陰山北麓不同土地利用類型土壤養(yǎng)分特征分析與評(píng)價(jià)

高君亮，羅鳳敏，高永，原偉杰，王淮亮，黨曉宏

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 磴口 015200；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所，北京 100091；

3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；4.中國林業(yè)科學(xué)研究院華北林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，

北京 102300；5.河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，河北 石家莊050061)

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陰山北麓不同土地利用類型土壤養(yǎng)分特征分析與評(píng)價(jià)

高君亮1,2，羅鳳敏1，高永3*，原偉杰4，王淮亮5，黨曉宏3

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 磴口 015200；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所，北京 100091；

3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；4.中國林業(yè)科學(xué)研究院華北林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，

北京 102300；5.河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，河北 石家莊050061)

摘要：采用野外實(shí)地調(diào)查采樣、室內(nèi)樣品分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法，研究了陰山北麓4種不同利用類型土地的土壤養(yǎng)分特征，并對(duì)土壤肥力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，1) 研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為(25.12±6.56),(0.63±0.08),(0.76±0.10),(31.99±1.07) g/kg；速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為(39.87±9.14),(6.72±3.75),(175.83±105.45) mg/kg；pH為(7.74±0.14)。2) 土地利用方式對(duì)有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效磷和速效鉀的影響極顯著(P<0.01)，而對(duì)速效氮、全鉀和pH的影響不顯著(P>0.05)。3) 土壤全氮、磷、鉀含量和pH值在垂直剖面上(0～25 cm自上而下)表現(xiàn)為無規(guī)律的波動(dòng)狀態(tài)，但整體上變幅不大；而速效氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量整體上表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。4) 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值的排序?yàn)榉庥莸?0.506)>放牧草地(0.417)>耕地(0.361)>棄耕地(0.357)，封育草地與放牧草地的土壤肥力為中等級(jí)水平，而耕地和棄耕地的肥力為低等級(jí)水平，說明草地比耕地更有利于土壤保肥?？傮w而言，研究區(qū)土壤肥力水平較低，存在的主要問題是土壤中全氮和速效氮含量嚴(yán)重偏低。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)分特征；土壤肥力；土地利用類型；陰山北麓

陰山北麓是中國北方典型的農(nóng)牧交錯(cuò)帶，具有生態(tài)和生產(chǎn)雙重功能，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。長期以來由于氣候干旱、大風(fēng)日數(shù)多，加之人類高強(qiáng)度的土地資源開發(fā)利用，使得該區(qū)域成為一種特殊的“生態(tài)脆弱帶”，也成了我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙質(zhì)荒漠化強(qiáng)烈發(fā)展的地區(qū)之一[1]。土地利用是人類利用土地各種活動(dòng)的綜合反映。大量的研究結(jié)果表明，土地利用類型的變化可以引起許多自然要素和生態(tài)過程的變化[2]。如不同土地利用方式會(huì)影響土壤機(jī)械組成[3-4]、土壤含水量[5]、土壤微生物數(shù)量及酶活性[6-7]、植被蓋度和植物凋落物含量[8]等，這些因素的變化都會(huì)引起養(yǎng)分在土壤系統(tǒng)中的再分配。由于土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要標(biāo)志，土壤養(yǎng)分的分配格局會(huì)對(duì)土壤肥力及土地生產(chǎn)力產(chǎn)生重要的影響。因此，深入研究不同土地利用類型的土壤養(yǎng)分特征對(duì)區(qū)域土地利用方式的合理選擇、施肥的合理性、養(yǎng)分流失量的減少、土地生產(chǎn)力的提高及農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義?；诖?，以我國北方典型農(nóng)牧交錯(cuò)帶陰山北麓為研究區(qū)，對(duì)區(qū)域內(nèi)4種不同利用類型的土地(耕地、棄耕地、封育草地、放牧草地)0～25 cm深度范圍內(nèi)的土壤養(yǎng)分特征進(jìn)行分析，并對(duì)4種土地的土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。旨在探討陰山北麓地區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分特征的影響，以期為該區(qū)域土地質(zhì)量評(píng)價(jià)及生態(tài)植被建設(shè)提供理論基礎(chǔ)與科學(xué)數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古包頭市希拉穆仁鎮(zhèn)和呼和浩特市上禿亥鄉(xiāng)交界地，中心地理坐標(biāo)為111°13′49″ E，41°14′08″ N，海拔1700 m。該區(qū)域?qū)俚湫椭袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫3.0℃，無霜期130 d左右，年均降水約350 mm。土壤類型以栗鈣土和棕鈣土為主。植物種類組成簡(jiǎn)單，天然植被以禾本科(Poaceae)和菊科(Asteraceae)植物為主，如針茅(Stipagrandis)、沙生針茅(Stipaglareosa)、冷蒿(Artemisiafrigida)、雛菊(Bellisperennis)等。農(nóng)作物主要為馬鈴薯(Solanumtuberosum)和莜麥(Avenachinensis)。

1.2樣地設(shè)置與基本調(diào)查

2010年9月下旬在研究區(qū)選擇4個(gè)有代表性(耕地、棄耕地、封育草地和放牧草地)的樣地(表1)。在每個(gè)樣地上按照“品”字形選擇3個(gè)采樣點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)采樣點(diǎn)相距約200 m。在每個(gè)采樣點(diǎn)上用內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)高永等[9]研制的分層取土器分5層(0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm和20～25 cm)采取土壤樣品，樣品共計(jì)60份。然后將每個(gè)樣地3個(gè)采樣點(diǎn)同一層次的土樣混合裝入同一個(gè)密封袋，最后對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)。

1.3樣品測(cè)定

土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室陰干后剔除植物根系、葉片等雜物，并將樣品充分混合均勻。然后按四分法將樣品分為兩份，分別用于物理和化學(xué)分析。將用來化學(xué)分析的樣品研磨后使之全部通過孔徑1.0 mm的土壤篩，然后分成兩份，1份用于測(cè)定土壤速效氮、磷、鉀；另1份用孔徑0.25 mm的土壤篩篩分，選取粒徑<0.25 mm的樣品測(cè)定有機(jī)質(zhì)、全氮、磷、鉀和pH。

表1　樣地基本概況

土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析》[10]。全氮用半微量凱氏法；全磷用HClO4-H2SO4消煮鉬銻抗比色法；全鉀用硫酸-高氯酸消煮-火焰光度計(jì)法；速效氮用堿解擴(kuò)散法；速效磷用Olsen法(0.5 mol/L NaHCO3法)；速效鉀用乙酸銨浸提火焰光度法；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化外加熱法；pH用2.5∶1水土比-酸度計(jì)法。

1.4數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖；用SAS 9.0軟件進(jìn)行不同土地利用類型土壤養(yǎng)分特征指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析。

土壤肥力綜合評(píng)價(jià)按照以下步驟計(jì)算[11-12]。

第一，運(yùn)用隸屬函數(shù)將8個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用公式(1)計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

(1)

式中,μ(Xij)為各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值；Xij為土壤養(yǎng)分指標(biāo)值；Xj,min、Xj,max分別為第j項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的最小值和最大值。

第二，土壤各個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)土壤綜合質(zhì)量指數(shù)(H)的重要性與貢獻(xiàn)不同，通常用權(quán)重(Wj)來表示各個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)的重要性。各個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重確定采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法，首先用公式(2)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)(Vj)，將公式歸一化后得到各指標(biāo)的權(quán)重(Wj)，然后通過公式(4)求出土壤綜合質(zhì)量指數(shù)，H越大，土壤質(zhì)量越高。

(2)

(3)

(4)

2結(jié)果與分析

2.1研究區(qū)土壤養(yǎng)分狀況統(tǒng)計(jì)分級(jí)

將所有土樣的8項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)分別進(jìn)行算術(shù)平均，作為研究區(qū)土壤養(yǎng)分平均狀況(表2)。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺程度不一，差異較大。有機(jī)質(zhì)、全氮、磷、鉀含量分別為(25.12±6.56)，(0.63±0.08)，(0.76±0.10)，(31.99±1.07) g/kg；速效氮、磷、鉀含量分別為(39.87±9.14)，(6.72±3.75)，(175.83±105.45) mg/kg；pH為(7.74±0.14)。

養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)(CV)是土壤性質(zhì)的內(nèi)在反映，能夠區(qū)別不同土壤養(yǎng)分抵抗外界條件的敏感性。且CV還能反映土壤養(yǎng)分的空間變異程度，是進(jìn)行土壤養(yǎng)分管理和合理施肥的基礎(chǔ)[13]。在土壤科學(xué)研究中，一般認(rèn)為CV>100%為強(qiáng)變異，10%～100%為中等變異，<10%為弱變異。研究區(qū)0～25 cm土壤中除了pH和全鉀為弱變異外，其余指標(biāo)均為中等變異。其中，pH的CV僅為1.85%，空間變異性很小，區(qū)域土壤為堿性(7.5～8.5為堿性)。此外，全效養(yǎng)分的CV均小于速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的CV，這可能是因?yàn)槿юB(yǎng)分主要受成土母質(zhì)中礦物成分的影響，大多以穩(wěn)態(tài)存在。研究區(qū)為緩丘地帶，地形坡度較小，成土母質(zhì)一致且分布比較均

表2　研究區(qū)土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)

勻，故CV均很小。而速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)均與農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)(耕作、施肥、植被殘茬及枯落物、放牧情況)有密切關(guān)系，故其CV均比全效養(yǎng)分的大。

此外，依據(jù)全國第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)[14]對(duì)研究區(qū)土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行級(jí)別劃分，結(jié)果表明，研究區(qū)土壤中全鉀含量屬于1級(jí)(很高等級(jí))；速效鉀含量屬于2級(jí)(高等級(jí))；有機(jī)質(zhì)、全磷含量屬于3級(jí)(中上等級(jí))，速效磷含量屬于4級(jí)(中下等級(jí))，全氮和速效氮含量屬于5級(jí)(低等級(jí))。

2.2不同土地利用類型的土壤養(yǎng)分狀況

由表3可見，4個(gè)樣地0～25 cm土壤的8項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均存在不同程度的差異。全氮含量從高到低為封育草地>放牧草地>棄耕地>耕地，差異極顯著(P<0.01)。速效氮由于受全氮的影響較大，故其含量的排序同全氮一致，但差異不顯著(P>0.05)，盡管如此，封育草地的速效氮含量仍比耕地高19.61%。全磷含量從高到低為耕地>棄耕地>封育草地>放牧草地，差異極顯著(P<0.01)。速效磷含量從高到低為耕地>棄耕地>放牧草地>封育草地，差異極顯著(P<0.01)。全鉀含量差異不顯著(P>0.05)，速效鉀含量從高到低為封育草地>放牧草地>棄耕地>耕地，差異極顯著(P<0.01)。其中，封育草地的速效鉀含量分別為棄耕地和耕地的1.46和2.84倍。有機(jī)質(zhì)含量從高到低為封育草地>放牧草地>耕地>棄耕地，差異極顯著(P<0.01)。草地有機(jī)質(zhì)含量高于農(nóng)耕地的主要原因是開墾使有機(jī)質(zhì)充分暴露在空氣中，土壤溫度和濕度條件得到改善，從而促進(jìn)了土壤呼吸作用，加速了有機(jī)質(zhì)的分解[15]。研究區(qū)pH值的空間變異性很小，且不同樣地之間差異不顯著(P>0.05)?？赡苁且?yàn)檠芯繀^(qū)降雨量少、蒸發(fā)量大，造成區(qū)域水資源短缺，地下水及其鹽類成分對(duì)其影響較小所致。

2.3土壤養(yǎng)分與土地利用類型及采樣深度的關(guān)系

圖1表明，8項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)在不同采樣層次中均存在不同程度的差異。全效養(yǎng)分含量的變化無規(guī)律，表現(xiàn)出波動(dòng)趨勢(shì)，但整體上變幅不大。此外，全效養(yǎng)分含量在10 cm處有比較明顯的拐點(diǎn)。如草地全氮含量、農(nóng)耕地全鉀含量等。其中，全氮的變幅以封育草地最大(0.14 g/kg)，全磷和全鉀的變幅均以棄耕地最大(0.31和3.03 g/kg)。pH也有小幅度波動(dòng)趨勢(shì)，最大變幅僅為0.25。速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量整體上表現(xiàn)出從表層到下層逐漸下降的趨勢(shì)。0～15 cm范圍內(nèi)變化劇烈，而15～25 cm范圍內(nèi)變化比較平緩。這可能與植物根系分布位置有一定的關(guān)系，因?yàn)楸韺?0～15 cm)土壤中所含草本植物的根生物量比深層土壤多，而且表層土壤能獲得較多的地上凋落物。

2.4不同利用類型土地土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

土壤肥力水平是諸多肥力因素綜合作用結(jié)果的反映，土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值不僅可以用數(shù)字來直觀表達(dá)復(fù)雜多變的土壤肥力，而且其評(píng)價(jià)結(jié)果還能夠較好地反映研究區(qū)土壤養(yǎng)分水平的基本狀況。本研究中選用8項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)，用公式(1)～(4)計(jì)算了4個(gè)樣地的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值(表4)。由表中可看出4個(gè)樣地的土壤肥力存在顯著差異(P<0.05)，即封育草地>放牧草地>耕地>棄耕地。前人采用等間距法將土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值劃分為5級(jí)水平(>0.8為極高等級(jí)、0.6～0.8為高等級(jí)、0.4～0.6為中等級(jí)、0.2～0.4為低等級(jí)和<0.2為極低等級(jí))[11,16]。據(jù)此，研究區(qū)的土壤肥力處于中等級(jí)(0.506，0.417)和低等級(jí)(0.361，0.357)兩個(gè)水平?？傮w而言，研究區(qū)土壤肥力水平較低。

表3　不同利用類型土地土壤養(yǎng)分特征

注：表中數(shù)據(jù)均為均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同行不同字母表示同一養(yǎng)分指標(biāo)在不同樣地間差異顯著(P<0.05)。

Note: Values are means±SD. Different letters within same row indicate significant differences at 0.05 level among different plots.

圖1　土壤養(yǎng)分含量與采樣深度的關(guān)系Fig.1　The relationships between nutrient content and sampling depths

樣地Plot土層深度Soillayer(cm)隸屬函數(shù)值Subordinatefunctionvaluesμ(1)μ(2)μ(3)μ(4)μ(5)μ(6)μ(7)μ(8)綜合評(píng)價(jià)值Integratedassessmentvalues耕地Farmland0～50.2050.7370.5000.0001.0000.1620.0000.9290.4595～100.2740.7680.0000.7300.7650.1340.6030.2590.26010～150.1420.8020.2790.2110.6580.0770.3970.5090.3860.361±0.073b15～200.0280.7600.2970.5020.4220.1110.6150.0000.33520～250.0001.0000.3410.3980.7060.0000.1670.2950.365棄耕地Abandonedland0～50.1080.0731.0000.3920.4920.6170.3970.2680.4175～100.3230.0000.9430.6480.1870.4540.2420.4820.38310～150.2600.3301.0000.6310.1180.3590.1540.3660.3700.357±0.048b15～200.4480.6280.2790.1590.1070.1950.2950.3930.30220～250.1180.8660.1680.4120.3100.0150.1540.6250.314封育草地Enclosuregrassland0～50.3020.2680.6110.8690.1931.0001.0000.4730.5715～101.0000.4080.6381.0000.3370.9550.9561.0000.76510～150.7950.3550.7210.9820.0910.3250.8960.1430.5030.506±0.176a15～200.5000.3240.9430.3170.0530.2690.4420.2770.36320～250.4030.3410.7210.3550.0000.1790.5460.3300.326放牧草地Grazedgrassland0～50.5350.2320.7210.7300.4490.7360.8330.7950.6125～100.9310.2570.2790.6770.1280.6120.8210.5800.52210～150.5450.2320.5030.4920.0640.4150.4100.6250.3870.417±0.147ab15～200.2150.2150.3190.5600.0800.1620.4230.7140.30120～250.4380.2230.5000.1540.0000.1620.3850.4380.264權(quán)重Weight0.1370.1210.1010.1000.1730.1580.1110.099

注：表中μ(1)～μ(8)分別表示全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K、有機(jī)質(zhì)和pH的隸屬函數(shù)值；同列不同字母表示土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值差異顯著(P<0.05)。

Note: The data μ(1)～μ(8) in the Table respectively denote the subordinative function value of total N, total P, total K, available N, available P, available K, organic matter and pH value. The different letters within same column show the significant differences among the integrated assessment values of soil fertility (P<0.05).

3討論與結(jié)論

3.1不同土地利用類型對(duì)氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤氮素是植物吸收的大量元素之一，是土壤養(yǎng)分最重要的指標(biāo)。研究區(qū)0～25 cm土壤中的全氮和速效氮含量均屬于5級(jí)，明顯偏低。研究表明，速效氮是能被植物根系直接吸收的氮形態(tài)，有機(jī)氮通過微生物的礦化作用，分解釋放出速效氮[17]。陰山北麓地帶的農(nóng)作物主要為馬鈴薯和莜麥，據(jù)研究，產(chǎn)量30000 kg/hm2的馬鈴薯和產(chǎn)量3000 kg/hm2的莜麥分別需氮102.6和90 kg。該區(qū)由于降水稀少，大風(fēng)日多，作物產(chǎn)量相對(duì)較低，因此農(nóng)民多以擴(kuò)大種植面積的形式來增加年收入，大多農(nóng)戶只施用有機(jī)肥或不重視施用氮肥。此外，我國北方地區(qū)的土壤本身缺氮，加之馬鈴薯和莜麥均為喜氮植物，人工開墾將草地變?yōu)楦睾筮B年種植馬鈴薯和莜麥致使土壤中的氮消耗嚴(yán)重，當(dāng)其含量急劇下降且得不到補(bǔ)充時(shí)，農(nóng)作物產(chǎn)量越來越低，農(nóng)民便舍棄耕地使其變?yōu)闂壐?。此外，草地土壤氮含量較農(nóng)耕地多的另一個(gè)重要原因是土壤全氮的95%來源于土壤有機(jī)質(zhì)[17]，草地枯落物數(shù)量較多、加之有家畜糞便而使其土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加。這一結(jié)果同施陳銀和馬禮[18]在張家口的研究結(jié)果類似，即自然草地的全氮和速效氮含量分別比莜麥地高13.6%和45.7%，中覆蓋草地的全氮和速效氮比低覆蓋度的分別高7.1%和11.11%。也與鄒麗娜等[19]在瑪曲地區(qū)的研究結(jié)果一致，封育及修復(fù)草地全氮含量均較高，開墾種植燕麥后，土壤全氮含量驟減。由此說明草地被開墾利用后，土壤經(jīng)過穩(wěn)定而長期的耕作，土壤氮含量會(huì)下降。

全磷含量的高低通常受土壤母質(zhì)和成土作用控制，同時(shí)，耕作施肥和放牧等人為干擾活動(dòng)對(duì)其也產(chǎn)生一定的影響[20-21]，因此4個(gè)樣地全磷含量差異極顯著(P<0.01)。速效磷的含量主要受人為活動(dòng)影響，馬琨等[20]認(rèn)為受大量磷肥施加的影響，農(nóng)耕地土壤速效磷含量高于草地等自然植被土壤。嚴(yán)正娟等[22]的研究表明動(dòng)物糞便中含有大量的磷，其中，豬糞、牛糞和羊糞中全磷的含量分別為12.9，9.6和7.5 g/kg。因此，4個(gè)樣地速效磷含量差異也極顯著(P<0.01)。由此可見，不同土地利用類型土壤中速效磷含量與農(nóng)牧業(yè)活動(dòng)密切相關(guān)，農(nóng)耕地長期施用農(nóng)家肥及主要農(nóng)作物需磷少是造成其磷含量高于草地的主要原因。棄耕地磷含量低于耕地的主要原因可能是全磷含量會(huì)隨著土地利用年限的增加而呈下降趨勢(shì)，土壤中的磷逐漸被收獲物逐年吸收帶走，最終導(dǎo)致土地開墾年限越長，土壤中全磷的含量相對(duì)越低[23]。

全鉀含量主要受母質(zhì)中礦物成分影響[24]，故其含量在各樣地之間差異不顯著(P>0.05)。施鉀肥可使土壤中速效鉀含量增加，4個(gè)樣地速效鉀含量之間差異極顯著(P<0.01)。長期種植馬鈴薯和莜麥對(duì)速效鉀消耗較多，產(chǎn)量30000 kg/hm2的馬鈴薯和產(chǎn)量3000 kg/hm2的莜麥需鉀量分別為191.25和75 kg。此外，草地上牲畜排泄的糞便中鉀含量高，使草地土壤中速效鉀含量也相應(yīng)增加[23]，這也可能是草地速效鉀含量高于農(nóng)耕地的一個(gè)原因。

4個(gè)樣地的有機(jī)質(zhì)含量之間差異極顯著(P<0.01)。這與施陳銀和馬禮[18]，劉全友和童依平[25]的研究結(jié)果一致，草地有機(jī)質(zhì)含量顯著高于農(nóng)耕地。植物為土壤提供大量的有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)過土壤中微生物的活動(dòng)，有機(jī)質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為土壤腐殖質(zhì)后供植物生長需要。因此，土壤有機(jī)質(zhì)在維持土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、提高土壤含水量、增加土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力等方面發(fā)揮重要作用。有研究結(jié)果表明，草地開墾變?yōu)檗r(nóng)耕地后土壤有機(jī)質(zhì)將會(huì)損失，轉(zhuǎn)變初期的5～7年，土壤有機(jī)質(zhì)損失速率較快；15～20年后，損失曲線趨于平緩[26]。有機(jī)質(zhì)降低的主要原因是開墾使有機(jī)質(zhì)充分暴露在空氣中，土壤溫度和濕度條件得到改善，從而促進(jìn)了土壤呼吸作用，加速了有機(jī)質(zhì)的分解[15,19]。而草地被封育后，植被蓋度增加使風(fēng)蝕的損失減少，植被對(duì)降塵和風(fēng)吹蝕的細(xì)粒組分的截獲增加，凋落物的養(yǎng)分輸入增加，這些都能促進(jìn)有機(jī)質(zhì)含量的增加[19]。

3.2土壤養(yǎng)分隨垂直深度的變化

4個(gè)樣地的全效養(yǎng)分含量在不同深度上(0～25 cm)的變化無規(guī)律，表現(xiàn)為波動(dòng)狀態(tài)，農(nóng)耕地的波動(dòng)整體上大于草地。這可能是因?yàn)楸M管全效養(yǎng)分主要受成土母質(zhì)的影響，但是強(qiáng)烈的人為活動(dòng)也會(huì)對(duì)其造成一定的影響。速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量整體上表現(xiàn)出從表層到下層逐漸下降的趨勢(shì)，0～15 cm范圍內(nèi)降低的程度比較劇烈，而15～25 cm范圍內(nèi)相對(duì)比較平緩，這與何貴永等[17]的研究結(jié)果基本一致。土壤養(yǎng)分在垂直深度上發(fā)生變化主要因?yàn)椴煌耐恋乩梅绞礁淖兞送寥佬再|(zhì)(物理、化學(xué)及生物學(xué)特性)和土壤環(huán)境狀況，進(jìn)而影響許多生態(tài)過程所導(dǎo)致[27-28]。在土壤風(fēng)蝕嚴(yán)重的陰山北麓地區(qū)，土壤養(yǎng)分與土壤風(fēng)蝕過程、植被生長和植被恢復(fù)相互響應(yīng)。草地被開墾為耕地后地表植被遭到破壞，在農(nóng)作物生長初期，相對(duì)較低的地表植被蓋度難以抵制大風(fēng)，風(fēng)蝕隨之加劇，土壤風(fēng)蝕量增加，細(xì)顆粒物質(zhì)被吹蝕掉，土壤養(yǎng)分也隨之被帶走。因此可認(rèn)為土地利用方式的變化影響了地表植被凋落物和殘余量，影響土壤微生物的活動(dòng)，從而引起養(yǎng)分在土壤各層次間的再分配。

土壤pH值升高會(huì)影響土壤養(yǎng)分的形態(tài)及有效性，最終導(dǎo)致植物營養(yǎng)不平衡、缺乏。影響土壤pH變化的因素較多，如土壤利用方式、地下水鹽類的成分和含量、蒸發(fā)量、降雨量、植物生長狀況等[17]。研究區(qū)pH值空間變異性很小(CV=1.85%)，比較均衡，且各樣地之間差異不顯著(P>0.05)。這可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)降雨量少而蒸發(fā)量大，使得區(qū)域水資源短缺，因而地下水位及其鹽類成分對(duì)土壤pH值的影響較小而致。

3.3不同土地利用類型土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

土壤肥力不僅受土壤養(yǎng)分含量變化的影響，而且還受植物對(duì)養(yǎng)分吸收能力的影響，但更取決于各因子的協(xié)調(diào)程度，是諸多肥力因素綜合作用的反映[11,16]。本研究結(jié)果顯示，封育草地、放牧草地、耕地和棄耕地的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值分別為0.506，0.417，0.361和0.357。目前盡管肥力等級(jí)的劃分及權(quán)重系數(shù)的確定在國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[11-12,16]，但本研究所計(jì)算的土壤肥力評(píng)價(jià)值仍能夠反映出研究區(qū)當(dāng)前的土壤肥力狀況，即該區(qū)域土壤肥力相對(duì)較低，草地的土壤肥力優(yōu)于農(nóng)耕地、封育草地優(yōu)于放牧草地的現(xiàn)狀。因此，在今后農(nóng)牧交錯(cuò)帶的生態(tài)植被建設(shè)中，應(yīng)注重天然植被的恢復(fù)，加大草原建設(shè)力度，減少對(duì)天然草地的開墾與破壞，防止天然草地進(jìn)一步退化而引起土壤退化。因?yàn)橥寥劳嘶挠绊懸h(yuǎn)大于植被退化，土壤嚴(yán)重退化后整個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)的功能將會(huì)遺失殆盡[29]。

References：

[1]Chen Z. Testing Study on Capability of Anti-wind Erosion of Land Surface Soil in the Cross Region Between Farmland and Grassland in Yinshan Mountain Area[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2006.

[2]Zhang W S, Li X X, Huang W J,etal. Comprehensive assessment methodology of soil quality under different land use conditions. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(12): 311-318.

[3]Gao J L, Li Y B, Yu Y,etal. Soil fractal characters under different land use patterns of Mu Us Sandy Land. Research of Soil and Water Conservation, 2010, 17(6): 220-223.

[4]Gao J L, Gao Y, Luo F M,etal. Response of surface soil grain size characteristics to wind erosion desertification. Science & Technology Review, 2014, 32(25): 20-25.

[5]Xiao X P, Song N P, Xie T T,etal. Spatio-temporal variation of soil moisture in soils different in land-use type in desert steppe. Journal of Ecology and Rural Environment, 2013, 29(4): 478-482.

[6]Wang S K, Zhao X Y, Zhang T H,etal. Effects of afforestation on the abundance, biomass carbon and enzymatic activities of soil microorganism in sandy dunes. Journal of Desert Research, 2013, 33(2): 529-535.

[7]Chen D M, Chen X M, Liang Y J,etal. Influence of cropping system on enzyme activities and fungal communities in soil. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(2): 77-84.

[8]Qu W J, Song N P, Chen L,etal. Responses of two types of desertification grasslands in desert steppe to shallow ploughing. Research of Soil and Water Conservation, 2014, 21(1): 85-89, 94.

[9]Gao Y, Yu Y, Wang J,etal. The Layered Soil Sampler[P].China: ZL 2010 2 0633704.X, 2011-08-10.

[10]Bao S D. Soil Agricultural Chemistry Analysis (the third edition)[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[11]Li Y Y, Xu Z C, Xiao H Q,etal. The comprehensive evaluation of soil fertility status for tobacco-growing areas in Hu'nan province. Journal of Northwest Science Technology University of Agriculture and Forestry, 2006, 34(11): 179-183.

[12]Ma J, Li L H, Bai L,etal. Variation of soil nutrient content under different land-uses of Xinyuan in Xinjiang. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(2): 77-79, 133.

[13]Xin Z B, Yu X X, Zhang M L,etal. Soil nutrient characteristics under different land use types in a gully-hilly region of the Loess Plateau. Arid Zone Research, 2012, 29(3): 379-384.

[14]National Soil Survey Office. Technology of China Soil Survey[M]. Beijing: China Agricultural Press, 1992.

[15]Anderson D W, Coleman D. The dynamics of organic matter in grassland soils.Journal of Soil and Water Conservation, 1985, (40): 211-216.

[16]Zhao J, Shang J, Geng R,etal. Analysis and evaluation of green land soil nutrients in Xi’an Xianyang International Airport. Journal of Northwest Forestry University, 2015, 30(1): 257-262.

[17]He G Y, Sun H Z, Shi X M,etal. Soil properties of Tibetan Plateau alpine wetland affected by grazing and season. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(4): 12-20.

[18]Shi C Y, Ma L. Effect of different land use on soil nutrient in northern agriculture-pasturage eco-zone. Journal of Hebei Normal University (Natural Science Edition), 2009, 33(6): 815-819.

[19]Zou L N, Zhou Z Y, Yan S Y,etal. Response of soil nutrients to different land utilization types in alpine meadow in Maqu. Chinese Journal of Grassland, 2009, 31(6): 80-87.

[20]Ma K, Ma B, He X P,etal. Research of the distribution of soil nutrient in different land patterns on the loess plateau of south Ningxia. Journal of Agricultural Sciences, 2006, 27(2): 1-5, 14.

[21]Gu Z K, Du G Z, Zhu W X,etal. Distribution pattern of soil nutrients in different grassland types and soil depths in the eastern Tibetan Plateau. Pratacultural Science, 2012, 29(4): 507-512.

[22]Yan Z J, Chen S, Wang M F,etal. Characteristics and availability of different forms of phosphorus in animal manures. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2015, 32(1): 31-39.

[23]Yang Y H, Chen Y N, Li W H,etal. Impact of land-use on soil quality of new reclamation oasis in northwestern margin area in Junggar Basin. Journal of Desert Research, 2008, 28(1): 94-100.

[24]Su Z S, Sun Y F, Fu J J,etal. Effects of grazing intensity on soil nutrient ofKobresiapygmaeameadow in Tibet Plateau. Pratacultural Science, 2015, 32(3): 322-328.

[25]Liu Q Y, Tong Y P. Effects of land use type on soil nutrient distribution in northern agro-pasture ecotone. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(10): 1849-1852.

[26]Dickw A, Blevinsr L, Fryew W,etal. Impacts of agricultural management practices on C sequestration in forest-derived soil of the eastern Corn Belt.Soil and Tillage Research, l998, (47): 235-244.

[27]Fu B J, Guo X D, Chen L D,etal. Land use changes and soil nutrient changes: a case study in Zunhua County, Hebei Province. Acta Ecologica Sinica, 2001, 21(6): 927-931.

[28]Saggar S, Yeates G W, Shepierd T G. Cultivation effects on soil biological properties, microfauna and organic matter dynamics in Eutric Gleysol and Gleyic Luvisol soils in New Zealand.Soil and Tillage Research, 200l, (58): 55-68.

[29]Gao Y Z, Han X G, Wang S P,etal. The effects of grazing on grassland soils. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(4): 790-797

參考文獻(xiàn)：

[1]陳智. 陰山北麓農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)地表土壤抗風(fēng)蝕能力測(cè)試研究[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2006.

[2]張汪壽, 李曉秀, 黃文江, 等. 不同土地利用條件下土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(12): 311-318.

[3]高君亮, 李玉寶, 虞毅, 等. 毛烏素沙地不同土地利用類型土壤分形特征. 水土保持研究, 2010, 17(6): 220-223.

[4]高君亮, 高永, 羅鳳敏, 等. 表土粒度特征對(duì)風(fēng)蝕荒漠化的響應(yīng). 科技導(dǎo)報(bào), 2014, 32(25): 20-25.

[5]肖緒培, 宋乃平, 謝騰騰, 等. 荒漠草原區(qū)不同土地利用類型土壤水分時(shí)空特征. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2013, 29(4): 478-482.

[6]王少昆, 趙學(xué)勇, 張銅會(huì), 等. 造林對(duì)沙地土壤微生物的數(shù)量、生物量碳及酶活性的影響. 中國沙漠, 2013, 33(2): 529-535.

[7]陳丹梅, 陳曉明, 梁永江, 等. 種植模式對(duì)土壤酶活性和真菌群落的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(2): 77-84.

[8]曲文杰, 宋乃平, 陳林, 等. 荒漠草原兩種沙化草地對(duì)淺耕翻的響應(yīng). 水土保持研究, 2014, 21(1): 85-89, 94.

[9]高永, 虞毅, 汪季, 等. 一種可以分層采取土壤樣品的取土器[P]. 中國, ZL 2010 2 0633704. X., 2011-08-10.

[10]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[11]黎妍妍. 許自成. 肖漢乾. 等. 湖南省主要植煙區(qū)土壤肥力狀況綜合評(píng)價(jià). 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006, 34(11): 179-183.

[12]馬杰, 李蘭海, 白磊, 等. 不同土地利用類型土壤養(yǎng)分變化研究. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2014, 33(2): 77-79, 133.

[13]信忠保, 余新曉, 張滿良, 等. 黃土高原丘陵溝壑區(qū)不同土地利用的土壤養(yǎng)分特征. 干旱區(qū)研究, 2012, 29(3): 379-384.

[14]全國土壤普查辦公室. 中國土壤普查技術(shù)[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1992.

[16]趙軍, 尚杰, 耿榮, 等. 西安咸陽國際機(jī)場(chǎng)綠地土壤養(yǎng)分分析與評(píng)價(jià). 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2015, 30(1): 257-262.

[17]何貴永, 孫浩智, 史小明, 等. 青藏高原高寒濕地不同季節(jié)土壤理化性質(zhì)對(duì)放牧模式的響應(yīng). 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(4): 12-20.

[18]施陳銀, 馬禮. 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同土地利用對(duì)土壤養(yǎng)分的影響——以張家口市塞北管理區(qū)為例. 河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 33(6): 815-819.

[19]鄒麗娜, 周志宇, 顏淑云, 等. 瑪曲高寒草地土壤養(yǎng)分對(duì)不同利用方式的響應(yīng). 中國草地學(xué)報(bào), 2009, 31(6): 80-87.

[20]馬琨, 馬斌, 何憲平, 等. 寧夏南部山區(qū)不同土地類型土壤養(yǎng)分的分布特征研究. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究, 2006, 27(2): 1-5, 14.

[21]顧振寬, 杜國禎, 朱煒歆, 等. 青藏高原東部不同草地類型土壤養(yǎng)分的分布規(guī)律. 草業(yè)科學(xué), 2012, 29(4): 507-512.

[22]嚴(yán)正娟, 陳碩, 王敏鋒, 等. 不同動(dòng)物糞肥的磷素形態(tài)特征及有效性分析. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 32(1): 31-39.

[23]楊玉海, 陳亞寧, 李衛(wèi)紅, 等. 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣新墾綠洲土地利用對(duì)土壤養(yǎng)分變化的影響. 中國沙漠, 2008, 28(1): 94-100.

[24]蘇振聲, 孫永芳, 付娟娟, 等. 不同放牧強(qiáng)度下西藏高山嵩草草甸土壤養(yǎng)分的變化. 草業(yè)科學(xué), 2015, 32(3): 322-328.

[25]劉全友, 童依平. 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用類型對(duì)土壤養(yǎng)分分布的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 16(10): 1849-1852.

[27]傅伯杰, 郭旭東, 陳利頂, 等. 土地利用變化與土壤養(yǎng)分的變化. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 21(6): 927-931.

[29]高英志, 韓興國, 汪詩平. 放牧對(duì)草原土壤的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24(4): 790-797.

Analysis of soil nutrient characteristics under different land use patterns in the northern piedmont of Yinshan Mountain

GAO Jun-Liang1,2， LUO Feng-Min1， GAO Yong3*， YUAN Wei-Jie4， WANG Huai-Liang5， DANG Xiao-Hong3

1.ExperimentalCenterofDesertForestry,ChineseAcademyofForestry,Dengkou015200,China; 2.InstituteofDesertificationStudies,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China; 3.CollegeofEcologyandEnvironment,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010019,China; 4.ForestryExperimentCenterofNorthChina,ChineseAcademyofForestry,Beijing102300,China; 5.HebeiExtensionandExperimentCenterforWaterTechnology,Shijiazhuang050061,China

Abstract:The aim of this study was to illustrate differences in the nutrient characteristics of soil under different land use patterns in the northern piedmont of Yinshan Mountain. Soil nutrient characteristics were evaluated under four different land use patterns (enclosed grassland, grazed grassland, farmland, and abandoned land) in field studies, by analyses of field samples, in laboratory analyses, and by mathematical models. The contents of organic matter, total nitrogen (N), total phosphorus (P), and total potassium (K) in soil samples were (25.12±6.56), (0.63±0.08), (0.76±0.10), and (31.99±1.07) g/kg, respectively. The contents of soil available N, available P, and available K were (39.87±9.14), (6.72±3.75), and (175.83±105.45) mg/kg, respectively. The soil pH value was (7.74±0.14). The type of land use pattern significantly affected soil organic matter, total N, total P, available P, and available K (P<0.01), but did not significantly affect the available N, total K, or pH (P>0.05). The total soil nutrient contents and the pH value in the 0-25 cm soil layer showed little variation, but the contents of available soil nutrients and organic matter decreased at deeper soil depths. Based on a comprehensive evaluation of soil fertility, the four plots were ranked from most to least fertile as follows: enclosed grassland (0.506)>grazed grassland (0.417)>farmland (0.361)>abandoned land (0.357). The soil fertility of enclosed grassland and grazed grassland was evaluated as medium, while that of farmland and abandoned land was classified as low. These results suggested that grassland is more beneficial than farmland for maintaining soil fertility. In conclusion, the soil fertility was low in these studied areas, and the contents of total N and available N were especially low.

Key words:nutrients characteristics; soil fertility; land use patterns; northern piedmont of the Yinshan Mountain

*通信作者

Corresponding author. E-mail:13948815709@163.com

作者簡(jiǎn)介：高君亮(1985-)，男，甘肅靜寧人，在讀博士。E-mail:gaojunliang1985@163.com

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(NJZZ13066)和“十二五”科技支撐課題(2012BAD16B0103)資助。

*收稿日期：2015-06-18；改回日期：2015-08-19

DOI：10.11686/cyxb2015311

http://cyxb.lzu.edu.cn

高君亮, 羅鳳敏, 高永, 原偉杰, 王淮亮, 黨曉宏. 陰山北麓不同土地利用類型土壤養(yǎng)分特征分析與評(píng)價(jià).草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(4): 230-238.

GAO Jun-Liang, LUO Feng-Min, GAO Yong, YUAN Wei-Jie, WANG Huai-Liang, DANG Xiao-Hong. Analysis of soil nutrient characteristics under different land use patterns in the northern piedmont of Yinshan Mountain. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(4): 230-238.