澧阳平原古水稻土有机无机复合度及腐殖质结合形态研究

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土壤肥料•资源环境　DOI:10.16498/ki.hnnykx.2017.004.014
腐殖质是土壤有机质在微生物作用下形成的复杂而较稳定的大分子有机化合物。

它是土壤有机质的主要组成部分，一般占有机质总量的50%~70% [1]。

土壤中的腐殖物质大多是与矿物部分相结合，形成有机无机复合体而存在，由于结合的方式和松紧程度不一，可分为松结态、稳结态和紧结态3种腐殖质[2-3]，它们在固碳和肥力特性上各不相同。

不同结合形态腐殖质对于土壤结构、性状具有不同的影响，对土壤的肥沃状况也有很大的影响[4-5]。

因而，关于不同土壤环 境条件下土壤的腐殖质结合形态及其与肥力的关系[6-7]、不同培肥措施与土壤腐殖质形态[8-9]及有机物料施用对土壤腐殖质形态的影响[10]等方面进行了大量研究。

而对于古水稻土，特别是埋藏古水稻土态腐殖质的结合形态及其演变过程的研究则少见，笔者以澧阳平原埋藏古水稻土为例，研究了其有机无机复合度及土壤腐殖质的结合形态，并与现代耕作水稻土进行了比较，以期为水稻土有机质的提升、土壤固碳过程、土壤腐殖质形态的演变等方面提供科学依据。

1　材料与方法1.1　研究区概况
澧阳平原是湖南史前遗址分布最为密集、文化序列最清晰的地区，出土的古水稻粒距今8 000 a 以上。

澧阳平原为澧水冲击形成，自然地貌为平原丘林，土壤肥沃。

位于长江中下游区域，水源充足， 属于大陆性气候特征，四季分明，降水充沛。

杉龙岗古水稻土遗址位于湖南常德临澧县新安镇一条东西走向的岗地西部，属于新石器前期遗址，文化面貌属于彭头山文
 澧阳平原古水稻土有机无机复合度及腐殖质结合形态研究
樊腾芳，周卫军，郭子川，刘　沛 
（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）
摘　要：通过化学分析方法研究澧阳平原杉龙岗古水稻土和现代水稻土有机无机复合度及结合态腐殖质的组成及空间分布特征。

结果表明：随
剖面深度的加深有机无机复合量减少，复合度则相反，且埋藏古水稻土复合度>现代耕作土复合度。

古水稻土腐殖质结合形态以松结态为主，紧结态其次，稳结态最少，平均含量分别为12.75、4.07和0.42 g/kg ，且埋藏古水稻土含量>现代耕作土含量。

从剖面空间分布上看，各结合态腐殖质含量变化幅度较大，现代耕作土松结合态含量呈先下降后上升趋势，稳结合态呈下降趋势，紧结合态呈下降后平稳趋势；埋藏古水稻土松结合态含量呈下降趋势，稳结合态缓慢上升趋势，紧结合态呈先下降后上升趋势。

关键词：古水稻土；有机无机复合度；结合态腐殖质；组成特征
中图分类号：S155.32 文献标识码：A 文章编号：1006-060X （2017）04-0051-04
 O rganic and Inorganic Compound and Humus Combined Form in the Ancient
Paddy Soil of Liyang Plain
F AN Teng-fang ，ZHOU Wei-jun ，GUO Zi-chuan ，LIU Pei
（College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC ）
Abstract ：The organic mineral complex degree, humus combined forms and its spatial distribution were studied with the method of sampling outdoor and analytic determination in buried ancient paddy soil of Liyang Plain. The results showed that the amount of organic mineral complex decreased with increase of the depth, however the inverse results was observed on the organic mineral complex degree, while the organic mineral complex degree of buried ancient paddy soil was greater than that of the modern cultivated soil. The loose combined humus was main in ancient paddy soil, the second was tight combined humus, thus was stably combined humus, their content were by 12.75, 4.07 and 0.42 g, respectively, while the content of buried ancient paddy soil was higher than that of the modern cultivated soil. The change of the different combined forms humus content was greater in ancient paddy soil at spatial distribution, the content of loose combined humus decreased with increase the depth in soil profile, however that of the stably combined humus gradually raised, while the trend of the first decline then rise was recorded in tight combined humus in the buried ancient paddy soil. The content of the loose combined humus indicated the trend of first rise and then increased, the stably combined humus gradually decreased, and the tight combined humus showed the change of first downward after the steady in the modern cultivated soil.
Key words ：ancient paddy soil; organic-inorganic composite; combined humus; composition characteristic
收稿日期：2017-02-13
基金项目：国家自然科学基金（41371228）
作者简介：樊腾芳（1990-），男，湖南娄底市人，硕士，主要从事土地资源与环境信息技术方面的研究。

通讯作者：周卫军
　湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES ）2017年4月52--土壤肥料•资源环境
化。

有众多证据表明澧阳平原率先完成了人类由狩猎采集经济向稻作农业经济的转变，在这里发现了目前已知最早的人工栽培水稻。

1.2　土壤样品的采集
供试土壤采集来自澧阳平原杉龙岗古水稻遗址剖面。

分别采集3处土壤剖面为PA 、PB 、PC 。

根据
考古鉴定、土壤平剖面特征的测定，剖面可分为2个特殊层次，其中剖面PA0-49 cm 土层段、PB0-51 cm 和PC0-39 cm 土层段均为现代耕作水稻土层，剖面PA55-76 cm 、PB51-63 cm 和PC39-67 cm 土层段均为距今约3 000年的埋藏古水稻土层。

各土层土壤基本理化性质见表1。

表1　古水稻土遗址基本理化性质
剖 面
土 壤土 层深 度（cm）pH 值有机质（g/kg）
碱解氮（mg/kg）有效磷（mg/kg）
速效钾（mg/kg）
PA
现代耕作水稻土
A1 耕作层0~27.57.5023.8094.3011.0053.80P1 犁底层27.5~337.709.2021.6013.8027.40W1 潴育层33~497.509.5023.2016.3035.80C1 母质层49~557.4010.0027.4010.5028.70古水稻土
A2 耕作层55~687.4012.1031.609.3041.70P2 犁底层68~767.409.5029.10 5.9036.60PB
现代耕作水稻土
A1 耕作层
0~257.5022.80100.1016.1058.10P1 犁底层25~307.608.4232.2015.1025.30W1 潴育层30~417.709.1128.3015.2031.30C1 母质层41~517.709.1027.7014.8025.30古水稻土
A2 耕作层51~567.5011.3833.1013.2027.30P2 犁底层56~637.5011.8333.6012.9035.20W2 潴育层63~707.409.7929.808.0031.20PC
现代耕作水稻土
A1 耕作层
0~167.6018.7060.0011.8050.80P1 犁底层16~187.5010.6032.5012.8042.40W1 潴育层18~277.109.0027.1013.6041.30C1 母质层27~397.208.8028.90 6.6031.30古水稻土
A2 耕作层39~487.2011.9034.307.8034.00P2 犁底层48~547.2012.3043.607.3027.40W2 潴育层54~617.1012.2038.30 6.2035.60C2母质层
61~67
6.90
10.60
29.30
4.10
33.90
1.3　分析测定方法
土壤有机无机复合度和腐殖质结合形态的测定按傅积平连续测定方法。

1.4　数据分析方法
所有野外调查与分析测定数据均用Excel2003统计软件进行数据处理及分析。

2　结果与分析
2.1　古水稻土有机无机复合状况
由表2可以看出：不同层次间，随着剖面的加深其复合度基本上呈逐渐增高的趋势。

即耕作层＜犁底层＜潴育层。

现代耕作土与埋藏古水稻土相比较，一般现代耕作土复合度（50%~60%）＜埋藏古水稻土（60%~80%）。

由此可见，现代耕作土与埋藏古水稻土有机无机复合状况有差异，但变化量并不大。

且埋藏古水稻土复合度大多在60%以上，未复合的仅有一小部分，这表明古水稻土壤有机物质的腐化程度均很高，并且多数与无机复合体形成有机无机复合体。

2.2　古水稻土松结合态腐殖质（H1）的组成
及空间分布
松结合态腐殖质（H1）是土壤结合态腐殖质的重要组成部分，主要是由铁、铝或其水化氧化物联结的有机矿质复合体[8]。

从表3可以看出，现代耕作水稻土松结合态腐殖质的变化范围为2.4~14.8 g/kg ，埋藏古水稻土含量范围为6.7~19.99 g/kg 。

其中从总体上看，3处剖面的埋藏古水稻土松结合态腐殖质含量要高于现代耕作土。

根据图1可以看出，松结合态腐殖质含量的变化趋势在现代耕作水稻土中，剖面PA 、PB 、PC 松结合态腐殖质含量耕作层至犁底层分别下降了3.1、12.4和5.7 g/kg ，犁底层至潴育层又分别上升了1.1、7.7和7.5 g/kg 。

其变化趋势先上升后下降，变化幅度比较大。

在埋藏古水稻土层中，剖面PB 、PC 松结合态腐殖质的含量耕作层至犁底层分别下降了3.8、1.5 g/kg ，犁底层至潴育层分别下降了6.5、2.4 g/kg ，其变化趋势是逐渐下降，且变化幅度较小。

这说明埋藏古水稻土松结合态腐殖质的稳定性高于现代耕作水稻土。

2.3　古水稻土稳结合态腐殖质（H2）的组成
樊腾芳 等：澧阳平原古水稻土有机无机复合度及腐殖质结合形态研究
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土壤肥料•资源环境及空间分布
稳结合态腐殖质（H2）是土壤结合态腐殖质相对含量较少的组分，主要是由钙离子联结的有机矿质复合体。

从表3可以看出，现代耕作土稳结合态腐殖
质的变化范围为0.25~3.96 g/kg ，埋藏古水稻土含量范围为0.28~0.49 g/kg 。

其中现代耕作水稻土的耕作层最高，分别为PA3.69、PB 2.84和PC 2.70 g/kg ，而埋藏古水稻土中潴育层稳结合态腐殖质含量最高，分别为PB0.47、PC0.49 g/kg 。

从总体上看，3处剖面的埋藏古水稻土稳结合态腐殖质含量低于现代耕作土。

根据图2可以看出，稳结合态腐殖质含量的变化趋势在现代耕作水稻土中，剖面PA 、PB 、PC 稳结合态腐殖质含量从耕作层至犁底层分别下降了3.12、1.54、1.73 g/kg ，犁底层至潴育层分别下降0.56、0.85、0.72 g/kg ，其含量变化趋势是逐渐减少，变化幅度较小。

在埋藏古水稻土层中，剖面PB 、PC 稳结合态腐殖质从耕作层至犁底层分别上升了0.14、0.07 g/kg ，犁底层至潴育层上升了0.05、0.23 g/kg ，其含量变化趋势
表2　古水稻土结合态腐殖质有机无机复合度
剖 面
土 壤土 层土 重（kg）
有机质（g/kg）
重组土重（kg）
重组有机质（g/kg）
复合度（%）
PA
现代耕作水稻土
A1 耕作层523.44 4.6511.4947.39P1 犁底层58.42 4.79 4.7253.60W1 潴育层59.11 4.83 5.2355.39C1 母质层59.10 4.88 5.7161.24古水稻土
A2 耕作层511.38 4.79 6.4254.00P2 犁底层511.83 4.80 6.6253.69PB
现代耕作水稻土
A1 耕作层
518.89 4.8110.2252.60P1 犁底层59.10 4.85 5.4157.57W1 潴育层59.33 4.84 5.7059.18C1 母质层59.10 4.87 5.9863.51古水稻土
A2 耕作层511.61 4.877.1159.38P2 犁底层58.42 4.87 6.3273.10W2 潴育层5 6.83 4.86 5.6380.13PC
现代耕作水稻土
A1 耕作层
518.07 4.8611.3861.08P1 犁底层510.25 4.87 6.6162.72W1 潴育层58.68 4.84 5.3359.64C1 母质层58.53 4.87 6.6776.18古水稻土
A2 耕作层511.52 4.847.2060.49P2 犁底层7.2011.81 4.897.3560.89W2 潴育层7.1011.66 4.84 8.2468.30母质层
6.90
10.10
4.86
7.37
70.37
注：有机无机复合度=（重组土重*重组有机质含量）/（土样重*有机质含量）*100%。

表3　古水稻土结合态腐殖质的组成 (g/kg )
土 层松结合态稳结合态紧结合态腐殖质有机碳含量PA A1耕作层11.0 4.0 6.7 21.6 13.9 P1 犁底层7.9 0.8 3.5 12.2 5.3 W1潴育层9.0 0.3 3.4 12.7 5.4 C1 母质层
19.8 0.3 3.0 23.1 5.8 A2耕作层19.9 0.4 4.5 24.7 6.8 P2 犁底层13.3 0.4 3.1 16.8 5.5 PB A1耕作层14.8 2.8 6.7 24.4 13.6 P1犁底层 2.4 1.3 4.0 7.7 4.9 W1潴育层10.1 0.5 4.1 14.6 5.3 C1母质层
17.5 0.7 3.4 21.5 5.3 A2耕作层
17.0 0.3 3.8 21.1 6.6 P2犁底层13.2 0.4 3.5 17.1 6.9 W2潴育层 6.7 0.5 3.6 10.7 5.7 PC
A1耕作层9.1 2.7 6.1 17.9 10.8 P1犁底层 3.4 1.0 4.0 8.4 6.1 W1潴育层10.9 0.3 4.0 15.2 5.2 C1母质层7.8 0.4 4.8 12.9 5.1 A2耕作层8.7 0.4 4.6 13.6 6.9 P2犁底层11.8 0.4 4.6 16.9 7.1 W2潴育层16.3 0.4 4.2 20.9 7.1 C2母质层
7.9
0.7
4.7
13.3
6.1
01020304050607080
松结合态（g/kg ）深 度(c m )
图1　古水稻土松结合态腐殖质含量空间分布
　湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES ）2017年4月54--土壤肥料•资源环境
是逐渐增加，变化幅度不大。

可见，随着土层深度的增加埋藏古水稻土稳结合态腐殖质的含量比现代耕作水稻土朝着更加稳定的趋势变化。

01020
304050607080
稳结合态（g/kg ）
深 度(c m )
图2　古水稻土稳结合态腐殖质含量空间分布
2.4　古水稻土紧结合态腐殖质（H3）的组成
及空间分布
紧结合态腐殖质（H3）是土壤结合态腐殖质的重要组成部分之一，也是同土壤矿物质颗粒结合最紧的有机无机复合体。

从表3可以看出，现代耕作水稻土紧结合态腐殖质的变化范围为2.97~6.72 g/kg ，古水稻土含量范围为3.10~4.67 g/kg 。

现代耕作水稻土中耕作层紧结合态腐殖质含量最高，PA 、PB 和PC 分别为6.72、6.67和6.12 g/kg ，埋藏古水稻土中同样以耕作层最高，PA 、PB 和PC 分别为4.47、3.79和4.60 g/kg 。

从总体上看，3处剖面的埋藏古水稻土紧结合态腐殖质含量均低于现代耕作土。

根据图3可以看出，紧结合态腐殖质含量变化在现代耕作水稻土中，3处剖面紧结合态腐殖质含量从耕作层至犁底层分别下降了3.47、2.66、2.12 g/kg ，犁底层至潴育层基本上含量保持不变，其变化趋势是先下降后趋于平稳。

在埋藏古水稻土中，剖面PB 、PC 紧结合态腐殖质含量从耕作层至犁底层分别下降了0.31、0.13 g/kg ，从犁底层至潴育层上升了0.14、0.43 g/kg ，其变化趋势是先下降后上升，变化幅度不大。

这表明，土壤紧结合态腐殖质的含量随着土层深度的增加而其稳定性较差。

3　结　论
现代耕作水稻土中有机无机复合量在3.2~7.6g/kg
之间，随着土层的增加而减少，埋藏古水稻土有机无机复合量在4.2~8.3 g/kg 之间，且随着土层深度的增加而减少。

现代耕作水稻土复合度在47.39%~69.64%之间，埋藏古水稻土复合度在59.38%~80.13%之间,且随着土层深度的增加而增加。

总体上看埋藏古水稻土复合度要高于现代耕作水稻土。

澧阳平原杉龙岗古水稻土遗址结合态腐殖质含量最多的为松结合态，其次是紧结合态，最后是稳结合
态。

其中，埋藏古水稻土腐殖质松结合态含量要高于现代耕作水稻土，而现代耕作水稻土稳结合态和紧结合态含量都要高于埋藏古水稻土。

古水稻土遗址结合态腐殖质各组成含量变化趋势为，在古水稻土中均为耕作层与犁底层稍有上升降、潴育层以下基本稳定；在现代耕作水稻土中只有稳结合态、紧结合态随土层深度增加均表现为明显下降。

这就说明古水稻土中各结合态腐殖质只有稳结合态朝着越来越稳定的趋势变化，而松结合态与紧结合态含量变化较大，也体现出古水稻土受到现在耕作水稻土腐殖物质迁移的影响。

而现代耕作水稻土中随着深度的增加腐殖质含量逐渐下降，稳定性较强的腐殖质逐步在表层积累，而稳定较差的部分不断向下迁移。

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（责任编辑：高国赋）
01020304050607080
紧结合态（g/kg ）深 度(c m )
图3　古水稻土紧结合态腐殖质含量空间分布。