黄壤性水稻土氧化铁形态及剖面分异特征

黄会前+何腾兵+邓廷飞+易维洁+李相楹+陈默涵

摘要：为探讨不同类型黄壤性水稻土耕层氧化铁形态及剖面分异特征，在贵州省内分别对潴育型、淹育型、潜育型黄壤性水稻土共11个典型剖面进行调查与室内分析。结果表明：（1）3种水稻土剖面风化发育程度高低排序为淹育型>潴育型>潜育型；（2）不同类型水稻土耕层氧化铁形态各异，其中耕层游离铁含量排序为淹育型>潴育型>潜育型，耕层无定型铁含量排序为潴育型>潜育型>淹育型，络合铁含量排序为潴育型>淹育型>潜育型，而晶质铁含量排序为淹育型>潜育型>潴育型；（3）氧化铁在剖面中分异程度表现为游离铁、晶质态铁含量在一定范围内随剖面加深而增加，无定型铁、络合铁含量在一定范围内随剖面加深而減少。研究结果可为贵州省黄壤性水稻土发生分类和系统分类提供相应依据。

关键词：氧化铁；发育类型；黄壤性；水稻土；颗粒组成；形态特征；剖面特征；发生分类；系统分类；科学依据

中图分类号： S153.6+1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）17-0273-04

收稿日期：2017-01-01

基金项目：国家自然科学基金（编号：40761011）；贵州省科技创新人才团队建设计划（编号：黔科合人才团队[2013]4020）。

作者简介：黄会前（1992—），女，贵州福泉人，硕士研究生，主要从事农业资源与环境（土壤学）研究。E-mail：971419426@qq.com。

通信作者：何腾兵，教授，硕士生导师，主要从事土壤学、环境科学的教学与科研工作。Tel：（0851）88293209；E-mail：hetengbing@163.com。水稻土是在各种起源土壤上，采用水旱交替形式耕种形成的土壤类型[1]。早自1981年，朱莲青等就研究了水稻土的形态特征，并提出了淹育、渗育、潴育、潜育层段的概念和水稻土的三育分类原则[2-3]。随后，对水稻土中铁、锰的淋溶淀积及水稻土发生分类的研究取得较大成果。汪汾等研究发现，晶胶比可以揭示土壤剖面上铁的分异和剖面发育状况[4]，晶胶比的W/A值[潴育层（W）含量与耕作层（A）含量的比值]可作为潴育型水稻土潴育层阶段发育的诊断指标，活化度的A/W值（耕作层含量与潴育层含量的比值）和络合度的A/C值[耕作层含量与母质层（C）含量的比值]均可作为发育与熟化程度的指标。邢世和等发现，有机质、腐殖质含量与无定型铁含量、铁水合系数及活化度有相关性[5]。黎成厚等发现，铁锰淋淀比率会随着水稻土发育程度的加深而增大[6]。黄成敏等研究了不同风化成土年代土壤的铁氧化物特征[7]。颜德宏等研究了贵州省喀斯特环境条件下石灰性土壤的发生特性、诊断特性及系统分类[8-10]。

水稻土中氧化铁随环境条件的变化发生形态的转化，并处于一种动态平衡中[11]。铁氧化物的还原淋溶、氧化淀积，对水稻土发生层的形成、剖面分异等都起着重要作用[12]。近年来，在土壤黏粒矿物的研究中，氧化物及其水合物的研究得到了迅速发展。刘晔等研究了不同利用方式下棕壤的氧化铁各存在形态和分异特征[13]。吴蝶等探讨了砂岩发育的黄壤在不同利用方式下其氧化铁的赋存形态和分异特征[14]。但是，对不同发育类型黄壤性水稻土氧化铁特征的研究尚少。本研究通过比较潴育型、淹育型、潜育型3种不同发育类型的黄壤性水稻土耕层氧化铁含量及剖面分异特征，并对耕层氧化铁含量初步予以定量化，旨在为贵州省水稻土发生分类和系统分类的进一步发展提供科学依据。

1材料与方法

1.1土壤样品采集

贵州省地处云贵高原，地理位置在24°35′～29°9′N、103°36′～109°36′E之间。贵州省水稻土是由黄壤等地带性土壤经过水耕熟化形成的一类土壤。在贵州省，黄壤广泛分布于黔中地区[15]，本研究便以发育于砂岩母质、页岩母质、第四纪红色黏土母质3种母质的黄壤性水稻土为研究对象，2015年1月于黔中地区选取发育于砂岩母质水稻土的代表性地点贵阳市花溪区高坡乡摆龙村、半坡村；选取发育于页岩母质水稻土的代表性地点安顺市平坝区黄腊乡佳慧村、羊昌乡九龙村；选取发育于第四纪红色黏土母质水稻土的代表性地点贵阳市贵安新区马场镇龙山村。根据水稻土的排水灌溉条件和地形部位，于坡的上部采集淹育型水稻土，中部采集潴育型水稻土，坡地下部采集潜育型水稻土剖面样共11个。供试土壤剖面成土环境条件见表1。

实地选择样点后，开挖剖面，一般要求按长100 cm、宽 50 cm、深100 cm进行开挖，剖面深度根据土体深度确定，土体深度小于100 cm的剖面，以开挖到母岩（基岩）为止。根据土壤剖面划分土层厚度，每个土壤剖面自下而上依次采集土样，并在野外初步判断土壤团粒结构、pH值、质地等。将采集样品带回实验室风干，剔除杂质，按四分法取出一半样品，用木棍碾压研磨，过筛。将过筛样品置于密封袋中，贴好标签备用。

1.2分析项目与方法

土壤理化性质分析测定主要依据《土壤农化分析》[16]、《土壤分析技术规范》[17]。

土壤颗粒分析：采用比重计法；pH值：采用水浸提-电位表1供试土壤剖面成土环境条件

类型编号剖面构型采样地点经纬度海拔（m）母质潴育型GP-01A-Ap-We-C贵阳市花溪区高坡乡摆龙村滑雪场附近26°18′06“N，106°46′09”E1 513砂岩风化残坡积物GP-04A-Ap-W-C贵阳市花溪区高坡乡半坡村底下坝26°18′03“N，106°46′06”E1 294砂岩残坡积物HN-01A-Ap-W-C安顺市平坝区黄腊乡佳慧村上簸箕组26°16′03“N，106°16′06”E1 287页岩坡积物YC-02A-Ap-W1-W2-C安顺市平坝区羊昌乡九龙村金银洞寨26°16′09“N，106°17′50”E1 283页岩坡积物MC-02A-Ap-W1-W2-C贵阳市贵安新区马场镇龙山村26°25′46“N，106°33′40”E1 203第四纪红色黏土潜育型GP-03A-Ap-G-T贵阳市花溪区高坡乡半坡村底下坝26°18′03“N，106°46′06” E1 291砂岩残坡积物YC-04A-Ap-G安顺市平坝区羊昌乡九龙村金银洞寨26°16′09“N，106°17′50”E1 278页岩坡积物MC-03A-Ap-G-Gw贵阳市贵安新区马场镇龙山村26°24′45“N，106°33′40”E1 197第四纪红色黏土淹育型GP-02A-Ap-C贵阳市花溪区高坡乡半坡村26°18′07“N，106°46′07”E1 364砂岩分化残坡积物YC-03A-Ap-B-C安顺市平坝区羊昌乡九龙村金银洞寨26°16′03“N，106°17′49”E1 283页岩坡积物MC-01A-Ap-C贵阳市贵安新区马场镇龙山村26°24′44“N，106°34′55”E1 207第四纪红色黏土注：A表示耕作层，Ap表示犁底层，W表示潴育层，W1表示Ⅰ度潴育层，W2表示Ⅱ度潴育层，We表示潴育漂洗层，G表示潜育层，T表示泥炭层，C表示母质层，Gw表示脱潜层。endprint

法测定；有机质含量：采用重铬酸钾-硫酸外加热法测定；游离态铁：采用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠浸提，邻菲罗琳比色法测定；无定形态氧化铁：采用草酸-草酸铵缓冲液浸提，邻菲罗琳比色法测定；络合态氧化铁：采用焦磷酸钠浸提，邻菲罗琳比色法测定。试验数据用Excel进行分析。

2结果与分析

2.1不同类型黄壤性水稻土剖面特征

供试土壤剖面特征、颗粒组成如表2所示，潴育型水稻土灌溉排水条件较好，氧化还原交替现象明显，主要发生层次为A（耕作层）、Ap（犁底层）、W（潴育层）、C（母质层），在犁底层之下出现特征层次潴育层，发育程度由高到低表现为W1（弱度潴育层）、W2（中度潴育层）、W3（强度潴育层）。淹育型水稻土地下水位较低，灌溉条件相对较差，长期处于干水状态，氧化还原能力较弱，主要发生层次为A（耕作层）、Ap（犁底层）、C（母质层）。潜育型水稻土地下水位较高，排水能力较差，长期淹水，氧化还原能力弱，常处于还原状态，主要发生层次为A（耕作层）、Ap（犁底层）、G（潜育层），在犁底层下出现特征层次潜育层。

土壤颜色是土壤重要的形态特征之一，挖掘土壤剖面，观察单个土体形态特征，其由上至下颜色的变化具有重要的意义。供试水稻土干态颜色主要有棕灰色、灰黄色、淡棕、淡棕黄、暗灰黄色、棕色等，色调基本上为2.5Y、7.5YR，明度3～8，以5、7居多，彩度多为3、6。

土壤质地对土壤性状如养分含量、通气透水性、保水保肥性以及耕作性状等都有很大影响，是表征土壤肥力首先考慮的因素之一，也是反映土壤发育程度的重要指标。粉黏比愈小，土壤风化度愈高。供试土样潴育型、淹育型、潜育型3种不同发育类型水稻土耕层平均粉黏比[粉粒（≥0.002～0.02 mm 的土粒）含量与黏粒（<0.002 mm的土粒）含量的比值]分别为1.11、0.97、137，由此可看出，3种水稻土剖面风化发育程度高低排序为淹育型>潴育型>潜育型。

2.2不同发育类型黄壤性水稻土耕层氧化铁的形态特征

土壤中的氧化铁来自成土母质，是由含铁硅酸盐类矿物在地表特定水热条件下，经过彻底的风化作用形成的。水稻土在干湿交替条件下，长期且频繁的氧化还原交替，水耕离铁作用明显，以耕层最为强烈[12]。从表3可以看出，水稻土耕层游离铁含量排序为淹育型>潴育型>潜育型，耕层无定型铁含量排序为潴育型>潜育型>淹育型，络合铁含量排序为潴育型>淹育型>潜育型，而晶质铁含量排序为淹育型>潜育型>潴育型。已有研究表明，土壤风化程度越高，游离铁含量越多、无定型铁含量越少[20]，由此表明，淹育型水稻土风化程度高于潴育型水稻土。

从耕层无定型铁、络合铁的变化趋势来看，潴育型水稻土含量较高，表明在周期性干湿交替的水耕条件下，氧化还原交替能力强，易于氧化铁与有机质发生络合，使铁离子从固体状态释放出来，氧化铁活性增强，使潴育型水稻土耕层中氧化铁不断向无定型铁转化。

而淹育型水稻土耕层游离铁、晶质铁含量相对高于潴育型、潜育型水稻土，这表明淹育型水稻土在形成和发育过程中，层状铝硅酸盐矿物因晶格破坏而分解，游离铁不断被释放出来；由于淹育型水稻土地下水位低，长期处于干水状态，氧化铁易发生老化现象，晶质铁含量较高。

潜育型水稻土在长期淹水条件下，氧化还原交替弱，耕层游离铁、络合铁含量相比潴育型、淹育型较低，这表明长期处于积水状态的潜育型水稻土，氧化还原交替能力弱，不利于氧化铁的活化和络合。

2.3不同发育类型黄壤性水稻土氧化铁的分异特征

从供试土壤的氧化铁含量分析可知，不同母质、不同发育类型的水稻土，虽然在氧化铁含量、剖面中氧化铁的分异程度等方面有所不同，但仍具有共同特点。从图1看出，3种类型水稻土剖面游离铁、晶质铁含量在一定范围内随着剖面加深而增加；而无定型铁、络合铁含量在一定范围内随剖面加深而减少。由此表明，水稻土在形成发育过程中，耕层氧化铁因还原络合作用而活化，并沿着剖面向下淋移，在氧化条件下氧化铁发生老化转化为晶质铁，随水分流失向下淀积。

其中，水稻土剖面游离铁的平均值排序为淹育型>潴育型>潜育型，说明3种水稻土剖面中游离铁的积累量随剖面发育程度而异，地下水位的高低直接影响游离铁含量在剖面中的各层次间的分布和分异情况。而且，无定型铁含量在剖面中的平均值排序为潴育型>潜育型>淹育型，说明剖面中无定型铁含量在不同发育类型水影响水稻土的耕作发育状况，潴育型水稻土是排水灌溉条件相对较好的水稻土类型，氧化还原交替现象明显，无定型铁含量较潜育型、淹育型的高，并且潴育型水稻土剖面中无定型铁含量自上而下分异最明显。通过以上分析可以判断，对于3种不同发育类型的水稻土，随着剖面发育程度的不同，剖面中氧化铁分异特征明显。

3结论

（1）潴育型、淹育型、潜育型3种水稻土，剖面风化发育程度高低表现为淹育型>潴育型>潜育型。

（2）3种类型水稻土耕层氧化铁含量存在差异，耕层游离铁含量排序为淹育型>潴育型>潜育型，耕层无定型铁含量排序为潴育型>潜育型>淹育型，络合铁含量排序为潴育型>淹育型>潜育型，而晶质铁含量排序为淹育型>潜育型>潴育型。

（3）供试土壤中，潴育型、淹育型、潜育型3种水稻土剖面中氧化铁分异程度不同，但仍具共同特点。游离铁、晶质铁含量在一定范围内沿着剖面自上而下增加；而无定型铁、络合铁含量在一定范围内随剖面自上而下减少。剖面游离铁含量排序为淹育型>潴育型>潜育型，无定型铁含量排序呈现潴育型>淹育型>潜育型的规律。

参考文献：

[1]李庆逵. 中国水稻土[M]. 北京：科学出版社，1992：78-89.

[2]朱莲青. 水稻土层段的辨认和辩正（续）[J]. 中国土壤与肥料，1981（6）：1-3.

[3]朱克贵，马同生，王大平，等. 水稻土发生和分类的研究——Ⅰ. 两种不同起源的水稻土中铁的活化与剖面的形成[J]. 南京农业大学学报，1983（4）：56-63.endprint