不同撂荒年限紫色土區(qū)耕地土壤理化性質(zhì)特征

蘇 嵐，陳國(guó)建，何雙宏，孫成彬，何 謙，張春葉

（重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 401331）

自20世紀(jì)后半葉起，全世界的山區(qū)人口數(shù)量持續(xù)下降，耕地大面積撂荒[1].近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)村土地撂荒現(xiàn)象普遍存在，不僅加劇了土地趨緊狀況，更造成了嚴(yán)重的土地資源浪費(fèi)[2].從各省空間分布來(lái)看，重慶農(nóng)戶棄耕比例最高，達(dá)到40.15%，農(nóng)田棄耕程度位居第一，達(dá)到25.34%，主要是受山區(qū)地形和重慶農(nóng)田質(zhì)量低下的影響[3].隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，城鄉(xiāng)之間的經(jīng)濟(jì)差距，使得很多原先在家務(wù)農(nóng)的人選擇去往城市務(wù)工，以追求更好的經(jīng)濟(jì)收入；務(wù)農(nóng)耗時(shí)耗力；投入與產(chǎn)出不對(duì)等；為了追求更好的住房、教育、以及醫(yī)療條件等原因，也使他們拋棄原有的土地進(jìn)城務(wù)工，使得農(nóng)村土地大量荒廢，形成撂荒地，撂荒行為會(huì)使大量的土地流失，造成土地資源的浪費(fèi).撂荒是自然植被恢復(fù)的過(guò)程，對(duì)環(huán)境有正向和逆向影響，土壤環(huán)境變化是其中一個(gè)重要方面.現(xiàn)有關(guān)于撂荒區(qū)耕地土壤理化性質(zhì)的研究大多針對(duì)黃土高原[4,5,6]，對(duì)紫色土地區(qū)撂荒耕地理化性質(zhì)研究甚少.

紫色土是發(fā)育于亞熱帶地區(qū)，紫色母巖露出表面，在溫度、光和水的作用下形成的土壤，但由于成土?xí)r間和發(fā)育過(guò)程很短，紫色土的土壤肥力缺乏.紫色土區(qū)由于坡度陡峭、降水豐富以及不合理的土地利用，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的土壤侵蝕和土壤肥力流失[7]，導(dǎo)致農(nóng)田質(zhì)量下降.黃興成[8]選取四川盆地紫色土分布面積較大的114個(gè)縣（區(qū)），采用相關(guān)分析、因子分析和主成分分析對(duì)土壤的肥力指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)紫色土的有機(jī)質(zhì)和速效鉀缺乏，全氮和有機(jī)磷處于中等含量水平.鄧?yán)返萚9]以川中丘陵從2005年開(kāi)始撂荒的紫色土坡耕地為研究對(duì)象，用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)撂荒前后土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明撂荒前后土壤等級(jí)相差不大.本文針對(duì)紫色土區(qū)不同年限撂荒耕地理化性質(zhì)進(jìn)行研究，希望能為紫色土區(qū)解決撂荒問(wèn)題或撂荒地的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù).

1 研究?jī)?nèi)容與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)是重慶市渝北區(qū)東北部的統(tǒng)景鎮(zhèn)（見(jiàn)圖1），地處106°51′E、29°51′N，為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年均溫18.4℃，年降水量為1 151.6 mm，年平均日照1 314.1小時(shí)，年平均無(wú)霜期319天.全鎮(zhèn)處于巴渝平行嶺谷銅鑼?shí){背斜低山南段的鐵山中段和石船向斜中段，東與大盛接壤，南與石船相望，西與古路相鄰，北靠長(zhǎng)壽區(qū)，御臨河由北向南縱貫，溫塘河自西向東貫穿，地勢(shì)西高東低，河谷交錯(cuò)，地形地勢(shì)起伏較大，土壤主要為紫色水稻土和紫色土.鎮(zhèn)里青壯年多在外務(wù)工或者求學(xué)，勞動(dòng)力少，導(dǎo)致耕地荒廢形成撂荒地.

圖1 研究區(qū)示意圖

1.2 樣品采集、處理以及測(cè)定方式

（1）樣品采集與處理.分別在撂置5年、10年、15年的樣地，以及正在耕作的耕地進(jìn)行土樣的采集（見(jiàn)表1），每塊樣地取三個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)分別用環(huán)刀采?。?～10）cm，（10～20）cm,（20～30）cm的土樣，剔除植物根、莖、葉、蟲(chóng)體、石塊等雜質(zhì)，為了使數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確可信，每個(gè)樣點(diǎn)采取三次同層土壤并混合，土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干研磨后過(guò)2 mm、0.149 mm的篩后裝袋密封，用以測(cè)定土壤理化性質(zhì)各指標(biāo).

表1 不同撂荒年限耕地基本情況

（2）樣品測(cè)定方式.土壤含水量的測(cè)定采用烘箱法、土壤孔隙度、土壤容重的測(cè)定方法均采用環(huán)刀法[10].土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法，土壤全氮的測(cè)定方法采用高氯酸一硫酸消化法；全磷的測(cè)定方法采用NaOH堿熔鑰銻抗比色法；全鉀的測(cè)定方法采用氫氧化鈉熔融法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效鉀測(cè)量用1 mol/L醋酸銨溶液浸提－火焰光度法；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提－鉬銻抗比色法[11-12].

（3）數(shù)據(jù)的處理分析.用Excel 2020對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行原始整理；用SPSS26對(duì)土壤物理與化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析.

2 不同年撂荒年限對(duì)土壤理化性質(zhì)影響

2.1 不同撂荒年限對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

（1）土壤容重與土壤孔隙度.選擇土壤的容重、含水量以及土壤孔隙度以反映不同撂荒年限地土壤物理性質(zhì)的演變規(guī)律[13].土壤容重取決于礦物組成、土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)及孔隙度等，土壤容重可以反映土壤孔隙度的大小以及土壤的松緊程度.土壤孔隙度越大，容重越低，土質(zhì)越疏松；土壤孔隙度越小，容重越大，土壤越緊實(shí).由此可知土壤容重與土壤孔隙度成反比，在后面的研究中也得到印證.

由圖2可以看出，在垂直方向上，叢（0～10）cm的土層到（20～30）cm的土層，呈現(xiàn)出的規(guī)律整體是越向下土壤容重越大，孔隙度越小.從撂荒年限來(lái)看，土壤容重隨著撂荒年限的增加呈先增后減的趨勢(shì)，這與葛暢的結(jié)論吻合[14].未撂荒土地土壤容重低，孔隙度大，土質(zhì)疏松，原因是人為翻動(dòng)土地使得土壤孔隙度大.撂荒0～5年，土壤容重呈上升趨勢(shì)，孔隙度反之；撂荒5～15年，土壤容重呈下降趨勢(shì)，孔隙度呈上升趨勢(shì)，但總體變幅不大，由于植物根系以及土壤中的動(dòng)物翻動(dòng)或微生物分解作用，使得土壤孔隙度增大，土壤容重下降.

圖2 不同撂荒年限土壤容重與孔隙度

（2）土壤含水量.由圖3可知，土壤含水量在14%以上，土壤有效含水量大，耕作播種和適宜，是由于土壤為粘土，保水能力強(qiáng)，土壤含水量高.其中現(xiàn)耕土地含水量在18%以上，說(shuō)明土壤有效含水量高，是由于現(xiàn)耕土剛進(jìn)行了灌溉，使得土壤表層含水量大.從垂直方向上看，土壤水分從（0～10）cm到（20～30）cm呈減少的趨勢(shì)，說(shuō)明土壤水分主要聚集在表層.從撂荒年限來(lái)看，土壤含水量是先減少后增加的，撂荒0～5年土壤含水量減少，是由于土地撂荒，未有植被生長(zhǎng)，地表裸露，導(dǎo)致土壤含水量下降.撂荒5～15年中土壤含水量增加，但總體趨勢(shì)不明顯.原因是撂荒5～15年的土地雜草叢生，伴有大量的枯枝落葉，會(huì)積累水分，導(dǎo)致土壤的含水量增加.

圖3 不同撂荒年限土壤含水量

2.2 不同撂荒年限對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

本研究采用土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀作為指標(biāo)來(lái)反映不同撂荒年限的土壤化學(xué)性質(zhì)變化（見(jiàn)表2）.

表2 土壤化學(xué)指標(biāo)含量

根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)含量在（6～10）g/kg屬于五級(jí)（較低），全氮含量在（0.5～0.7）g/kg之間，按照標(biāo)準(zhǔn)屬于五級(jí)，表明立地條件較差.全磷含量在（0.2～0.6）g/kg之間，按照標(biāo)準(zhǔn)屬于四級(jí)（中下）；全鉀含量在（7～12）g/kg，按照標(biāo)準(zhǔn)屬于四級(jí)（中下）；撂荒5年樣地的堿解氮含量在（75～120）mg/kg，按照標(biāo)準(zhǔn)屬于三級(jí)（中上），撂荒10～15年的樣地的堿解氮含量在（50～96）mg/kg，按照標(biāo)準(zhǔn)屬于四級(jí)（中下）；速效鉀含量在（21～124）mg/kg之間，按照標(biāo)準(zhǔn)屬于五級(jí)以下（很低），而且主要聚集在（0～10）cm表層土，最低含量為撂荒10年的（20～30cm.由此可以土壤中看出氮素、鉀素含量過(guò)低，若要進(jìn)一步對(duì)土地開(kāi)發(fā)利用，則需要通過(guò)施氮肥和鉀肥，提高土壤肥力以便耕種.

從土壤垂直方向上看，除全鉀外，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量都是從（0～10）cm到（20～30）cm的土層遞減，表層含量明顯高于下層，說(shuō)明存在著表聚現(xiàn)象.全鉀垂直變化不明顯.撂荒后土壤養(yǎng)分變化隨撂荒時(shí)間變化規(guī)律與李小煒研究結(jié)果近似[15].

從土壤撂荒年限看，除全磷外，土壤有機(jī)質(zhì)、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量都隨著撂在撂荒0～10年逐漸減少，在撂荒10～15年逐漸恢復(fù).全磷的變化不明顯，全氮隨著撂荒年限增加而減少，速效養(yǎng)分都呈現(xiàn)先減少后增加的規(guī)律，且在撂荒前速效磷、速效鉀含量很高，在撂荒后速效養(yǎng)分含量明顯下降，可能與撂荒前期施肥有關(guān).土壤堿解氮、全氮和有機(jī)質(zhì)與植物生長(zhǎng)最為密切，從養(yǎng)分含量隨年限變化得出，土壤全效養(yǎng)分作為土壤養(yǎng)分庫(kù)，撂荒初期屬于逐漸流失的狀態(tài)，撂荒后期恢復(fù)，土壤速效養(yǎng)分具有相似的變化規(guī)律[16].

2.3 不同撂荒年限地物理與化學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析

由表3可知，土壤容重與含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系( )

表3 不同撂荒年限耕地理化性質(zhì)相關(guān)性分析

P＜0.01；與孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)；與堿解氮、速效鉀均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；與全氮、速效磷均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05).土壤含水量與土壤孔隙度和速效鉀均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01);與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮以及速效磷均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；土壤孔隙度與堿解氮和速效鉀呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01);與全氮和速效磷呈顯著正相關(guān)(P＜0.05).有機(jī)質(zhì)與速效鉀呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)；與全氮、堿解氮和速效磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05).全氮與全磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；與堿解氮、速效磷、速效鉀均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)；而全鉀和土壤養(yǎng)分之間并無(wú)其他顯著性關(guān)系(P＞0.05)，研究結(jié)果與馮慧敏的結(jié)論相吻合[17].堿解氮與速效磷和速效鉀均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01).速效磷與速效鉀呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01).總之，土壤物理特性與化學(xué)特性聯(lián)系緊密，土壤物理性質(zhì)改變導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)隨之改變.

3 結(jié)語(yǔ)

本文以位于紫色土區(qū)重慶市渝北區(qū)統(tǒng)景鎮(zhèn)不同年限撂荒耕地土壤為研究對(duì)象，通過(guò)分析其理化性質(zhì)以及相關(guān)性，得出以下結(jié)論：

（1）隨著撂荒年限增加，撂荒地植被不斷恢復(fù)，土壤的理化性質(zhì)也隨之變化.不同年限撂荒土壤的含水量變化范圍在14.66%～25.28%，含水量豐富，一方面是由于樣地位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量大；另一方面，撂荒后植被恢復(fù)，土壤的覆蓋度高，減少了土壤水分的蒸發(fā)，以及植物的枯枝落葉會(huì)積累水分，因此土壤含水量高.土壤容重變化范圍在（1.53～1.79）g/m3.土壤孔隙度變化范圍在32.46%～42.19%.有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀的變化范圍分別是（4.07～11.66）g/kg、（0.34～0.77）g/kg、（0.3～0.6）g/kg、（7.96～12.44）g/kg、（50.89～132.04）mg/kg、（1.40～12.89）mg/kg、（20.44～151.08）mg/kg.不同年限撂荒土壤養(yǎng)分含量除全鉀外，其他養(yǎng)分含量隨著撂荒年限的延長(zhǎng)先減少后增加.

（2）土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀有表聚現(xiàn)象，全鉀垂直變化不明顯.隨著撂荒年限增加，除全磷外，土壤有機(jī)質(zhì)、全鉀、堿解氮、速效養(yǎng)分含量都隨著撂在撂荒0～10年減少，在撂荒10～15年有所恢復(fù).土壤有機(jī)質(zhì)、氮、鉀元素含量偏低，若要對(duì)該區(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，需選用有機(jī)肥、氮肥與鉀肥對(duì)土壤進(jìn)行改良以便進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用.

（3）土壤容重與土壤含水量、孔隙度、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀負(fù)相關(guān)，在前面的研究中，土壤容重在垂直方向上增加的，而其他養(yǎng)分主要在表層聚集，因此符合這個(gè)規(guī)律.土壤含水量與孔隙度、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀呈正相關(guān).土壤孔隙度與全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀呈正相關(guān).但由于只采集0～15年的數(shù)據(jù)，無(wú)法判斷在15年以后土壤養(yǎng)分如何變化，因此，在后續(xù)還要繼續(xù)對(duì)撂荒樣地進(jìn)行觀測(cè)和采樣，以進(jìn)一步判斷撂荒地理化性質(zhì)隨時(shí)間變化情況.