澧陽平原古水稻土有機無機復合度及腐殖質結合形態研究

樊騰芳，周衛軍，郭子川，劉 沛

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128）

澧陽平原古水稻土有機無機復合度及腐殖質結合形態研究

樊騰芳，周衛軍，郭子川，劉 沛

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128）

通過化學分析方法研究澧陽平原杉龍崗古水稻土和現代水稻土有機無機復合度及結合態腐殖質的組成及空間分布特征。結果表明：隨剖面深度的加深有機無機復合量減少，復合度則相反，且埋藏古水稻土復合度＞現代耕作土復合度。古水稻土腐殖質結合形態以松結態為主，緊結態其次，穩結態最少，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＞現代耕作土含量。從剖面空間分布上看，各結合態腐殖質含量變化幅度較大，現代耕作土松結合態含量呈先下降后上升趨勢，穩結合態呈下降趨勢，緊結合態呈下降后平穩趨勢；埋藏古水稻土松結合態含量呈下降趨勢，穩結合態緩慢上升趨勢，緊結合態呈先下降后上升趨勢。

古水稻土；有機無機復合度；結合態腐殖質；組成特征

腐殖質是土壤有機質在微生物作用下形成的復雜而較穩定的大分子有機化合物。它是土壤有機質的主要組成部分，一般占有機質總量的50%～70%[1]。土壤中的腐殖物質大多是與礦物部分相結合，形成有機無機復合體而存在，由于結合的方式和松緊程度不一，可分為松結態、穩結態和緊結態3種腐殖質[2-3]，它們在固碳和肥力特性上各不相同。不同結合形態腐殖質對于土壤結構、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，關于不同土壤環境條件下土壤的腐殖質結合形態及其與肥力的關系[6-7]、不同培肥措施與土壤腐殖質形態[8-9]及有機物料施用對土壤腐殖質形態的影響[10]等方面進行了大量研究。而對于古水稻土，特別是埋藏古水稻土態腐殖質的結合形態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，研究了其有機無機復合度及土壤腐殖質的結合形態，并與現代耕作水稻土進行了比較，以期為水稻土有機質的提升、土壤固碳過程、土壤腐殖質形態的演變等方面提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

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，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。有眾多證據表明澧陽平原率先完成了人類由狩獵采集經濟向稻作農業經濟的轉變，在這里發現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。根據考古鑒定、土壤平剖面特征的測定，剖面可分為2個特殊層次，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見表1。

表1 古水稻土遺址基本理化性質

1.3 分析測定方法

土壤有機無機復合度和腐殖質結合形態的測定按傅積平連續測定方法。

1.4 數據分析方法

所有野外調查與分析測定數據均用Excel2003統計軟件進行數據處理及分析。

2 結果與分析

2.1 古水稻土有機無機復合狀況

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

2.2 古水稻土松結合態腐殖質（H1）的組成及空間分布

松結合態腐殖質（H1）是土壤結合態腐殖質的重要組成部分，主要是由鐵、鋁或其水化氧化物聯結的有機礦質復合體[8]。從表3可以看出，現代耕作水稻土松結合態腐殖質的變化范圍為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合態腐殖質含量要高于現代耕作土。

根據圖1可以看出，松結合態腐殖質含量的變化趨勢在現代耕作水稻土中，剖面PA、PB、PC松結合態腐殖質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松結合態腐殖質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合態腐殖質的穩定性高于現代耕作水稻土。

2.3 古水稻土穩結合態腐殖質（H2）的組成及空間分布

表2 古水稻土結合態腐殖質有機無機復合度

表3 古水稻土結合態腐殖質的組成 (g/kg)

圖1 古水稻土松結合態腐殖質含量空間分布

穩結合態腐殖質（H2）是土壤結合態腐殖質相對含量較少的組分，主要是由鈣離子聯結的有機礦質復合體。從表3可以看出，現代耕作土穩結合態腐殖質的變化范圍為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結合態腐殖質含量最高，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結合態腐殖質含量低于現代耕作土。

根據圖2可以看出，穩結合態腐殖質含量的變化趨勢在現代耕作水稻土中，剖面PA、PB、PC穩結合態腐殖質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穩結合態腐殖質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?？梢姡S著土層深度的增加埋藏古水稻土穩結合態腐殖質的含量比現代耕作水稻土朝著更加穩定的趨勢變化。

圖2 古水稻土穩結合態腐殖質含量空間分布

2.4 古水稻土緊結合態腐殖質（H3）的組成及空間分布

緊結合態腐殖質（H3）是土壤結合態腐殖質的重要組成部分之一，也是同土壤礦物質顆粒結合最緊的有機無機復合體。從表3可以看出，現代耕作水稻土緊結合態腐殖質的變化范圍為2.97～6.72 g/kg，古水稻土含量范圍為3.10～4.67 g/kg。現代耕作水稻土中耕作層緊結合態腐殖質含量最高，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合態腐殖質含量均低于現代耕作土。

根據圖3可以看出，緊結合態腐殖質含量變化在現代耕作水稻土中，3處剖面緊結合態腐殖質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。在埋藏古水稻土中，剖面PB、PC緊結合態腐殖質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，土壤緊結合態腐殖質的含量隨著土層深度的增加而其穩定性較差。

3 結 論

現代耕作水稻土中有機無機復合量在3.2～7.6g/kg之間，隨著土層的增加而減少，埋藏古水稻土有機無機復合量在4.2～8.3 g/kg之間，且隨著土層深度的增加而減少?，F代耕作水稻土復合度在47.39%～69.64%之間，埋藏古水稻土復合度在59.38%～80.13%之間,且隨著土層深度的增加而增加。總體上看埋藏古水稻土復合度要高于現代耕作水稻土。

圖3 古水稻土緊結合態腐殖質含量空間分布

澧陽平原杉龍崗古水稻土遺址結合態腐殖質含量最多的為松結合態，其次是緊結合態，最后是穩結合態。其中，埋藏古水稻土腐殖質松結合態含量要高于現代耕作水稻土，而現代耕作水稻土穩結合態和緊結合態含量都要高于埋藏古水稻土。

古水稻土遺址結合態腐殖質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、潴育層以下基本穩定；在現代耕作水稻土中只有穩結合態、緊結合態隨土層深度增加均表現為明顯下降。這就說明古水稻土中各結合態腐殖質只有穩結合態朝著越來越穩定的趨勢變化，而松結合態與緊結合態含量變化較大，也體現出古水稻土受到現在耕作水稻土腐殖物質遷移的影響。而現代耕作水稻土中隨著深度的增加腐殖質含量逐漸下降，穩定性較強的腐殖質逐步在表層積累，而穩定較差的部分不斷向下遷移。

[1] 肖彥春，竇 森. 土壤腐殖質各組分紅外光譜研究[J] . 分析化學，2007，35（11）：1596-1600.

[2] 傅積平. 土壤結合態腐殖質分組測定[J]. 土壤通報，1983，14（1）：36-37．

[3] 姜 巖，吳景貴，王明輝，等. 非腐解有機物培肥對草甸黑土型水稻土腐殖質結構形態的影響[J]. 土壤通報，1995，2（5）： 203-205.

[4] Allison FE. Soil organic matter and its role in crop production [J]. Developments in soil science，1973，3：233-2401.

[5] 劉樹慶，杜孟庸，周健學，等. 不同肥力土壤有機無機復合度及腐殖質結合形態及其與肥力關系研究[J]. 土壤通報，1989，20（5）：267-270.

[6] 陳恩鳳. 土壤肥力物質基礎及其調控[M]. 北京：科學出版社，1990，38-53.

[7] 王殿武，劉樹慶，文宏達，等. 高寒半干旱區旱地農田施肥與培肥效應研究[J]. 干旱地區農業研究，1998，3： 20-24.

[8] 劉淑霞，王 宇，周 平，等. 不同施肥對黑土有機無機復合及腐殖質結合形態的影響[J]. 南京農業大學學報，2008，31（2）：76-80.

[9] 任 玲，吳景貴，呂東波，等. 不同耕作模式對東北黑土腐殖質結合形態的影響[J]. 東北農業科學，2016，41（1）：50-55.

[10] 李建明，吳景貴，王利輝. 不同有機物料對黑土腐殖質結合形態影響差異性的研究[J]. 農業環境科學學報，2011，30（1）：1608-1615.

[11] 田淑珍.有機培肥和黑土腐殖質結合形態 [J]. 吉林農業大學學報，1985，7（1）：45-49.

（責任編輯：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境信息技術方面的研究。

周衛軍