張 晗, 趙小敏, 歐陽真程, 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，也是植物生長所需營養(yǎng)元素的基本來源。土地利用方式作為人類利用土地各種活動的綜合反映，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)田是受人為活動影響最強(qiáng)、對人類生存發(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。國內(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，對土壤養(yǎng)分及其循環(huán)有著極為重要的影響。目前，國內(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土壤養(yǎng)分變化狀況的資料相對缺乏，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)田利用方式對土壤養(yǎng)分狀況的影響研究鮮有報(bào)道。長江中下游地區(qū)是我國重要的糧、油、棉主產(chǎn)區(qū)，江西省作為國家農(nóng)業(yè)大省，也是長江中下游地區(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，也是全國重要的商品糧基地之一。但是，近些年來，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

江西省簡稱“贛”，位于中國東南部，地處長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個縣(市、區(qū))，全省總?cè)丝跒? 542.16萬，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，日照時數(shù)為1 395～1 679 h，屬典型的亞熱帶濕潤氣候。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分布，地勢呈現(xiàn)出由外及里，從南到北，漸次向鄱陽湖傾斜的趨勢。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)量評價技術(shù)規(guī)程》(NY/T1634—2008)，采樣時間為2012年11月—2013年12月，主要測定土壤氮素、磷素、鉀素、有機(jī)質(zhì)和pH值等8個養(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個點(diǎn)，共采集耕層土壤樣點(diǎn)16 823個(圖1)，其中水旱輪作地1 377個，一季旱地501個，兩季旱地483個，一季水田3 408個，兩季水田樣點(diǎn)11 054個。土壤樣品經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干、剔除雜物，研磨和過100目0.25 mm尼龍篩等前期處理后，制成待測土樣，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)對離群值初步識別，然后用正常的最大和最小值代替離群值[16]。通過應(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土壤養(yǎng)分的影響，若數(shù)據(jù)方差不齊時，則進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)。同時，利用Pearson相關(guān)分析方法對土壤養(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，坐標(biāo)系采用1980西安平面坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)土壤養(yǎng)分總體特征

通過采用SPSS 22.0對研究區(qū)各養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)時發(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，說明受到人類活動(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)性和趨勢性，經(jīng)過反復(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)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，屬豐富級或中等水平，堿解氮含量為149.27～169.90 mg/kg，處于豐富級水平。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為對數(shù)正態(tài)分布。

2.3 農(nóng)田利用方式對土壤磷素的影響

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顯著差異(p>0.05)。一方面，由于農(nóng)民對兩季旱地多種植經(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)險高于兩季旱地，同時，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，旱地作物無法完全吸收。從速效磷含量狀況來看，土壤在連續(xù)淹水和長期干濕交替條件下，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表3。從土壤全鉀和有效鉀含量來看，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)時對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)。一般來說，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)量的上升的同時也加劇了對土壤鉀素的消耗，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，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相互作用的綜合過程，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源，有機(jī)質(zhì)礦化會釋放大量氮素，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，說明該地區(qū)土地利用方式對有機(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，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期處于淹水狀態(tài)，碳、氮的積累對礦化有顯著影響，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，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。