發(fā)布時(shí)間：2020-04-06所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要土壤質(zhì)量變化與更新是農(nóng)業(yè)發(fā)展和土壤管理的判斷準(zhǔn)則.白漿土是三江平原主要水田土壤，但旱田改水田后缺乏對(duì)其土壤質(zhì)量變化規(guī)律的研究.本研究以不同種稻年限白漿土為調(diào)查對(duì)象，探討其土壤理化性質(zhì)演變特征.結(jié)果表明:白漿土種稻后，耕層(厚16～23cm)和犁底
摘要土壤質(zhì)量變化與更新是農(nóng)業(yè)發(fā)展和土壤管理的判斷準(zhǔn)則.白漿土是三江平原主要水田土壤，但旱田改水田后缺乏對(duì)其土壤質(zhì)量變化規(guī)律的研究.本研究以不同種稻年限白漿土為調(diào)查對(duì)象，探討其土壤理化性質(zhì)演變特征.結(jié)果表明:白漿土種稻后，耕層(厚16～23cm)和犁底層(厚6～8cm)土壤有機(jī)碳、還原物質(zhì)總量增加，耕層深度隨種稻年限增加呈逐漸增加趨勢(shì)，犁底層無明顯變化，心土層(厚20cm)與旱田無顯著差異;土壤中Fe2+和Mn2+有向下遷移現(xiàn)象，但只遷移到犁底層;耕層和犁底層土壤固相比率比種稻前增加，犁底層固相比率由47.8%增加到70.0%，容重由1.22g·cm-3增加到1.77g·cm-3，土壤孔隙總量降低，微孔隙比例增加，白漿土種稻后有黏粒淋溶淀積現(xiàn)象.白漿土種稻后，土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的變化特征與水稻土的演變規(guī)律既有一致性，又有其特殊性.
關(guān)鍵詞白漿土;種稻;理化性質(zhì);演變特征
中國白漿土總面積約527.3萬hm2[1]，三江平原是白漿土集中分布的區(qū)域，總面積258.1萬hm2，占三江平原土地總面積的23.7%[2].盡管白漿土開墾時(shí)間較短，但開墾后隨著有機(jī)質(zhì)和氮素含量降低，土壤肥力明顯下降[3-4]，特別是其土體構(gòu)型中存在障礙土層以及不良的理化性質(zhì)，使其成為中國典型的低產(chǎn)土壤[5].經(jīng)過幾十年的研究和探索，我國在改良白漿土技術(shù)方面形成了“培肥耕作層、改造心土層”的改土技術(shù)體系[6-9]，為徹底改造低產(chǎn)白漿土田提供了可靠的技術(shù)支撐.
20世紀(jì)90年代后，三江平原大面積實(shí)施“旱改水”工程，一部分白漿土被相繼改為水田[10-11].白漿土種稻后將障礙土層變?yōu)橛欣翆�，低產(chǎn)土壤成為高產(chǎn)土壤[12-13].但白漿土改為水田后，隨水稻種植時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤氧化還原特性也會(huì)發(fā)生改變，勢(shì)必引起土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等指標(biāo)的變化.有研究認(rèn)為，旱田改為水田后土壤有機(jī)碳呈規(guī)律性增加[14-15].我國南方水稻種植歷史悠久，相關(guān)研究較多[16-18]，水田土壤經(jīng)過長(zhǎng)期的水耕熟化過程會(huì)逐漸發(fā)育成具有獨(dú)特剖面特征的水稻土[19]，三江平原水稻種植歷史短，現(xiàn)有的水田大部分是由旱田改造而成的，尚缺乏土壤理化性質(zhì)變化研究.為此，筆者在三江平原青龍山農(nóng)場(chǎng)開展了白漿土不同種稻年限土壤理化特性研究，以期為該類型稻田開展科學(xué)的土壤管理和構(gòu)建環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)體系提供科學(xué)依據(jù).
1研究地區(qū)與研究方法
1.1研究區(qū)概況
供試土壤采自于三江平原東北部的青龍山農(nóng)場(chǎng)第3作業(yè)區(qū).該農(nóng)場(chǎng)位于同江市南部與富錦市交界處(47°47'—48°13'N，132°17'—133°55'E)，耕地面積3.71萬hm2，其中水稻面積占90%，土壤為草甸白漿土，地勢(shì)平坦，平均坡降1/10000;年平均氣溫2℃，7月平均氣溫22.3℃，年有效積溫2300～2400℃，年平均降水量550～600mm，無霜期110～135d.該農(nóng)場(chǎng)在氣候特點(diǎn)、地理位置、土壤類型以及水稻種植比例等方面都為三江平原代表性區(qū)域.
1.2供試土壤
供試土壤類型為草甸白漿土，土壤剖面如圖1所示，由4個(gè)發(fā)生層次構(gòu)成，第1層是黑土層，平均厚度15～20cm，有機(jī)質(zhì)豐富，適合于作物的生長(zhǎng)發(fā)育;第2層是白漿層，平均厚度18～22cm，片狀結(jié)構(gòu)，透水性不良，硬度在25kg·cm-2(錐角30°，截面積2cm2)以上，機(jī)械承載力高;第3層是淀積層，平均厚度45～55cm，塊狀結(jié)構(gòu)，透水性差;第4層是母質(zhì)層，為黃色黏土.筆者前期研究表明，白漿土耕層和白漿層以粉粒為主，淀積層以黏粒為主，機(jī)械組成呈“二層性”[20].水稻種植過程中使用的肥料主要為尿素、磷酸二銨和氯化鉀，常規(guī)施用量分別為210、150和150kg·hm-2.
1.3樣品采集
本研究采用時(shí)空互代法[21-22](空間置換時(shí)間)采集樣品，分別在旱田(0年)和種植水稻5、10、15、25年農(nóng)田采樣，在1000m2樣地內(nèi)選3個(gè)代表性位置進(jìn)行調(diào)查.調(diào)查地點(diǎn)選擇:旱田土壤為玉米茬，0～18cm為耕作層，18～22cm為犁底層，22～40cm為白漿層.各水田土壤采樣點(diǎn)距旱田采樣點(diǎn)直線距離1km內(nèi)，考慮到水田化過程中機(jī)械平整土地導(dǎo)致土壤白漿層被深埋地下或露出在近地表，先用鉆探法確定黑土厚度，保持所選地點(diǎn)的白漿層出現(xiàn)位置在地表下20～25cm.
挖土壤剖面并劃分出耕層(TL)(有機(jī)械耕作的痕跡)和犁底層(PL)(土壤緊實(shí)、無結(jié)構(gòu))，耕層取樣位置為5～10cm;犁底層取樣位置為犁底層中間，該層在改為水田前屬于耕層和白漿層的過渡層;心土層(SL)取樣位置在犁底層以下15～20cm處，相當(dāng)于白漿層位置.采取水稻行間土壤，用100cm3容重盒取原狀土，削平、密封;化學(xué)指標(biāo)測(cè)定樣品采用多點(diǎn)混合后留取1.5kg裝袋，除去植物殘?bào)w、侵入體和鐵錳結(jié)核等新生體，風(fēng)干，過2mm、0.25mm篩，備用.采集時(shí)間為2015年10月10日—11月10日.
土壤采集位置和土壤基本情況見表1.從剖面觀察看，各年限土壤顏色屬于YR色系，在5YR～7.5YR，耕層和犁底層顏色較暗，心土層顏色較亮，與有機(jī)質(zhì)含量高低有關(guān);隨種稻年限增加土壤有中度還原反應(yīng).
1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法
土壤剖面記錄:進(jìn)行土壤野外調(diào)查剖面描述及記錄，包括經(jīng)緯度、海拔、土壤類型、黑土層厚度、剖面層序、土壤水分狀況、土壤顏色、地形地貌和土層深度等信息.
土壤化學(xué)性質(zhì):土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，還原物質(zhì)總量、活性還原物質(zhì)總量采用容量法測(cè)定，F(xiàn)e2+采用鄰啡羅啉比色法，Mn2+采用醋酸銨浸提-高錳酸鉀比色方法測(cè)定[23].
土壤物理性質(zhì):土壤粒級(jí)組成采用MS2000激光粒度儀法，容重采用烘干法[24]，土壤三相采用DIK-三相儀測(cè)定;土壤水分特征曲線:0～150cm(H2O)吸力段用DIK-3343型土壤pF測(cè)定儀(日本)測(cè)定，150～16544cm(H2O)吸力段用1500F1型壓力膜儀(美國)測(cè)定.
土壤孔隙組成由土壤水分特征曲線獲得，根據(jù)孔隙不同當(dāng)量直徑條件下體積含水量求差得出，當(dāng)量直徑使用下式計(jì)算:
d=h/3
式中:d為孔隙當(dāng)量直徑(mm);h為土壤水吸力(cmH2O)[25].
1.5數(shù)據(jù)處理
采用DPS7.0軟件、RETC軟件和Excel2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析.采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差和方差分析.利用RETC軟件，通過對(duì)不同壓力下水分?jǐn)?shù)據(jù)輸入，可獲得水分特征曲線模擬方程，進(jìn)一步計(jì)算出土壤孔隙組成.利用Excel2003軟件作圖.圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差.
2結(jié)果與分析
2.1不同種稻年限白漿土土壤化學(xué)性質(zhì)變化
2.1.1土壤有機(jī)碳和還原性物質(zhì)變化白漿土種植水稻后土壤化學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯改變，耕層土壤肥力呈提高趨勢(shì).從土壤有機(jī)碳總量變化(圖2)可以看出，同一種稻年限土壤為耕層>犁底層>心土層，盡管犁底層土壤比色接近于耕層(表1)，但該層次屬于黑土層和白漿層的過渡土層，無結(jié)構(gòu)，有機(jī)碳含量接近于白漿層;不同種稻年限土壤比較，耕層有機(jī)碳隨種稻年限增加呈增加趨勢(shì)，土壤肥力不斷提高，而犁底層和心土層肥力增加不明顯.耕層和犁底層土壤還原性物質(zhì)不斷積累.從土壤還原物質(zhì)總量變化(圖2)可以看出，水田由于季節(jié)性淹水導(dǎo)致土壤氧化還原電位下降，還原性物質(zhì)遠(yuǎn)高于旱田.其中，耕層和犁底層土壤隨種稻年限增加呈增加趨勢(shì)，而心土層土壤則呈現(xiàn)出先小幅增加后降低的趨勢(shì).
2.1.2土壤Fe2+、Mn2+變化種稻后耕層土壤Fe2+、Mn2+呈增加并向下層遷移趨勢(shì)，從圖3可以看出，水田水溶性Fe2+、Mn2+含量明顯高于旱田，表明淹水導(dǎo)致該層土壤中的氧化態(tài)Fe、Mn被還原成Fe2+、Mn2+.其中，耕層土壤在種稻10年達(dá)到峰值，然后呈下降趨勢(shì);犁底層Fe2+、Mn2+則隨種稻年限增加逐漸升高，說明Fe2+、Mn2+由耕層逐漸淋溶遷移至犁底層;心土層兩種離子則呈低水平小幅波動(dòng)狀態(tài).草甸白漿土耕層和白漿層Fe3O2含量分別為4.5%和5.6%[5]，水田條件下耕層和犁底層產(chǎn)生了大量Fe2+、Mn2+，而心土層(白漿層位置)遠(yuǎn)低于上層土壤，說明淹水僅促使耕層和犁底層還原，對(duì)下層土壤影響相對(duì)較小.
2.2不同種稻年限白漿土土壤物理性質(zhì)變化
2.2.1土壤三相組成變化白漿土種植水稻后土壤物理性質(zhì)也發(fā)生明顯改變.從土壤三相組成變化可以看出(圖4)，耕層和犁底層土壤隨種稻年限增加固相比率增加、氣相比率下降.種稻25年后，耕層固相比率由旱田的41.0%增加到55.6%、容重由1.04g·cm-3增加到1.34g·cm-3;犁底層固相比率由47.8%增加到70.0%;容重由1.22g·cm-3增加到1.77g·cm-3;心土層土壤固相比率和容重均無明顯變化.
2.2.2土壤孔隙變化從土壤孔隙變化可以看出(圖5)，土壤總孔隙度隨種稻年限增加而減少，種稻25年后，耕層由旱田的59.0%降低到44.4%，心土層無明顯變化.孔隙組成上，耕層和犁底層土壤>0.05mm大孔隙和0.05～0.0002mm中小孔隙含量下降明顯，但<0.0002mm的微孔隙含量隨種稻年限增加而增加，說明白漿土長(zhǎng)期種稻會(huì)導(dǎo)致土壤大孔隙被阻塞，微孔隙含量增加，土壤通氣性變差.
2.2.3土壤顆粒組成變化從土壤的顆粒組成變化可以看出(圖6)，供試的白漿土是以粉沙為主的粉沙質(zhì)土壤，土壤中0.002～0.02mm的粉沙組顆粒含量隨耕種年限增加呈增加趨勢(shì)，0.02～0.2mm沙粒組顆粒含量則隨種稻年限的增加呈降低趨勢(shì)，表明土壤沙粒組顆粒遭機(jī)械破壞而變?yōu)榉凵辰M顆粒的傾向明顯，心土層土壤黏粒含量隨種稻年限增加呈規(guī)律性增加趨勢(shì)，主要是黏粒向下遷移的結(jié)果.
3討論
水稻土是在長(zhǎng)期種稻為主的耕作制度下，土壤圖6不同種稻年限土壤顆粒分級(jí)的變化Fig.6Soilparticleclassificationchangeafterdifferentyearswithriceplanting.經(jīng)常處于淹水還原、排水氧化、水耕黏閉，以及大量施用肥料等頻繁的人為管理措施影響下形成的[26-27].三江平原白漿土黑土層厚約20cm，其下為堅(jiān)硬、貧瘠的白漿層，總養(yǎng)分儲(chǔ)量少，作為旱田土壤屬于典型的低產(chǎn)土壤.改為水田后，由于白漿層的存在，具備了水稻土的剖面特征，白漿層成為天然犁底層，一方面確保了土壤的保水能力，另一方面為機(jī)械行走提供了保障[28];李慶逵[29]和張甘霖等[30]研究水稻土的形成過程時(shí)提出，犁底層的形成是高產(chǎn)稻田具備的特征.白漿土種稻后盡管還保持著原來土壤的一些基本特征，但經(jīng)過幾十年的人為水耕過程，土壤性質(zhì)發(fā)生很大變化，具備了水稻土演變過程的一些普遍特征，也具有自身演變過程的獨(dú)特特征.
白漿土水田化后，每年有90～100d保持水層，有利于有機(jī)質(zhì)積累.本研究結(jié)果表明，耕層有機(jī)碳量隨種稻年限延長(zhǎng)而增加，但犁底層不同年限間差異不明顯;此外，從耕層和犁底層的還原物質(zhì)總量以及水溶性Fe2+、Mn2+也隨水稻種植年限增加而增加，并遷移到犁底層的結(jié)果看，上述物質(zhì)與心土層關(guān)系不明顯.大量研究結(jié)果證實(shí)，水稻土耕層和犁底層的Fe2+和Mn2+有向下遷移到心土層的趨勢(shì)[27，31].王秋菊等[32]研究發(fā)現(xiàn)，黑土水田化后Fe2+、Mn2+均有向心土層遷移的現(xiàn)象，但白漿土的Fe2+、Mn2+向心土層遷移現(xiàn)象不明顯.可見，白漿土這種物質(zhì)遷移距離短的現(xiàn)象與白漿層有密切關(guān)系.
從白漿土物理性質(zhì)變化看，隨著種稻時(shí)間延長(zhǎng)，耕層和犁底層土壤固相比率和容重增加;土壤總孔隙度降低，伴隨著大、中、小孔隙下降，微孔隙增加，形成了明顯的犁底層.白漿土水田化后，土壤中一部分沙粒遭機(jī)械破壞變成粉沙，而粉沙隨種稻年限的增加而增加;部分黏粒向下遷移到心土層.由于白漿層的特殊性，其黏粒淋溶、離子下移的速度與其他土壤之間有何差異，其演變速度、特征如何，尚有待于進(jìn)一步研究.
4結(jié)論
白漿土種稻后，土壤物理、化學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律與水稻土的演變特征既有一致性，又有其特殊性.白漿土種稻后，耕層和犁底層土壤有機(jī)碳、還原物質(zhì)總量增加;心土層無變化，與早期研究的黑土、草甸土不一致.土壤中Fe2+和Mn2+只遷移到犁底層，沒有向心土層遷移的現(xiàn)象，與其他類型水田演變規(guī)律不同.白漿土種稻后，耕層和犁底層土壤固相、容重增加，孔隙總量降低，微孔隙比例增加，心土層即白漿層無變化，但白漿層黏粒比例呈逐年增加趨勢(shì).白漿土種稻后有黏粒淋溶淀積現(xiàn)象，與水稻土形成過程表現(xiàn)一致.
