浙西丘陵区水田改旱后土壤团聚体组成与稳定性的变化

孔樟良 章明奎

摘要 选择浙西低丘地区的黄筋泥田和红紫砂田2类土壤的水田与相应改旱不同年限的旱地、果园和茶园，比较研究了水田改旱后土壤团聚体组成及其稳定性的变化。结果表明，水田改旱后，土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定性团聚体和水稳定性团聚体数量均呈现下降，土壤团聚体的水稳定性减弱，其中，水稳定性团聚体的下降比非水稳定性团聚体更为明显。水田改旱种植旱粮，土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非稳定团聚体、水稳定性团聚体及团聚体的稳定呈持续下降;而当水田改旱种植果树和茶树时，初期土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非稳定团聚体、水稳定性团聚体和团聚体的稳定呈明显下降，但随着时间的增加，其大团聚体逐渐恢复。改旱后土壤团聚体的变化与其有机碳和无定形氧化铁数量发生变化有关。

关键词 水稻土;水田改旱;团聚体稳定性;变化

中图分类号 S151  文献标识码

A  文章编号 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

土壤團聚体是由有机物质和无机物质胶结而成的结构单位，其数量与性状直接影响土壤的肥力特性和作物的生长，也是决定土壤侵蚀、压实、板结等物理过程与作用的关键指标之一。它是土壤肥力的基础和评价土壤质量的重要指标[1-2]。土壤团聚体的形成机制复杂。它既受土壤本身物质组成的影响，又受人类活动等因素的影响。土地利用方式、耕作方式、土壤微生物活性、施肥、种植制度和轮作方式等人类活动都会对土壤团聚体的稳定性产生不同程度的影响[3-5]。水稻土因长期处于水耕条件，有利于土壤有机质的积累，同时长期、频繁的淹水与排水引起的干湿交替也促进土壤水稳定性团聚体的形成，因此水稻土常有较高的团聚体水稳定性。但是，近30多年来，我国南方地区已有较高比例的水稻土不再用于水稻生产，有的被永久性地改种为蔬菜、苗木、瓜果、茶树等经济作物。这种利用方式的转变极大地改变了土壤的水分状况和土壤干湿交替强度[6]。丘陵地区因相对位置较高，地下水埋藏很深，水田改旱地后土壤水分状况及相关特征的变化尤为明显。虽然国内外对土地利用方式与土壤团聚体组成的关系已有较多的研究[7-10]，但有关水田永久性地改旱对土壤结构性的影响报道不多。为此，选择浙西地区黄筋泥田和红紫砂田2类土壤的水田与相应改旱不同年限的旱地、果园和茶园，比较了水田改旱后土壤团聚体组成及其稳定性的变化趋势。

1 材料与方法

在浙西选择黄筋泥田和红紫砂田2类土壤。通过采集系列土壤样品，对比分析水田改旱后土壤团聚体组成及其稳定性的变化。用于比较的对照（稻田，水旱轮作）与旱地（主要种植油菜、小麦和甘薯等杂粮）、果园（柑橘）和茶园分布相邻，土壤类型属于相同制图单元（黄筋泥田或红紫砂田土种）。每一观察类型各选择5个重复样地。水田改旱后种植果树、旱粮、茶树，按10～20、30～40年分为2组。用于比较的利用方式情况如表1。

研究土样采集深度为0～15 cm，每个样地的土样由10～12个分样混合而成。在自然风干过程中，沿自然断裂面掰成10 mm大小的土块。待土壤样品完全风干后，把样品分为二部分：一部分用于团聚体分析;另一部分过2.00、0.15 mm土筛用于理化分析。土壤团聚体分为非水稳定性和水稳定性2种。非水稳定性团聚体组成用干筛法测定[11]。取1 kg风干的土样，用孔径分别为5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm筛子进行筛分（筛子附有底和盖），计算干筛的各级团聚体占土样总量的百分含量。水稳定性团聚体组成用湿筛法测定（Y/T1121.192008），按干筛法获得非水稳定团聚体百分组成，配成2份（重复）质量为50 g的土样进行水稳定团聚体分析。将每份土样置于5 mm土筛上，蒸馏水浸泡10 min，然后将土样依次通过5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm的土筛。团聚体的分离通过上下移动筛子3 cm，重复50次（2 min内），将留在每个筛子上面的土壤冲洗到铝盒中，在50 ℃温度下烘干、称重。然后，将分离的各粒级土壤团聚体磨碎后过100目筛，测定各级团聚体中的有机碳含量。水筛过程中团聚体的破坏率可反映土壤中团聚体的水稳定性，其计算公式为：

团聚体破坏率（%）= （>0.25 mm非水稳定团聚体比例- >0.25 mm水稳定团聚体比例）×100/>0.25 mm非水稳定团聚体比例

土壤pH、有机质、CEC、颗粒组成、游离氧化铁和无定形氧化铁采用常规方法测定[11]。

表1 采集的成对观察土壤基本情况

土壤

类型利用

方式利用或改

旱时间∥年pHCEC

cmol/kg有机质

g/kg游离Fe

g/kg无定形Fe

g/kg

黏粒

g/kg粉砂

g/kg砂粒

g/kg

黄筋泥田水田>506.0313.4533.1243.6511.4331.4543.6624.89

果园10～205.8712.5424.2344.877.5633.2344.2322.54

果园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

果园10～205.455.7616.6712.542.1314.6525.4359.92

果园30～405.485.7617.8710.132.0815.2324.3660.41

茶园10～205.446.1217.2113.541.7616.3221.6562.03

茶园30～405.216.2818.7810.432.4314.7723.6661.57

2 结果分析

2.1 土壤非水稳定团聚体组成的变化

由表2可知，

研究土壤的非水稳定团聚体（干筛法测定）主要以>5.00 mm的为主，其中黄筋泥田明显高于红紫砂田。在水田改旱种植旱粮、果树和茶树后，土壤中非水稳定团聚体发生了一定的变化。对于黄筋泥田，水田改旱种植旱粮（旱地），土壤中>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定团聚体呈现持续降低，>5.00 mm非水稳定团聚体的变化比>0.25 mm的变化更为明显;改旱10～20年的旱地和30～40年的旱地>5.00 mm非水稳定团聚体分别比水田下降了15.13%和17.68%;>0.25 mm非水稳定团聚体分别比水田下降了8.62%和11.63%。而改旱种植果树，在初期（10～20年的果园），>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定团聚体分别比水田下降了16.61%和4.49%，但随着时间的增加，其>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定团聚体又有恢复;30～40年果园的>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定团聚体比水田略有增加，相对分别增加了5.43%和1.15%。而对于红紫砂田，水田改旱种植果树和茶树初期（10～20年），土壤中>5 mm非水稳定团聚体分别比水田下降了21.46%和13.67%，>0.25 mm非水稳定团聚体分别比水田下降了5.50%和3.29%;但是，至后期，>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定团聚体又有所恢复，30～40年的果园>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定团聚体分别比水田只低3.80%和0.94%，而30～40年的茶园>5.00 mm和>0.25 mm非水稳定团聚体分别比水田高5.47%和3.69%。

表2 水改旱后土壤非水稳定团聚体的变化

土壤类型利用

方式利用时间

年非水稳定团聚体组成∥%

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

黄筋泥田水田>6071.108.974.122.342.1311.34

果园10～2059.2910.218.762.663.7615.32

果园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

红紫砂田水田>5049.5312.136.485.457.6518.76

果园10～2038.9019.225.886.236.5423.23

果园30～4047.6511.877.285.438.2319.54

茶园10～2042.7615.667.434.288.4421.43

茶園30～4052.2413.455.886.136.5415.76

2.2 土壤水稳定性团聚体的变化

由表2、3可知，>5.00、>0.25 mm水稳定性团聚体比例明显低于对应的非水稳定团聚体，但黄筋泥田>5.00、>0.25 mm水稳定性团聚体明显高于红紫砂田。这与二类土壤之间的无机胶结物质存在明显差异有关。在水田改旱种植旱粮、果树和茶树后，土壤水稳定性团聚体发生很大的变化，变化速度高于非水稳定团聚体的变化。对于黄筋泥田，水田改旱10～20年和30～40年的旱地，>5.00 mm水稳定性团聚体分别比水田下降了36.54%和42.02%，>0.25 mm水稳定性团聚体分别比水田下降了20.23%和22.95%;而改旱10～20年和30～40年的果园土壤中，>5 mm水稳定性团聚体分别比水田下降了31.02%和18.48%，>0.25 mm水稳定性团聚体分别比水田下降了16.71%和5.36%。同样，随着时间的增加，果园土壤>5.00 mm、>0.25 mm水稳定性团聚体又有所恢复，30～40年果园>5.00 mm、>0.25 mm水稳定性团聚体高于10～20年的果园。而对于红紫砂田，在水田改旱种植果树和茶树初期（10～20年），水稳定性团聚体相对下降比黄筋泥田更明显。土壤中>5.00 mm团聚体分别比水田下降了77.55%和54.65%，>0.25 mm团聚体分别比水田下降了18.58%和10.93%;但至后期，其>5 mm团聚体又有所恢复，但恢复程度在果园和茶园中有较大的差异，茶园的恢复更为明显，30～40年的果园土壤>5.00 mm、>0.25 mm水稳定性团聚体分别比水田低62.56%和9.06%，而30～40年的茶园>5.0 mm、>0.25 mm团聚体分别比水田高10.93%和8.82%。

在黄筋泥田和红紫砂田改旱后>5.00 mm水稳定性团聚体下降的同时，<0.25 mm、2.00～5.00 mm和0.25～0.50 mm水稳定性团聚体均有不同程度的提高，而0.50～2.00  mm的水稳定性团聚体的变化相对较小。

表3 水改旱后土壤水稳定性团聚体的变化

土壤类型利用

方式利用时间

年水稳定团聚体组成∥%

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

黄筋泥田水田>6044.453.765.886.345.3334.24

果园10～2030.665.114.336.138.5445.23

果园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

红紫砂田水田>5013.5411.768.239.3416.6540.48

果园10～203.0414.336.239.3215.5451.54

果园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 土壤团聚体水稳定性的变化

土壤团聚体水稳定性可用湿筛过程中土壤>0.25 mm团聚体破坏率来表示，团聚体破坏率越小，团聚体越稳定。研究表明，水田土壤团聚体的稳定性一般高于改旱后的土壤。长期种植水稻的黄筋泥田土壤团聚体的破坏率为25.83%，而改旱种植果树10～20和30～40年的黄筋泥田土壤团聚体的破坏率分别为35.32%和30.60%，改旱种植旱粮10～20和30～40年的黄筋泥田土壤团聚体的破坏率分别为35.25%和35.33%;长期种植水稻的红紫砂田土壤团聚体的破坏率为26.74%，而改旱种植果树10～20和30～40年的红紫砂田土壤团聚体的破坏率分别为36.88%和32.72%，改旱种植旱粮10～20和30～40年的红紫砂田土壤团聚体的破坏率分别为32.52%和23.11%。由此可见，水田改旱种植旱粮、果树和茶树后，土壤团聚体的稳定性多呈下降趋势。

2.4 土壤团聚体中有机质的变化 由表4可知，>5.00 mm、2.00～5.00 mm的水稳定性团聚体中常含有比0.50～1.00 mm和0.25～0.50 mm更高的有机质。这表明形成大粒径的水稳定性团聚体需要更高的有机质含量。因此，有机质含量的下降优先破坏的是大粒径的水稳定性团聚体。

表4 不同粒级水稳定性团聚体中有机质的变化

土壤类型利用

方式利用时间

年有机质∥g/kg

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

黄筋泥田水田>6034.5431.3432.6627.3228.7632.54

果园10～2024.3222.7619.7620.1319.8725.76

果园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

果园10～2015.4515.1214.6612.8713.2419.23

果园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

安徽农业科学                         2014年

3 结论与讨论

土壤团聚体组成与稳定性同时受土壤内在物质组成与外部机械作用等因素的影响。不同土地利用类型的土壤团聚体分布、变化与植被覆盖状况和人类活动强度等关系密切。因此，在改旱过程中发生的土壤内在物质组成与外在相关条件的变化都有可能影响土壤团聚体组成与稳定性。研究表明，无论是有机质、黏粒和氧化铁等胶结物质较高的黄筋泥田还是这些胶结物质较低的红紫砂田，水田改旱种植旱粮、果树和茶树后土壤有机质、无定形氧化铁含量均呈现不同程度的下降，同时土壤pH也略有下降，但土壤颗粒组成和游离氧化铁变化不明显。这一结果表明水田改旱后土壤无机胶结物质的总量（包括黏粒胶体和氧化铁胶体）没有发生

明显变化，但有机胶体发生明显的下降;虽然氧化铁总量没