2026, Vol. 58
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 国网重庆市电力公司经济技术研究院, 重庆 401121;
4. 长江大学农学院, 湖北荆州 434023
土壤团聚体作为表征土壤结构质量的关键指标，其稳定性和微观结构特性直接影响水分与养分在土壤中的迁移分布，并在宏观尺度决定了土壤的生态功能[1]。近年来，随着土壤改良技术的迅速发展，不同施肥措施对农业土壤微结构演变及团聚体稳定性的调控作用逐渐成为研究热点[2]。已有研究表明，长期有机无机肥配施能够显著改善土壤微结构，进而提升团聚体稳定性。例如，王伟鹏和张华[1]基于26年长期定位试验发现，有机无机肥配施显著改善了研究区土壤微结构，有效增强了土壤团聚体的抗分散性；此外，在梨园土壤中，该施肥方式亦能显著提高机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的含量，为改善土壤结构提供了有效途径[3]。在红壤地区，Li等[4]研究进一步证明，化肥配施牲畜粪便显著提高了生物活性土壤有机碳(BASOC)含量，同时增强团聚体稳定性，其效果优于常规施肥及化肥配施绿肥的处理方式。综上所述，不同施肥措施对土壤结构的影响显著，且其效果与施肥种类密切相关。土壤水力学性质是决定水分在土壤中渗透、传导与滞留行为的重要指标，对于作物的水分供给及土壤健康具有重要意义。饱和导水率、容重和总孔隙度等参数不仅反映了土壤水分的传导能力，还与土壤结构稳定性、养分有效性及抗侵蚀能力密切相关[5]。近年来，施肥措施对土壤水力学性质的调控作用备受关注。研究表明，施用有机肥能够有效改善土壤水力学性质。Celik[6]研究表明，与不施肥和单施化肥相比，堆肥和粪肥的施用均能显著提高土壤饱和导水率，其中堆肥的效果更为显著。基于长期试验，Leroy等[7]进一步指出，施用有机物料能够有效改善土壤团聚体稳定性，并显著提高饱和导水率、容重和总孔隙度，而单施化肥的影响相对较弱。此外，有研究表明，外源有机物料通过改善土壤孔隙结构的均匀性和连续性，进一步提高土壤蓄水能力和抗旱性能[8]，各类施肥措施对土壤水力学性质均具有显著改善作用，其中有机肥的应用效果尤为显著。
紫色土是我国川中丘陵区的重要耕地资源，其中四川盆地的紫色土面积约占全国紫色土总面积的51.5%，主要生产玉米、小麦、甘薯等粮食作物[9]。施用有机肥是田间管理的重要措施，不仅能够提高土壤肥力，还能显著促进作物产量。已有研究表明[10]，外源有机物料的施用可有效增加紫色土土壤有机碳含量。然而，关于有机肥施用对紫色土土壤结构及水力学性质的影响仍研究不足。近几年，CT扫描作为一种非破坏性检测手段，被广泛应用于土壤结构的研究。Cui等[11]利用CT扫描探究了三峡库区消落带中不用淹没时间对土壤结构的影响，结果显示淹水区土壤大孔隙度降低且大孔隙结构发生变化；于皓等[12]的研究证明，CT扫描技术能够较好地反映不同土地利用方式对土壤大孔隙特征的影响，其中林地大孔隙发育程度相对更好。
本研究基于长期定位施肥试验，以西南地区广泛分布的紫色土为研究对象，利用CT扫描及图像分析技术探究不同施肥措施对土壤结构及水力学性质的影响，旨在揭示外源有机物料施用对紫色土土壤结构和水力学性质的长期效应，明确土壤结构与水力学性质之间的关系，以期为西南地区农业土壤质量评价与保护提供支撑。
1 材料与方法 1.1 研究区概况本研究依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站，该站位于四川盆地中北部盐亭县林山乡(31° 16′N，105°27′E)(图 1 A)，地处涪江支流弥江与湍江的分水岭上，海拔400~600 m，地形以中山丘陵为主，属于典型的亚热带湿润季风气候。受东南季风影响，该地区年平均气温17.3 ℃，多年平均降水量826 mm。供试土壤为蓬莱镇组石灰性紫色土，质地疏松，田间持水量介于28.1%~37.8 %，平均土层厚度约20~ 60 cm，土壤母质为泥岩。0~20 cm表层土壤基础理化性质为：pH 8.2，黏粒22.3%、粉粒34.6%、砂粒43.1%，有机质8.75 g/kg，全氮0.81 g/kg，全磷0.84 g/kg，全钾18.01 g/kg，碱解氮42.29 mg/kg，有效磷9.02 mg/kg，速效钾86.35 mg/kg，土壤容重1.34 g/cm3。
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图 1 盐亭紫色土农田生态系统试验站位置(A)及试验小区景观(B) Fig. 1 Location of the Yanting Agro-Ecological Station of Purple Soil (A) and the view of long-term field experiment (B) |
施肥处理布设开始于2002年，各小区面积为24 m2 (4 m×6 m)，坡度7，土层厚度60 cm，种植制度为冬小麦−夏玉米轮作。试验场按照等氮施肥原则布置，其中冬小麦季纯N量：130 kg/hm2；夏玉米季纯N量：150 kg/hm2。研究共设五种处理：不施肥对照(CK)、常规无机肥对照(NPK)、猪粪堆肥配施无机肥(OMNPK)、秸秆还田(RSD)以及秸秆还田配施无机肥(RSDNPK)。施肥方式为基肥于播种前一次性人工施入，冬小麦施肥时间为每年11月初，夏玉米为每年6月初，施肥和耕作同步进行；冬小麦采取撒施的方式，夏玉米为穴施，耕作方式为人工锄耕，深度为20 cm。氮、磷、钾肥分别为碳酸氢铵，过磷酸钙和氯化钾，各处理的具体施肥方案如表 1所示。
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表 1 各试验小区施肥方案 Table 1 Fertilization schemes for each experimental plot |
2018年10月玉米收获后，对各实验小区开展原位土壤结构质量测定。原位土壤结构质量测定(Visual evaluation of soil structure，VESS)是一种通过一系列简单工具对土壤颜色、层次、根系、土壤团聚体的大小和形状以及团聚体内部和团聚体间的孔隙情况进行评分，从而评价土壤结构整体状态的方法[13-14]。本研究使用VESS方法对土壤结构进行原位评估，将采集得到的土壤样品分成20×20×20 cm的土块后转移到托盘上，将土壤样品自然掰开，以获得土壤自然剖面。若存在土层分异，仔细观察并记录各土层土壤颜色、根系分布、土块大小和形状以及团聚体和孔隙状况。每一层的各项得分根据Guimarães等[14]给出的标准确定，并根据各项得分计算每一层的最终得分。每个土壤样品的最终得分通过每土层得分与其厚度的乘积相加，再除以土样总深度(20 cm)，即为耕层土壤结构质量(Structural quality, Sq)，土壤的Sq值越小，表明土壤结构质量越好。
1.3.2 样品采集开展原位土壤结构质量测定的同时，采集不同施肥处理下耕层0~20 cm土壤团聚体和环刀原状样品。团聚体样品采用混合样品的方式采集，每个实验小区采集3处样品作为重复，采集后装入密封盒带回实验室，经自然风干后用于测定团聚体稳定性指标。团聚体样品采集、装运和风干过程均小心操作，避免人为过度破坏土壤团聚体。
土壤原状样品采集，小心去除地表落叶、根系等杂物，利用不锈钢环刀(高5 cm，直径5 cm)采集5~10 cm原状样品，3个重复，用于土壤水力学性质测定。同时，采用PVC材质环刀(高5 cm，直径5 cm)同深度采集原状样品用于计算机断层图像扫描(CT Scan)，获取土壤孔隙特征。用于CT扫描的环刀样品每个小区采集1份。
1.4 样品测定 1.4.1 水稳性团聚体测定及分级土壤水稳性团聚体分级采用湿筛法[15]。Elliott[16]改进后将湿筛后的土壤团聚体划分成四个粒径级别：粗大团聚体(d>2.000 mm)、细大团聚体(0.250 mm < d≤2.000 mm)、微团聚体(0.053 mm < d≤0.250 mm)和粉−黏团聚体(d≤0.053 mm)。将500 g风干的团聚体样品置于套筛中，在水中以恒定振幅(上下5 cm)和频率(30次/min)振荡30 min，筛分出>2 mm、0.25~2 mm、0.053~0.25 mm及 < 0.053 mm的水稳性团聚体，105 ℃烘箱烘干后称重，计算各粒级团聚体相对含量占比(%)。
团聚体的稳定性通过平均重量直径(MWD，mm)表示，计算方法见式(1)：
| $ {\text{MWD}} = \mathop \sum \limits_{i = 1}^{n + 1} \frac{{{d_{i - 1}} - {d_i}}}{2} \times {m_i} $ | (1) |
式中：di为第i个筛网的孔径，d0=d1，dn=dn+1，单位为mm；mi为第i个筛子上团聚体的质量分数；n为筛子的数量。
1.4.2 土壤水力学性质测定土壤环刀样品采回后，在实验室内，首先将环刀由下端浸泡至饱和状态，并采用定水头法(水头高度设定为5 cm)测定饱和导水率[17]。随后，使用沙箱法测定低吸力段的水分特征曲线，对于低吸力段的水分特征曲线，使用沙箱法进行测定，吸力依次为−7.5、−15.5、−31.6、−63.1、−100 cm。对于高吸力段的水分特征曲线，采用压力膜仪法测定，吸力值分别为−330、−500、−1 000、−5 000、−15 300 cm。测定完成后，将环刀土样放置于105 ℃的烘箱内烘干至恒重，以便测量土壤的容重。
土壤饱和导水率采用定水头法测量[18]，结果换算成10 ℃下的饱和导水率。土壤饱和导水率的计算公式如下：
| $ {K_{\text{s}}} = \frac{{60QL}}{{\Delta hAt}} $ | (2) |
式中：Ks为饱和导水率(cm/h)；Q为稳定渗流体积(cm3)；L为环刀样品长度(cm)；h为水头高度(cm)；A为环刀样品截面积(cm2)；t为时间间隔(min)。
不同吸力下的土壤体积含水量采用环刀法进行测定，根据实测数据，采用Matlab软件中的非线性曲线拟合函数lsqcurvefit，结合van Genuchten模型(VG模型)[19]得到土壤水分特征曲线及各水力参数(α，n，θr，θs)。VG模型可表示成式(3)：
| $ \theta \left( h \right) = {\theta _{\text{r}}} + \frac{{{\theta _{\text{s}}} - {\theta _{\text{r}}}}}{{{{\left( {1 + {{\left| {\alpha h} \right|}^n}} \right)}^m}}} $ | (3) |
式中：θ为固定水头h(cm)下的土壤体积含水量，cm3/cm3；θs和θr分别为饱和含水量和残余含水量，cm3/cm3；α是与进气吸力相关的参数，n和m(=1–1/n)为形状系数。
水分特征曲线中拐点含水量θinf和斜率Sinf可通过以下公式计算得出：
| $ {\theta _{{\text{inf}}}} = {\theta _{\text{r}}} + \left( {{\theta _{\text{s}}} - {\theta _{\text{r}}}} \right){\left( {\frac{{2n - 1}}{{n - 1}}} \right)^{\frac{1}{n} - 1}} $ | (4) |
| $ {S_{{\text{inf}}}} = - n\left( {{\theta _{\text{s}}} - {\theta _{\text{r}}}} \right){\left( {\frac{{2n - 1}}{{n - 1}}} \right)^{\frac{1}{n} - 2}} $ | (5) |
通过计算得到的参数可表征土壤的孔隙结构，土壤有效孔隙度为θs和
| $ {\text{AC}} = {\theta _{\text{s}}} - {\theta _{{\text{FC}}}} $ | (6) |
| $ {\text{PAWC}} = {\theta _{{\text{FC}}}} - {\theta _{{\text{PWP}}}} $ | (7) |
式中：θFC和θPWP分别为田间持水量(cm3/cm3)和永久萎蔫点时的体积含水量(cm3/cm3)。
1.4.3 CT扫描与图像处理本研究利用CT (Phoenix Nanotom S，德国通用电气传感与检测技术公司)扫描原状土柱样品，扫描电压为100 kv，电流为100 μA，曝光时间为1.25 s，探测器型号为ham-c 7942，分辨率为2 304×2 304像素，每个扫描样本至少采集2 000幅16位二维图片。图像处理采用三维岩石图像分析软件(四川大学开发)完成，图像处理方法参考Cui等[11]。简单概括为：将目标二值图像导入软件模块，进行三维形态分析与三维模型构建，基于三维孔隙网络模型可计算获得每个孔隙等效球直径(μm)、孔隙表面积(μm2)、孔隙体积(μm3)，以及孔隙数量，通过模型进一步计算可得到每个样品的土壤平均孔隙等效球直径(μm)、平均孔隙表面积(μm2)和平均孔隙体积(μm3)。根据孔径大小，本研究将土壤孔隙分为以下5个级别：25~125、125~250、250~500、500~1 000、>1 000 μm。大孔隙度表示CT图像可识别的大孔隙(本研究中指直径>25 μm的孔隙)总体积与样品总体积的占比，用大孔隙总体积除以样品总体积得到。大孔隙度范围0~1，其值越大，表示土壤中>25 μm的孔隙占比越多。此外，孔隙的形状(即孔隙圆扁程度)可显著影响土壤导水能力。因此，通常用孔隙形状因子(SF)来表征孔隙偏离圆形/球形的程度，形状因子SF越接近1，表示土壤孔隙越接近圆/球形。其计算公式如下：
| $ {\text{SF}} = \frac{{36{\rm{ \mathsf{ π} }} \times D \times V \times V}}{{S \times S \times S}} $ | (8) |
式中：D为孔隙直径(μm)；V为孔隙体积(μm3)；S为孔隙表面积(μm2)。
1.5 统计分析处理间差异和指标间相关性分析分别采用SPSS 22.0中的单因素方差分析One-wag ANOVA和Pearson相关性分析，土壤各水力学参数采用MATLAB拟合得到。
2 结果与分析 2.1 长期不同施肥处理对耕层土壤结构的影响 2.1.1 土壤结构质量Sq值不同施肥处理0~20 cm耕层土壤结构质量VESS-Sq值如图 2所示。与CK相比，NPK、OMNPK和RSD处理降低了土壤Sq值(降幅分别为19.17%、27.39% 和15.65%)，差异未达到显著性水平(P>0.05)。与其他处理对比，RSDNPK处理的土壤Sq值最低，与CK对照相比，Sq值减小39.51%，且显著降低(P < 0.05)，说明秸秆还田配施无机肥处理可有效改善土壤结构质量。与NPK处理相比，OMNPK和RSDNPK处理均进一步降低了土壤Sq值，说明较猪粪和秸秆两种不同外源有机物料而言，秸秆与无机肥配施处理对改善土壤结构具有更明显的作用。
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(不同小写字母表示不同施肥处理间差异显著(P<0.05)，下同) 图 2 不同施肥处理土壤结构质量Sq值 Fig. 2 Sq values of soil structural quality under different fertilization treatments |
不同施肥处理耕层土壤团聚体分布状况如表 2所示。结果表明，与NPK处理相比，OMNPK处理大团聚体(> 2 mm)占比显著增加116.78%，0.053~0.25 mm粒级团聚体的比例显著降低，降幅为30.87%(P < 0.05)。添加秸秆(RSD和RSDNPK)处理较NPK处理而言，显著促进了大团聚体(> 2 mm)的形成，增幅分别为97.75% 和65.53%(P < 0.05)。
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表 2 不同施肥处理土壤水稳性团聚体分布 Table 2 Distribution of water-stable aggregates under different fertilization treatments |
从平均重量直径(MWD)来看，与NPK处理相比，添加有机物料处理(OMNPK、RSD、RSDNPK)均显著增加土壤团聚体MWD值，增幅分别为45.82%、40.85% 和29.22%。研究结果表明，长期添加猪粪堆肥和秸秆等外源有机物显著降低土壤微团聚体形成，促进大团聚体形成，从而改善土壤物理结构，其中OMNPK处理效果优于RSDNPK。
2.1.3 土壤大孔隙分布特征CT扫描分析结果显示(表 3，图 3)，与CK相比，所有施肥处理均提高了土壤大孔隙度，其中NPK、OMNPK、RSD和RSDNPK处理下土壤大孔隙度显著增加，增幅分别为50.00%、66.67%、83.33% 和33.33%。较NPK处理而言，OMNPK和RSD处理增加土壤大孔隙度(增幅分别为11.11% 和22.22%)和平均孔隙形状因子(增幅分别为5.48% 和9.59%)，降低土壤平均孔隙等效球直径(降幅分别为17.13% 和21.20%)、平均孔隙体积(降幅分别为10.40% 和26.24%)以及平均孔隙表面积(降幅分别为8.39% 和22.44%)。然而，RSDNPK较NPK处理土壤大孔隙度降低11.11%，而平均孔隙体积和平均孔隙表面积分别增加79.87% 和21.49%。
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表 3 基于CT扫描和三维重建结果的土壤大孔隙参数统计特征 Table 3 Statistical characteristics of soil macropore parameters based on CT scanning and 3D reconstruction results |
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(黑色为土壤基质，蓝色为土壤孔隙，视图大小3.7 cm×3.7 cm) 图 3 不同施肥处理土壤大孔隙影像图 Fig. 3 Soil macropore images under different fertilization treatments |
不同施肥处理下的0~20 cm耕层土壤饱和导水率如图 4所示。与CK相比，各施肥处理土壤饱和导水率均有所增加，但差异未达显著性水平(P>0.05)。较NPK而言，施用有机物料处理(OMNPK、RSD和RSDNPK)均降低了土壤饱和导水率，其中，RSD处理降幅最大。
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图 4 不同施肥处理下土壤饱和导水率 Fig. 4 Soil saturated hydraulic conductivity under different fertilization treatments |
与CK相比(表 4)，NPK、OMNPK和RSDNPK处理均增加了土壤饱和含水量θs(增幅分别为16%、7% 和12%)和残余含水量θr(增幅分别为6%、19% 和25 %)，表明施肥可以提高土壤保水性能。施用有机物料处理(OMNPK、RSD和RSDNPK)较NPK而言土壤饱和含水量θs分别降低8%、10% 和4%；化肥配施有机物料处理(OMNPK和RSDNPK)土壤残余含水量θr较NPK处理分别增加12% 和18%，RSD处理土壤残余含水量θr降低6%。表明有机无机配施可以有效增加土壤持水能力，单施有机肥效果不明显。
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表 4 不同施肥处理土壤水力学参数 Table 4 Soil hydraulic parameters under different fertilization treatments |
水分特征曲线中拐点含水量θinf作为界定孔隙结构中大孔隙的临界指标，与CK相比，各施肥处理(NPK、OMNPK、RSD、RSDNPK)均显著增加了土壤θinf，增幅分别为14.49%、8.90%、11.08% 和15.29 %，表明施肥有利于增加土壤充满水孔隙的比例。土壤有效孔隙度Peff表示土壤总孔隙中对饱和流贡献最大的部分，与CK相比，NPK、OMNPK和RSDNPK处理均增加了土壤有效孔隙度，增幅分别为21.72%、1.55% 和1.75%，RSD降低了土壤有效孔隙度，降幅为11.60%。
2.3 土壤结构参数与水力学参数的相关关系0~20 cm耕层土壤结构与其水力学参数的相关关系见表 5。分析发现，土壤结构质量Sq与团聚体平均重量直径(MWD)、>0.25 mm团聚体相对含量(R0.25)分别呈显著负相关(P < 0.05)，说明土壤结构质量较好的土壤(Sq值越小)其大团聚体含量越高，土壤持水性能越好。
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表 5 土壤结构参数与水力学参数的相关系数 Table 5 Correlation coefficients between soil structure parameters and hydraulic parameters |
土壤团聚体平均重量直径(MWD)与R0.25之间存在极显著正相关关系，相关系数分别为0.978(P < 0.01)。R0.25与田间持水量(θFC)之间存在显著正相关关系(相关系数为0.526，P < 0.05)，表明大团聚体含量越高，其稳定性越高，持水性能越好。
饱和含水量(θs)与拐点含水量(θinf)、有效孔隙度(Peff)以及饱和导水率(Ks)之间均呈现显著正相关关系(P < 0.01)，相关系数分别为0.893、0.714和0.595。Peff与Ks之间均存在极显著正相关关系(P < 0.01)，相关系数为0.694，其与田间持水量(θFC)呈显著负相关关系(P < 0.05)。
3 讨论 3.1 添加有机物料对土壤结构的影响本研究采用结构可视化法(VESS)对不同施肥处理下土壤结构质量进行系统评价。结果显示，与CK相比，施肥处理显著降低土壤结构Sq值，有效提升土壤结构质量，其中，RSDNPK处理提升土壤结构质量效果最显著。从不同有机物料处理效果来看，有机无机配施(OMNPK和RSDNPK)优于单施化肥处理，这与前人研究结论一致[4, 21]，进一步验证了有机无机肥配施在提升土壤结构质量中的重要作用。其次，土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，其稳定性直接影响水分、养分和气体在土壤中的传输与交换[1]。本研究发现，外源有机物料的添加(OMNPK和RSDNPK处理)显著提高了直径>2 mm大团聚体的占比，并显著增加了平均重量直径(MWD)(P < 0.05)，从而增强了团聚体的稳定性。这一结果表明，有机物料能够有效促进土壤团聚体的形成与维持其长期稳定性。究其原因，一方面有机肥和秸秆还田能显著提高土壤有机碳含量[21]，而有机碳作为团聚体形成的关键粘结剂，对团聚体的形成具有决定性作用[22]；另一方面，外源有机物料的加入通过“激发效应”增加了微生物代谢底物的供应，促进有机物的分解与代谢[23]，微生物代谢过程中产生的多糖类等物质通过粘结作用进一步促进了大团聚体的形成，推动了大团聚体的形成与稳定[24-25]。此外，较单施化肥而言，有机无机肥配施的协同作用在改善土壤团聚体结构方面尤为显著，无机肥的速效性迅速提高了土壤养分的短期有效性，从而促进了植物根系生长及根系分泌物的释放；另一方面，有机肥的长效性有助于土壤有机质的累积和微生物活性的提升，从而进一步稳定了团聚体结构[26]。
施肥也会影响土壤孔隙结构，蔡太义等[27]利用图像处理技术分析不同施肥处理对土壤孔隙的影响，结果表明，施用有机肥可显著增加土壤大孔隙度和孔隙数量。本研究结果表明，与CK相比，OMNPK处理显著提高土壤75~125 μm大孔隙占比，RSDNPK提高土壤75~125 μm和>1 000 μm大孔隙占比。究其原因，有研究表明，施肥增加土壤有机质含量，而高含量的有机质对孔隙结构的贡献可能被低估[28]。此外，土壤孔隙度和孔隙数量受到多种因素的共同影响，不同孔径的孔隙其形成机制也各不相同。例如，有学者认为0.01~0.1 μm孔隙主要与粘土片束和层间空间相关，而大于0.1 μm的孔隙则主要反应了团聚体间的空间结构[29-30]。同时，土壤的矿物组成(如粘土和铁氧化物含量)、土壤类型[31]、管理模式[32]、植物根系分布及土壤动物活动[2]均可能对土壤孔隙结构产生重要影响。综上所述，外源有机物料，特别是与无机肥配施时，表现出显著的协同作用，不仅改善了团聚体的形成和稳定性，还优化了土壤孔隙结构，为水分和养分的有效传输提供了有利条件。
3.2 添加有机物料对土壤水力学特征的影响本研究发现，与不施肥对照组(CK)相比，所有施肥处理均显著提高了土壤饱和含水量、残余含水量以及土壤有效孔隙度(表 3)，与常规施肥相比，有机肥配施化肥(OMNPK和RSDNPK)可以提高土壤持水能力，单施有机肥(RSD)效果不明显，这一结果与前期研究一致，表明外源有机物料在改变土壤水力特性及物理结构方面具有深远影响[33]。柴冠群等[34]的研究结果也表明施用秸秆、有机肥等炭基改良剂增大了土壤持水量和有效水库容，其原因可能在于有机物料的加入改善了土壤孔隙结构，增加土壤水流路径曲度，降低孔隙连通度，因此增加土壤持水能力[35]。
综上所言，施用有机物料对土壤水力学特性的改善主要归因于两方面：首先，有机物料提升了土壤有机质含量，进而促进了团聚体的形成和稳定，改变了孔隙结构；其次，通过增加水流路径曲度和降低孔隙连通性，施肥措施有效延缓了水分的流失，提高了土壤的水分保持能力。未来研究应进一步探讨不同施肥模式下土壤微结构和团聚体演变的长期动态变化，以及这些变化如何与土壤微生物活动、植物根系生长相互作用，共同调控土壤水分传输和存储，从而为农业土壤管理和可持续发展提供更为系统的理论依据。
3.3 土壤结构质量与土壤水力学特征的关系本研究通过相关性分析揭示了土壤结构质量与水力学特性之间的内在联系(表 5)。结果表明，土壤结构质量Sq与团聚体平均重量直径(MWD)、>0.25 mm团聚体相对含量(R0.25)分别呈显著负相关(P < 0.05)，说明土壤结构质量较好的土壤(Sq值越小)其大团聚体含量越高，土壤持水性能越好。此外，R0.25与田间持水量(θFC)显著正相关(P < 0.05)，说明土壤结构的改善(如大团聚体形成和稳定性增强)通过优化孔隙分布和连通性，直接调控了水分的储存与传输能力。一方面，团聚体稳定性的提升(表现为MWD增加)可能通过减少土壤中微团聚体的分散，促进大孔隙的连续性和均匀性，从而增强土壤的导水能力。这与Celik[6]的研究一致，其发现有机物料通过增加有机质含量和胶结作用，稳定了团聚体结构并改善了孔隙网络。另一方面，大团聚体占比(R0.25)与田间持水量(θFC)的正相关性表明，大团聚体通过增加毛管孔隙比例，提升了土壤对水分的吸附能力。这与安艳等[36]的研究结论相反，其认为大团聚体占比与持水量呈负相关。这种差异可能源于土壤类型和有机物料种类的不同：紫色土质地疏松且富含黏粒，大团聚体可能通过结合黏粒和有机质形成复合孔隙结构，而其他研究中砂质土壤的大团聚体可能以机械稳定性为主，缺乏毛管孔隙的贡献。此外，CT扫描结果(图 3)显示，施肥处理下孔隙形状因子(SF)的改善(如RSD处理SF值最高)表明孔隙形态更接近球形，这可能通过降低水流路径的曲度[35]，间接影响水分的滞留与释放。
4 结论长期施肥提高紫色土耕层土壤>0.25 mm团聚体占比(R0.25)和团聚体平均重量直径(MWD)，与单施化肥(NPK)相比，外源有机物料的添加(OMNPK和RSDNPK)提高了土壤结构质量，增加了土壤大团聚体(> 2 mm)占比(R0.25)及团聚体稳定性，猪粪效果优于秸秆。与常规施肥相比，有机无机配施(OMNPK和RSDNPK)均提高了土壤饱和含水量和有效孔隙度，提高土壤保水能力，单施秸秆(RSD)效果不显著。综上，有机无机配施通过协同提升团聚体稳定性和优化孔隙分布，实现了土壤结构与水力学功能的双重改善。
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