草甸土水田土壤物理性質(zhì)的變化規(guī)律

焦峰　呂淑敏　汪昊　李響　唐雷　王秋菊　劉峰

摘要 [目的]闡明水田土壤物理性質(zhì)的演變規(guī)律。[方法]以草甸土為研究對象，通過室內(nèi)分析方法，研究水田隨開墾年限的增加土壤物理性質(zhì)的變化規(guī)律。[結(jié)果]草甸土水田隨開墾年限增加，土壤物理性質(zhì)變化規(guī)律不盡相同;在耕層，草甸土隨開墾年限增加土壤容重均升高;在犁底層，土壤容重逐年上升;在心土層，草甸土土壤容重開墾為水田后顯著降低。在耕層，草甸土固相比和液相比開墾為水田后均呈增加趨勢，氣相比在各層隨開墾年限增加均呈下降趨勢;在犁底層和心土層，草甸土開墾為水田后液相比均呈上升趨勢，固相比在犁底層呈上升趨勢，在心土層均呈下降趨勢。隨開墾年限增加，在耕層，草甸土粉粒開墾為水田后均呈上升趨勢，黏粒表現(xiàn)為降低趨勢;在犁底層，草甸土開墾為水田后黏粒下降;在心土層，草甸土黏粒和粉粒與旱田相比均表現(xiàn)為上升趨勢，砂粒則下降;草甸土砂粒在耕層上升。[結(jié)論]隨開墾年限增加，草甸土的物理性質(zhì)已逐漸向水田演變。

關(guān)鍵詞 草甸土;水田;開墾年限;土壤物理性質(zhì);變化規(guī)律

中圖分類號 S152文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）21-0071-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.022

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Change Law of Soil Physical Properties in Meadow Soil Paddy Fields

JIAO Feng，L Shumin，WANG Hao et al

（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319）

Abstract [Objective]To clarify the characteristics of soil physical properties in paddy field.[Method] Taking meadow soil as the research object， through the indoor analysis method， the change law of soil physical properties increased with the opening years of paddy fields.[Result]With the increase of opening years in meadow soil paddy field， the change law of soil physical properties was different;In the plough layer，the soil bulk density of the meadow soil increased with the opening years;in the plow bottom layer，the soil bulk density increased year by year;in subsoil layer， the soil bulk density of the meadow soil is significantly reduced after the paddy field.In the plough layer，the soil solidification of the meadow soil was increased compared with the liquid compared with the liquid，and with the increase of the opening years，the gas ratio showed a downward trend.In the plough bottom layer and the subsoil layer，In the plough bottom layer and the core soil layer， the open soil of the meadow soil showed an upward trend compared with the postliquid of the paddy field. The solidstate ratio was higher than that at the plough bottom layer， and it showed a downward trend in the subsoil layer.With the increase of the opening years，the paddy soil in the plough layer and the meadow soil increased after the paddy field.The clay showed a downward trend.In the plow bottom layer，the clay of the meadow soil was reduced after reclaiming the paddy field;in the subsoil layer，the clay and the grain of the meadow soil showed an upward trend compared with the dry field，and the sand grain decreases;the sand of the meadow soil rises in the plough layer.[Conclusion]With the increase of the opening years，the physical properties of meadow soil have gradually evolved into paddy fields.

Key words Meadow soil;Paddy field;Opening years;Soil physical properties;Change law

基金項目 國家科技支撐計劃子課題（2015BAD23B05-07）;黑龍江省自然科學基金項目（D2018005）。

作者簡介 焦峰（1980—），男，黑龍江大慶人，副研究員，博士，從事土壤和作物營養(yǎng)生理研究。通信作者，副研究員，博士，碩士生導師，從事土壤改良研究。

收稿日期 2019-05-10;修回日期 2019-06-24

水田是我國黑龍江省重要的糧食發(fā)展基地，也是優(yōu)質(zhì)水稻的主要生產(chǎn)基地。水田土地利用反映了自然和人類相互作用的綜合過程，土地利用的變化可以引起許多自然要素和生態(tài)過程的變化[1-3]。近年來，隨開墾年限增加，水、氣、熱、礦質(zhì)養(yǎng)分等土壤條件驟變，其土壤物理性質(zhì)必然也會發(fā)生相應的變化，而逐漸達到一個新的平衡點，因此，草甸土水田對土壤物理性質(zhì)及土壤發(fā)育產(chǎn)生不同程度的影響，特別是開墾為水田種植后，草甸土會經(jīng)歷淹水還原、排水氧化、土壤黏閉以及施肥等頻繁的人為管理措施的過程，在周期性的干濕交替后，較短期限內(nèi)就會對土壤原有的物理性狀產(chǎn)生較大影響。

目前國內(nèi)許多學者對土壤物理性質(zhì)進行了不同程度的研究。楊東偉[4]對水田改旱作后土壤性態(tài)與土壤類型演變的研究表明，不同類型水耕人為土轉(zhuǎn)化為淋溶土綱中相應類型的土壤，表明人為地強烈影響可使土壤類型在短時間尺度內(nèi)發(fā)生改變，但未指出旱田改水田后土壤物理性質(zhì)是如何變化的;而譚學進等[5]研究黃土區(qū)植被恢復對土壤物理性質(zhì)的影響指出，植被恢復對土壤物理性質(zhì)的影響隨恢復年限的增加而增強，隨著土層深度的增加而減弱，但草甸土對土壤物理性質(zhì)的影響鮮見研究，因此，筆者著重探討了隨開墾年限增加草甸土水田物理性質(zhì)的變化規(guī)律，以期為水田的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

該研究選擇黑龍江省東部水稻主產(chǎn)區(qū)黑龍江省曙光農(nóng)場草甸土水田地塊為研究區(qū)，對照為采樣區(qū)水田就近的旱田地塊，水田的墾殖年限為5～40年。取樣區(qū)分布于東北平原東北部三江平原上，地質(zhì)上是新華夏構(gòu)造體系第二隆起帶北端的一個拗陷帶，在大地構(gòu)造上屬同江內(nèi)陸斷陷。它是在前古生代變質(zhì)巖、古生代和中生代沉積巖組成的基底上，經(jīng)第三紀拗陷（斷陷）而形成的盆地。三江平原地勢低平，由西南向東北傾斜，平均海拔50～60 m，撫遠三角洲的黑瞎子島最低，海拔34 m。地面總坡降1/10 000。在平原上零星分布殘山和殘丘，如臥虎力山、別拉音山、街津山、大頂子山等，它們的高度多在500 m以下，主要由古生代、中生代頁巖、中酸性火山巖和花崗巖所構(gòu)成。三江平原水田種植面積逐年擴大，現(xiàn)已成為黑龍江省水稻主產(chǎn)區(qū)。

1.2 樣品采集

采樣時間為2015年10月10日—11月10日，水稻收獲后，在采樣點選取草甸土、水田墾殖年限為5～40年樣地5塊，樣地面積一般在1 000 m2以上，在每一塊樣地中選取3個代表性的位置（即3次重復），挖掘出1 m土壤剖面，確定耕層、犁底層厚度，按土壤耕層（TL）、犁底層（PL）和心土層上部20 cm（SL）采集剖面樣品，用環(huán)刀采集原狀土樣，運回實驗室后，在通風處晾干，粉碎，過0.5 mm篩，風干樣品測定土壤容重、三相比和土壤質(zhì)地。同時以同樣方式采集鄰近稻田的、同一土壤類型的旱田土壤（視為栽培水稻零年的稻田），作為對照。

1.3 土壤基本物理性質(zhì)的測定

土壤三相比通過土壤含水量、容重、總孔隙度計算得出，土壤含水量采用烘干法測定，土壤容重和總孔隙度采用環(huán)刀法測定，環(huán)刀規(guī)格為100 cm3[6]。土壤質(zhì)地采用激光粒度分析儀測定[7]。

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 草甸土水田土壤容重的變化

圖1顯示，草甸土耕層土壤容重均低于犁底層和心土層，且心土層土壤容重隨開墾年限增加呈降低趨勢，草甸土耕層土壤容重隨著水田開墾年限的增加均表現(xiàn)出一定程度的升高，草甸土水田開墾40年比旱田土壤增加33.9%;草甸土犁底層土壤容重開墾20～40年與旱田相比大致相同，可能與土壤容重影響土壤的通透性有關(guān)，說明草甸土犁底層土壤隨水田種植年限的增加變得更加緊實。

2.2 草甸土水田土壤三相比的變化

圖2顯示，草甸土耕層土壤固相比例開墾10年時達到最大值61.9%，之后逐漸下降;氣相比例則下降顯著，液相比例與旱田相比，隨開墾年限增加呈升高趨勢，開墾40年水田比旱田土壤氣相比例降低9.5%;草甸土犁底層固相比例基本保持穩(wěn)定，液相比例隨開墾年限增加呈增加趨勢，而氣相比例呈降低趨勢;心土層氣相比例也顯著降低。草甸土心土層固相比例在開墾水田初期增加17.6%，之后表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，液相比例則顯著上升。

2.3 草甸土水田土壤質(zhì)地的變化

圖3顯示，與未開墾旱田土壤相比，開墾為水田后，在耕層，草甸土黏粒含量隨著開墾年限的增加呈明顯的降低趨勢，而粉粒和砂粒含量在耕層均上升;在犁底層，草甸土開墾為水田后砂粒含量均呈降低趨勢;草甸土粉粒含量隨開墾年限增加呈增加趨勢;草甸土開墾為水田后砂粒含量均呈降低趨勢;在心土層，隨開墾年限增加，草甸土黏粒含量均呈升高趨勢，粉粒含量草甸土有降低趨勢;草甸土砂粒含量在心土層均呈降低趨勢。

3 討論

土壤容重的大小是評價土壤質(zhì)量的重要指標，有研究表明，開墾年限對土壤容重的變化有重要的影響。而該研究表明，隨著開墾年限的增加，在耕層，草甸土土壤容重均呈上升趨勢，可能是因為隨開墾年限增加，耕層土壤變得緊實，通氣透水性差，容易產(chǎn)生地面積水或地表徑流，影響微生物活動和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，這與前人的研究結(jié)果相似[8];而在心土層和犁底層，草甸土土壤容重變化規(guī)律不一致，草甸土犁底層隨著開墾年限的增加呈上升趨勢，草甸土心土層呈上升趨勢，原因可能是與土壤的土層有關(guān)，不同土層發(fā)育的土壤所含的有機質(zhì)、礦物質(zhì)存在差異[9]。草甸土黏土層，有機質(zhì)含量高，且以胡敏酸為主，鹽基飽和度80%～90%，黏土礦物以伊利石、蒙脫石為主，養(yǎng)分含量豐富[10]，因此開墾為水田后土壤容重有上升趨勢。

草甸土固液氣三相比隨著開墾年限的增加，變化趨勢不一致。草甸土氣相比在各土層均呈降低趨勢，固相比和液相比在耕層均呈上升趨勢，主要是因為隨著開墾年限的增加，各層土壤通氣狀況降低，土壤變得緊實抑制了植物根系和好氣微生物活動，這與前人的研究結(jié)果一致[11]。草甸土液相比在犁底層和心土層變化規(guī)律存在異同。草甸土和草甸黑土中液相比例在犁底層和心土層均呈上升趨勢，可能是由于草甸土犁底層透水性不好，具體原因還有待進一步研究。草甸土在開墾為水田后，降低了犁底層和心土層的固相比，實現(xiàn)了土壤中固液氣三相的重新分配。

從土壤質(zhì)地變化趨勢來看，草甸土開墾為水田后耕層粉粒含量均隨開墾年限增加呈上升趨勢，這有可能與腐殖質(zhì)層厚度有關(guān)系。有研究表明，腐殖質(zhì)層越厚，黏粒和粉粒的含量越多，而該研究中草甸土黏粒含量在耕層表現(xiàn)為顯著降低趨勢，這與前人的研究結(jié)果不一致，這可能與前人研究的土壤類型不同有關(guān)，草甸土土體較松，通氣性較好，由于氣候條件所致，土溫低，植被稀少，微生物活動較弱，土壤有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化及積累緩慢，腐殖質(zhì)層薄，所以黏粒降低[12];而砂粒含量在草甸土耕層升高，可能是與這土壤本質(zhì)特征有關(guān)，草甸土疏松根系很多，為砂質(zhì)壤土，因此砂粒在耕層有增加趨勢。草甸土犁底層粉粒含量隨開墾年限增加均上升，主要是由于犁底層草甸土質(zhì)地較黏重;草甸土心土層粉粒和黏粒均高于旱田土壤，砂粒含量低于旱田土壤，主要是因為土壤顆粒粒徑隨土壤年齡增加逐漸減小，黏粒和粉?？偭砍掷m(xù)增加，砂粒的質(zhì)量分數(shù)降低，這與前人的研究結(jié)果一致[13-14]?？傊?，土壤物理性質(zhì)在不同土壤中變化規(guī)律各異，要想進一步了解土壤的變化規(guī)律，還需進行長期的定位研究。

4 結(jié)論

草甸土水田隨著開墾年限的增加，土壤物理性質(zhì)存在顯著差異。在耕層，草甸土土壤容重逐漸上升，在犁底層逐漸上升，而心土層則降低;土壤氣相比在各層均降低，固相比在耕層均呈上升趨勢，在犁底層和心土層降低，液相比在各層均升高。開墾為水田后，草甸土粉粒和砂粒含量在耕層上升，黏粒則下降;在犁底層，黏粒降低，粉粒上升，砂粒則下降;與旱田相比，草甸土黏粒和粉粒在心土層均上升，砂粒均呈下降趨勢。在開墾為水田后草甸土已逐漸向水田物理性質(zhì)轉(zhuǎn)變，不同土層的物理性質(zhì)各異。

參考文獻

[1]

DONNELLY S.Landuse portfolios and the management of private landholdings in south-central Indiana[J].Regional environmental change，2011，11（1）：97-109.

[2] 張汪壽，李曉秀，黃文江，等.不同土地利用條件下土壤質(zhì)量綜合評價方法[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（12）：311-318.

[3] 張玉斌，曹寧，閆飛，等.黑土侵蝕區(qū)水土保持措施對土壤質(zhì)量的影響[J].水土保持研究，2009，16（3）：27-29.

[4] 楊東偉.水田改旱作后土壤性態(tài)與土壤類型演變研究[D].杭州：浙江大學，2014.

[5] 譚學進，穆興民，高鵬，等.黃土區(qū)植被恢復對土壤物理性質(zhì)的影響[J].中國環(huán)境科學，2019，39（2）：713-722.

[6] 陳立新.土壤實驗實習教程[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社，2005.

[7] 付海龍.LS13320激光粒度分析儀的應用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2007（12）：100，108.

[8] 林成谷.土壤學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998.

[9] 曹順愛，呂軍.土壤母質(zhì)及其物理性狀與茶葉品質(zhì)的關(guān)系[J].茶葉，2003，29（1）：13-16.

[10] 張鳳榮.土壤地理學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002：142-143.

[11] 李曉龍，高聚林，胡樹平，等.不同深耕方式對土壤三相比及玉米根系構(gòu)型的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015，33（4）：1-7，29.

[12] 黑龍江省土地管理局，黑龍江省土壤普查辦公室.黑龍江土壤[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1992.

[13] BURKINS D L，BLUM J D，BROWN K，et al. Chemistry and mineralogy of a granitic，glacial soil chronosequence，Sierra Nevada Mountains，California[J].Chemical geology，1999，162（1）：1-14.

[14] BOCKHEIM J G，MARSHALL J G，KELSEY H M.Soilforming processes and rates on uplifted marine terraces in southwestern? Oregon，USA[J].Geoderma，1996，73（1/2）：39-62.