黃河下游沖積平原不同質地潮土的微形態特征

張保華 陶寶先 劉子亭 曹建榮

摘要：為探討土壤顆粒組成對微形態特征的影響，選擇山東省聊城市東昌府區潮土類三種質地土壤（壤土、粘壤土、砂壤土）樣品，分析其微形態特征的差異。結果表明：顆粒組成對土壤微結構、粗細顆粒分布、顆粒大小與圓度等產生明顯影響。壤質、粘壤質土壤表層形成了利于農業生產的團粒狀微結構，向下層逐漸變為囊孔、孔洞、孔道等微結構類型，砂質壤土全剖面為單粒狀微結構。壤質、粘壤質土壤粗細顆粒分布類型為斑晶嵌埋型，砂質壤土則為粗單一顆粒類型。土壤中粗顆粒均以石英為主、細顆粒均為分離斑點雙折射類型，但砂質壤土中粗顆粒粒徑較大、圓度較小。壤質、粘壤質土壤偶見土壤動物排泄物、膠膜等形成物。

關鍵詞：潮土;土壤質地;顆粒組成;微結構;粗細顆粒分布;形成物

中圖分類號：S152文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）07-0067-05

土壤微形態特征包括粗顆粒、細粒物質、土壤形成物、孔隙以及形態、空間分布和結構等，能反映土壤形成發育、土壤組成、物質遷移轉化過程及土壤發育演變與環境之間的關系，是野外土壤剖面研究的延續[1，2]，因此，諸多自然、人為因素均能影響土壤微形態特征。目前較多研究關注于人為因素對土壤微結構的影響，如秸稈還田[3]、有機無機肥料配施[4]、有機種植方式[5，6]、有機物料施用[7]等，這些措施均可促進良好土壤微結構的形成，有機物料施用還影響土壤孔隙數量和形態[8]。農業灌溉可增強土壤顆粒風化強度，增強顆粒細化、圓化程度，同時顯著增加殘積粘土數量且可出現淀積粘土[9]，農業耕作則可引起土壤顆粒的長度、等圓直徑、周長、面積減小和圓度增加[10]。上述文獻均提及了供試土壤的顆粒組成，但并未從土壤質地角度探討其微形態特征的差異。實際上，土壤顆粒組成對粗細顆粒（coarse/fine，c/f）分布、形成物等微形態特征能產生直接影響[11]。

因此，本研究以土壤質地復雜多變的黃河下游沖積平原為研究區域，選擇長期常規種植冬小麥-夏玉米的潮土類砂質壤土、壤土、粘壤土，分析不同質地土壤的微形態特征差異，以豐富土壤微形態特征與物理性質關聯理論，同時也為研究區土壤資源合理利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區位于山東省西部，E 115°14′～116°08′，N 36°16′～36°42′，屬暖溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫13.5℃，7月份氣溫最高，為26.9℃，1月份氣溫最低，為-2.5℃，年均降水量546.9 mm，夏季降水量占全年62.2%，年際變化大，雨熱同期。研究區為黃河沖積低平寬廣平原，緩崗、坡地、洼地交錯分布，海拔31～38 m，土壤以潮土為主，適宜多種農作物的種植，主要種植作物為冬小麥、夏玉米、油料作物、蔬菜等。

1.2 樣品采集及分析

2017年10月，在山東省聊城市東昌府區北城辦事處東魯村（壤土）、許營鎮繡衣集村（砂質壤土）、朱老莊鎮田莊村（粘壤土）選擇長期種植小麥-玉米地塊，挖取土壤剖面。0～25 cm 深度分5層取樣，每層5 cm。塑料盒（4 cm×4 cm×4 cm）取原狀樣品用于制作薄片、環刀（100 cm3）取原狀樣品用于容重測定，其它樣品用于土壤顆粒組成、有機質含量等理化性質分析。

用于薄片制作的原狀樣品利用198#不飽和聚酯樹脂+固化劑浸漬固化后，進行切片、粗磨、細磨，用環氧樹脂粘在載玻片上，之后再對另一面進行切片、粗磨、細磨，以冷杉膠粘蓋玻片，制成厚度約30 μm的土壤薄片，于偏光顯微鏡下觀察并照相。土壤微形態特征描述采用Georges Stoops（2003）術語體系[12]，顆粒大小等部分特征的定量測量使用Image Proplus 6.0軟件處理。

用于土壤顆粒組成、有機質含量測定的樣品在室內自然風干、研磨，分別過孔徑2.00、0.25 mm篩，土壤顆粒組成用吸管法測定，土壤有機質含量用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定。

2 結果與分析

2.1 土壤剖面描述

土壤剖面記錄與顆粒組成、容重等基本性質見表1。根據國際制土壤質地分類標準，許營樣地砂粒含量超過55%、粘粒少于15%，質地類型為砂質壤土;朱老莊樣地砂粒含量介于30%～55%、粘粒介于15%～25%，為粘壤土;北城樣地砂粒含量介于40%～55%、粘粒少于15%，為壤土。

隨深度增加，許營及北城樣地土壤容重表現為先增加后降低的趨勢;而朱老莊樣地則一直呈增加趨勢;土壤有機質含量均呈降低趨勢。在田間剖面挖取時，在深15 cm左右均出現較堅實的土層，分析應為大型農機具的廣泛應用、深松深度不夠，使得耕作層變薄、犁底層上移。

2.2 土壤微形態特征

2.2.1 微結構與孔隙 三種質地土壤中，壤質、粘壤質土壤微結構類型相似，兩者與砂質壤土差異較為明顯（圖1）。其中壤質、粘壤質土壤微結構存在土層間的變化，表層以高度分離、發育良好、不吻合的團粒狀微結構（granular microstructure）（圖1a、 b）為主，隨深度增加，微團聚體逐漸增大，發育與分離程度減弱（圖1c），至下層，弱度分離的微團聚體亦極少，逐漸演變為以塊狀（massive）、囊孔（vesicle）、孔洞（vugh）、孔道（channel）、板狀（platy）等微結構類型為主（圖1d、e）。孔隙類型同樣存在土層間的變化，表層以復合堆集孔隙（compound packing void）為主，下層逐漸演變為以孔洞、囊孔、孔道、面狀（plane）孔隙為主。

砂質壤土微結構各土層間變化極小，全剖面為單粒狀微結構（single grain microstructure），僅表層偶見發育、分離程度較差的微團聚體，孔隙則為簡單堆集孔隙（simple packing void）（圖1f）。

作為田間土壤結構目視觀察的延伸，影響土壤結構或者團聚體的因素也不同程度地影響著土壤微結構。一般認為，粘粒、有機質是影響土壤團聚體形成及穩定性的主要影響因素。本研究中，粘壤土粘粒含量最高，介于15%～25%，壤土、砂質壤土中粘粒含量差異不大（<15%），但前者粉粒含量明顯高于后者，砂質壤土則粘粒含量低（<15%）、砂粒含量大（>55%）;同時粘壤土、壤土有機質含量高于砂質壤土，從而在粘壤土和壤土表層形成了團粒狀微結構、下層形成了塊狀與囊孔等微結構類型，與砂質壤土的全剖面單粒狀微結構存在明顯不同。

2.2.2 基質 基質描述包括粗細物質分界、粗細相關分布（coarse/fine particles related distribution）、粗物質及其壘結、細物質及其壘結。

（1）粗細顆粒分界

本研究基于偏光顯微鏡的分辨力和土壤顆粒大小，將三種質地土壤的粗、細顆粒分界均定為10 μm， 即c/f10μm。

（2）粗細顆粒分布類型

三種質地土壤的粗細顆粒相對分布類型均不存在土層間差異。壤質、粘壤質均為開敞斑晶嵌埋（open porphyric）類型（圖1d、e），表現為粗顆粒嵌埋在細粒物質中、且粗顆粒間距離大于粗顆粒平均直徑的兩倍;砂質壤土則為粗單一顆粒（coarse monic）類型（圖1f），表現為粒徑均大于10 μm。

粗細顆粒相對分布類型的差異主要是土壤顆粒組成不同的結果，砂質壤土中僅0～5 cm土層粉、粘粒含量為31.8%，其它土層均低于30%，大顆粒松散堆積，形成與壤質、粘壤質土壤明顯不同的粗細顆粒分布類型。

（3）粗顆粒

土壤礦質粗顆粒，在壤質、粘壤質樣地以圓或次圓狀石英顆粒為主，多小于30 μm（圖1d、e），分選較好;砂質壤土則以次圓狀石英顆粒為主，多在30～70 μm（圖1f）。

腐殖化程度高的有機質在各土層均可見，分布較為分散，含量小于5%，大小多在100 μm以下（圖2a、d，圖片中黑色斑塊），但15 cm深度以下明顯減少。

（4）細顆粒

細粒物質均為灰色硅質粘粒，呈分離斑點雙折射類型（stipple speckled b-fabric）（圖1d、e、f）。受潮化作用、秸稈還田腐解影響，多被鐵質、有機物浸染。其中砂質壤土含量很少。

2.2.3 有機物 由于研究區近年大量的秸稈還田，薄片均可見到較多大小不一、分解程度不同的有機物（圖2a、b），但下層極少見，表明耕作中較少進行深松深翻、還田秸稈僅存在于表層。

2.2.4 土壤形成物 常見土壤形成物類型有膠膜（coating）、凝團（nodules）、填充物（infillings）、排泄物（excrements）等。由于研究區頻繁耕作，薄片中土壤形成物極少見，僅偶見表層蚯蚓糞便、下層孔隙膠膜（圖2c、d）。由于近年來農村生活垃圾集中收集處理、土雜肥極少施用等原因，未觀察到人為物。

3 討論與結論

土壤顆粒組成對部分微形態特征產生影響，表現在微結構類型、粗細顆粒分布類型、粗顆粒大小與圓度等方面存在明顯差異，且壤質、粘壤質土壤還存在土層間的微結構變化。

壤質、粘壤質土壤表層形成了利于農業生產的團粒狀微結構，向下逐漸變為較差的囊孔、孔洞、孔道等微結構類型;砂質壤土則全剖面為單粒狀微結構。壤質、粘壤質土壤礦質粗細顆粒分布均為斑晶嵌埋類型，砂質壤土則為粗單一顆粒類型。粗顆粒均以石英為主，但砂質壤土中顆粒較大、圓度較小;細顆粒均為分離斑點雙折射類型。新鮮有機物均是表層多、下層少。土壤形成物僅偶見排泄物、膠膜。

參 考 文 獻：

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