種稻年限對蘇打鹽堿土腐殖質含量及組成的影響

發(fā)布時間：2019-12-30所屬分類：農業(yè)論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要:種稻是蘇打鹽堿土改良利用的有效措施之一，研究種稻對蘇打鹽堿土的改良作用及其機理，有助于豐富鹽堿土改良利用理論。通過田間試驗，研究了不同種稻年限對蘇打鹽堿土腐殖質含量及組成的影響。結果表明:隨著種稻年限的增加，土壤剖面各層次有機碳含量顯

　　摘要:種稻是蘇打鹽堿土改良利用的有效措施之一，研究種稻對蘇打鹽堿土的改良作用及其機理，有助于豐富鹽堿土改良利用理論。通過田間試驗，研究了不同種稻年限對蘇打鹽堿土腐殖質含量及組成的影響。結果表明:隨著種稻年限的增加，土壤剖面各層次有機碳含量顯著增加，種稻40年的土壤與未種稻的廢棄草原土壤相比，耕作層、犁底層、心土層土壤有機碳含量增加了19.89、15.72、10.71g/kg，可提取態(tài)腐殖質總量在耕作層中隨種稻年限的增加呈上升趨勢;游離態(tài)腐殖質含量在種稻40年最高，相比較于廢棄草原耕作層、犁底層、心土層分別增加了7.1、6.9、3.62g/kg;結合態(tài)腐殖質含量也在種稻40年時最高，相比較于廢棄草原耕作層、犁底層、心土層分別增加了8.37、9.36、7.70g/kg。種稻40年各層次游離態(tài)胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量均達到最大值;結合態(tài)HA含量在種稻40年各層次最大，F(xiàn)A含量隨種稻年限增加呈增長趨勢。隨種稻年限的增加，耕作層PQ值均有所增長。隨著種稻年限的增加，各剖面層次游離態(tài)HA均向著RP型轉變;結合態(tài)胡敏酸在耕層中由A-P-B-A，犁底層中由A-B-A，這說明種稻使游離態(tài)胡敏酸芳香化度降低，結構趨于簡單化，而結合態(tài)胡敏酸仍保持較復雜的結構。

　　關鍵詞:種稻年限;蘇打鹽堿土;腐殖質

　　鹽堿土作為一種特殊土壤，廣泛存在于地球陸地表面，據報道，全球鹽堿土面積接近于9.55億hm2[1]，約占總陸地面積的10%[2]。在可耕土地面積日漸減少、土地資源不斷匱乏的今天，鹽堿土更是成為非常重要的后備資源。蘇打鹽堿土作為松嫩平原的主要土壤類型之一，更是占據著重大的比例。目前，世界各國已將戰(zhàn)略目光轉向對鹽堿地的改良、利用以及建立完善的土地保護措施上[3-4]。已有資料表明，通過種稻不僅能較好地改良鹽堿土，同時還能提高糧食產量，緩解全球糧食危機，對于生態(tài)環(huán)境的改善也有很大的影響[5]。土壤有機質是土壤肥力的基礎物質，是反映土壤肥力狀況的重要指標，它對土壤形成、土壤肥力的提高都具有重要影響[6]。土壤腐殖質是土壤有機質的重要組成部分，對改善水稻土理化性質起到重要作用[7-8]。在鹽堿土發(fā)生分類和土壤肥力研究中，關于鹽堿土腐殖質的組成和性質以及腐殖化和礦質化受到很大的關注[9]，因此對其進行分組研究具有重要意義。目前，關于蘇打鹽堿土土壤性質國內外進行了大量的研究[10]，但針對于不同種稻年限蘇打鹽堿土有機質變化規(guī)律的研究尚不多見。為此，本試驗研究了種稻年限對蘇打鹽堿土腐殖質含量及組成的影響，為進一步探討稻田土壤有機質積累的化學穩(wěn)定機制及稻田土壤固碳潛力提供理論依據。

　　1材料與方法

　　1.1試驗區(qū)概況

　　該試驗地位于松嫩平原南部吉林省前郭縣套浩太鄉(xiāng)堿巴拉村(東經124°，北緯44°)，屬于溫帶半濕潤半干旱氣候區(qū)。該地區(qū)氣候變化明顯，熱源充足，雨熱同季，年降水量370～500mm，平均氣溫約5℃。平均日照2800h，年積溫2900℃，無霜期約144d。全年多風，尤以春季多風且大。全年多風干燥的氣候條件促使鹽分表聚。由于松遼平原周圍群山環(huán)繞，處在一個地勢相對較低屬于沉陷地帶的平原，導致排水不暢，變成了利于土壤鹽分富集的地質地貌區(qū)域。久而久之形成了大面積含鹽量高、土壤結構性差、有機質含量低、肥力水平也極其低下的鹽堿土。

　　1.2供試土壤

　　供試土壤采自試驗區(qū)，共設7個處理:未改良的鹽堿地———廢棄草原(ck)、種植水稻改良1，5，10，15，20，40年的鹽堿地，每個土壤剖面分別取由淺到深3個層次:耕作層、犁底層、心土層。共7個剖面21個分層土樣。采樣時間為2010年5月，在現(xiàn)場進行剖面描述的基礎上，采集分層樣品，于室內自然風干，經研磨過篩0.84mm(20目)、0.25mm(60目)處理后供試驗分析用。

　　1.3土壤基本性質的測定

　　土壤總有機碳含量的測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[11]。HA的光學性質用723W分光光度計測定400nm和600nm處光密度值，并計算ΔlogK值。

　　1.4腐殖質各組分的提取

　　稱取0.25mm(60目)風干土5.0000g(取樣量中的碳含量要低于100mg)于100mL離心管中，加入30mL0.1mol/LNaOH搖勻，沸水浴加熱30min，冷卻后離心(4800r/min，10min)過濾于100mL容量瓶中。土壤腐殖質提取方法按Kumada法[10]進行，以0.1mol/LNaOH提取游離態(tài)腐殖質，然后用0.1mol/LNa4P2O7提取結合態(tài)腐殖質。腐殖質提取液經酸沉淀后，分離出胡敏酸(HA)和富里酸(FA)。于400nm和600nm處測定消光系數(shù)(K400和K600)。最后用高錳酸鉀氧化滴定法測定所有提取液的有機碳含量。PQ表示HA占可提取腐殖質的百分數(shù)，PQ=[a/(a+b)]×100%;ΔlogK為色調系數(shù)，ΔlogK=logK400-logK600;RF表示相對色度，RF=K600×100/C，C為每30mL用于測定消光系數(shù)的HA溶液消耗0.02mol/LKMnO4的毫升數(shù)。HA的分類按Kumada[10]提出的RF-ΔlogK圖進行。

　　1.5數(shù)據處理

　　數(shù)據經Excel2003處理后，采用DPSv-7.05統(tǒng)計分析軟件進行分析，采用Duncan新復極差法進行方差分析。

　　2結果與分析

　　2.1種稻年限對蘇打鹽堿土有機碳含量的影響

　　由圖1可見，廢棄草原到第1年種稻不同層次土壤總有機碳的含量均是下降的，從第1年種稻到第40年不同層次土壤總有機碳的含量是增加的。隨著種植年限的增加，各土層土壤總有機碳的含量表現(xiàn)出快速增加的趨勢。這與Shen等[12]研究的結果一致，可能是因為種植時間延長，形成的相對的厭氧環(huán)境導致腐殖質積累。不同土層中以耕作層總有機碳增加幅度最大，從7.41g/kg增加到27.30g/kg，增加了19.89g/kg，比廢棄草原土壤增加了72.86%，心土層土壤總有機碳增加幅度最少，從3.37g/kg增加到14.08g/kg，增加了10.71g/kg，增幅為76.07%，犁底層土壤總有機碳增加了15.72g/kg，與馬力等在研究施肥對水稻土有機碳的影響的結論相同[13]。同一種稻年限，不同土層的總有機碳含量差異顯著，均以耕作層最高，心土層最低，而相同土層不同種稻年限的土壤總有機碳含量差異也很明顯，其中種稻第40年土壤總有機碳含量最高，種稻第1年含量最低。

　　2.2種稻對蘇打鹽堿土腐殖質組成的影響

　　按照腐殖質提取的方法[11]對種稻后的蘇打鹽堿土土壤腐殖質組成進行研究，可將腐殖質分為可提取與非可提取腐殖質。由表1可知，種稻1～10年的蘇打鹽堿土可提取腐殖質的碳含量整體上要略小于非可提取腐殖質，種稻1～10年的蘇打鹽堿土可提取腐殖質含量占總有機碳含量的22.85%～50.54%，非可提取腐殖質含量占總有機碳含量的49.46%～77.15%。種稻15年之后土壤可提取腐殖質的含量增加，非可提取腐殖質的含量則下降，并呈現(xiàn)出隨著種稻年限的增長可提取腐殖質含量越來越多的規(guī)律。

　　相關期刊推薦：《吉林農業(yè)大學學報》Journal of Jilin Agricultural University(雙月刊)1979年創(chuàng)刊，是綜合性農業(yè)學術期刊。以反映作物栽培、植物保護、土壤與植物營養(yǎng)、農業(yè)化學、農業(yè)應用物理、果樹、蔬菜、園林、藥用植物、貯藏加工、農牧業(yè)經濟管理、農業(yè)機械化、農業(yè)工程技術等專業(yè)的科研成果和開展學術交流為主要任務。

　　種稻40年各層次中，土壤可提取腐殖質與非可提取腐殖質的比值比廢棄草原同層次大，這與古小治等對濱海水稻土的腐殖質組成的研究結果相似[14]。耕作層中，廢棄草原可提取腐殖質含量與種稻15，20，40年之間差異顯著，與種稻5年、10年之間差異不明顯。各層次種稻1年土壤中可提取腐殖質含量比廢棄草原均有所減少，這與土壤總有機碳含量的變化規(guī)律一致。這可能是因為新開水田地區(qū)的排水條件有限，并且種植初期由于具有不良的土壤結構，使得土壤滲透性能較差，導致了養(yǎng)分的消耗超過了補給，從而降低了碳含量。從土壤剖面層次來看，可提取腐殖質含碳量均為表層高于底層，并且含量差異均顯著，與土壤總有機碳含量趨勢相似。種稻5年耕作層、犁底層可提取腐殖質有機碳含量間無顯著性差異。在種稻40年的蘇打鹽堿土犁底層，可提取腐殖質有機碳含量最高，占總碳的89.15%。

　　為了研究蘇打鹽堿土腐殖質中的可提取組分與無機物具體的結合狀況，進一步對可提取組分劃分為游離態(tài)腐殖質和結合態(tài)腐殖質。由圖2～4可見，不同種植年限耕作層土壤游離態(tài)腐殖質含量均高于結合態(tài)腐殖質含量。從廢棄草原到種稻40年，游離態(tài)腐殖質和結合態(tài)腐殖質含量之間差異明顯。種稻1～20年，游離態(tài)腐殖質含量小于廢棄草原，而結合態(tài)腐殖質含量則大體表現(xiàn)增加趨勢。種稻20～40年，游離態(tài)腐殖質和結合態(tài)腐殖質含量均表現(xiàn)為大幅度增高，比廢棄草原土壤含量分別增高64.02%和84.59%。這與于淼[15]等研究的不同開墾年限中腐殖質組成結果相似。在犁底層和心土層隨著種稻年限的增加，游離態(tài)和結合態(tài)腐殖質的含量都呈現(xiàn)出波動性的增長趨勢，這與郭成達等[16]和李香蘭等[17]的研究結果相似，這可能是由于犁底層和心土層土壤有機質的來源不穩(wěn)定，外來有機質含量少導致的。游離態(tài)腐殖質和結合態(tài)腐殖質在各土層間差異較大。在種稻40年的犁底層中，結合態(tài)腐殖質含量比其他層次高。種稻40年，熟化程度較好的土壤結合態(tài)腐殖質開始在犁底層積累，這有利于有機質數(shù)量上的積累。游離態(tài)腐殖質與結合態(tài)腐殖質有機碳含量最大值分別出現(xiàn)在種稻40年的耕作層與犁底層，分別增長了7.1g/kg、8.56g/kg。由圖2～4可見，隨著土層深度的增加游離態(tài)腐殖質含量和結合態(tài)腐殖質的含量均下降。而不同層次土壤在種稻40年時結合態(tài)和游離態(tài)腐殖質含量都出現(xiàn)大幅度的增高。種稻40年時，在3個不同土層結合態(tài)腐殖質的含量分別為8.37g/kg，9.36g/kg和7.70g/kg，比廢棄草原增加顯著;游離態(tài)腐殖質增加了7.1g/kg，6.9g/kg，3.62g/kg。

　　2.3種稻對蘇打鹽堿土不同形態(tài)腐殖質組成的影響

　　對所提取的游離態(tài)和結合態(tài)腐殖質成分再進一步劃分為游離態(tài)胡敏酸和富里酸與結合態(tài)胡敏酸和富里酸[18]。

　　由表2可知，游離態(tài)腐殖質中富里酸碳含量起主導作用，不同種稻年限、不同土層富里酸其含量均略高于胡敏酸。富里酸含量占可提取碳和總有機碳的比例也高于胡敏酸。種稻1～10年土壤的胡敏酸和富里酸的碳含量低于廢棄草原，而15～40年種稻年限的土壤胡敏酸和富里酸高于廢棄草原。這與趙玉萍等[19]的研究結果相似，但卻與于君寶等[20]研究結果不同，甚至在種稻15～40年結果與其相反。從相同土層、不同種稻年限來看，胡敏酸和富里酸的含量均以種稻40年的土壤表現(xiàn)最優(yōu)，與其他各層次之間差異顯著。從同一種稻年限、不同剖面層次來看，胡敏酸的碳含量大多以耕作層表現(xiàn)最優(yōu)，但在種稻第1，40年時，耕作層和犁底層間差異不顯著。富里酸的碳含量則在第5，15，40年時表現(xiàn)為耕作層和犁底層間差異不顯著。游離態(tài)胡敏酸在土壤耕作層有積累的趨勢。隨著種稻年限的增加，在耕作層中，廢棄草原的游離態(tài)胡敏酸與種稻40年以及種稻1年差異顯著，與其他年份差異不明顯。種稻1年游離態(tài)胡敏酸的呈減少趨勢應該是與新開水田土壤結構性差有一定關系。犁底層、心土層中游離態(tài)胡敏酸有機碳含量在不同年限上存在一定的差異，但變化規(guī)律不明顯，種稻40年與廢棄草原間存在顯著差異，即對各層次游離態(tài)胡敏酸影響的年限主要是在40年。種稻15年后，各層次游離態(tài)富里酸含量對比于廢棄草原有增加的趨勢。在各個層次中，到種稻40年，耕作層游離態(tài)胡敏酸與富里酸碳含量增加了4.08g/kg，3.02g/kg。

　　對比圖5和圖6(結合態(tài)胡敏酸和富里酸含量)，結合態(tài)胡敏酸的含量為0.24～8.82g/kg，而富里酸的含量為0.09～0.97g/kg，可見結合態(tài)腐殖質中胡敏酸占主導地位。這與李學平等[21]的研究結果不同，可能是因為其在培養(yǎng)時添加了尿素，影響了富里酸的含量。對比圖5和圖6還可發(fā)現(xiàn)，不同種稻年限、不同土層之間胡敏酸的碳含量明顯的高于富里酸。這與游離態(tài)腐殖質中胡敏酸和富里酸的組分含量表現(xiàn)相反。從不同種稻年限看，結合態(tài)胡敏酸的含量從廢棄草原到種稻第10年均呈現(xiàn)隨著土層的加深而降低的趨勢，且不同土層之間差異顯著。從種稻第15年和40年則表現(xiàn)為犁底層結合態(tài)胡敏酸的碳含量最高，其次是耕作層，心土層的含量最低，不同土層之間差異顯著。