黃河下游沖積平原不同質(zhì)地潮土的微形態(tài)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(tài)特征的影響，選擇山東省聊城市東昌府區(qū)潮土類三種質(zhì)地土壤（壤土、粘壤土、砂壤土）樣品，分析其微形態(tài)特征的差異。結(jié)果表明：顆粒組成對土壤微結(jié)構(gòu)、粗細(xì)顆粒分布、顆粒大小與圓度等產(chǎn)生明顯影響。壤質(zhì)、粘壤質(zhì)土壤表層形成了利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的團(tuán)粒狀微結(jié)構(gòu)，向下層逐漸變?yōu)槟铱住⒖锥础⒖椎赖任⒔Y(jié)構(gòu)類型，砂質(zhì)壤土全剖面為單粒狀微結(jié)構(gòu)。壤質(zhì)、粘壤質(zhì)土壤粗細(xì)顆粒分布類型為斑晶嵌埋型，砂質(zhì)壤土則為粗單一顆粒類型。土壤中粗顆粒均以石英為主、細(xì)顆粒均為分離斑點(diǎn)雙折射類型，但砂質(zhì)壤土中粗顆粒粒徑較大、圓度較小。壤質(zhì)、粘壤質(zhì)土壤偶見土壤動(dòng)物排泄物、膠膜等形成物。

關(guān)鍵詞：潮土;土壤質(zhì)地;顆粒組成;微結(jié)構(gòu);粗細(xì)顆粒分布;形成物

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

土壤微形態(tài)特征包括粗顆粒、細(xì)粒物質(zhì)、土壤形成物、孔隙以及形態(tài)、空間分布和結(jié)構(gòu)等，能反映土壤形成發(fā)育、土壤組成、物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程及土壤發(fā)育演變與環(huán)境之間的關(guān)系，是野外土壤剖面研究的延續(xù)[1，2]，因此，諸多自然、人為因素均能影響土壤微形態(tài)特征。目前較多研究關(guān)注于人為因素對土壤微結(jié)構(gòu)的影響，如秸稈還田[3]、有機(jī)無機(jī)肥料配施[4]、有機(jī)種植方式[5，6]、有機(jī)物料施用[7]等，這些措施均可促進(jìn)良好土壤微結(jié)構(gòu)的形成，有機(jī)物料施用還影響土壤孔隙數(shù)量和形態(tài)[8]。農(nóng)業(yè)灌溉可增強(qiáng)土壤顆粒風(fēng)化強(qiáng)度，增強(qiáng)顆粒細(xì)化、圓化程度，同時(shí)顯著增加殘積粘土數(shù)量且可出現(xiàn)淀積粘土[9]，農(nóng)業(yè)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(xiàn)均提及了供試土壤的顆粒組成，但并未從土壤質(zhì)地角度探討其微形態(tài)特征的差異。實(shí)際上，土壤顆粒組成對粗細(xì)顆粒（coarse/fine，c/f）分布、形成物等微形態(tài)特征能產(chǎn)生直接影響[11]。

因此，本研究以土壤質(zhì)地復(fù)雜多變的黃河下游沖積平原為研究區(qū)域，選擇長期常規(guī)種植冬小麥-夏玉米的潮土類砂質(zhì)壤土、壤土、粘壤土，分析不同質(zhì)地土壤的微形態(tài)特征差異，以豐富土壤微形態(tài)特征與物理性質(zhì)關(guān)聯(lián)理論，同時(shí)也為研究區(qū)土壤資源合理利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)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(fēng)氣候區(qū)，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(qū)為黃河沖積低平寬廣平原，緩崗、坡地、洼地交錯(cuò)分布，海拔31～38 m，土壤以潮土為主，適宜多種農(nóng)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(qū)北城辦事處東魯村（壤土）、許營鎮(zhèn)繡衣集村（砂質(zhì)壤土）、朱老莊鎮(zhèn)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(huán)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(jī)質(zhì)含量等理化性質(zhì)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(jìn)行切片、粗磨、細(xì)磨，用環(huán)氧樹脂粘在載玻片上，之后再對另一面進(jìn)行切片、粗磨、細(xì)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(tài)特征描述采用Georges Stoops（2003）術(shù)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(jī)質(zhì)含量測定的樣品在室內(nèi)自然風(fēng)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(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定。

2 結(jié)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(zhì)見表1。根據(jù)國際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，許營樣地砂粒含量超過55%、粘粒少于15%，質(zhì)地類型為砂質(zhì)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(xiàn)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(jī)質(zhì)含量均呈降低趨勢。在田間剖面挖取時(shí)，在深15 cm左右均出現(xiàn)較堅(jiān)實(shí)的土層，分析應(yīng)為大型農(nóng)機(jī)具的廣泛應(yīng)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(tài)特征

2.2.1 微結(jié)構(gòu)與孔隙 三種質(zhì)地土壤中，壤質(zhì)、粘壤質(zhì)土壤微結(jié)構(gòu)類型相似，兩者與砂質(zhì)壤土差異較為明顯（圖1）。其中壤質(zhì)、粘壤質(zhì)土壤微結(jié)構(gòu)存在土層間的變化，表層以高度分離、發(fā)育良好、不吻合的團(tuán)粒狀微結(jié)構(gòu)（granular microstructure）（圖1a、 b）為主，隨深度增加，微團(tuán)聚體逐漸增大，發(fā)育與分離程度減弱（圖1c），至下層，弱度分離的微團(tuán)聚體亦極少，逐漸演變?yōu)橐詨K狀（massive）、囊孔（vesicle）、孔洞（vugh）、孔道（channel）、板狀（platy）等微結(jié)構(gòu)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(fù)合堆集孔隙（compound packing void）為主，下層逐漸演變?yōu)橐钥锥础⒛铱住⒖椎馈⒚鏍睿╬lane）孔隙為主。

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

作為田間土壤結(jié)構(gòu)目視觀察的延伸，影響土壤結(jié)構(gòu)或者團(tuán)聚體的因素也不同程度地影響著土壤微結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，粘粒、有機(jī)質(zhì)是影響土壤團(tuán)聚體形成及穩(wěn)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(zhì)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(zhì)壤土則粘粒含量低（<15%）、砂粒含量大（>55%）;同時(shí)粘壤土、壤土有機(jī)質(zhì)含量高于砂質(zhì)壤土，從而在粘壤土和壤土表層形成了團(tuán)粒狀微結(jié)構(gòu)、下層形成了塊狀與囊孔等微結(jié)構(gòu)類型，與砂質(zhì)壤土的全剖面單粒狀微結(jié)構(gòu)存在明顯不同。

2.2.2 基質(zhì) 基質(zhì)描述包括粗細(xì)物質(zhì)分界、粗細(xì)相關(guān)分布（coarse/fine particles related distribution）、粗物質(zhì)及其壘結(jié)、細(xì)物質(zhì)及其壘結(jié)。

（1）粗細(xì)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(zhì)地土壤的粗、細(xì)顆粒分界均定為10 μm， 即c/f10μm。

（2）粗細(xì)顆粒分布類型

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

粗細(xì)顆粒相對分布類型的差異主要是土壤顆粒組成不同的結(jié)果，砂質(zhì)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(zhì)、粘壤質(zhì)土壤明顯不同的粗細(xì)顆粒分布類型。

（3）粗顆粒

土壤礦質(zhì)粗顆粒，在壤質(zhì)、粘壤質(zhì)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(zhì)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(jī)質(zhì)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(xì)顆粒

細(xì)粒物質(zhì)均為灰色硅質(zhì)粘粒，呈分離斑點(diǎn)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(zhì)、有機(jī)物浸染。其中砂質(zhì)壤土含量很少。

2.2.3 有機(jī)物 由于研究區(qū)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(jī)物（圖2a、b），但下層極少見，表明耕作中較少進(jìn)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(tuán)（nodules）、填充物（infillings）、排泄物（excrements）等。由于研究區(qū)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(nóng)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(jié)論

土壤顆粒組成對部分微形態(tài)特征產(chǎn)生影響，表現(xiàn)在微結(jié)構(gòu)類型、粗細(xì)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(zhì)、粘壤質(zhì)土壤還存在土層間的微結(jié)構(gòu)變化。

壤質(zhì)、粘壤質(zhì)土壤表層形成了利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的團(tuán)粒狀微結(jié)構(gòu)，向下逐漸變?yōu)檩^差的囊孔、孔洞、孔道等微結(jié)構(gòu)類型;砂質(zhì)壤土則全剖面為單粒狀微結(jié)構(gòu)。壤質(zhì)、粘壤質(zhì)土壤礦質(zhì)粗細(xì)顆粒分布均為斑晶嵌埋類型，砂質(zhì)壤土則為粗單一顆粒類型。粗顆粒均以石英為主，但砂質(zhì)壤土中顆粒較大、圓度較小;細(xì)顆粒均為分離斑點(diǎn)雙折射類型。新鮮有機(jī)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(xiàn)：

[1]Stoops G. Achievements in micromorphology[J]. Catena， 2003， 54： 317-318.

[2] 何毓蓉，賀秀斌.土壤微形態(tài)學(xué)的發(fā)展及我國研究現(xiàn)狀[C]//中國土壤學(xué)會(huì)編.中國土壤科學(xué)的現(xiàn)狀與展望.南京：河海大學(xué)出版社， 2007： 41-63.

[3] 朱鐘麟，舒麗，劉定輝，等.秸稈還田和免耕對水稻土微形態(tài)特征的影響[J].生態(tài)環(huán)境，2008， 17（2）： 682-687.

[4] Qin Y S， Tu S H， Feng W Q， et al. Effects of long-term fertilization on micromorpholigical features in purple soil[J]. Agricultural Science & Technology， 2012，13（5）：1050-1054.

[5] 孫增慧，韓霽昌，劉哲，等.種植方式對華北平原典型農(nóng)田土壤微形態(tài)特征的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（5）：282-289.

[6] 申思雨，劉哲，呂貽忠.不同種植方式對溫室土壤微形態(tài)的影響[J].土壤， 2016， 48（2）： 355-360.

[7] 孫經(jīng)偉，堯水紅，李娜，等.農(nóng)田恢復(fù)措施對黑土母質(zhì)發(fā)育的新成土壤團(tuán)聚體微形態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國土壤與肥料，2016（4）：17-23.

[8] Pituello C， Ferro N D ， Simonetti G， et al. Nano to macro pore structure changes induced by long-term residue management in three different soils[J]. Agriculture， Ecosystems and Environment，2016， 217： 49-58.

[9] 龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長，查小春，等.關(guān)中地區(qū)兩種不同農(nóng)業(yè)管理方式下土壤微形態(tài)特征[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（11）：2518-2526.

[10]龐獎(jiǎng)勵(lì)，張衛(wèi)青，黃春長，等.關(guān)中地區(qū)不同耕作歷史土壤的微形態(tài)特征及對比研究[J].土壤通報(bào)，2009，40（3）：476-481.

[11]Stoops G， Marcelino V， Mees F. Interpretation of micromorphological features of soils and regoliths[M]. The Netherlands： Elsevier，2010：1-8.

[12]Stoops G. Guidelines for analysis and description of soil and regolith thin sections[M]. Madison：Soil Science Society of America，2003.