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        江西省不同農(nóng)田利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響

        2018-10-29 08:15:24趙小敏歐陽(yáng)真程匡麗花葉英聰
        水土保持研究 2018年6期
        關(guān)鍵詞:水旱輪作全鉀旱地

        張 晗, 趙小敏, 歐陽(yáng)真程, 郭 熙, 匡麗花, 葉英聰

        (1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 江西省鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心, 南昌 330045; 2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院, 南昌 330045; 3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 南昌 330045; 4.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院, 南京 210095)

        物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是生態(tài)系統(tǒng)的兩大基本功能,而養(yǎng)分循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)最重要的功能之一[1]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)和平衡狀況既影響著生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和可持續(xù)性,又影響著人類賴以生存的環(huán)境[2]。土壤養(yǎng)分是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的綜合反映,直接關(guān)系到土壤或土地生產(chǎn)力的高低,也是植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素的基本來(lái)源。土地利用方式作為人類利用土地各種活動(dòng)的綜合反映,土地利用的變化可引起自然要素、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的變化,從而導(dǎo)致土壤管理措施、水分、土壤侵蝕等的改變,進(jìn)而對(duì)土壤環(huán)境的變遷和土壤質(zhì)量的高低產(chǎn)生重要影響。農(nóng)田是受人為活動(dòng)影響最強(qiáng)、對(duì)人類生存發(fā)展最為重要的土地資源類型之一,因此,不同農(nóng)田利用方式對(duì)土壤理化性狀的影響研究尤為重要。迄今為止,有關(guān)不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分或土壤肥力的影響研究已成為全球變化研究的熱點(diǎn)之一,得到了諸多認(rèn)識(shí)。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在南方紅壤區(qū)[3]、黃土高原區(qū)[4]、川中丘陵區(qū)[5]、紫色丘陵區(qū)[6]、荒漠綠洲區(qū)[7]、青藏高原區(qū)[8]、喀斯特山區(qū)[9]、松嫩平原區(qū)[10]等生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)進(jìn)行了大量研究,以上結(jié)果表明,不同土地利用方式和管理措施可以改變土壤的理化性質(zhì)以及土壤環(huán)境狀況,對(duì)土壤養(yǎng)分及其循環(huán)有著極為重要的影響。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分狀況的研究較多集中在濕地[11]、林地[12]、草地[13]、海洋[14]等生態(tài)系統(tǒng),但有關(guān)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)下不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分變化狀況的資料相對(duì)缺乏,且研究尺度多涉及小流域、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣域和市域等中、微觀尺度[15],因土壤取樣方法和精度限制,從省域尺度系統(tǒng)的闡述不同農(nóng)田利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響研究鮮有報(bào)道。長(zhǎng)江中下游地區(qū)是我國(guó)重要的糧、油、棉主產(chǎn)區(qū),江西省作為國(guó)家農(nóng)業(yè)大省,也是長(zhǎng)江中下游地區(qū)人口最為密集的典型農(nóng)業(yè)區(qū),耕作模式主要為水田、旱地和水旱輪作,糧食作物以水稻為主,經(jīng)濟(jì)作物種植面積廣布,也是全國(guó)重要的商品糧基地之一。但是,近些年來(lái),隨著人地矛盾突出引發(fā)的土地利用方式和施肥方式的不合理,大量施用氮磷鉀肥等化肥,導(dǎo)致江西省農(nóng)田土壤化肥利用率不高,土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、水土流失、土壤酸化和面源污染等問(wèn)題日益突出。因此,本文從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)入手,以農(nóng)業(yè)部“測(cè)土配方施肥項(xiàng)目”中江西省2012年采集的農(nóng)田耕層土壤樣品為基礎(chǔ),分析不同農(nóng)田利用方式對(duì)耕地土壤養(yǎng)分狀況的影響及其空間分異特征,以期為省域尺度下的生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)、土壤養(yǎng)分管理以及農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測(cè)等方面提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        江西省簡(jiǎn)稱“贛”,位于中國(guó)東南部,地處長(zhǎng)江中下游交接處的南岸,地理位置位于北緯24°29′14″—30°04′41″,東經(jīng)113°34′36″—118°28′58″。江西省下轄100個(gè)縣(市、區(qū)),全省總?cè)丝跒? 542.16萬(wàn),總面積為1.67×105km2,耕地面積3.09×106hm2,其中水田2.51×106hm2,旱地5.61×105hm2,水澆地1.81萬(wàn)hm2。全省平均氣溫為16.4~19.4℃,年降水量為1 751~2 523 mm,日照時(shí)數(shù)為1 395~1 679 h,屬典型的亞熱帶濕潤(rùn)氣候。江西省地形以丘陵山地為主,平原、盆地、谷地廣布,省境東、西、南三面群山環(huán)繞,中部丘陵與平原交錯(cuò)分布,地勢(shì)呈現(xiàn)出由外及里,從南到北,漸次向鄱陽(yáng)湖傾斜的趨勢(shì)。該區(qū)域土壤類型主要為紅壤、水稻土、黃壤和黃棕壤,成土母質(zhì)主要為酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物、石英巖類風(fēng)化物和泥質(zhì)巖類風(fēng)化物。研究區(qū)土地利用類型以耕地(水田和旱地)為主,農(nóng)田利用方式可分為水旱輪作、一季旱地、兩季旱地、一季水田和兩季水田5種。糧食作物以水稻為主,小麥、玉米次之,還盛產(chǎn)油菜、花生、油茶、茶葉、黃麻、苧麻和柑橘等經(jīng)濟(jì)作物。

        1.2 土壤樣品采集

        本文主要研究江西省不同利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分積累的影響,采樣地主要在江西省各縣區(qū),采樣方法參照《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》(NY/T1634—2008),采樣時(shí)間為2012年11月—2013年12月,主要測(cè)定土壤氮素、磷素、鉀素、有機(jī)質(zhì)和pH值等8個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)的含量。綜合考慮研究區(qū)各地區(qū)土壤的成土母質(zhì)、地形地貌、土壤質(zhì)地、土壤類型等自然條件,應(yīng)用“S”形采樣法隨機(jī)設(shè)置8個(gè)點(diǎn),共采集耕層土壤樣點(diǎn)16 823個(gè)(圖1),其中水旱輪作地1 377個(gè),一季旱地501個(gè),兩季旱地483個(gè),一季水田3 408個(gè),兩季水田樣點(diǎn)11 054個(gè)。土壤樣品經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干、剔除雜物,研磨和過(guò)100目0.25 mm尼龍篩等前期處理后,制成待測(cè)土樣,充分混勻后用四分法每層留取1 kg樣品以備分析,每個(gè)采樣點(diǎn)均以GPS記錄其經(jīng)緯度坐標(biāo)和海拔高度、成土母質(zhì)、土地利用方式、土壤類型、種植制度、施肥狀況和秸稈還田量等地表環(huán)境信息,并將帶有坐標(biāo)的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)在ArcGIS 10.3平臺(tái)轉(zhuǎn)換為具有空間坐標(biāo)的點(diǎn)。全氮采用凱氏定氮法、全磷采用酸溶—鉬銻抗比色法、全鉀采用酸溶—原子吸收法、堿解氮采用堿解擴(kuò)散法、有效磷采用Bray法、速效鉀采用乙酸銨提取法、有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法、pH值采用玻璃電極法(水土比為2.5∶1)。

        圖1江西省土壤樣點(diǎn)分布

        1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

        采用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。在數(shù)據(jù)分析之前采用域值法(即樣本平均值加減3倍標(biāo)準(zhǔn)差)對(duì)離群值初步識(shí)別,然后用正常的最大和最小值代替離群值[16]。通過(guò)應(yīng)用K-S法檢驗(yàn)原始數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布,如不符合則需對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)中最小顯著差數(shù)法(LSD)分析不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響,若數(shù)據(jù)方差不齊時(shí),則進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)。同時(shí),利用Pearson相關(guān)分析方法對(duì)土壤養(yǎng)分間的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。采用GS+ 7.0軟件對(duì)研究區(qū)土壤養(yǎng)分的半方差函數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)模型進(jìn)行最優(yōu)擬合,在ArcGIS 10.3平臺(tái)中將樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并建立空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù),坐標(biāo)系采用1980西安平面坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 研究區(qū)土壤養(yǎng)分總體特征

        通過(guò)采用SPSS 22.0對(duì)研究區(qū)各養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn):2012年土壤全氮、堿解氮、全鉀和有機(jī)質(zhì)均服從正態(tài)分布,而全磷、有效磷、速效鉀和pH值經(jīng)自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后服從正態(tài)分布。從變異強(qiáng)度看,不同農(nóng)田利用方式下土壤全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀等8種土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)為10.10%~73.08%,均處于中等變異程度,其變異強(qiáng)度大小順序依次為有效磷>速效鉀>堿解氮>全鉀>全磷>全氮>有機(jī)質(zhì)>土壤pH值,說(shuō)明受到人類活動(dòng)(田間管理措施和施肥水平)的干擾各指標(biāo)的變異均比較大。由表1可知,不同農(nóng)田利用方式中,兩季水田土壤全氮、有機(jī)質(zhì)和有效磷含量最高,pH值最低;一季水田中的堿解氮含量最高,有效磷最低;兩季旱地中全磷含量最高,全氮和有機(jī)質(zhì)含量最低;一季旱地的速效鉀含量最高,全磷含量最低;水旱輪作中有效磷含量相對(duì)較高,全鉀和速效鉀含量最低。耕地土壤中兩季水田的堿解氮和有效磷的標(biāo)準(zhǔn)差最高,分別為58.78,14.41,全磷最低,為0.17;一季水田全磷的標(biāo)準(zhǔn)差最高,為0.19,全氮最低,為0.44;兩季旱地土壤pH值的標(biāo)準(zhǔn)差最高,為0.81,堿解氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)最低,分別為47.77,12.09,8.45;一季旱地全氮、全鉀、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)差最高,分別為0.53,5.03,49.65,9.81。

        采用GS+ 7.0軟件進(jìn)行各養(yǎng)分指標(biāo)半方差函數(shù)模型擬合,考慮研究區(qū)各養(yǎng)分指標(biāo)的異質(zhì)性和趨勢(shì)性,經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬最終選取最優(yōu)擬合函數(shù),獲得其半方差函數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)(表2)。由表2可知,全磷最佳擬合模型為高斯模型(Gaussian),有機(jī)質(zhì)最佳擬合模型為球狀模型(Spherical),其余5種養(yǎng)分的最佳擬合模型為指數(shù)模型(Exponential),研究區(qū)8種土壤養(yǎng)分的決定系數(shù)R2均在0.81以上,說(shuō)明擬合模型能很好地反映土壤各指標(biāo)的空間異質(zhì)性。

        研究區(qū)各土壤指標(biāo)的塊金值/基臺(tái)值依次為速效鉀>全鉀>有效磷>堿解氮>有機(jī)質(zhì)>全磷>全氮>pH值,除土壤全氮和pH值的塊金基臺(tái)比小于75%外,其他養(yǎng)分均大于80%,反映出江西省土壤養(yǎng)分的空間自相關(guān)性相對(duì)較弱,受隨機(jī)因素(如土地利用方式、施肥、灌排、耕作措施、種植制度及秸稈還田等人為活動(dòng))影響較為明顯。由表2可知,研究區(qū)土壤養(yǎng)分的變程差異較大,全氮的變程最大,pH值次之,速效鉀最小,土壤養(yǎng)分的空間依賴性排序依次為:全氮>pH值>有效磷>堿解氮>有機(jī)質(zhì)>全鉀>速效鉀>全磷。

        表1 江西省不同農(nóng)田利用方式下土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計(jì)特征

        2.2 農(nóng)田利用方式對(duì)土壤氮素的影響

        由方差分析和均值比較結(jié)果可以看出,土地利用方式對(duì)土壤的全氮和堿解氮含量均有極顯著的影響(p<0.01,表3)。按照江西省第二次土壤普查土壤養(yǎng)分的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17],研究區(qū)土壤全氮含量分布在1.25~1.61 g/kg范圍,屬豐富級(jí)或中等水平,堿解氮含量為149.27~169.90 mg/kg,處于豐富級(jí)水平。由表3可知,5種不同農(nóng)田利用方式下土壤全氮含量表現(xiàn)為:兩季水田(1.61±0.45 g/kg)>一季水田(1.56±0.44 g/kg)>水旱輪作(1.52±0.46 g/kg)>一季旱地(1.48±0.53 g/kg)>兩季旱地(1.25±0.52 g/kg)。這是由于大量氮肥和有機(jī)肥施入水田,水田中有機(jī)物質(zhì)殘留的數(shù)量較多而使其土壤全氮含量明顯增加。從土壤堿解氮含量來(lái)看,5種農(nóng)田利用方式下堿解氮含量變化特征為:一季水田(169.90±51.90 g/kg)>水旱輪作(164.40±53.87 g/kg)>兩季水田(163.41±58.78 g/kg)>一季旱地(154.28±58.13 g/kg)>兩季旱地(149.27±47.77 g/kg)。一季水田每年只種植一季中稻,水稻收獲后處于冬閑狀態(tài),被作物所吸收利用的堿解氮要少于其他4種耕作方式。水旱輪作地干濕交替頻繁,土壤微生物活性增強(qiáng),促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的有效性和土壤有機(jī)質(zhì)的更新與積累,進(jìn)而有利于堿解氮的分解,使得一季水田和水旱輪作土壤中堿解氮含量明顯高于兩季水田、一季旱地和兩季旱地。在水稻連作的情況下,由于長(zhǎng)期淹水,耦作層變得緊實(shí),通氣不良,土壤微生物活性差,有機(jī)質(zhì)更新慢,堿解氮的有效性有所降低。

        表2 研究區(qū)土壤養(yǎng)分半變異函數(shù)及其參數(shù)主要特征

        注:N為正態(tài)分布,LgN為對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

        2.3 農(nóng)田利用方式對(duì)土壤磷素的影響

        江西省不同農(nóng)田利用方式下耕層土壤全磷含量范圍為0.49~0.54 g/kg,屬中等水平,有效磷含量為17.94~21.30 mg/kg,處于極豐富或豐富級(jí)水平。由表2可以看出,在5種不同利用方式下土壤中全磷含量依次為:兩季旱地(0.54±0.18 g/kg)>兩季水田(0.52±0.17 g/kg)>一季水田(0.51±0.19 g/kg)>水旱輪作(0.49±0.17 g/kg)≈一季旱地(0.49±0.19 g/kg)。全磷含量在兩季旱地、一季旱地和水旱輪作有明顯差異,但與一季水田和兩季水田中并無(wú)顯著差異(p>0.05)。一方面,由于農(nóng)民對(duì)兩季旱地多種植經(jīng)濟(jì)作物和瓜果蔬菜等,農(nóng)民習(xí)慣施用草木灰和火土灰,且磷肥投入量較大,使得土壤全磷含量較高;另一方面,兩季旱地土壤對(duì)磷的吸附能力較強(qiáng),水旱輪作地和一季旱地的流失風(fēng)險(xiǎn)高于兩季旱地,同時(shí),土壤淹水能夠增加土壤有效磷含量,提高土壤磷素有效性和溶解性,水旱輪作與一季旱地均值相近。5種農(nóng)田利用方式下耕層土壤有效磷含量依次為:兩季水田(21.30±14.41 mg/kg)>水旱輪作(20.86±13.31 mg/kg)>兩季旱地(19.67±12.09 mg/kg)>一季旱地(19.44±13.18 mg/kg)>一季水田(17.94±13.11 mg/kg)。有效磷含量在一季旱地和兩季旱地?zé)o顯著差異,這可能由于旱地中對(duì)經(jīng)濟(jì)作物施用大量磷肥,而土壤中磷素的遷移性較差,旱地作物無(wú)法完全吸收。從速效磷含量狀況來(lái)看,土壤在連續(xù)淹水和長(zhǎng)期干濕交替條件下,稻田氧化還原電位降低,磷酸鐵被還原為磷酸亞鐵,晶形磷酸鐵轉(zhuǎn)化為無(wú)定型磷酸鐵,含水氧化鐵與有機(jī)酸螯合,減少了磷的固結(jié),使土壤磷素活化,增加了磷素的有效性,但不同耕作方式下各作物間施肥量的差異,使得總磷和有效磷含量存在較大差異。

        2.4 不同農(nóng)田利用方式對(duì)土壤鉀素的影響

        不同土地利用類型全鉀和有效鉀含量比較見(jiàn)表3。從土壤全鉀和有效鉀含量來(lái)看,江西省耕地土壤全磷含量范圍為11.55~12.19 g/kg,屬中量水平,有效鉀含量為72.67~106.41 mg/kg,處于豐富或中量級(jí)水平。方差分析顯示,不同農(nóng)田利用方式下土壤鉀素含量差異顯著,說(shuō)明土壤全鉀和有效鉀含量受土地利用方式影響明顯。研究區(qū)5種農(nóng)田利用方式下土壤全鉀含量表現(xiàn)出兩季旱地(12.19±4.46 g/kg)>一季水田(11.87±4.88 g/kg)>一季旱地(11.78±5.03 g/kg)>兩季水田(11.55±4.61 g/kg)>水旱輪作(10.76±4.29 g/kg)。一季水田和兩季旱地的全鉀含量并無(wú)顯著差異,反映出江西省大多數(shù)農(nóng)戶在從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)對(duì)一季水田和兩季旱地中鉀肥的投入量不足,管理水平有待進(jìn)一步提高。研究區(qū)5種農(nóng)田利用方式下土壤速效鉀含量表現(xiàn)出一季旱地(106.41±49.65 g/kg)>兩季旱地(98.68±47.74 g/kg)>兩季水田(88.10±45.65 g/kg)>一季水田(87.74±43.17 g/kg)>水旱輪作(72.67±35.38 g/kg)。一般來(lái)說(shuō),耕作熟化程度越高的農(nóng)田,其土壤養(yǎng)分含量也較為豐富,但隨著耕作年限的增加和復(fù)種指數(shù)的提高,偏施氮肥和氮磷肥促進(jìn)了農(nóng)作物產(chǎn)量的上升的同時(shí)也加劇了對(duì)土壤鉀素的消耗,導(dǎo)致江西省水田土壤鉀素含量普遍偏低。

        2.5 不同農(nóng)田利用方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量及pH值的影響

        從表3可以看出,江西省土壤有機(jī)質(zhì)含量為27.09~31.52 g/kg,受到土壤中肥料和植物殘?bào)w的影響,不同利用方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量較為一致,處于豐富級(jí)水平,均表現(xiàn)出兩季水田(31.52±9.00 g/kg)>一季水田(30.36±8.85 g/kg)>水旱輪作(30.10±8.86 g/kg)>一季旱地(29.77±9.81 g/kg)>兩季旱地(27.09±8.45 g/kg)。有機(jī)質(zhì)在水旱輪作、一季旱地和一季水田耕作方式中無(wú)顯著差異,水田有機(jī)質(zhì)含量整體上要高于水旱輪作地和旱地。旱地的有機(jī)質(zhì)含量最低的原因可能是頻繁耕作(農(nóng)業(yè)翻耕)和過(guò)量施肥破壞了土壤結(jié)構(gòu),土壤侵蝕嚴(yán)重,加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解。

        土壤酸堿度是土壤的基本化學(xué)性質(zhì)之一,是反映土壤養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo),不僅影響土壤微生物活性,對(duì)土壤養(yǎng)分的形成、轉(zhuǎn)化、遷移和釋放等均有顯著的影響。表3中可以看出,江西省耕地土壤pH值為5.12~5.52,屬酸性水平。方差分析表明,土地利用方式對(duì)pH值變化呈極顯著水平,其變化依次為:兩季旱地(5.52±0.81)>一季旱地(5.30±0.81)>水旱輪作(5.28±0.55)>一季水田(5.22±0.55)>兩季水田(5.12±0.52)。一季旱地和水旱輪作中土壤pH值無(wú)顯著變化。受到經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)使,農(nóng)戶為提高作物產(chǎn)量,大量施用農(nóng)藥與化肥,特別是長(zhǎng)期耕作下生理酸性肥料和半腐熟有機(jī)肥料的施用,導(dǎo)致了水田土壤呈現(xiàn)逐漸酸化的趨勢(shì),pH值有所降低。

        表3 不同農(nóng)田利用方式下耕層土壤養(yǎng)分含量平均值及方差分析

        注:n代表樣本數(shù)量,各土壤養(yǎng)分含量為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,每列平均值含有相同字母之間無(wú)顯著差異(p>0.05),**表示極顯著水平,*表示顯著水平。

        3 討 論

        土地利用方式是自然和人類各種活動(dòng)相互作用的綜合過(guò)程,是土壤質(zhì)量與土壤環(huán)境變化中最普遍、最直接、最深刻的影響因素[18],也是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分有效性和流動(dòng)性的主控因素。土地利用方式的改變,一方面導(dǎo)致進(jìn)入土壤中肥料和植物殘?bào)w的數(shù)量及性質(zhì)發(fā)生改變,另一方面通過(guò)改變植被類型、排灌條件、輪作制度以及耕作方式等人類活動(dòng)強(qiáng)度,由此影響和改變了土壤養(yǎng)分含量。

        土壤有機(jī)質(zhì)是土壤氮素的主要來(lái)源,有機(jī)質(zhì)礦化會(huì)釋放大量氮素,有機(jī)質(zhì)含量升高促使土壤氮素含量也有所提高。由表3可知,旱地土壤有機(jī)質(zhì)和氮素釋放率普遍比水田高,5種農(nóng)田利用方式下有機(jī)質(zhì)含量與氮素的變化趨勢(shì)較為相似,表現(xiàn)出兩季水田>一季水田>水旱輪作>一季旱地>兩季旱地,說(shuō)明該地區(qū)土地利用方式對(duì)有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量有顯著的影響(p<0.01)。這與胡玉福[5]、唐國(guó)勇[19]、劉占仁[20]等的研究結(jié)果較為一致,水田中土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量整體上較高,水旱輪作地其次,旱地最低。由于管理模式及耕作方式的差異,水田在淹育條件下,土壤中的好氧微生物停止活動(dòng),土壤有機(jī)質(zhì)分解比較緩慢,土壤氧化酶活性不斷提高,旱作土壤在熱化過(guò)程中有機(jī)質(zhì)分解較快,尤其是旱地的種植制度使土壤孔隙度和氧氣含量增加,好氧型微生物活性增強(qiáng),加速了有機(jī)質(zhì)的分解。一季水田和兩季水田長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài),碳、氮的積累對(duì)礦化有顯著影響,使其耕層土壤的全氮含量顯著高于水旱輪作、一季旱地和兩季旱地。5種不同土地利用方式下土壤pH值和有機(jī)質(zhì)以及氮素含量表現(xiàn)出的趨勢(shì)截然相反,旱地的pH值較高,水旱輪作地其次,水田最低。不同土地利用方式下土壤pH值差異顯著(p<0.01),這說(shuō)明了水稻的種植一定程度上能夠降低土壤的pH值。江西省耕作模式以種植水稻為主,土壤微環(huán)境較潮濕,土壤鹽基離子容易被淋失,導(dǎo)致H+積累在土壤膠體上,土壤pH值較低[21]。

        土壤養(yǎng)分間的Pearson相關(guān)性分析時(shí)發(fā)現(xiàn)(表4),研究區(qū)不同農(nóng)田利用方式下8種土壤養(yǎng)分之間顯著相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)含量除與全磷相關(guān)性較差外,與其余7種養(yǎng)分均顯著相關(guān)(p<0.01),其中又與全氮的相關(guān)性最高,這與王雪梅等[7]的研究結(jié)果一致,表明土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來(lái)源,是表征土壤質(zhì)量與土壤肥力的重要指標(biāo),能夠提高土壤養(yǎng)分的有效性。土壤pH值除與磷素相關(guān)性不顯著外,與其他6種土壤養(yǎng)分均顯著(p<0.05)或極顯著(p<0.01)相關(guān),表明土壤pH值與其他養(yǎng)分含量密切相關(guān),能顯著影響其土壤氮素、鉀素和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量,這與張世熔[24]、秦川[25]等研究結(jié)果一致,表明土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值與養(yǎng)分含量關(guān)系密切,可以作為指示土壤肥力的敏感因子。土壤pH值與全氮呈極顯著負(fù)相關(guān),可見(jiàn),土壤pH值降低與大量施用氮肥有關(guān),因此,該區(qū)應(yīng)進(jìn)一步增施有機(jī)肥和配施綠肥,實(shí)施秸稈還田,以增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量,這也是提升土壤養(yǎng)分的核心和關(guān)鍵,但應(yīng)根據(jù)作物的需肥規(guī)律和土壤的供養(yǎng)規(guī)律,避免大量施肥對(duì)土壤酸化的影響,從而進(jìn)一步提高土壤養(yǎng)分的循環(huán)和有效性。

        表4 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的Pearson相關(guān)系數(shù)

        注:**表示在p<0.01水平上顯著相關(guān),*表示在p<0.05水平上顯著相關(guān)(雙側(cè)檢驗(yàn))。

        4 結(jié) 論

        江西省耕地土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀和土壤pH值分別為1.25~1.61 g/kg,149.27~169.90 mg/kg,0.49~0.54 g/kg,17.94~21.30 mg/kg,11.55~12.19 g/kg,72.67~106.41 mg/kg,27.09~31.52 g/kg和5.12~5.52,其養(yǎng)分含量屬于中等偏上水平,均表現(xiàn)出中等程度的空間變異性,水田、水旱輪作地比旱地具有更高的土壤肥力。經(jīng)半方差函數(shù)顯示,江西省農(nóng)田土壤除全氮和pH值受到結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素的共同影響外,其余養(yǎng)分均受到隨機(jī)性因素的影響。研究結(jié)果表明,不同農(nóng)田利用方式對(duì)江西省土壤養(yǎng)分含量具有極顯著的影響,土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量從高到低依次為兩季水田>一季水田>水旱輪作>一季旱地>兩季旱地,堿解氮與全氮含量相類似,全磷含量依次為兩季旱地>兩季水田>一季水田>水旱輪作≈一季旱地,有效磷含量依次為兩季水田>水旱輪作>兩季旱地>一季旱地>一季水田,全鉀含量表現(xiàn)出兩季旱地>一季水田>一季旱地>兩季水田>水旱輪作,速效鉀含量表現(xiàn)出一季旱地>兩季旱地>兩季水田>一季水田>水旱輪作,土壤pH值大小依次為兩季旱地>一季旱地>水旱輪作>一季水田>兩季水田。農(nóng)田利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響程度由大到小依次為土壤pH值>全氮>速效鉀>有機(jī)質(zhì)>有效磷>堿解氮>全磷>全鉀,土壤pH值受農(nóng)田利用方式的影響最大,全鉀含量最低。研究區(qū)養(yǎng)分規(guī)律很大程度上受到農(nóng)田利用方式、耕作制度、秸稈還田措施及氮肥施用量等因素的影響。Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),土壤有機(jī)質(zhì)與有效磷、全鉀和速效鉀有極顯著的相關(guān)性(p<0.01);土壤pH值與全鉀和速效鉀有極顯著的正相關(guān)性(p<0.01),與全氮、堿解氮有顯著的負(fù)相關(guān)性(p<0.05),與全磷、有效磷的相關(guān)性相對(duì)較弱(p>0.05)。表明土壤有機(jī)質(zhì)能敏感表征土地利用方式的改變,是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。研究表明,增施有機(jī)肥、適度施用化肥及發(fā)展以一季水田、兩季水田和水旱輪作為主的耕作模式是維持江西省農(nóng)田土壤養(yǎng)分平衡的重要舉措。

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