澧陽平原古水稻土有機(jī)無機(jī)復(fù)合度及腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)研究

樊騰芳，周衛(wèi)軍，郭子川，劉 沛

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128）

澧陽平原古水稻土有機(jī)無機(jī)復(fù)合度及腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)研究

樊騰芳，周衛(wèi)軍，郭子川，劉 沛

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128）

通過化學(xué)分析方法研究澧陽平原杉龍崗古水稻土和現(xiàn)代水稻土有機(jī)無機(jī)復(fù)合度及結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的組成及空間分布特征。結(jié)果表明：隨剖面深度的加深有機(jī)無機(jī)復(fù)合量減少，復(fù)合度則相反，且埋藏古水稻土復(fù)合度＞現(xiàn)代耕作土復(fù)合度。古水稻土腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)以松結(jié)態(tài)為主，緊結(jié)態(tài)其次，穩(wěn)結(jié)態(tài)最少，平均含量分別為12.75、4.07和0.42 g/kg，且埋藏古水稻土含量＞現(xiàn)代耕作土含量。從剖面空間分布上看，各結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量變化幅度較大，現(xiàn)代耕作土松結(jié)合態(tài)含量呈先下降后上升趨勢，穩(wěn)結(jié)合態(tài)呈下降趨勢，緊結(jié)合態(tài)呈下降后平穩(wěn)趨勢；埋藏古水稻土松結(jié)合態(tài)含量呈下降趨勢，穩(wěn)結(jié)合態(tài)緩慢上升趨勢，緊結(jié)合態(tài)呈先下降后上升趨勢。

古水稻土；有機(jī)無機(jī)復(fù)合度；結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)；組成特征

腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)在微生物作用下形成的復(fù)雜而較穩(wěn)定的大分子有機(jī)化合物。它是土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成部分，一般占有機(jī)質(zhì)總量的50%～70%[1]。土壤中的腐殖物質(zhì)大多是與礦物部分相結(jié)合，形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體而存在，由于結(jié)合的方式和松緊程度不一，可分為松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)和緊結(jié)態(tài)3種腐殖質(zhì)[2-3]，它們在固碳和肥力特性上各不相同。不同結(jié)合形態(tài)腐殖質(zhì)對于土壤結(jié)構(gòu)、性狀具有不同的影響，對土壤的肥沃狀況也有很大的影響[4-5]。因而，關(guān)于不同土壤環(huán)境條件下土壤的腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及其與肥力的關(guān)系[6-7]、不同培肥措施與土壤腐殖質(zhì)形態(tài)[8-9]及有機(jī)物料施用對土壤腐殖質(zhì)形態(tài)的影響[10]等方面進(jìn)行了大量研究。而對于古水稻土，特別是埋藏古水稻土態(tài)腐殖質(zhì)的結(jié)合形態(tài)及其演變過程的研究則少見，筆者以澧陽平原埋藏古水稻土為例，研究了其有機(jī)無機(jī)復(fù)合度及土壤腐殖質(zhì)的結(jié)合形態(tài)，并與現(xiàn)代耕作水稻土進(jìn)行了比較，以期為水稻土有機(jī)質(zhì)的提升、土壤固碳過程、土壤腐殖質(zhì)形態(tài)的演變等方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

澧陽平原是湖南史前遺址分布最為密集、文化序列最清晰的地區(qū)，出土的古水稻粒距今8 000 a以上。澧陽平原為澧水沖擊形成，自然地貌為平原丘林，土壤肥沃。位于長江中下游區(qū)域，水源充足， 屬于大陸性氣候特征，四季分明，降水充沛。杉龍崗古水稻土遺址位于湖南常德臨澧縣新安鎮(zhèn)一條東西走向的崗地西部，屬于新石器前期遺址，文化面貌屬于彭頭山文化。有眾多證據(jù)表明澧陽平原率先完成了人類由狩獵采集經(jīng)濟(jì)向稻作農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變，在這里發(fā)現(xiàn)了目前已知最早的人工栽培水稻。

1.2 土壤樣品的采集

供試土壤采集來自澧陽平原杉龍崗古水稻遺址剖面。分別采集3處土壤剖面為PA、PB、PC。根據(jù)考古鑒定、土壤平剖面特征的測定，剖面可分為2個(gè)特殊層次，其中剖面PA0-49 cm土層段、PB0-51 cm和PC0-39 cm土層段均為現(xiàn)代耕作水稻土層，剖面PA55-76 cm、PB51-63 cm和PC39-67 cm土層段均為距今約3 000年的埋藏古水稻土層。各土層土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 古水稻土遺址基本理化性質(zhì)

1.3 分析測定方法

土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合度和腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)的測定按傅積平連續(xù)測定方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

所有野外調(diào)查與分析測定數(shù)據(jù)均用Excel2003統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 古水稻土有機(jī)無機(jī)復(fù)合狀況

由表2可以看出：不同層次間，隨著剖面的加深其復(fù)合度基本上呈逐漸增高的趨勢。即耕作層＜犁底層＜潴育層?，F(xiàn)代耕作土與埋藏古水稻土相比較，一般現(xiàn)代耕作土復(fù)合度（50%～60%）＜埋藏古水稻土（60%～80%）。由此可見，現(xiàn)代耕作土與埋藏古水稻土有機(jī)無機(jī)復(fù)合狀況有差異，但變化量并不大。且埋藏古水稻土復(fù)合度大多在60%以上，未復(fù)合的僅有一小部分，這表明古水稻土壤有機(jī)物質(zhì)的腐化程度均很高，并且多數(shù)與無機(jī)復(fù)合體形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體。

2.2 古水稻土松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)（H1）的組成及空間分布

松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)（H1）是土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的重要組成部分，主要是由鐵、鋁或其水化氧化物聯(lián)結(jié)的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體[8]。從表3可以看出，現(xiàn)代耕作水稻土松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的變化范圍為2.4～14.8 g/kg，埋藏古水稻土含量范圍為6.7～19.99 g/kg。其中從總體上看，3處剖面的埋藏古水稻土松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量要高于現(xiàn)代耕作土。

根據(jù)圖1可以看出，松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量的變化趨勢在現(xiàn)代耕作水稻土中，剖面PA、PB、PC松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量耕作層至犁底層分別下降了3.1、12.4和5.7 g/kg，犁底層至潴育層又分別上升了1.1、7.7和7.5 g/kg。其變化趨勢先上升后下降，變化幅度比較大。在埋藏古水稻土層中，剖面PB、PC松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的含量耕作層至犁底層分別下降了3.8、1.5 g/kg，犁底層至潴育層分別下降了6.5、2.4 g/kg，其變化趨勢是逐漸下降，且變化幅度較小。這說明埋藏古水稻土松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性高于現(xiàn)代耕作水稻土。

2.3 古水稻土穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)（H2）的組成及空間分布

表2 古水稻土結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)有機(jī)無機(jī)復(fù)合度

表3 古水稻土結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的組成 (g/kg)

圖1 古水稻土松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量空間分布

穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)（H2）是土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)相對含量較少的組分，主要是由鈣離子聯(lián)結(jié)的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體。從表3可以看出，現(xiàn)代耕作土穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的變化范圍為0.25～3.96 g/kg，埋藏古水稻土含量范圍為0.28～0.49 g/kg。其中現(xiàn)代耕作水稻土的耕作層最高，分別為PA3.69、PB 2.84和PC 2.70 g/kg，而埋藏古水稻土中潴育層穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量最高，分別為PB0.47、PC0.49 g/kg。從總體上看，3處剖面的埋藏古水稻土穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量低于現(xiàn)代耕作土。

根據(jù)圖2可以看出，穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量的變化趨勢在現(xiàn)代耕作水稻土中，剖面PA、PB、PC穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量從耕作層至犁底層分別下降了3.12、1.54、1.73 g/kg，犁底層至潴育層分別下降0.56、0.85、0.72 g/kg，其含量變化趨勢是逐漸減少，變化幅度較小。在埋藏古水稻土層中，剖面PB、PC穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)從耕作層至犁底層分別上升了0.14、0.07 g/kg，犁底層至潴育層上升了0.05、0.23 g/kg，其含量變化趨勢是逐漸增加，變化幅度不大。可見，隨著土層深度的增加埋藏古水稻土穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的含量比現(xiàn)代耕作水稻土朝著更加穩(wěn)定的趨勢變化。

圖2 古水稻土穩(wěn)結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量空間分布

2.4 古水稻土緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)（H3）的組成及空間分布

緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)（H3）是土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的重要組成部分之一，也是同土壤礦物質(zhì)顆粒結(jié)合最緊的有機(jī)無機(jī)復(fù)合體。從表3可以看出，現(xiàn)代耕作水稻土緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的變化范圍為2.97～6.72 g/kg，古水稻土含量范圍為3.10～4.67 g/kg?，F(xiàn)代耕作水稻土中耕作層緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量最高，PA、PB和PC分別為6.72、6.67和6.12 g/kg，埋藏古水稻土中同樣以耕作層最高，PA、PB和PC分別為4.47、3.79和4.60 g/ kg。從總體上看，3處剖面的埋藏古水稻土緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量均低于現(xiàn)代耕作土。

根據(jù)圖3可以看出，緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量變化在現(xiàn)代耕作水稻土中，3處剖面緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量從耕作層至犁底層分別下降了3.47、2.66、2.12 g/kg，犁底層至潴育層基本上含量保持不變，其變化趨勢是先下降后趨于平穩(wěn)。在埋藏古水稻土中，剖面PB、PC緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量從耕作層至犁底層分別下降了0.31、0.13 g/kg，從犁底層至潴育層上升了0.14、0.43 g/kg，其變化趨勢是先下降后上升，變化幅度不大。這表明，土壤緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的含量隨著土層深度的增加而其穩(wěn)定性較差。

3 結(jié) 論

現(xiàn)代耕作水稻土中有機(jī)無機(jī)復(fù)合量在3.2～7.6g/kg之間，隨著土層的增加而減少，埋藏古水稻土有機(jī)無機(jī)復(fù)合量在4.2～8.3 g/kg之間，且隨著土層深度的增加而減少?，F(xiàn)代耕作水稻土復(fù)合度在47.39%～69.64%之間，埋藏古水稻土復(fù)合度在59.38%～80.13%之間,且隨著土層深度的增加而增加?？傮w上看埋藏古水稻土復(fù)合度要高于現(xiàn)代耕作水稻土。

圖3 古水稻土緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量空間分布

澧陽平原杉龍崗古水稻土遺址結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量最多的為松結(jié)合態(tài)，其次是緊結(jié)合態(tài)，最后是穩(wěn)結(jié)合態(tài)。其中，埋藏古水稻土腐殖質(zhì)松結(jié)合態(tài)含量要高于現(xiàn)代耕作水稻土，而現(xiàn)代耕作水稻土穩(wěn)結(jié)合態(tài)和緊結(jié)合態(tài)含量都要高于埋藏古水稻土。

古水稻土遺址結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)各組成含量變化趨勢為，在古水稻土中均為耕作層與犁底層稍有上升降、潴育層以下基本穩(wěn)定；在現(xiàn)代耕作水稻土中只有穩(wěn)結(jié)合態(tài)、緊結(jié)合態(tài)隨土層深度增加均表現(xiàn)為明顯下降。這就說明古水稻土中各結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)只有穩(wěn)結(jié)合態(tài)朝著越來越穩(wěn)定的趨勢變化，而松結(jié)合態(tài)與緊結(jié)合態(tài)含量變化較大，也體現(xiàn)出古水稻土受到現(xiàn)在耕作水稻土腐殖物質(zhì)遷移的影響。而現(xiàn)代耕作水稻土中隨著深度的增加腐殖質(zhì)含量逐漸下降，穩(wěn)定性較強(qiáng)的腐殖質(zhì)逐步在表層積累，而穩(wěn)定較差的部分不斷向下遷移。

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（責(zé)任編輯：高國賦）

Organic and Inorganic Compound and Humus Combined Form in the Ancient Paddy Soil of Liyang Plain

FAN Teng-fang，ZHOU Wei-jun，GUO Zi-chuan，LIU Pei

（College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

The organic mineral complex degree, humus combined forms and its spatial distribution were studied with the method of sampling outdoor and analytic determination in buried ancient paddy soil of Liyang Plain. The results showed that the amount of organic mineral complex decreased with increase of the depth, however the inverse results was observed on the organic mineral complex degree, while the organic mineral complex degree of buried ancient paddy soil was greater than that of the modern cultivated soil. The loose combined humus was main in ancient paddy soil, the second was tight combined humus, thus was stably combined humus, their content were by 12.75, 4.07 and 0.42 g, respectively, while the content of buried ancient paddy soil was higher than that of the modern cultivated soil. The change of the different combined forms humus content was greater in ancient paddy soil at spatial distribution, the content of loose combined humus decreased with increase the depth in soil profile, however that of the stably combined humus gradually raised, while the trend of the first decline then rise was recorded in tight combined humus in the buried ancient paddy soil. The content of the loose combined humus indicated the trend of first rise and then increased, the stably combined humus gradually decreased, and the tight combined humus showed the change of first downward after the steady in the modern cultivated soil.

ancient paddy soil; organic-inorganic composite; combined humus; composition characteristic

S155.32

A

1006-060X（2017）04-0051-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.004.014

2017-02-13

國家自然科學(xué)基金（41371228）

樊騰芳（1990-），男，湖南婁底市人，碩士，主要從事土地資源與環(huán)境信息技術(shù)方面的研究。

周衛(wèi)軍