水田長(zhǎng)期改建苗圃后土壤性狀的變化研究

周成云，鄭銘潔，章明奎，董代幸，夏曉燕

(1.杭州市富陽(yáng)區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 311400； 2.建德市農(nóng)技推廣中心 土壤肥料站，浙江 建德 311600;3.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

水稻土是中國(guó)南方地區(qū)重要的耕地資源，因長(zhǎng)期采用精耕細(xì)作及水耕熟化，其土壤養(yǎng)分和有機(jī)碳積累明顯[1-2]；同時(shí)，長(zhǎng)期、頻繁的淹水與排水引起的干濕交替也促進(jìn)了土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，因此，水稻土常常有較好的結(jié)構(gòu)性和良好的耕性[1,3-4]。近30 a來(lái)，南方地區(qū)已有較高比例的水稻土不再用于水稻生產(chǎn)[5]，有的被改種蔬菜、瓜果、茶樹(shù)、苗木等經(jīng)濟(jì)作物。土地利用方式的改變明顯地影響著農(nóng)田水分管理和耕作方式，從而引起土壤性態(tài)的演變[6]。近年來(lái)，有關(guān)土地利用方式對(duì)土壤質(zhì)量的影響已有廣泛的調(diào)查[7-10]，對(duì)水稻土種植蔬菜、瓜果、茶樹(shù)及其他旱作后土壤物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化及性質(zhì)的演變也有較多的報(bào)道[10-11]，但有關(guān)水稻土長(zhǎng)期改為苗圃后土壤性狀變化特別是對(duì)深層土壤性狀的影響關(guān)注較少。為此，本研究在浙江省內(nèi)同時(shí)采集了由水田起源的不同類型的苗圃表層土壤與剖面分層土壤，以長(zhǎng)期種植水稻農(nóng)田為對(duì)照，分析了土壤含水量、水穩(wěn)定性團(tuán)聚體、容重、飽和導(dǎo)水率、有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、微生物生物量碳、有效磷、速效鉀和pH等指標(biāo)，探討了水田改為苗圃后對(duì)表層和深層土壤性狀的影響。

1 材料與方法

1.1 研究土壤

研究土壤包括表層土壤和剖面土壤2類。表層土壤采樣深度0～15 cm，包括稻田和苗圃2種利用方式，采樣區(qū)域包括浙西的丘陵地區(qū)、浙北的水網(wǎng)平原和濱海平原。稻田土壤采自苗圃附近區(qū)域，共23個(gè)點(diǎn)位。苗圃土壤共42個(gè)點(diǎn)位，分為加土型、減土型和常規(guī)型3種情況。其中：加土型苗圃(11個(gè))是指因原農(nóng)田地勢(shì)較低，為適應(yīng)苗木生長(zhǎng)需要，種植苗木前在原農(nóng)田上增加外源土壤物質(zhì)，以增高地面高度；減土型苗圃(9個(gè))是指在苗木出土?xí)r為了提高苗木的成活力，采用帶土移植，部分土壤物質(zhì)與苗木同時(shí)移出農(nóng)田，因無(wú)土壤物質(zhì)補(bǔ)充，地面高度明顯下降；常規(guī)型苗圃(22個(gè))是指種植過(guò)程中因帶出的土壤物質(zhì)較少或經(jīng)常補(bǔ)充土壤物質(zhì)，地面高度無(wú)明顯變化。剖面土壤也分別采自以上3種地貌區(qū)，在每一地貌區(qū)同時(shí)采集苗圃(均屬于常規(guī)型苗圃)和稻田土壤剖面，每一采樣區(qū)苗圃均由水田改種而來(lái)，與對(duì)應(yīng)的水田土壤類型相同，分別為黃筋泥田、青紫泥田和淡涂泥田，其質(zhì)地依次為黏土、黏壤土和砂壤土。在每一地貌區(qū)內(nèi)同時(shí)采集長(zhǎng)期種植水稻的水田、改種苗木5～10 a和15 a的苗圃等3類用地，每類用地各采集3個(gè)點(diǎn)位的分層土樣(0～15、15～30、30～60、60～90和90～120 cm)，其中，0～15、15～30、30～60和60～90 cm土層通過(guò)挖掘標(biāo)準(zhǔn)土壤剖面采集，90～120 cm土層土樣用土鉆采集。采集工作于2019年11月進(jìn)行。

1.2 分析方法

土壤容重在田間用容重圈直接取樣測(cè)定[12]。土壤含水率用新鮮土樣直接烘干測(cè)定。采集的土樣風(fēng)干后分為二部分：一部分用于團(tuán)聚體分析；另一部分過(guò)2和0.15 mm土篩用于理化分析。水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成用濕篩法測(cè)定[13]。土壤pH采用電位計(jì)測(cè)定[12]，土水比1∶2.5。土壤有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取法測(cè)定[13]。速效鉀用醋酸銨提取-火焰光度計(jì)法測(cè)定[13]。有機(jī)碳用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測(cè)定[13]。活性有機(jī)碳采用0.333 mol·L-1高錳酸鉀氧化法測(cè)定[14]。土壤微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-硫酸鉀提取法測(cè)定[15]，提取液中可溶性總碳的含量用Shimadzu TOC自動(dòng)分析儀測(cè)定。飽和導(dǎo)水率依據(jù)森林土壤滲透性測(cè)定方法(LY/T 1218—1999)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層土壤性狀的變化

2.1.1 物理性狀

表1可知，稻田改為苗圃后，土壤物理性狀發(fā)生了較大的變化，主要表現(xiàn)在水穩(wěn)定性團(tuán)聚體和飽和導(dǎo)水率下降，土壤容重增加。與水田比較，加土型、減土型和常規(guī)型苗圃土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量平均分別下降20.25、23.51和8.21百分點(diǎn)，飽和導(dǎo)水率平均分別下降6.4%、25.7%和11.6%，容重平均增加11.4%、18.4%和13.2%。稻田改為苗圃后對(duì)減土型苗圃土壤物理性狀的負(fù)影響最為明顯，其次為對(duì)加土型苗圃的影響。表1結(jié)果還表明，加土型苗圃土壤的礫石含量明顯高于水田，也高于減土型和常規(guī)型苗圃。

表1 水田改建苗圃后表層土壤性狀的變化

2.1.2 有機(jī)碳和微生物生物量碳

稻田改為苗圃后，土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳及微生物生物量碳均呈現(xiàn)明顯的下降(表1)。與水田比較，加土型、減土型和常規(guī)型苗圃土壤有機(jī)碳平均分別下降32.6%、32.3%和20.2%，活性有機(jī)碳平均分別下降54.0%、61.3%和41.5%，微生物生物量碳平均分別下降55.8%、66.0%和43.6%。稻田改為苗圃后，加土型、減土型苗圃對(duì)土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和微生物生物量碳的影響大于常規(guī)型苗圃，對(duì)土壤活性有機(jī)碳及微生物生物量碳的影響大于對(duì)土壤有機(jī)碳的影響。水田、加土型、減土型和常規(guī)型苗圃土壤活性有機(jī)碳占有機(jī)碳的比例平均分別為32%、22%、18%和24%，表明稻田改為苗圃后土壤中活性有機(jī)碳的占比也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.1.3 養(yǎng)分和pH

稻田改為苗圃后，土壤有效磷、速效鉀均明顯下降，下降程度以加土型、減土型苗圃最為明顯(表1)。與稻田比較，加土型、減土型和常規(guī)型苗圃土壤有效磷平均分別下降35.6%、61.4%和30.7%，土壤速效鉀平均分別下降37.2%、25.9%和17.4%。常規(guī)型苗圃土壤pH也有明顯的下降，但加土型、減土型土壤pH卻有一定的提高。

2.2 剖面土壤性狀的變化

2.2.1 水分

表2為水稻收獲后冬季各采樣點(diǎn)測(cè)定的土壤含水量狀況。稻田改為苗圃后，隨著苗木種植時(shí)間的增加，土壤含水率呈下降趨勢(shì)，但下降狀況在各類土壤中的表現(xiàn)并不相同。對(duì)于丘陵地區(qū)的黃筋泥田，剖面各土層的土壤含水率隨苗木種植時(shí)間的增加均呈現(xiàn)明顯的下降，且深層土壤含水率的下降幅度更大，這在>15 a苗圃中尤為明顯。對(duì)于水網(wǎng)平原的青紫泥田和濱海平原的淡涂泥田，各土層含水率的下降幅度均是0～60 cm土層大于60～120 cm土層，且下降幅度低于丘陵地區(qū)的黃筋泥田。這2種土壤上種植苗木后其60～120 cm土層含水率變化較小。

表2 各類型土壤不同利用年限的含水率(n=3)

2.2.2 容重和pH

表3為土壤容重和pH的測(cè)定結(jié)果。稻田改為苗圃后土壤容重也發(fā)生了一定的變化，其變化有如下特點(diǎn)：0～15 cm(表層)土壤容重隨著苗木種植時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，這與以上表層土壤的采樣分析結(jié)果一致；15～30 cm(相當(dāng)于水田的犁底層)趨向下降；30 cm以下土層變化不明顯。稻田改為苗圃后土壤pH呈現(xiàn)下降，下降程度由剖面從上至下減小，變化主要發(fā)生在0～30 cm的土層中，在黃筋泥田最為明顯，在淡涂泥田中變化較小。

表3 各類型土壤不同利用年限的容重和pH(n=3)

2.2.3 有機(jī)碳

表4可知，除個(gè)別情況外，稻田改為苗圃后剖面土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。下降程度有如下特點(diǎn)：有機(jī)碳和活性有機(jī)碳下降量和下降程度由剖面從上至下減?。换钚杂袡C(jī)碳的下降幅度高于有機(jī)碳，種植苗木5～10 a和>15 a，0～15 cm的土層的有機(jī)碳分別下降5.3%～15.7%和12.8%～25.1%，活性有機(jī)碳分別下降22.5%～45.8%和45.1%～55.8%；下降幅度隨苗木種植時(shí)間的增加而增加；青紫泥田的有機(jī)碳和活性有機(jī)碳下降幅度低于黃筋泥田和淡涂泥田。對(duì)0～90 cm的土層有機(jī)碳貯量計(jì)算表明，種植苗木5～10 a和>15 a，黃筋泥田、青紫泥田和淡涂泥田有機(jī)碳貯量分別下降13.5%、1.0%、10.4%和21.1%、4.8%、12.9%，相應(yīng)地活性有機(jī)碳貯量下降分別為45.5%、21.4%、23.0%和57.5%、43.7%、36.0%。由于活性有機(jī)碳的下降幅度高于有機(jī)碳，因此改為苗圃后，土壤剖面中活性有機(jī)碳/有機(jī)碳的比值也隨苗圃時(shí)間的增加而下降。

表4 各類型土壤不同利用年限的有機(jī)碳和活性有機(jī)碳(n=3)

2.2.4 有效磷和速效鉀

表5可知，稻田改為苗圃后剖面土壤有效磷和速效鉀也呈下降趨勢(shì)，但主要影響發(fā)生在0～15 cm或0～15和15～30 cm的土層中。其中，土壤有效磷的下降幅度大于速效鉀的下降，種植苗木5～10 a和>15 a，0～15 cm的土層的有效磷分別下降13.6%～37.3%和35.2%～45.4%，速效鉀分別下降8.0%～10.3%和8.3%～13.4%。

表5 各類型土壤不同利用年限的有效磷和速效鉀(n=3)

3 討論

水田改為苗圃后，整個(gè)剖面土壤含水量呈現(xiàn)明顯下降，改苗圃對(duì)深層土壤含水量下降的影響在黃筋泥田中尤為突出，對(duì)青紫泥田和淡涂泥田的影響較小。土壤含水量的下降顯然與通過(guò)灌溉補(bǔ)充的水量減少有關(guān)。不同土壤上種植苗木后土壤含水率的變化趨勢(shì)不同，可能與它們受地下水影響不同有關(guān)。丘陵地區(qū)的黃筋泥田地下水分布很深，120 cm土層中基本不受地下水的影響，改種苗木后因缺乏地表灌溉水的影響，進(jìn)入土壤的水分明顯地減少，深層水分因長(zhǎng)期蒸發(fā)損失而持續(xù)下降，導(dǎo)致深層土壤的干化；而對(duì)于水網(wǎng)平原的青紫泥田和濱海平原的淡涂泥田，雖然種植苗木后地表入水量下降，但因地下水位較高，深層土壤水分得到不斷補(bǔ)充，含水量下降較少。

長(zhǎng)期種植苗木后，表層土壤有機(jī)碳、微生物生物量碳和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量普遍下降，活性有機(jī)碳/有機(jī)碳的比例也逐漸變低。土壤有機(jī)質(zhì)的下降可能有3個(gè)方面的原因：一是有機(jī)質(zhì)補(bǔ)充減少，種植水稻的情況下，因采取秸稈還田，有較多的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入土壤，而種植苗木因苗木個(gè)體較小，通過(guò)枯葉方式進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)數(shù)量有限；二是通氣性增加，加速了有機(jī)質(zhì)的分解；三是因苗木移栽帶出了含有機(jī)質(zhì)較高的土壤，而有機(jī)碳和活性有機(jī)碳下降量和下降程度由剖面自上至下減小顯然與上層土壤受人為干擾較大有關(guān)。活性有機(jī)碳為穩(wěn)定性較弱的有機(jī)質(zhì)，易受微生物的分解，因此，其下降高于有機(jī)碳的總量。青紫泥田的有機(jī)碳和活性有機(jī)碳下降幅度較小與該土壤通氣性相對(duì)較差有關(guān)。由于土壤微生物的活動(dòng)與土壤有機(jī)碳密切相關(guān)，而有機(jī)碳含量對(duì)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成有很大的促進(jìn)作用，因此，長(zhǎng)期種植苗木后土壤微生物生物量碳和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量與有機(jī)碳一樣呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而減土型苗圃因優(yōu)質(zhì)表土層的移走、加土型苗圃因加入苗圃中的外源土壤質(zhì)量較差，因此，土壤有機(jī)碳、微生物生物量碳和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量的下降比常規(guī)型更為明顯。另外，加土型苗圃表層土壤礫石含量的增加也與外源土壤中含有較多的石塊有關(guān)。

稻田改為苗圃后常規(guī)型苗圃土壤pH下降可能與改為苗圃后土壤缺乏淹水條件，對(duì)酸能產(chǎn)生緩沖作用的物質(zhì)減少所致。由于水田土壤表層酸化明顯，其心土層高于表土，當(dāng)原表土層逐漸移走后，新露出的是原水田中pH較高的心土層，因此，減土型苗圃土壤pH并沒(méi)有下降。而加土型苗圃土壤pH較高可能與外源土壤物質(zhì)土壤pH較高有關(guān)。長(zhǎng)期種植苗木后，表層土壤有效磷、速效鉀含量普遍下降可能與苗圃施肥量較低、養(yǎng)分補(bǔ)充不足有關(guān)。

4 小結(jié)

調(diào)查分析結(jié)果表明，水田長(zhǎng)期改為苗圃后，可對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生一定的負(fù)影響，不僅明顯降低表層土壤的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體、有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、有效磷和速效鉀含量，增加土壤的容重，增強(qiáng)土壤酸度，而且也可降低深層土壤的有機(jī)碳、活性有機(jī)碳含量和土壤含水量?？傮w上，水田長(zhǎng)期改為苗圃后對(duì)丘陵地區(qū)黃筋泥田的影響大于對(duì)水網(wǎng)平原青紫泥田和濱海平原淡涂泥田的影響。