澄江尖山河小流域不同土地利用類型下土壤肥力分析

江 紅，王克勤

(西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明 650224)

土壤肥力是土壤的基本屬性，是土壤供應(yīng)植物生理所需物質(zhì)時所處環(huán)境條件的有機結(jié)合［1］，是土地評價的主要因素之一［2］。土地利用作為人類利用土地各種活動的綜合反映，是影響土壤肥力變化最普遍、最直接、最深刻的因素［3］。合理的土地利用方式可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高周圍空氣和水分的質(zhì)量，增強土壤對外界環(huán)境變化的抵抗力，提高土壤肥力［4］;而不合理的土地利用方式則會導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，最終使土地嚴重退化［5］。本研究以澄江縣尖山河小流域內(nèi)4種典型土地利用類型(坡耕地、次生林、人工林、灌草地)的土壤為研究對象，對比分析不同土地利用方式下的土壤肥力狀況，旨在為深入了解該區(qū)域土壤肥力狀況提供資料，同時為合理制定該區(qū)域的土地利用方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

云南澄江縣尖山河小流域位于北緯24°32'00″—24°37'38″、東經(jīng) 102°47'21″—102°52'02″之間，地處澄江西南部，為撫仙湖一級支流，海拔1 722.0—2 347.4 m，流域總面積35.42 km2。研究區(qū)多年平均降水量為1 050 mm，干濕季分明，雨季為5月下旬至10月下旬，期間降水量占全年總降水量的75%，暴雨基本出現(xiàn)在雨季，年均徑流深300 mm，年均蒸發(fā)量900 mm。流域土壤主要是紅紫泥土和紅壤，主要的土地利用類型有次生林、人工林、灌草地及坡耕地。主要的喬木樹種有云南松(Pinus yunnanensis)、華山松(P.armandii)、藍桉(Eucalyptus globulus)等。

1.2 研究方法

1.2.1 土樣采集與測定

2010年5 —9 月，每月17日分別在各地類徑流小區(qū)內(nèi)四角及中心點共5處采集0—20 cm表層土樣(取前除去表層雜物)，然后將5處取得的土樣充分混勻，用四分法取樣約500 g，共采集土樣20個。將土樣帶回室內(nèi)，風(fēng)干、過篩后測定土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷。其中，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法;全氮和堿解氮采用凱式蒸餾法;全磷采用濃硫酸-高氯酸消化，抗壞血酸還原比色法;速效磷采用鹽酸-氟化銨提取劑提取土壤中的速效磷，然后用氯化亞錫還原比色測定。

1.2.2 土壤肥力評價

選擇修正的內(nèi)梅羅公式［6］計算各地類的土壤綜合肥力系數(shù)。根據(jù)該研究區(qū)的土壤特性，選擇有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷5個指標作為綜合評價參數(shù)。因為各參數(shù)對土壤整體肥力水平的影響不同且各參數(shù)實測值的量綱各異，所以土壤的各參數(shù)不能直接相加，而是要通過數(shù)學(xué)方法對各參數(shù)先進行標準化以消除各參數(shù)之間的量綱差別。標準化處理的方法［7］如下:

當(dāng)指標的測定值屬于“極差”級時，即Ci≤Xa，則

當(dāng)指標的測定值屬于“差”級時，即Xa＜Ci≤Xc，則

當(dāng)指標的測定值屬于“中等”級時，即Xc＜Ci≤Xp，則

指標的測定值屬于“良好”級時，即Ci＞Xp，則

式中:Pi為分肥力系數(shù);Ci為指標的測定值;X為指標分級標準(見表1)，其中Xa、Xc和Xp分別為“差”級、“中等”級和“良好”級分級標準。

表1 土壤各屬性分級標準值

最后，用修正的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對不同土地利用類型的土壤肥力做綜合評價。修正的內(nèi)梅羅計算公式為

式中:P為土壤綜合肥力系數(shù);Pi平均為各分肥力系數(shù)的平均值;Pi最小為各分肥力系數(shù)中最小值;n為參評指標數(shù)。

最終，根據(jù)P值定量評價土壤肥力。如P≥2.7為土壤很肥沃，2.7～1.8為肥沃，1.8～0.9為一般，＜0.9為土壤貧瘠。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

所有數(shù)據(jù)采用Excel2003和SPSS13.0軟件進行處理分析，采用單因素方差分析和最小顯著差異法比較不同數(shù)據(jù)間的差異，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。圖中誤差線為標準誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型土壤養(yǎng)分狀況

不同土地利用方式因地表植被覆蓋和人為干擾程度不同，直接影響土壤養(yǎng)分的輸入和輸出，進而影響到土壤的養(yǎng)分貯存和有效性等肥力狀況。因此，不同土地利用方式導(dǎo)致各地類的土壤養(yǎng)分狀況也不盡相同。

2.1.1 全氮和堿解氮

土壤中的全氮含量表示了氮素的供應(yīng)容量，是土壤中無機態(tài)氮和有機態(tài)氮的總和。灌草地全氮含量最高，坡耕地最低，二者相差0.28g/kg。經(jīng)方差分析，不同土地利用方式對土壤全氮含量的影響未達到顯著水平，即不同土地利用方式下土壤全氮含量差異不大。不同土地利用方式全氮含量大小依次為:灌草地＞次生林＞人工林＞坡耕地(圖1)。灌草地與次生林的全氮含量相差不大，僅比次生林高4.6%，但比人工林高17.2%，比坡耕地高70%。

4種土地利用類型中堿解氮含量最高的是次生林，最低的是坡耕地，二者相差39.2mg/kg。經(jīng)方差分析，不同土地利用方式對堿解氮的影響未達到顯著水平。堿解氮含量大小依次為:次生林＞人工林＞灌草地＞坡耕地。次生林土壤的堿解氮含量比人工林高54.04%，比灌草地高55.02%，比坡耕地高90.14%。

圖1 不同土地利用類型下土壤全氮和堿解氮含量

2.1.2 全磷和速效磷

4種地類中，灌草地的全磷含量最高，人工林的含量最低，二者相差0.27g/kg。全磷含量大小依次為:灌草地＞次生林＞坡耕地＞人工林(圖2)。灌草地全磷含量比次生林高6.45%，比坡耕地高46.67%，比人工林高69.23%。坡耕地的速效磷含量最高，次生林最低，相差138.75mg/kg。速效磷含量大小依次為:坡耕地＞灌草地＞人工林＞次生林。坡耕地的速效磷含量比灌草地高11.46%，比人工林高108.31%，比次生林高147.29%。經(jīng)方差分析，不同土地利用方式對土壤全磷的影響未達到顯著水平，但對速效磷的影響達到顯著水平?？緹熎赂厮傩Я缀枯^高，主要與長期施用大量磷肥有關(guān)。

圖2 不同土地利用類型下土壤全磷和速效磷含量

2.1.3 有機質(zhì)

土壤有機質(zhì)含量與土壤肥力水平密切相關(guān)，雖然在大多數(shù)土壤中有機質(zhì)含量僅占土壤質(zhì)量的一小部分，但它在土壤肥力方面卻起著至關(guān)重要的作用。4種土地利用方式中，次生林有機質(zhì)含量最高，坡耕地最低，后者比前者少2.04百分點。經(jīng)方差分析，不同土地利用方式對有機質(zhì)的影響達到極顯著水平。有機質(zhì)含量大小依次為:次生林＞灌草地＞人工林＞坡耕地(圖3)。次生林有機質(zhì)含量比灌草地高16.55%，比人工林高41.45%，比坡耕地高160.63%。

圖3 不同土地利用類型下土壤有機質(zhì)含量

2.2 不同土地利用類型土壤肥力評價

2.2.1 單項指標的評價

根據(jù)全國第二次土壤養(yǎng)分含量分級表［8］，研究區(qū)4種土地利用類型中，次生林有機質(zhì)含量處于全國二級水平，人工林和灌草地處于全國三級水平，坡耕地僅處于全國四級水平;研究區(qū)各土地利用類型的全氮含量都偏低，次生林、灌草地、人工林的含量僅處于全國五級水平，坡耕地的含量處于全國六級水平;次生林、灌草地、坡耕地的全磷含量處于五級水平，人工林的含量僅處于六級水平;堿解氮方面，次生林處于四級水平，灌草地、人工林、坡耕地處于五級水平;速效磷方面，次生林、灌叢地、人工林、坡耕地的含量均較高，均處于全國一級水平。

綜上所述，研究區(qū)除了有機質(zhì)和速效磷的含量較豐富外，全氮、全磷、堿解氮都較缺乏。

2.2.2 土壤肥力綜合評價

根據(jù)各土地類型的土壤綜合肥力系數(shù)，次生林最大，坡耕地最小。與坡耕地相比，人工林、灌草地、次生林的P值分別高出18.4%、43.4%、48.7%。各地類土壤綜合肥力大小依次為:次生林＞灌草地＞人工林＞坡耕地(表3)。根據(jù)土壤綜合肥力系數(shù)P值，次生林、灌草地、人工林土壤肥力均表現(xiàn)為一般，而坡耕地土壤肥力表現(xiàn)為貧瘠。

表3 不同土地利用類型土壤肥力綜合評價

3 討論

在次生林、灌草地、人工林3種土地類型下，土壤全氮、全磷和堿解氮含量均高于坡耕地。這是因為在不同的土地利用方式下，土壤養(yǎng)分會隨著人為干擾程度的增加而降低［9］，坡耕地因人為耕作頻繁，對土壤養(yǎng)分的輸入大，輸出也大，其人為干擾程度遠遠強于自然、半自然狀態(tài)利用方式下的次生林地、灌草地和人工林。

在次生林、人工林、灌草地和坡耕地4種土地利用類型下，次生林有機質(zhì)含量最高，主要是因為次生林的植被覆蓋度較大、林下植被結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，枯落物量大，從而使土壤的有機質(zhì)含量較高;灌草地的植被覆蓋度雖然大于次生林，但是灌草地單位面積上的生物量遠小于次生林，有機質(zhì)大多來源于草本層腐殖質(zhì)，因此灌草地的有機質(zhì)含量低于次生林地;人工林因植被結(jié)構(gòu)單一、林下植被較少導(dǎo)致地上部分枯落物少，因此有機質(zhì)含量相對較低;烤煙坡耕地因經(jīng)常施氮肥和磷肥，很少施有機肥，加上烤煙收獲后基本沒有枯落物還回耕地，所以坡耕地的有機質(zhì)含量最低。

前人對研究區(qū)的研究大多集中在水土流失狀況、水體面源污染及其控制措施上，而對該區(qū)域的土壤養(yǎng)分狀況，對主要土地利用下的土壤肥力研究較少。本研究重點研究了該區(qū)域主要土地類型的土壤養(yǎng)分狀況，并對各地類的土壤肥力做了綜合評價，一定程度上為了解該區(qū)域的土壤肥力狀況提供了參考資料。但土壤肥力是涉及土壤物理、化學(xué)、生物等多個方面指標的綜合性系數(shù)，本研究因受實驗條件的限制，僅選取了土壤化學(xué)性質(zhì)方面幾個重要的指標作為評價參數(shù)。為了能夠更全面、更準確地評價該區(qū)域各地類的土壤肥力狀況，在日后的研究中，應(yīng)全面選取物理、化學(xué)、生物方面的多個指標來進行綜合評價。

4 結(jié)論

(1)該區(qū)域4種土地類型中，全氮含量大小依次為灌草地＞次生林＞人工林＞坡耕地;堿解氮含量大小依次為次生林＞人工林＞灌草地＞坡耕地;全磷含量大小依次為灌草地＞次生林＞坡耕地＞人工林;速效磷含量大小依次為坡耕地＞灌草地＞人工林＞次生林;有機質(zhì)含量大小依次為次生林＞灌草地＞人工林＞坡耕地。

(2)各地類土壤速效磷、有機質(zhì)含量差異達到顯著水平，而全氮、堿解氮、全磷主要受養(yǎng)分來源影響，各地類差異未達到顯著水平。

(3)就全國土壤養(yǎng)分分級來看，研究區(qū)的土壤肥力各指標僅有機質(zhì)和速效磷的含量處于中上水平，而全氮、全磷、堿解氮的含量均較低，處于偏下水平。

(4)利用內(nèi)梅羅指數(shù)計算各地類的土壤綜合肥力系數(shù)(P)，從大到小依次表現(xiàn)為:次生林(1.13)＞灌草地(1.09)＞人工林(0.90)＞坡耕地(0.76)。坡耕地土壤肥力較差，比次生林、灌草地、人工林分別低32.74%、30.28%、15.56%。次生林因植被覆蓋度較大，擁有較為復(fù)雜的植被結(jié)構(gòu)，枯落物較多且受人為干擾較少，所以土壤肥力較高。而坡耕地因耕作，植被覆蓋較低，人為干擾較大，重用輕養(yǎng)導(dǎo)致土壤肥力較低。

(5)植被覆蓋和人為干擾是使土壤養(yǎng)分變化的主要因素，坡耕地因缺乏植被覆蓋以及翻耕、播種等農(nóng)事活動頻繁，重用輕養(yǎng)，從而導(dǎo)致土壤肥力較差。因此，應(yīng)合理規(guī)劃該區(qū)域的土地利用類型，實施植被恢復(fù)、封禁治理等減少人為干擾活動的措施以改善該區(qū)域的土壤肥力狀況。

［1］孫波，張?zhí)伊郑w其國.我國東南丘陵山區(qū)土壤肥力的綜合評價［J］.土壤學(xué)報，1995，32(4):362-369.

［2］楊勝天，朱啟疆.論喀斯特環(huán)境中土壤退化的研究［J］.中國巖溶，1999，18(2):169-176.

［3］朱祖祥.土壤學(xué)［M］.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1983.

［4］Su Y Z，Li Y L，Cui J Y，et al.Influences of continuous grazing and livestock exclusion on soil properties in a degraded sandy grassland，Inner Mongolia，northern China［J］.Catena，2005，59(3):267-278.

［5］沙麗清，邱學(xué)忠，甘建民，等.云南保山西莊山地流域土地利用方式與土壤肥力關(guān)系研究［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2003，22(2):9-11.

［6］單奇華，俞元春，張建鋒，等.城市森林土壤肥力質(zhì)量綜合評價［J］.水土保持通報，2009，29(4):186-190，223.

［7］楊自瓊，毛昆明，肖昌泰.永勝縣濤源村新墾土地土壤肥力評價［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012(6):282-283.

［8］白麟，楊建英，韓雪梅，等.三種造林模式對北京北部人工水源涵養(yǎng)林地土壤肥力的影響研究［J］.水土保持研究，2011，18(6):75-78.

［9］謝瑾，李永梅，侯天才.納板河流域不同土地利用類型下土壤綜合肥力分析［J］.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，27(3):401-407.