浙西丘陵區(qū)水田改旱后土壤團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性的變化

孔樟良 章明奎

摘要 選擇浙西低丘地區(qū)的黃筋泥田和紅紫砂田2類土壤的水田與相應(yīng)改旱不同年限的旱地、果園和茶園，比較研究了水田改旱后土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性的變化。結(jié)果表明，水田改旱后，土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量均呈現(xiàn)下降，土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性減弱，其中，水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的下降比非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體更為明顯。水田改旱種植旱糧，土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非穩(wěn)定團(tuán)聚體、水穩(wěn)定性團(tuán)聚體及團(tuán)聚體的穩(wěn)定呈持續(xù)下降;而當(dāng)水田改旱種植果樹和茶樹時(shí)，初期土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非穩(wěn)定團(tuán)聚體、水穩(wěn)定性團(tuán)聚體和團(tuán)聚體的穩(wěn)定呈明顯下降，但隨著時(shí)間的增加，其大團(tuán)聚體逐漸恢復(fù)。改旱后土壤團(tuán)聚體的變化與其有機(jī)碳和無定形氧化鐵數(shù)量發(fā)生變化有關(guān)。

關(guān)鍵詞 水稻土;水田改旱;團(tuán)聚體穩(wěn)定性;變化

中圖分類號(hào) S151 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A ?文章編號(hào) 0517-6611（2014）34-12096-03

Changes in Composition and Stability of Soil Aggregates in Hilly Area of the Western Zhejiang after Conversion of Paddy Fields to Upland

KONG Zhangliang1， ZHANG Mingkui2* ?（1. Agricultural Technology Extension Center of Jiande City， Jiande， Zhejiang 311600; 2. College of Environmental and Resource Sciences， Zhejiang University， Hangzhou， Zhejiang 310058）

Abstract ?A soil sequence with different history of land use were collected respectively from western Zhejiang Province for studying the changes in composition and stability of soil aggregates after transformation from paddy fields to upland， orchard， and tea garden. Two types of soils （paddy field on quaternary red soil and paddy field on redpurple sandstone soil）， each including four landuses， were collected. The results showed that， several years after transformation from paddy fields to upland， contents of both mechanical stable and waterstable aggregates with sizes of >0.25 mm and >5.00 mm decreased， and stability of soil aggregates became weak. Among them， the decrease in water stability of aggregates was more obvious than that of the mechanical stability of aggregates. For planting upland crops after the transformation of paddy to dryland， contents of >0.25 mm， >5.00 mm mechanical stable and waterstable aggregates and stability of soil aggregates were continuously decreased with time. For panting fruit tree or tea plants after the transformation of paddy to dryland， contents of >0.25 mm， >5.00 mm mechanical stable and waterstable aggregates and stability of soil aggregates decreased at the early stage. However， stability of aggregates was restored with increasing time. The changes in composition and stability of soil aggregates after transformation from paddy fields to upland， orchard， and tea garden were related to alteration of organic and iron oxides of the soils.

Key words ?Paddy soil; Conversion of paddy fields to upland; Stability of aggregates; Alteration

土壤團(tuán)聚體是由有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)膠結(jié)而成的結(jié)構(gòu)單位，其數(shù)量與性狀直接影響土壤的肥力特性和作物的生長，也是決定土壤侵蝕、壓實(shí)、板結(jié)等物理過程與作用的關(guān)鍵指標(biāo)之一。它是土壤肥力的基礎(chǔ)和評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[1-2]。土壤團(tuán)聚體的形成機(jī)制復(fù)雜。它既受土壤本身物質(zhì)組成的影響，又受人類活動(dòng)等因素的影響。土地利用方式、耕作方式、土壤微生物活性、施肥、種植制度和輪作方式等人類活動(dòng)都會(huì)對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不同程度的影響[3-5]。水稻土因長期處于水耕條件，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，同時(shí)長期、頻繁的淹水與排水引起的干濕交替也促進(jìn)土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，因此水稻土常有較高的團(tuán)聚體水穩(wěn)定性。但是，近30多年來，我國南方地區(qū)已有較高比例的水稻土不再用于水稻生產(chǎn)，有的被永久性地改種為蔬菜、苗木、瓜果、茶樹等經(jīng)濟(jì)作物。這種利用方式的轉(zhuǎn)變極大地改變了土壤的水分狀況和土壤干濕交替強(qiáng)度[6]。丘陵地區(qū)因相對(duì)位置較高，地下水埋藏很深，水田改旱地后土壤水分狀況及相關(guān)特征的變化尤為明顯。雖然國內(nèi)外對(duì)土地利用方式與土壤團(tuán)聚體組成的關(guān)系已有較多的研究[7-10]，但有關(guān)水田永久性地改旱對(duì)土壤結(jié)構(gòu)性的影響報(bào)道不多。為此，選擇浙西地區(qū)黃筋泥田和紅紫砂田2類土壤的水田與相應(yīng)改旱不同年限的旱地、果園和茶園，比較了水田改旱后土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性的變化趨勢。

1 材料與方法

在浙西選擇黃筋泥田和紅紫砂田2類土壤。通過采集系列土壤樣品，對(duì)比分析水田改旱后土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性的變化。用于比較的對(duì)照（稻田，水旱輪作）與旱地（主要種植油菜、小麥和甘薯等雜糧）、果園（柑橘）和茶園分布相鄰，土壤類型屬于相同制圖單元（黃筋泥田或紅紫砂田土種）。每一觀察類型各選擇5個(gè)重復(fù)樣地。水田改旱后種植果樹、旱糧、茶樹，按10～20、30～40年分為2組。用于比較的利用方式情況如表1。

研究土樣采集深度為0～15 cm，每個(gè)樣地的土樣由10～12個(gè)分樣混合而成。在自然風(fēng)干過程中，沿自然斷裂面掰成10 mm大小的土塊。待土壤樣品完全風(fēng)干后，把樣品分為二部分：一部分用于團(tuán)聚體分析;另一部分過2.00、0.15 mm土篩用于理化分析。土壤團(tuán)聚體分為非水穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性2種。非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成用干篩法測定[11]。取1 kg風(fēng)干的土樣，用孔徑分別為5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm篩子進(jìn)行篩分（篩子附有底和蓋），計(jì)算干篩的各級(jí)團(tuán)聚體占土樣總量的百分含量。水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成用濕篩法測定（Y/T1121.192008），按干篩法獲得非水穩(wěn)定團(tuán)聚體百分組成，配成2份（重復(fù)）質(zhì)量為50 g的土樣進(jìn)行水穩(wěn)定團(tuán)聚體分析。將每份土樣置于5 mm土篩上，蒸餾水浸泡10 min，然后將土樣依次通過5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm的土篩。團(tuán)聚體的分離通過上下移動(dòng)篩子3 cm，重復(fù)50次（2 min內(nèi)），將留在每個(gè)篩子上面的土壤沖洗到鋁盒中，在50 ℃溫度下烘干、稱重。然后，將分離的各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體磨碎后過100目篩，測定各級(jí)團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量。水篩過程中團(tuán)聚體的破壞率可反映土壤中團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性，其計(jì)算公式為：

團(tuán)聚體破壞率（%）= （>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體比例- >0.25 mm水穩(wěn)定團(tuán)聚體比例）×100/>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體比例

土壤pH、有機(jī)質(zhì)、CEC、顆粒組成、游離氧化鐵和無定形氧化鐵采用常規(guī)方法測定[11]。

表1 采集的成對(duì)觀察土壤基本情況

土壤

類型利用

方式利用或改

旱時(shí)間∥年pHCEC

cmol/kg有機(jī)質(zhì)

g/kg游離Fe

g/kg無定形Fe

g/kg

黏粒

g/kg粉砂

g/kg砂粒

g/kg

黃筋泥田水田>506.0313.4533.1243.6511.4331.4543.6624.89

果園10～205.8712.5424.2344.877.5633.2344.2322.54

果園30～405.8212.6527.6841.286.4532.1541.3526.50

旱地10～205.9212.1323.3441.676.4530.6540.6528.70

旱地30～405.6712.5421.9840.348.4529.7642.3427.90

紅紫砂田水田>505.766.4520.4511.433.2415.2323.7661.01

果園10～205.455.7616.6712.542.1314.6525.4359.92

果園30～405.485.7617.8710.132.0815.2324.3660.41

茶園10～205.446.1217.2113.541.7616.3221.6562.03

茶園30～405.216.2818.7810.432.4314.7723.6661.57

2 結(jié)果分析

2.1 土壤非水穩(wěn)定團(tuán)聚體組成的變化

由表2可知，

研究土壤的非水穩(wěn)定團(tuán)聚體（干篩法測定）主要以>5.00 mm的為主，其中黃筋泥田明顯高于紅紫砂田。在水田改旱種植旱糧、果樹和茶樹后，土壤中非水穩(wěn)定團(tuán)聚體發(fā)生了一定的變化。對(duì)于黃筋泥田，水田改旱種植旱糧（旱地），土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體呈現(xiàn)持續(xù)降低，>5.00 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體的變化比>0.25 mm的變化更為明顯;改旱10～20年的旱地和30～40年的旱地>5.00 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體分別比水田下降了15.13%和17.68%;>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體分別比水田下降了8.62%和11.63%。而改旱種植果樹，在初期（10～20年的果園），>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體分別比水田下降了16.61%和4.49%，但隨著時(shí)間的增加，其>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體又有恢復(fù);30～40年果園的>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體比水田略有增加，相對(duì)分別增加了5.43%和1.15%。而對(duì)于紅紫砂田，水田改旱種植果樹和茶樹初期（10～20年），土壤中>5 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體分別比水田下降了21.46%和13.67%，>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體分別比水田下降了5.50%和3.29%;但是，至后期，>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體又有所恢復(fù)，30～40年的果園>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體分別比水田只低3.80%和0.94%，而30～40年的茶園>5.00 mm和>0.25 mm非水穩(wěn)定團(tuán)聚體分別比水田高5.47%和3.69%。

表2 水改旱后土壤非水穩(wěn)定團(tuán)聚體的變化

土壤類型利用

方式利用時(shí)間

年非水穩(wěn)定團(tuán)聚體組成∥%

>5.00 mm2.00～5.00 mm1.00～2.00 mm0.50～1.00 mm0.25～0.50 mm<0.25 mm

黃筋泥田水田>6071.108.974.122.342.1311.34

果園10～2059.2910.218.762.663.7615.32

果園30～4074.967.563.282.341.5410.32

旱地10～2060.347.565.883.793.4518.98

旱地30～4058.536.985.332.854.6621.65

紅紫砂田水田>5049.5312.136.485.457.6518.76

果園10～2038.9019.225.886.236.5423.23

果園30～4047.6511.877.285.438.2319.54

茶園10～2042.7615.667.434.288.4421.43

茶園30～4052.2413.455.886.136.5415.76

2.2 土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的變化

由表2、3可知，>5.00、>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體比例明顯低于對(duì)應(yīng)的非水穩(wěn)定團(tuán)聚體，但黃筋泥田>5.00、>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體明顯高于紅紫砂田。這與二類土壤之間的無機(jī)膠結(jié)物質(zhì)存在明顯差異有關(guān)。在水田改旱種植旱糧、果樹和茶樹后，土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體發(fā)生很大的變化，變化速度高于非水穩(wěn)定團(tuán)聚體的變化。對(duì)于黃筋泥田，水田改旱10～20年和30～40年的旱地，>5.00 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分別比水田下降了36.54%和42.02%，>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分別比水田下降了20.23%和22.95%;而改旱10～20年和30～40年的果園土壤中，>5 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分別比水田下降了31.02%和18.48%，>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分別比水田下降了16.71%和5.36%。同樣，隨著時(shí)間的增加，果園土壤>5.00 mm、>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體又有所恢復(fù)，30～40年果園>5.00 mm、>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體高于10～20年的果園。而對(duì)于紅紫砂田，在水田改旱種植果樹和茶樹初期（10～20年），水穩(wěn)定性團(tuán)聚體相對(duì)下降比黃筋泥田更明顯。土壤中>5.00 mm團(tuán)聚體分別比水田下降了77.55%和54.65%，>0.25 mm團(tuán)聚體分別比水田下降了18.58%和10.93%;但至后期，其>5 mm團(tuán)聚體又有所恢復(fù)，但恢復(fù)程度在果園和茶園中有較大的差異，茶園的恢復(fù)更為明顯，30～40年的果園土壤>5.00 mm、>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分別比水田低62.56%和9.06%，而30～40年的茶園>5.0 mm、>0.25 mm團(tuán)聚體分別比水田高10.93%和8.82%。

在黃筋泥田和紅紫砂田改旱后>5.00 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體下降的同時(shí)，<0.25 mm、2.00～5.00 mm和0.25～0.50 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體均有不同程度的提高，而0.50～2.00 ?mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的變化相對(duì)較小。

表3 水改旱后土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的變化

土壤類型利用

方式利用時(shí)間

年水穩(wěn)定團(tuán)聚體組成∥%

>5.00 mm2.00～5.00 mm1.00～2.00 mm0.50～1.00 mm0.25～0.50 mm<0.25 mm

黃筋泥田水田>6044.453.765.886.345.3334.24

果園10～2030.665.114.336.138.5445.23

果園30～4036.258.245.764.877.1237.76

旱地10～2028.215.435.135.488.2147.54

旱地30～4025.779.113.894.667.2449.33

紅紫砂田水田>5013.5411.768.239.3416.6540.48

果園10～203.0414.336.239.3215.5451.54

果園30～405.0713.778.438.8817.9845.87

林地10～206.1412.878.486.7618.7746.98

林地30～4015.0215.4312.458.3313.5435.23

2.3 土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性的變化

土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性可用濕篩過程中土壤>0.25 mm團(tuán)聚體破壞率來表示，團(tuán)聚體破壞率越小，團(tuán)聚體越穩(wěn)定。研究表明，水田土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性一般高于改旱后的土壤。長期種植水稻的黃筋泥田土壤團(tuán)聚體的破壞率為25.83%，而改旱種植果樹10～20和30～40年的黃筋泥田土壤團(tuán)聚體的破壞率分別為35.32%和30.60%，改旱種植旱糧10～20和30～40年的黃筋泥田土壤團(tuán)聚體的破壞率分別為35.25%和35.33%;長期種植水稻的紅紫砂田土壤團(tuán)聚體的破壞率為26.74%，而改旱種植果樹10～20和30～40年的紅紫砂田土壤團(tuán)聚體的破壞率分別為36.88%和32.72%，改旱種植旱糧10～20和30～40年的紅紫砂田土壤團(tuán)聚體的破壞率分別為32.52%和23.11%。由此可見，水田改旱種植旱糧、果樹和茶樹后，土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性多呈下降趨勢。

2.4 土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)的變化 由表4可知，>5.00 mm、2.00～5.00 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體中常含有比0.50～1.00 mm和0.25～0.50 mm更高的有機(jī)質(zhì)。這表明形成大粒徑的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體需要更高的有機(jī)質(zhì)含量。因此，有機(jī)質(zhì)含量的下降優(yōu)先破壞的是大粒徑的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體。

表4 不同粒級(jí)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)的變化

土壤類型利用

方式利用時(shí)間

年有機(jī)質(zhì)∥g/kg

>5.00 mm2.00～5.00 mm1.00～2.00 mm0.50～1.00 mm0.25～0.50 mm<0.25 mm

黃筋泥田水田>6034.5431.3432.6627.3228.7632.54

果園10～2024.3222.7619.7620.1319.8725.76

果園30～4031.2325.8823.7622.1821.8727.33

旱地10～2023.4321.3221.1321.6718.7624.45

旱地30～4020.0219.8820.1219.1217.3224.12

紅紫砂田水田>5023.1221.0921.4418.3317.8720.43

果園10～2015.4515.1214.6612.8713.2419.23

果園30～4018.2417.8716.2415.2214.6819.78

林地10～2016.8716.5417.0113.9814.3818.67

林地30～4020.2218.6518.0315.1415.3320.13

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2014年

3 結(jié)論與討論

土壤團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性同時(shí)受土壤內(nèi)在物質(zhì)組成與外部機(jī)械作用等因素的影響。不同土地利用類型的土壤團(tuán)聚體分布、變化與植被覆蓋狀況和人類活動(dòng)強(qiáng)度等關(guān)系密切。因此，在改旱過程中發(fā)生的土壤內(nèi)在物質(zhì)組成與外在相關(guān)條件的變化都有可能影響土壤團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性。研究表明，無論是有機(jī)質(zhì)、黏粒和氧化鐵等膠結(jié)物質(zhì)較高的黃筋泥田還是這些膠結(jié)物質(zhì)較低的紅紫砂田，水田改旱種植旱糧、果樹和茶樹后土壤有機(jī)質(zhì)、無定形氧化鐵含量均呈現(xiàn)不同程度的下降，同時(shí)土壤pH也略有下降，但土壤顆粒組成和游離氧化鐵變化不明顯。這一結(jié)果表明水田改旱后土壤無機(jī)膠結(jié)物質(zhì)的總量（包括黏粒膠體和氧化鐵膠體）沒有發(fā)生

明顯變化，但有機(jī)膠體發(fā)生明顯的下降;雖然氧化鐵總量沒