黃河故道農(nóng)田防護(hù)林土壤養(yǎng)分變化特征及評價①

陳 雪，胡海波*，王 燦

黃河故道農(nóng)田防護(hù)林土壤養(yǎng)分變化特征及評價①

陳 雪1,2，胡海波1,2*，王 燦3

(1 南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037；2 江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210037；3 中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008)

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的基礎(chǔ)，掌握其含量與分布特征可為改善立地條件、建設(shè)高效農(nóng)田防護(hù)林體系提供科學(xué)依據(jù)。以鹽城市阜寧縣和淮安市漣水縣黃河故道土壤為研究對象，采用層次分析法(AHP)與物元分析模型相結(jié)合的方式，分別對研究區(qū)內(nèi)有林地和無林地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀7個指標(biāo)的變化特征進(jìn)行了分析評價。結(jié)果表明：①隨著遠(yuǎn)離河堤，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀含量呈增加趨勢；全磷含量呈減少趨勢；有效磷在有林地呈減少趨勢，在無林地呈增加趨勢。②有林地土壤有機(jī)質(zhì)(2 ～ 3級)、全氮(1 ～ 2級)含量顯著高于無林地，而其余指標(biāo)與無林地基本一致。③在距黃河故道<0.5、0.5 ～ 1.0和1.0 ～ 1.5 km 3個區(qū)域內(nèi)，有林地土壤養(yǎng)分等級分別為較豐富Ⅱ、豐富Ⅰ、豐富Ⅰ，無林地土壤養(yǎng)分等級分別為貧乏Ⅳ、適量Ⅲ、適量Ⅲ?？梢?，開展農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)能有效促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)、氮素的積累，提升土壤養(yǎng)分等級，若在此基礎(chǔ)上合理追施磷肥，能進(jìn)一步提高土壤肥力及其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益。

黃河故道；阜寧；土壤養(yǎng)分；空間變化

土壤是在成土因素長期作用下形成的分布復(fù)雜、具有一定肥力的時空連續(xù)體[1]。土壤養(yǎng)分是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，它不僅是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是土地評價的重要參數(shù)之一[2-3]。近年來，國內(nèi)外土壤工作者對土壤養(yǎng)分空間分布、級別評定等進(jìn)行了大量報(bào)道，認(rèn)為土壤養(yǎng)分的含量及分布特征是由一系列因子相互作用產(chǎn)生的，地形、海拔以及土地利用方式等因素都是導(dǎo)致土壤養(yǎng)分變化的重要因素。趙義博等[4]對內(nèi)蒙古勝利礦區(qū)土壤進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)、堿解氮的高值區(qū)主要集中在礦區(qū)西部高程較高區(qū)域，低值區(qū)主要集中在礦區(qū)東部人為干擾較強(qiáng)區(qū)域。李有芳等[5]對云南省玉溪柑橘園土壤進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)、堿解氮基本處于貧乏水平，有效鉀處于超標(biāo)水平，有效磷處于豐富水平。董彩霞等[6]對黃河流域梨園土壤進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量較低，而有效磷、速效鉀等富集現(xiàn)象明顯。上述研究均為當(dāng)?shù)赝寥栏牧家约傲址止茏o(hù)提供了參考。目前，黃河故道立地條件差、樹種單一、經(jīng)營管理不當(dāng)，嚴(yán)重影響了農(nóng)田防護(hù)林的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效能。本文通過研究黃河故道土壤養(yǎng)分變化特征，明確土壤養(yǎng)分含量等級，探討土壤養(yǎng)分分布規(guī)律及其影響因素，旨在為建設(shè)高效農(nóng)田防護(hù)林體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河故道是黃河長期南侵奪淮入海留下的黃泛帶，西起河南省蘭考東壩頭，流經(jīng)豫魯皖蘇四省，在濱?？h入黃海[7]。受黃河不斷沖擊的影響，黃河故道沿岸地勢不斷增高，并沿泛流方向延伸，逐步形成緩坡地勢，其土壤受成土母質(zhì)、地貌、水文以及耕作等因素的影響，質(zhì)地以粉細(xì)沙土為主，具有“濕則板、水則淌、風(fēng)則揚(yáng)”的特性[8]。黃河故道自然植被極少，僅在村落附近可見人工栽培的落葉闊葉樹種，常見的有楊樹()、刺槐()、國槐()、苦楝()、垂柳()和白榆()等。

本研究區(qū)位于江蘇省北部鹽城市阜寧縣與淮安市漣水縣交界的黃河故道(地理位置33°41'N ～ 33°55'N，119°28' E ～ 119°38' E，全長32.8 km)兩側(cè)，包含阜寧縣的羊寨鎮(zhèn)、蘆蒲鎮(zhèn)和漣水縣的南集鎮(zhèn)、唐集鎮(zhèn)、石湖鎮(zhèn)[9]。該區(qū)屬暖溫帶與北亞熱帶過渡區(qū)，季風(fēng)性氣候顯著，年均氣溫13.6 ～ 14.2℃，年均降水量812 ～ 1 010 mm，無霜期207 ～ 217 d。20世紀(jì)90年代，為推動當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大力倡導(dǎo)植樹造林，初步形成了沿溝渠路分布、以楊樹為主的農(nóng)田防護(hù)林帶(網(wǎng))。

1.2 研究方法

研究區(qū)土地利用類型分有林地和無林地。有林地樣地的選擇采用目視解譯法，首先在ArcGIS軟件中標(biāo)記出完整的楊樹農(nóng)田防護(hù)林帶作為待采樣點(diǎn)，隨后在現(xiàn)場進(jìn)一步篩選。無林地樣地為與林帶相鄰的空曠帶狀地塊。

本研究共設(shè)置6條樣線，依據(jù)距離廢黃河遠(yuǎn)近布設(shè)樣地，共設(shè)置30個有林地樣地和15個無林地樣地(表1)。根據(jù)前人研究資料和野外現(xiàn)場調(diào)查[9-10]，廢黃河影響范圍在1.5 km之內(nèi)，因此將樣地設(shè)置在1.5 km范圍內(nèi)。根據(jù)離黃河故道不同距離，將樣地分為3個梯度：<0.5、0.5 ～ 1.0、1.0 ～ 1.5 km，每個梯度分別有10個有林地樣地和5個無林地樣地。在各樣地進(jìn)行林分調(diào)查，記錄位置、樹高、胸徑、林齡、海拔以及坡度等。

表1 采樣點(diǎn)基本信息

本研究土樣采集均在溝渠上進(jìn)行，每個樣地選3個樣點(diǎn)取樣，用環(huán)刀法分別取0 ～ 10 cm和10 ～ 20 cm深度的土壤混合后裝入塑料袋，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后進(jìn)行研磨、過篩，測定土壤養(yǎng)分指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)含量采用重鉻酸鉀氧化–油浴加熱法進(jìn)行測定；全氮(TN)含量采用元素分析儀測定；全磷(TP)采用高氯酸、硫酸熔融–分光光度法測定；全鉀(TK)采用氫氟酸、高氯酸熔融–火焰光度法測定；堿解氮(AN)采用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷(AP)采用NaHCO3浸提–鉬銻抗比色法測定；速效鉀(AK)采用NH4Ac浸提–火焰光度法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007和SPSS 20.0對土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)數(shù)值為0 ～ 10 cm與10 ～ 20 cm兩層土壤的均值。利用單因素方差分析(One-way ANOVA，LSD)對不同位置的養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，利用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對不同地類養(yǎng)分指標(biāo)的差異進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

利用層次分析法(AHP)對土壤養(yǎng)分指標(biāo)(有機(jī)量、全量、速效量)逐層進(jìn)行權(quán)重分析，并用Matlab進(jìn)行計(jì)算；通過一致性檢驗(yàn)后，利用物元分析模型對每個評價指標(biāo)進(jìn)行分級，確定經(jīng)典域和節(jié)域；通過關(guān)聯(lián)函數(shù)分別計(jì)算各指標(biāo)的土壤養(yǎng)分等級，最終使用物元分析模型集成得到多指標(biāo)的綜合土壤養(yǎng)分水平[11-13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)

研究區(qū)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)均值如表2所示。根據(jù)全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[14]，研究區(qū)內(nèi)土壤堿解氮屬于4 ～ 5級水平，有效磷屬于4級水平，速效鉀屬于1 ～ 3級水平。土壤全磷、全鉀在不同地類有所差異：有林地全磷屬于5級水平，全鉀屬于1 ～ 2級水平；無林地全磷屬于4 ～ 5級水平，全鉀屬于1級水平。此外，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮在不同地類條件下差異較大：有林地土壤有機(jī)質(zhì)屬于2 ～ 3級水平，全氮屬于1 ～ 2級水平；無林地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮均屬于4 ～ 5級水平，明顯低于有林地。

表2 研究區(qū)土壤養(yǎng)分的最大值、最小值、均值及變異系數(shù)

注：同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一土地利用下距黃河故道不同距離間差異在<0.05水平顯著。

從變異系數(shù)看，有林地土壤養(yǎng)分變異系數(shù)介于0.12 ～ 0.67，無林地土壤養(yǎng)分變異系數(shù)介于0.04 ～ 0.62。其中，土壤速效鉀變異程度最大，離散程度高，堿解氮變異程度次之，全鉀變異程度最小。隨遠(yuǎn)離黃河故道河堤，有林地和無林地的變異系數(shù)整體上呈減小趨勢，說明各土壤養(yǎng)分指標(biāo)差異變小，呈均一化分布。

2.2 土壤養(yǎng)分空間變異特征

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì) 研究區(qū)有林地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量介于27.30 ～ 35.00 g/kg，無林地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量介于8.80 ～ 13.10 g/kg。隨著遠(yuǎn)離黃河故道河堤，土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈增加趨勢。此外，有林地土壤有機(jī)質(zhì)含量始終高于無林地(<0.05)，顯然農(nóng)田防護(hù)林種植使林下土壤生態(tài)環(huán)境得到改善，進(jìn)而增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量。

從變異系數(shù)看，有林地土壤有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)介于0.32 ～ 0.41，略低于無林地(0.35 ～ 0.45)，屬于中等程度變異。隨著遠(yuǎn)離河堤，有林地和無林地的土壤養(yǎng)分變異系數(shù)逐漸減小，有機(jī)質(zhì)含量朝均勻化方向發(fā)展。

2.2.2 土壤全量養(yǎng)分 研究區(qū)有林地土壤全氮平均含量介于1.99 ～ 2.47 g/kg，無林地土壤全氮平均含量介于0.68 ～ 0.91 g/kg。隨著遠(yuǎn)離河堤，土壤全氮變化趨勢與有機(jī)質(zhì)一致，呈增加趨勢。有林地土壤全磷平均含量介于0.58 ～ 0.66 g/kg，無林地全磷平均含量介于0.66 ～ 0.75 g/kg，并隨遠(yuǎn)離河堤基本呈減少趨勢。有林地土壤全鉀平均含量介于28.20 ～ 32.91 g/kg，無林地全鉀平均含量介于31.23 ～ 33.00 g/kg，并隨遠(yuǎn)離河堤呈增加趨勢，且有林地全鉀含量在距黃河故道<0.5 km和1.0 ～ 1.5 km區(qū)域差異性顯著(<0.05)。此外，有林地土壤全氮含量始終高于無林地(<0.05)，而全磷、全鉀含量始終低于無林地(>0.05)，這可能是因?yàn)檗r(nóng)田防護(hù)林中枯落物分解、根系分泌代謝等因素增加了土壤腐殖質(zhì)，提高了全氮含量。

從變異系數(shù)看，有林地土壤全氮變異系數(shù)介于0.30 ～ 0.41，略低于無林地(0.39 ～ 0.49)，而土壤全磷、全鉀變異系數(shù)分別為0.18 ～ 0.23、0.12 ～ 0.15，略高于無林地。隨著遠(yuǎn)離河堤，有林地和無林地的土壤養(yǎng)分變異系數(shù)均呈減小趨勢，各全量養(yǎng)分分布趨于均一。

2.2.3 土壤速效養(yǎng)分 研究區(qū)有林地土壤堿解氮平均含量介于54.93 ～ 89.25 mg/kg，無林地土壤堿解氮平均含量介于33.63 ～ 60.88 mg/kg。隨著遠(yuǎn)離河堤，土壤堿解氮含量均呈增加趨勢，且有林地堿解氮含量在距黃河故道<0.5 km和1.0 ～ 1.5 km區(qū)域差異性顯著(<0.05)。有林地土壤有效磷平均含量介于5.64 ～ 7.22 mg/kg，無林地土壤有效磷平均含量介于7.25 ～ 8.10 mg/kg。隨著遠(yuǎn)離河堤，有林地土壤有效磷含量減小，無林地土壤有效磷含量增加。有林地土壤速效鉀平均含量為117.87 ～ 220.75 mg/kg，無林地土壤速效鉀平均含量為135.94 ～ 258.81 mg/kg，并隨遠(yuǎn)離河堤呈增加趨勢，且有林地速效鉀在距黃河故道<0.5、0.5 ～ 1.0 km區(qū)域均與1.0 ～ 1.5 km區(qū)域呈顯著差異(<0.05)。此外，有林地土壤堿解氮含量均高于無林地(>0.05)，有效磷、速效鉀含量均低于無林地(>0.05)，表明農(nóng)田防護(hù)林生長對速效養(yǎng)分含量影響不大。

從變異系數(shù)看，有林地土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的變異系數(shù)分別在0.36 ～ 0.67、0.21 ～ 0.43、0.53 ～ 0.79，均高于無林地。隨著遠(yuǎn)離河堤，有林地和無林地的土壤速效養(yǎng)分變異系數(shù)均呈減小趨勢，速效養(yǎng)分含量分布趨于均一。

2.3 土壤養(yǎng)分綜合評價

2.3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型 本研究利用層次分析法(AHP)構(gòu)造土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)模型(圖1)。其中，土壤養(yǎng)分A為目標(biāo)層，土壤有機(jī)量B1、土壤全量B2、土壤有效量B3作為3個準(zhǔn)則層，根據(jù)遞增層次結(jié)構(gòu)，指標(biāo)層包括：有機(jī)質(zhì)P1、全氮P2、全磷P3、全鉀P4、堿解氮P5、有效磷P6、速效鉀P7[15-17]。

圖1 層次結(jié)構(gòu)模型

2.3.2 指標(biāo)權(quán)重確定 如圖1所示，結(jié)構(gòu)圖中各指標(biāo)的重要程度采用9標(biāo)度的方法進(jìn)行打分，并構(gòu)建相應(yīng)的判斷矩陣。準(zhǔn)則層中的重要度排序?yàn)椋築1>B2> B3。利用兩兩比較的方法，結(jié)合9標(biāo)度含義對其進(jìn)行賦值，再利用方根法求出重要度，構(gòu)造出準(zhǔn)則層中三因素對于目標(biāo)層的相對重要度。準(zhǔn)則層的構(gòu)造判斷矩陣如表3所示。

表3 A-B判斷矩陣

利用Matlab計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax=3.004，計(jì)算出一致性指標(biāo)I=0.002，查表得出平均隨機(jī)性指標(biāo)IR=0.520，則隨機(jī)一致性比率R=I/IR=0.004<0.1，表明結(jié)果通過一致性檢驗(yàn)，具有滿意一致性。

指標(biāo)層判斷矩陣構(gòu)造采取同樣方式，不同評價因子所占權(quán)重如表4所示。其中，B1-P矩陣中的指標(biāo)層只有有機(jī)質(zhì)一個指標(biāo)，故該矩陣指標(biāo)層的權(quán)重與準(zhǔn)則層一致，為0.548；B2-P矩陣和B3-P矩陣一致，λmax=3.012，計(jì)算出一致性指標(biāo)I=0.006，查表得出平均隨機(jī)性指標(biāo)IR=0.520，則隨機(jī)一致性比率R=I/IR=0.011<0.1，表示結(jié)果通過一致性檢驗(yàn)，具有滿意一致性。因此，各影響因素的相對重要度是可取的。

表4 土壤養(yǎng)分評價因子權(quán)重

2.3.3 經(jīng)典域、節(jié)域和待判物元的確定=(，，)是描述事物的基本元(物元)。其中，1、2、…、c分別代表事物的個特征，1、2、…、v分別代表相應(yīng)的量值，而1、1分別表示量值范圍的最小值和最大值，具體表示如下：

依據(jù)可拓集合概念[17]，將土壤養(yǎng)分豐富、較豐富、適量、貧乏、極貧乏等5個等級的定性描述轉(zhuǎn)變?yōu)?、2、3、4、5等形式的定量描述。其中1=豐富、2=較豐富、3=適量、4=貧乏、5=極貧乏。采用全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分的分級標(biāo)準(zhǔn)[14]，建立土壤養(yǎng)分評價的5個經(jīng)典域物元(1～5)和1個節(jié)域物元(P)：

式中：1～7分別對應(yīng)7項(xiàng)評價指標(biāo)P1 ～ P7。由于研究區(qū)全氮、全鉀、速效鉀的數(shù)據(jù)有部分超出經(jīng)典域范圍，對應(yīng)的量值范圍(2、4、7)需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整[18]，即利用測定數(shù)據(jù)最大值代替經(jīng)典域范圍的最大值。

以距黃河故道 <0.5 km內(nèi)有林地為例，該范圍內(nèi)土壤養(yǎng)分指標(biāo)均值分別為：土壤有機(jī)質(zhì)27.3 g/kg、全氮1.99 g/kg、全磷0.66 g/kg、全鉀28.20 g/kg、堿解氮54.93 mg/kg、有效磷7.22 mg/kg、速效鉀117.87 mg/kg，以此數(shù)據(jù)確定該點(diǎn)S1的待判物元：

2.3.4 計(jì)算關(guān)聯(lián)度與確定質(zhì)量等級 將待判物元代入關(guān)聯(lián)度公式，以單指標(biāo)1(有機(jī)質(zhì))為例，1=27.3，可得到該指標(biāo)對應(yīng)的各評價等級關(guān)聯(lián)度分別為1(1)= –0.18，2(1)=0.27，3(1)= –0.37，4(1)= –0.58，5(1)= –0.63，依據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，2(1)=maxK(1)，判定該指標(biāo)的土壤養(yǎng)分級別屬于2，即適量級別。

用同樣方法，可以求出S1其他各項(xiàng)指標(biāo)對應(yīng)各等級的關(guān)聯(lián)度及其養(yǎng)分級別。在此基礎(chǔ)上，通過加權(quán)求和，計(jì)算所有指標(biāo)對應(yīng)各評價等級的綜合關(guān)聯(lián)度分別為1(S1)= –0.22，2(S1)= –0.07，3(S1)= –0.36，4(S1)= –0.50，5(S1)= –0.61。依據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，2(S1)=maxK(S1)，判定樣地S1的土壤養(yǎng)分級別屬于2，即較豐富。采用同樣步驟，對其余樣地土壤養(yǎng)分水平進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，并判定土壤養(yǎng)分級別(表5)。根據(jù)表5，距黃河故道 <0.5 km區(qū)域內(nèi)無林地土壤養(yǎng)分等級屬于貧乏等級，而該區(qū)域內(nèi)有林地土壤養(yǎng)分等級屬于較豐富等級；距黃河故道0.5 ～ 1.0 km和1.0 ～ 1.5 km區(qū)域內(nèi)，無林地土壤養(yǎng)分等級均為適量等級，而有林地土壤養(yǎng)分等級均為豐富等級。

3 討論

3.1 土壤養(yǎng)分變化特征

黃河故道長期受黃河泛濫影響，形成河岸高、兩側(cè)低的緩坡地勢。在距黃河故道<0.5、0.5 ～ 1.0、1.0 ～ 1.5 km等3個區(qū)域內(nèi)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷(無林地)、全鉀、速效鉀等養(yǎng)分含量呈增加趨勢，土壤全磷、有效磷(有林地)含量呈減少趨勢。其原因可能是在距黃河故道<0.5 km范圍內(nèi)土壤顆粒較粗、質(zhì)地松散，進(jìn)而造成有機(jī)質(zhì)、氮素、鉀素等養(yǎng)分含量較低；而全磷向河流一側(cè)輸移在距黃河故道<0.5 km范圍內(nèi)富集[19]。這與王洪杰等[20]研究結(jié)果基本一致，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮與砂粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，土壤全磷與砂粒含量呈極顯著正相關(guān)。

表5 土壤養(yǎng)分綜合評價指標(biāo)的相關(guān)計(jì)算結(jié)果

本研究中，有林地土壤堿解氮、全鉀含量均在距黃河故道<0.5 km和1.0 ～ 1.5 km區(qū)域之間差異性顯著(<0.05)，速效鉀含量在距黃河故道<0.5、0.5 ～ 1.0與1.0 ～ 1.5 km區(qū)域之間差異顯著(<0.05)，說明黃河故道對土壤堿解氮、全鉀等的直接影響范圍在0.5 km以內(nèi)，而對土壤速效鉀的影響范圍在1.0 km左右。其原因可能是在距黃河故道<0.5 km范圍內(nèi)地勢坡度較大，徑流流速快，土壤黏粒含量少，進(jìn)而造成土壤養(yǎng)分較低[21]；隨著遠(yuǎn)離河堤，土壤黏粒增加，保持土壤養(yǎng)分的能力增加，因此，以上養(yǎng)分含量在<0.5 km和1.0 ～ 1.5 km之間差異明顯。

綜合來看，有林地土壤堿解氮、全鉀、速效鉀等養(yǎng)分受位置因素影響顯著。這與趙越等[22]研究基本一致，即樣地位置不同導(dǎo)致成土母質(zhì)等各種條件不同，這些條件通過影響土壤物理化學(xué)組成和風(fēng)化淋溶進(jìn)程影響?zhàn)B分含量。

3.2 土壤養(yǎng)分等級

根據(jù)全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[14]，在距黃河故道<0.5、0.5 ～ 1.0、1.0 ～ 1.5 km 3個區(qū)域內(nèi)，有林地土壤有機(jī)質(zhì)(2 ～ 3級)、全氮(1 ～ 2級)所處養(yǎng)分級別顯著高于無林地，這與閆麗娟等[23]研究基本一致，其原因可能是楊樹充分發(fā)揮其高生產(chǎn)力、深根性等特性，分泌更多代謝物質(zhì)進(jìn)入土壤，從而促進(jìn)土壤碳氮的積累。此外，佘婷等[24]指出，凋落物能夠促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)碳素和養(yǎng)分循環(huán)，是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源。車宗璽等[25]指出，土壤氮素是成土過程中在生物作用下積累的，主要取決于有機(jī)質(zhì)積累和分解作用的相對強(qiáng)度。本研究中，農(nóng)田防護(hù)林長勢良好，凋落物豐富，再加上根系對土壤碳氮的影響，因此有林地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮積累較多。

在距黃河故道<0.5、0.5 ～ 1.0、1.0 ～ 1.5 km 3個區(qū)域內(nèi)，有林地土壤全磷(5級)、全鉀(1 ～ 2級)、堿解氮(4 ～ 5級)、有效磷(4級)、速效鉀(1 ～ 3級)所處養(yǎng)分級別與無林地基本一致，說明以上5個指標(biāo)含量受農(nóng)田防護(hù)林影響較小。對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)土壤全鉀、速效鉀含量級別較高，其原因可能是土壤鉀元素繼承黃河故道成土母巖特性造成的。研究區(qū)土壤類型主要為潮土，潮土中富含水云母等含鉀礦物[26]，因此土壤含鉀豐富。

綜合來看，無林地土壤養(yǎng)分等級屬于Ⅲ ～ Ⅳ級，有林地土壤養(yǎng)分等級屬于Ⅰ ～ Ⅱ級。這與岳慶玲[27]研究相似，即農(nóng)田防護(hù)林生長過程中，充分發(fā)揮根系的生態(tài)作用以及凋落物的腐解作用，既增加土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性又增加了養(yǎng)分，提高了土壤肥力，促進(jìn)了農(nóng)田防護(hù)林的生長。

4 結(jié)論

鹽城市阜寧縣和淮安市漣水縣的黃河故道區(qū)域內(nèi)，有林地土壤堿解氮、全鉀、速效鉀等含量受位置因素影響顯著；與無林地相比，農(nóng)田防護(hù)林能有效促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮積累，但對磷素、鉀素影響不大。在農(nóng)田防護(hù)林管理中，應(yīng)采取綜合措施進(jìn)行調(diào)節(jié)，對與之配置的經(jīng)濟(jì)樹種，一方面適量施用磷肥，以補(bǔ)充土壤養(yǎng)分不足；另一方面注重施肥方式，與氮等科學(xué)配施，提高磷肥利用率。

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Characteristics and Evaluation of Soil Nutrients in Farmland Shelter Forest of Yellow River Old Course

CHEN Xue1,2, HU Haibo1,2*, WANG Can3

(1 Co-Innovation Center for the Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China;2 Jiangsu Province Key Laboratory of Soil and Water Conservation and Ecological Restoration, Nanjing 210037, China; 3 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Soil nutrients are the basis of soil fertility, and understanding their contents and distribution characteristics can provide a scientific basis for improving soil conditions and building an efficient farmland shelter forest system. In this study, the regional soils of the Yellow River old course in Funing and Lianshui counties, Yancheng City were taken as the research objects, and hierarchical analysis (AHP) and material element analysis model were combined to analyze and evaluate soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), total potassium (TK), alkali-hydrolyzable nitrogen (AN), available phosphorus (AP), and available potassium (AK). The results show that: 1) As far away from the embankment, SOM, TN, AN, TK and AK show increasing trends, TP shows a decreasing trend, while AP shows a decreasing trend in forest land and an increasing trend in non-forest land; 2) The levels of SOM (mainly in 2–3 grades) and TN (mainly in 1–2 grades) of forest land are significantly higher than that non-forest land, while no significant difference is found in the other nutrients between forest land and non-forest land; 3) Within the old Yellow River Road <0.5 km, 0.5–1.0 km and 1.0–1.5 km, soil nutrient levels are relatively rich Ⅱ, rich Ⅰ, and rich Ⅰ for forest land, respectively, while are poor Ⅳ, moderate Ⅲ and moderate Ⅲ in non-forest land, respectively. In conclusion, the construction of farmland shelter forest can effectively promote the formation of SOM and improve the level of soil nutrients, and on this basis, proper application of phosphorus fertilizer can further improve soil fertility and promote the ecological and economic benefits.

Yellow River old course; Funing; Soil nutrients; Spatial change

S727.24

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.04.011

陳雪, 胡海波, 王燦. 黃河故道農(nóng)田防護(hù)林土壤養(yǎng)分變化特征及評價. 土壤, 2023, 55(4): 779–786.

江蘇省2021年度碳達(dá)峰碳中和科技創(chuàng)新專項(xiàng)(BE2022305)，國家林業(yè)和草原局江蘇長江三角洲森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究項(xiàng)目(2020132077)和江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新重點(diǎn)資金項(xiàng)目(CX(17)1004-2)資助。

(huhb2000@aliyun.com)

陳雪(1996—)，女，河北滄州人，博士研究生，主要從事水土保持方面的研究。E-mail: 727290259@qq.com