川西漂洗土壤有效铁的时空分布特征

2015-04-29杨婷等

安徽农业科学 2015年29期

关键词：阶地

杨婷等

摘要为了弄清土地利用/覆被改变后川西漂洗水稻土有效铁的时空分布特征，在四川省名山县第3～5级阶地上选取水田、由水田改造而成的旱地和不同种植年限的茶园样地，从地表至110 cm深度处，以土层深度10 cm为一个采样单位进行土样采集，并且与室内样品理化性质分析相结合，研究土地利用类型从水稻田变为茶园对漂洗土壤中有效铁组成的影响及漂洗水稻土中有效铁的动态变化。结果表明：土地利用方式的变化导致漂洗土壤有效铁含量在不同阶地与不同土层深度下变化都不一致；从土层剖面分布上看，有效铁含量都表现为表层较高，下层较低，在50 cm土层处有效铁含量急剧下降，越往下含量越少；从季节动态分布特征来看，土壤有效铁含量在9月份含量最高，且无明显的季节动态变化规律；漂洗土壤有效铁含量受pH、有机质、腐殖质等因素的显著影响。

关键词有效铁；漂洗土壤；阶地

中图分类号S153.6文献标识码A文章编号0517-6611（2015）29-038-03

铁是植物生长必需的微量营养元素之一，在土壤中仅次于氧（O）、硅（Si）、铝（Al）而成为第四大元素，占地壳总质量的4.2%[1-2]。铁是首例确认的植物微量必需元素，与光合作用存在着密切的联系，也参与植物的呼吸作用。土壤有效铁是土壤对植物供铁的重要指标。当严重缺铁时，叶片上会出现坏死斑点现象，叶片也会逐渐枯死，不利于作物的健康生长，严重影响作物的产量和质量[5-7]。但是，在理论上，酸性土壤不会出现缺铁现象，而在1986年有专家在比较锌、铜、锰、铁的动态变化中发现有效铁含量变幅最大。然而，针对种植水稻或种植茶树、铁强烈还原淋失的漂洗土壤，人们对其有效铁的季节变化并不清楚。基于四川盆地西缘不同阶地的相同地貌部位，选取水田、由水田改造而成的旱地和不同种植年限的茶园，在不同时期采集漂洗水稻土样品，测定土壤有效铁含量、pH、土壤有机碳以及土壤腐殖质组成，分析其动态分布规律及其影响因子响应特征，为农作物的健康生长提供定量化的营养指标数据，并且为土壤资源合理利用提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区地处四川盆地西缘的名山县，属亚热带季风性湿润气候区。气候温和，雨量丰沛，无霜期长，四季宜耕，植被茂盛。年均降雨1 500 mm，年均气温15.4 ℃，有“绿色世界”“天然氧吧”“生态乐园”之称，土壤类型多样。漂洗土壤是广泛分布于名山县第3～5级阶地的一类特殊的土壤，因铁、锰的还原性淋溶，呈现质地黏重、持水力强、铁锰淋失量大、白土层厚等特点。以前以种植水稻为主，现由于种植结构的调整，已改种经济效益更高的作物——茶树。

1.2样品采集

以四川省名山县县城附近第3级稻田、1年生和6年生茶园（分别用ⅢD、ⅢC1、ⅢC6表示）和第5级阶地上的稻田、3年生和7年生茶园（分别用ⅤD、ⅤC3、ⅤC7表示）6块样地为研究对象。采样时间是在春茶到秋茶期间，每2个月一次；第3阶地在3、5、9月采样；第5阶地在3、5、7、9月采样。从地表至110 cm深度处，以土层深度10 cm为一个采样单位进行土样采集。每块样地选取3个采样点，作为采样重复；同时，记录景观与剖面特征。取回后，采用土壤常规制样法，风干，磨细，过10、60、100目尼龙筛，装袋，备用。风干土样用于测定pH、有效铁、有机碳和腐殖质组成。对于土壤腐殖质组成，只测定2010年3月采集的土壤样品。

1.3指标及其测定方法

对于同一种浸出液的同一种养分，采用不同的定量方法，其结果基本一致，但是不同浸提剂所浸出的结果完全不同，因此，土壤有效养分的测定关键在于浸提。提取土壤有效态元素的浸提剂很多，而且浸提不同有效态元素，需用不同的浸提剂，因此对于土壤多种有效态元素的提取，费时费力，且酸性土壤与碱性土壤的浸提方法又不能互用，造成土壤养分的丰缺指标很难比较，所以找到一种既能够适用于不同土壤又能浸提不同有效态元素的通用浸提剂，对于提高工作效率很有帮助。

Mehlich3（简称M3）浸提方式是一种适用于多类土壤的通用浸提剂，特别是酸性土壤和中性土壤。它具有试剂稳定、浸提时间短、浸提着色与测试含量高等特点，提高有效养分的分析测试速度，缩短测试周期，节省药品，提高工作效率，所以引起广泛的关注。如果结合电原子吸收分光光度计（AAS）测定，那么该方法更方便、快捷。我国研究者对M3也进行大量的研究，取得良好的效果，但是始终未能进行系统研究和推广。针对酸性土壤的特定性、M3浸提方法的优越性和创新性，对酸性土壤有效铁的浸提法选择Mehlich3浸提，结合邻菲啰啉比色法测定；土壤pH选择电位法（水浸提、氯化钾浸提法）测定；土壤有机碳用重铬酸钾容量法-外加热法测定；土壤腐殖质组成（腐殖质总碳、胡敏酸碳、富啡酸碳、胡敏素碳）采用焦磷酸钠-氢氧化钠浸提，FeSO4滴定法测定。

1.4数据处理

用Excel 2003软件进行常规统计分析与作图；用SPSS for Windows 17.0软件作相关分析；用DPS 7.0作方差分析與多重比较。

2结果与分析

2.1土壤有效铁剖面分布特征

由表1可知，ⅢD和ⅢC6土壤有效铁最低值出现在100～110 cm土层，而ⅢC1出现在10～20 cm土层；从平均值来看，不同土地利用现状和种植年限的土壤有效铁含量均表现出0～30 cm土层较高，30 cm以下土层有效铁普遍下降的特点，但ⅢC10～30 cm土层有效铁含量在0.05水平显著高于30 cm以下土层，而ⅢC6各土层有效铁含量差异不显著，表明ⅢD改为ⅢC后，各土层有效含量总体表现出先下降后上升趋势。

从标准差来看，ⅢD有效铁含量最大变异程度在0～10 cm土层，ⅢC1也出现在0～10 cm土层，而ⅢC6出现在80～90 cm土层。从变异系数来看，最大的土壤有效铁含量变异程度在ⅢD是70～80 cm土层，在ⅢC1和ⅢC6均为80～90 cm土层，可见不同土地利用现状和种植年限的土壤均表现出变异程度最大的土层在距地表70cm以下。不同土地利用现状和种植年限的土壤之间相比，0～10、50～60 cm土层的变异系数表现出ⅢD>ⅢC1>ⅢC6的特点，10～30、40～50 cm土层的变异系数表现出ⅢC1>ⅢD>ⅢC6的特点，80～90 cm土层的变异系数特点是ⅢC1>ⅢC6>ⅢD，30～40、90～110 cm土层的变异系数特点是ⅢC6>ⅢC1>ⅢD，60～80 cm土层的变异系数特点是ⅢC6>ⅢD>ⅢC1。

由表2可知，ⅤD土壤有效铁最低值出现在100～110 cm土层，而ⅤC3土壤出现在40～50 cm土层，ⅤC7土壤出现在90～100 cm土层；ⅤD有效铁铁最高值出现在0～10 cm土层，ⅤC3出现在10～20 cm土层，ⅤC7出现在0～10 cm土层。从平均值来看，ⅤD和ⅤC7有效铁含量均表现出随土层加深呈下降变化的趋势，ⅤC3的有效铁含量表现出随土层加深呈先下降后上升的趋势，其100～110 cm土层有效铁在005水平显著高于30～100 cm土层。ⅤD改为ⅤC，各土层有效铁含量总体随种植年限增加表现出先上升后下降的趋势。

从标准差来看，ⅤD有效铁含量最大变异程度在20～30 cm土层，ⅤC3出现在90～100 cm土层，ⅤC7出现在100～110 cm土层。从变异系数来看，稻田土壤有效铁含量变异程度最大的土层是90～100 cm土层，ⅤC3是40～50 cm土层，而ⅤC7在90～100 cm土层。由此可知，不同土地利用现状和种植年限的土壤均表现出变异程度最大的土层在距地表40 cm以下；不同土地利用现状间相比，稻田土壤有效铁变异程度总体较大。

2.2土壤有效铁季节分布与垂直分布特征

由图1可知，ⅢD在0～50 cm土层有效铁含量9个月份变化较大；在60～120 cm土层深度时3个月份的有效铁含量值最接近。ⅢC1在土壤表层0～30 cm时，5月有效铁含量最高；在30～60 cm土层有效铁含量以9月最高；60～90 cm土层有效铁含量5月含量最高；在土层90 cm左右3月有效铁含量达到最高值；100～120 cm土层深度有效铁含量以5月最高。ⅢC6在土层深度为0～10 cm时以5月的有效铁含量最高；在10～80 cm土层有效铁含量以9月最高，80～120 cm土层有效铁含量以3月最低，9月最高。

总体来看，第3级阶地上土壤表层有效铁含量ⅢD<ⅢC1<ⅢC6，且土壤中有效铁含量随土层深度的变化趋势大体上均为先增加继而降低然后趋于平缓下降的趋势。

由图2可知，在ⅤD在土层深度为0～50 cm时，有效铁含量以7月最高，5月最低；在50～60 cm土层深度时，以9月份有效铁含量最高；70～90 cm土层有效铁含量3月最高，5月最低；90～120 cm土层有效铁含量以7月最高，5月最低。VC3在0～10 cm土层深度时有效铁含量5月最低，7月最高；10～30 cm土层有效铁含量9月最高；30～50 cm土层有效铁含量7月最高；50 cm左右有效铁含量5月最高；60 cm左右3月有效铁含量最高；70～80 cm土层深度时以7月有效铁含量最高，3月最低；90～120 cm土层有效铁含量大致呈现9月最高。VC7在0～10 cm土层有效铁含量7月最高；20～100 cm以9月有效铁含量最高，5月最低；110～120 cm土层有效铁含量以7月最高。

2.3土壤有效铁与影响因子的关系

由表3可知，ⅢD土壤有效铁含量与pH（水浸）的相关关系未达显著水平。ⅢC1、ⅢC6土壤有效铁含量与腐殖酸碳、胡敏酸碳、富啡酸碳、胡敏素碳、总有机碳呈0.01水平显著的正相关关系，与pH（水浸）呈0.01水平显著的负相关关系。

ⅤD、ⅤC7土壤有效铁含量与腐殖酸碳、胡敏酸碳、富啡酸碳、胡敏素碳、总有机碳呈0.01水平显著的正相关关系，VC3与其指标的相关关系未达0.05显著水平。ⅤD1、ⅤC3、ⅤC7均与pH（水浸）呈0.01水平显著的负相关关系。

3结论与讨论

（1）总体来看，土壤中有效铁含量随土层深度的变化趋势大体上呈现先增加继而降低然后趋于平缓下降的趋势；土地利用方式的改变使得土壤中有效铁含量随土层深度的变化情况有差异，稻田土壤中的有效铁含量均在土层深度50 cm以下急剧减少，茶园土壤中的有效铁含量均在土层深度90 cm以下急剧减少。

（2）从季节动态分布特征来看，漂洗土壤有效铁含量在9月份含量最高，有效铁含量的季节动态变化没有显著的规律。稻田土壤4个月份的有效铁含量差异不明显，茶园土壤总体上9月份的有效铁含量比其他月份多。

（3）不同土地利用现状和种植年限的土壤有效铁含量主要受pH（水浸）、腐殖酸碳、胡敏酸碳、富啡酸碳、胡敏素碳、总有机碳的影响，与土壤有机质呈0.05水平显著的正相关关系，与土壤pH呈0.01水平显著的负相关关系。由于铁还原微生物和发酵菌利用腐殖物质作为电子受体，铁的还原移动所需的化合物是在微生物转化有机化合物时而形成的。

（4）该研究对名山县第3、5级阶地上的稻田及茶园土壤有效铁进行定量化分析，并且对漂洗土壤有效铁的响应因子做相应的研究，但是基于选择的研究区域还存在着范围小、尺度无法转换的问题，在今后的研究中仍需进一步的改进和完善。

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