黃壤性水稻土氧化鐵形態(tài)及剖面分異特征

黃會前+何騰兵+鄧廷飛+易維潔+李相楹+陳默涵

摘要：為探討不同類型黃壤性水稻土耕層氧化鐵形態(tài)及剖面分異特征，在貴州省內(nèi)分別對潴育型、淹育型、潛育型黃壤性水稻土共11個(gè)典型剖面進(jìn)行調(diào)查與室內(nèi)分析。結(jié)果表明：（1）3種水稻土剖面風(fēng)化發(fā)育程度高低排序?yàn)檠陀?潴育型>潛育型；（2）不同類型水稻土耕層氧化鐵形態(tài)各異，其中耕層游離鐵含量排序?yàn)檠陀?潴育型>潛育型，耕層無定型鐵含量排序?yàn)殇笥?潛育型>淹育型，絡(luò)合鐵含量排序?yàn)殇笥?淹育型>潛育型，而晶質(zhì)鐵含量排序?yàn)檠陀?潛育型>潴育型；（3）氧化鐵在剖面中分異程度表現(xiàn)為游離鐵、晶質(zhì)態(tài)鐵含量在一定范圍內(nèi)隨剖面加深而增加，無定型鐵、絡(luò)合鐵含量在一定范圍內(nèi)隨剖面加深而減少。研究結(jié)果可為貴州省黃壤性水稻土發(fā)生分類和系統(tǒng)分類提供相應(yīng)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氧化鐵；發(fā)育類型；黃壤性；水稻土；顆粒組成；形態(tài)特征；剖面特征；發(fā)生分類；系統(tǒng)分類；科學(xué)依據(jù)

中圖分類號： S153.6+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0273-04

收稿日期：2017-01-01

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：40761011）；貴州省科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃（編號：黔科合人才團(tuán)隊(duì)[2013]4020）。

作者簡介：黃會前（1992—），女，貴州福泉人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境（土壤學(xué)）研究。E-mail：971419426@qq.com。

通信作者：何騰兵，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事土壤學(xué)、環(huán)境科學(xué)的教學(xué)與科研工作。Tel：（0851）88293209；E-mail：hetengbing@163.com。水稻土是在各種起源土壤上，采用水旱交替形式耕種形成的土壤類型[1]。早自1981年，朱蓮青等就研究了水稻土的形態(tài)特征，并提出了淹育、滲育、潴育、潛育層段的概念和水稻土的三育分類原則[2-3]。隨后，對水稻土中鐵、錳的淋溶淀積及水稻土發(fā)生分類的研究取得較大成果。汪汾等研究發(fā)現(xiàn)，晶膠比可以揭示土壤剖面上鐵的分異和剖面發(fā)育狀況[4]，晶膠比的W/A值[潴育層（W）含量與耕作層（A）含量的比值]可作為潴育型水稻土潴育層階段發(fā)育的診斷指標(biāo)，活化度的A/W值（耕作層含量與潴育層含量的比值）和絡(luò)合度的A/C值[耕作層含量與母質(zhì)層（C）含量的比值]均可作為發(fā)育與熟化程度的指標(biāo)。邢世和等發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)含量與無定型鐵含量、鐵水合系數(shù)及活化度有相關(guān)性[5]。黎成厚等發(fā)現(xiàn)，鐵錳淋淀比率會隨著水稻土發(fā)育程度的加深而增大[6]。黃成敏等研究了不同風(fēng)化成土年代土壤的鐵氧化物特征[7]。顏德宏等研究了貴州省喀斯特環(huán)境條件下石灰性土壤的發(fā)生特性、診斷特性及系統(tǒng)分類[8-10]。

水稻土中氧化鐵隨環(huán)境條件的變化發(fā)生形態(tài)的轉(zhuǎn)化，并處于一種動態(tài)平衡中[11]。鐵氧化物的還原淋溶、氧化淀積，對水稻土發(fā)生層的形成、剖面分異等都起著重要作用[12]。近年來，在土壤黏粒礦物的研究中，氧化物及其水合物的研究得到了迅速發(fā)展。劉曄等研究了不同利用方式下棕壤的氧化鐵各存在形態(tài)和分異特征[13]。吳蝶等探討了砂巖發(fā)育的黃壤在不同利用方式下其氧化鐵的賦存形態(tài)和分異特征[14]。但是，對不同發(fā)育類型黃壤性水稻土氧化鐵特征的研究尚少。本研究通過比較潴育型、淹育型、潛育型3種不同發(fā)育類型的黃壤性水稻土耕層氧化鐵含量及剖面分異特征，并對耕層氧化鐵含量初步予以定量化，旨在為貴州省水稻土發(fā)生分類和系統(tǒng)分類的進(jìn)一步發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1土壤樣品采集

貴州省地處云貴高原，地理位置在24°35′～29°9′N、103°36′～109°36′E之間。貴州省水稻土是由黃壤等地帶性土壤經(jīng)過水耕熟化形成的一類土壤。在貴州省，黃壤廣泛分布于黔中地區(qū)[15]，本研究便以發(fā)育于砂巖母質(zhì)、頁巖母質(zhì)、第四紀(jì)紅色黏土母質(zhì)3種母質(zhì)的黃壤性水稻土為研究對象，2015年1月于黔中地區(qū)選取發(fā)育于砂巖母質(zhì)水稻土的代表性地點(diǎn)貴陽市花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)擺龍村、半坡村；選取發(fā)育于頁巖母質(zhì)水稻土的代表性地點(diǎn)安順市平壩區(qū)黃臘鄉(xiāng)佳慧村、羊昌鄉(xiāng)九龍村；選取發(fā)育于第四紀(jì)紅色黏土母質(zhì)水稻土的代表性地點(diǎn)貴陽市貴安新區(qū)馬場鎮(zhèn)龍山村。根據(jù)水稻土的排水灌溉條件和地形部位，于坡的上部采集淹育型水稻土，中部采集潴育型水稻土，坡地下部采集潛育型水稻土剖面樣共11個(gè)。供試土壤剖面成土環(huán)境條件見表1。

實(shí)地選擇樣點(diǎn)后，開挖剖面，一般要求按長100 cm、寬 50 cm、深100 cm進(jìn)行開挖，剖面深度根據(jù)土體深度確定，土體深度小于100 cm的剖面，以開挖到母巖（基巖）為止。根據(jù)土壤剖面劃分土層厚度，每個(gè)土壤剖面自下而上依次采集土樣，并在野外初步判斷土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、pH值、質(zhì)地等。將采集樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，剔除雜質(zhì)，按四分法取出一半樣品，用木棍碾壓研磨，過篩。將過篩樣品置于密封袋中，貼好標(biāo)簽備用。

1.2分析項(xiàng)目與方法

土壤理化性質(zhì)分析測定主要依據(jù)《土壤農(nóng)化分析》[16]、《土壤分析技術(shù)規(guī)范》[17]。

土壤顆粒分析：采用比重計(jì)法；pH值：采用水浸提-電位表1供試土壤剖面成土環(huán)境條件

類型編號剖面構(gòu)型采樣地點(diǎn)經(jīng)緯度海拔（m）母質(zhì)潴育型GP-01A-Ap-We-C貴陽市花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)擺龍村滑雪場附近26°18′06“N，106°46′09”E1 513砂巖風(fēng)化殘坡積物GP-04A-Ap-W-C貴陽市花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)半坡村底下壩26°18′03“N，106°46′06”E1 294砂巖殘坡積物HN-01A-Ap-W-C安順市平壩區(qū)黃臘鄉(xiāng)佳慧村上簸箕組26°16′03“N，106°16′06”E1 287頁巖坡積物YC-02A-Ap-W1-W2-C安順市平壩區(qū)羊昌鄉(xiāng)九龍村金銀洞寨26°16′09“N，106°17′50”E1 283頁巖坡積物MC-02A-Ap-W1-W2-C貴陽市貴安新區(qū)馬場鎮(zhèn)龍山村26°25′46“N，106°33′40”E1 203第四紀(jì)紅色黏土潛育型GP-03A-Ap-G-T貴陽市花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)半坡村底下壩26°18′03“N，106°46′06” E1 291砂巖殘坡積物YC-04A-Ap-G安順市平壩區(qū)羊昌鄉(xiāng)九龍村金銀洞寨26°16′09“N，106°17′50”E1 278頁巖坡積物MC-03A-Ap-G-Gw貴陽市貴安新區(qū)馬場鎮(zhèn)龍山村26°24′45“N，106°33′40”E1 197第四紀(jì)紅色黏土淹育型GP-02A-Ap-C貴陽市花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)半坡村26°18′07“N，106°46′07”E1 364砂巖分化殘坡積物YC-03A-Ap-B-C安順市平壩區(qū)羊昌鄉(xiāng)九龍村金銀洞寨26°16′03“N，106°17′49”E1 283頁巖坡積物MC-01A-Ap-C貴陽市貴安新區(qū)馬場鎮(zhèn)龍山村26°24′44“N，106°34′55”E1 207第四紀(jì)紅色黏土注：A表示耕作層，Ap表示犁底層，W表示潴育層，W1表示Ⅰ度潴育層，W2表示Ⅱ度潴育層，We表示潴育漂洗層，G表示潛育層，T表示泥炭層，C表示母質(zhì)層，Gw表示脫潛層。endprint

法測定；有機(jī)質(zhì)含量：采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測定；游離態(tài)鐵：采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸鈉浸提，鄰菲羅琳比色法測定；無定形態(tài)氧化鐵：采用草酸-草酸銨緩沖液浸提，鄰菲羅琳比色法測定；絡(luò)合態(tài)氧化鐵：采用焦磷酸鈉浸提，鄰菲羅琳比色法測定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同類型黃壤性水稻土剖面特征

供試土壤剖面特征、顆粒組成如表2所示，潴育型水稻土灌溉排水條件較好，氧化還原交替現(xiàn)象明顯，主要發(fā)生層次為A（耕作層）、Ap（犁底層）、W（潴育層）、C（母質(zhì)層），在犁底層之下出現(xiàn)特征層次潴育層，發(fā)育程度由高到低表現(xiàn)為W1（弱度潴育層）、W2（中度潴育層）、W3（強(qiáng)度潴育層）。淹育型水稻土地下水位較低，灌溉條件相對較差，長期處于干水狀態(tài)，氧化還原能力較弱，主要發(fā)生層次為A（耕作層）、Ap（犁底層）、C（母質(zhì)層）。潛育型水稻土地下水位較高，排水能力較差，長期淹水，氧化還原能力弱，常處于還原狀態(tài)，主要發(fā)生層次為A（耕作層）、Ap（犁底層）、G（潛育層），在犁底層下出現(xiàn)特征層次潛育層。

土壤顏色是土壤重要的形態(tài)特征之一，挖掘土壤剖面，觀察單個(gè)土體形態(tài)特征，其由上至下顏色的變化具有重要的意義。供試水稻土干態(tài)顏色主要有棕灰色、灰黃色、淡棕、淡棕黃、暗灰黃色、棕色等，色調(diào)基本上為2.5Y、7.5YR，明度3～8，以5、7居多，彩度多為3、6。

土壤質(zhì)地對土壤性狀如養(yǎng)分含量、通氣透水性、保水保肥性以及耕作性狀等都有很大影響，是表征土壤肥力首先考慮的因素之一，也是反映土壤發(fā)育程度的重要指標(biāo)。粉黏比愈小，土壤風(fēng)化度愈高。供試土樣潴育型、淹育型、潛育型3種不同發(fā)育類型水稻土耕層平均粉黏比[粉粒（≥0.002～0.02 mm 的土粒）含量與黏粒（<0.002 mm的土粒）含量的比值]分別為1.11、0.97、137，由此可看出，3種水稻土剖面風(fēng)化發(fā)育程度高低排序?yàn)檠陀?潴育型>潛育型。

2.2不同發(fā)育類型黃壤性水稻土耕層氧化鐵的形態(tài)特征

土壤中的氧化鐵來自成土母質(zhì)，是由含鐵硅酸鹽類礦物在地表特定水熱條件下，經(jīng)過徹底的風(fēng)化作用形成的。水稻土在干濕交替條件下，長期且頻繁的氧化還原交替，水耕離鐵作用明顯，以耕層最為強(qiáng)烈[12]。從表3可以看出，水稻土耕層游離鐵含量排序?yàn)檠陀?潴育型>潛育型，耕層無定型鐵含量排序?yàn)殇笥?潛育型>淹育型，絡(luò)合鐵含量排序?yàn)殇笥?淹育型>潛育型，而晶質(zhì)鐵含量排序?yàn)檠陀?潛育型>潴育型。已有研究表明，土壤風(fēng)化程度越高，游離鐵含量越多、無定型鐵含量越少[20]，由此表明，淹育型水稻土風(fēng)化程度高于潴育型水稻土。

從耕層無定型鐵、絡(luò)合鐵的變化趨勢來看，潴育型水稻土含量較高，表明在周期性干濕交替的水耕條件下，氧化還原交替能力強(qiáng)，易于氧化鐵與有機(jī)質(zhì)發(fā)生絡(luò)合，使鐵離子從固體狀態(tài)釋放出來，氧化鐵活性增強(qiáng)，使潴育型水稻土耕層中氧化鐵不斷向無定型鐵轉(zhuǎn)化。

而淹育型水稻土耕層游離鐵、晶質(zhì)鐵含量相對高于潴育型、潛育型水稻土，這表明淹育型水稻土在形成和發(fā)育過程中，層狀鋁硅酸鹽礦物因晶格破壞而分解，游離鐵不斷被釋放出來；由于淹育型水稻土地下水位低，長期處于干水狀態(tài)，氧化鐵易發(fā)生老化現(xiàn)象，晶質(zhì)鐵含量較高。

潛育型水稻土在長期淹水條件下，氧化還原交替弱，耕層游離鐵、絡(luò)合鐵含量相比潴育型、淹育型較低，這表明長期處于積水狀態(tài)的潛育型水稻土，氧化還原交替能力弱，不利于氧化鐵的活化和絡(luò)合。

2.3不同發(fā)育類型黃壤性水稻土氧化鐵的分異特征

從供試土壤的氧化鐵含量分析可知，不同母質(zhì)、不同發(fā)育類型的水稻土，雖然在氧化鐵含量、剖面中氧化鐵的分異程度等方面有所不同，但仍具有共同特點(diǎn)。從圖1看出，3種類型水稻土剖面游離鐵、晶質(zhì)鐵含量在一定范圍內(nèi)隨著剖面加深而增加；而無定型鐵、絡(luò)合鐵含量在一定范圍內(nèi)隨剖面加深而減少。由此表明，水稻土在形成發(fā)育過程中，耕層氧化鐵因還原絡(luò)合作用而活化，并沿著剖面向下淋移，在氧化條件下氧化鐵發(fā)生老化轉(zhuǎn)化為晶質(zhì)鐵，隨水分流失向下淀積。

其中，水稻土剖面游離鐵的平均值排序?yàn)檠陀?潴育型>潛育型，說明3種水稻土剖面中游離鐵的積累量隨剖面發(fā)育程度而異，地下水位的高低直接影響游離鐵含量在剖面中的各層次間的分布和分異情況。而且，無定型鐵含量在剖面中的平均值排序?yàn)殇笥?潛育型>淹育型，說明剖面中無定型鐵含量在不同發(fā)育類型水影響水稻土的耕作發(fā)育狀況，潴育型水稻土是排水灌溉條件相對較好的水稻土類型，氧化還原交替現(xiàn)象明顯，無定型鐵含量較潛育型、淹育型的高，并且潴育型水稻土剖面中無定型鐵含量自上而下分異最明顯。通過以上分析可以判斷，對于3種不同發(fā)育類型的水稻土，隨著剖面發(fā)育程度的不同，剖面中氧化鐵分異特征明顯。

3結(jié)論

（1）潴育型、淹育型、潛育型3種水稻土，剖面風(fēng)化發(fā)育程度高低表現(xiàn)為淹育型>潴育型>潛育型。

（2）3種類型水稻土耕層氧化鐵含量存在差異，耕層游離鐵含量排序?yàn)檠陀?潴育型>潛育型，耕層無定型鐵含量排序?yàn)殇笥?潛育型>淹育型，絡(luò)合鐵含量排序?yàn)殇笥?淹育型>潛育型，而晶質(zhì)鐵含量排序?yàn)檠陀?潛育型>潴育型。

（3）供試土壤中，潴育型、淹育型、潛育型3種水稻土剖面中氧化鐵分異程度不同，但仍具共同特點(diǎn)。游離鐵、晶質(zhì)鐵含量在一定范圍內(nèi)沿著剖面自上而下增加；而無定型鐵、絡(luò)合鐵含量在一定范圍內(nèi)隨剖面自上而下減少。剖面游離鐵含量排序?yàn)檠陀?潴育型>潛育型，無定型鐵含量排序呈現(xiàn)潴育型>淹育型>潛育型的規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

[1]李慶逵. 中國水稻土[M]. 北京：科學(xué)出版社，1992：78-89.

[2]朱蓮青. 水稻土層段的辨認(rèn)和辯正（續(xù)）[J]. 中國土壤與肥料，1981（6）：1-3.

[3]朱克貴，馬同生，王大平，等. 水稻土發(fā)生和分類的研究——Ⅰ. 兩種不同起源的水稻土中鐵的活化與剖面的形成[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1983（4）：56-63.endprint