不同开垦年限水稻土还原性物质含量及其分布
张广才;查文文;关连珠;张昀;高晓丹;吴春龙;陈伟伟;王明达
干煸泥鳅【摘 要】以辽宁省各地棕壤型、草甸土型水稻土为研究对象，探讨了不同开垦年限的棕壤型、草甸土型水稻土中还原性物质总量、活性还原性物质、络合态铁、水溶性亚铁、水溶性亚锰含量及其分布状况。结果表明，不同开垦年限供试水稻土随着开垦年限增加表层还原性物质总量、活性还原性物质、络合态铁、水溶性亚铁和水溶性亚锰含量明显增加，且均随土壤深度增加而减少，其积累主要集中在土壤上层。土壤络合态铁与还原性物质总量和活性还原性物质均呈极显著正相关，表层土壤有机质对铁、锰的络合减少了铁、锰元素向剖面下层的迁移数量。开垦10年以上，水稻土耕层中还原性物质就明显积累，直至60年，其积累量仍不断增加，因此生产上必须采取措施抑制水稻土中还原性物质的累积。%The paddy soils derived from brown and meadow soils at different cultivated years in Liaoning province was chon as the subject to reveal changes and distribution of contents of reducing matters, water soluble ferrous and manganous ion, and complex iron in soil profiles through experimental analysis and statistical method. The results showed that: all of the contents of
reducing matters, water soluble ferrous and manganous ion, and complex iron incread with the rising of culti-vated years, but they mainly accumulated in topsoil layers and reducd with the soil depth increasing. The soil complex iron was significantly correlated (P<0. 01) with the total content of reductive matters or content of active reducing substances. The ferrous and manganous amount of moving to subsoil layers was reduced by complexation of soil organic matter in topsoil. After 10 cultivated years, the content of reducing matters in paddy soil accumulated significantly, and it continued to 60 cultivated years. So, it is very necessary to take some measures for preventing the accumulation of reducing matters in paddy soil.我的主题
【期刊名称】《中国土壤与肥料》
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】5页(P37-40,61)
【关键词】还原性物质;水稻土;水溶性亚铁;水溶性亚锰;络合态铁
【作 者】张广才;查文文;关连珠;张昀;高晓丹;吴春龙;陈伟伟;王明达
【作者单位】沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866;沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866;沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866;沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866;沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866;沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866;沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866;沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业部东北耕地保育重点实验室，辽宁 沈阳 110866
【正文语种】中 文
【中图分类】S153.6
水稻土是指经过人为水耕熟化、长期淹水种稻而形成的土壤。由于长期淹水，土壤有机质嫌气分解、铁锰等变价元素被还原，造成土壤中有机和无机还原性物质的积累。土壤中的还原性物质是极为复杂的，性质也非常活泼，它不仅自身易变，金属离子亚铁、亚锰与某些还原性有机物质的络合影响土壤中各种形态铁之间的化学平衡，在强还原条件下，还原性物质过多积累可能对作物产生毒害，而且还原性物质还与其它土壤成分相互作用。为了了解各种还原性物质的化学行为，仅仅知道还原性物质的总量是不够的，还需要对各种组分加以研究，区分还原性物质是近年来许多研究者所关心的问题。土壤氧化还原的数量因素(还原性物质数量)对水稻土营养状况以及水稻生长起着重要的作用[1-3]，了解水稻土的还原性物质的数量和分布，不仅对评价水田土壤养分释放[4]与淋失状况和判断有毒有害物质是否积累有重要意义，还能为农药在土壤中降解[5]和土壤温室气体排放[6-7]的机理提供科学依据。家常炒花甲的做法
1.1 供试土壤
供试土壤采自辽宁省各地不同开垦年限的棕壤型(分别为8、28、36、43、60年)和草甸土型(分别为10、28、38、46、61年)水稻土，采样时间为2015年4月整地之前，按剖面不同
山穷水复疑无路深度(0～20、20～40、40～60、60～100 cm)取土，立即装入密封盒中，并用胶布封好，带回实验室立即测定土壤还原性物质总量、土壤活性还原性物质、土壤络合态铁、土壤水溶态铁和锰。1.2 测定项目与方法
土壤还原性物质总量的测定采用0.1 mol·L-1硫酸铝(pH值2.5)浸提-重铬酸钾氧化法，土壤活性还原性物质的测定采用0.1 mol·L-1硫酸铝(pH值2.5)浸提-高锰酸钾滴定法[8]。土壤水溶性亚铁含量的测定采用蒸馏水浸提-邻菲罗啉比色法[9]。土壤水溶性亚锰含量的测定采用蒸馏水浸提-高碘酸钾比色法。土壤络合态铁含量的测定采用焦磷酸钠提取法[10]。
1.3 数据处理
克服紧张心理的妙招所有数据均用Excel 2010进行处理，统计分析用SPSS 20.0软件进行，图用Excel 2010绘制。
2.1 土壤还原性物质总量的变化与分布
图1为不同开垦年限水稻土的还原性物质总量变化情况。由图1可以看出，随着土壤深度的增加，土壤还原性物质总量均逐渐减少，说明土壤还原性物质总量在土壤上层积累。草甸
土型水稻土耕层(0～20 cm)中的还原性物质总量变化在4.11～6.83 cmol·kg-1之间，而棕壤型水稻土耕层中还原性物质总量变化在3.82～6.32 cmol·kg-1之间，可见在0～20 cm土层，还原性物质总量随开垦年限延长明显递增；20～40 cm土层还原性物质总量在开垦38年(图1a)和36年(图1b)时到达最大值而不再增加。在40 cm深度以下变化则趋于稳定，可见水稻土还原性物质总量的积累主要表现在上层，尤其是耕层，而下层变化则较小。
2.2 土壤中活性还原性物质含量的变化及分布章乐
图2为不同开垦年限水稻土中活性还原性物质的变化情况。由图2可以看出，随着土壤深度的增加，土壤活性还原性物质含量均逐渐减少，其在土壤上层积累，与土壤还原性物质总量的表现一致。草甸土型水稻土耕层(0～20 cm)中的活性还原性物质含量变化在0.52～0.61 cmol·kg-1之间，而棕壤型水稻土耕层中的活性还原性物质含量变化在0.47～0.62 cmol·kg-1之间。在0～20 cm土层，活性还原性物质含量在开垦10年左右就达到0.5 cmol·kg-1左右，随着开垦年限延长其含量增加不明显；在20～40 cm土层，不同开垦年限水稻土的活性还原性物质含量在0.4 cmol·kg-1左右波动。在40 cm深度以下，草甸型水稻土的活性还原性物质含量趋于稳定，而棕壤型水稻土在0.2～0.4 cmol·kg-1间变化。可见水
园林养护
稻土活性还原性物质含量的积累同土壤还原性物质总量一样，主要在上层积累，而下层变化则较小。
2.3 土壤络合态铁含量变化及分布
络合态铁指的是Fe2+与土壤固体有机质颗粒络合而存在的形态。图3是不同开垦年限水稻土络合态铁含量变化及其剖面分布图。由图3可以看出，随着土壤深度的增加，土壤活性还原性物质含量均锐减，其只在土壤上层积累，40 cm深度以下积累较少。不论是草甸土型还是棕壤型水稻土，耕层的络合态铁含量在开垦8～10年就累积到0.5 g·kg-1以上，其后积累则较慢，到开垦40多年时仅达到近0.7 g·kg-1，而到开垦60年时则有降低趋势，特别是草甸型水稻土则明显降低。其他土层随开垦年限增加，土壤络合态铁变化不大。
相关分析表明，土壤中的络合态铁与还原性物质总量和活性还原性物质含量均呈现极显著正相关，相关系数分别为r=0.870 6**和r=0.911 7**。络合态铁与水溶态亚铁的分布也呈现明显的一致性，二者之间的相关系数r=0.867**，呈极显著正相关。由此可以认为，土壤中络合态铁是水溶性亚铁的主要给源。由于土壤有机质主要集中在耕层，因此，水稻土中的络合态铁，在耕层土壤中含量相应较高。土壤有机质是土壤中电子的主要来源，其本身分
解时产生的还原性物质，可与土壤中的氧化物，特别是铁锰氧化物进行电子交换，使之还原成Fe2+和Mn2+。所以随着水田土壤开垦年限的加长，表层土壤中氧化铁活化，络合态铁含量增加，从而造成活性还原性物质的积累。
2.4 土壤水溶性亚铁和亚锰含量变化与分布
图4和图5分别是不同开垦年限水稻土的水溶性亚铁和水溶性亚锰含量的剖面分布图。从图中可以看出，土壤水溶性亚铁和亚锰均随着土壤深度增加而急剧下降，耕层积累最多，20～40 cm积累量减少；40 cm以下水溶性亚铁基本不积累，而水溶性亚锰在60 cm以下基本没有积累。
从图4和图5还可以看出，随着种植水稻年限的延长，耕层土壤中水溶性亚铁和水溶性亚锰含量逐年增加，在60、61年时分别达到了78、96 μg·g-1和42、40 μg·g-1，高含量的亚铁和亚锰可能会产生毒害水稻生长和土壤养分流失等问题。
不同开垦年限供试水稻土随着开垦年限增加，表层还原性物质总量、活性还原性物质、络合态铁、水溶性亚铁和水溶性亚锰含量明显增加。供试水稻土的还原性物质总量、活性还
原性物质、络合态铁、水溶性亚铁、水溶性亚锰的含量均随土壤深度增加而减少，水田土壤中还原性物质的积累主要集中在上层土壤中。其中亚铁空间分布规律与袁大刚等[11]在川西水田的部分研究结果一致，土壤中的络合态铁与还原性物质总量和活性还原性物质均呈极显著正相关，表层土壤有机物质的积累[12-13]及其对铁、锰的络合[14]减少了铁、锰元素向土壤下层的迁移数量。
水稻土在开垦过程中，土壤经常性滞水还原，随着土壤中各种形态氧化铁、氧化锰的转化和淋移，耕层土壤结构的胶散以及孔隙状况的恶化，加之有机物质对氧气的消耗[12-13]，必然会造成还原性物质的积累，特别是活性还原性物质的积累。土壤中还原性物质的增加和积累，特别是低价铁的积累，是危害作物根系生长的重要因子。亚铁危害水稻生长的报道最早见于1955年，发生亚铁毒害的水稻在淹水和移栽16 d后土壤水溶性亚铁浓度达到了35.8 μg·g-1 [15]。现在一般无法简单地确定水稻发生土壤亚铁毒害的临界指标值，因为实际发生土壤水溶性亚铁危害水稻生长的浓度范围很宽泛，从10～500 μg·g-1或更高[16]，这是因为亚铁毒害的发生不仅仅与亚铁浓度有关，还和土壤pH值、土壤类型、有机质含量、还原性物质总量、施肥管理、水分管理，甚至水稻品种密切相关。在供试不同开垦年限水稻土中，开垦8、10年水稻土表层土壤中的水溶性亚铁就已经积累了39.6、43.7 μg·g-
1，开垦60、61年的水稻土表层土壤中水溶性亚铁的积累已经达到了78.9、96.4 μg·g-1，针对这种逐年积累的形势，如不采取必要的措施将有可能对作物产量产生抑制作用。
高含量的亚铁和亚锰毒害水稻生长，其发生危害的临界浓度及其影响因素还不是很清楚，值得进一步加以探讨。由于土壤对Fe2+和Mn2+的吸附能力强于Ca2+和K+等营养离子，势必造成土壤养分的过多释放并随着下渗水而流失的问题，这是开垦时间长的老稻田急需加以关注和研究的重要课题。
