太行山地區(qū)有機(jī)質(zhì)及土壤水分的調(diào)查研究

萬(wàn)少欣

(河北小五臺(tái)山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中心,河北 蔚縣 075700)

0 引言

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分,也是土壤有機(jī)碳的主要蓄積方式,它在土壤肥力、環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有著重要的作用和意義。一方面,它含有植物生長(zhǎng)所需要的各種營(yíng)養(yǎng)元素,是土壤微生物生命活動(dòng)的能源,對(duì)土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)都有著深刻的影響;另一方面,土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬、農(nóng)藥等各種有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物的行為都有顯著的影響。同樣土壤水也是土壤的重要組成部分之一,它對(duì)土壤的形成和發(fā)育以及土壤中物質(zhì)和能量的運(yùn)移都有重要的影響。土壤水是植物生存和生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ),是作物水分的最主要來(lái)源,它不僅影響林木、大田作物、蔬菜、果樹(shù)和草類等的產(chǎn)量,還影響著陸地表面植物的分布［1］。此次主要是想通過(guò)調(diào)查實(shí)驗(yàn)研究來(lái)了解太行山地區(qū)某地段中有機(jī)物以及水分的含量狀況,從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)分析該地段的有機(jī)質(zhì)和水分的含量狀況與所劃分的3個(gè)區(qū)域之間的關(guān)系以及分布的規(guī)律。

1 調(diào)查區(qū)的概況

保定市地處太行山東麓,屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,冬冷夏熱、春暖秋涼,四季分明且雨熱同季。全年市區(qū)平均氣溫12℃;全年市區(qū)降水量歷年平均值為550 mm［2］。調(diào)查的地區(qū)位于保定市唐縣太行山沿線地段,該研究地區(qū)的東部為大片林地,中間為菜園種植區(qū),其余為普通的草地,此次的調(diào)查將該區(qū)域分為3個(gè)部分。

2 材料與方法

2.1 材料來(lái)源

此次調(diào)查研究的土壤來(lái)源于保定市唐縣北村的綠地,其中在調(diào)查的區(qū)域可以劃分為三大部分:林地、菜地和普通的草地。為了保證此次的調(diào)查合理性與準(zhǔn)確性,其中土壤有機(jī)質(zhì)樣本采集點(diǎn)在林地區(qū)設(shè)3個(gè),菜地區(qū)設(shè)2個(gè),普通草地區(qū)設(shè)4個(gè),共9個(gè)樣本,土壤水分樣本采集點(diǎn)在林地區(qū)、菜地區(qū)和普通草地區(qū)各10個(gè)。樣點(diǎn)的選擇在各個(gè)區(qū)域的分布均勻可代表被調(diào)查區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)與水分含量的狀況。樣本的采集按照此次實(shí)驗(yàn)調(diào)查的要求,取0～20 cm的地表土壤。

2.2 分析方法

土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定原理:在200～230 ℃電砂浴或在170～180 ℃油浴加熱條件下,用過(guò)量的標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀—硫酸溶液氧化土壤有機(jī)碳,剩余的重鉻酸鉀以硫酸亞鐵溶液滴定,從所消耗的重鉻酸鉀量計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量。

土壤水分含量的測(cè)定方法:TDR方法,依據(jù)電磁波理論,電磁脈沖在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí),通過(guò)測(cè)定電磁波在混合介質(zhì)中沿波導(dǎo)棒傳播的速度來(lái)確定土壤的混合介質(zhì)的介電常數(shù)。建立土壤含水量與土壤介質(zhì)常數(shù)的關(guān)系式,進(jìn)而推斷出土壤的含水量［3］。

2.3 數(shù)據(jù)處理

此數(shù)據(jù)是各個(gè)小組的有機(jī)質(zhì)含量與土壤水分含量的均值。通過(guò)各個(gè)地區(qū)的均值以反映不同區(qū)域之間的差異,總的來(lái)說(shuō),區(qū)域之間的差異還是挺大的。具體數(shù)據(jù)(表1)。

表1 各小組有機(jī)質(zhì)含量與土壤水分含量的相關(guān)數(shù)據(jù)

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤水分含量的差異

林地、菜地和普通的草地3個(gè)區(qū)域的土壤樣本含水量分布(圖1)。

圖1 綠地土壤含水量

由圖1可以看出,該片綠地土壤水分的含量存在著區(qū)域分布的差異。其中普通草地的土壤含水量大致相當(dāng),基本上維持在3%左右［4］。而菜地與林地的含水量卻明顯存在著區(qū)域的空間分布特征,菜地的含水量在5%～10%之間,而林地的土壤含水量之間的差異性更大,其含水量在10%～21%之間。菜地與普通草地之間的含水量差異可能是由于平時(shí)的人為原因——管理灌溉。然而菜地之間的土壤水分含量的差異是由于菜地管理的每次灌溉水量與灌溉的頻率不同,這些都會(huì)影響到菜地的土壤含水量的差異。而林地與普通草地的之間差異是由于林地具有較高的樹(shù)木,起到了遮陽(yáng)的作用,導(dǎo)致土壤表面的蒸發(fā)量相比于普通草地小,而林地之間的土壤水分含量差異是由于地形的原因。但是,相比之下另一塊單一土壤水分含量區(qū)域差異也是相當(dāng)大,最小值僅為7.51%,最大值為20.40%,相比于調(diào)查的區(qū)域來(lái)說(shuō),其水分的含量還是挺高的,說(shuō)明該區(qū)域的植被保水性較好。與林地區(qū)域的含水量大致相當(dāng),相比于調(diào)查的草地與菜地,其水分的含量較高。

3.2 土壤水分含量的相關(guān)數(shù)據(jù)及分析

隨著人類的長(zhǎng)期耕作以及自然環(huán)境的變遷,比如,開(kāi)墾使土壤的土質(zhì)疏松,與空氣的氣體交換能力較強(qiáng),在交換氣體的同時(shí)會(huì)帶走大量的土壤水分;土壤中的微生物活動(dòng)強(qiáng)度的增加會(huì)導(dǎo)致消耗大量的土壤水分等,這些都會(huì)使土壤的水分含量得到極大的改變。通過(guò)對(duì)此次調(diào)查的30個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析,具體數(shù)據(jù)(表2)。

表2 土壤水分含量的相關(guān)數(shù)據(jù)

檢驗(yàn)的結(jié)果表明:普通草地區(qū)和菜地區(qū)的差異不顯著,而林地區(qū)的差異性較大。從表中的平方和數(shù)據(jù)可以看出,普通草地區(qū)所選的樣本間差異性最小,說(shuō)明該地區(qū)的土壤水分含量較為均衡;林地區(qū)所選的樣本間差異性最大。說(shuō)明該地區(qū)的土壤水分含量分布存在著地方的差異。與其相比較的小組數(shù)據(jù)(表3)。

表3 比較組的土壤水分含量的相關(guān)數(shù)據(jù)

與小組的數(shù)據(jù)相比較,該地的土壤水分含量的方差竟然達(dá)到30.61,說(shuō)明該區(qū)域的土壤水分區(qū)域的分布差異性極大,而調(diào)查的林地區(qū)域的水分含量的方差僅為14.704 1。

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異

為了保證此次的調(diào)查合理性與準(zhǔn)確性,依據(jù)3個(gè)地區(qū)的面積大小,將所要采集的9個(gè)樣本點(diǎn)平均到3個(gè)地區(qū)。其中土壤有機(jī)質(zhì)樣本采集點(diǎn)在林地區(qū)設(shè)3個(gè),菜地區(qū)設(shè)2個(gè),普通草地區(qū)設(shè)4個(gè),共9個(gè)樣本。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出的土壤有機(jī)質(zhì)含量的數(shù)據(jù)(圖2)。

圖2 調(diào)查區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量

由圖2的結(jié)果來(lái)看,菜地相比于普通草地及林地來(lái)說(shuō),其有機(jī)質(zhì)的含量要高許多,其含量維持在3.2%左右。普通草地和林地的有機(jī)質(zhì)含量大致相當(dāng),其含量維持在1.5%左右。菜地的有機(jī)質(zhì)含量高的根本原因在于及時(shí)管理。從外界取大量的有機(jī)肥施入到土壤當(dāng)中,以保持蔬菜生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求。而普通草地和林地的植物生長(zhǎng)基本是基于土壤本身所固有的有機(jī)質(zhì),其中的有機(jī)質(zhì)來(lái)源基本不含人工的施肥,所以兩者的有機(jī)質(zhì)大體相當(dāng),并且含量明顯低于人工施肥的菜地。由此可見(jiàn),人工的介入對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)的含量提高有巨大的作用。分析完小組的數(shù)據(jù)之后,進(jìn)而與其他小組比較,比較的小組有機(jī)質(zhì)含量最小的僅為0.54%,最大的為2.19%。其有機(jī)質(zhì)的含量大致與調(diào)查的草地與林地的有機(jī)質(zhì)含量相當(dāng),說(shuō)明同處于一大片區(qū)域的有機(jī)質(zhì)含量基本保持一致。然而該地區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量差異性大,其原因與調(diào)查組的差不多,基本來(lái)源與人工的干預(yù)性較大。

3.4 土壤有機(jī)質(zhì)含量的豐缺程度

土壤有機(jī)質(zhì)含量的豐缺程度:①≤1.5 極低;②1.5～2.5低;③2.5～3.5中;④3.5～5.0高;⑤≥5.0極高。

該地區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量的豐缺程度基本處于中等偏下。其中豐缺程度為低的標(biāo)準(zhǔn)占被調(diào)查區(qū)的54.5%,由此可見(jiàn),該地區(qū)的土壤土質(zhì)均處于較為貧瘠的狀態(tài),這樣的結(jié)果是基于本地土壤自身的土質(zhì),很大的原因還在于人類的活動(dòng)干預(yù)。土壤的有機(jī)質(zhì)含量高低對(duì)于不同種類植物的生長(zhǎng)起著決定性的作用。因?yàn)橥蝗挥袡C(jī)質(zhì)具有提供作物生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分,增強(qiáng)土壤的保肥性和緩沖性,改善土壤的理化性質(zhì),促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng),改善作物品質(zhì)等作用［5］。因此,要根據(jù)土壤自身的有機(jī)質(zhì)含量高低來(lái)確定植物的種植種類,進(jìn)而使得現(xiàn)有的土地達(dá)到最優(yōu)的使用目的。同一比較組的土壤有機(jī)質(zhì)含量的豐缺程度(圖3)。

圖3 土壤有機(jī)質(zhì)含量的豐缺程度

由圖3的結(jié)果可以看出,該地區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量的豐缺程度基本處于偏下水平。其中豐缺程度為極低的標(biāo)準(zhǔn)占被調(diào)查區(qū)的55%,其余的45%處于較低的水平,可見(jiàn)該草地的有機(jī)質(zhì)含量基本不高,相比于人工菜地來(lái)說(shuō),有機(jī)質(zhì)的含量極低,與調(diào)查的結(jié)果大致相當(dāng),說(shuō)明該區(qū)域需要進(jìn)行人工的養(yǎng)分管理,進(jìn)而以提高該地區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量,以保證植被生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分。

4 結(jié)論與建議

(1)土壤水分含量存在著區(qū)域的差異,普通草地區(qū)域的土壤水分含量偏低,其中最大的含量才達(dá)到4.14%,而林地區(qū)域的土壤水分含量較大,其最小值也為8.85%。

(2)在林地區(qū)域內(nèi),其水分含量也存在著較大的差異性,其平方和達(dá)到132.336 8,方差達(dá)到14.704 1,由這兩個(gè)結(jié)果可以顯示出該地區(qū)的水分含量差異性很大。當(dāng)然,在普通草地的土壤取樣組中,其平方和為2.797 2,方差為0.310 8,兩地相比可以得出普通草地的內(nèi)部的空間差異性較小,而林地區(qū)的內(nèi)部空間差異性最大的結(jié)論。

(3)土壤有機(jī)質(zhì)含量小于1.5%的占54.5%,土壤的有機(jī)質(zhì)豐缺程度較低,土壤的質(zhì)地相對(duì)較差,相比于菜地,菜地有機(jī)質(zhì)含量豐缺度為中等。其結(jié)果與焦作市的平均土壤豐缺度相比,已經(jīng)算是較為肥沃的土地。

(4)土地的有機(jī)質(zhì)含量與人類的農(nóng)業(yè)活動(dòng)有關(guān),其中菜地區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于同一地區(qū)的林地及普通草地的含量。因此,在土地利用的過(guò)程中應(yīng)該更加注重人在其中參與的作用,及時(shí)地填補(bǔ)植物生長(zhǎng)所需要的有機(jī)質(zhì),已到達(dá)人、地和諧的目的。

(5)從菜地到普通菜地的土壤含水量以及有機(jī)質(zhì)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其中各有各的優(yōu)勢(shì),比如,菜地的土壤有機(jī)質(zhì)的含量相對(duì)較高,林地區(qū)的土壤水分含量相對(duì)較高,那就可以利用地勢(shì)之間的優(yōu)勢(shì)。將菜地放在林地的陽(yáng)光處,讓菜地及時(shí)地獲取來(lái)自于林地的土壤水分,同時(shí)林地也可以在為菜地提供水分的同時(shí)獲取來(lái)自于菜地的部分養(yǎng)分,最終達(dá)到林地與菜地的雙重收益。

(6)及時(shí)利用那些沒(méi)有開(kāi)墾的普通草地,針對(duì)被調(diào)查的區(qū)域發(fā)現(xiàn)存在著大量的荒草,該地的實(shí)際價(jià)值并沒(méi)有進(jìn)行有效的利用,那可以根據(jù)它與菜地的水分含量大致相當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn),加以人工投入,改善相應(yīng)土地的有機(jī)質(zhì)含量,改造成新的菜地,以讓更多的老百姓在其中獲取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。