張盼盼，何 靖

(1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；3.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；4.自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075)

1 引言

針對(duì)延安地區(qū)耕地面積減少，水土流失異常嚴(yán)峻、糧食安全無法保障等問題[1]，結(jié)合延安市地處黃土高原，黃土高原土壤顆粒細(xì)，土質(zhì)松軟，含有豐富的礦物質(zhì)養(yǎng)分，利于耕作[2]，且延安市可供開發(fā)利用的溝道土地約140余萬方，土地資源豐富[3]。延安應(yīng)實(shí)施大規(guī)模坡轉(zhuǎn)溝、淤轉(zhuǎn)造，大力開展治溝造地，快速增加高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田面積、改善溝域生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域統(tǒng)籌、城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)、人地和諧發(fā)展[4]。

治溝造地工程是一個(gè)綜合復(fù)雜的工程，項(xiàng)目實(shí)施包含土地平整工程、田間道路工程、灌溉與排水工程以及農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)保護(hù)工程等[5]，勢(shì)必會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分產(chǎn)生影響。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，盡管土壤有機(jī)質(zhì)的含量只占土壤總量的很小一部分，但它在土壤肥力上起著多方面的作用卻是顯著的，對(duì)土壤形成、土壤肥力、環(huán)境保護(hù)及農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有著極其重要作用的意義[6]；土壤有機(jī)碳是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的核心，反映了土壤截留碳的能力，與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)[7]；活性有機(jī)碳雖含量小但有效性高，對(duì)作物養(yǎng)分供應(yīng)有直接關(guān)系[7]。目前關(guān)于治溝造地相關(guān)研究多集中在效益評(píng)價(jià)分析及耕地質(zhì)量研究方面[8]，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、活性有機(jī)碳的影響研究較少。因此，探討同一地區(qū)治溝造地前后及同一地類不同整治年限與土壤有機(jī)質(zhì)和土壤碳含量的響應(yīng)關(guān)系，揭示治溝造地對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和土壤碳含量的影響特征，可為溝道高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)及治溝造地工程的實(shí)施、推廣提供科學(xué)決策和理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

治溝造地項(xiàng)目區(qū)位于陜西省延安市，延安屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，內(nèi)陸干旱半干旱氣候，四季分明、日照充足、晝夜溫差大，年均氣溫7.7～10.6 ℃，年均降水量500 mm左右，地貌以黃土高原、丘陵為主，地勢(shì)西北高東南低。供試土樣取自陜西省延安市寶塔區(qū)羊圈溝流域、顧屯村、麻洞川，安塞閆橋片區(qū)，子長(zhǎng)九玉溝、南鄭溝，這些區(qū)域均種植玉米，一年一熟，化肥一次性施入。研究區(qū)概況見表1，寶塔區(qū)整治完成年份為2015年，距采樣時(shí)間為5年；安塞區(qū)整治完成年份為2018年，距采樣時(shí)間為3年；子長(zhǎng)縣整治完成年份為2019年，距采樣時(shí)間為2年。

表1 整理區(qū)概況

2.2 樣品采集

本研究鑒于操作方便采用間接方法，即通過同一時(shí)間在整治后和鄰近的未整治的坡面采樣作為整治前后土樣進(jìn)行比較研究。在延安寶塔區(qū)羊圈溝的上、中、下游各設(shè)立一個(gè)區(qū)域10 m×10 m大小的樣地，按照五點(diǎn)混合的方式采集0～20 cm耕作層范圍內(nèi)的土壤樣品，每塊樣地采集5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行混合，同時(shí)在相鄰未治溝造地的溝道以同樣的方式進(jìn)行樣品采集，采集時(shí)避開施肥和糞堆等點(diǎn)狀污染物，其他區(qū)域采樣方式同羊圈溝。6個(gè)地點(diǎn)共采集土壤樣品36個(gè)，每個(gè)土壤樣品約1000 g，土壤去除雜物后，自然風(fēng)干、磨碎過篩備用，每個(gè)樣品3次重復(fù)，采樣時(shí)間為2020年5月。

2.3 測(cè)定方法與數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS和Excel進(jìn)行處理，用Origin軟件進(jìn)行制圖。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定[9]，土壤有機(jī)碳采用TOC/TN分析儀(MultiC/N3100)測(cè)定[10]，活性有機(jī)碳采用紫外分光光度計(jì)[11]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地整治對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

3.1.1 治溝造地前后對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)影響

治溝造地前后土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化(圖1)。由圖1可見，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量治溝造地后較之前都有所提升，變幅在0.41～2.32 mg/g；寶塔區(qū)羊圈溝提升了28.38%，顧屯提升了75.78%，麻洞川提升了72.53%；安塞閆橋片區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)提升了20.71%；子長(zhǎng)縣采樣區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均提升了0.315 mg/g，子長(zhǎng)九玉溝提升了16.73%，南鄭溝提升了11.28%。

圖1 治溝造地前后土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化

對(duì)研究區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行差異性分析，結(jié)果見表1，治溝造地前后土壤有機(jī)質(zhì)含量差異非常顯著，說明治溝造地對(duì)提升土壤的有機(jī)質(zhì)具有明顯促進(jìn)作用。

表1 研究區(qū)治溝造地前后土壤有機(jī)質(zhì)含量差異性分析

3.1.2 不同整治年限對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

研究區(qū)域治溝造地不同年限土壤有機(jī)質(zhì)含量變化見表2，寶塔區(qū)治溝造地項(xiàng)目采樣區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)整治后較整治前平均提升了1.71 mg/g，提升幅度約為58.90%；安塞區(qū)采樣區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均提升了1.69 mg/g，提升幅度約為20.71%；子長(zhǎng)縣采樣區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均提升了0.315 mg/g，提升幅度約為14.01%。土壤有機(jī)質(zhì)提升情況5年>3年>2年。

表2 研究區(qū)域治溝造地不同年限土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

3.2 土地整治對(duì)土壤碳含量的影響

3.2.1 治溝造地前后對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

治溝造地前后土壤有機(jī)碳含量的變化見圖2。由圖2可見，研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量治溝造地后較之前有所提升，變幅在0.05～0.80mg/g；寶塔羊圈溝土壤有機(jī)碳提升了0.19‰，顧屯提升了1.48‰，麻洞川提升了1.09‰；安塞閆橋片區(qū)土壤有機(jī)碳提升了0.52‰；子長(zhǎng)九玉溝提升了0.19‰，南鄭溝提升了0.09‰。

圖2 治溝造地前后土壤有機(jī)碳含量的變化

對(duì)研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行差異性分析，結(jié)果見表3，治溝造地前后土壤有機(jī)碳含量差異顯著。治溝造地有利于土壤有機(jī)碳含量的提升。

表3 研究區(qū)治溝造地前后土壤有機(jī)碳含量差異性分析

3.2.2 不同整治年限對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

研究區(qū)域治溝造地不同年限土壤有機(jī)碳含量變化見表4。寶塔區(qū)治溝造地項(xiàng)目采樣區(qū)土壤有機(jī)碳整治后較整治前平均提升了0.50 mg/g，提升幅度約為9.19%；安塞區(qū)采樣區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均提升了0.42 mg/g，提升幅度約為5.15%；子長(zhǎng)縣采樣區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均提升了0.08 mg/g，提升幅度約為1.36%。土壤有機(jī)碳提升情況5年>3年>2年。

表4 研究區(qū)域治溝造地不同年限土壤有機(jī)碳含量變化

3.2.3 治溝造地前后對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響

治溝造地前后土壤活性有機(jī)碳含量變化見圖3。由圖3可知，研究區(qū)域治溝造地后土壤活性有機(jī)碳含量均高于治溝造地前，變幅在0.12～0.77 mg/g；寶塔羊圈溝土壤活性有機(jī)碳提升了37.50%，顧屯提升了61.11%，麻洞川提升了107.57%；安塞閆橋片區(qū)土壤活性有機(jī)碳提升了17.15%；子長(zhǎng)九玉溝提升了17.02%，南鄭溝提升了187.01%。

圖3 治溝造地前后土壤活性有機(jī)碳含量的變化

對(duì)研究區(qū)土壤活性有機(jī)碳含量進(jìn)行差異性分析，結(jié)果見表5，治溝造地前后土壤活性有機(jī)碳含量差異顯著，可見治溝造地工程有助于提高土壤活性有機(jī)碳含量。

表5 研究區(qū)治溝造地前后土壤活性有機(jī)碳含量差異性分析

3.2.4 不同整治年限對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響

研究區(qū)域治溝造地不同年限土壤活性有機(jī)碳含量變化見表6。寶塔區(qū)治溝造地項(xiàng)目采樣區(qū)土壤活性有機(jī)碳整治后較整治前平均提升了0.54 mg/g，提升幅度約為70%；安塞區(qū)采樣區(qū)土壤活性有機(jī)碳平均提升了0.42 mg/g，提升幅度約為17.15%；子長(zhǎng)縣采樣區(qū)土壤活性有機(jī)碳平均提升了0.05 mg/g，提升幅度約為69.87%。土壤活性有機(jī)碳提升含量5年>2年>1年，提升幅度5年>1年>2年。

表6 研究區(qū)域治溝造地不同年限土壤活性有機(jī)碳含量變化

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)與土壤碳含量的關(guān)系

治溝造地后研究區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和活性有機(jī)碳散點(diǎn)圖見圖4，從圖4中可以看出，三者變化趨勢(shì)基本一致。經(jīng)相關(guān)分析(表7)，土壤有機(jī)質(zhì)與有機(jī)碳、活性有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)關(guān)系，具有高度一致性。

圖4 治溝造地后土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量

表7 研究區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和活性有機(jī)碳的相關(guān)性

4 討論

有研究表明，土壤耕作層的熟化1 cm厚需要400年的沉積[12]。治溝造地工程中的土地平整工程剝離了表層土壤，但短時(shí)間內(nèi)增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量、養(yǎng)分狀態(tài)等，這和前人的研究成果一致[13～17]。如若在工程設(shè)計(jì)過程中利用剝離表土回填技術(shù)，可以加快土壤熟化進(jìn)程。

治溝造地工程包含的田間道路工程、灌溉與排水工程以及農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)保護(hù)工程措施，伴隨著生產(chǎn)條件的改善，利于作物生長(zhǎng)和生物量的積累；農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施增加了林地面積，利于形成農(nóng)田防護(hù)生態(tài)林系統(tǒng)的形成，對(duì)維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡、保持水土、保障生態(tài)安全有積極作用[18]。探討治溝造地工程措施對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及土壤碳含量的影響，可揭示治溝造地措施下土壤環(huán)境質(zhì)量的變化。土壤有機(jī)質(zhì)及碳含量影響著作物產(chǎn)量[19～21]，土壤活性有機(jī)碳是土壤有機(jī)碳庫(kù)中對(duì)物理、化學(xué)等各種干擾因素響應(yīng)最為敏感的組分，在土壤養(yǎng)分循環(huán)中起著重要的作用[22]，在實(shí)際生產(chǎn)中，治溝造地項(xiàng)目區(qū)可以因地制宜，采用秸稈還田、合理配施有機(jī)肥，提高農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用率，可有效提高整治后土壤有機(jī)質(zhì)及碳含量，改善土壤肥力。本次研究中土壤樣本較少，不能更全面的分析治溝造地對(duì)土壤造成的影響。從目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，治溝造地工程對(duì)提高土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)有促進(jìn)作用，深入研究土壤有機(jī)質(zhì)及碳含量與土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系對(duì)于評(píng)價(jià)治溝造地工程措施土壤環(huán)境質(zhì)量功能、指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)等方面具有重要意義。

5 結(jié)論

(1)延安治溝造地工程實(shí)施后，土壤有機(jī)質(zhì)含量升高，變幅在0.41～2.32mg/g；針對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)提升水平，整治年限5年>2年>1年。

(2)土壤有機(jī)碳含量有一定程度升高，0.05～0.80 mg/g；針對(duì)土壤有機(jī)碳提升水平，整治年限5年>2年>1年。

(3)土壤活性有機(jī)碳有一定幅度的提高，變幅在0.12～0.77mg/g；土壤活性有機(jī)碳提升含量5年>2年>1年，提升幅度5年>1年>2年。

(4)土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和活性有機(jī)碳三者變化與施工前差異顯著，經(jīng)相關(guān)性分析，土壤有機(jī)質(zhì)、土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)關(guān)系。可見治溝造地工程有助于提高土壤有機(jī)質(zhì)和碳含量。