粵北香芋種植區(qū)典型土壤剖面發(fā)育特征

高 琳，盧文婷，林昌華，陳曉遠(yuǎn)，馮慧敏

（1韶關(guān)學(xué)院英東生物與農(nóng)業(yè)學(xué)院，廣東韶關(guān) 512005；2韶關(guān)學(xué)院粵北土壤土地研究中心，廣東韶關(guān) 512005；3青海省農(nóng)林科學(xué)院，西寧 810016）

0 引言

香芋又稱菜用土欒兒，是多年生草本豆科作物，常作一年生作物栽培，其營養(yǎng)豐富、用途廣泛，是集蔬菜、糧食和藥膳于一體的稀有名貴作物[1]。香芋在中國已有較長的栽培歷史，是中國南方重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。廣東省韶關(guān)市著力于發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，在能夠保證糧食產(chǎn)量的同時，結(jié)合利用本地的自然條件發(fā)展特色農(nóng)作物種植，其中香芋為其重要特色經(jīng)濟(jì)作物之一，其營養(yǎng)豐富口感好。隨著人們膳食結(jié)構(gòu)的改變，香芋的需求增大，對香芋在質(zhì)和量上的要求也隨之提高。香芋產(chǎn)量、品質(zhì)和風(fēng)味受到種植地區(qū)的氣候、地形和土壤等生態(tài)條件的影響，不同的土壤類型、土壤顆粒結(jié)構(gòu)和土壤礦質(zhì)營養(yǎng)對香芋的生長影響不同。香芋作為具有球狀塊根的地下作物，不但受到表層土壤性質(zhì)的影響，深層土壤性質(zhì)的影響也不應(yīng)忽視。土壤剖面由逐漸變化的不同深度性質(zhì)各異的土層所組成，土壤發(fā)育特征、土壤顆粒結(jié)構(gòu)特征和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化特征都會從土壤剖面上顯現(xiàn)，因此研究香芋種植區(qū)土壤剖面的發(fā)育特征，對于香芋的科學(xué)規(guī)劃、合理種植和肥料的高效利用等具有重要的意義。

在鄉(xiāng)村振興與脫貧攻堅(jiān)的大時代背景下，發(fā)展地方特色經(jīng)濟(jì)作物成為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方式。通過研究土壤性質(zhì)與土壤養(yǎng)分變化，能夠更加科學(xué)地種植經(jīng)濟(jì)作物，提升作物產(chǎn)量與質(zhì)量，國內(nèi)外在特色農(nóng)作物的氣候適宜性[2]、水肥調(diào)控[3]、地膜覆蓋[4]、土壤養(yǎng)分[5]、種植潛力及地理信息系統(tǒng)技術(shù)[6]等方面進(jìn)行了大量研究，得出許多豐富的成果經(jīng)驗(yàn)。但是在作物和土壤環(huán)境關(guān)系方面，多數(shù)研究主要集中在表層土壤的利用上，很少從土壤剖面性質(zhì)及背景因素上深入研究其對作物的影響。韶關(guān)市香芋是廣東知名特色農(nóng)產(chǎn)品之一，而韶關(guān)香芋種植主要集中在山地河間地，如何在該地形下科學(xué)合理的規(guī)劃香芋種植，以及在不污染土壤的前提下進(jìn)行科學(xué)有效的施肥，從而保證特色經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)十分重要。因此，筆者通過在研究區(qū)進(jìn)行勘測，采取土樣并在室內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行研究區(qū)土壤成土環(huán)境條件、土壤土體構(gòu)型和土壤理化性質(zhì)的測定，以土壤剖面為對象，了解土壤剖面特征與土壤養(yǎng)分豐缺情況，以期為韶關(guān)市香芋主產(chǎn)區(qū)的作物種植與合理施肥提供基礎(chǔ)資料。

1 材料及方法

1.1 研究區(qū)概況

韶關(guān)市香芋產(chǎn)區(qū)坐落于廣東省的粵北山區(qū)，地理位置在亞熱帶，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。研究區(qū)山體面寬闊而平坦，地勢走向分別是由地勢較高的中部和北部，向地勢較低的東部和西部兩側(cè)遞減。太陽輻射時間長，地表積溫高，作物進(jìn)行光合作用強(qiáng)。且年降雨量大，雨熱同季，有利于動植物的繁殖和生長。成土母質(zhì)主要為河流沖積物，土質(zhì)疏松，土層較深，且土壤養(yǎng)分豐富。土壤類型主要為紅壤、黃壤以及水稻土等，種植的作物主要有香芋、水稻、辣椒、馬蹄等。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，研究區(qū)充分利用境內(nèi)的地形與生態(tài)環(huán)境的差異，實(shí)行區(qū)劃種植，發(fā)展大規(guī)模的種植與養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，且集貿(mào)市場十分活躍，發(fā)展前景良好。

1.2 土樣采集

2019年6—7月綜合考慮地形、土壤發(fā)育條件和人為干擾等因素，在廣東省韶關(guān)市的樂昌市長來鎮(zhèn)前溪村、廊田鎮(zhèn)泉塘村、樂城張溪村、北鄉(xiāng)鎮(zhèn)黃坋村和乳源縣的游溪鎮(zhèn)江背村、一六鎮(zhèn)田心洞選取了6個剖面位點(diǎn)，分別標(biāo)記為CQ-1、LQ-2、LZ-3、BH-4、YJ-5、YT-6，剖面采集均按《野外土壤描述與采樣手冊》的要求進(jìn)行挖掘和描述，記錄土壤剖面情況和土壤環(huán)境情況，按發(fā)生學(xué)層次采集土樣供室內(nèi)分析，土樣樣品在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后，研磨過1 mm和0.25 mm的網(wǎng)篩，備用。根據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》對樣品進(jìn)行常規(guī)測定，測試方法如表1。

表1 土壤剖面理化性質(zhì)測定方法

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過Excel軟件整理土壤剖面描述性數(shù)據(jù)特征，運(yùn)用SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析土壤養(yǎng)分元素及土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)，并利用Origin繪制不同剖面的土壤養(yǎng)分特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 香芋種植區(qū)典型土壤剖面構(gòu)型特征

研究區(qū)的地形主要為河間地與山谷地，母質(zhì)為河流沖積物，都具有典型的山區(qū)氣候特征，且有較多河流穿過，水資源較為豐富。CQ-1種植的作物主要有香芋、水稻、花生、馬蹄，LQ-2、YT-6種植的作物為香芋，LZ-3種植的作物主要有香芋、香蔥，BH-4種植的作物主要有香芋、馬蹄、西瓜，YJ-5種植的作物主要有香芋、辣椒。

根據(jù)《野外土壤描述與采樣手冊》野外實(shí)地描述土壤剖面，得到6個剖面點(diǎn)的土壤剖面描述特征，如表2所示。6個剖面點(diǎn)的土體構(gòu)型均為潴育水稻土亞類的土體構(gòu)型，剖面點(diǎn)土壤均作為農(nóng)田利用，長年的耕種，剖面點(diǎn)土壤表層形成耕作層，其下層受到碾壓等外力作用而形成犁底層，香芋種植區(qū)土壤剖面受到河流影響，土壤滯水時心土層土壤元素發(fā)生還原反應(yīng)，土壤排水時元素發(fā)生氧化反應(yīng)，反復(fù)的氧化還原特征，心土層形成氧化還原層。部分土壤剖面長期滯水出現(xiàn)潛育特征的心土層?？傮w來說，4個土壤剖面的發(fā)生型由耕作層、犁底層、氧化還原層、母質(zhì)層組成。其中CQ-1的土壤發(fā)生層為耕作層、犁底層、氧化還原交替下形成的淀積層，且氧化還原淀積層出現(xiàn)了潛育特征。LQ-2的土壤發(fā)生層為耕作層、犁底層、氧化還原淀積層，其中犁底層出現(xiàn)了鐵錳聚集。YJ-5、YT-6的土壤發(fā)生層為耕作層、犁底層、氧化還原淀積層。LZ-3的土壤剖面的發(fā)生型由耕作層、犁底層、潛育層、母質(zhì)層組成。BH-4的土壤剖面深度為63 cm，主要發(fā)生層為耕作表層和氧化還原心土層。

表2 土壤剖面環(huán)境及土體構(gòu)型特征

2.2 香芋種植區(qū)典型土壤剖面形態(tài)要素特征

2.2.1 土壤顏色 土壤顏色一部分來源于成土母質(zhì)，另一部分來源于成土過程。采用門賽爾比色卡[6]，在室內(nèi)選擇一個明亮的窗口，取與比色卡大小相同的土塊，并將框格卡覆蓋在色卡上，直到出現(xiàn)與土壤顏色接近的色卡則可讀取其色調(diào)與彩色數(shù)值。土壤表層富有灰色的胡敏酸以及染黑土壤的腐殖質(zhì)，耕作層由于受到人類活動的影響以及枯枝落葉的積累，表土層大部分呈黃、灰、黑3種顏色，心土層受到氧化物的影響，導(dǎo)致許多呈現(xiàn)橘黃色。通過土壤顏色分析可得出，CQ-1的耕作層呈現(xiàn)棕色，犁底層呈現(xiàn)黑灰色，氧化還原層呈現(xiàn)棕色。LQ-2的耕作層呈現(xiàn)棕黃色，犁底層與氧化還原層呈現(xiàn)褐色。LZ-3的耕作層與犁底層均呈現(xiàn)黑灰色，氧化還原層則呈現(xiàn)褐色。BH-4的犁底層呈現(xiàn)暗棕色，氧化還原層則呈現(xiàn)褐色。YT-5的耕作層與犁底層均呈現(xiàn)棕黃色，氧化還原層呈現(xiàn)褐色。YT-6的耕作層與犁底層均為暗棕色，氧化還原層為褐色。

2.2.2 土壤結(jié)構(gòu)與新生體 大小不同的土壤結(jié)構(gòu)體對土體的水、肥、氣、熱的變化，以及作物植物根系的活動影響很大。依據(jù)土壤剖面結(jié)構(gòu)體的形狀、大小以及發(fā)育程度進(jìn)行分類定級。通過觀察發(fā)現(xiàn)，CQ-1土壤剖面發(fā)生層Ap1的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育表現(xiàn)為中等，而發(fā)生層Ap2、Br(g)的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育則表現(xiàn)為強(qiáng)等級，且發(fā)生層Br(g)有輕度的鐵錳膠膜（表3）。LQ-2土壤剖面發(fā)生層Ap1、Ap2的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育均表現(xiàn)為中等，Br1、Br2的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育表現(xiàn)為強(qiáng)等級，且Ap2出現(xiàn)了清晰的鐵錳膠膜，Br1、Br2有少量的鐵錳膠膜。LZ-3土壤剖面發(fā)生層Ap1與Ap2的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育均表現(xiàn)為中等，Br1、Br2的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育表現(xiàn)為強(qiáng)等級，且Br1、Br2有大量的鐵錳膠膜。BH-4土壤剖面發(fā)生層Ap的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育表現(xiàn)為中等，Br的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育表現(xiàn)為強(qiáng)等級，且Br有輕度的鐵錳膠膜。YJ-5、YT-6土壤剖面發(fā)生層Ap1、Ap2的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育均表現(xiàn)為中等，Br1、Br2的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育表現(xiàn)為強(qiáng)等級，且Br1、Br2有少量的鐵錳膠膜。

表3 土壤剖面的結(jié)構(gòu)特征

2.2.3 土壤干濕度 通過室內(nèi)試驗(yàn)，依據(jù)土壤干濕度等級（土樣受到外力的作用的時出現(xiàn)水分為濕，將土樣揉在一起既不分散也不出水為潤，將土樣放在手上不成散狀且能感受到?jīng)鲆鉃槌?，將土樣放在手上成散狀且干燥無水分為干），對研究區(qū)土壤剖面的各土層進(jìn)行分析。CQ-1土壤剖面的耕作層水分狀況處于干的等級，犁底層的水分狀況處于較潤的等級，氧化還原淀積層處于潮的等級。LQ-2的耕作層的水分狀況處于潤的等級，犁底層的水分狀況處于潮的等級，氧化還原淀積層的水分狀況處于潮濕等級。LZ-3的耕作層的水分狀況處于干的等級，犁底層的水分狀況處于較潤的等級，氧化還原淀積層的水分狀況處于潤的等級。BH-4表土層的水分狀況處于干的等級，氧化還原淀積層的水分狀況處于較潤的等級。YJ-5、YT-6的表土層水分狀況都是處于較潤的等級，氧化還原淀積層的水分狀況都是處于潤的等級。由此看出，研究區(qū)的土壤水分含量比較豐富，適宜耕作。

2.3 香芋種植區(qū)典型土壤剖面的土壤質(zhì)地特征

土壤中不同顆粒的含量對土壤各方面的性質(zhì)有影響，尤其是對土壤的蓄肥保水、導(dǎo)熱的能力[7]。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，選取的6個具有典型代表性的土壤剖面位點(diǎn)土樣的質(zhì)地以壤土、粉質(zhì)壤土和粘壤土為主。從質(zhì)地構(gòu)型來看，CQ-1為均質(zhì)型，粉粒與粘粒的比值分別為3.80、2.75、2.55；LQ-2為均質(zhì)型，粉粒與粘粒的比值分別為1.99、1.75、1.86、2.40；LZ-3為夾層型，粉粒與粘粒的比值分別為1.35、1.63、2.18、1.50；BH-4為均質(zhì)型，粉粒與粘粒的比值分別為1.86、3.24；YJ-5為上壤下沙型，其粉粒與粘粒的比值分別2.30、3.19、4.80、6.59；YT-6為上粘下壤型，粉粒與粘粒的比值分別為1.45、0.56、1.43、6.80（圖1）。粉粘比可以反映土壤剖面受風(fēng)化成土作用的制約程度，可根據(jù) Kd=粉粒(0.02～0.002 mm/%)/粘粒(＜0.002 mm/%)計(jì)算粉粘比[8]。通過作圖分析可得，研究區(qū)表土層較大面積受到物理風(fēng)化作用等的影響，導(dǎo)致土壤剖面深度增加的同時，粉粒與粘粒的比值逐漸增加，即風(fēng)化程度逐漸降低。

圖1 6個剖面點(diǎn)土壤粉粘比隨土壤深度變化圖

2.4 香芋種植區(qū)典型土壤剖面養(yǎng)分元素特征

表4為6個土壤剖面點(diǎn)100 cm內(nèi)的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、有效氮、速效鉀的含量均值情況?；谕寥鲤B(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，6個剖面點(diǎn)的有效磷含量均大于40 mg/kg，屬于很豐富級別。在其他養(yǎng)分含量上，CQ-1的有機(jī)質(zhì)含量為2.17%，屬于中等養(yǎng)分等級；堿解氮的含量為120.80 mg/kg，屬于豐富養(yǎng)分等級；速效鉀的含量為65.66 mg/kg，屬于缺乏養(yǎng)分等級。LQ-2的有機(jī)質(zhì)含量為1.90%，速效鉀的含量為63.80 mg/kg，均屬于缺乏養(yǎng)分等級；堿解氮的含量為113.78 mg/kg，屬于中等養(yǎng)分等級；LZ-3的有機(jī)質(zhì)含量為1.78%，屬于缺乏養(yǎng)分等級；堿解氮的含量為104.90 mg/kg，速效鉀的含量為148.53 mg/kg，均屬于中等養(yǎng)分等級。BH-4的有機(jī)質(zhì)含量為1.60%和堿解氮的含量為85.76 mg/kg，均屬于缺乏養(yǎng)分等級；速效鉀的含量為250.50 mg/kg，屬于很豐富養(yǎng)分等級。YJ-5的有機(jī)質(zhì)含量為2.09%，屬于中等養(yǎng)分等級；堿解氮的含量為134.73 mg/kg，速效鉀的含量為270.20 mg/kg，屬于很豐富養(yǎng)分等級。YT-6的有機(jī)質(zhì)含量為2.58%，屬于中等養(yǎng)分等級；堿解氮的含量為129.5 mg/kg，屬于豐富養(yǎng)分等級；速效鉀的含量為68.56 mg/kg，屬于缺乏養(yǎng)分等級。通過圖2可看出，0～20 cm土壤有效磷處于很豐富等級，堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)處于中等偏上，但是20 cm土層以下有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀3項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)急劇驟減，大部分處于缺乏等級。土壤氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量隨著土壤深度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，呈現(xiàn)表層集聚型分布。

圖2 6個土壤剖面點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀的養(yǎng)分變化情況

表4 6個土壤剖面點(diǎn)的土壤養(yǎng)分含量

3 結(jié)論

（1）香芋種植區(qū)地形主要為河間地與山谷地，母質(zhì)為河流沖積物，6個剖面點(diǎn)的土壤類型均為潴育水稻土亞類，深度在60～100 cm，心土層呈現(xiàn)不同程度的鐵錳沉積。其中，5個土壤剖面的發(fā)生型由耕作層Ap1、犁底層Ap2、氧化還原層(Br1、Br2)、母質(zhì)層C組成。1個土壤剖面的發(fā)生型由耕作層Ap1、犁底層Ap2、潛育層(Bs1、Bs2)組成。

（2）6個土壤剖面的耕作層Ap1干濕度為濕潤-潮濕狀態(tài)，多為中等發(fā)育強(qiáng)度的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，無明顯膠膜新生體和亞鐵反應(yīng)；氧化還原層(Br1、Br2)和潛育層(Bs1、Bs2)的干濕度為稍干-稍潤狀態(tài)，多為強(qiáng)發(fā)育的塊狀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)不同程度的鐵錳膠膜新生體，以及較輕的亞鐵反應(yīng)。

（3）6個土壤剖面土壤質(zhì)地以粘壤土、粉質(zhì)壤土和壤土為主，顆粒組成均以粉粒為主，粉/黏比隨剖面深度的增加而增加，隨剖面深度增加風(fēng)化程度降低。

（4）在土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)中，6個剖面點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)的含量在1.60%～2.58%之間，堿解氮的含量在85.76～134.73 mg/kg之間，養(yǎng)分含量屬于中等偏上；有效磷含量屬于很豐富級別，而速效鉀的養(yǎng)分含量屬于缺乏；土壤氮、磷、鉀含量和有機(jī)質(zhì)隨著深度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢。

4 討論

農(nóng)產(chǎn)品是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，其產(chǎn)量和品質(zhì)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩大主要任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步，雖然國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量已基本得到了有效保障，但是人們在品質(zhì)上的追求日漸上升，不斷出現(xiàn)新的問題和新的要求。香芋被稱為“蔬菜之王”，營養(yǎng)價值豐富，色香味俱全[7]，是一種藥膳兼用型蔬菜，隨著人們生活水平的提高和膳食結(jié)構(gòu)的改變，其需求量與日俱增，種植面積逐年加大[8]，香芋種植已逐漸成為廣東韶關(guān)、湖南臨武、江永等地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)[9-10]。目前許多學(xué)者運(yùn)用不同的方法從不同角度對香芋進(jìn)行研究，如從栽培技術(shù)[11]、輪作方式[12]、種植模式[13]、遙感估產(chǎn)[14]以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展[15]等方面進(jìn)行了研究，但是縱觀前人研究，在香芋種植區(qū)的土壤剖面發(fā)育和養(yǎng)分遷移方面等鮮有報(bào)道。而土壤剖面構(gòu)型是土壤內(nèi)在性質(zhì)和外在形態(tài)的綜合表現(xiàn)，不僅能反映出土壤形成的外部環(huán)境和內(nèi)部條件，也能體現(xiàn)土壤理化性質(zhì)。因此筆者通過野外調(diào)查和室內(nèi)分析，從土壤剖面發(fā)育的角度研究粵北香芋種植區(qū)的土壤性質(zhì)，以期為香芋的種植區(qū)劃和科學(xué)管理提供基礎(chǔ)材料。

土壤剖面構(gòu)型優(yōu)劣直接影響土壤水、肥、氣、熱等肥力要素調(diào)控能力，既影響土壤的形態(tài)特征和發(fā)育程度，又影響著土壤水分和養(yǎng)分運(yùn)移特征[16-17]。香芋種植區(qū)土壤土層深厚，長期的成土因素作用下形成表土層、心土層和母質(zhì)層，由于人為種植利用的影響，表土層形成了耕作層和犁底層，因受到河流影響，心土層呈現(xiàn)氧化還原和潛育特征，土壤結(jié)構(gòu)表層形成較好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，水氣熱協(xié)調(diào)好，加之熟化影響，有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等元素含量高于下層土壤，較多研究表明[18-19]土壤有機(jī)碳隨土層深度增加呈下降趨勢，表層含量高于底層。在養(yǎng)分方面，除表層土壤的養(yǎng)分含量可以達(dá)到中等偏上級別，心土層的養(yǎng)分含量均為缺乏狀態(tài)，這主要受到土壤剖面結(jié)構(gòu)類型影響，在心土層土壤多為塊狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部緊實(shí)，熟化度較低，缺乏有機(jī)質(zhì)，質(zhì)地偏粘重。整體來看，種植區(qū)土壤的有效磷豐富，速效鉀養(yǎng)分缺乏。香芋是喜鉀作物，適當(dāng)?shù)妮喿骱托莞欣谕寥鲤B(yǎng)分的恢復(fù)和提升。有研究表明[12,20]休耕對香芋的生長發(fā)育及產(chǎn)量有利，輪作間隔3年以上效果較好。總體來看，在后續(xù)的香芋種植生產(chǎn)中，要根據(jù)香芋種植物的土體結(jié)構(gòu)水分養(yǎng)分實(shí)際需求合理施肥，在重視有機(jī)-無機(jī)肥聯(lián)合施用的基礎(chǔ)上，也要重視鉀肥的合理施用，既要考慮土壤養(yǎng)分和作物需求的統(tǒng)一，又要避免過度施肥造成的環(huán)境污染。