湖南舂陵水流域不同土地利用類型的土壤養(yǎng)分特征

摘 要：以湖南舂陵水流域的耕地、園地、林地和草地4種不同土地利用類型為研究對象，測定分析了0～20 cm、20～40 cm（不包括20 cm）、40～60 cm（不包括40 cm）的土層土壤中有機碳（SOC）、全碳（TC）、全氮（TN）和全磷（TP）質(zhì)量分數(shù)差異及其影響因素。結(jié)果表明：①不同土地利用類型0～60 cm土層土壤有機碳（SOC）質(zhì)量分數(shù)由高到低排序為耕地（46.22 mg/kg）gt;林地（43.22 mg/kg）gt;草地（25.32 mg/kg）gt;園地（9.16 mg/kg），全碳（TC）質(zhì)量分數(shù)由高到低排序為耕地（65.40 mg/kg）gt;林地（54.50 mg/kg）gt;園地（30.91 mg/kg）gt;草地（27.48 mg/kg），全磷（TP）質(zhì)量分數(shù)由高到低排序為耕地（2.317 mg/kg）gt;林地（1.308 mg/kg）gt;園地（0.829 mg/kg）gt;草地（0.528 mg/kg），全氮（TN）質(zhì)量分數(shù)由高到低排序為耕地（6.020 mg/kg）gt;林地（6.010 mg/kg）gt;草地（3.383 mg/kg）gt;園地（1.440 mg/kg），耕地土壤有機碳（SOC）、全碳（TC）、全氮（TN）和全磷（TP）質(zhì)量分數(shù)均最高，土地利用類型對土壤養(yǎng)分具有顯著影響，因為種植經(jīng)濟作物需要投入大量肥料，所以其養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)最高；②表層土壤具有養(yǎng)分積聚性，不同土地利用類型的表層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)均最高，養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)隨著土層深度的增加呈現(xiàn)遞減趨勢；③土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)與pH值等理化性質(zhì)具有顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：舂陵水流域；土地利用類型；土壤養(yǎng)分

中圖分類號：S158 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）15-126-7

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.15.026

0 引言

土壤養(yǎng)分是評價土壤健康水平的重要指標，為植物的健康生長提供各種養(yǎng)分，具有至關(guān)重要的作用［1-3］。碳、氮、磷等是各類植物生長所需的必要物質(zhì)，在促進植物健康生長方面具有十分重要的作用［4-5］。土地利用類型是大自然健康發(fā)展和人類勞動智慧的綜合反映。大量研究結(jié)果表明，土地利用類型的改變可以引起許多自然要素和生態(tài)過程的變化（如pH值、含水率、溫濕度等），從而改變土壤養(yǎng)分循環(huán)過程和質(zhì)量分數(shù)［6］。因此，研究不同土地利用類型的養(yǎng)分特征，有利于了解掌握土地類型變化對土壤養(yǎng)分的影響，可為科學系統(tǒng)地規(guī)劃土地用途和綠色循環(huán)發(fā)展提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省舂陵水流域。舂陵水流域包含常寧市、耒陽市、桂陽縣、嘉禾縣大部分行政區(qū)域，以及衡南縣、臨武縣、寧遠縣、藍山縣、新田縣部分行政區(qū)域。舂陵水流域面積為6 623 km²，位于東經(jīng)112°4′16″～112°52′2″、北緯25°10′17″～26°40′45″，處于南嶺山脈北側(cè)。流域內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，礦產(chǎn)資源豐富，屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，高溫多雨，年均降水量為1 700 mm，年均氣溫為17.9 ℃，土壤類型以黃壤和紅壤為主。

1.2 樣品采集

研究區(qū)在湖南省舂陵水流域內(nèi)，以舂陵水流域內(nèi)的耕地、園地、草地和林地為研究對象，在4種不同土地利用類型中分別選取3個有代表性的樣地開展野外調(diào)查工作，采集樣品送武漢地質(zhì)調(diào)查中心分析化驗。經(jīng)過實地調(diào)查，耕地主要種植的經(jīng)濟作物為玉米、甘薯、花生、芝麻等；園地主要種植油茶；草地主要植被為絲茅、蕨，覆蓋度為85%以上；林地主要樹種為馬尾松、杉木、樟木等。

2022年8—9月開展野外調(diào)查和樣品采集工作。其中，林地在2019—2021年開展的全國森林資源調(diào)查樣地中選擇，草地在2020—2021年開展的全國草資源調(diào)查樣地中選擇，園地、耕地均通過土地利用類型圖均勻布設(shè)樣地，選擇人為干擾少、有典型地域代表性的樣地，每種土地利用類型選取3個代表樣地；對每個樣地進行剖面挖掘，分別采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm的土壤樣品，每一層土壤樣品由上到下為1個土壤混合樣品，每層樣品不少于1.5 kg，每個樣地取3個土壤樣品，共取36個土壤樣品；土壤樣品先過孔徑為6 mm或4 mm的土壤篩，自然風干后再過孔徑為2 mm的土壤篩，以供分析測定。用100 cm3環(huán)刀分別取樣0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層土壤原狀樣品2個，取每層土壤的中間樣品。

1.3 樣品分析

樣品分析指標有土壤的pH值、有機碳質(zhì)量分數(shù)、全碳質(zhì)量分數(shù)、全氮質(zhì)量分數(shù)、全磷質(zhì)量分數(shù)。土壤pH值采用土水比（質(zhì)量比）1.0∶2.5浸提后，使用pH測定儀（PHS-3C，武漢地質(zhì)調(diào)查中心分析測試室）測定。采用環(huán)刀法測土壤容重，用100 cm3環(huán)刀采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層土壤樣品，環(huán)刀自上而下在每層土壤中部取樣，每層取樣2個，取完樣后，去掉環(huán)刀外面多余土壤，蓋上蓋子稱量計算。利用烘干法測土壤含水率：烘箱連續(xù)烘48 h以上，每隔4 h對樣品進行稱量，直至樣品的質(zhì)量無變化，然后計算土壤含水率。pH值、有機碳質(zhì)量分數(shù)、全碳質(zhì)量分數(shù)、全氮質(zhì)量分數(shù)、全磷質(zhì)量分數(shù)由武漢地質(zhì)調(diào)查中心分析測試室測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

研究利用Excel整理分析數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對比，分析不同土地類型下的土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性；4種不同土地利用的數(shù)據(jù)為該地類數(shù)據(jù)的平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 不同土地利用類型各土層土壤pH值

通過測試數(shù)據(jù)可知，耕地pH值為7.82～8.29，土壤為堿性土；園地pH值為4.86～5.09，土壤為酸性土；草地pH值為6.10～6.57，土壤為微酸性土；耕地、草地、園地三者的土壤pH值均隨著土壤深度的增加而遞增。林地土壤pH值為7.06～7.24，為中性土，土壤pH值隨著土層深度的增加而降低。在這4種不同土地利用類型中，耕地40～60 cm土層土壤pH值最大，園地0～20 cm土層土壤pH值最小，各土層土壤的pH值之間差異不明顯（見表1至表4，以及圖1）。

2.2 不同土地利用類型各土層土壤SOC

在4種不同土地利用類型中，0～20 cm土層土壤SOC質(zhì)量分數(shù)最高，且隨著土層深度的增加而降低，表明表層土壤存在一定的積聚性［7］。0～60 cm土層中，土壤SOC質(zhì)量分數(shù)由高到低依次為耕地（46.22 mg/kg）gt;林地（43.22 mg/kg）gt;草地（25.32 mg/kg）gt;園地（9.16 mg/kg）。耕地、林地、草地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)差異不顯著；耕地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)是園地的5倍多。在0～20 cm土層中，土壤SOC質(zhì)量分數(shù)最高的是林地（23.30 mg/kg），SOC質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（5.02 mg/kg），林地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)是園地的4.64倍，二者差異顯著；林地、耕地、草地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)差異不顯著。在20～40 cm土層中，土壤SOC質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（14.70 mg/kg），SOC質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（2.22 mg/kg），耕地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)是園地的6.62倍，二者差異顯著；耕地、林地、草地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)差異不顯著。在40～60 cm土層中，土壤SOC質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（8.92 mg/kg），SOC質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（1.92 mg/kg），耕地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)是園地的4.64倍，二者差異顯著；耕地、林地、草地土壤SOC質(zhì)量分數(shù)差異不顯著（見表1至表4，以及圖2）。

2.3 不同土地利用類型各土層土壤TC、TN、TP

全碳（TC）、全氮（TN）、全磷（TN）是評價土壤質(zhì)量的重要指標［8-10］。在0～60 cm土層中，土壤TC質(zhì)量分數(shù)由高到低排序為耕地（65.40 mg/kg）gt;林地（54.50 mg/kg）gt;園地（30.91 mg/kg）gt;草地（27.48 mg/kg）。在0～20 cm土層中，土壤TC質(zhì)量分數(shù)最高的是林地（28.60 mg/kg），TC質(zhì)量分數(shù)最低的是草地（15.30 mg/kg），不同土地利用類型的TC質(zhì)量分數(shù)差異不明顯。在20～40 cm土層中，土壤TC質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（23.90 mg/kg），TC質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（是3.08 mg/kg），耕地、林地、草地土壤TC質(zhì)量分數(shù)差異不顯著；耕地和園地土壤TC質(zhì)量分數(shù)差異顯著，耕地土壤TC質(zhì)量分數(shù)是園地的7.76倍。在40～60 cm土層中，土壤TC質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（16.80 mg/kg），TC質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（2.63 mg/kg）。園地表層（0～20 cm）土壤TC質(zhì)量分數(shù)高，說明園地表層土壤TC積聚性明顯（見表1至表4，以及圖3）。

在4種不同土地利用類型中，0～60 cm土層土壤TN質(zhì)量分數(shù)由高到低的順序為耕地（6.020 mg/kg）gt;林地（6.010 mg/kg）gt;草地（3.383 mg/kg）gt;園地（1.440 mg/kg），耕地、林地、草地土壤TN質(zhì)量分數(shù)差異不顯著；耕地土壤TN質(zhì)量分數(shù)是園地的4.18倍，二者差異顯著。在0～20 cm土層中，土壤TN質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（2.950 mg/kg），TN質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（0.617 mg/kg）；耕地、林地、草地TN質(zhì)量分數(shù)差異不顯著，耕地與園地土壤TN質(zhì)量分數(shù)差異顯著，耕地土壤TN質(zhì)量分數(shù)是園地的4.78倍。在20～40 cm土層中，土壤TN質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（1.840 mg/kg），TN質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（0.415 mg/kg），耕地土壤TN質(zhì)量分數(shù)是園地的4.43倍，二者差異明顯；耕地、林地、草地土壤TN質(zhì)量分數(shù)差異不顯著。在40～60 cm土層中，土壤TN質(zhì)量分數(shù)最高的是林地（1.470 mg/kg），TN質(zhì)量分數(shù)最低的是園地（0.408 mg/kg），二者差異顯著；林地、耕地、草地土壤TN質(zhì)量分數(shù)差異不顯著（見表1至表4，以及圖4）。

在4種不同土地利用類型中，0～60 cm土層土壤TP質(zhì)量分數(shù)由高到低的順序為耕地（2.317 mg/kg）gt;林地（1.308 mg/kg）gt;園地（0.829 mg/kg）gt;草地（0.528 mg/kg），耕地、林地、園地土壤TP質(zhì)量分數(shù)差異不顯著；耕地土壤TP質(zhì)量分數(shù)是草地的4.39倍，二者差異顯著。在0～20 cm土層中，土壤TP質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（1.070 mg/kg），TP質(zhì)量分數(shù)最低的是草地（0.243 mg/kg），耕地、林地土壤TP質(zhì)量分數(shù)差異不顯著，草地、園地土壤TP質(zhì)量分數(shù)差異不顯著。在20～40 cm土層中，土壤TP質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（0.676 mg/kg），TP質(zhì)量分數(shù)最低的是草地（0.147 mg/kg）。在40～60 cm土層中，土壤TP質(zhì)量分數(shù)最高的是耕地（0.571 mg/kg），TP質(zhì)量分數(shù)最低的是草地（0.138 mg/kg）（見表1至表4，以及圖5）。

2.4 土壤理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分之間的關(guān)聯(lián)性

土壤養(yǎng)分和理化性質(zhì)分析結(jié)果（見表1至表4）表明，土壤養(yǎng)分和土壤理化性質(zhì)之間有一定的關(guān)聯(lián)性。隨著林地土層深度的增加，土壤養(yǎng)分呈遞減趨勢，土壤pH值、含水率遞減，土壤養(yǎng)分與土壤pH值、含水率呈正相關(guān)［11-13］；土壤容重呈遞增趨勢，土壤養(yǎng)分與土壤容重呈負相關(guān)［14-15］。隨著草地、耕地、園地土層深度的增加，土壤養(yǎng)分呈遞減趨勢，土壤pH值、含水率呈遞增趨勢，土壤養(yǎng)分與土壤pH值、含水率呈負相關(guān)；隨著耕地、園地土層深度的增加，土壤容重呈遞增趨勢，土壤養(yǎng)分呈遞減趨勢，土壤養(yǎng)分與土壤容重呈負相關(guān)。

3 討論

3.1 不同土地利用類型對土壤SOC、TC、TN、TP質(zhì)量分數(shù)的影響

研究表明，不同土地利用類型對土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、分布、循環(huán)利用有著較大的影響。研究對舂陵水流域4 種土地利用類型的土壤養(yǎng)分進行了測定分析，結(jié)果表明：0～60 cm土層中，耕地土壤SOC、TC、TN、TP質(zhì)量分數(shù)最高，分別為46.22 mg/kg、65.40 mg/kg、6.020 mg/kg、2.317 mg/kg；林地次之，SOC、TC、TN、TP質(zhì)量分數(shù)分別為43.22 mg/kg、54.50 mg/kg、6.010 mg/kg、1.308 mg/kg；草地土壤TC、TP質(zhì)量分數(shù)最低，分別為27.48 mg/kg、0.528 mg/kg，園地土壤SOC、TN質(zhì)量分數(shù)最低，分別為9.16 mg/kg、1.440 mg/kg。耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)最高，主要是因為在耕種過程中長期投入大量有機肥和無機肥；林地次之，主要是因為林地枯落物多且植物根系發(fā)達，人為因素影響少，通過大自然的分解作用，部分養(yǎng)分儲存在土壤中。

種植戶為提高經(jīng)濟作物產(chǎn)量，在耕地中使用有機肥、無機肥等肥料，導(dǎo)致耕地中養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)最高。舂陵水流域內(nèi)的草地和園地土壤有機碳質(zhì)量分數(shù)較低，這主要是因為舂陵水流域草地是草山草坡，開發(fā)利用較少，對草地投入的成本少；園地由以前的草山草坡或者灌木林演變而來，變成園地后，土壤的營養(yǎng)物質(zhì)被油茶樹大量吸收，而且茶農(nóng)對園地施肥較少，導(dǎo)致園地中各類營養(yǎng)成分較少［16］。

在研究區(qū)4種不同土地利用類型中，0～20 cm土層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)均高于20～40 cm、40～60 cm土層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)，呈現(xiàn)明顯的表聚性，這與前人的研究結(jié)果一致［17］。土壤理化性質(zhì)、SOC等因子對土壤中氮、磷養(yǎng)分貯存和轉(zhuǎn)化有重要影響，舂陵水流域內(nèi)土壤SOC與TC、TN、TP呈極顯著正相關(guān)關(guān)系［18］。

3.2 土地利用類型對土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的影響

舂陵水流域內(nèi)的耕地養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)高于其他3種土地利用類型，一方面，因為種植戶為提高經(jīng)濟作物產(chǎn)量，在耕地中使用有機肥、無機肥等［19］；另一方面，耕地土壤pH值相對較高，有利于土壤養(yǎng)分的活化，從而使耕地中的養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)較高［20］。表層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)最高，表現(xiàn)出一定的表聚性，可能與該地區(qū)的淋溶作用和生物小循環(huán)有關(guān)［21］。枯枝落葉經(jīng)過分解和淋溶作用，林地、草地土壤養(yǎng)分分解比耕地需要的時間更長，短期內(nèi)不能顯著改善土壤的養(yǎng)分狀況。

4 結(jié)論

筆者以湖南舂陵水流域4 種不同土地利用類型為研究對象，結(jié)果表明：①0～60 cm土層土壤有機碳、全氮質(zhì)量分數(shù)由高到低依次為耕地、林地、草地、園地，全碳、全磷質(zhì)量分數(shù)由高到低依次為耕地、林地、園地、草地，耕地在4種不同土地利用類型中養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)最高；②土壤表層具有養(yǎng)分積聚性，不同的土地利用類型表層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)最高；③土壤養(yǎng)分與土壤理化性質(zhì)有一定的關(guān)聯(lián)性。

參考文獻：

［1］劉靜.關(guān)中西部蘋果林地和耕地土壤微形態(tài)特征研究及對比［D］.西安：陜西師范大學，2007.

［2］王冰瑩.不同放牧強度對短花針茅荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)碳交換的影響［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，2022.

［3］駱坤.黑土碳氮及其組分對長期施肥的響應(yīng)［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2012.

［4］蘇芝屯，黃維，喬斌，等.不同開發(fā)程度對沙坡頭南山臺子綠洲土壤性質(zhì)的影響［J］.土壤通報，2019，50（5）：1045-1052.

［5］蘇芝屯.綠洲化過程中的生態(tài)累積效應(yīng)研究［D］.銀川：寧夏大學，2019.

［6］顧振寬，杜國禎，朱煒歆，等.青藏高原東部不同草地類型土壤養(yǎng)分的分布規(guī)律［J］.草業(yè)科學，2012，29（4）：507-512.

［7］陳高起，傅瓦利，沈艷，等.巖溶區(qū)不同土地利用方式對土壤有機碳及其組分的影響［J］.水土保持學報，2015，29（3）：123-129.

［8］陳書信.蘇北沿海不同土地利用方式土壤氮礦化動態(tài)［D］.南京：南京林業(yè)大學，2013.

［9］劉暢，周明華，張博文，等.張家口壩上地區(qū)土地利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響［J］.土壤與作物，2021，10（3）：333-343.

［10］王濤.陜北典型退耕林植物—土壤碳氮磷化學計量比演變與分異特征［D］.咸陽：西北農(nóng)林科技大學，2018.

［11］王倩.保護性輪耕對渭北旱作麥田土壤水肥、作物生長和產(chǎn)量的影響［D］.咸陽：西北農(nóng)林科技大學，2018.

［12］李麗，高俊琴，雷光春，等.若爾蓋不同地下水位泥炭濕地土壤有機碳和全氮分布規(guī)律［J］.生態(tài)學雜志，2011，30（11）：2449-2455.

［13］翟江蕊，白云崗，加孜拉，等.塔河下游典型綠洲灌區(qū)不同土地利用類型土壤的鹽漬化特征［J］.水土保持通報，2023，43（3）：69-79，85.

［14］楊玲.農(nóng)業(yè)技術(shù)措施對綠洲農(nóng)田土壤有機碳組分及其穩(wěn)定性影響的研究［D］.石河子：石河子大學，2013.

［15］唐靚茹，劉雄盛，蔣燚，等.紅錐4種林型土壤理化性質(zhì)及微生物量差異分析［J］.中南林業(yè)科技大學學報，2020，40（1）：76-81，104.

［16］張黎黎.沂河流域不同土地利用方式下土壤有機碳、氮及其組分特征［D］.濟南：山東師范大學，2022.

［17］劉靖宇，蔣磊，尹立河，等.塔里木盆地東北緣綠洲區(qū)土壤養(yǎng)分特征及主控因素分析［J］.西北地質(zhì)，2023，56（3）：141-152.

［18］耿海波，孫虎，葛淼，等.南水北調(diào)中線水源區(qū)土地利用變化對土壤有機碳的影響［J］.土壤通報，2008（6）：1293-1297.

［19］董彥麗，陳愛華，祁光增，等.祁連山淺山區(qū)退耕地土壤質(zhì)量及植被變化研究［J］.林業(yè)資源管理，2022（3）：110-116.

［20］胡杰龍.紅樹林土壤溫室氣體的排放規(guī)律及影響因素研究［D］.?？冢汉Ｄ蠋煼洞髮W，2015.

［21］王麗媛.滇中紅壤不同土地利用類型坡面土壤養(yǎng)分及水分的空間分布［D］.昆明：西南林業(yè)大學，2013.