不同利用方式對紫色丘陵地區(qū)土壤質(zhì)量的影響

摘 要：為探討重慶紫色丘陵地區(qū)4種典型的農(nóng)耕土地類型對土壤的質(zhì)量影響，對土壤養(yǎng)分因子氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)、代換量及有機(jī)碳，重金屬銅、鋅、鉛的含量水平進(jìn)行測定及分析。結(jié)果表明：對照于荒地，土壤肥力質(zhì)量在不同農(nóng)耕方式下養(yǎng)分代換量、有效磷、速效鉀含量不同程度下降，而堿解氮、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳有增大的趨勢，但土壤退化評價顯示都呈現(xiàn)一定程度退化現(xiàn)象，退化指數(shù)-9.16%～-15.6%；對土壤重金屬環(huán)境的影響，銅、鋅全量均在背景值范圍內(nèi)，潛在威脅較小，而鉛含量均已超出背景值，并且重金屬有效態(tài)含量及活化率均受到不同農(nóng)耕方式的極大影響而出現(xiàn)明顯的分異現(xiàn)象。紫色丘陵地區(qū)，不同耕作方式利用下的土壤需要注意對土壤肥力質(zhì)量和重金屬含量的影響，以維持耕地的長期性。

關(guān)鍵詞：土壤質(zhì)量；土地利用方式；紫色丘陵；影響

中圖分類號 S15 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）03-69-04

Effects of Soil Quality under Different Land-use Types in Purple Hilly Areas

Gao Jing

（Chongqing Academy Agricultural Science，Chongqing 401329，China）

Abstract：For discussing the effects of soil quality under different land-use types in the purple hilly areas.Through determining and analyzing the contents of nitrogen， phosphorus，potassium， organic matter，exchange capacity，organic carbon and copper，zinc，lead in different land-use types soil of the purple hilly areas.The results show：Comparing with the wasteland，the soil quality is different，exchange capacity，effective phosphorus，effective potassium are decreased to varying degrees，and nitrogen， organic matter， organic carbon has a tendency to increase，but soil degradation evaluation shows the soil has a certain extent of degradation， degradation index is from -9.16% to -15.6%；the environmental of heavy metals，The contents of copper，zinc are in the range of background value， the potential threat is small，but the lead levels has exceeded background value，and the effective content and activation of heavy metal are greatly influenced by the different farming practices.So we need to pay attention to the impact of soil fertility quality and soil heavy metal quality of arable land in order to maintain long-term in the purple hilly areas.

Key words：Soil quality； Land-use types； Purple hilly area； Effect

Islam K R et al[1]、傅伯杰[2]等研究得出土地利用方式及農(nóng)耕管理措施的不同可以改變土壤物理組成、化學(xué)組成、生物特性以及土壤的環(huán)境狀況；鄭喜珅等[3]也發(fā)現(xiàn)不同利用方式下，土壤性質(zhì)及生產(chǎn)力將會發(fā)生改變，也在一定程度上影響了土壤的環(huán)境。合理的利用方式會使土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)化，因子間互相協(xié)調(diào)，使土壤肥力得到提升，地力得以保持。而不合理的土地利用方式會造成土壤結(jié)構(gòu)破壞，因子失衡，地力生產(chǎn)下降，污水灌溉、未處理有機(jī)肥、工業(yè)污染等的使用甚至?xí)⒅亟饘賻胪寥?，使土壤中重金屬元素含量發(fā)生了明顯變化，對土壤環(huán)境質(zhì)量造成危害，間接影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的安全。

重慶紫色丘陵地區(qū)處北半球副熱帶，北緯29°35′，地形以丘陵、低山為主，年均氣溫為18℃，大部分地區(qū)年降水量1 000～1 350mm，年日照時數(shù)1 000～1 400h。土壤主要以侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）、遂寧組（J3sn）、沙溪廟組（J2s）、自流井組（J1-2z）以及三疊系飛仙觀組（T1f）、巴東組（T2b）紫色泥頁巖母質(zhì)發(fā)育而成紫色土為主，主要農(nóng)作物有水稻、玉米、小麥、紅薯、柑橘、蔬菜等，典型的農(nóng)用地利用方式有蔬菜地、果園地、水稻田、麥-玉-苕連作旱地以及荒地。筆者以紫色丘陵地區(qū)幾種典型的農(nóng)用利用地土壤為研究對象，探討不同利用方式對農(nóng)用地土壤基本肥力質(zhì)量與環(huán)境質(zhì)量的影響并做出相關(guān)評價，研究結(jié)果為保持地力生產(chǎn)穩(wěn)定性和指導(dǎo)調(diào)控土壤環(huán)境污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

11 土樣的采集與制備 供試土樣采自重慶紫色丘陵地區(qū)不同農(nóng)用地的紫色土壤，分別按水田、蔬菜地、常年旱耕地、果園土及撂荒地采集耕作層0～20cm土壤[4]，采用多點混合，四分法取樣，保證每個點取樣05～1kg。去除和接觸金屬器皿的土壤，帶回實驗室自然風(fēng)干，剔除侵入體（如植物殘渣、昆蟲、石礫），研磨過1、025mm的尼龍篩，裝瓶備用。

12 土壤化學(xué)性質(zhì)測定方法

121 土樣常規(guī)養(yǎng)分因子測定 土壤堿解氮采用堿擴(kuò)散法，有效磷采用Olsen法，速效鉀采用NH4AC提取-火焰光度法，有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳均采用“重鉻酸鉀容量法-外加熱法”，pH值采用（土水比1∶ 1）電極法，全氮采用開氏法，全磷鉀采用NaOH熔融法處理上機(jī)測定。代換量的測定，酸性土壤（pH<65）按NH4AC提取測定法測定，中性及石灰性土壤（pH≥65）采用草酸鉀-聚丙烯酰胺提取火焰光度法[5]。

122 重金屬元素測定 酸性土壤（pH<65）用01mol/LHCl提取，中性及石灰性土壤（pH≥65）用pH 73、0005mol/L DTPA-01mol/L TEA-001mol/L CaCl2溶液提取，采用（Z-5000）火焰原子吸收分光光度法測定有效Cu、Zn、Pb的含量；全量Cu、Zn、Pb含量采用NaOH熔融鹽酸溶解原子吸收法（Z-5000）測定[5]。

123 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS170軟件差異性分析和Excel軟件對測定結(jié)果統(tǒng)計分析，用Excel軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

21 不同利用方式對土壤肥力質(zhì)量的影響 土壤的性質(zhì)（pH、有機(jī)質(zhì)、代換量、質(zhì)地等）、氣候因子（降水量、降水強(qiáng)度等） 、水文地理因子（坡度、地下水位等） 、農(nóng)業(yè)管理因子（種植結(jié)構(gòu)差異、氮磷施肥時間和方法、灌溉和耕作制度）等均能對土壤肥力質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，而差別較大的農(nóng)耕利用方式將會對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而土壤中的氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等因子的含量及相互協(xié)調(diào)的能力均會對土壤肥力質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

表土層（0～20cm）有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)碳含量趨勢一致，均表現(xiàn)為水田>蔬菜地>撂荒地>旱地>果園，水田和蔬菜地明顯高于荒地，有機(jī)質(zhì)分別高了197%、730%，相對地有機(jī)碳則高了204%、777%，而旱地和果園相對于撂荒地有機(jī)質(zhì)急劇下降，分別下降了146%和213%，有機(jī)碳則下降了144%和210%，并且差異顯著；全氮含量水平水田>蔬菜地>撂荒地>旱地>果園，與有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量一致性較強(qiáng)；全磷含量相比荒地除水田下降了0029 g/kg以外，果園增加了0220g/kg，旱地提高了0207g/kg，蔬菜地僅增加了0096g/kg，總體水平果園>旱地>蔬菜地>荒地>水田；全鉀水平除果園高于荒地03g/kg以外，蔬菜地、旱地、水田均不同程度地低于荒地（詳見表1）。

注：a、b、c、d為在p<005水平均值比較差異顯著性檢驗，字母相同為差異不顯著，不相同表示差異顯著。

速效養(yǎng)分堿解氮、有效磷和速效鉀在不同利用方式下也表現(xiàn)出一定的分異特性。堿解氮是以NH4-N為主的速效養(yǎng)分，在不同利用模式下水田（111mg/kg）和撂荒地（110mg/kg）差異不大，旱地和果園與荒地相比減少幅度較大，分別減少了339mg/kg、181mg/kg，蔬菜地稍低于荒地，總體順序由大到小為水田、荒地、蔬菜地、旱地、果園；有效磷、速效鉀含量在各種利用方式下相比撂荒地均有不同程度的下降，有效磷降幅由130%到680%不等，表明差異懸殊，速效鉀相比有效磷降幅則稍小，為331%～488%，變幅較?。ㄔ斠姳?）。

代換量大小能反映土壤保蓄肥力的能力大小，特別是NH4-N、K等這些土壤中以陽離子形態(tài)存在的肥力因子，能很好地和離子代換量大小相關(guān)。相比荒地（266cmol/kg），其他幾種利用方式下的土壤代換量均有所下降，隨復(fù)墾指數(shù)增加有一定規(guī)律，從大到小順序為荒地（266cmol/kg）、果園（224cmol/kg）、水田（207cmol/kg）、旱地（204cmol/kg）、蔬菜地（187cmol/kg）。

農(nóng)用地的不同利用方式給土壤養(yǎng)分帶來嚴(yán)重影響，但養(yǎng)分因子變化特征有一定規(guī)律，土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量關(guān)系一致，由大到小的順序均為水田、蔬菜地、撂荒地、旱地、果園，相關(guān)性檢驗得出土壤中全氮含量與有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=0730**～0937**，有機(jī)碳與有機(jī)質(zhì)相關(guān)系數(shù)r=1**。

土壤利用方式不同，水田以水稻淹水為主，這種長期淹水條件下使有機(jī)質(zhì)難于礦化，而易于積累在土壤中，所以導(dǎo)致水田土壤中有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、全氮、堿解氮（與全氮顯著正相關(guān)r=0519*～0841**）含量較高。另外由于水的流動及滲透導(dǎo)致土壤中有效態(tài)磷鉀的淋失，而使得水田中有效態(tài)磷鉀的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他利用方式。另外由于重力作用還會導(dǎo)致土壤中全鉀和全磷礦物態(tài)隨水往深層土壤移動，導(dǎo)致表層土壤全磷鉀含量減少。

復(fù)墾指數(shù)對土壤養(yǎng)分影響也極大，在旱地連作方式下，養(yǎng)分消耗較大，與果園相比，旱地全磷鉀含量均小于果園。另外，高度集約化管理蔬菜地由于生產(chǎn)以短期效益葉菜為主，對土壤養(yǎng)分消耗極大，導(dǎo)致氮磷鉀速效養(yǎng)分偏低，但表1所示反而比其他方式含量高，也許與大量施肥有關(guān)。

由于有機(jī)質(zhì)能夠吸附較多的陽離子，一般土壤有機(jī)質(zhì)越高表明離子代換量也越大，但本試驗中有機(jī)質(zhì)含量與離子代換量相關(guān)性不顯著，有機(jī)質(zhì)含量由大到小順序為水田、蔬菜地、撂荒地、旱地、果園，而代換量由大到小為荒地、果園、水田、旱地、蔬菜地，可能與土壤中粘土礦物種類和含量相關(guān)，擾動越小的土壤，礦物破壞越小，離子代換量越大。

22 不同利用方式下土壤肥力評價 土地利用方式在合理利用的情況下會對土壤肥力有提高的作用，但如果不合理利用土地，就會造成土壤板結(jié)、結(jié)構(gòu)破壞等一系列問題，而土壤退化指數(shù)能在一定程度上反映土地利用方式的合理性[6-7]。土壤退化指數(shù)的計算首先是以某種土地利用類型為基準(zhǔn)，然后計算土壤各個屬性在其他土地利用類型與基準(zhǔn)土地利用類型之間差異（以百分?jǐn)?shù)表示），最后將各個屬性的差異求和平均，得到各土地利用類型的土壤退化指數(shù)。計算公式為：

DI=[（P1-P′1）/P′1+（P2-P′2）/P′2+…+（Pn-P′n）/P′n] ×100%/n

式中：DI—土壤退化指數(shù)；P′1、P′2…P′n—基準(zhǔn)土地利用類型下各個土壤屬性的值（本試驗以荒地為基準(zhǔn)）；P1、P2…Pn—其他土地利用類型下土壤各屬性值；n—選擇的土壤屬性數(shù)。土壤退化指數(shù)可以是正數(shù)也可以是負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù)表明土壤退化，正數(shù)說明土壤不僅沒有退化，而且質(zhì)量還有所提高。本試驗以土壤全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、代換量、有機(jī)碳的平均水平（如表1）為標(biāo)準(zhǔn)，對照撂荒地計算不同利用方式下的退化指數(shù)，以期評價土地利用方式的合理性，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同利用方式下土壤退化情況

如圖1所示，在與未受人為干擾的荒地土壤比較后，發(fā)現(xiàn)在不同農(nóng)耕利用方式下土壤均出現(xiàn)一定程度的退化。總體由大到小順序為果園（-156%）、旱地（-134%）、水田（-103%）、蔬菜地（-916%），說明果園由于長期缺乏科學(xué)管理，土壤質(zhì)地破壞嚴(yán)重；旱地則表現(xiàn)長期過度開墾，復(fù)種指數(shù)高，退化嚴(yán)重；水田淹水雖然對C、N保蓄，但P、K流失嚴(yán)重，養(yǎng)分不平衡也會造成總體肥力下降；蔬菜地可能由于集約化程度高，投入大會導(dǎo)致肥力指標(biāo)含量高，相對短時間對土壤及植物生產(chǎn)力都有促進(jìn)作用。但總體退化指數(shù)說明了紫色丘陵地區(qū)土壤退化程度不是特別嚴(yán)重，變幅不大，基本上整個區(qū)域退化較一致，利于生態(tài)恢復(fù)。

23 不同利用方式對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響 不同的土地利用方式不僅對土壤肥力質(zhì)量造成影響，而且土壤的環(huán)境質(zhì)量也會因為農(nóng)耕措施不同而受到嚴(yán)重影響。尤其是重金屬元素在土壤環(huán)境發(fā)生重大改變的同時，其有效性會受到影響，也可能通過不合理的農(nóng)業(yè)措施被帶入土壤，進(jìn)而增加土壤背景值的含量，從而威脅農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。

231 不同利用方式下土壤重金屬有效含量分異特性 土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量越來越受到人們的關(guān)注[8]，以紫色丘陵地區(qū)幾種典型的農(nóng)用土地利用方式下土壤重金屬Cu、Zn、Pb有效態(tài)含量分布規(guī)律，探究土壤重金屬在不同利用方式下的分異特性。

19卷03期高 靜 不同利用方式對紫色丘陵地區(qū)土壤質(zhì)量的影響重金屬有效平均水平受不同利用方式的影響，差異顯著。Cu的有效水平趨勢為水田>蔬菜地>旱地>撂荒地>果園，與荒地含量相比，除果園差異不顯著以外，其他方式下與荒地異差顯著，蔬菜地093mg/kg、旱地049mg/kg、水田146mg/kg；有效Zn水平趨勢蔬菜地>水田>果園>旱地>撂荒地，由于荒地含量較小，相比荒地增加倍數(shù)分別為蔬菜地245倍、水田110倍、果園107倍、旱地102倍，與荒地含量差異顯著；有效Pb水平趨勢為蔬菜地>水田>旱地>果園>撂荒地，果園土壤與荒地差異不大，而其他在農(nóng)耕投入的同時，Pb的有效水平急劇增加，蔬菜（323mg/kg）和水田（312mg/kg）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他方式，旱地含量為荒地的2倍（詳見表2）。

注：小寫字母a、b、c、d表示不同利用方式在P<005水平差異性檢驗。

另外，活化率指土壤中的某種元素有效態(tài)含量和總量之間的比值，公式表示為r=Xi/Ci×100%（Xi指i元素的有效含量，Ci指同一土層的i的全量），它的意義在于能反映出土壤中某種元素的活化程度，并且反映出土壤中重金屬的供給能力、保蓄能力等[9]。

不同利用方式下，土壤的重金屬有效態(tài)水平及活化率均表現(xiàn)出一定規(guī)律性（見表2），土壤中的Cu活化率順序為水田>蔬菜地>旱地>果園>荒地；有效Zn活化率表現(xiàn)為蔬菜地>果園>水田>旱地>荒地；有效Pb活化率表現(xiàn)為水田>蔬菜地>果園>旱地>荒地。隨著農(nóng)耕方式的進(jìn)行，整體土壤中重金屬有效水平會受到影響，與荒地水平相比會有不同程度的加劇。Cu、Zn、Pb在不同利用方式下，與荒地相比均有不同程度的活化，總體大小順序為Pb>Cu>Zn，與元素地質(zhì)遷移順序Zn>Pb>Cu有一定差異，表明農(nóng)耕利用影響了土壤重金屬的化學(xué)過程。

232 不同利用方式下土壤環(huán)境潛在威脅評價 累積性污染評價[10]是指用當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸担ɑ驅(qū)φ諟y定值）作為評價指標(biāo)值，用土壤重金屬全量（堿熔法或王水消解液）測定值與背景值進(jìn)行比較，以反映耕地土壤累積性威脅程度。本研究以累積性評價法探究紫色丘陵地區(qū)不同利用方式下的土壤中Cu、Zn、Pb對耕地土壤威脅來源情況，為科學(xué)利用土地提供依據(jù)。評價標(biāo)準(zhǔn)如表3所示，背景值參照重慶地區(qū)紫色土1986年背景值[10]。

Cu、Zn、Pb的分級情況如圖2所示，Cu的潛在威脅都較小，都趨于背景值含量范圍內(nèi)，除旱地土壤Cu的Pi>1外，其他利用方式均小于荒地，處于無風(fēng)險范圍內(nèi)；Zn的潛在威脅與Cu的威脅相似，雖然Zn的Pi值均有不同程度超過荒地，但均處于背景值范圍內(nèi)；而Pb的潛在威脅較大，不僅是在農(nóng)耕利用方式下，連荒地Pb含量水平都已經(jīng)超過了背景值，可能是由于現(xiàn)在工礦業(yè)、交通運(yùn)輸發(fā)展而帶來的外援Pb進(jìn)入土壤，使土壤Pb水平顯著提高，增加了潛在風(fēng)險，與王春苗[13]等研究相符。

圖2 不同利用方式下重金屬評價

3 小結(jié)與討論

31 小結(jié) 土壤中元素的遷移不僅受到自然因素的影響，而且往往由于農(nóng)業(yè)耕作等人為因子的加入，而改變了土壤元素的正常遷移順序。另外土壤的耕作狀態(tài)也將會帶來一定程度影響，水田模式下，淹水還原狀況利于Cu的價態(tài)的轉(zhuǎn)變，水的移動利于Zn、Pb等的活化，提高了其有效態(tài)含量。

Cu、Zn潛在威脅表明并非由于外援的投入而引起有效水平的上升，顯然農(nóng)業(yè)管理措施對土壤重金屬活化及有效態(tài)含量的提高影響較大。

由于現(xiàn)代工礦業(yè)等的影響，Pb已經(jīng)對土壤背景值產(chǎn)生了一定程度干擾，提高了土壤整體Pb水平，而有效含量由大到小順序為蔬菜地、水田、旱地、果園、荒地。

32 討論 綜上所述，在不同的農(nóng)耕措施下，土壤質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，在不合理的利用方式（如長期水田的淹水還原條件、旱地的長期擾動、果園的靜置等）下，土壤養(yǎng)分因子與撂荒地比較，差異顯著，從而對土壤的性質(zhì)產(chǎn)生重大影響，造成土壤質(zhì)量一系列問題，N、P、K等養(yǎng)分的流失、有效性減小、土壤退化指數(shù)偏高等，另一方面也會對土壤環(huán)境質(zhì)量造成危害，外援重金屬的加入往往會對農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)帶來威脅；相反，合理的土地利用不僅能夠提高土地資源的生產(chǎn)力，而且可以保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用，是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的基石。本研究顯示，重慶紫色丘陵地區(qū)土壤整體退化不嚴(yán)重，并且因子含量趨于平衡，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，合理布局，因地制宜，積極而有步驟地調(diào)整不合理的利用方式和耕作制度，保護(hù)好耕地的再生產(chǎn)力，防止土壤急劇退化；另外，環(huán)境質(zhì)量除Pb已經(jīng)超過背景值，威脅較大以外，Cu、Zn趨于背景值范圍之內(nèi)，但有效態(tài)水平含量與撂荒地相比，水田、旱地、蔬菜地、果園種植方式下，顯示出了活化的趨勢，有效水平提高，更易被農(nóng)作物吸收，產(chǎn)生危害，所以安全農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)予以重視。

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（責(zé)編：徐世紅）安徽農(nóng)學(xué)通報，Anhui AgriSciBull2013，19（03）