摘要:种稻是苏打盐碱土改良利用的有效措施之一，研究种稻对苏打盐碱土的改良作用及其机理，有助于丰富盐碱土改良利用理论。通过田间试验，研究了不同种稻年限对苏打盐碱土腐殖质含量及组成的影响。结果表明:随着种稻年限的增加，土壤剖面各层次有机碳含量显著增加，种稻40年的土壤与未种稻的废弃草原土壤相比，耕作层、犁底层、心土层土壤有机碳含量增加了19.89、15.72、10.71g/kg，可提取态腐殖质总量在耕作层中随种稻年限的增加呈上升趋势;游离态腐殖质含量在种稻40年最高，相比较于废弃草原耕作层、犁底层、心土层分别增加了7.1、6.9、3.62g/kg;结合态腐殖质含量也在种稻40年时最高，相比较于废弃草原耕作层、犁底层、心土层分别增加了8.37、9.36、7.70g/kg。种稻40年各层次游离态胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量均达到最大值;结合态HA含量在种稻40年各层次最大，FA含量随种稻年限增加呈增长趋势。随种稻年限的增加，耕作层PQ值均有所增长。随着种稻年限的增加，各剖面层次游离态HA均向着RP型转变;结合态胡敏酸在耕层中由A-P-B-A，犁底层中由A-B-A，这说明种稻使游离态胡敏酸芳香化度降低，结构趋于简单化，而结合态胡敏酸仍保持较复杂的结构。
关键词:种稻年限;苏打盐碱土;腐殖质
盐碱土作为一种特殊土壤，广泛存在于地球陆地表面，据报道，全球盐碱土面积接近于9.55亿hm2[1]，约占总陆地面积的10%[2]。在可耕土地面积日渐减少、土地资源不断匮乏的今天，盐碱土更是成为非常重要的后备资源。苏打盐碱土作为松嫩平原的主要土壤类型之一，更是占据着重大的比例。目前，世界各国已将战略目光转向对盐碱地的改良、利用以及建立完善的土地保护措施上[3-4]。已有资料表明，通过种稻不仅能较好地改良盐碱土，同时还能提高粮食产量，缓解全球粮食危机，对于生态环境的改善也有很大的影响[5]。土壤有机质是土壤肥力的基础物质，是反映土壤肥力状况的重要指标，它对土壤形成、土壤肥力的提高都具有重要影响[6]。土壤腐殖质是土壤有机质的重要组成部分，对改善水稻土理化性质起到重要作用[7-8]。在盐碱土发生分类和土壤肥力研究中，关于盐碱土腐殖质的组成和性质以及腐殖化和矿质化受到很大的关注[9]，因此对其进行分组研究具有重要意义。目前，关于苏打盐碱土土壤性质国内外进行了大量的研究[10]，但针对于不同种稻年限苏打盐碱土有机质变化规律的研究尚不多见。为此，本试验研究了种稻年限对苏打盐碱土腐殖质含量及组成的影响，为进一步探讨稻田土壤有机质积累的化学稳定机制及稻田土壤固碳潜力提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验区概况
该试验地位于松嫩平原南部吉林省前郭县套浩太乡碱巴拉村(东经124°，北纬44°)，属于温带半湿润半干旱气候区。该地区气候变化明显，热源充足，雨热同季，年降水量370～500mm，平均气温约5℃。平均日照2800h，年积温2900℃，无霜期约144d。全年多风，尤以春季多风且大。全年多风干燥的气候条件促使盐分表聚。由于松辽平原周围群山环绕，处在一个地势相对较低属于沉陷地带的平原，导致排水不畅，变成了利于土壤盐分富集的地质地貌区域。久而久之形成了大面积含盐量高、土壤结构性差、有机质含量低、肥力水平也极其低下的盐碱土。
1.2供试土壤
供试土壤采自试验区，共设7个处理:未改良的盐碱地———废弃草原(ck)、种植水稻改良1，5，10，15，20，40年的盐碱地，每个土壤剖面分别取由浅到深3个层次:耕作层、犁底层、心土层。共7个剖面21个分层土样。采样时间为2010年5月，在现场进行剖面描述的基础上，采集分层样品，于室内自然风干，经研磨过筛0.84mm(20目)、0.25mm(60目)处理后供试验分析用。
1.3土壤基本性质的测定
土壤总有机碳含量的测定采用重铬酸钾氧化-外加热法[11]。HA的光学性质用723W分光光度计测定400nm和600nm处光密度值，并计算ΔlogK值。
1.4腐殖质各组分的提取
称取0.25mm(60目)风干土5.0000g(取样量中的碳含量要低于100mg)于100mL离心管中，加入30mL0.1mol/LNaOH摇匀，沸水浴加热30min，冷却后离心(4800r/min，10min)过滤于100mL容量瓶中。土壤腐殖质提取方法按Kumada法[10]进行，以0.1mol/LNaOH提取游离态腐殖质，然后用0.1mol/LNa4P2O7提取结合态腐殖质。腐殖质提取液经酸沉淀后，分离出胡敏酸(HA)和富里酸(FA)。于400nm和600nm处测定消光系数(K400和K600)。最后用高锰酸钾氧化滴定法测定所有提取液的有机碳含量。PQ表示HA占可提取腐殖质的百分数，PQ=[a/(a+b)]×100%;ΔlogK为色调系数，ΔlogK=logK400-logK600;RF表示相对色度，RF=K600×100/C，C为每30mL用于测定消光系数的HA溶液消耗0.02mol/LKMnO4的毫升数。HA的分类按Kumada[10]提出的RF-ΔlogK图进行。
1.5数据处理
数据经Excel2003处理后，采用DPSv-7.05统计分析软件进行分析，采用Duncan新复极差法进行方差分析。
2结果与分析
2.1种稻年限对苏打盐碱土有机碳含量的影响
由图1可见，废弃草原到第1年种稻不同层次土壤总有机碳的含量均是下降的，从第1年种稻到第40年不同层次土壤总有机碳的含量是增加的。随着种植年限的增加，各土层土壤总有机碳的含量表现出快速增加的趋势。这与Shen等[12]研究的结果一致，可能是因为种植时间延长，形成的相对的厌氧环境导致腐殖质积累。不同土层中以耕作层总有机碳增加幅度最大，从7.41g/kg增加到27.30g/kg，增加了19.89g/kg，比废弃草原土壤增加了72.86%，心土层土壤总有机碳增加幅度最少，从3.37g/kg增加到14.08g/kg，增加了10.71g/kg，增幅为76.07%，犁底层土壤总有机碳增加了15.72g/kg，与马力等在研究施肥对水稻土有机碳的影响的结论相同[13]。同一种稻年限，不同土层的总有机碳含量差异显著，均以耕作层最高，心土层最低，而相同土层不同种稻年限的土壤总有机碳含量差异也很明显，其中种稻第40年土壤总有机碳含量最高，种稻第1年含量最低。
2.2种稻对苏打盐碱土腐殖质组成的影响
按照腐殖质提取的方法[11]对种稻后的苏打盐碱土土壤腐殖质组成进行研究，可将腐殖质分为可提取与非可提取腐殖质。由表1可知，种稻1～10年的苏打盐碱土可提取腐殖质的碳含量整体上要略小于非可提取腐殖质，种稻1～10年的苏打盐碱土可提取腐殖质含量占总有机碳含量的22.85%～50.54%，非可提取腐殖质含量占总有机碳含量的49.46%～77.15%。种稻15年之后土壤可提取腐殖质的含量增加，非可提取腐殖质的含量则下降，并呈现出随着种稻年限的增长可提取腐殖质含量越来越多的规律。
相关期刊推荐：《吉林农业大学学报》Journal of Jilin Agricultural University(双月刊)1979年创刊，是综合性农业学术期刊。以反映作物栽培、植物保护、土壤与植物营养、农业化学、农业应用物理、果树、蔬菜、园林、药用植物、贮藏加工、农牧业经济管理、农业机械化、农业工程技术等专业的科研成果和开展学术交流为主要任务。
种稻40年各层次中，土壤可提取腐殖质与非可提取腐殖质的比值比废弃草原同层次大，这与古小治等对滨海水稻土的腐殖质组成的研究结果相似[14]。耕作层中，废弃草原可提取腐殖质含量与种稻15，20，40年之间差异显著，与种稻5年、10年之间差异不明显。各层次种稻1年土壤中可提取腐殖质含量比废弃草原均有所减少，这与土壤总有机碳含量的变化规律一致。这可能是因为新开水田地区的排水条件有限，并且种植初期由于具有不良的土壤结构，使得土壤渗透性能较差，导致了养分的消耗超过了补给，从而降低了碳含量。从土壤剖面层次来看，可提取腐殖质含碳量均为表层高于底层，并且含量差异均显著，与土壤总有机碳含量趋势相似。种稻5年耕作层、犁底层可提取腐殖质有机碳含量间无显著性差异。在种稻40年的苏打盐碱土犁底层，可提取腐殖质有机碳含量最高，占总碳的89.15%。
为了研究苏打盐碱土腐殖质中的可提取组分与无机物具体的结合状况，进一步对可提取组分划分为游离态腐殖质和结合态腐殖质。由图2～4可见，不同种植年限耕作层土壤游离态腐殖质含量均高于结合态腐殖质含量。从废弃草原到种稻40年，游离态腐殖质和结合态腐殖质含量之间差异明显。种稻1～20年，游离态腐殖质含量小于废弃草原，而结合态腐殖质含量则大体表现增加趋势。种稻20～40年，游离态腐殖质和结合态腐殖质含量均表现为大幅度增高，比废弃草原土壤含量分别增高64.02%和84.59%。这与于淼[15]等研究的不同开垦年限中腐殖质组成结果相似。在犁底层和心土层随着种稻年限的增加，游离态和结合态腐殖质的含量都呈现出波动性的增长趋势，这与郭成达等[16]和李香兰等[17]的研究结果相似，这可能是由于犁底层和心土层土壤有机质的来源不稳定，外来有机质含量少导致的。游离态腐殖质和结合态腐殖质在各土层间差异较大。在种稻40年的犁底层中，结合态腐殖质含量比其他层次高。种稻40年，熟化程度较好的土壤结合态腐殖质开始在犁底层积累，这有利于有机质数量上的积累。游离态腐殖质与结合态腐殖质有机碳含量最大值分别出现在种稻40年的耕作层与犁底层，分别增长了7.1g/kg、8.56g/kg。由图2～4可见，随着土层深度的增加游离态腐殖质含量和结合态腐殖质的含量均下降。而不同层次土壤在种稻40年时结合态和游离态腐殖质含量都出现大幅度的增高。种稻40年时，在3个不同土层结合态腐殖质的含量分别为8.37g/kg，9.36g/kg和7.70g/kg，比废弃草原增加显著;游离态腐殖质增加了7.1g/kg，6.9g/kg，3.62g/kg。
2.3种稻对苏打盐碱土不同形态腐殖质组成的影响
对所提取的游离态和结合态腐殖质成分再进一步划分为游离态胡敏酸和富里酸与结合态胡敏酸和富里酸[18]。
由表2可知，游离态腐殖质中富里酸碳含量起主导作用，不同种稻年限、不同土层富里酸其含量均略高于胡敏酸。富里酸含量占可提取碳和总有机碳的比例也高于胡敏酸。种稻1～10年土壤的胡敏酸和富里酸的碳含量低于废弃草原，而15～40年种稻年限的土壤胡敏酸和富里酸高于废弃草原。这与赵玉萍等[19]的研究结果相似，但却与于君宝等[20]研究结果不同，甚至在种稻15～40年结果与其相反。从相同土层、不同种稻年限来看，胡敏酸和富里酸的含量均以种稻40年的土壤表现最优，与其他各层次之间差异显著。从同一种稻年限、不同剖面层次来看，胡敏酸的碳含量大多以耕作层表现最优，但在种稻第1，40年时，耕作层和犁底层间差异不显著。富里酸的碳含量则在第5，15，40年时表现为耕作层和犁底层间差异不显著。游离态胡敏酸在土壤耕作层有积累的趋势。随着种稻年限的增加，在耕作层中，废弃草原的游离态胡敏酸与种稻40年以及种稻1年差异显著，与其他年份差异不明显。种稻1年游离态胡敏酸的呈减少趋势应该是与新开水田土壤结构性差有一定关系。犁底层、心土层中游离态胡敏酸有机碳含量在不同年限上存在一定的差异，但变化规律不明显，种稻40年与废弃草原间存在显著差异，即对各层次游离态胡敏酸影响的年限主要是在40年。种稻15年后，各层次游离态富里酸含量对比于废弃草原有增加的趋势。在各个层次中，到种稻40年，耕作层游离态胡敏酸与富里酸碳含量增加了4.08g/kg，3.02g/kg。
对比图5和图6(结合态胡敏酸和富里酸含量)，结合态胡敏酸的含量为0.24～8.82g/kg，而富里酸的含量为0.09～0.97g/kg，可见结合态腐殖质中胡敏酸占主导地位。这与李学平等[21]的研究结果不同，可能是因为其在培养时添加了尿素，影响了富里酸的含量。对比图5和图6还可发现，不同种稻年限、不同土层之间胡敏酸的碳含量明显的高于富里酸。这与游离态腐殖质中胡敏酸和富里酸的组分含量表现相反。从不同种稻年限看，结合态胡敏酸的含量从废弃草原到种稻第10年均呈现随着土层的加深而降低的趋势，且不同土层之间差异显著。从种稻第15年和40年则表现为犁底层结合态胡敏酸的碳含量最高，其次是耕作层，心土层的含量最低，不同土层之间差异显著。
