田间管理措施在改变土壤性质和增产上发挥的具体作用，制定储水灌溉制度具有重要参考作用。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省水利科学研究院民勤节水农业暨生态建设试验示范基地进行。该试验基地位于民勤县大滩乡（东经103°36′，北纬39°03′）。属大陆性荒漠干旱区，气候干燥，降水量少，蒸发强烈，昼夜温差大，日照时间长。多年平均降水量在110 mm左右，且多为作物难以利用的无效降水，7—9月的降水占全年降水的60%，年蒸发量2 644 mm。日照时间3 010 h以上，大于10 ℃的积温3 147.8 ℃。最大冻土深度1.18 m，地下水埋深18～25 m。试验区土壤以壤质黏土和黏土为主，各层土壤的砂砾、粉粒和黏粒量相差不大，质地较为类似。试验土壤粒级组成见表1。

表1 试验土壤质地及粒级组成Table 1 Texture and grain size composition of test soil

1.2 试验设计

试验设计不同的田间管理措施与灌水处理6 个，其中小麦地4 个，留茬免耕处理2 个，秋季深耕2 个，玉米地留茬免耕处理2 个。试验设计见表2。

表2 试验设计表Table 2 Treatment design of field test

1.3 观测项目

小麦地试验期为2019年7月21日—2020年4月30日，玉米地试验期为2019年9月29日—2020年4月30日，时间涵盖一个完整冬季。试验观测项目为机械稳定性团聚体和水稳性团聚体，含水率等其他物理性质在依托项目中也进行了测定。团聚体量测定深度为0～10、10～20 cm 和20～40 cm，时间为2019年10月27日冬灌前和11月9日、2020年3月21日和4月30日，测定仪器为团聚体结构分析仪。试验所有观测项目均在选定地点取3 个平行样同时进行试验，结果采用3 个平行试样测试结果进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 免耕覆盖条件下冻融对团聚体的影响

土壤团聚体是指土粒通过各种自然过程的作用而形成的直径＜10 mm 的结构单位。直径≥0.25 mm的团聚状结构单位称大团聚体，直径＜0.25 mm 的团聚状结构单位称微团聚体。一般认为，大团聚体量大于70%、平均重量直径（MWD）在2～3 mm 之间，土壤有较好的团粒结构。

式中：xi、ωi分别为粒径＜0.25、0.25～2、2～5、5～10 mm团聚体的平均直径（mm）和质量百分数（%）。

2.1.1 机械稳定性大团聚体

机械稳定性团聚体是指能够抵抗外力破坏的团聚体。对试验各处理于2019年10月27日、11月9日、2020年3月21日、4月30日分别测定0～10、10～20、20～40 cm 土层机械稳定性团聚体量，以小麦地免耕Txm-3 处理与玉米地免耕Tym-2 处理的测定结果为例，绘制大团聚体量冻融过程中变化情况，结果见图1、图2。

图1 Txm-3 处理冻融过程中机械稳定性大团聚体量变化Fig.1 Content changes of macro-aggregate with mechanical stability for treatment Txm-3 during freezing-thawing

图2 Tym-2 处理冻融过程中机械稳定性大团聚体量变化Fig.2 Content changes of macro-aggregate with mechanical stability for treatment Tym-2 during freezing-thawing

由图1、图2可知，机械稳定性大团聚体量沿深度方向变化存在一定规律性，除Tym-2 处理2019年10月27日时间0～10 cm 小于10～20 cm 土层外，其他各时间均符合随土层由浅变深，大团聚体量由高降低的规律性，即0～10 cm 土层中大团聚体量≥10～20 cm土层中大团聚体量≥20～40 cm 土层中大团聚体量。分析大团聚体量随时间的变化过程，Txm-3 处理从2019年10月27日—11月9日，不同土层的机械稳定性大团聚体量均有不同程度降低，至2020年3月21日解冻后，机械稳定性大团聚体量较冻结前均有所增加，从3月21日—4月30日机械稳定性大团聚体量有所降低。Tym-2 处理各土层机械稳定性大团聚体量从2019年10月27日—2020年3月21日一直降低，3月21日—4月30日略有升高。二者产生差异的可能原因为玉米收割时间晚2 个月，养分与微生物量均较低，土粒的胶结作用较弱，团聚体的形成也较慢。计算各时间点各土层的MWD，结果见表3。分析其随深度与时间的变化，存在与大团聚体量基本一致的规律性。

从图1、图2及表3数值可以看出，小麦地处理0～10 cm 土层2019年11月9日冻结前机械稳定性大团聚体量66.53%，2020年3月21日解冻以后达到74.78%，增加了8.23%，MWD由2.29 mm 增加到2.73 mm，增加了0.44 mm；玉米地处理0～10 cm 土层2019年11月9日冻结前机械稳定性大团聚体量78.41%，2020年3月21日解冻以后达到77.02%，降低了1.39%，MWD由2.95 mm 降低到2.74 mm，降低了0.21 mm，其他土层与之规律性一致。

2.1.2 水稳性大团聚体

水稳性团聚体是指在水中不易散碎而保持其形态和结构能力的团聚体，是钙、镁、有机质胶结起来的土粒，在水中振荡、浸泡、冲洗而不易崩解，一般用湿筛法测定。对试验各处理于2019年10月27日、11月9日、2020年3月21日、4月30日分别测定0～10、10～20、20～40 cm 土层水稳性大团聚体量，分析冻融过程中水稳性大团聚体量变化过程，结果表明，各处理水稳性团聚体量沿深度方向变化规律一致，各处理在4 个测定时间均符合这一规律性，随土层由浅变深，水稳性大团聚体量由高降低，即0～10 cm 土层大团聚体量≥10～20 cm 土层大团聚体量≥20～40 cm土层大团聚体量。分析水稳性大团聚体量随时间的变化过程，各处理从2019年10月27日—11月9日，不同土层的水稳性大团聚体量均不断增加，但至2020年3月21日解冻后，水稳性大团聚体量较冻结前均有所降低，从3月21日—4月30日，免耕处理进行了旋耕，各处理也进行了春灌，但水稳性大团聚体量均表现为再次升高。整个冻融前后的变化过程中，各处理水稳性大团聚体量在同一时间点上量值差别不大。Txm-3、Tym-2 处理的水稳性大团聚体量变化过程线见图3、图4，计算得水稳性团聚体平均重量直径列于表3。

图3 Txm-3 处理冻融过程中水稳定性大团聚体量变化Fig.3 Content changes of macro-aggregate with water stability for treatment Txm-3 during freezing-thawing

由图3、图4和表3可知，2 个处理土壤水稳性团聚体MWD与其大团聚体量变化规律完全一致，但变幅存在一定差别，小麦地处理水稳性大团聚体量低于玉米地水稳性大团聚体量，且MWD也低于玉米地。小麦地处理0～10 cm 土层2019年11月9日冻融前水稳性大团聚体量58.03%，2020年3月21日解冻以后降为52.92%，降低了5.11%，MWD由1.66 mm 降为1.64 mm，降低了0.02 mm；玉米地处理0～10 cm 土层2019年11月9日冻融前水稳性大团聚体量66.49%，2020年3月21日解冻以后降为53.75%，降低了12.74%，MWD由1.99 mm 降为1.72 mm，降低了0.27 mm，降幅明显大于小麦地处理。

图4 Tym-2 处理冻融过程中水稳定性大团聚体量变化Fig.4 Content changes of macro-aggregate with water stability for treatment Tym-2 during freezing-thawing

表3 冻融过程中机械稳定团聚体和水稳性团聚体MWD 变化Table 3 Changes of mean weight diameter MWD of mechanically stable and water-stable macro-aggregates during freezing-thawing

2.2 秋耕条件下冻融对团聚体的影响

2.2.1 机械稳定性大团聚体

秋耕会破坏土壤团聚体，对2 个秋耕处理的机械稳定性大团聚体量进行计算，绘制冻融过程中的变化，

结果见图5、图6。

图5 Txm-1 处理冻融过程中机械稳定性大团聚体量变化Fig.5 Content changes of macro-aggregate with mechanical stability for treatment Txm-1 during freezing-thawing

图6 Txm-2 处理冻融过程中机械稳定性大团聚体量变化Fig.6 Content changes of macro-aggregate with mechanical stability for treatment Txm-2 during freezing-thawing

对比图5、图6与图1可知，秋耕处理机械稳定性大团聚体含量沿深度与随时间的变化与免耕Txm-3 处理相近。随土层由浅变深，大团聚体量由高降低，即0～10 cm 土层大团聚体量≥10～20 cm 土层大团聚体量≥20～40 cm 土层大团聚体量。分析大团聚体量随时间的变化过程，各处理从2019年10月27日—11月9日，不同土层的机械稳定性大团聚体含量均有不同程度降低，至2020年3月21日解冻后，机械稳定性大团聚体量较冻结前均有所增加，3月21日—4月30日，机械稳定性大团聚体量均出现显著降低。2019年11月9日冻结前Txm～1 处理0～10 cm土层机械稳定性大团聚体量73.34%，2020年3月21日解冻以后达到74.13%，增加了0.79%，Txm-2 处理从70.52%增加到73.69%，增加了3.17%。2 个处理冻融后机械稳定性大团聚体量处于同一数量水平，也与小麦地免耕处理Txm-3 处于同一数量水平。

计算各时间点各土层的MWD，结果见表3。分析其随深度和时间的变化，存在与大团聚体量完全一致的规律性。Txm-1 处理0～10 cm 土层2019年11月9日冻融前至2020年3月21日解冻以后，MWD由2.70 mm 增加到2.74 mm，略有增加；Txm-2 处理0～10 cm 土层MWD由2.52 mm 增加到2.78 mm，增加了0.26 mm，增加幅度较大。

2.2.2 水稳性大团聚体

水稳性团聚体受秋耕的影响与机械稳定性团聚体明显不同。根据2 个秋耕处理于不同时间点、不同土层深度水稳性大团聚体量测定结果，分析冻融过程中水稳性大团聚体量变化过程，见图7、图8。结果表明，水稳性团聚体量在4 个测定时间均符合随土层由浅变深，水稳性大团聚体量由高降低的规律，即0～10 cm 土层大团聚体量≥10～20 cm 土层大团聚体量≥20～40 cm 土层大团聚体量。随时间的变化过程为，从2019年10月27日—11月9日，不同土层的水稳性大团聚体量均有不同程度增加，但至2020年3月21日解冻后，水稳性大团聚体量较冻结前均有所降低，从3月21日—4月30日，免耕处理进行了旋耕和春灌，但水稳性大团聚体量均表现为再次升高。2019年11月9日冻结前Txm-1 处理0～10 cm 土层水稳性大团聚体量为63.77%，2020年3月21日解冻以后降为54.87%，降低了8.90%；2019年11月9日冻结前Txm-2 处理0～10 cm 土层水稳性大团聚体量为62.84%，2020年3月21日解冻以后降为54.25%，降低了8.59%，二者降低幅度接近，解冻以后大团聚体量十分接近，与免耕Txm-3 处理（52.92%）差别不大。

图7 Txm-1 处理冻融过程中水稳定性大团聚体量变化Fig.7 Content changes of macro-aggregate with water stability for treatment Txm-1 during freezing-thawing

图8 Txm-2 处理冻融过程中水稳定性大团聚体量变化Fig.8 Content changes of macro-aggregate with water stability for treatment Txm-2 during freezing-thawing

2 个处理水稳性团聚体MWD值列于表3。从表可知MWD在1.20～1.85 之间变化，变化规律与水稳性团聚体量基本一致。以0～10 cm 土层为例分析冻融前后的变化，2019年11月9日冻结前Txm-1 处理MWD为1.84 mm 至2020年3月21日解冻以后降为1.72 mm，降低了0.12 mm；2019年11月9日冻结前Txm-2 处理MWD为1.74 mm 至2020年3月21日解冻后增至1.77 mm，略有增加，但2 个处理均高于免耕Txm-3 处理（1.64 mm）。

2.3 冬季储水灌溉条件下冻融对团聚体的影响

2.3.1 机械稳定性大团聚体

灌水增加土壤湿度，影响土壤水热运移，也影响土壤冻结及融化。仍以免耕处理为例分析其对冻融过程及土壤团聚体的影响。试验表明，灌水并未影响到机械稳定性大团聚体量沿深度的分布规律。采用SPSS 软件分析4 个免耕处理冻融前后大团聚体量与MWD的变化，P=0.05 水平下，各处理冻融前后的差异显著性结果见表4。

表4 免耕处理冻融前后机械稳定性大团聚体量及MWD 变化Table 4 Changes of macro-aggregate content and average weight diameter MWD with mechanical stability before and after freezing-thawing for no-tillage treatments

由表4可知，冻融后与冻结前相比，Txm-3 处理0～10 cm 大团聚体量发生了显著变化，由66.53%增加至74.78%，增加8.25%，20～40 cm 土层MWD发生了显著变化，由2.05 mm 增加至2.35 mm，增加了0.30 mm，其他土层大团聚体量与MWD变化不显著。Txm-4 处理各土层大团聚体量与MWD变化均不显著。

玉米免耕处理中，冻融后与冻结前相比，Tym-1处理20～40 cm 大团聚体量发生了显著变化，由73.18%降低至62.91%，降低10.27%，Tym-2 处理0～10 cm 土层MWD发生了显著变化，由2.95 mm 降低至2.74 mm，降低了0.21 mm，其他土层大团聚体量与MWD变化不显著。说明冬季储水灌溉没有对冻融过程中土壤机械稳定性大团聚体变化带来显著影响。

2.3.2 水稳性大团聚体

冻融能破坏水稳性团聚体，从而使水稳性大团聚体量降低，粒径变得均一。试验表明，灌水处理的水稳性大团聚体量沿深度的分布规律与未灌水处理一致。采用SPSS 软件分析4 个免耕处理冻融前后大团聚体量与MWD的变化，P=0.05 水平下，各处理冻融前后的差异显著性结果见表5。

表5 免耕处理冻融前后水稳性大团聚体量与MWD 变化Table 5 Changes of macro-aggregate content and MWD with water stability before and after freezing-thawing for no-tillage treatments

由表5看出，冻融后与冻结前相比，Txm-3 处理20～40 cm 土层大团聚体量发生了极显著变化，由48.56%降至39.30%，降低了9.26%，10～20、20～40 cm 土层MWD发生了显著变化，分别由1.64 mm 降至1.42 mm，1.47 mm 降至1.28 mm，降低0.22、0.19 mm，其他土层大团聚体量与MWD变化不显著。Txm-4 处理10～20、20～40 cm 土层大团聚体量分别发生了显著变化、极显著变化，分别由53.15%降至38.61%，51.04%降至36.18%，降低14.54%、14.86%；20～40 cm 土层MWD发生了显著变化，由1.50 mm 降至1.18 mm，降低0.32 mm。

玉米免耕处理中，冻融后与冻结前相比，Tym-1处理10～20 cm 土层大团聚体量、MWD发生了显著变化，分别由62.71%降至45.38%，1.85 mm 降至1.43 mm；20～40 cm 土层大团聚体量、MWD发生了极显著变化，分别由59.32%降至38.28%，1.75 mm 降至1.24 mm。Tym-2 处理20～40 cm 土层大团聚体量发生了极显著变化，由52.61%降至37.51%，降低15.10%，MWD发生了显著变化，由1.67 mm 降至1.14 mm，降低0.53 mm。可见灌水处理比未灌水处理变化剧烈，变幅大，影响的土层范围更广。

进一步分析含水率与冻融后大团聚体量、MWD变幅之间关系，未灌水处理存在线性负相关，灌水处理规律性不明显。对3 个未灌水处理各土层的冻前土壤含水率与冻融前后大团聚体量、MWD变幅之间关系做相关分析，结果见表6及图9、图10。

表6 未灌水处理冻结前含水率与水稳性大团聚体量变幅、MWD 变幅关系Table 6 Relationship between water content and variation of water-stable macro-aggregate content andvariation of MWD before freezing without irrigation treatment

图9 未灌水处理冻融前后水稳性大团聚体量变幅与含水率相关关系Fig.9 Relationship between water content and variation of water-stable macro-aggregate content before freezing without irrigation treatment

图10 未灌水处理冻融前后水稳性团聚体WMD 变幅与含水率相关关系Fig.10 Relationship between water content and variation of MWD before freezing without irrigation treatment

从表6和图9、图10可以看出，在8.13%～17.62%的区间内随着土壤含水率增加，水稳性大团聚体量与MWD下降，降幅平均值分别为20.59%和15.50%。而3 个灌水处理水稳性大团聚体量与MWD的降幅平均值分别为23.54%与15.16%，对应的土壤含水率平均值为31%，降幅与含水率之间相关性不强。说明当土壤含水率增加至较高水平时，将不再成为影响冻融后水稳性大团聚体含量与MWD变化的主要因素。

3 讨论

3.1 冻融对团聚体的影响

冻融作用对土壤团聚体结构及稳定性的影响程度主要取决于冻结温度、速率、交替次数等环境因素和土壤含水、体积质量、质地等自身性状[7]。目前，针对冻融作用对土壤团聚体稳定性的影响的研究较多，但结论不一。一般认为，冻结土壤孔隙中冰晶膨胀破坏了颗粒之间的原有联结状态，大粒径团聚体破碎成小粒径团聚体，同时，细颗粒物表现出向中等颗粒物聚集的趋势。随着冻融交替次数的增加，壤土、砂壤土中＞1 mm 粒级团聚体占比迅速降低，相应＜0.5 mm粒级团聚体占比逐渐升高。团聚体稳定性随冻融次数的增加呈下降趋势或先上升后下降的趋势[8-9]。有学者[13-16]研究认为，季节性冻融加剧了黑土耕作区土壤风干团聚体的分散，但显著降低了水稳性团聚体的破坏率（P＜0.05），表现出促进其团聚的作用。顾汪明等[17-19]对东北典型黑土区耕作层的研究认为，土壤冻融循环导致大团聚体破碎成小团聚体，降低了黑土团聚体水稳性。冻融循环作用对水稳性团聚体的破碎作用随着初始含水率的增加逐渐增强并趋于稳定。土壤团聚体水稳性随着冻融循环次数的增加显著下降，10次冻融循环后逐渐趋于稳定。梁运江等针对季节性冻融对延边地区苹果梨园棵间休闲地土壤机械稳定性团聚体的影响研究表明，0～20 cm 土层经冻融后大团聚体量增加、小团聚体量减少[33-35]。

本次研究是农田耕作地休闲期的季节性冻融问题，免耕处理冻结前从2019年10月27日—11月9日，试验土层0～40 cm 内土壤机械稳定性大团聚体量均有不同程度降低，至2020年3月21日解冻后，小麦地较冻结前有所增加，与文献[34]研究结果基本一致，玉米地与小麦地不同，大团聚体量继续减小，可能原因是玉米收割时间晚，地力恢复与微生物活动程度低有关。各土层的MWD随时间的变化规律与大团聚体量变化规律一致，说明大团聚体量高低决定于大直径颗粒量。水稳性大团聚体的变化与之相反，从2019年10月27日—11月9日，各试验处理0～40 cm 土层内水稳性大团聚体量均表现出增加，但至2020年3月21日解冻后，其量有所降低。MWD与其变化规律一致，解冻以后较冻结前有一定程度降低，甚至是明显降低。对比分析试验结果中MWD的变化，可能是冻融过程中破碎作用起了主导作用，因此结论与文献[17-19]基本一致。

3.2 秋耕对冻融及团聚体的影响

机械作业对黑土区耕地土壤结构存在正负两方面效应，即对表层耕作区土壤的疏松改良效果和对耕作层下土壤的积累压实作用，少耕、免耕为代表的各种保护性耕作措施在增加土壤有机质，改善土壤结构，提高土壤各级水稳性团聚体量，增加土壤持水性能、抗蚀性和通透性等方面具有明显效果[36]。王恩姮等[14]的研究认为，少次压实具有促进土壤团聚体团聚的作用，但同等负荷下多次积累压实会降低土壤的水稳定性和机械稳定性。

本次研究试验地均为熟耕地，与同是小麦地茬的免耕处理所不同的是在8月中旬进行了大型机械秋耕，翻耕深度30 cm。将2 种处理冻融前后机械稳定性大团聚体量、MWD的变化对比分析发现，沿深度与随时间的变化规律完全一致，但数值上秋耕处理在耕作之后高于免耕处理，冻结前二者十分接近，冻融后处于同一平。秋耕对水稳性团体的影响与机械稳定性团聚体大致相同。这样的一个结论与文献[14,33]的研究成果略有不同，但由于本研究所设计的免耕与秋耕处理地块相距较远，存在试验地本底值差异的影响，所以尚不能形成结论。

3.3 储水灌溉对冻融及团聚体的影响

土壤含水率决定着冻融土壤的固、液、气相比，进而影响到冻融后的土壤水力特性。室内人工控温冻融试验探讨土壤含水率对冻融理化效应的影响，结果表明：随着冻融次数的增加，0.05～0.25 mm 粒级团聚体量变化受土壤含水率影响较为明显，低含水率表现为增加趋势，而高含水率表现为降低趋势[9]。文献[17]认为，无水冻融循环显著降低＞5 mm 水稳性团聚体量，促进大团聚体的破碎作用，有水冻融循环则显著增加＜0.5 mm 水稳性团聚体量，加剧水稳性团聚体拆分的作用，水稳性团聚体的破碎效应有所增强。冻融循环作用对水稳性团聚体的破碎作用随着初始含水率的增加逐渐增强并趋于稳定。

从本次试验中的结果可见，机械稳定性大团聚体受冬季储水灌溉的影响无规律可循，其MWD增大减小均有存在，无法证明与灌水有关；但对水稳定性大团聚体量产生显著影响，冻结前土壤含水率增加加剧冻融对水稳性团聚体的拆分，含水率较大或接近饱和时，将不再是影响水稳定性团聚体的主要因素，结论与前述文献的结论一致，说明灌水有降低水稳定性大团聚体量和减小MWD的作用。

4 结论

1）土壤机械稳定性大团聚体、水稳性大团聚体剖面分布基本符合表层高，底层低的规律，MWD表层最大，随着土层深度增加逐渐变小。冬季季节性冻融对耕层土壤的机械稳定性大团聚体量与MWD的作用尚无法确定，但可使耕层土壤的水稳性大团聚体量显著降低，MWD变小。

2）秋耕对机械稳定性大团聚体量、水稳性大团聚体量和MWD在冻融过程中的变化规律不产生显著影响，秋耕对团聚体的破坏在冻结前已经修复。

3）冬季储水灌溉对机械稳定性大团聚体量及水稳性团聚体量沿深度分布规律不产生显著影响，对机械稳定性大团聚体量及其MWD的影响无规律可循，对水稳定性大团聚体量产生显著影响，0～40 cm 土层剖面大团聚体量减小幅度明显大于无灌水处理，MWD的降幅也有明显增大。