羅廣惠　馬富亮　符素華等

摘要

[目的]研究東北黑土區(qū)坡面澇漬地季節(jié)性漬水對土壤養(yǎng)分的影響。[方法]選取不同坡面上5組澇漬地和與澇漬地相鄰的坡耕地為研究對象，對它們的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測定，采用ttest評判澇漬土壤與耕作土壤養(yǎng)分含量差異，并且用Pearson相關(guān)性分析說明土壤含水量對土壤養(yǎng)分的影響。[結(jié)果]與耕作土壤相比，澇漬土壤全氮含量高出約19%，銨態(tài)氮含量高3.6倍，而硝態(tài)氮含量低約51%；澇漬土壤與耕作土壤相比全磷含量差異不顯著，而有效磷含量低約26%；澇漬土壤與耕作土壤全鉀及速效鉀含量差異不明顯，緩效鉀含量低約11%。通過相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)土壤含水量與有機(jī)質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、速效鉀含量顯著正相關(guān)，與pH、硝態(tài)氮含量、緩效鉀含量顯著負(fù)相關(guān)，與全磷、有效磷、全鉀含量相關(guān)性不顯著。[結(jié)論]澇漬土壤養(yǎng)分潛力、有效性都較高，土壤養(yǎng)分的形態(tài)、含量受澇漬的影響較大。改善坡面澇漬的水分狀況將有利于土壤養(yǎng)分的進(jìn)一步釋放，達(dá)到澇漬土壤改良的效果。

關(guān)鍵詞 澇漬土壤；耕作土壤；土壤含水量；土壤養(yǎng)分；東北黑土區(qū)

中圖分類號 S151.9+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）15-095-04

Effects of Waterlogging on Soil Nutrient on the Gentle Slope Zone in the Black Soil Region of Northeast China

LUO Guanghui， MA Fuliang， FU Suhua et al

（State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology， School of Geography， Beijing Normal University， Beijing 100875）

Abstract [Objective] The study aims to study the effects of waterlogging on soil nutrient on the gentle slope zone in the black soil region of Northeast China. [Method] Soil water and chemical properties of the waterlogged soil and adjacent normal cultivated soil were measured and analyzed. [Result] Comparing to cultivated soil， the contents of total nitrogen and ammonia nitrogen of waterlogged soil were 19% and 360% higher respectively， while， nitrate nitrogen content was 51% lower. Total phosphorus content had no obvious difference in and out waterlogged land， but waterlogged soil had 26% less available phosphorus. Total potassium and rapidly available potassium contents of waterlogged soil had no obvious difference with cultivated soil.While in the waterlogged land， slowly available potassium contents was 11% lower. Correlation analysis showed that soil water content had significantly positive correlations with contents of 0， total nitrogen and ammonia nitrogen， rapidly available potassium. And it had negative correlations with pH， contents of nitrate nitrogen. [Conclusion] Overall， the potential of waterlogged soil nutrients was higher. And waterlogging had obvious effects on soil nutrient.

Key words Waterlogged soil； Cultivated soil； Soil water content； Soil nutrient； Black soil region of northeast China

澇漬地是易澇易漬耕地的簡稱，通常指常年、經(jīng)常性或季節(jié)性滯水的農(nóng)業(yè)用地[1]。澇漬會引起土壤氧氣不足，嚴(yán)重影響作物生長[2]。澇漬現(xiàn)象普遍存在于東北黑土區(qū)，主要分布在松嫩-三江平原和廣大丘陵漫崗地，嚴(yán)重威脅墾區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成糧食豐產(chǎn)不豐收、單產(chǎn)不高、總產(chǎn)不穩(wěn)的現(xiàn)象。分布在丘陵漫崗地的澇漬地又稱坡濕地[3]，即坡面澇漬地或“尿炕地”。坡面澇漬地通常是季節(jié)性漬水，尤其是在春播與秋收時節(jié)，漬水嚴(yán)重[4]。澇漬地零星分布于大面積的坡耕地中，大小一般在0.67～60.00 hm2之間[5]，不僅影響作物生長，而且使農(nóng)業(yè)機(jī)械不能連續(xù)作業(yè)，給播種、田間管理、收獲帶來不便。

土壤漬水會改變土壤的氣、熱狀況，形成還原性環(huán)境。這種環(huán)境又會影響到土壤養(yǎng)分的形態(tài)轉(zhuǎn)化及含量變化。目前，國內(nèi)學(xué)者研究表明，水稻土、沼澤土等土壤含水量會影響土壤氮、磷、鉀素的形態(tài)及含量變化。黃東邁等[6]通過對水稻土銨態(tài)氮含量動態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化與土壤氧化還原狀況有很大的關(guān)系。趙振達(dá)等[7-8]研究表明，土壤含水量會影響土壤氨揮發(fā)損失過程。眾多研究表明，酸性土壤淹水后土壤磷的有效性會提高[9-10]。史建文等[9]通過設(shè)置不同土壤含水量對鉀素固定的試驗，發(fā)現(xiàn)高含水量會使土壤固鉀作用減弱，鉀的有效性提高。

目前的研究多是針對低地平原漬水土壤，且這些研究多涉及兩種以上不同的土壤類型，就同一土壤類型下漬水對土壤養(yǎng)分的影響研究較少。東北黑土區(qū)坡面澇漬土壤與周圍耕作土壤同屬于黑土，只是澇漬土壤含水量較周圍耕作土壤高，尤其是在春、秋季節(jié)，但是目前尚缺乏針對同種土壤類型下季節(jié)性漬水的坡面澇漬地和與其相鄰坡耕地的土壤養(yǎng)分差異的對比研究。弄清坡面澇漬土壤與耕作土壤之間的養(yǎng)分差異，對研究坡面澇漬對土壤養(yǎng)分的影響以及坡面澇漬地的治理具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于東北黑土區(qū)黑龍江省九三農(nóng)墾分局鶴山農(nóng)場（125°16′E，48°58′N）的鶴北小流域（圖1），地處小興安嶺西南麓丘陵漫崗地帶，地形起伏和緩，坡度一般為1°～3°，部分耕地坡度在3°～6°之間，坡長較長，一般達(dá)1 000～2 000 m，也有坡長超過3 500 m的，當(dāng)?shù)厝朔Q之為“漫川漫崗”。該區(qū)氣候?qū)俸疁貛Т箨懶园霛駶櫄夂騾^(qū)，年平均氣溫為0 ℃，年降水量在550 mm左右，降雨集中于夏季。該區(qū)屬于典型黑土區(qū)，目前坡耕地黑土層厚度和犁底層深度在30～60 cm之間。自然植被以草原化草甸植物為主，分布散片的天然次生林，多數(shù)為柞樹林。自1955年后該區(qū)黑土被開墾為農(nóng)田，主要種植大豆、玉米和春小麥。坡面澇漬地一般位于坡面的中上部。澇漬地土壤剖面中一般存在質(zhì)地黏重的隔水層[4]，土壤滲透性弱，持水能力強(qiáng)，易導(dǎo)致表層土壤過濕成澇，使得澇漬地內(nèi)難以種植農(nóng)作物，或種植作物后作物淹水生長不良，一般為荒草地。

圖1 鶴北小流域澇漬地空間分布

1.2 材料

通過野外調(diào)查，在鶴北小流域不同坡面上選取5塊典型坡面澇漬地LZD81、LZD83、LZD84、LZD86、LZD73（圖1）。在選定的每組坡面澇漬地和與其相鄰的坡耕地內(nèi)按照“十”字形進(jìn)行布點(diǎn)取樣。圖2 為其中一組坡面澇漬地LZD83與坡耕地土壤養(yǎng)分測定采樣點(diǎn)圖。在每塊澇漬地內(nèi)布5個采樣點(diǎn)，在澇漬地周圍坡耕地內(nèi)不同的方位布4個采樣點(diǎn)，每組坡面澇漬地與坡耕地布9個采樣點(diǎn)，5組，共45個采樣點(diǎn)。2012年8月在各采樣點(diǎn)耕層用四分法取土。一份經(jīng)風(fēng)干、研磨、過篩后保存，于2012 年12月～2013年6月測定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀和緩效鉀；另一份直接放在冰箱（4 ℃）內(nèi)保存，用于測定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。同時，在7～9月，在這些點(diǎn)采樣3次，用于測定土壤含水量。另外，在LZD81、LZD84兩組坡面澇漬地及與其相鄰的坡耕地內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格布點(diǎn)，監(jiān)測土壤含水量動態(tài)變化。圖3為澇漬地LZD81土壤水分監(jiān)測布點(diǎn)圖。在2012～2014年4～9月份，每隔約10 d采樣1次，測定土壤含水量。

1.3 測試方法

根據(jù)土壤農(nóng)化分析[5]以及北京師范大學(xué)分析測試中心資料，對土樣進(jìn)行測試。土壤含水量用烘干法測定；土壤pH用電位法測定；有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法測定；全氮含量用半微量開氏法測定；銨態(tài)氮含量用靛酚藍(lán)比色法測定；硝態(tài)氮含量用酚二磺酸比色法測定。全磷、全鉀含量用酸解ICP光譜法測定；有效磷含量用碳酸氫鈉浸提比色法測定；速效鉀含量用NH4OAc浸提火焰光度法測定；緩效鉀含量用熱硝酸浸提火焰光度法測定。

43卷15期 羅廣惠等 東北黑土區(qū)坡面澇漬對土壤養(yǎng)分的影響

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用統(tǒng)計軟件（Excel、SPSS等）和Origin軟件，對測定的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析和圖表制作，得到澇漬土壤與耕作土壤含水量、土壤養(yǎng)分含量狀況。采用IndependentSamples ttest，評判澇漬土壤與耕作土壤養(yǎng)分含量差異是否具有統(tǒng)計意義。采用 Pearson 相關(guān)性分析，說明土壤含水量與土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量的相關(guān)性。對兩組坡面澇漬土壤及與其相鄰的耕作土壤含水量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，得到坡面澇漬土壤與耕作土壤含水量季節(jié)變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量差異

由圖4可知，2012～2014年坡面澇漬土壤含水量明顯高于耕作土壤， 4～10月份坡面澇漬土壤含水量平均值為34.95%，而耕作土壤含水量平均值為2855%，澇漬土壤含水量比耕作土壤高出22.38%。澇漬土壤含水量季節(jié)變化明顯，其土壤水分變化過程可分3個時期：①春季至夏初（4、5月份）土壤含水量為35.31%～3725%，土壤含水量較高，為土壤融濕期；②在夏季及初秋（6～8月）由于土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤含水量下降，為2949%～3096%，是土壤低濕期，但其含水量依然遠(yuǎn)高于坡耕地土壤；③秋季（8～10月）土壤含水量再次上升，為3793%～44.13%，是土壤的聚濕期，澇漬地內(nèi)漬水嚴(yán)重。這說明該區(qū)坡面澇漬地有明顯季節(jié)性漬水現(xiàn)象，尤其在春、秋季節(jié)漬水嚴(yán)重。這與喬樵等[4]研究結(jié)論基本一致。

圖4 坡面澇漬土壤與耕作土壤含水量季節(jié)變化

2.2 土壤養(yǎng)分含量差異

2.2.1

氮素。由圖5可知，澇漬土壤全氮含量高于耕作土壤。由表1可知，澇漬土壤與耕作土壤全氮含量均值分別為2.65和2.23 g/kg，澇漬土壤比耕作土壤全氮含量高約19%。ttest結(jié)果也顯示，二者土壤全氮含量差異在0.05水平顯著。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是植物可以直接吸收利用的速效氮。圖5還表明，澇漬土壤銨態(tài)氮含量較高，而耕作土壤硝態(tài)氮含量較高，澇漬土壤與耕作土壤銨態(tài)氮含量的平均值分別為8.47和1.84 mg/kg，澇漬土壤比耕作土壤高3.6倍，硝態(tài)氮含量的均值分別為1.53和3.13 mg/kg，澇漬土壤比耕作土壤低51%左右。ttest結(jié)果顯示，澇漬土壤與耕作土壤銨態(tài)氮及硝態(tài)氮含量之間差異在0.01水平顯著，即澇漬土壤與耕作土壤的氮素類型及含量差異在0.05水平顯著，澇漬土壤全氮含量明顯高于耕作土壤，速效氮素以銨態(tài)氮為主，硝態(tài)氮含量較少。

2.2.2

磷素。由圖6可知，澇漬土壤全磷含量和有效磷含量都低于耕作土壤。澇漬土壤與耕作土壤全磷含量的均值分別為0.68和0.72 g/kg，澇漬土壤比耕作土壤低約5.6%。ttest結(jié)果表明，二者全磷含量差異不顯著。耕作土壤的有效磷含量高達(dá)34.46 mg/kg，澇漬土壤為26.17 mg/kg，澇漬土壤有效磷含量比耕作土壤低26%。ttest結(jié)果表明，二者有效磷含量之間差異在0.01水平顯著?？芍瑵碀n土壤的磷素含量相對耕作土壤較低。

2.2.3

鉀素。由圖7可知，相對于耕作土壤，澇漬土壤全鉀、緩效鉀含量均較低，而速效鉀含量較高。由表1可知，澇漬土壤與耕作土壤土壤全鉀含量均值分別為16.94和17.42 g/kg，二者差異不大。 ttest結(jié)果也表明，坡面澇漬地與坡耕地土壤全鉀含量間差異不顯著。澇漬土壤與耕作土壤速效鉀含量都很高，屬于極高等級，均值分別為254.12和244.10 mg/kg，ttest表明坡面澇漬地內(nèi)外速效鉀之間差異不顯著。澇漬土壤緩效鉀含量比耕作土壤低11%，均值分別為639.39和721.32 mg/kg，且ttest結(jié)果表明坡面澇漬土壤與耕作土壤緩效鉀含量差異在0.01水平顯著，即澇漬土壤與耕作土壤的全鉀與速效鉀含量差異不大，澇漬土壤的緩效鉀含量較低。

2.3 土壤水分與土壤養(yǎng)分的相互關(guān)系

土壤水分變化會改變土壤的氣、熱狀況，影響土壤pH、氧化還原條件，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解過程。這些變化又會進(jìn)一步影響土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的形態(tài)轉(zhuǎn)化及含量變化。通過對監(jiān)測的土壤屬性進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)土壤含水量與pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀與緩效鉀含量間都存在0.05水平顯著相關(guān)性，而與全磷、有效磷、全鉀的相關(guān)性不顯著?？梢姡寥浪质怯绊?zhàn)B分變化的重要因素。

2.3.1

土壤水分對氮的影響。由表2可知，全氮含量與土壤含水量及有機(jī)質(zhì)含量呈0.01水平顯著正相關(guān)。土壤全氮以有機(jī)態(tài)氮為主，有機(jī)質(zhì)含量高的土壤全氮含量也高；另外，干濕交替狀況也是產(chǎn)生全氮水平分異的主要原因[11-12]。澇漬土壤含水量較高，有機(jī)態(tài)氮含量也較高，同時較長的淹水周期抑制了土壤脫氮過程的進(jìn)行，使得澇漬土壤全氮含量較高。

由表2可知，土壤銨態(tài)氮含量與土壤水分呈0.01水平顯著正相關(guān)，而硝態(tài)氮含量與土壤含水量呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)。土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量變化主要受到土壤水分、氧化還原環(huán)境、pH等因素的影響[13]。氧化還原狀況是影響速效氮素的形態(tài)變化的主要因素。在氧化狀態(tài)下土壤速效氮素以硝態(tài)氮為主，在還原狀態(tài)下以銨態(tài)氮為主[6]。澇漬地土壤漬水使得土壤長期處于還原環(huán)境下，硝化作用受到抑制，而反硝化作用加強(qiáng)，使得澇漬土壤銨態(tài)氮含量上升而硝態(tài)氮含量下降。同時，土壤pH會影響硝化作用的進(jìn)行。當(dāng)土壤酸性較強(qiáng)時，土壤中硝化作用遲緩或無硝化作用[14]；澇漬土壤pH較低，硝化作用遲緩，土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化受阻。另外，土壤中銨態(tài)氮的損失途徑包括氨揮發(fā)損失，而氨揮發(fā)過程受到土壤含水量的影響。當(dāng)含水量適中（18%～25%）時，氨揮發(fā)最快，而當(dāng)土壤水分過高（>30%）時，氨揮發(fā)較慢[7-8]。研究中，澇漬土壤含水量長期高于30%，氨揮發(fā)較慢。因此，澇漬使得土壤全氮、銨態(tài)氮含量上升，硝態(tài)氮損失嚴(yán)重。

2.3.2

土壤水分對磷的影響。由表2可知，土壤全磷、有效磷含量均與土壤含水量相關(guān)性不顯著，而且澇漬土壤的全磷、有效磷含量均低于耕作土壤。然而，眾多研究表明，在淹水條件下，由于土壤的氧化還原電位降低，磷酸高鐵被還原為磷酸亞鐵，同時由于酸性土壤淹水pH升高，F(xiàn)eP、AlP溶解度增加，土壤中磷的有效性會提高[15-16]。研究中澇漬土壤全磷和有效磷含量低于耕作土壤主要是受耕作施肥的影響，鶴山農(nóng)場坡耕地N、P2O5、K2O施肥配比約為1.0∶1.3∶0.3[17]，磷肥比例最大。在長期大量的磷肥施用下，耕作土壤全磷、有效磷含量升高。另一方面，土壤pH是影響土壤磷素有效性的重要因素。研究中，土壤有效磷含量與pH呈顯著正相關(guān)，澇漬土壤pH相對坡耕地降低，不利于土壤磷酸鐵的水解作用，抑制澇漬土壤磷有效性的提高。

2.3.3

土壤水分對鉀的影響。由表2可知，土壤含水量與全鉀含量相關(guān)性不顯著，與速效鉀在0.05水平顯著正相關(guān)，與緩效鉀在0.01水平顯著負(fù)相關(guān)，因此澇漬土壤緩效鉀含量降低，速效鉀含量升高，而澇漬土壤與耕作土壤全鉀含量差異并不顯著。澇漬對土壤全鉀含量的影響不大是由于土壤中全鉀以礦物晶格中的鉀為主，與土壤含水量的相關(guān)性不大。但是，土壤含水量直接影響鉀素的固定和釋放[9-10]。當(dāng)水分含量較高時，礦物膨脹，晶間鉀與溶液間鉀可自由交換，不易被固定，被固定的緩效鉀較少。同時，在淹水還原條件下土壤溶液中有大量的可溶性 Fe2+和Mn2+，能從黏土復(fù)合體中取代出交換性鉀，促使緩效鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀。因此，澇漬能促進(jìn)土壤鉀素的釋放，使得澇漬土壤的緩效鉀含量降低，速效鉀含量升高。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)澇漬土壤與耕作土壤養(yǎng)分含量差異的分析以及土壤含水量與氮、磷、鉀的相關(guān)性分析，可以得出東北黑土區(qū)季節(jié)性漬水引起的坡面澇漬對土壤養(yǎng)分的影響。

（1）研究區(qū)坡面澇漬土壤全氮含量明顯高于耕作土壤，澇漬土壤的速效氮以銨態(tài)氮為主，幾乎不含硝態(tài)氮。土壤含水量與全氮、銨態(tài)氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與硝態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。澇漬對氮素含量變化和形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響較大。

（2）研究區(qū)耕作土壤與澇漬土壤全磷含量無明顯的差異。受施肥的影響，耕作土壤有效磷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于澇漬土壤。相關(guān)性分析表明，土壤含水量與全磷、有效磷含量的相關(guān)性不大。

（3）研究區(qū)坡面澇漬土壤與耕作全鉀的含量差異不大。土壤含水量對速效鉀和緩效鉀轉(zhuǎn)化的影響較大。澇漬土壤緩效鉀含量明顯低于耕作土壤，速效鉀含量略高于耕地。澇漬使得鉀的有效性提高。

總體上，季節(jié)性漬水對澇漬土壤養(yǎng)分的形態(tài)轉(zhuǎn)化和含量變化的影響較大，澇漬土壤養(yǎng)分潛力很高，一些速效養(yǎng)分含量也較高。因此，澇漬對該區(qū)土壤養(yǎng)分的影響不是限制作物生長的主要因素，而水分變化引起的土壤物理性質(zhì)以及氧化還原環(huán)境的改變有待于進(jìn)一步研究。改善該區(qū)澇漬土壤水分狀況，將有利于土壤有機(jī)養(yǎng)分的進(jìn)一步釋放，同時將改善土壤的物理性質(zhì)及還原狀態(tài)，有利于作物的生長以及機(jī)械耕作，從而達(dá)到坡面澇漬地土壤改良的效果。

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