蒼梧縣崩崗洪積扇不同培肥模式土壤肥力特征研究

鄧羽松，丁樹文，蔣代華，吳 菲，李瑤瑤，杜 贇，馬 媛

（1.華中農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，武漢430070；2.廣西大學 農(nóng)學院，南寧530004）

崩崗是我國南方紅壤區(qū)特有的侵蝕現(xiàn)象［1］，主要分布在長江以南的湖北、湖南、江西、安徽、福建、廣東、廣西等省（自治區(qū)）。我國南方發(fā)生崩崗共有23.91萬個，總面積達1 220km2［2］。單個崩崗年侵蝕量可達35.0萬t［3］，崩崗侵蝕損毀和淤埋農(nóng)田，淤塞河庫渠道，破壞水利設(shè)施，加劇干旱和洪澇災(zāi)害，造成區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化。同時沙化導(dǎo)致農(nóng)田有機質(zhì)含量降低，堿解氮，有效磷，有效鉀含量降低，肥力水平下降，在土壤環(huán)境質(zhì)量和肥力水平的雙重惡化作用下，農(nóng)作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降，最終威脅了我國的糧食安全［4－7］。

我國過去對南方崩崗的研究側(cè)重于成因機制以及體系治理等方面，對于崩崗沙化農(nóng)田質(zhì)量恢復(fù)方面研究較少。相關(guān)研究表明：施用不同的肥料能夠改善土壤肥力，對土地質(zhì)量提升有一定的作用［8－11］。因此，選取蒼梧縣崩崗洪積扇為研究對象，分析不同培肥模式改良崩崗洪積扇的土壤理化性質(zhì)，包括土壤顆粒組成、有機質(zhì)含量、陽離子交換量以及氮磷鉀含量等指標，旨在闡明崩崗沙化農(nóng)田質(zhì)量恢復(fù)的土壤理化特征的空間分布規(guī)律，探討不同培肥模式對崩崗洪積扇生態(tài)恢復(fù)的效果，為崩崗侵蝕沙化農(nóng)田質(zhì)量恢復(fù)技術(shù)手段途徑提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

蒼梧縣地處廣西壯族自治區(qū)東部，位于東經(jīng)110°5l′—111°40′，北緯22°58′—24°10′，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，資源豐富，年平均溫度21.12℃，平均降水量1 500mm，年均日照時數(shù)1 815h。該地地形以丘陵、低山為主，土壤以花崗巖發(fā)育的紅壤為主。由于特殊的自然條件，蒼梧縣崩崗侵蝕嚴重，2005年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全縣崩崗總面積達3.42km2，共有240hm2農(nóng)田因崩崗侵蝕產(chǎn)生水土流失危害而不同程度地遭受泥沙壓埋，部分水田改旱作，沙積嚴重的已棄耕，9座?。ǘ┬退畮?，1座?。ㄒ唬┬退畮煲惨驀乐赜俜e而影響灌溉［12］。蒼梧縣崩崗最集中和數(shù)量最多的分布在龍圩鎮(zhèn)，有崩崗580個。

1.2 土樣采集與處理

2014年1月對龍圩鎮(zhèn)崩崗進行了調(diào)查，該地發(fā)生崩崗已接近10a，該地農(nóng)戶大部分在崩崗洪積扇種植沙糖桔。本研究選擇崩崗洪積扇種植果樹的三種不同培肥模式區(qū)域采集土樣，共采集4個區(qū)域土樣：施化肥；施農(nóng)家肥；種植綠肥＋秸稈還田；對照區(qū)。該區(qū)域種植沙糖桔以及采用各種施肥措施均以達6a以上，具體采樣信息見表1。在選定的代表性地塊上，先除去土樣表面的雜物，每個樣地按“S”型樣線采集20個耕作層（0—20cm）土樣混合為1個樣，將其混合，然后采用四分法分取樣品1～2kg，帶回室內(nèi)風干并進行測定。

表1 采樣地點基本情況

1.3 指標測定方法

土壤理化性質(zhì)均按常規(guī)方法進行測定［13］。土壤顆粒組成測定采用吸管法；土壤含水率測定采用烘干法；pH測定采用電位計法［水：土＝2.5∶1］；土壤有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀外加熱法；土壤全氮測定采用半微量凱氏法；土壤全磷測定采用硫酸—高氯酸—鉬銻抗比色法；土壤全鉀測定用火焰光度法；土壤堿解氮測定采用堿解擴散法；土壤速效磷（AP）測定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰光度法；陽離子交換量采用乙酸銨交換法。

1.4 綜合因素評價方法

綜合評價同時考慮了土壤屬性中所有因子的綜合作用，主要分為以下幾類：指數(shù)評價法、模糊評價法、灰色評價法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法等［14－15］。其中指數(shù)評價法對土壤肥力做出定量描述，指數(shù)評價法常用的有內(nèi)梅羅指數(shù)法。因此，本文擬用修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法對土壤肥力進行綜合評價［16］。

參數(shù)間由于量綱的差別應(yīng)進行標準化，以方便因子的綜合計算。由于參評因子都具有具體的測定數(shù)值，如陽離子交換量等。根據(jù)模糊數(shù)學的原理，在上述指標等級劃分的基礎(chǔ)上引入評價因子對土壤肥力質(zhì)量的隸屬度概念，用區(qū)間［0，3］上的數(shù)Y來表示單因子質(zhì)量指數(shù)的大小，處理的方法如下［16］：

當屬性值屬于差一級，即ci＜xa時：

pi＝ci／xa（pi≤1）

當屬性值屬于中等一級，即xa≤ci≤xc時：

pi＝1＋［（ci－xa）／（xc－xa）］ （1＜pi≤2）

當屬性值屬于較好一級，即xc＜ci＜xp時：

pi＝2＋［（ci－xc）／（xp－xc）］ （2＜pi≤3）

當屬性值屬于好一級，即ci≥xp時：pi＝3

式中：pi——分肥力系 數(shù)；ci——該屬性測定值；xa——分級標準值（表2）。標準化后，同一級別的各屬性分肥力系數(shù)比較接近，便于對比分析。土壤各選取屬性分級標準值見表2［16］。

由于耕層質(zhì)地是定性指標，其標準化主要采用以下方式：當耕層質(zhì)地為中壤時，單因子質(zhì)量指數(shù)pi＝3；當耕層質(zhì)地為重壤或者輕壤時，單因子質(zhì)量指數(shù)pi＝2；當耕層質(zhì)地為黏土或者砂土時，單因子質(zhì)量指數(shù)pi＝1。

表2 土壤各屬性分級標準值

評價模型的選擇采用修正的內(nèi)梅羅（Nemoro）公式計算綜合肥力系數(shù)：

式中：P——土壤肥力系數(shù)；ˉpi2——土壤各屬性分肥力系數(shù)平均值；pimin——土壤各屬性分肥力系數(shù)中的最小值；n——參與評價的土壤屬性個數(shù)。為了突出土壤屬性中最差一項指標對肥力的影響，采用pi最小代替原內(nèi)梅羅公式中的pi最大；為了反映可信度，增加修正項（n－1）／n，即參評土壤屬性項目（n）越多，可信度越高。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和簡單的分析，并繪制相應(yīng)的圖表利用SPSS 16.0進行方差分析和相關(guān)性分析等，應(yīng)用最小顯著性差異（LSD）檢驗不同處理之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培肥模式土壤顆粒組成變化

研究崩崗洪積扇不同培肥措施土壤顆粒組成特征見表3。由表3可以看出，按照美國土壤粒級分類制，施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田的礫石含量比對照區(qū)分別減少了15.19%，36.42%，46.73%；極粗砂粒含量比對照區(qū)分別減少了10.37%，43.44%，30.82%；粗砂粒比對照區(qū)分別減 少了55.47%，67.41%，47.45%；細砂粒比對照區(qū)分別減少了15%，40.95%，45.56%；施化肥、施農(nóng)家肥的中砂粒含量比對照區(qū)分別減少了1.12%，28.86%；施化肥、種植綠肥＋秸稈還田的極細砂粒含量比對照區(qū)分別減少了9.9%，29.7%；施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田的粉粒含量比對照區(qū)分別增加了43.9%，91.88%，70.43%；黏粒含量比對照區(qū)分別增加了40.53%，85.31%，71.35%。經(jīng)過差異性檢驗可知，除種植綠肥＋秸稈還田和對照區(qū)的中砂粒含量無顯著性差異、施農(nóng)家肥和對照區(qū)的極細砂粒無顯著性差異外，其他各施肥模式之間差異達到顯著水平。以上分析結(jié)果說明各培肥模式均有助于降低崩崗侵蝕區(qū)茶園土壤礫石以及砂粒各粒級含量，而增加粉粒和黏粒含量。這是可能由于崩崗洪積扇土壤中主要成分為石英、長石或其它礦物顆粒，種植沙糖桔并培肥之后，土壤結(jié)構(gòu)會由于耕作產(chǎn)生機械性破壞，同時耕作培肥也加速了長石等礦物的分解。

表3 不同培肥模式土壤顆粒組成 %

2.2 不同培肥模式土壤養(yǎng)分特征

2.2.1 土壤pH值 由表4可知，施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田的土壤pH值比對照區(qū)分別增加了8.58%，15.98%，12.87%。經(jīng)檢驗，各種施肥模式的土壤pH值均有顯著性增加，這可能是由于崩崗洪積扇沙化農(nóng)田導(dǎo)致土壤酸性增強，而不同的施肥模式有利于降低土壤酸度。

2.2.2 土壤陽離子交換量 土壤陽離子交換量的大小是衡量土壤保肥能力以及緩沖能力的重要標志［17］。對不同培肥模式洪積扇土壤陽離子交換量進行分析和差異性檢驗（表4）可知，施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田的土壤陽離子交換量比對照區(qū)分別增加了119.96%，127%，155.64%。各施肥模式與對照區(qū)相比均有顯著性增加，說明施肥改良土壤增強了土壤的保肥能力。

2.2.3 土壤有機質(zhì) 土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，是植物的養(yǎng)分來源和土壤微生物生命活動的能量來源［17］。從表4可以看出，施用不同肥料改良崩崗洪積扇土壤均可增加有機質(zhì)含量。有機質(zhì)含量差異表現(xiàn)為施農(nóng)家肥＞種植綠肥＋秸稈還田＞施化肥＞對照區(qū)，各種施肥模式之間有機質(zhì)差異性均達到了顯著水平，說明施肥改良崩崗洪積扇土壤能夠有效增加有機質(zhì)含量，其中施用農(nóng)家肥改良土壤的效果最明顯。

2.2.4 土壤全氮、全磷和全鉀 從表4中可知，崩崗洪積扇經(jīng)過不同的培肥模式改良之后，施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田土壤的全氮含量均有了不同程度增加，分別增加了 172.22%，255.56%，222.22%，且各施肥方式與對照區(qū)差異達到顯著水平。說明不同培肥措施對崩崗洪積扇土壤全氮含量增加的作用明顯，且增加的趨勢為施農(nóng)家肥＞種植綠肥＋秸稈還田＞施化肥＞對照區(qū)。與對照區(qū)相比，施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田土壤全磷含量分別增加了79.07%，79.07%，23.26%，施化肥和農(nóng)家肥的果園全磷含量顯著高于種植綠肥＋秸稈還田和對照區(qū)。各個施肥模式間全鉀含量的差異達到顯著水平，表現(xiàn)為施農(nóng)家肥＞種植綠肥＋秸稈還田＞施施化肥＞對照區(qū)，說明施肥改良土壤可以顯著增加土壤全鉀含量。總體來看，不同的培肥模式對崩崗洪積扇土壤全量養(yǎng)分的恢復(fù)均有明顯的效果。

2.2.5 土壤堿解氮、速效磷和速效鉀 土壤速效氮、速效磷、速效鉀是作物生長發(fā)育所必需的三大基本元素直接來源，研究土壤速效養(yǎng)分能夠直接反映作物的生長能力狀況［18］，因此對土壤的速效養(yǎng)分進行測定分析能夠?qū)Ρ缻徍榉e扇土壤恢復(fù)效果有個更直觀的認識。對崩崗洪積扇不同培肥模式土壤速效養(yǎng)分進行分析（表4）可知，施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田土壤堿解氮含量分別增加了124.14%，186.82%，195.78%，施農(nóng)家肥和種植綠肥＋秸稈還田之間差異不顯著；速效磷含量分別增加了152.73%，24.5%，209.57%，施化肥和種植綠肥＋秸稈還田之間差異不顯著；速效鉀含量分別增加了98.27%，196.99%，231.76%，各施肥模式與對照區(qū)均達到顯著性差異水平。

表4 不同培肥模式土壤養(yǎng)分含量分布

2.3 不同培肥模式土壤顆粒組成與養(yǎng)分的相關(guān)性

從表5可以看出，土壤pH值與礫石和砂粒呈顯著負相關(guān)，與粉粒和黏粒呈正相關(guān)，表明崩崗侵蝕沙化農(nóng)田導(dǎo)致了農(nóng)田酸化。除了全磷含量和極細砂粒、粉粒、黏粒，速效磷含量和中砂粒、粉粒、黏粒相關(guān)性不明顯外，土壤陽離子交換量、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀與礫石和砂粒含量均呈負相關(guān)，而與粉粒和黏粒含量呈顯著正相關(guān)。這些結(jié)論說明土壤的顆粒組成能夠影響土壤肥力。農(nóng)田里如果礫石和砂粒的含量高，則土壤保持養(yǎng)分、水分和供給養(yǎng)分的能力較弱。然而，粉粒和黏粒的含量越高，土壤保水保土的性能就越強。

表5 不同培肥模式下土壤顆粒組成與土壤養(yǎng)分的相關(guān)分析

2.4 崩崗洪積扇不同培肥模式土壤肥力評價

從表6可知，崩崗洪積扇柑桔園土壤肥力等級系數(shù)P表現(xiàn)為施農(nóng)家肥＞種植綠肥＋秸稈還田＞施化肥＞對照區(qū)，且施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田P值比對照區(qū)分別增加了42.11%，139.47%，135.53%。各農(nóng)用地經(jīng)過肥力評價（表7）可知，施農(nóng)家肥改良的柑桔園土壤肥力屬于二等，土壤肥沃；施化肥和種植綠肥＋秸稈還田柑桔園土壤肥力均屬于三等，土壤肥力一般；而對照區(qū)土壤肥力屬于四等，土壤較為貧瘠。說明不同培肥模式可以提高崩崗洪積扇土壤肥力，其中，施農(nóng)家肥的效果最明顯。同時，分析研究發(fā)現(xiàn)，pi最小值很大程度上決定了土壤肥力系數(shù)大小，因此，在崩崗侵蝕區(qū)進行土地利用的時候可以根據(jù)土壤限制條件提出改良措施。

表6 土壤肥力綜合評價結(jié)果

表7 土地肥力等級劃分

3 結(jié)論與討論

（1）不同培肥模式能夠改變崩崗洪積扇土壤顆粒組成，土壤經(jīng)培肥后礫石和砂粒含量比對照區(qū)均顯著減少；而粉粒和黏粒含量跟對照區(qū)相比呈增加趨勢。各施肥模式中土壤pH值、陽離子交換量、有機質(zhì)、氮磷鉀含量比對照區(qū)均有顯著性增加。

（2）經(jīng)過相關(guān)性分析顯示，土壤各化學養(yǎng)分指標與土壤顆粒組成之間存在著極顯著的相關(guān)性，樣地土壤中礫石和砂粒的含量與土壤養(yǎng)分均呈顯著負相關(guān)，而粉粒和黏粒含量則與土壤養(yǎng)分呈顯著正相關(guān)。此外，各樣地土壤養(yǎng)分指標均呈極顯著的正相關(guān)。相關(guān)性研究結(jié)果跟前人的研究成果接近［19－20］，因此，恢復(fù)崩崗洪積扇土壤可以考慮改變土壤顆粒組成，加快長石的風化，達到改良土壤質(zhì)地與肥力的效果。

（3）對崩崗洪積扇柑桔園進行肥力評價，施化肥、施農(nóng)家肥、種植綠肥＋秸稈還田土壤肥力等級系數(shù)P值比對照區(qū)分別增加了42.11%，139.47%，135.53%。肥力評價結(jié)果顯示，對照區(qū)土壤肥力屬于四等，施化肥和種植綠肥＋秸稈還田柑桔園土壤肥力比對照區(qū)高1個等級，施農(nóng)家肥柑桔園土壤肥力比對照區(qū)高2個等級。

結(jié)果闡明了不同的培肥模式均可以改良崩崗洪積扇土壤理化性質(zhì)，其中以上的施肥模式中農(nóng)家肥效果最佳，種植綠肥＋秸稈還田和施化肥改良效果次之。因此，建議恢復(fù)崩崗洪積扇土壤可考慮采用農(nóng)家肥或者種植綠肥、秸稈還田的模式，這些方式均能較快提高土壤有機質(zhì)，同時土壤陽離子交換量的提高增加了土壤的保肥能力，而施化肥效果并不顯著，可能與崩崗洪積扇保肥能力差，養(yǎng)分流失較快有關(guān)。

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