水田改旱作后土壤性態(tài)與土壤類型演變研究.pdf

1、水稻土（水耕人為土）是我國重要的土壤資源，其在維持我國糧食安全和環(huán)境健康方面具有積極的意義。近二十多年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快與種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國南方地區(qū)有大面積的水田被長(zhǎng)期轉(zhuǎn)變?yōu)槭卟说?、林地和旱地。為深入了解這一轉(zhuǎn)變對(duì)土壤性態(tài)及土壤類型演變的影響，本文以我國南方地區(qū)不同類別的水稻土及其改旱作后的系列耕層土壤及剖面土壤為研究對(duì)象，開展了水田改旱作后土壤性態(tài)及類型演變的研究;采集的耕層土壤共4個(gè)系列，分別為腐心青紫泥田改旱系列(Q

2、Y)、青紫泥田改旱系列(TS)、青粉泥田改旱系列(TJ)和粉泥田改旱系列(JY)，共67個(gè)土樣;采集的土壤剖面共5個(gè)系列，分別為腐心青紫泥田改旱系列(QYP)、青紫泥田改旱系列(TSP)、青粉泥田改旱系列(TJP)、小粉泥田改旱系列(JYP)和黃泥砂田改旱系列(QTSP)，共15個(gè)土壤剖面，63個(gè)分層土樣。本研究以耕層土壤理化性質(zhì)、微生物學(xué)性質(zhì)及土壤剖面形態(tài)特征、鐵錳氧化物組成的演變?yōu)檠芯恐骶€，應(yīng)用物理、化學(xué)和分子生物學(xué)等分析手段，采用

3、時(shí)空互代的研究方法，系統(tǒng)探討了水田改旱作（簡(jiǎn)稱水改旱）過程中土壤理化性質(zhì)、微生物學(xué)性質(zhì)演變規(guī)律及土壤發(fā)生學(xué)特性、氧化還原形態(tài)特征模式的變化特點(diǎn)，并以診斷層和診斷特性為基礎(chǔ)探討了水改旱后土壤類型演變及分類歸屬，為深入理解水田改旱作對(duì)土壤性態(tài)、類型及生態(tài)環(huán)境的影響，預(yù)測(cè)水改旱后土壤質(zhì)量的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，完善我國土壤系統(tǒng)分類及促進(jìn)土壤（地）資源的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。獲得的主要結(jié)果如下:
　　1.水田改旱作后耕層土壤性質(zhì)的變化特點(diǎn)

4、>　　水改旱后，腐心青紫泥田、青紫泥田、青粉泥田和粉泥田改旱系列耕層土壤中＞0.25mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量呈下降趨勢(shì)，其中粉泥田改旱系列耕層土壤中＞0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量降幅最大;隨著水改旱年限的增加，耕層土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和鹽基飽和度呈下降趨勢(shì)，其中粉泥田改旱系列土壤pH值整體降幅最大，該系列土壤有機(jī)質(zhì)含量降幅最小，粉泥田改旱系列土壤鹽基飽和度降低最明顯;改旱后，4個(gè)水改旱系列耕層土壤顆粒組成和陽離子交換量變化不明顯。

5、>　　水改旱后，腐心青紫泥田、青紫泥田、青粉泥田和粉泥田改旱系列耕層土壤全氮和堿解氮含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，其中粉泥田改旱系列耕層土壤全氮和堿解氮含量降幅最大，而腐心青紫泥田水改旱系列土壤全氮和堿解氮含量降幅最小。水改旱后，4個(gè)水改旱系列耕層土壤全磷、全鉀和有效磷含量呈增加趨勢(shì)，其中腐心青紫泥田改旱系列土壤全磷含量增幅最大，粉泥田改旱系列土壤全鉀含量增加最明顯，腐心青紫泥田和青粉泥田改旱系列土壤有效磷含量增幅最大;改旱后，腐心青紫泥田、青粉泥

6、田和粉泥田改旱系列耕層土壤有效鉀含量呈增加趨勢(shì)，其中腐心青紫泥田改旱系列土壤有效鉀含量增幅最大，青紫泥田改旱系列土壤有效鉀含量先輕微降低后趨于穩(wěn)定。
　　水改旱后，腐心青紫泥田、青紫泥田、青粉泥田和粉泥田改旱系列耕層土壤微生物生物量碳、氮及微生物商顯著降低（P＜0.01），其中粉泥田改旱系列土壤微生物生物量碳降幅最大;4個(gè)水改旱系列耕層土壤呼吸強(qiáng)度明顯減弱(P＜0.01);耕層土壤脲酶和酸性磷酸酶活性顯著增加（P＜0.05），耕層

7、土壤過氧化氫酶活性顯著降低（P＜0.05）。水改旱后，在土壤水分、養(yǎng)分及通氣性等環(huán)境因子的影響下，水田與改旱作后土壤間土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和基因多樣性差異明顯;4個(gè)水改早系列耕層土壤中微生物磷脂脂肪酸總量和種類顯著降低(P＜0.01)，革蘭氏陰性菌與革蘭氏陽性菌比值顯著下降（P＜0.01），好氧細(xì)菌與厭氧細(xì)菌比值顯著增加（P＜0.01）;4個(gè)水改旱系列耕層土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌和原生動(dòng)物在土壤微生物中所占比例均發(fā)生改變。改旱后，腐心青紫

8、泥田、青紫泥田、青粉泥田和粉泥田改旱系列耕層土壤養(yǎng)分脅迫都顯著增強(qiáng)（P＜0.01），土壤微生物多樣性指數(shù)降低。冗余分析和聚類分析表明，土地利用方式對(duì)土壤微生物多樣性的影響要大于利用年限對(duì)土壤微生物多樣性的影響。
　　2.水田改旱作后土壤剖面性態(tài)的變化特點(diǎn)
　　水改旱后，由于土壤類型的差異，腐心青紫泥田、青紫泥田、青粉泥田、小粉泥田和黃泥砂田改旱系列土壤剖面形態(tài)及發(fā)生學(xué)特性變化的趨勢(shì)和速率略有差異;整體表現(xiàn)為表層和亞表層土壤形

9、態(tài)及發(fā)生學(xué)性質(zhì)變化較明顯，而表下層土壤變化不太明顯。
　　水改旱后，腐心青紫泥田、青紫泥田、青粉泥田、小粉泥田和黃泥砂田改旱系列土壤地下水位均呈下降趨勢(shì)（水稻收獲后），其中青紫泥田改旱后地下水位下降最為明顯;青紫泥田、青粉泥田、小粉泥田和黃泥砂田改旱系列土壤剖面中土壤結(jié)構(gòu)體的大小呈增大趨勢(shì)，但腐心青紫泥田改旱系列土壤表層和亞表層土壤結(jié)構(gòu)體由塊狀轉(zhuǎn)變?yōu)樗閴K狀結(jié)構(gòu)，大小呈減小趨勢(shì)。改旱后，5個(gè)水改旱系列土壤剖面表層和亞表層土壤基質(zhì)顏色

10、色值基本保持不變，但亮度和彩度增加，其中青粉泥田改旱系列土壤顏色變化最明顯，5個(gè)水改旱系列土壤剖面中表下層土壤顏色整體變化不明顯;水改旱后，各發(fā)生層土壤容重和堅(jiān)實(shí)度整體上呈增加趨勢(shì)，孔隙度呈降低趨勢(shì)。改旱后，5個(gè)水改旱系列土壤剖面的表層和亞表層土壤中鐵銹斑紋及銹色根孔等新生體數(shù)量明顯減少，腐心青紫泥田、青紫泥田和小粉泥田改旱系列土壤剖面的表下層土壤新生體數(shù)量及大小變化不太明顯，而青粉泥田改旱系列土壤剖面的表下層土壤新生體變化相對(duì)較明顯。

11、不同水改旱系列土壤剖面相對(duì)比，青粉泥田改旱系列土壤剖面的氧化還原強(qiáng)度變化較大，土壤淀積層中鐵錳結(jié)核較多，并在改旱后數(shù)量增多，硬度增加，其它水改旱系列土壤剖面中鐵錳結(jié)核數(shù)量較少，改旱后變化不明顯。
　　水改旱后，腐心青紫泥田、青紫泥田、青粉泥田、小粉泥田和黃泥砂田改旱系列土壤剖面中鐵、錳氧化物形態(tài)變化略有差異，總體上水改旱對(duì)土壤氧化鐵的全量和游離態(tài)含量及其剖面垂直分布模式的影響不大;隨著水改早年限的增加，表層和亞表層土壤活性鐵、絡(luò)合

12、鐵、亞鐵及水溶性鐵含量總體上呈降低趨勢(shì)，表下層（Br層、C層和G層）土壤活性鐵、絡(luò)合鐵、亞鐵和水溶性鐵含量?jī)H有輕微變化或變化不明顯;剖面中土壤氧化鐵的活化度總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，而鐵氧化物的晶膠比呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。由于錳元素較鐵元素活潑，因而改旱后錳元素在土壤剖面中的變化更加復(fù)雜多樣。改旱后表層和亞表層土壤中全錳和游離錳含量較水田含量高，這可能與改旱后錳淋失減弱有關(guān);由于游離錳主要以活性態(tài)存在，因而腐心青紫泥田、青紫泥田、青粉泥田和黃泥砂田改旱

13、后表層和亞表層土壤中活性錳含量也較水田含量高，而5個(gè)水改旱系列土壤剖面表下層土壤活性錳含量變化不明顯;隨著旱作年限的延長(zhǎng)和土壤剖面深度的增加，土壤絡(luò)合錳含量呈降低趨勢(shì);水改旱后，土壤剖面中二價(jià)錳含量總體上呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，其中以表層土壤中二價(jià)錳含量變化為最明顯。
　　3.水田改旱作后土壤類型的變化
　　按照《中國土壤系統(tǒng)分類檢索》（第三版）檢索順序，根據(jù)檢索出的診斷層和診斷特性，確定了供試土壤的系統(tǒng)分類類型。水改旱后，人為滯水水

14、分狀況消失，半個(gè)月以上時(shí)間因受水耕攪拌而具泥糊化的狀況隨之消失，因而水耕表層不復(fù)存在;且上界位于水耕表層底部的水耕氧化還原層也隨之消失。界定水耕人為土的兩個(gè)重要的土壤診斷層（水耕表層和水耕氧化還原層）消失后，這些土壤就不再滿足水耕人為土的特征，因而它們?cè)谕寥老到y(tǒng)分類中的地位也發(fā)生相應(yīng)變化。水改旱后，在長(zhǎng)期水耕條件下形成的粘化層和一些診斷特性依然保留在土壤中，并形成了一些新的診斷特性。依據(jù)上述檢索出的診斷層和診斷特性，進(jìn)一步確定改旱作土壤

15、的系統(tǒng)分類類型。結(jié)果表明，長(zhǎng)期種植水稻的腐心青紫泥田在系統(tǒng)分類中屬于普通潛育水耕人為土，其改旱后的土壤可暫歸為腐殖簡(jiǎn)育常濕淋溶土;青紫泥田在系統(tǒng)分類中屬于底潛鐵滲水耕人為土，其改旱后的土壤可暫歸為普通簡(jiǎn)育常濕淋溶土;青粉泥田在系統(tǒng)分類中屬于普通鐵聚水耕人為土，其改旱后的土壤可暫歸為普通簡(jiǎn)育常濕淋溶土;小粉泥田在系統(tǒng)分類中屬于普通簡(jiǎn)育水耕人為土，其改旱后的土壤可暫歸為普通簡(jiǎn)育常濕淋溶土;黃泥砂田在系統(tǒng)分類中屬于普通鐵聚水耕人為土，其改旱后