风化砂岩改良重构土壤结构与质量：长石质砂岩的田间实证研究

本研究通过9年田间试验证实，长石质砂岩以25%和75%比例掺入沙土与黄土后，显著提升重构土壤的细颗粒含量（<0.05 mm）、比表面积（SSA）、阳离子交换容量（CEC）及颗粒表面电荷密度与电场强度，并促进大团聚体形成与结构系数（Qs）增长，为退化土壤修复提供关键电化学机制支撑。

　　

Highlight

风化砂岩施用对土壤颗粒分布的影响

风化砂岩的施用显著改变了重构土壤的颗粒尺寸分布（图2、图3）。与100%沙土（S）相比，添加风化砂岩使重构土壤中砂粒（0.05–2 mm）比例从89.62%（S）显著降至67.85%（S3Fs）和28.16%（S1Fs），同时粉粒和黏粒（<0.05 mm）比例从10.38%（S）升至32.15%（S3Fs）和71.84%（S1Fs）（P<0.05）。与100%黄土（L）相比，风化砂岩添加使砂粒比例从47.25%（L）降至34.12%（L3Fs）和10.39%（L1Fs），粉粒和黏粒比例从52.75%（L）升至65.88%（L3Fs）和89.61%（L1Fs）（P<0.05）。此外，风化砂岩施用显著降低了沙土和黄土重构土壤的颗粒分形维数（P<0.05），表明土壤颗粒分布趋于复杂化。

风化砂岩施用永久性改变土壤颗粒与分形参数

土壤颗粒尺寸分布是所有其他土壤理化性质的基础（Shao等，2006；Rodríguez-Lado与Lado，2017）。在土壤环境中，大量粗颗粒通常导致结构不稳定及养分水分流失，而过多细颗粒则引发土壤板结和水分入渗受限，二者均不利于土壤生态系统的健康与可持续性（Ma与Zhang，2016；Zhen等，2016）。本研究中，风化砂岩的添加显著增加了沙土和黄土中粉粒与黏粒比例，细化土壤纹理，并降低颗粒分形维数（图2、图3）。这些变化表明土壤颗粒分布更趋复杂，孔隙结构改善，从而增强土壤持水能力、养分吸附及微生物活动空间（Li等，2024a；Zhang等，2024）。值得注意的是，即使经过9年田间演化，风化砂岩引发的颗粒分布变化仍持续存在，证明其对土壤结构的改良具有长期稳定性。

Conclusions

结果表明，风化砂岩施用通过增加粉粒与黏粒含量，细化沙土或黄土基重构土壤的颗粒尺寸。更细的土壤颗粒提升了比表面积（SSA）和阳离子交换容量（CEC），同时降低了土壤颗粒表面电荷密度（σ₀）和表面电场强度（E）。这些性质的改善促进了大团聚体（>0.25 mm）比例、团聚体平均重量直径（MWD）和土壤结构系数（Qs）的增长。然而，由于有机质不足及过多粉粒与黏粒的存在，水稳性团聚体比率（WSAR）和土壤结构稳定性（SI）仍较差。