郭紹義，王紅新*，劉文彬, 2，陳 云

升金湖沿湖不同土地利用方式下土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分變化特征①

郭紹義1，王紅新1*，劉文彬1, 2，陳 云1

(1 池州學院材料與環(huán)境工程學院，安徽池州 247000；2 浙江農(nóng)林大學土壤污染生物修復(fù)重點實驗室，杭州 311300)

為探討升金湖沿湖不同土地利用方式土壤養(yǎng)分含量特征，以林地、農(nóng)田、菜地和草地為研究對象，測定土壤有機質(zhì)、pH、C/N以及氮磷鉀元素含量。結(jié)果表明：①4種土地利用方式下，土壤 pH 大小順序為：農(nóng)田>草地>林地>菜地，菜地和林地pH 均為弱酸性；②土壤有機質(zhì)含量順序為：菜地>林地>農(nóng)田>草地，菜地和林地有機質(zhì)含量豐富，農(nóng)田和草地稍欠缺；菜地C/N最高，農(nóng)田C/N最低；③土壤全氮含量順序為：菜地>林地>農(nóng)田>草地；全磷、全鉀含量沒有明顯差異，土地利用方式對二者影響不大；菜地中堿解氮和速效鉀含量最高，農(nóng)田中有效磷含量最高。本研究結(jié)果可為升金湖湖區(qū)土地資源的合理利用、保持和提高土壤肥力以及區(qū)域生態(tài)協(xié)調(diào)提供參考。

土地利用方式；C/N；土壤有機質(zhì)；升金湖

土地利用方式是影響土壤養(yǎng)分的主要人為因素，土地利用方式合理與否，對土壤質(zhì)量的好壞、生物多樣性的多寡有重要影響。合理的土地利用方式可以改善土壤結(jié)構(gòu)、降低水土流失程度、提高植物養(yǎng)分的供給能力。李澤霞等[1]研究了不同土地利用方式下，黃土區(qū)梯化坡地對土壤理化性質(zhì)的影響，指出耕地中速效鉀的含量顯著高于荒草地。李珊等[2]以4種土地利用方式(荒地、草地、耕地、林地)為研究對象，探討不同土地利用方式對濱海鹽堿土基本理化性質(zhì)的影響，研究表明土壤的全氮和總有機碳含量表現(xiàn)為林地>草地>耕地>荒地。李秀芝等[3]研究了土地利用方式改變對紫色水稻土不同形態(tài)鉀演變特征的影響，研究結(jié)果表明不同土地利用方式下紫色水稻土表層土壤的全鉀含量變化顯著。張晗等[4]研究表明，不同土地利用方式土壤中有機碳、全氮和C/N存在顯著差異。由此可見，深入研究不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分含量變化有助于了解土地利用變化對土壤質(zhì)量的影響。

升金湖是以保護珍稀水禽為主要目標的國家級自然保護區(qū)，也是長三角地區(qū)重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)。1986年安徽省政府批準建立“升金湖省級水禽自然保護區(qū)”，1997年國務(wù)院批準建立“安徽省升金湖國家級自然保護區(qū)”，主要保護對象為白頭鶴、白鶴、灰鶴等越冬稀有鳥類及淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)。該保護區(qū)以升金湖為主體，由升金湖湖區(qū)、沿湖土壤和沿湖灘地組成。沿湖土壤按土地利用方式主要可分為：農(nóng)田、林地、菜地和草地。近年來，隨著本地社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，漁業(yè)養(yǎng)殖在湖區(qū)日漸密集，對不同類型土地的利用強度也有所增加。這些行為對不同土地利用方式下的土壤養(yǎng)分變化、保護區(qū)生態(tài)環(huán)境及自然資源的保護和利用產(chǎn)生一定影響。

目前，對升金湖的研究主要集中在利用遙感影像對土地利用過程中產(chǎn)生的生態(tài)風險進行評價，分析重金屬以及持久性有機污染物在表層沉積物中的殘留特征、土地利用變化及其驅(qū)動力以及湖區(qū)中棲息鳥類的行為，但有關(guān)該區(qū)域不同土地利用方式下沿湖土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量特征的研究鮮見報道[5-8]。本研究通過采集并分析不同土地利用方式下升金湖沿湖土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量特征，對土壤的養(yǎng)分狀況予以合理評估，為湖區(qū)土地的合理利用及區(qū)域生態(tài)協(xié)調(diào)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

升金湖自然保護區(qū)地理位置在皖南地區(qū)的池州市。從氣候方面來看，該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L氣候，有明顯的雨季和旱季。升金湖湖區(qū)從外向內(nèi)主要由3部分組成：實驗區(qū)、緩沖區(qū)和核心區(qū)，總面積三萬公頃，面積廣闊。在升金湖自然保護區(qū)沿湖區(qū)域內(nèi)，農(nóng)田面積最多，其次是林地，草地主要分布在沿湖范圍內(nèi)。菜地主要是當?shù)剞r(nóng)戶為滿足日常生活所需，在庭院旁邊開辟一小塊菜地，自給自足。湖區(qū)范圍內(nèi)土壤種類較單一，主要包括潮土、水稻土、黃紅壤等。近年來，濕地內(nèi)農(nóng)業(yè)耕作及漁業(yè)養(yǎng)殖強度不斷增大，生態(tài)環(huán)境保護面臨更多挑戰(zhàn)。

1.2 樣品采集與制備

該研究于2018年5月對升金湖沿湖土壤進行布點采樣，采樣點位置如圖1所示。在考慮空間分布均勻性和樣點代表性的前提下，在沿湖范圍內(nèi)根據(jù)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來選擇樣地，并利用手持GPS記錄該樣點的經(jīng)緯度。本次研究共布設(shè)42個樣點，土地利用方式分為農(nóng)田、林地、菜地和草地4種。其中，農(nóng)田樣點14個，包括水田8個、旱田6個，水田種植水稻，旱田主要種植油菜、玉米和大豆；林地樣點共12個，主要有毛竹、構(gòu)樹、香樟、水杉等樹種；菜地樣點8個，主要種植豆角、茄子、空心菜、小青菜等蔬菜；草地樣點8個，植被長勢較好，主要以禾本科、苔草類為主，草地蓋度大于80%。采樣時設(shè)置大小為 20 m × 20 m的地塊，應(yīng)用蛇形采樣法取5個點作為一個混合樣品，深度0 ～ 20 cm，利用四分法保留1 kg。然后將樣品運回實驗室，剔除碎石子、植物凋落物等雜質(zhì)，自然風干，最后過1 mm和0.149 mm孔篩，用于土壤養(yǎng)分的測定。

圖1 升金湖沿湖土壤采樣點位置圖

1.3 樣品測定與分析

土壤酸堿度采用pH計測定；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化–外加熱法測定；全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定；全磷含量采用堿熔–鉬銻抗比色法測定；全鉀含量采用堿熔法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；有效磷含量采用Olsen法測定；速效鉀含量采用醋酸銨浸提法測定[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤pH

升金湖沿湖不同土地利用方式下土壤樣品的 pH見表1。4種土地利用方式下土壤pH介于5.77 ～ 7.04，其中農(nóng)田的pH最高，為7.04，其次是草地，為6.51，研究區(qū)土壤pH由酸性至中性均有分布。林地土壤pH的變化范圍最大，為5.41 ～ 7.20，菜地土壤變化最小，為5.07 ～ 6.22。林地12個采樣點中，11個采樣點的pH為5.41 ～ 6.23，僅有1個樣本為7.20，表明林地的表層土壤已明顯酸化。根據(jù)菜地土壤的酸堿度分級標準，菜地的8個采樣點pH均為酸性，其中3個采樣點為酸性，5個為弱酸性，表明菜地土壤酸化程度加劇[10]。各土地利用方式下土壤的pH變異系數(shù)均屬于弱變異[11-12]。

表1 不同土地利用方式下土壤pH

2.2 不同土地利用方式下土壤有機質(zhì)、全氮含量及C/N

4種土地利用方式下土壤有機質(zhì)、全氮含量及C/N變化如表2所示。菜地土壤有機質(zhì)含量最高，為30.41 g/kg，草地最低，為13.17 g/kg。林地土壤有機質(zhì)含量變化范圍最大，為15.27 ～ 40.12 g/kg，草地最小，為8.51 ～ 18.12 g/kg。從變異系數(shù)來看，草地最高，為55.4%，菜地最低，為22.3%，4種土地利用方式下，土壤有機質(zhì)的變異程度均為中等程度變異。

就土壤全氮含量來看，菜地土壤全氮含量最高，為1.63 g/kg，草地最低，為0.84 g/kg；菜地土壤全氮含量變化范圍最大，為0.85 ～ 2.15 g/kg，草地最小，為0.50 ～ 1.39 g/kg。另外，4種土地利用方式下，菜地土壤C/N最高，林地和草地次之，農(nóng)田最低；其中，林地C/N的變異系數(shù)最高，農(nóng)田最低，但都屬于中等程度變異。

表2 不同土地利用方式下土壤有機質(zhì)、全氮含量及C/N

2.3 不同土地利用方式下土壤全磷、全鉀含量

由表3可以看出，4種不同土地利用方式下，農(nóng)田土壤全磷含量最高，為0.98 g/kg，其次是菜地和林地，分別為0.93、0.83 g/kg，草地土壤全磷含量最低，為0.78 g/kg。草地土壤全鉀含量最高，為30.57 g/kg，菜地最低，為25.71 g/kg；其中，林地土壤全鉀含量變化范圍最大，為20.62 ～ 38.62 g/kg，農(nóng)田最低，為23.61 ～ 32.80 g/kg；從土壤中全鉀含量的變異系數(shù)來看，林地最高，為18.11%，農(nóng)田最低，為11.1%。

表3 不同土地利用方式下土壤全磷、全鉀含量

2.4 不同土地利用方式下土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量

4種土地利用方式下土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量變化如表4所示。菜地土壤堿解氮含量最高，為63.12 mg/kg，草地最低，為35.2 mg/kg；菜地土壤堿解氮含量變化范圍最大，為47.12 ～ 80.32mg/kg，農(nóng)田最小，為35.04 ～ 53.49 mg/kg。有效磷含量在不同土地利用方式土壤中與堿解氮規(guī)律不同，農(nóng)田中有效磷含量最高，為21.77 mg/kg，林地中有效磷含量最低，為10.53 mg/kg；從變化范圍來看，菜地變化范圍最大，為8.42 ～ 17.19 mg/kg，草地變化范圍最小，為9.7 ～ 14.65 mg/kg。由表4可以看出，速效鉀含量在菜地中最高，為140.25 mg/kg，農(nóng)田中最低，為93.48 mg/kg；農(nóng)田中速效鉀變化范圍最大，為60.12 ～ 130.62 mg/kg，菜地中最低，為124.40 ～ 161.95 mg/kg。從變異系數(shù)來看，不同土地利用方式下土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量的變異程度都不高，除菜地速效鉀含量為弱變異外，其余均為中等程度變異。

表4 不同土地利用方式下土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量

3 討論

以土壤有機質(zhì)含量20.00 g/kg作為豐缺標準，在本研究中，菜地和林地的有機質(zhì)含量超過了20.00 g/kg，分別為30.41 g/kg和25.46 g/kg。菜地有機質(zhì)含量最高，究其原因主要是受人為因素的影響。當?shù)貧夂驖駶櫠嘤?，蔬菜生長基本不受季節(jié)和氣溫的限制，一年可以多次種植。因此，種植戶往往多施農(nóng)家肥或有機肥料，不斷提高地力以保證蔬菜產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)論相同[13]。與農(nóng)田相比，林地的凋落物較豐富，碳素向土壤的輸入較多，對土壤碳庫是非常有益的補充，故有機質(zhì)含量也較高。農(nóng)田作為人為擾動較多的土地利用方式，有機質(zhì)含量較低的原因可能是頻繁的表土耕作導致土壤團聚體顆粒間的膠結(jié)作用被破壞，進而使土壤的保水保肥能力降低，故有機質(zhì)的分解加快[14]。同時，農(nóng)田中大部分作物收獲后被移出，只有少量凋落物還田，這也導致農(nóng)田的有機質(zhì)含量較低。

本研究中，菜田土壤的pH為5.77，低于農(nóng)田的pH 7.04，有明顯酸化趨勢。根據(jù)實地走訪調(diào)查，發(fā)現(xiàn)菜地pH偏低可能主要與當?shù)氐氖┓柿晳T有關(guān)。由于菜地復(fù)種指數(shù)高，需肥量大，為降低成本，大多數(shù)農(nóng)戶施用腐熟或半腐熟的農(nóng)家肥。農(nóng)家肥屬于強酸性肥料，pH范圍為3.6 ～ 4.7，施用時需要調(diào)節(jié)其酸堿度，但當?shù)剞r(nóng)戶都是直接施用。農(nóng)家肥施用后，在腐熟與分解過程中會產(chǎn)生各種有機酸，造成土壤pH偏低。同時，農(nóng)戶為了使蔬菜增產(chǎn)，在蔬菜生長季節(jié)農(nóng)戶還大量使用復(fù)合肥，其主要成分包括硫酸銨、過磷酸鉀以及氯化鉀等。當?shù)?、磷、鉀等營養(yǎng)成分被蔬菜吸收利用后，殘留在土壤中的硫酸根、氯離子等酸根離子加快了土壤酸化的進程，這與馬群和趙庚星[15]的研究結(jié)果一致。王東升等[16]研究表明：化肥減施條件下，配施氨基酸葉面肥，可以明顯提升鮮食玉米產(chǎn)量，有效提高肥料的農(nóng)學利用率。鑒于此，建議農(nóng)戶在種植蔬菜時少施化肥，合理配施葉面肥，以降低化肥投入，減緩?fù)寥浪峄?。韓沛華等[17]通過對長三角地區(qū)設(shè)施蔬菜種植施肥情況的研究也提出了類似建議。另外，林地的pH為5.98，也呈酸性。林地土壤表層有豐富的林木凋落物和果實，這些物質(zhì)在腐爛后會生成各種有機酸進入土壤，從而導致林地土壤的pH降低。這與邱莉萍和張興昌[18]的研究結(jié)論一致。

氮素是土壤中最重要的養(yǎng)分指標，也是植物生長發(fā)育所需的大量元素。土壤中氮素含量受人為因素的影響比較大，例如土地利用方式、耕作方式(連作或者輪作)、施肥習慣等[19]。以土壤全氮含量是否超過1.00 g/kg作為豐缺指標，菜地和林地超過此標準，草地全氮含量最低，僅為0.84 g/kg。按當?shù)氐姆N植習慣，在菜地上收獲蔬菜后，蔬菜的老葉或者不能食用的根莖全部還田；另外，農(nóng)民經(jīng)常施用農(nóng)家肥以不斷補充地力，故菜地的全氮含量較高。在現(xiàn)場采樣時發(fā)現(xiàn)，草地有兩個采樣點被動物啃食，植被較少，土壤透氣性良好。在這種情況下，土壤表層的有機質(zhì)分解速率提高，在降水的協(xié)助下通過淋溶進入深層土壤，產(chǎn)生氮素淋失。同時，草地由于放牧，部分生物量不能歸還到土壤基質(zhì)中，導致氮素含量偏低。

4種土地利用方式下，土壤C/N的變化范圍為9.23 ～ 11.01，均小于15。其中，菜地土壤最高，農(nóng)田最低。與農(nóng)田相比，菜地土壤的C/N增加了1.95 個單位，有機質(zhì)增加了15.1 g/kg，全氮增加了0.66 g/kg。菜地土壤有機質(zhì)含量是農(nóng)田的1.99倍，全氮含量是農(nóng)田的1.68倍。由此可以看出，菜地土壤C/N高于農(nóng)田是因為菜地有機質(zhì)含量的增速高于全氮含量的增速。因此，菜田土壤碳的投入比例比氮高可能是菜田C/N升高的重要原因。本研究中，林地和草地土壤的C/N也高于農(nóng)田。其原因可能與不同土地利用方式下碳氮在土壤中的積累速度以及不同植物的木質(zhì)素含量不同有關(guān)，這與前人的研究結(jié)果相似[20-22]。采樣的草地由于遭到動物啃食，導致部分生物量不能歸還到土壤中，故草地的C/N偏低。這與張春華等[23]、徐國策等[24]的研究結(jié)果相似。另外，林地的C/N變異系數(shù)最高，可能與林地不同樹種的碳氮積累量變化比較大有關(guān)。

按土壤養(yǎng)分含量豐缺標準，土壤中堿解氮含量小于100 mg/kg為缺乏，含量介于100 ～ 200 mg/kg為中等，大于200 mg/kg為含量豐富[25]。本研究中4種土地利用方式下土壤中堿解氮含量都遠小于100 mg/kg，處于極度缺乏狀態(tài)。原因可能是菜地和農(nóng)田施肥的肥料結(jié)構(gòu)不合理，含氮肥料施用量較少，同時作物收獲時相當一部分氮素被帶走，造成堿解氮含量偏低，這與郭巨先等[26]的研究結(jié)論相似。另外，研究中發(fā)現(xiàn)，草地和林地的堿解氮含量也很低。草地和林地中的有效態(tài)氮含量主要來源于樹木和雜草的枯枝落葉。因此，推測升金湖湖區(qū)的林地中存在砍伐枯木的情況。在草地的樣點采樣時，發(fā)現(xiàn)草地有明顯的放牧跡象。因此，有必要加強林地和草地的自然封育，減少對其造成的擾動。

按全國第二次土壤普查結(jié)果，土壤有效磷的含量等級劃分：5 ～ 10 mg/kg為稍欠缺，10 ～ 20 mg/kg為中等，20 ～ 40 mg/kg為含量稍豐。根據(jù)此等級劃分，4種土地利用方式下土壤中有效磷含量范圍在11 ～ 22 mg/kg，其中農(nóng)田含量最高，為21.77 mg/kg。有研究表明，土壤中有效磷含量的高低主要與人為活動有關(guān)，如大量施用磷肥、農(nóng)家肥等，這與當?shù)剞r(nóng)戶的施肥習慣一致[27]。嚴正娟等[28]研究發(fā)現(xiàn)，動物糞便中含有大量磷，適量施用農(nóng)家肥，既可減少化肥施用過多引起的土壤板結(jié)，也可避免由于糞肥隨意排放造成的水體面源污染。因此，農(nóng)田土壤中有效磷含量高與人為的施肥活動有關(guān)，這與高君亮等[29]的研究結(jié)果一致。

速效鉀作為土壤鉀素的一個重要組成部分，能被植物直接吸收利用，其含量的高低能反映土壤供應(yīng)植物生長所需鉀素的情況[30]。速效鉀含量按在土壤中的豐缺狀態(tài)可分為4個等級：<80 mg/kg為嚴重缺鉀，80 ～ 125 mg/kg為缺鉀，125 ～ 155 mg/kg為適中，>155 mg/kg為富鉀[31]。4種土地利用方式下土壤速效鉀的含量范圍為90 ～ 140 mg/kg。從土壤速效鉀含量的劃分標準來看，菜地的速效鉀含量適中(140.25 mg/kg)，適合作物生長。根據(jù)當?shù)氐姆N植習慣，菜地一年種植多茬蔬菜，收獲后相當一部分鉀素隨蔬菜帶走。因此，菜地能保持較高的速效鉀含量應(yīng)該和農(nóng)戶施鉀肥量較大有密切的關(guān)系，這和實際調(diào)研中了解的情況一致。除菜地外，草地、林地和農(nóng)田土壤中都存在不同程度的缺鉀問題，尤其是農(nóng)田。當?shù)匾荒攴N植兩季作物，農(nóng)作物成熟收割后，土壤中相當一部分鉀被帶走。因此，農(nóng)田更應(yīng)該適當增施速效鉀肥料，以維持土壤中一定量的速效鉀含量。

4 結(jié)論

升金湖沿湖不同土地利用方式下土壤以酸性為主，農(nóng)田和草地有機質(zhì)含量偏低。4種土地利用方式下土壤全磷含量差異不大，堿解氮含量偏低，有效磷含量中等；除菜地速效鉀含量較高外，其余均含量較低。建議農(nóng)田耕作時應(yīng)合理施肥，尤其是適當施用氮肥，以不斷增加土壤養(yǎng)分含量，提升土壤肥力。菜地施用農(nóng)家肥前應(yīng)先腐熟，可適當配施葉面肥。草地應(yīng)適當減少放牧，林地適當封山育林，減少人為擾動，以有利于有機質(zhì)積累

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Characteristics of Soil Organic Matter and Nutrient Contents Under Different Land Use Types Along Shengjin Lake

GUO Shaoyi1, WANG Hongxin1*, LIU Wenbin1,2, CHEN Yun1

(1 College of Materials and Environmental Engineering, Chizhou University, Chizhou, Anhui 247000, China; 2 Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, China)

To explore the characteristics of soil organic matter and nutrient contents under different land use types along the Shengjin Lake, the content of soil organic matter, soil pH, C/N and the contents of nitrogen, phosphorus and potassium under farmland, grassland, forest land and vegetable land were surveyed and determined. The results show that: 1) The order of soil pH value is as follows: farmland>grassland>forest land>vegetable land, and the soils of vegetable land and forest land are weakly acidic. 2) The order of soil organic matter content is as follows: vegetable land>forest land>farmland>grassland. Soil organic matter is rich in vegetable land and forest land while slightly insufficient in farmland and grassland. C/N is the highest in vegetable land while the lowest in farmland. 3) The order of soil total nitrogen content is as follows: vegetable land>forest land>farmland>grassland. There is no significant difference in total phosphorus and total potassium contents among different land use types, indicating land use type has little impact on them. The contents of soil available nitrogen and potassium are the highest in vegetable land, while the content of soil available phosphorus is the highest in farmland. The results of the study can provide scientific references for the rational utilization of soil resources, the maintenance and improvement of soil fertility, and the coordination of ecology in the Shengjin Lake District.

Land use types; C/N; Soil organic matter; Shengjin Lake

X53

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.06.006

郭紹義, 王紅新, 劉文彬, 等. 升金湖沿湖不同土地利用方式下土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分變化特征. 土壤, 2022, 54(6): 1132–1137.

安徽高校自然科學研究項目(KJ2017A580)、池州學院校級自然重點項目(CZ2018ZRZ01)和安徽省級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目(S202111306064)資助。

通訊作者(wanghhxx2000@163.com)

郭紹義(1977－)，男，河北灤南人，碩士，講師，主要研究方向為土壤污染與防治。E-mail: jwcsbk2006@163.com