川西稻田改為茶園后土壤pH和腐殖質組成剖面分布變化特征

袁大剛，蒲光蘭，程偉麗，王昌全，何 剛

(四川農業大學 資源學院，四川 成都 611130)

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川西稻田改為茶園后土壤pH和腐殖質組成剖面分布變化特征

袁大剛，蒲光蘭，程偉麗，王昌全，何 剛

(四川農業大學 資源學院，四川 成都 611130)

為了探討稻田及由稻田改造的茶園這2種土地利用方式下，土壤pH和腐殖質組成的剖面分布特征，按等間距采樣法采集土樣，分析各土層pH、腐殖質總碳及其組分含量。結果表明：(1)稻田和茶園土壤均呈酸性至強酸性反應，植茶加劇了土壤的酸化；(2)稻田和茶園土壤腐殖質總碳及其組分含量自上而下均呈遞減趨勢，且剖面分布特征與土地利用和植物根系分布密切相關，在稻田30 cm以下土層中顯著降低，在茶園0—60 cm土層內緩慢降低；(3)稻田改為茶園，有利于土壤腐殖質總碳(CT)、腐殖酸碳(CHA+FA)和富里酸碳(CFA)的形成與積累，而胡敏酸碳(CHA)和胡敏素碳(CHM)含量因土層不同而有差異，在0—30 cm土層內不利于其積累，但在40—60 cm土層內表現出明顯的積累特征；(4)各土層CFA/CT和CHA+FA/CT表現為茶園>稻田，CHM/CT為稻田>茶園；而CHA/CFA和CHA/CT因土層不同而有異，0—30 cm范圍內表現為稻田>茶園，而40—60 cm范圍內表現為茶園>稻田；(5)土壤pH越低，腐殖質總碳及其各組分含量越高；反之，腐殖質總碳及其各組分含量越高，pH越低。

稻田；茶園；pH；腐殖質；垂直分布

土壤pH是土壤最基本的化學性質之一，受成土母質、生物氣候、人為活動等成土條件控制，也受土壤有機質含量和類型等影響[1]。土壤pH對土壤中的氧化-還原、溶解-沉淀、吸附-解吸和配合反應起支配作用，在元素的釋放、遷移、固定，植物生長和微生物活動中起重要作用。土壤腐殖質是土壤重要的組成部分，按不同的酸堿提取過程，可分為富里酸、胡敏酸和胡敏素，其組成和特性也受成土母質[1-2]、植被類型[1，3]、人為活動[1，4-6]、土壤酸度[7-9]等影響。腐殖質可反映一定的成土條件和過程[2]，在土壤肥力和全球碳循環中有重要作用。

由于長期滯水潴育、側滲漂洗等作用，川西臺地廣泛分布具漂白層的土壤——漂洗黃壤。這類土壤由于其平坦的地形條件，一直被作為水稻種植基地，土壤類型由漂洗黃壤水耕熟化而變為漂洗水稻土。近年來，由于茶葉經濟效益較好，而漂洗水稻土為酸性土壤，可以種茶，因此，不少類似地塊由種植水稻轉變為種植茶樹，土壤水分狀況、亞鐵離子含量等理化性質發生明顯改變[10]，土壤pH和腐殖質組成與特性也相應發生變化。本文擬探討土地利用方式/覆被變化前后土壤pH及腐殖質組分的垂直變化特征，以期為該區域土地合理利用與科學管理，促進農業可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區地處四川盆地西緣的名山縣，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，雨量充沛，溫暖濕潤，年均氣溫15.4 ℃，年均降水量1 500 mm，年均日照1 018 h，年均無霜期298 d，年均相對濕度82%。臺地地貌，老沖積(第四系統更新沉積物)母質，土壤類型為漂洗水稻土及受水耕熟化影響的漂洗黃壤。土地利用方式為稻田和由稻田改造的7 a生茶園，其中，稻田由于水利失修和經濟效益較差而疏于管理，漏水漏肥較嚴重；茶園由于經濟效益較好，秋冬季施用農家肥、采摘季節施用尿素等，土壤管理措施得到加強。

1.2 樣品采集

在四川省名山縣縣城附近第五級階地選擇處于相同地貌的稻—油輪作稻田及由其改造的7 a生茶園作為研究對象，于2010年5月采集土壤樣品。采樣時，在采樣點用荷蘭Eijkelkamp公司生產的不銹鋼土鉆按10 cm間距從土壤表層向下取土，取土深度為110 cm，即每個采樣點采集11個土壤樣品；2種土地利用類型分別采3個樣點，共采集6個樣點66個土壤樣品。所采樣品風干后，挑出枯枝落葉、侵入體和石礫等，磨細，過篩，備用。

1.3 指標及其測定方法

土壤pH(H2O)和pH(KCl)用電位法測定，土水質量比均為1∶2.5，分別反映活性酸與交換性酸數量；腐殖質總碳(CT)用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定；腐殖質組成中，腐殖酸總碳用焦磷酸鈉-氫氧化鈉混合浸提劑提取，胡敏酸通過往焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取液中加硫酸形成沉淀而分離，提取、分離的腐殖酸總碳(CHA+FA)和胡敏酸碳(CHA)均用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定；富里酸碳和胡敏素碳通過差減法計算得到：富里酸碳(CFA)=CHA+FA-CHA，胡敏素碳(CHM)=CT-CHA+FA[11]。

1.4 數據處理

用Excel 2003軟件進行描述性統計分析與剖面分布圖制作，用DPS 7.05進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 稻田和茶園土壤pH的剖面分布特征

土壤pH是土壤酸度的強度指標，是土壤最基本的化學性質之一。土壤pH(H2O)反映了土壤活性酸的數量，由圖1可知，無論稻田還是茶園，沿土壤剖面自上而下總體上均呈逐漸升高的趨勢；土壤pH(KCl)反映了土壤交換性酸的數量，在稻田土壤剖面中自上而下表現出先升高后降低再升高的特征，而在茶園土壤剖面中則表現出先升高后降低的特征。無論是pH(H2O)還是pH(KCl)，30 cm以內土層均表現出從表層向下pH逐漸升高的趨勢，即表層酸性更強，說明表層酸度更容易受氮肥施用、酸雨等的影響而變酸；同時pH值均表現為稻田>茶園，這是因為稻田淹水使土壤趨于中性，而植茶則會促進土壤酸化，這與公認結論一致。

圖1 稻田和茶園土壤pH的垂直分布特征Fig.1 The vertical distribution characteristics of soil pH under paddy field and tea garden

2.2 稻田和茶園土壤腐殖質組成的剖面分布特征

2.2.1 CT

由圖2可知，無論茶園還是稻田，土壤CT自上而下均呈遞減的特征，稻田CT含量在30 cm以下土層趨于穩定，而茶園CT含量在60 cm以下土層才趨于穩定。這可能是受人類活動和植物根系分布特征影響所致：稻田0—30 cm土層為耕作層，其中含一緊實的犁底層，植物根系在犁底層中穿插困難；同時，0—30 cm土層也是水稻、油菜兩種作物根系的主要分布區域，因此，稻田0—30 cm土層CT含量顯著高于30 cm以下土層。而茶樹種植需打破犁底層，同時茶樹根系分布相對較深，約60 cm，因而在0—60 cm土層，土壤CT含量隨深度增加而逐漸降低，在60 cm以下土層趨于穩定。一般認為，稻田土壤有利于有機質的積累，但在本研究中，茶園土壤也表現出較強的碳增匯效應，CT含量在60 cm以上土層總體表現為茶園>稻田，這與茶園每年施用大量豬糞、油枯等有機肥以及產生大量茶樹枯落物[12]有關；30 cm以上土層茶園與稻田土CT含量相差不大，這可能與有機質的礦質化和腐殖化過程在同樣的氣候、地形和土壤等條件下趨于平衡有關；此外，由于根系對60 cm以下土層影響較小，稻田和茶園60 cm以下土層CT含量趨于一致。

2.2.2 CHA

由圖2可知，稻田和茶園土壤CHA含量沿土壤剖面自上而下也呈遞減趨勢，其中，稻田CHA含量在30 cm以下土層較30 cm以上土層顯著降低，向下趨于穩定；而茶園土壤CHA含量自上而下緩慢下降，自60 cm土層向下趨于穩定。稻田與茶園相比，0—30 cm土層CHA含量為稻田>茶園，尤以表層20 cm差異顯著，可能與土壤水分狀況、耕作制度及土壤pH有關。淹水種稻有利于胡敏酸的形成[1-2，4]，同時，土壤呈酸性反應(圖1)，胡敏酸易于沉淀，遷移能力差，不易淋失而有利于積累，與李玉琴等[6]的研究結果一致。但在30 cm以下土層CHA含量為茶園>稻田，這可能是因為胡敏酸與富里酸有發生學聯系，30 cm以上土層形成的大量富里酸向下遷移后轉化為胡敏酸而淀積，從而導致CHA含量為茶園>稻田。

2.2.3 CFA

由圖2可知，與CT相似，稻田和茶園土壤CFA沿土壤剖面自上而下呈遞減趨勢。稻田30 cm以下土層CFA含量較30 cm以上土層顯著降低，并向下趨于穩定；而茶園土壤在整個剖面上表現為逐漸降低，60 cm以下土層趨于穩定。整個剖面土壤CFA含量均表現為稻田<茶園，且以表層20 cm差異最顯著。這是因為：①稻田淹水利于富里酸的滲洗[2]，尤其是酸性土壤，由于富里酸的酸溶性，其遷移能力更強，從而更利于淋失；②水改旱后CHA含量降低，CFA含量升高[13]；③強酸性土壤中CFA含量較高[14]；④茶樹每年產生大量枯枝落葉，其中茶多酚含量較高，從而導致土壤中酚類物質積累較多[15]，按多酚學說，其淋出液中的多酚可能最先形成大量富里酸，從而導致其CFA含量較無淹水季節的茶園低，Duan等[16]最近的研究結果也證實了添加茶多酚可以增加土壤CFA含量。CFA穩定性低于CHA，其含量增加不利于土壤碳的固存；富里酸酸性強于胡敏酸，CFA含量增加可能使pH降低。

2.2.4 CHA+FA

由圖2可知，與CFA剖面分布規律一致，稻田和茶園土壤CHA+FA含量從上至下呈遞減趨勢，但稻田30 cm以下土層CHA+FA含量顯著降低，且趨于穩定，而茶園土壤在整個剖面上逐漸降低，至60 cm以下土層才趨于穩定。整個剖面，尤其是60 cm以上土層，CHA+FA含量均表現為茶園>稻田，這可能是土壤胡敏酸與富里酸相互轉化及遷移與累積綜合作用的結果。

2.2.5 CHM

由圖2可知，與CT類似，稻田和茶園土壤CHM自上而下總體均呈遞減趨勢，其中稻田CHM含量在30 cm以下土層趨于穩定，與水稻土犁底層位置相一致；而茶園CHM含量在60 cm以下土層才趨于穩定，與其根系分布相一致。稻田和茶園土壤CHM含量在0—30 cm土層和60 cm以下土層均為稻田>茶園，而30—60 cm土層表現為茶園>稻田。李玉琴等[6]在川西低山區土壤腐殖質組成研究中也發現，0—30 cm土層CHM也表現為稻田>茶園，說明稻田表層較茶園表層更有利于胡敏素的累積。胡敏素與礦質部分緊密結合，是一種惰性腐殖質，從而利于碳的固定。

圖2 稻田和茶園土壤腐殖質組成的垂直分布特征Fig.2 The vertical distribution characteristics of soil humus fractions under paddy field and tea garden

2.3 稻田和茶園土壤腐殖質組成化學計量比的剖面分布特征

2.3.1 CHA/CFA

CHA/CFA可反映土壤腐殖質組成特征、形成條件和腐殖酸結構的復雜程度，其值越大，胡敏酸相對含量越高，腐殖酸分子量增大，分子結構越趨于復雜；反之，富里酸含量高，結構簡單。由圖3可知，稻田0—30 cm土層的CHA/CFA自上而下逐漸降低，而30 cm以下各土層波動較大；茶園土壤CHA/CFA在整個剖面上總體表現為自上而下逐漸增加的趨勢，但各土層間差異不顯著。稻田與茶園相比，在30 cm以上土層，CHA/CFA表現為稻田>茶園，與李玉琴等[6]的研究結果一致，這可能是因為長期漬水有利于富里酸的滲洗及胡敏酸的形成與積累，從而導致CHA/CFA值較高[2]；也與楊東方等[13]水改旱后土壤腐殖質中易礦化的組分增加，HA/FA值下降的研究結果一致，但與其水改旱后，與粘粒結合的腐殖質中，HA/FA值升高的研究結果相反。

圖3 稻田和茶園土壤腐殖質組成化學計量比的垂直分布特征Fig.3 The vertical distribution characteristics on stoichiometry of soil humus fractions under paddy field and tea garden

2.3.2 CHA/CT

由圖3可知，稻田CHA/CT自上而下剖面垂直分布總體呈現出遞減的趨勢，而茶園土壤則呈現出遞增的趨勢，這可能是由于稻田CHA降低的比例高于CT降低的比例，而茶園CHA降低的比例低于CT降低的比例。稻田與茶園相比，0—30 cm土層的CHA/CT值為稻田>茶園，與李玉琴等[6]的研究結果一致；30 cm以下土層為茶園>稻田，表明在30 cm以下各土層，茶園土壤的胡敏酸比例較稻田土壤高，腐殖化過程中胡敏酸的形成是重要方向。

2.3.3 CFA/CT

由圖3可知，稻田土壤30 cm以上土層的CFA/CT明顯高于30 cm以下土層，30 cm以下各土層CHA+FA/CT差異較小；茶園土壤40 cm以上土層的CFA/CT基本一致，但40 cm以下各土層的CFA/CT有一定波動。稻田與茶園相比，各土層的CFA/CT也均表現為茶園>稻田，與李玉琴等[6]的研究結果一致，進一步證實茶園土壤腐殖化過程中富里酸的積累是重要方向。

2.3.4 CHA+FA/CT

CHA+FA/CT是土壤腐殖化程度的指標[14]。由圖3可知，稻田土壤30 cm以上土層的CHA+FA/CT明顯高于30 cm以下土層，30 cm以下各土層的CHA+FA/CT差異較小；茶園土壤40 cm以上土層的CHA+FA/CT基本一致，但40 cm以下各土層的CHA+FA/CT有一定波動。稻田與茶園相比，各土層CHA+FA/CT均表現為茶園>稻田，與李玉琴等[6]在川西低山區土壤腐殖質組成研究中的結果一致，表明茶園土壤腐殖化程度較高。由2.3.1節可知，30 cm以上土層CHA/CFA表現為稻田>茶園，這表明茶園表層土壤腐殖化過程以富里酸的形成為主要方向。

2.3.5 CHM/CT

由圖3可知，稻田和茶園土壤CHM/CT的剖面分布與CHA+FA/CT基本相反。從稻田與茶園的比較來看，各土層CHM/CT均表現為稻田>茶園，即稻田土壤中胡敏素比例較茶園土壤高，這與李玉琴等[6]的研究結果一致，進一步說明稻田表層較茶園表層更有利于胡敏素的累積。

2.4 土壤pH與腐殖質組成及其化學計量比的相關關系

由表1可知，土壤CT，CHA+FA，CHM，CHA，CFA兩兩間均呈顯著或極顯著正相關關系，表明腐殖質組分之間及腐殖質組分與總量之間關系密切。pH(H2O)與CT，CHA+FA，CHM，CHA，CFA間均呈極顯著的負相關關系，表明CT，CHA+FA，CHM，CHA，CFA與土壤酸度密切相關，二者相互影響，土壤酸性越強，腐殖質總碳及其組分含量越高；反之，腐殖質總碳及其組分含量越高，土壤酸性越強。本研究中，茶園土壤表層pH低于4.5，屬強酸性土壤，不利于大多數細菌和放線菌活動，即不利于有機碳的礦質化，而有利于有機碳的腐殖化，因而腐殖質與pH呈上述相關關系。另一方面，富里酸和胡敏酸是土壤酸性的重要來源，因而表現出其含量越高pH值越低。

表1 土壤pH與腐殖質組成及其化學計量比的相關系數矩陣

Table 1 Correlation coefficient between pH and humus fractions in bleached paddy soil

指標pH(H2O)pH(KCl)CTCFACHACHA+FACHMCHA/CFACHA+FA/CTCHA/CTCFA/CTpH(KCl)0.62**CT-0.91**-0.44*CFA-0.88**-0.57**0.91**CHA-0.63**-0.160.78**0.46*CHA+FA-0.91**-0.51*0.98**0.96**0.69**CHM-0.89**-0.390.99**0.86**0.83**0.96**CHA/CFA0.140.270.03-0.260.42*-0.080.11CHA+FA/CT-0.55**-0.45*0.410.50*0.240.49*0.35-0.34CHA/CT-0.28-0.180.2500.63**0.20.280.390.53**CFA/CT-0.51*-0.48*0.320.53**0.010.44*0.24-0.54**0.93**0.26CHM/CT0.53**0.48*-0.36-0.46*-0.21-0.44*-0.30.35-0.98**-0.55**-0.95**

注：*和**分別表示顯著(P≤0.05)與極顯著(P≤0.01)。

3 結論

(1)稻田和茶園土壤均呈酸性至強酸性反應，植茶加劇了土壤的酸化。

(2)稻田和茶園土壤腐殖質總碳及其組分自上而下均呈遞減趨勢，且剖面分布規律與土地利用和植物根系分布密切相關。稻田在30 cm以下土層顯著降低，茶園土在0—60 cm土層范圍內緩慢下降。

(3)植茶有利于土壤表層腐殖質總碳、富里酸碳的形成與積累及胡敏酸碳和胡敏素碳的轉化，而不利于胡敏酸碳和胡敏素碳的積累。盡管植茶有利于土壤腐殖化程度提高，但表層土壤腐殖化過程以富里酸形成為主要方向。

(4)土壤腐殖質總碳及其組分與土壤酸度密切相關，二者相互影響，土壤酸性越強，腐殖質總碳及其組分含量越高；反之，腐殖質總碳及其組分含量越高，土壤酸性越強。

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(責任編輯 高 峻)

Changes in vertical distribution characteristics of soil pH and humus fractions after paddy field switched to tea garden in west Sichuan Basin

YUAN Da-gang， PU Guang-lan， CHENG Wei-li， WANG Chang-quan， HE Gang

(CollegeofResources，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，China)

In order to investigate the vertical distribution characteristics of soil pH and humus fractions in bleached paddy soil under 2 land use types， i.e. tea garden and paddy field， the pH， and the content of total humus carbon (CT) and its fractions in each soil layer were studied by sampling method of equal interval. The results were as follows: (1) Both paddy field and tea garden soil showed acid to strong acid reaction. However， after tea plantation， the acidification of bleached paddy soil increased; (2) On the whole， the vertical distribution characteristics about the content of CTand its fractions under both paddy field and tea garden appeared descend trend from surface layer to bottom layer. Meanwhile， the profile distribution characteristics of CTand its fractions were closely related to root distribution depth. The content of CTand its fractions below 30 cm soil layer under paddy field declined significantly. However， within 0—60 cm range under tea garden， it declined slowly; (3) The transformation from paddy field into tea garden favored the formation and accumulation of total humus carbon(CT) and fulvic acid carbon (CFA). On the other hand， the content of humic acid carbon (CHA) and humin carbon (CHM) varied within different soil layers， as they were only accumulated in 40—60 cm soil layer other than in 0—30 cm soil layer; (4) The value of CFA/CTand CHA+FA/CTin each soil layer of tea garden was higher than that in paddy field， but the CHM/CTvalue was higher in paddy field than in tea garden. The value of CHA/CFAand CHA/CTvaried within different soil layers. For instance， in 0—30 cm soil layer， it was higher in paddy field than that in tea garden. However， it was higher in tea garden than that in paddy field in 40—60 cm soil layer; (5) When the pH value was lower， the content of total carbon and its fractions were higher， and vice versa.

paddy field; tea garden; pH; humus; vertical distribution

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.01.18

2015-06-09

國家自然科學基金(41371230；40801079)

袁大剛(1975—)，男，重慶云陽人，博士，副教授，主要從事土壤資源可持續利用研究。E-mail: gangday@sohu.com

S151.1

A

1004-1524(2016)01-0104-06

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2016，28(1):104-109

袁大剛，蒲光蘭，程偉麗，等. 川西稻田改為茶園后土壤pH和腐殖質組成剖面分布變化特征[J].浙江農業學報，2016，28(1)：104-109.