黄河下游冲积平原不同质地潮土的微形态特征

张保华 陶宝先 刘子亭 曹建荣

摘要：为探讨土壤颗粒组成对微形态特征的影响，选择山东省聊城市东昌府区潮土类三种质地土壤（壤土、粘壤土、砂壤土）样品，分析其微形态特征的差异。结果表明：颗粒组成对土壤微结构、粗细颗粒分布、颗粒大小与圆度等产生明显影响。壤质、粘壤质土壤表层形成了利于农业生产的团粒状微结构，向下层逐渐变为囊孔、孔洞、孔道等微结构类型，砂质壤土全剖面为单粒状微结构。壤质、粘壤质土壤粗细颗粒分布类型为斑晶嵌埋型，砂质壤土则为粗单一颗粒类型。土壤中粗颗粒均以石英为主、细颗粒均为分离斑点双折射类型，但砂质壤土中粗颗粒粒径较大、圆度较小。壤质、粘壤质土壤偶见土壤动物排泄物、胶膜等形成物。

关键词：潮土;土壤质地;颗粒组成;微结构;粗细颗粒分布;形成物

中图分类号：S152文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）07-0067-05

土壤微形态特征包括粗颗粒、细粒物质、土壤形成物、孔隙以及形态、空间分布和结构等，能反映土壤形成发育、土壤组成、物质迁移转化过程及土壤发育演变与环境之间的关系，是野外土壤剖面研究的延续[1，2]，因此，诸多自然、人为因素均能影响土壤微形态特征。目前较多研究关注于人为因素对土壤微结构的影响，如秸秆还田[3]、有机无机肥料配施[4]、有机种植方式[5，6]、有机物料施用[7]等，这些措施均可促进良好土壤微结构的形成，有机物料施用还影响土壤孔隙数量和形态[8]。农业灌溉可增强土壤颗粒风化强度，增强颗粒细化、圆化程度，同时显著增加残积粘土数量且可出现淀积粘土[9]，农业耕作则可引起土壤颗粒的长度、等圆直径、周长、面积减小和圆度增加[10]。上述文献均提及了供试土壤的颗粒组成，但并未从土壤质地角度探讨其微形态特征的差异。实际上，土壤颗粒组成对粗细颗粒（coarse/fine，c/f）分布、形成物等微形态特征能产生直接影响[11]。

因此，本研究以土壤质地复杂多变的黄河下游冲积平原为研究区域，选择长期常规种植冬小麦-夏玉米的潮土类砂质壤土、壤土、粘壤土，分析不同质地土壤的微形态特征差异，以丰富土壤微形态特征与物理性质关联理论，同时也为研究区土壤资源合理利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究區域概况

研究区位于山东省西部，E 115°14′～116°08′，N 36°16′～36°42′，属暖温带大陆性季风气候区，年均气温13.5℃，7月份气温最高，为26.9℃，1月份气温最低，为-2.5℃，年均降水量546.9 mm，夏季降水量占全年62.2%，年际变化大，雨热同期。研究区为黄河冲积低平宽广平原，缓岗、坡地、洼地交错分布，海拔31～38 m，土壤以潮土为主，适宜多种农作物的种植，主要种植作物为冬小麦、夏玉米、油料作物、蔬菜等。

1.2 样品采集及分析

2017年10月，在山东省聊城市东昌府区北城办事处东鲁村（壤土）、许营镇绣衣集村（砂质壤土）、朱老庄镇田庄村（粘壤土）选择长期种植小麦-玉米地块，挖取土壤剖面。0～25 cm 深度分5层取样，每层5 cm。塑料盒（4 cm×4 cm×4 cm）取原状样品用于制作薄片、环刀（100 cm3）取原状样品用于容重测定，其它样品用于土壤颗粒组成、有机质含量等理化性质分析。

用于薄片制作的原状样品利用198#不饱和聚酯树脂+固化剂浸渍固化后，进行切片、粗磨、细磨，用环氧树脂粘在载玻片上，之后再对另一面进行切片、粗磨、细磨，以冷杉胶粘盖玻片，制成厚度约30 μm的土壤薄片，于偏光显微镜下观察并照相。土壤微形态特征描述采用Georges Stoops（2003）术语体系[12]，颗粒大小等部分特征的定量测量使用Image Proplus 6.0软件处理。

用于土壤颗粒组成、有机质含量测定的样品在室内自然风干、研磨，分别过孔径2.00、0.25 mm筛，土壤颗粒组成用吸管法测定，土壤有机质含量用重铬酸钾氧化-外加热法测定。

2 结果与分析

2.1 土壤剖面描述

土壤剖面记录与颗粒组成、容重等基本性质见表1。根据国际制土壤质地分类标准，许营样地砂粒含量超过55%、粘粒少于15%，质地类型为砂质壤土;朱老庄样地砂粒含量介于30%～55%、粘粒介于15%～25%，为粘壤土;北城样地砂粒含量介于40%～55%、粘粒少于15%，为壤土。

随深度增加，许营及北城样地土壤容重表现为先增加后降低的趋势;而朱老庄样地则一直呈增加趋势;土壤有机质含量均呈降低趋势。在田间剖面挖取时，在深15 cm左右均出现较坚实的土层，分析应为大型农机具的广泛应用、深松深度不够，使得耕作层变薄、犁底层上移。

2.2 土壤微形态特征

2.2.1 微结构与孔隙 三种质地土壤中，壤质、粘壤质土壤微结构类型相似，两者与砂质壤土差异较为明显（图1）。其中壤质、粘壤质土壤微结构存在土层间的变化，表层以高度分离、发育良好、不吻合的团粒状微结构（granular microstructure）（图1a、 b）为主，随深度增加，微团聚体逐渐增大，发育与分离程度减弱（图1c），至下层，弱度分离的微团聚体亦极少，逐渐演变为以块状（massive）、囊孔（vesicle）、孔洞（vugh）、孔道（channel）、板状（platy）等微结构类型为主（图1d、e）。孔隙类型同样存在土层间的变化，表层以复合堆集孔隙（compound packing void）为主，下层逐渐演变为以孔洞、囊孔、孔道、面状（plane）孔隙为主。

砂质壤土微结构各土层间变化极小，全剖面为单粒状微结构（single grain microstructure），仅表层偶见发育、分离程度较差的微团聚体，孔隙则为简单堆集孔隙（simple packing void）（图1f）。

作为田间土壤结构目视观察的延伸，影响土壤结构或者团聚体的因素也不同程度地影响着土壤微结构。一般认为，粘粒、有机质是影响土壤团聚体形成及稳定性的主要影响因素。本研究中，粘壤土粘粒含量最高，介于15%～25%，壤土、砂质壤土中粘粒含量差异不大（<15%），但前者粉粒含量明显高于后者，砂质壤土则粘粒含量低（<15%）、砂粒含量大（>55%）;同时粘壤土、壤土有机质含量高于砂质壤土，从而在粘壤土和壤土表层形成了团粒状微结构、下层形成了块状与囊孔等微结构类型，与砂质壤土的全剖面单粒状微结构存在明显不同。

2.2.2 基质 基质描述包括粗细物质分界、粗细相关分布（coarse/fine particles related distribution）、粗物质及其垒结、细物质及其垒结。

（1）粗细颗粒分界

本研究基于偏光显微镜的分辨力和土壤颗粒大小，将三种质地土壤的粗、细颗粒分界均定为10 μm， 即c/f10μm。

（2）粗细颗粒分布类型

三种质地土壤的粗细颗粒相对分布类型均不存在土层间差异。壤质、粘壤质均为开敞斑晶嵌埋（open porphyric）类型（图1d、e），表现为粗颗粒嵌埋在细粒物质中、且粗颗粒间距离大于粗颗粒平均直径的两倍;砂质壤土则为粗单一颗粒（coarse monic）类型（图1f），表现为粒径均大于10 μm。

粗细颗粒相对分布类型的差异主要是土壤颗粒组成不同的结果，砂质壤土中仅0～5 cm土层粉、粘粒含量为31.8%，其它土层均低于30%，大颗粒松散堆积，形成与壤质、粘壤质土壤明显不同的粗细颗粒分布类型。

（3）粗颗粒

土壤矿质粗颗粒，在壤质、粘壤质样地以圆或次圆状石英颗粒为主，多小于30 μm（图1d、e），分选较好;砂质壤土则以次圆状石英颗粒为主，多在30～70 μm（图1f）。

腐殖化程度高的有机质在各土层均可见，分布较为分散，含量小于5%，大小多在100 μm以下（图2a、d，图片中黑色斑块），但15 cm深度以下明显减少。

（4）细颗粒

细粒物质均为灰色硅质粘粒，呈分离斑点双折射类型（stipple speckled b-fabric）（图1d、e、f）。受潮化作用、秸秆还田腐解影响，多被铁质、有机物浸染。其中砂质壤土含量很少。

2.2.3 有机物 由于研究区近年大量的秸秆还田，薄片均可见到较多大小不一、分解程度不同的有机物（图2a、b），但下层极少见，表明耕作中较少进行深松深翻、还田秸稈仅存在于表层。

2.2.4 土壤形成物 常见土壤形成物类型有胶膜（coating）、凝团（nodules）、填充物（infillings）、排泄物（excrements）等。由于研究区频繁耕作，薄片中土壤形成物极少见，仅偶见表层蚯蚓粪便、下层孔隙胶膜（图2c、d）。由于近年来农村生活垃圾集中收集处理、土杂肥极少施用等原因，未观察到人为物。

3 讨论与结论

土壤颗粒组成对部分微形态特征产生影响，表现在微结构类型、粗细颗粒分布类型、粗颗粒大小与圆度等方面存在明显差异，且壤质、粘壤质土壤还存在土层间的微结构变化。

壤质、粘壤质土壤表层形成了利于农业生产的团粒状微结构，向下逐渐变为较差的囊孔、孔洞、孔道等微结构类型;砂质壤土则全剖面为单粒状微结构。壤质、粘壤质土壤矿质粗细颗粒分布均为斑晶嵌埋类型，砂质壤土则为粗单一颗粒类型。粗颗粒均以石英为主，但砂质壤土中颗粒较大、圆度较小;细颗粒均为分离斑点双折射类型。新鲜有机物均是表层多、下层少。土壤形成物仅偶见排泄物、胶膜。

参 考 文 献：

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