文星躍，熊 泳，李衛(wèi)朋，吳 勇，諶 柯，沈小曉，張 淵，林葉彬

(西華師范大學(xué) a.國土資源學(xué)院；b.區(qū)域環(huán)境演變與保護(hù)研究中心，四川 南充 637009)

0 引 言

土壤的理化性質(zhì)是判斷土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是影響土壤肥力的內(nèi)在因素。不同土地利用方式影響土壤性狀與肥力[1-3]，已有研究表明，不同土地利用類型土壤抗侵蝕能力[4]、有機(jī)質(zhì)含量[5]、容重和含水量[6]、土壤呼吸[7]、顆粒組成[8-9]等性質(zhì)存在差異，認(rèn)識(shí)這些差異及其影響機(jī)理有助于開展土壤改良和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。紫色土是一種潛在肥力較高的土壤，卻容易被侵蝕及退化，尤其是不合理利用下會(huì)產(chǎn)生肥力下降，可持續(xù)利用力低等問題[10]。嘉陵江流域侏羅系紅色地層廣泛出露，其上發(fā)育的紫色土是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。目前對嘉陵江流域土壤研究主要是運(yùn)用遙感和GIS技術(shù)在宏觀層面探討土壤侵蝕與輸沙[11-14]及植被多樣性與土壤微生物關(guān)系[15-16]等，未見基于同一母質(zhì)背景下不同土地利用類型土壤理化性質(zhì)的調(diào)查研究，缺乏該區(qū)微觀層次土壤性質(zhì)差異及影響機(jī)理的認(rèn)識(shí)。本文擬對嘉陵江支流西河流域不同土地類型下土壤基本理化性質(zhì)開展初步調(diào)查，并探討其影響因素，期望為該區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與樣品采集

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于嘉陵江流域南充段支流西河流域(新復(fù)鄉(xiāng)—華鳳鎮(zhèn)段)，屬四川盆地東北部。西河又稱華灘河，起源于南充市西充縣青獅鄉(xiāng)苦竹埡，從西北方向進(jìn)入南充市區(qū)，綿延至南充市南門壩匯入嘉陵江，流域面積658 km2。研究區(qū)侏羅系遂寧組紫紅或紅色砂、泥巖廣泛出露，第四系松散層分布在河流沿岸。地形較為平緩，以淺丘低山為主。氣候?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L(fēng)性氣候，年均氣溫約17.5 ℃，年降水量在980～1 150 mm之間；植被類型屬亞熱帶常綠闊葉林，主要為次生林和人工植被，多柏木樹種，也見竹林和次生灌叢等[16]。人工栽培作物主要為水稻、小麥、玉米、紅苕、洋芋等。

1.2 樣品采集

樣品采集于2017年11—12月農(nóng)作物收割后，按均勻性和代表性的原則，采用網(wǎng)格法布點(diǎn)，按“S”形采集表土層0～20 cm土壤，每個(gè)樣地采集7～8個(gè)表土均勻混合后按四分法取約1 kg為土樣，剔除根系和石塊，密封好帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干。本次共采31個(gè)土壤樣品和泥巖、砂巖樣品各2個(gè)，其中旱地10個(gè)、有林地7個(gè)、果園地2個(gè)、撂荒地3個(gè)、水田3個(gè)、灘涂地6個(gè)(表1)。需說明的是，盡管部分樣品為發(fā)育于河流沿岸第四系沉積物上的沖積土或黃壤，但其母質(zhì)物源仍來自于流域內(nèi)侏羅系紫紅或紅色砂、泥巖風(fēng)化碎屑物，因此整體上看研究區(qū)土壤母質(zhì)背景是一致的。

2 實(shí)驗(yàn)方法

土壤顏色采用門賽爾土壤比色卡，在自然光的室內(nèi)測定；pH值用酸度計(jì)測定，水土比為2.5∶1；有機(jī)質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀-分光光度計(jì)比色法測定；顆粒組成采用貝克曼庫爾特LS 13 320型激光粒度儀測定，測試前分別用雙氧水和稀鹽酸去除有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽，并加入六偏磷酸鈉后用超聲波分散；磁化率采用B型雙頻探頭的BartingtonMS2磁化率儀，分別用低頻(XLF，O.47KHZ)和高頻(XHF,4.7KHZ)測試，并由公式XFD=(XLF-XHF)/XLF×100%計(jì)算出頻率磁化率。土壤銨態(tài)氮、速效鉀和速效磷含量采用土壤養(yǎng)分速測儀測試，碳酸鹽用氣量法測定[17]。

表1 土壤樣地基本情況

續(xù)表1

3 土壤理化特征及影響因素

3.1 土壤粒度

土壤粒度是土壤重要的理化性質(zhì)之一，土壤顆粒作為土壤結(jié)構(gòu)的主要成分，其粒徑大小及組成比例決定著土壤的孔隙大小、水分運(yùn)動(dòng)，肥力狀況等。土壤顆粒越小，比表面越大，吸附力越強(qiáng)，保水、保肥能力也越強(qiáng)[18]。土壤樣品粒徑頻率分布曲線表明果園、旱地、撂荒地、水田及有林地粒徑峰值在2～50 μm范圍，以粉砂為主，而灘涂土壤粒徑峰值出現(xiàn)在20～200 μm，顆粒大小相對偏粗。據(jù)美國制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，所有樣品除少許為壤土外，均為粉質(zhì)壤土(圖1)，這類土壤兼具了砂質(zhì)土和壤質(zhì)土的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的持水性、保肥性和透氣性，適于耕作。水田土壤(水稻土)顆粒大小相對最細(xì)，粘粒平均含量為18.02%，粘粒與粉砂含量比值達(dá)0.25。因蓄水需求水田地形相對平整，有利于細(xì)小顆粒的保持，而且因長期的翻耕作業(yè)對顆粒的摩擦作用，造成土壤質(zhì)地相對較細(xì)。灘涂地土壤為沖積土，其砂粒平均含量為最高，達(dá)33.99%，粘粒與粉砂含量比值僅為0.17，原因是灘涂母質(zhì)為流水搬運(yùn)沉積物，土壤發(fā)育時(shí)間短且受耕作影響較弱所致。從樣品土壤類型來看，粘粒平均含量依次為水稻土(18.02%)>黃壤(16.26%)>紫色土(14.06%)>沖積土(13.35%)，砂粒平均含量依次為沖積土(33.99%)>紫色土(25.48%)>水稻土(10.30%)>黃壤(8.92%)，發(fā)育相對成熟的黃壤較初育或新成土的沖積土和紫色土的細(xì)顆粒組分明顯偏多，成壤作用對粒度組成發(fā)揮了作用。除此之外，旱地和有林地土壤粒徑分布具有明顯的粗尾(圖1A)，且在質(zhì)地圖上相對水田、荒地、果園等土壤質(zhì)地有向壤土和砂質(zhì)壤土方向擴(kuò)散的趨勢(圖1B)，表明研究區(qū)旱地和有林地可能具有水土流失加劇的風(fēng)險(xiǎn)，需引起重視。建議開展流域生態(tài)環(huán)境治理規(guī)劃及相應(yīng)的實(shí)施工程，特別是針對坡耕地、林地邊坡地帶進(jìn)行土壤侵蝕防治工作。

3.2 土壤磁化率

土壤磁化率可作為反映土壤發(fā)育程度甚至氣候、植被和環(huán)境污染的代用指標(biāo),受到廣泛運(yùn)用[19-21]。土壤磁化率主要由土壤中的磁性礦物組成決定，其含量的高低不僅受到成土母質(zhì)中磁性物質(zhì)含量的影響，還隨土壤氧化還原環(huán)境而變化[22]。一些研究表明，受人類活動(dòng)影響，不同土地利用方式下土壤磁學(xué)性質(zhì)有明顯的差異[23-24]。研究區(qū)土壤樣品磁化率大體與泥巖相近(表2)，說明該區(qū)土壤磁化率受母質(zhì)影響大，結(jié)合前述土壤以粉砂質(zhì)為主的粒度特征，推測研究區(qū)農(nóng)業(yè)用地土壤母質(zhì)主要來源于易于風(fēng)化的泥巖。

不同土地利用類型土壤磁化率存在差異，其中果園和旱地的土壤磁化率與頻率磁化率相對較高，而灘涂和水田較低(表2)。研究區(qū)果園主要由旱地轉(zhuǎn)變而來，有學(xué)者研究認(rèn)為[25]，耕地轉(zhuǎn)變?yōu)楣麍@后可引起表層土壤磁化率增高，可能原因是植被類型、耕作管理方式的變化而引起土壤成土作用發(fā)生變化而引起。而旱地作物通常為玉米和蔬菜輪作，玉米收獲后秸稈大都直接燃燒還田，玉米的生長及其燃燒對土壤磁化率貢獻(xiàn)較大[26-27]。而且，旱地的墾耕所造成的土壤顆粒機(jī)械運(yùn)動(dòng)可提高土壤風(fēng)化作用，進(jìn)而產(chǎn)生較多的磁赤鐵礦等次生的磁性礦物[27]。通常，長期受耕作影響的土壤磁化率高于林地、撂荒地，這可能與耕作促進(jìn)了成壤作用有關(guān)[28]。而水田和灘涂的特點(diǎn)是土壤長期被水淹沒，處于還原性條件，可引起亞鐵磁性礦物的破壞分解，進(jìn)而降低了磁化率[20]。除此之外，黃壤磁化率明顯最高，說明土壤發(fā)育時(shí)間對磁化率貢獻(xiàn)也較大(表2)。值得一提的是，相對城市土壤或受污染土壤[29]，土壤樣品磁化率并不高，表明土壤并未受到嚴(yán)重污染，這可能跟樣地區(qū)域無交通要道和重工業(yè)有關(guān)。

表2 西河流域土壤與母巖磁化率

3.3 土壤pH和碳酸鹽

酸堿性是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，它直接影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、微生物的活動(dòng)以及養(yǎng)分之間的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響植物生長發(fā)育[30]。土壤樣品pH值變化范圍為6.45～8.33，平均7.98。 pH值除2個(gè)灘涂樣品分別為6.45和7.04，以及1個(gè)有林地樣品為7.42外，其余均介于7.5～8.5間，且不同土地利用方式及不同土壤類型樣品間pH值差異較小(表1)，表明研究區(qū)土壤以堿性土壤為主。其成因很可能跟母質(zhì)背景有關(guān)，野外考察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)紅色地層中偶見成壤性鈣結(jié)核，說明土壤母質(zhì)應(yīng)有較多的碳酸鹽，前人研究也表明四川盆地紫色土區(qū)通常含有較高的碳酸鹽[10]。然而，樣品碳酸鹽含量介于0.04%～1.11%之間，平均為0.53%，相較中國北方土壤和西南巖溶區(qū)土壤，呈現(xiàn)較低碳酸鹽含量的特征，且不同土地利用下不同類型土壤碳酸鹽平均含量介于0.40%～0.69%間，并無明顯差異(表1)。樣品整體上表明出低碳酸鹽含量的特征很可能是受到氣候及農(nóng)業(yè)活動(dòng)雙重影響所致，研究區(qū)氣候濕潤，較多的降水會(huì)增強(qiáng)碳酸鹽淋溶，而人為耕作、施肥等活動(dòng)會(huì)影響碳酸鹽含量的變化，如氮肥、磷肥可影響CaCO3轉(zhuǎn)化過程，有機(jī)肥會(huì)促進(jìn) CaCO3的溶解和再淀積過程[31]。研究區(qū)堿性土壤的特征對土壤改良和生態(tài)治理方面具有啟示意義，建議重點(diǎn)考慮耐堿性植物的栽培。

3.4 土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤具有肥力的標(biāo)志，不同土地利用方式及耕作模式的變化均會(huì)對土壤有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生影響[32-33]。研究區(qū)土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量介于0.91%～4.61%之間，平均1.66%，遠(yuǎn)低于西南地區(qū)地帶性表層土壤平均含量4.04%[34]。不同土地利用方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為水田>有林地和果園>撂荒地、灘涂及旱地，不同土壤類型有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為水稻土>紫色土>黃壤>沖積土(表3)。水田土壤(水稻土)在淹育條件下，透氣性差，有機(jī)殘?bào)w不易于降解，使其土壤有機(jī)質(zhì)利于積累；有林地由于多高大喬木生長，地表枯枝落葉和植物根系歸還量大，有機(jī)質(zhì)含量僅次于水田。而旱地多種植蔬菜、玉米等，人為擾動(dòng)頻繁，使得有機(jī)質(zhì)暴露失去保護(hù)作用而分解；且人為擾動(dòng)的過程中改變土壤原有溫度、濕度、孔性等相關(guān)條件，增強(qiáng)微生物的活性，促進(jìn)土壤呼吸作用進(jìn)行，加速有機(jī)質(zhì)的礦化，使得旱地的土壤有機(jī)質(zhì)含量最低[35]。影響撂荒地和灘涂地(沖積土)有機(jī)質(zhì)含量偏低的原因很可能跟植被相對較少有關(guān)。整體上研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)處于全國第二次土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的第四級(jí)，屬較低水平。

表3 西河流域土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量

氮、磷、鉀是植物生長所必需的營養(yǎng)元素，對植物的生長發(fā)育有著十分重要的作用，同時(shí)也是土壤肥力的重要指標(biāo)[36]。樣品銨態(tài)氮含量介于8.49 ～55.4 mg·kg-1之間，平均為29.47 mg·kg-1；速效磷含量介于12.02～33.82 mg·kg-1之間，平均為24.99 mg·kg-1；有效鉀含量介于124.17～391.37 mg·kg-1之間，平均為245.11 mg·kg-1(表3)。研究區(qū)不同土地利用方式下銨態(tài)氮含量存在土地利用方式的差異，表現(xiàn)為水田較高而撂荒地最低的特征，推測受水田耕作常施用氮肥的影響；土壤類型也表現(xiàn)出水稻土銨態(tài)氮含量最高，但沖積土、紫色土和黃壤銨態(tài)氮含量差異不明顯。不同土地利用方式下土壤有效鉀含量表現(xiàn)為果園和旱地較高，其次為荒地、水田和有林地，而灘涂地最低，從土壤分類看，紫色土有效鉀含量最高，其次為水稻土，而較低的為沖積土和黃壤(表3)。鉀元素較易淋溶，灘涂地(沖積土)盡管土壤發(fā)育程度低，但相對飽和的水分條件促使鉀元素的淋失，而黃壤成壤時(shí)間相對較長，鉀元素含量也最低。不同土地利用下土壤及不同土壤類型間的速效磷含量差異不明顯。據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)土壤銨態(tài)氮含量為六級(jí)，速效磷含量為二級(jí)，有效鉀含量為一級(jí)。速效磷、有效鉀含量級(jí)別都很高，其原因應(yīng)是西河流域內(nèi)土壤磷、鉀元素繼承了母巖特性，且侏羅系紅色地層含有較高磷、鉀元素[10,37-38]。

此外，撂荒地土壤中有機(jī)質(zhì)和銨態(tài)氮含量均處于較低的水平，表明撂荒后土壤肥力會(huì)出現(xiàn)降低的變化，需加強(qiáng)該類土地的耕作利用。而且，整體上研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和銨態(tài)氮含量較低，建議提倡施用有機(jī)肥和實(shí)行桔桿還田等措施，適當(dāng)施用氮肥，以提高土壤肥力和可持續(xù)利用水平。

4 結(jié)論與建議

通過對嘉陵江中游西河流域不同土地利用類型下土壤粒度、磁化率、pH、碳酸鹽、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量等指標(biāo)特征及成因分析，得出以下主要認(rèn)識(shí)及建議：

(1)不同土地利用類型土壤粒度組成差異性不顯著，均以粉砂含量為主，屬粉質(zhì)壤土，具有較強(qiáng)的持水性、保肥性和透氣性特點(diǎn)。受耕作方式、地形及成壤作用的影響，水田土壤顆粒最細(xì)，而灘涂地顆粒較粗；旱地和有林地有砂粒增多的趨向。

(2)土壤磁化率與母質(zhì)紅色泥巖相近，但不同土地利用方式下呈現(xiàn)差異，表現(xiàn)為果園和旱地磁化率值較高，而水田和灘涂地較低。農(nóng)業(yè)利用方式的變化、風(fēng)化作用以及環(huán)境污染均會(huì)對磁化率產(chǎn)生影響，磁化率表明研究區(qū)未產(chǎn)生嚴(yán)重的土壤污染。

(3)土壤pH值特征表明土壤呈堿性，不同土地利用類型土壤pH值和碳酸鹽含量差異不顯著。土壤酸堿性受控于碳酸鹽母質(zhì)背景，碳酸鹽風(fēng)化淋溶、淀積與轉(zhuǎn)化過程影響土壤的酸堿性。

(4)不同土地利用方式下土壤肥力特征存在差異。土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為水田最高，其次為有林地和果園，而撂荒地、灘涂和旱地含量較低。銨態(tài)氮含量受施肥方式的影響，出現(xiàn)水田土壤明顯偏高，撂荒地偏低的特點(diǎn)；土壤母質(zhì)背景影響下，研究區(qū)鉀、磷元素含量較高，土壤有效鉀含量表現(xiàn)為果園和旱地最高而灘涂地最低，而土壤速效磷含量差異不明顯。

(5)根據(jù)西河流域土壤理化特征，應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)治理工作。重視坡地條件下林地和旱地的水土流失防護(hù)工程措施的投入；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理上應(yīng)強(qiáng)調(diào)有機(jī)肥的施入，適當(dāng)增加氮肥量，提高土壤肥力；重視撂荒地的利用，防止耕地質(zhì)量繼續(xù)退化；因地制宜引入喜磷、鉀元素和耐堿性作物或植被，提高土壤資源的利用效率，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。