水田長期改建苗圃后土壤性狀的變化研究

周成云，鄭銘潔，章明奎，董代幸，夏曉燕

(1.杭州市富陽區農業技術推廣中心，浙江 杭州 311400； 2.建德市農技推廣中心 土壤肥料站，浙江 建德 311600;3.浙江大學 環境與資源學院，浙江 杭州 310058)

水稻土是中國南方地區重要的耕地資源，因長期采用精耕細作及水耕熟化，其土壤養分和有機碳積累明顯[1-2]；同時，長期、頻繁的淹水與排水引起的干濕交替也促進了土壤水穩定性團聚體的形成，因此，水稻土常常有較好的結構性和良好的耕性[1,3-4]。近30 a來，南方地區已有較高比例的水稻土不再用于水稻生產[5]，有的被改種蔬菜、瓜果、茶樹、苗木等經濟作物。土地利用方式的改變明顯地影響著農田水分管理和耕作方式，從而引起土壤性態的演變[6]。近年來，有關土地利用方式對土壤質量的影響已有廣泛的調查[7-10]，對水稻土種植蔬菜、瓜果、茶樹及其他旱作后土壤物質的遷移轉化及性質的演變也有較多的報道[10-11]，但有關水稻土長期改為苗圃后土壤性狀變化特別是對深層土壤性狀的影響關注較少。為此，本研究在浙江省內同時采集了由水田起源的不同類型的苗圃表層土壤與剖面分層土壤，以長期種植水稻農田為對照，分析了土壤含水量、水穩定性團聚體、容重、飽和導水率、有機碳、活性有機碳、微生物生物量碳、有效磷、速效鉀和pH等指標，探討了水田改為苗圃后對表層和深層土壤性狀的影響。

1 材料與方法

1.1 研究土壤

研究土壤包括表層土壤和剖面土壤2類。表層土壤采樣深度0～15 cm，包括稻田和苗圃2種利用方式，采樣區域包括浙西的丘陵地區、浙北的水網平原和濱海平原。稻田土壤采自苗圃附近區域，共23個點位。苗圃土壤共42個點位，分為加土型、減土型和常規型3種情況。其中：加土型苗圃(11個)是指因原農田地勢較低，為適應苗木生長需要，種植苗木前在原農田上增加外源土壤物質，以增高地面高度；減土型苗圃(9個)是指在苗木出土時為了提高苗木的成活力，采用帶土移植，部分土壤物質與苗木同時移出農田，因無土壤物質補充，地面高度明顯下降；常規型苗圃(22個)是指種植過程中因帶出的土壤物質較少或經常補充土壤物質，地面高度無明顯變化。剖面土壤也分別采自以上3種地貌區，在每一地貌區同時采集苗圃(均屬于常規型苗圃)和稻田土壤剖面，每一采樣區苗圃均由水田改種而來，與對應的水田土壤類型相同，分別為黃筋泥田、青紫泥田和淡涂泥田，其質地依次為黏土、黏壤土和砂壤土。在每一地貌區內同時采集長期種植水稻的水田、改種苗木5～10 a和15 a的苗圃等3類用地，每類用地各采集3個點位的分層土樣(0～15、15～30、30～60、60～90和90～120 cm)，其中，0～15、15～30、30～60和60～90 cm土層通過挖掘標準土壤剖面采集，90～120 cm土層土樣用土鉆采集。采集工作于2019年11月進行。

1.2 分析方法

土壤容重在田間用容重圈直接取樣測定[12]。土壤含水率用新鮮土樣直接烘干測定。采集的土樣風干后分為二部分：一部分用于團聚體分析；另一部分過2和0.15 mm土篩用于理化分析。水穩定性團聚體組成用濕篩法測定[13]。土壤pH采用電位計測定[12]，土水比1∶2.5。土壤有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取法測定[13]。速效鉀用醋酸銨提取-火焰光度計法測定[13]。有機碳用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定[13]。活性有機碳采用0.333 mol·L-1高錳酸鉀氧化法測定[14]。土壤微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-硫酸鉀提取法測定[15]，提取液中可溶性總碳的含量用Shimadzu TOC自動分析儀測定。飽和導水率依據森林土壤滲透性測定方法(LY/T 1218—1999)測定。

2 結果與分析

2.1 表層土壤性狀的變化

2.1.1 物理性狀

表1可知，稻田改為苗圃后，土壤物理性狀發生了較大的變化，主要表現在水穩定性團聚體和飽和導水率下降，土壤容重增加。與水田比較，加土型、減土型和常規型苗圃土壤水穩定性團聚體含量平均分別下降20.25、23.51和8.21百分點，飽和導水率平均分別下降6.4%、25.7%和11.6%，容重平均增加11.4%、18.4%和13.2%。稻田改為苗圃后對減土型苗圃土壤物理性狀的負影響最為明顯，其次為對加土型苗圃的影響。表1結果還表明，加土型苗圃土壤的礫石含量明顯高于水田，也高于減土型和常規型苗圃。

表1 水田改建苗圃后表層土壤性狀的變化

2.1.2 有機碳和微生物生物量碳

稻田改為苗圃后，土壤有機碳、活性有機碳及微生物生物量碳均呈現明顯的下降(表1)。與水田比較，加土型、減土型和常規型苗圃土壤有機碳平均分別下降32.6%、32.3%和20.2%，活性有機碳平均分別下降54.0%、61.3%和41.5%，微生物生物量碳平均分別下降55.8%、66.0%和43.6%。稻田改為苗圃后，加土型、減土型苗圃對土壤有機碳、活性有機碳和微生物生物量碳的影響大于常規型苗圃，對土壤活性有機碳及微生物生物量碳的影響大于對土壤有機碳的影響。水田、加土型、減土型和常規型苗圃土壤活性有機碳占有機碳的比例平均分別為32%、22%、18%和24%，表明稻田改為苗圃后土壤中活性有機碳的占比也呈現下降趨勢。

2.1.3 養分和pH

稻田改為苗圃后，土壤有效磷、速效鉀均明顯下降，下降程度以加土型、減土型苗圃最為明顯(表1)。與稻田比較，加土型、減土型和常規型苗圃土壤有效磷平均分別下降35.6%、61.4%和30.7%，土壤速效鉀平均分別下降37.2%、25.9%和17.4%。常規型苗圃土壤pH也有明顯的下降，但加土型、減土型土壤pH卻有一定的提高。

2.2 剖面土壤性狀的變化

2.2.1 水分

表2為水稻收獲后冬季各采樣點測定的土壤含水量狀況。稻田改為苗圃后，隨著苗木種植時間的增加，土壤含水率呈下降趨勢，但下降狀況在各類土壤中的表現并不相同。對于丘陵地區的黃筋泥田，剖面各土層的土壤含水率隨苗木種植時間的增加均呈現明顯的下降，且深層土壤含水率的下降幅度更大，這在>15 a苗圃中尤為明顯。對于水網平原的青紫泥田和濱海平原的淡涂泥田，各土層含水率的下降幅度均是0～60 cm土層大于60～120 cm土層，且下降幅度低于丘陵地區的黃筋泥田。這2種土壤上種植苗木后其60～120 cm土層含水率變化較小。

表2 各類型土壤不同利用年限的含水率(n=3)

2.2.2 容重和pH

表3為土壤容重和pH的測定結果。稻田改為苗圃后土壤容重也發生了一定的變化，其變化有如下特點：0～15 cm(表層)土壤容重隨著苗木種植時間的延長逐漸增加，這與以上表層土壤的采樣分析結果一致；15～30 cm(相當于水田的犁底層)趨向下降；30 cm以下土層變化不明顯。稻田改為苗圃后土壤pH呈現下降，下降程度由剖面從上至下減小，變化主要發生在0～30 cm的土層中，在黃筋泥田最為明顯，在淡涂泥田中變化較小。

表3 各類型土壤不同利用年限的容重和pH(n=3)

2.2.3 有機碳

表4可知，除個別情況外，稻田改為苗圃后剖面土壤有機碳和活性有機碳均呈現下降趨勢。下降程度有如下特點：有機碳和活性有機碳下降量和下降程度由剖面從上至下減小；活性有機碳的下降幅度高于有機碳，種植苗木5～10 a和>15 a，0～15 cm的土層的有機碳分別下降5.3%～15.7%和12.8%～25.1%，活性有機碳分別下降22.5%～45.8%和45.1%～55.8%；下降幅度隨苗木種植時間的增加而增加；青紫泥田的有機碳和活性有機碳下降幅度低于黃筋泥田和淡涂泥田。對0～90 cm的土層有機碳貯量計算表明，種植苗木5～10 a和>15 a，黃筋泥田、青紫泥田和淡涂泥田有機碳貯量分別下降13.5%、1.0%、10.4%和21.1%、4.8%、12.9%，相應地活性有機碳貯量下降分別為45.5%、21.4%、23.0%和57.5%、43.7%、36.0%。由于活性有機碳的下降幅度高于有機碳，因此改為苗圃后，土壤剖面中活性有機碳/有機碳的比值也隨苗圃時間的增加而下降。

表4 各類型土壤不同利用年限的有機碳和活性有機碳(n=3)

2.2.4 有效磷和速效鉀

表5可知，稻田改為苗圃后剖面土壤有效磷和速效鉀也呈下降趨勢，但主要影響發生在0～15 cm或0～15和15～30 cm的土層中。其中，土壤有效磷的下降幅度大于速效鉀的下降，種植苗木5～10 a和>15 a，0～15 cm的土層的有效磷分別下降13.6%～37.3%和35.2%～45.4%，速效鉀分別下降8.0%～10.3%和8.3%～13.4%。

表5 各類型土壤不同利用年限的有效磷和速效鉀(n=3)

3 討論

水田改為苗圃后，整個剖面土壤含水量呈現明顯下降，改苗圃對深層土壤含水量下降的影響在黃筋泥田中尤為突出，對青紫泥田和淡涂泥田的影響較小。土壤含水量的下降顯然與通過灌溉補充的水量減少有關。不同土壤上種植苗木后土壤含水率的變化趨勢不同，可能與它們受地下水影響不同有關。丘陵地區的黃筋泥田地下水分布很深，120 cm土層中基本不受地下水的影響，改種苗木后因缺乏地表灌溉水的影響，進入土壤的水分明顯地減少，深層水分因長期蒸發損失而持續下降，導致深層土壤的干化；而對于水網平原的青紫泥田和濱海平原的淡涂泥田，雖然種植苗木后地表入水量下降，但因地下水位較高，深層土壤水分得到不斷補充，含水量下降較少。

長期種植苗木后，表層土壤有機碳、微生物生物量碳和水穩定性團聚體含量普遍下降，活性有機碳/有機碳的比例也逐漸變低。土壤有機質的下降可能有3個方面的原因：一是有機質補充減少，種植水稻的情況下，因采取秸稈還田，有較多的有機物質進入土壤，而種植苗木因苗木個體較小，通過枯葉方式進入土壤的有機物質數量有限；二是通氣性增加，加速了有機質的分解；三是因苗木移栽帶出了含有機質較高的土壤，而有機碳和活性有機碳下降量和下降程度由剖面自上至下減小顯然與上層土壤受人為干擾較大有關。活性有機碳為穩定性較弱的有機質，易受微生物的分解，因此，其下降高于有機碳的總量。青紫泥田的有機碳和活性有機碳下降幅度較小與該土壤通氣性相對較差有關。由于土壤微生物的活動與土壤有機碳密切相關，而有機碳含量對水穩定性團聚體的形成有很大的促進作用，因此，長期種植苗木后土壤微生物生物量碳和水穩定性團聚體含量與有機碳一樣呈現下降趨勢。而減土型苗圃因優質表土層的移走、加土型苗圃因加入苗圃中的外源土壤質量較差，因此，土壤有機碳、微生物生物量碳和水穩定性團聚體含量的下降比常規型更為明顯。另外，加土型苗圃表層土壤礫石含量的增加也與外源土壤中含有較多的石塊有關。

稻田改為苗圃后常規型苗圃土壤pH下降可能與改為苗圃后土壤缺乏淹水條件，對酸能產生緩沖作用的物質減少所致。由于水田土壤表層酸化明顯，其心土層高于表土，當原表土層逐漸移走后，新露出的是原水田中pH較高的心土層，因此，減土型苗圃土壤pH并沒有下降。而加土型苗圃土壤pH較高可能與外源土壤物質土壤pH較高有關。長期種植苗木后，表層土壤有效磷、速效鉀含量普遍下降可能與苗圃施肥量較低、養分補充不足有關。

4 小結

調查分析結果表明，水田長期改為苗圃后，可對土壤質量產生一定的負影響，不僅明顯降低表層土壤的水穩定性團聚體、有機碳、活性有機碳、有效磷和速效鉀含量，增加土壤的容重，增強土壤酸度，而且也可降低深層土壤的有機碳、活性有機碳含量和土壤含水量。總體上，水田長期改為苗圃后對丘陵地區黃筋泥田的影響大于對水網平原青紫泥田和濱海平原淡涂泥田的影響。