農(nóng)田與林地土壤性質(zhì)的對比分析

武雯梅

（山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041000）

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)選在山西省臨汾市堯都區(qū)，中部盆地海拔為420～509 m，該地屬暖溫帶亞干旱第一氣候區(qū)，暖溫帶大陸半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫9～13℃，無霜期197 d，年平均降水約494.19 mm。土壤類型為嶁土。

1.2 樣品采集

采樣時(shí)間為2017年10月中旬，選擇了農(nóng)田和林地2個(gè)研究對象。農(nóng)田為小麥玉米輪作田，林地為桃樹和杏樹間隔種植。每種土地選取3個(gè)樣點(diǎn)作為試驗(yàn)重復(fù)，在兩種土地中隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)設(shè)置采樣點(diǎn)，按0～10 cm、10～20 cm逐層采集原狀土樣約400 g。

1.3 測定項(xiàng)目和方法

土壤質(zhì)量含水量的測定采用烘干法，土壤容重的測定采用取土器法，飽和導(dǎo)水率的測定采用定水頭法，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的測定采用干篩法、濕篩法，有機(jī)質(zhì)的測定的測定采用重鉻酸鉀外加熱法［1］。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)量含水量

如圖1所示，農(nóng)地的土壤質(zhì)量含水量明顯高于林地，原因可能是農(nóng)田被翻耕，但林地未被翻耕；農(nóng)田土壤疏松，水分容易下滲?？v向來看，表層土壤含水量高于深層土壤含水量，原因是表層土壤比深層疏松。

總體而言，不同利用方式會(huì)影響土壤質(zhì)量含水量。農(nóng)地土壤含水量顯著高于林地土壤質(zhì)量含水量，這與農(nóng)作物耗水量小、土壤蒸散量相對較小有關(guān)。林地土壤質(zhì)量含水量總體較小，但差距不大，說明植物耗水特征對土壤水分雖然有影響，但作用較?。?］。

圖1 農(nóng)田和林田土壤質(zhì)量含水量

2.2 土壤容重

土壤容重是反映土壤結(jié)構(gòu)和持水能力的重要指標(biāo)。由圖2可以看出，隨著土層深度的增加，土壤容重顯著增大，且不同土層差異顯著，差值范圍為0.12～0.47 g/cm。

圖2 農(nóng)田和林地的土壤容重

表層土壤容重低于深層土壤，主要是因?yàn)槿斯せ旖涣挚萋湮锛案迟|(zhì)較厚，加上微生物活動(dòng)頻繁，使其容重降低。而農(nóng)地表層雖然枯落物和腐殖質(zhì)極少，但受人為耕作的影響，表層土壤疏松，容重也降低，深層土壤存在犁底層，土壤容重顯著增大，可見人為耕作對土壤理化性質(zhì)有顯著影響［1］。

2.3 土壤團(tuán)聚體評價(jià)

土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的測定方法分為干篩和濕篩兩種。干篩時(shí)稱取約200 g風(fēng)干后土樣，用孔徑分別為5、2、1、0.5、0.25 mm及0.053 mm的套篩，用電動(dòng)篩分機(jī)進(jìn)行篩分，時(shí)長10 min，稱量每級篩子上殘留的團(tuán)粒質(zhì)量，并計(jì)算出各級團(tuán)粒殘留量占土樣總量的百分?jǐn)?shù)。之后配一份相同比例的50 g的土樣，進(jìn)行濕篩。濕篩時(shí)需充分潤濕團(tuán)聚體，再用相同的套篩，用濕篩筒上下震動(dòng)30余次。結(jié)束后，將殘留在各級篩孔上的團(tuán)聚體用水沖入鋁盒，烘干，稱質(zhì)量，計(jì)算水穩(wěn)性團(tuán)粒含量組成。

團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）采用公式（1）計(jì)算。

式（1）中為某一級別團(tuán)粒的直徑平均值，Wi為此級別的團(tuán)粒百分量。一般來說，MWD值大，土壤結(jié)構(gòu)好，相反，則較差。

試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，農(nóng)地的機(jī)械穩(wěn)定性以及水穩(wěn)定性均大于林地。這說明農(nóng)地土壤經(jīng)人工翻動(dòng)及經(jīng)營，土壤結(jié)構(gòu)從各方面來說均優(yōu)于林地土壤。

圖3 林地與農(nóng)地的機(jī)械穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性

在試驗(yàn)中，由于濕篩操作失誤，導(dǎo)致無法獲得粒徑大于2 mm及小于0.053 mm2個(gè)級別團(tuán)聚體的含量和百分比，因此水穩(wěn)定性的試驗(yàn)結(jié)果不能做定量分析，只能定性比較農(nóng)地與林地的水穩(wěn)定性。

2.4 毛管持水量和飽和含水量的測定

毛管持水量及飽和含水量如圖4、5所示。通常而，土壤的持水量、毛管持水量、吸濕量以及最大吸濕量隨團(tuán)聚體粒徑的減小而增加，而土壤通氣和透水的速度、孔隙度會(huì)隨著團(tuán)粒粒徑的減小而下降。土壤的水分性質(zhì)受土壤結(jié)構(gòu)的影響，如孔隙的物理性質(zhì)、不同土壤顆粒（包括單粒、復(fù)粒、團(tuán)粒）的穩(wěn)定性及排列方式等，毛管含水量和飽和含水量受土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)占比以及土壤的利用性質(zhì)的影響，而土壤水分性質(zhì)受土壤質(zhì)地的影響，究其原因是土壤的離子交換能力、表面吸附力等物理性質(zhì)會(huì)隨著土壤顆粒的粗細(xì)變化和比表面積的增減而變化。

圖4 林地及農(nóng)地的毛管持水量

圖5 林地及農(nóng)地的飽和含水量

2.5 飽和導(dǎo)水率的測定

飽和導(dǎo)水率受土壤質(zhì)地、孔隙分布、容重以及有機(jī)質(zhì)含量等的影響，其中孔隙分布特征對土壤飽和導(dǎo)水率的影響最大。土壤空隙度越大，土壤容重越小，飽和導(dǎo)水率（Ks）值越大。Ks值綜合反映了多孔介質(zhì)對某種流體的阻礙作用。因此，Ks值取決于多孔介質(zhì)的基質(zhì)特征和在多孔介質(zhì)中流動(dòng)的流體的某些物理性質(zhì)，如密度和黏度。但絕大多數(shù)情況下，不考慮水的物理性質(zhì)的變化，將水的物理性質(zhì)看作恒量。

圖6 農(nóng)地與林地的土壤容重

測量結(jié)果顯示（見圖6），農(nóng)地0～10 cm深土層的土壤Ks值大于10～20 cm深土層的土壤Ks值；林地0～10 cm深土層的土壤Ks值小于10～20 cm深土層的土壤Ks值；林地10～20 cm深土層的土壤Ks值小于農(nóng)地10～20 cm深土層的土壤Ks值。這可能是因?yàn)檗r(nóng)地淺層土壤經(jīng)人工翻耕，土壤空隙度增大、容重減小、飽和導(dǎo)水率增大，林地深層土壤雖遭受人為因素干擾較小，但深層土壤中樹木根系發(fā)達(dá)，微生物活動(dòng)頻繁，孔隙度高，Ks值較高。

2.6 有機(jī)質(zhì)的測定

用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量的原理：在外加熱法的條件下（170～180℃油浴，沸騰5～6 min），首先用過量重鉻酸鉀·硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液氧化土壤中有機(jī)質(zhì)（碳），并以FeSO4滴定，利用所消耗的K2Cr2O7量計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量。故公式為：

土壤有機(jī)質(zhì)含量/（g/kg）=

式（2）中：V0為滴定空白所用的FeSO4含量，V為滴定土樣時(shí)所用的FeSO4含量，5為所加K2Cr2O7體積，c為1/6 K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，3為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量（g/mol），1.742為將測定的土壤有機(jī)碳換算成有機(jī)質(zhì)的平均換算系數(shù)，1.1為有機(jī)碳氧化矯正指數(shù)，m為風(fēng)干土壤質(zhì)量（g），k為水分系數(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)不同深度的有機(jī)質(zhì)含量都很豐富，農(nóng)田的有機(jī)質(zhì)含量更高些。主要原因是該地輪作種植季節(jié)性植物——玉米和小麥，每年有部分枯落物回歸農(nóng)地，導(dǎo)致農(nóng)地土壤中根系種類及數(shù)量較多，于地表下大范圍分布。林地種植為多年生木本——果樹，其年枯枝落葉量較少，有機(jī)質(zhì)回歸土壤較少，導(dǎo)致林地有機(jī)碳含量比農(nóng)地低（見表1）。綜上，不同的土地利用方式影響了農(nóng)地和林地的有機(jī)質(zhì)含量。

表1 農(nóng)地與林地的土壤有機(jī)質(zhì)含量