川西稻田改為茶園后土壤pH和腐殖質(zhì)組成剖面分布變化特征.docx

1、浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報ActaAgriculturaeZhejiangensis,2016,28(1):104-109http：/袁大剛，蒲光蘭,程偉麗，等.川西稻田改為茶園后土壤pH和腐殖質(zhì)組成剖面分布變化特征J.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報,2016,28(1):104-109.DOI：10.3969/j.issn,1004-1524.2016.01.18川西稻田改為茶園后土壤pH和腐殖質(zhì)組成剖面分布變化特征袁大剛，蒲光蘭，程偉麗，王昌全，何剛(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，四川成都611130)摘要：為了探討稻田及由稻田改造的茶園這2種土地利用方式下，土壤pH和腐殖質(zhì)組成的剖面分布特征，按等間距采樣法采集土樣，分析各土層

2、pH、腐殖質(zhì)總碳及其組分含量。結(jié)果表明：(1)稻田和茶園土壤均呈酸性至強酸性反應(yīng)，植茶加劇了土壤的酸化;(2)稻田和茶園土壤腐殖質(zhì)總碳及其組分含量自上而下均呈遞減趨勢，且剖面分布特征與土地利用和植物根系分布密切相關(guān)，在稻田30cm以下土層中顯著降低，在茶園0-60cm土層內(nèi)緩慢降低;(3)稻田改為茶園，有利于土壤腐殖質(zhì)總碳(CQ、腐殖酸碳(CHAFA)和富里酸碳(CFA)的形成與積累，而胡敏酸碳(C")和胡敏素碳(以.)含fit因上層不同而有差異，在030cm土層內(nèi)不利于其積累，但在40-60cm土層內(nèi)表現(xiàn)出明顯的積累特征；(4)各上層CFA/CT和CHA+FA/CT表現(xiàn)為茶園稻田,

3、CHm/Ct為稻HI茶園；而CHA/CrA和C"Ct因土層不同而有異,030cm范圍內(nèi)表現(xiàn)為稻田茶園，而40-60cm范圍內(nèi)表現(xiàn)為茶園稻田；(5)±壤pH越低,腐殖質(zhì)總碳及其各組分含量越高;反之，腐殖質(zhì)總碳及其各組分含量越高,pH越低。關(guān)鍵詞:稻田；茶園;pH；腐殖質(zhì);垂直分布中圖分類號：S151.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號：1004-1524(2016)01-0104-06ChangesinverticaldistributioncharacteristicsofsoilpHandhumusfractionsafterpaddyfieldswitchedtoteagarde

4、ninwestSichuanBasinYUANDa-gang,PUCuang-lan,CHENGWei-li,WANGChang-quan,HEGang(CollegeofResources,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu6111301China)Abstract:InordertoinvestigatetheverticaldistributioncharacteristicsofsoilpHandhumusfractionsinbleachedpaddysoilunder2landusetypes,i.e.teagardenandpaddyfie

5、ld,thepH,andthecontentoftotalhumuscarbon(CT)anditsfractionsineachsoillayerwerestudiedbysamplingmethodofequalinterval.Theresultswereasfollows：(1)Bothpaddyfieldandteagardensoilshowedacidtostrongacidreaction.However,afterteaplantation,theacidificationofbleachedpaddysoilincreased;(2)Onthewhole,thevertic

6、aldistributioncharacteristicsaboutthecontentofCranditsfractionsunderbothpaddyfieldandteagardenappeareddescendtrendfromsurfacelayertobottomlayer.Meanwhile,theprofiledistributioncharacteristicsofCTanditsfractionswerecloselyrelatedtorootdistributiondepth.ThecontentofCTanditsfractionsbelow30cmsoillayeru

7、nderpaddyfielddeclinedsignificantly.However,within060cmrangeunderteagarden,itdeclinedslowly；(3)Thetransformationfrompaddyfieldinto收稿日期:20154)6-09基金項目：國家自然科學(xué)基金(41371230；40801079)作者簡介:袁大剛(1975-),男，重慶云陽人，博士，副教授,主要從事土壤資源可持續(xù)利用研究。E-mail：gangdayteagardenfavoredtheformationandaccumulationoftotalhumuscarbon(

8、CT)andfulvicacidcarbon(CFA).Ontheotherhand,thecontentofhumicacidcarbon(CHA)andhumincarbon(CHM)variedwithindifferentsoillayers,astheywereonlyaccumulatedin4060cmsoillayerotherthanin0-30cmsoillayer；(4)ThevalueofCFA/CTandCHA<FA/CTineachsoillayerofteagardenwashigherthanthatinpaddyfield,buttheCHM/CTval

9、uewashigherinpaddyfieldthaninteagarden.ThevalueofCHA/CrAandCHA/CTvariedwithindifferentsoillayers.Forinstance,in030cmsoillayer,itwashigherinpaddyfieldthanthatinteagarden.However,itwashigherinteagardenthanthatinpaddyfieldin4060cmsoillayer；(5)WhenthepHvaluewaslower,thecontentoftotalcarbonanditsfraction

10、swerehigher,andviceversa.Keywords:paddyfield；teagarden；pH；humus；verticaldistribution土壤pH是土壤最基本的化學(xué)性質(zhì)之一，受成土母質(zhì)、生物氣候、人為活動等成土條件控制，也受土壤有機質(zhì)含量和類型等影響。土壤pH對土壤中的氧化-還原、溶解-沉淀、吸附-解吸和配合反應(yīng)起支配作用，在元素的釋放、遷移、固定，植物生長和微生物活動中起重要作用。土壤腐殖質(zhì)是土壤重要的組成部分，按不同的酸堿提取過程，可分為富里酸、胡敏酸和胡敏素,其組成和特性也受成土母質(zhì)、植被類型:E、人為活動，4-6土壤酸度”刃等影響。腐殖質(zhì)可反映一定的成土條

11、件和過程，在土壤肥力和全球碳循環(huán)中有重要作用。由于長期滯水潴育、側(cè)滲漂洗等作用，川西臺地廣泛分布具漂白層的土壤一漂洗黃壤。這類土壤由于其平坦的地形條件，一直被作為水稻種植基地,土壤類型由漂洗黃壤水耕熟化而變?yōu)槠此就?。近年來，由于茶葉經(jīng)濟效益較好，而漂洗水稻土為酸性土壤,可以種茶，因此,不少類似地塊由種植水稻轉(zhuǎn)變?yōu)榉N植茶樹，土壤水分狀況、亞鐵離子含量等理化性質(zhì)發(fā)生明顯改變：10),±壤pH和腐殖質(zhì)組成與特性也相應(yīng)發(fā)生變化。本文擬探討土地利用方式/覆被變化前后土壤pH及腐殖質(zhì)組分的垂直變化特征，以期為該區(qū)域土地合理利用與科學(xué)管理,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1材料與方法1研究區(qū)概

12、況研究區(qū)地處四川盆地西緣的名山縣，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，雨量充沛，溫暖濕潤，年均氣溫15.4年均降水量1500mm,年均日照1018h,年均無霜期298d,年均相對濕度82%。臺地地貌,老沖積(第四系統(tǒng)更新沉積物)母質(zhì),土壤類型為漂洗水稻土及受水耕熟化影響的漂洗黃壤。土地利用方式為稻田和由稻田改造的7a生茶園，其中，稻田由于水利失修和經(jīng)濟效益較差而疏于管理，漏水漏肥較嚴(yán)重；茶園由于經(jīng)濟效益較好，秋冬季施用農(nóng)家肥、采摘季節(jié)施用尿素等，土壤管理措施得到加強。1.2樣品采集在四川省名山縣縣城附近第五級階地選擇處于相同地貌的稻一油輪作稻田及由其改造的7a生茶園作為研究對象，于2010年5月采集土壤樣

13、品。采樣時，在采樣點用荷蘭Eijkelkamp公司生產(chǎn)的不銹鋼土鉆按10cm間距從土壤表層向下取土，取土深度為110cm,即每個采樣點采集11個土壤樣品;2種土地利用類型分別采3個樣點,共采集6個樣點66個土壤樣品。所采樣品風(fēng)干后，挑出枯枝落葉、侵入體和石礫等，磨細(xì)，過篩,備用。1.3指標(biāo)及其測定方法土壤pH(H2O)和pH(KCl)用電位法測定，土水質(zhì)量比均為1:2.5,分別反映活性酸與交換性酸數(shù)量:;腐殖質(zhì)總碳(CQ用重銘酸鉀-硫酸消化法測定;腐殖質(zhì)組成中，腐殖酸總碳用焦磷酸鈉-氫氧化鈉混合浸提劑提取，胡敏酸通過往焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取液中加硫酸形成沉淀而分離，提取、分離的腐殖酸總碳(CI

14、IA+FA)和胡敏酸碳(Cha)均用重銘酸鉀-硫酸消化法測定;富里酸碳和胡敏素碳通過差減法計算得到：富里酸碳(CFA)=Cha.fa-質(zhì)，胡敏素碳(S)=CT-CHA>FA，l。1.4數(shù)據(jù)處理；用Excel2003軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析與剖面分布圖制作，用DPS7.05進(jìn)行相關(guān)分析。2結(jié)果與分析2.1稻田和茶園土壤pH的剖面分布特征土壤pH是土壤酸度的強度指標(biāo)，是土壤最基本的化學(xué)性質(zhì)之一。土壤PH(H2O)反映了土壤活性酸的數(shù)量，由圖1可知，無論稻田還是茶園，沿土壤剖面自上而下總體上均呈逐漸升高的趨勢;土壤pH(KCl)反映了土壤交換性酸的數(shù)量，在稻田土壤剖面中自上而下表現(xiàn)出先升高后降低

15、再升高的特征，而在茶園土壤剖面中則表現(xiàn)出先升高后降低的特征。無論是PH(H2O)還是pH(KCl),30cm以內(nèi)土層均表現(xiàn)出從表層向下pH逐漸升高的趨勢，即表層酸性更強，說明表層酸度更容易受氮肥施用、酸雨等的影響而變酸;同時pH值均表現(xiàn)為稻田茶園，這是因為稻田淹水使土壤趨于中性，而植茶則會促進(jìn)土壤酸化,這與公認(rèn)結(jié)論一致。pH(H,O)pH(KCI)圖1稻田和茶園土壤pH的垂直分布特征Fig.1TheverticaldistributioncharacteristicsofsoilpHunderpaddyfieldandteagarden2.2 稻田和茶園土壤腐殖質(zhì)組成的剖面分布特征2.2.1由

16、圖2可知，無論茶園還是稻田，土壤CT自上而下均呈遞減的特征，稻田CT含鼠在30cm以下土層趨于穩(wěn)定，而茶園CT含量在60cm以下土層才趨于穩(wěn)定。這可能是受人類活動和植物根系分布特征影響所致：稻田030cm土層為耕作層，其中含一緊實的犁底層，植物根系在犁底層中穿插困難；同時,030cm土層也是水稻、油菜兩種作物根系的主要分布區(qū)域，因此，稻田030cm土層CT含量顯著高于30cm以下土層。而茶樹種植需打破犁底層，同時茶樹根系分布相對較深，約60cm,因而在060cm土層,土壤CT含量隨深度增加而逐漸降低，在60cm以下土層趨于穩(wěn)定。一般認(rèn)為，稻田土壤有利于有機質(zhì)的積累，但在本研究中，茶園土壤也表現(xiàn)

17、出較強的碳增匯效應(yīng),G含覺在60cm以上土層總體表現(xiàn)為茶園稻田，這與茶園每年施用大量豬糞、油枯等有機肥以及產(chǎn)生大量茶樹枯落物'有關(guān);30cm以上土層茶園與稻田土確含量相差不大,這可能與有機質(zhì)的礦質(zhì)化和腐殖化過程在同樣的氣候、地形和土壤等條件下趨于平衡有關(guān);此外，由于根系對60cm以下土層影響較小，稻田和茶園60cm以下土層CT含量趨于-致°C"由圖2可知，稻田和茶園土壤C"含量沿土壤剖面自上而下也呈遞減趨勢，其中，稻田含飼:在30cm以下土層較30cm以上土層顯著降低，向下趨于穩(wěn)定;而茶園土壤C"含量自上而下緩慢下降，自60cm±層向下

18、趨于穩(wěn)定。稻田與茶園相比,0-30cm土層C"含量為稻田茶園，尤以表層20cm差異顯著，可能與土壤水分狀況、耕作制度及土壤pH有關(guān)。淹水種稻有利于胡敏酸的形成，-2141,同時，土壤呈酸性反應(yīng)(圖1),胡敏酸易于沉淀，遷移能力差，不易淋失而有利于積累，與李玉琴等的研究結(jié)果一致。但在30cm以下土層Cha含量為茶園稻田，這可能是因為胡敏酸與富里酸有發(fā)生學(xué)聯(lián)系，30cm以上土層形成的大量富里酸向下遷移后轉(zhuǎn)化為胡敏酸而淀積，從而導(dǎo)致C"含量為茶園稻田。2.2.2 Cfa由圖2可知，與CT相似，稻田和茶園土壤Cfa沿土壤剖面自上而下呈遞減趨勢。稻田30cm以下土層Cfa含量較30c

19、m以上土層顯著降低，并向下趨于穩(wěn)定；而茶園土壤在整個剖面上表現(xiàn)為逐漸降低,60cm以下土層趨于穩(wěn)定。整個剖面土壤Cm含量均表現(xiàn)為稻田茶園，且以表層20cm差異最顯著。這是因為:稻田淹水利于富里酸的滲洗，尤其是酸性土壤，由于富里酸的酸溶性，其遷移能力更強，從而更利于淋失;水改旱后Ga含量降低，Cfa含量升高網(wǎng)；強酸性土壤中Cfa含量較高"妲；茶樹每年產(chǎn)生大量枯枝落葉，其中茶多酚含量較高，從而導(dǎo)致土壤中酚類物質(zhì)積累較多按多酚學(xué)說，其淋出液中的多酚可能最先形成大量富里酸，從而導(dǎo)致其C“含量較無淹水季節(jié)的茶園低，Duan等*:最近的研究結(jié)果也證實了添加茶多酚可以增加土壤Cm含量。Cfa穩(wěn)定性

20、低于C",其含量增加不利于土壤碳的固存;富里酸酸性強于胡敏酸,Cfa含量增加可能使PH降低。2.2.4Cha+fa由圖2可知，與Cfa剖面分布規(guī)律一致，稻田和茶園土壤Cha.fa含量從上至下呈遞減趨勢，但稻田30cm以下土層Cha.fa含最顯著降低，且趨于穩(wěn)定，而茶園土壤在整個剖面上逐漸降低，至60cm以下土層才趨于穩(wěn)定。整個剖面,尤其是60cm以上土層，Cha.fa含量均表現(xiàn)為茶園稻田，這可能是土壤胡敏酸與富里酸相互轉(zhuǎn)化及遷移與累積綜合作用的結(jié)果。2.2.5CHM由圖2可知，與&類似，稻田和茶園土壤Chm自上而下總體均呈遞減趨勢，其中稻田CHM含量在30cm以下土層趨于穩(wěn)定

21、，與水稻土犁底層位置相一致；而茶園Chm含量在60cm以下土層才趨于穩(wěn)定，與其根系分布相一致。稻田和茶園土壤Gw含量在030cm土層和60cm以下土層均為稻田>茶園，而30-60cm土層表現(xiàn)為茶園稻田。李玉琴等在川西低山區(qū)土壤腐殖質(zhì)組成研究中也發(fā)現(xiàn),0-30cm土層（m也表現(xiàn)為稻田茶園，說明稻田表層較茶園表層更有利于胡敏素的累積。胡敏素與礦質(zhì)部分緊密結(jié)合，是一種惰性腐殖質(zhì)，從而利于碳的固定。120圖2稻田和茶園土壤腐殖質(zhì)組成的垂宜分布特征Fig.2Theverticaldistributioncharacteristicsofsoilhumusfractionsunderpaddyfie

22、ldandteagardenC4(gkg')1002.3稻田和茶園土壤腐殖質(zhì)組成化學(xué)計量比的剖面分布特征2.3.1CHA/CFACha/Cfa可反映土壤腐殖質(zhì)組成特征、形成條件和腐殖酸結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，其值越大，胡敏酸相對含量越高，腐殖酸分子量增大，分子結(jié)構(gòu)越趨于復(fù)雜;反之,富里酸含量高，結(jié)構(gòu)簡單。由圖3可知，稻田030cm土層的Cha/Cfa自上而下逐漸降低，而30cm以下各土層波動較大；茶園土壤Cha/C“在整個剖面上總體表現(xiàn)為自上而下逐漸增加的趨勢，但各土層間差異不顯著。稻田與茶園相比，在30cm以上土層，C"/Cfa表現(xiàn)為稻田>茶園，與李玉琴等的研究結(jié)果一致,這可

23、能是因為長期漬水有利于富里酸的滲洗及胡敏酸的形成與積累，從而導(dǎo)致C"/Cfa值較高；也與楊東方等水改旱后土壤腐殖質(zhì)中易圖3福田和茶園土壤腐殖質(zhì)組成化學(xué)計量比的垂直分布特征圖3福田和茶園土壤腐殖質(zhì)組成化學(xué)計量比的垂直分布特征Fig.3Theverticaldistributioncharacteristicsonstoichiometryofsoilhumusfractionsunderpaddyfieldandteagarden礦化的組分增加,HA/FA值下降的研究結(jié)果一致，但與其水改旱后，與粘粒結(jié)合的腐殖質(zhì)中，HA/FA值升高的研究結(jié)果相反。2.3.2 CHA/CT由圖3可知，稻田

24、CHA/CT自上而下剖面垂直分布總體呈現(xiàn)出遞減的趨勢，而茶園土壤則呈現(xiàn)出遞增的趨勢，這可能是由于稻田C"降低的比例高于輔降低的比例,而茶園Cha降低的比例低于懷降低的比例。稻田與茶園相比,0-30cm土層的CHA/CT值為稻田>茶園，與李玉琴等的研究結(jié)果一致;30cm以下土層為茶園>稻田，表明在30cm以下各土層，茶園土壤的胡敏酸比例較稻田土壤高，腐殖化過程中胡敏酸的形成是重要方向。2.3.3 CFA/CT由圖3可知，稻田土壤30cm以上土層的CFA/CT明顯高于30cm以下土層,30cm以下各土層Cha+fa/Ct差異較??；茶園土壤40cm以上土層的CFA/CT基本一致

25、，但40cm以下各土層的CFA/CT有一定波動。稻田與茶園相比，各土層的CKA/CT也均表現(xiàn)為茶園稻田，與李玉琴等的研究結(jié)果一致，進(jìn)一步證實茶園土壤腐殖化過程中富里酸的積累是重要方向。2.3.4 CHA>FA/CTCha+fa/Ct是土壤腐殖化程度的指標(biāo)3)。由圖3可知，稻田土壤30cm以上土層的CHA+FA/CT明顯高于30cm以下土層,30cm以下各土層的Cha+fa/Ct差異較小;茶園土壤40cm以上土層的Cha“a/G基本一致，但40cm以下各土層的Cha.fa/Ct有一定波動。稻田與茶園相比，各土層Gzfa/Ct均表現(xiàn)為茶園>稻田，與李玉琴等在川西低山區(qū)土壤腐殖質(zhì)組成研究

26、中的結(jié)果一致，表明茶園土壤腐殖化程度較高。由3.1節(jié)可知,30cm以上土層CHA/CFA表現(xiàn)為稻田茶園，這表明茶園表層土壤腐殖化過程以富里酸的形成為主要方向。2.3.5Chm/Ct由圖3可知，稻田和茶園土壤Gw/Ct的剖面分布與Cha.fa/Ct基本相反。從稻田與茶園的比較來看,各土層C，,m/Ct均表現(xiàn)為稻田>茶園，即稻田土壤中胡敏素比例較茶園土壤商,這與李玉琴等&的研究結(jié)果一致,進(jìn)一步說明稻田表層較茶園表層更有利于胡敏素的累積。1.4 土壤pH與腐殖質(zhì)組成及其化學(xué)計量比的相關(guān)關(guān)系由表1可知，土壤CT,CHA+FA,CHM,CHA,CFA兩兩間均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明腐

27、殖質(zhì)組分之間及腐殖質(zhì)組分與總量之間關(guān)系密切opH(H2O)與CT,CHA+FA,CHM,CHA,CFA間均呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明C”Cha.fa，Chm，CI1A,CFA與土壤酸度密切相關(guān)，二者相互影響，土壤酸性越強，腐殖質(zhì)總碳及其組分含量越高;反之，腐殖質(zhì)總碳及其組分含最越高，土壤酸性越強。本研究中，茶園土壤表層pH低于4.5,M強酸性土壤，不利于大多數(shù)細(xì)菌和放線菌活動，即不利于有機碳的礦質(zhì)化，而有利于有機碳的腐殖化，因而腐殖質(zhì)與pH呈上述相關(guān)關(guān)系。另一方面，富里酸和胡敏酸是土壤酸性的重要來源，因而表現(xiàn)出其含最越高pH值越低。指標(biāo)pH(H2O)pH(KCl)CtCfaChaCha.faC

28、hmCha/CfaCha.fa/CtCha/&Cfa/CtpH(KCl)0.62Ct-0.91.-0.44*Cfa-0.88”-0.57,0.91,Cha-0.63-0.160.78,0.46*C»ufa-0.91,-8"0.96"0.69"Chm-0.89,-0.390.99"0.86,0.830.96,Cha/C/a0.140.270.03-0.260.42-0.080.11(：ha.fa/Ct-0.55,-40.49,0.35-0.34Cha/Ct-0.28-0.180.2500.

29、80.390.53,Cfa/Ct-0.51*-20.530.010.44,0.24-0.540.93,0.26Chm/Ct8,-0.36-0.46*-0.21-0.44,-0.30.35-0.98,-0.55-0.95表1土壤pH與腐殖質(zhì)組成及其化學(xué)計比的相關(guān)系數(shù)矩陣Table1CorrelationcoefficientbetweenpHandhumusfractionsinbleachedpaddysoil注：*和"分別表示顯著(LW0.05)與極顯著(PW0.01)。3結(jié)論(1) 稻田和茶園土壤均呈酸性至強酸性反應(yīng)，植茶加劇了土

30、壤的酸化。(2) 稻田和茶園土壤腐殖質(zhì)總碳及其組分自上而下均呈遞減趨勢，且剖面分布規(guī)律與土地利用和植物根系分布密切相關(guān)。稻田在30cm以下土層顯著降低，茶園土在0-60cm土層范圍內(nèi)緩慢下降。(3) 植茶有利于土壤表層腐殖質(zhì)總碳、富里酸碳的形成與積累及胡敏酸碳和胡敏素碳的轉(zhuǎn)化，而不利于胡敏酸碳和胡敏素碳的積累。盡管植茶有利于土壤腐殖化程度提高,但表層土壤腐殖化過程以富里酸形成為主要方向。(4) ±壤腐殖質(zhì)總碳及其組分與土壤酸度密切相關(guān)，二者相互影響，土壤酸性越強，腐殖質(zhì)總碳及其組分含量越高；反之，腐殖質(zhì)總碳及其組分含信越高，土壤酸性越強。參考文獻(xiàn)：1 中國科學(xué)院南京土壤研究所.中國土壤M.北京：科學(xué)出版社,1978.2 形福泉，吳介華.水稻土的腐殖質(zhì)