水田长期改建苗圃后土壤性状的变化研究

周成云，郑铭洁，章明奎，董代幸，夏晓燕

(1.杭州市富阳区农业技术推广中心，浙江 杭州 311400； 2.建德市农技推广中心 土壤肥料站，浙江 建德 311600;3.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

水稻土是中国南方地区重要的耕地资源，因长期采用精耕细作及水耕熟化，其土壤养分和有机碳积累明显[1-2]；同时，长期、频繁的淹水与排水引起的干湿交替也促进了土壤水稳定性团聚体的形成，因此，水稻土常常有较好的结构性和良好的耕性[1,3-4]。近30 a来，南方地区已有较高比例的水稻土不再用于水稻生产[5]，有的被改种蔬菜、瓜果、茶树、苗木等经济作物。土地利用方式的改变明显地影响着农田水分管理和耕作方式，从而引起土壤性态的演变[6]。近年来，有关土地利用方式对土壤质量的影响已有广泛的调查[7-10]，对水稻土种植蔬菜、瓜果、茶树及其他旱作后土壤物质的迁移转化及性质的演变也有较多的报道[10-11]，但有关水稻土长期改为苗圃后土壤性状变化特别是对深层土壤性状的影响关注较少。为此，本研究在浙江省内同时采集了由水田起源的不同类型的苗圃表层土壤与剖面分层土壤，以长期种植水稻农田为对照，分析了土壤含水量、水稳定性团聚体、容重、饱和导水率、有机碳、活性有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾和pH等指标，探讨了水田改为苗圃后对表层和深层土壤性状的影响。

1 材料与方法

1.1 研究土壤

研究土壤包括表层土壤和剖面土壤2类。表层土壤采样深度0～15 cm，包括稻田和苗圃2种利用方式，采样区域包括浙西的丘陵地区、浙北的水网平原和滨海平原。稻田土壤采自苗圃附近区域，共23个点位。苗圃土壤共42个点位，分为加土型、减土型和常规型3种情况。其中：加土型苗圃(11个)是指因原农田地势较低，为适应苗木生长需要，种植苗木前在原农田上增加外源土壤物质，以增高地面高度；减土型苗圃(9个)是指在苗木出土时为了提高苗木的成活力，采用带土移植，部分土壤物质与苗木同时移出农田，因无土壤物质补充，地面高度明显下降；常规型苗圃(22个)是指种植过程中因带出的土壤物质较少或经常补充土壤物质，地面高度无明显变化。剖面土壤也分别采自以上3种地貌区，在每一地貌区同时采集苗圃(均属于常规型苗圃)和稻田土壤剖面，每一采样区苗圃均由水田改种而来，与对应的水田土壤类型相同，分别为黄筋泥田、青紫泥田和淡涂泥田，其质地依次为黏土、黏壤土和砂壤土。在每一地貌区内同时采集长期种植水稻的水田、改种苗木5～10 a和15 a的苗圃等3类用地，每类用地各采集3个点位的分层土样(0～15、15～30、30～60、60～90和90～120 cm)，其中，0～15、15～30、30～60和60～90 cm土层通过挖掘标准土壤剖面采集，90～120 cm土层土样用土钻采集。采集工作于2019年11月进行。

1.2 分析方法

土壤容重在田间用容重圈直接取样测定[12]。土壤含水率用新鲜土样直接烘干测定。采集的土样风干后分为二部分：一部分用于团聚体分析；另一部分过2和0.15 mm土筛用于理化分析。水稳定性团聚体组成用湿筛法测定[13]。土壤pH采用电位计测定[12]，土水比1∶2.5。土壤有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取法测定[13]。速效钾用醋酸铵提取-火焰光度计法测定[13]。有机碳用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定[13]。活性有机碳采用0.333 mol·L-1高锰酸钾氧化法测定[14]。土壤微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-硫酸钾提取法测定[15]，提取液中可溶性总碳的含量用Shimadzu TOC自动分析仪测定。饱和导水率依据森林土壤渗透性测定方法(LY/T 1218—1999)测定。

2 结果与分析

2.1 表层土壤性状的变化

2.1.1 物理性状

表1可知，稻田改为苗圃后，土壤物理性状发生了较大的变化，主要表现在水稳定性团聚体和饱和导水率下降，土壤容重增加。与水田比较，加土型、减土型和常规型苗圃土壤水稳定性团聚体含量平均分别下降20.25、23.51和8.21百分点，饱和导水率平均分别下降6.4%、25.7%和11.6%，容重平均增加11.4%、18.4%和13.2%。稻田改为苗圃后对减土型苗圃土壤物理性状的负影响最为明显，其次为对加土型苗圃的影响。表1结果还表明，加土型苗圃土壤的砾石含量明显高于水田，也高于减土型和常规型苗圃。

表1 水田改建苗圃后表层土壤性状的变化

2.1.2 有机碳和微生物生物量碳

稻田改为苗圃后，土壤有机碳、活性有机碳及微生物生物量碳均呈现明显的下降(表1)。与水田比较，加土型、减土型和常规型苗圃土壤有机碳平均分别下降32.6%、32.3%和20.2%，活性有机碳平均分别下降54.0%、61.3%和41.5%，微生物生物量碳平均分别下降55.8%、66.0%和43.6%。稻田改为苗圃后，加土型、减土型苗圃对土壤有机碳、活性有机碳和微生物生物量碳的影响大于常规型苗圃，对土壤活性有机碳及微生物生物量碳的影响大于对土壤有机碳的影响。水田、加土型、减土型和常规型苗圃土壤活性有机碳占有机碳的比例平均分别为32%、22%、18%和24%，表明稻田改为苗圃后土壤中活性有机碳的占比也呈现下降趋势。

2.1.3 养分和pH

稻田改为苗圃后，土壤有效磷、速效钾均明显下降，下降程度以加土型、减土型苗圃最为明显(表1)。与稻田比较，加土型、减土型和常规型苗圃土壤有效磷平均分别下降35.6%、61.4%和30.7%，土壤速效钾平均分别下降37.2%、25.9%和17.4%。常规型苗圃土壤pH也有明显的下降，但加土型、减土型土壤pH却有一定的提高。

2.2 剖面土壤性状的变化

2.2.1 水分

表2为水稻收获后冬季各采样点测定的土壤含水量状况。稻田改为苗圃后，随着苗木种植时间的增加，土壤含水率呈下降趋势，但下降状况在各类土壤中的表现并不相同。对于丘陵地区的黄筋泥田，剖面各土层的土壤含水率随苗木种植时间的增加均呈现明显的下降，且深层土壤含水率的下降幅度更大，这在>15 a苗圃中尤为明显。对于水网平原的青紫泥田和滨海平原的淡涂泥田，各土层含水率的下降幅度均是0～60 cm土层大于60～120 cm土层，且下降幅度低于丘陵地区的黄筋泥田。这2种土壤上种植苗木后其60～120 cm土层含水率变化较小。

表2 各类型土壤不同利用年限的含水率(n=3)

2.2.2 容重和pH

表3为土壤容重和pH的测定结果。稻田改为苗圃后土壤容重也发生了一定的变化，其变化有如下特点：0～15 cm(表层)土壤容重随着苗木种植时间的延长逐渐增加，这与以上表层土壤的采样分析结果一致；15～30 cm(相当于水田的犁底层)趋向下降；30 cm以下土层变化不明显。稻田改为苗圃后土壤pH呈现下降，下降程度由剖面从上至下减小，变化主要发生在0～30 cm的土层中，在黄筋泥田最为明显，在淡涂泥田中变化较小。

表3 各类型土壤不同利用年限的容重和pH(n=3)

2.2.3 有机碳

表4可知，除个别情况外，稻田改为苗圃后剖面土壤有机碳和活性有机碳均呈现下降趋势。下降程度有如下特点：有机碳和活性有机碳下降量和下降程度由剖面从上至下减小；活性有机碳的下降幅度高于有机碳，种植苗木5～10 a和>15 a，0～15 cm的土层的有机碳分别下降5.3%～15.7%和12.8%～25.1%，活性有机碳分别下降22.5%～45.8%和45.1%～55.8%；下降幅度随苗木种植时间的增加而增加；青紫泥田的有机碳和活性有机碳下降幅度低于黄筋泥田和淡涂泥田。对0～90 cm的土层有机碳贮量计算表明，种植苗木5～10 a和>15 a，黄筋泥田、青紫泥田和淡涂泥田有机碳贮量分别下降13.5%、1.0%、10.4%和21.1%、4.8%、12.9%，相应地活性有机碳贮量下降分别为45.5%、21.4%、23.0%和57.5%、43.7%、36.0%。由于活性有机碳的下降幅度高于有机碳，因此改为苗圃后，土壤剖面中活性有机碳/有机碳的比值也随苗圃时间的增加而下降。

表4 各类型土壤不同利用年限的有机碳和活性有机碳(n=3)

2.2.4 有效磷和速效钾

表5可知，稻田改为苗圃后剖面土壤有效磷和速效钾也呈下降趋势，但主要影响发生在0～15 cm或0～15和15～30 cm的土层中。其中，土壤有效磷的下降幅度大于速效钾的下降，种植苗木5～10 a和>15 a，0～15 cm的土层的有效磷分别下降13.6%～37.3%和35.2%～45.4%，速效钾分别下降8.0%～10.3%和8.3%～13.4%。

表5 各类型土壤不同利用年限的有效磷和速效钾(n=3)

3 讨论

水田改为苗圃后，整个剖面土壤含水量呈现明显下降，改苗圃对深层土壤含水量下降的影响在黄筋泥田中尤为突出，对青紫泥田和淡涂泥田的影响较小。土壤含水量的下降显然与通过灌溉补充的水量减少有关。不同土壤上种植苗木后土壤含水率的变化趋势不同，可能与它们受地下水影响不同有关。丘陵地区的黄筋泥田地下水分布很深，120 cm土层中基本不受地下水的影响，改种苗木后因缺乏地表灌溉水的影响，进入土壤的水分明显地减少，深层水分因长期蒸发损失而持续下降，导致深层土壤的干化；而对于水网平原的青紫泥田和滨海平原的淡涂泥田，虽然种植苗木后地表入水量下降，但因地下水位较高，深层土壤水分得到不断补充，含水量下降较少。

长期种植苗木后，表层土壤有机碳、微生物生物量碳和水稳定性团聚体含量普遍下降，活性有机碳/有机碳的比例也逐渐变低。土壤有机质的下降可能有3个方面的原因：一是有机质补充减少，种植水稻的情况下，因采取秸秆还田，有较多的有机物质进入土壤，而种植苗木因苗木个体较小，通过枯叶方式进入土壤的有机物质数量有限；二是通气性增加，加速了有机质的分解；三是因苗木移栽带出了含有机质较高的土壤，而有机碳和活性有机碳下降量和下降程度由剖面自上至下减小显然与上层土壤受人为干扰较大有关。活性有机碳为稳定性较弱的有机质，易受微生物的分解，因此，其下降高于有机碳的总量。青紫泥田的有机碳和活性有机碳下降幅度较小与该土壤通气性相对较差有关。由于土壤微生物的活动与土壤有机碳密切相关，而有机碳含量对水稳定性团聚体的形成有很大的促进作用，因此，长期种植苗木后土壤微生物生物量碳和水稳定性团聚体含量与有机碳一样呈现下降趋势。而减土型苗圃因优质表土层的移走、加土型苗圃因加入苗圃中的外源土壤质量较差，因此，土壤有机碳、微生物生物量碳和水稳定性团聚体含量的下降比常规型更为明显。另外，加土型苗圃表层土壤砾石含量的增加也与外源土壤中含有较多的石块有关。

稻田改为苗圃后常规型苗圃土壤pH下降可能与改为苗圃后土壤缺乏淹水条件，对酸能产生缓冲作用的物质减少所致。由于水田土壤表层酸化明显，其心土层高于表土，当原表土层逐渐移走后，新露出的是原水田中pH较高的心土层，因此，减土型苗圃土壤pH并没有下降。而加土型苗圃土壤pH较高可能与外源土壤物质土壤pH较高有关。长期种植苗木后，表层土壤有效磷、速效钾含量普遍下降可能与苗圃施肥量较低、养分补充不足有关。

4 小结

调查分析结果表明，水田长期改为苗圃后，可对土壤质量产生一定的负影响，不仅明显降低表层土壤的水稳定性团聚体、有机碳、活性有机碳、有效磷和速效钾含量，增加土壤的容重，增强土壤酸度，而且也可降低深层土壤的有机碳、活性有机碳含量和土壤含水量。总体上，水田长期改为苗圃后对丘陵地区黄筋泥田的影响大于对水网平原青紫泥田和滨海平原淡涂泥田的影响。