樊艷平，陳明星，孟昭琛

（太原師范學(xué)院地理科學(xué)學(xué)院，山西 晉中 030619）

土壤是人類賴以生存的基礎(chǔ)，是人類主要的生產(chǎn)基地。山西省是煤炭資源大省，近幾十年煤炭資源的不合理開發(fā)對(duì)礦區(qū)周圍土壤質(zhì)量產(chǎn)生了很大影響，破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。在開采煤炭的同時(shí)，要始終秉承習(xí)近平總書記提出的生態(tài)文明思想，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)。合理開采煤礦、恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)已成為當(dāng)前煤礦發(fā)展面臨的關(guān)鍵任務(wù)[1]。礦區(qū)土地利用方式的變化在影響土壤特性的同時(shí)，還會(huì)改變土地生產(chǎn)力，導(dǎo)致土壤質(zhì)量發(fā)生變化，最終使土壤環(huán)境發(fā)生變遷[2-3]。

土壤質(zhì)量是自然屬性和人為因子作用的結(jié)果[4]，人類對(duì)土地的利用方式會(huì)影響土壤的性質(zhì)[5-6]，進(jìn)而改變土壤肥力。不同的土地利用方式影響著土壤內(nèi)全氮、有效磷等的流動(dòng)，對(duì)土壤養(yǎng)分及循環(huán)具有極為重要的影響[7]。土壤粒徑、土壤容重作為典型的土壤屬性，對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地以及肥力有著重要影響，受土地利用類型的影響較大[8]。

土地利用方式不同，其土壤結(jié)構(gòu)及養(yǎng)分含量存有較大差異[9]。合理利用土地對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)具有重要影響。不合理利用土地會(huì)導(dǎo)致土壤肥力大幅下降，破壞原有的土壤結(jié)構(gòu)[10-11]。土壤容重、土壤質(zhì)地是重要的土壤物理特性指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、pH 值是重要的土壤化學(xué)特性指標(biāo)[12]，這些指標(biāo)對(duì)土壤理化特性有直接影響，最終會(huì)對(duì)土壤微生物和植物生長發(fā)育產(chǎn)生影響[13-14]。

1 研究區(qū)概況

1.1 礦區(qū)基本情況

西銘礦區(qū)位于東經(jīng)112°14′～112°31′、北緯37°38′～37°56′，在山西省太原市以西，距太原市中心20 km。礦區(qū)地形切割強(qiáng)烈，深切成“V”字型，屬于中低山區(qū)，常出現(xiàn)干旱、暴雨、洪澇、冰雹、霜凍等天氣，年均氣溫9.5 ℃，降水量年際變化較大，全年降水量約60%集中于7—9 月，年平均降水量為428.2 mm（1965—2019年）。

1.2 礦區(qū)土壤類型

研究區(qū)內(nèi)的土壤類型主要有山地棕壤、褐土、草甸土3 種，部分砂頁巖裸露山坡有殘積土分布。林地土壤主要是棕壤土，在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布，多見于104 省道兩側(cè)山坡處，有機(jī)質(zhì)含量為7%～15%，土壤呈微酸性，pH 值為6.5～7.0。農(nóng)業(yè)土壤主要為山地褐土，分布在旱地和裸地附近，土壤呈褐色或棕褐色，質(zhì)地為中壤土至輕黏土，全剖面呈微堿性反應(yīng)，pH 值為7.2～7.8。草地土壤主要為草甸土，研究區(qū)內(nèi)多見于其他草地中，植被以高寒喜濕性矮生蒿草為主。

2 材料與方法

2.1 土壤樣品采集

通過實(shí)地走訪調(diào)研，使用網(wǎng)格隨機(jī)取樣的方法，采集耕地、園地、林地、草地土壤樣品，采樣深度分別為0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm，設(shè)置3 次重復(fù)。將每個(gè)樣地采集到的土樣（去除植物根系和石塊）充分混合裝入自封袋，并放入樣品箱帶回實(shí)驗(yàn)室。

2.2 指標(biāo)測(cè)定

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)采集的土樣進(jìn)行處理后，分別測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)含量、有效磷含量、速效鉀含量、pH 值、土壤質(zhì)地、土壤容重等指標(biāo)。其中，測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法，測(cè)定有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提法，測(cè)定速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法，測(cè)定pH 值采用酸度計(jì)法，測(cè)定土壤質(zhì)地采用手測(cè)鑒定法，測(cè)定土壤容重采用容積為100 cm3的環(huán)刀[15]，最后采用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 西銘礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查

礦區(qū)（新礦界+退出晉祠泉域部分）涉及太原市萬柏林區(qū)和古交市。其中，萬柏林區(qū)3 975.92 hm2，占礦區(qū)總面積92.36%；古交市328.78 hm2，占礦區(qū)總面積的7.64%。

如表1 所示，不同土地利用類型所占比例的排序依次為林地＞草地＞城鎮(zhèn)村及工礦用地＞耕地＞其他土地＞交通運(yùn)輸用地＞園地＞水域及水利設(shè)施用地（81.99%＞5.15%＞4.91%＞3.78%＞2.99%＞0.64%＞0.52%＞0.03%）。其中，林地、草地最大，交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他用地和城鎮(zhèn)村及工礦用地類型多為建設(shè)用地，土地表層被建筑物等遮蓋，導(dǎo)致土壤樣品采集難度大，所以將耕地、園地、林地、草地作為本次研究的4 種土地利用類型。

表1 礦區(qū)范圍土地利用現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)表

3.2 不同土地利用方式下的土壤化學(xué)特性

不同土地利用方式下的土壤化學(xué)特性如表2 所示。

3.2.1 不同土地利用方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量

由表2 可知，在垂直分布上，0～10 cm、10～30 cm土層深度下土壤有機(jī)質(zhì)含量在各土地利用方式之間差異顯著（P＜0.05）。耕地、園地土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨土層深度增加呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，以0～10 cm 土層深度最高；隨著土層深度的增加，林地土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，以10～30 cm 土層深度最高；草地土壤有機(jī)質(zhì)含量呈先減少后增加再減少的趨勢(shì)，以0～10 cm 土層深度最高。

表2 不同土地利用方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量

不同土地利用方式下，土壤有機(jī)質(zhì)含量在不同深度的平均值排序?yàn)榱值兀静莸兀緢@地＞耕地（1.18%＞1.12%＞1.06%＞0.88%），林地最高。林地、草地兩種利用方式受人為干擾較少，表層土壤中含較多枯枝落葉分解形成的有機(jī)質(zhì)，故有機(jī)質(zhì)含量較高。耕地受人為干擾較大，土壤原本的結(jié)構(gòu)易被破壞，且植被類型單一，導(dǎo)致耕地表層有機(jī)質(zhì)含量較少。

3.2.2 不同土地利用方式下土壤有效磷含量

由表3 可知，在垂直分布上，0～10 cm 土層深度下土壤有效磷含量在園地、林地以及草地之間差異顯著（P＜0.05），10～30 cm、50～70 cm 土層深度下土壤有效磷含量在各土地利用方式之間差異顯著（P＜0.05）。耕地、園地、草地土壤有效磷含量均隨著土層深度的增加而減少，且0～10 cm 土層深度最高；林地土壤有效磷含量隨著土層深度先增加后減少，10～30 cm 土層深度最高。

表3 不同土地利用方式下土壤有效磷含量

不同土地利用方式下，土壤有效磷含量在不同深度的平均值排序?yàn)椴莸兀玖值兀緢@地＞耕地（5.81 mg/kg＞4.81 mg/kg＞4.62 mg/kg＞3.90 mg/kg），草地最高。林地表層枯枝落葉分解產(chǎn)生的無機(jī)物進(jìn)入腐殖質(zhì)層，有效磷的積累量大于消耗量，含量增加，隨后積累量逐漸減少且小于消耗量，故有效磷含量隨著深度增加而減少。草地受人為干擾較小，凋落物以及植物根系分解后形成的有效磷會(huì)進(jìn)入土壤表層，使土壤表層有效磷含量較高。

3.2.3 不同土地利用方式下土壤速效鉀含量

由表4 可知，在垂直分布上，0～10 cm 和50～70 cm土層深度下土壤速效鉀含量在各土地利用方式之間差異顯著（P＜0.05）。隨著土層深度的增加，耕地、園地土壤速效鉀含量均逐漸減少，0～10 cm 土層深度速效鉀含量最高；林地、草地土壤速效鉀含量隨土層深度增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，10～30 cm 土層深度速效鉀含量最高。

表4 不同土地利用方式下土壤速效鉀含量

林地和草地表層的枯枝落葉分解成無機(jī)物進(jìn)入腐殖質(zhì)層，速效鉀含量增加；隨著土層深度的增加，植物根系減少，速效鉀積累受限，含量逐漸減少。

各土地利用方式下，土壤速效鉀含量在不同深度的平均值排序?yàn)榱值兀緢@地＞草地＞耕地（119.75 mg/kg＞110.75 mg/kg＞91.25 mg/kg＞87.5 mg/kg），且林地最高。耕地中枯枝落葉層土壤速效鉀含量高于園地和草地，原因是耕地受人為干擾較大，人們會(huì)通過施肥促進(jìn)農(nóng)作物更好地生長，從而增加耕地土壤表層速效鉀的含量。

3.2.4 不同土地利用方式下土壤pH值

由表5 可知，礦區(qū)4 種不同土地利用方式下土壤pH 值為7.67～7.96，平均值排序?yàn)椴莸兀靖兀緢@地＞林地（7.85＞7.83＞7.82＞7.81），30～50 cm 土層深度最高，說明該研究區(qū)內(nèi)土壤基本屬于偏堿性土壤，且差異不大。從垂直分布上看，pH 值隨著土層深度的增加沒有較明顯的規(guī)律。

表5 不同土地利用方式下土壤pH 值

3.3 不同土地利用方式下的土壤物理特性

不同土地利用方式下的土壤物理特性如表6、表7所示。

表7 不同土地利用方式下土壤容重

3.3.1 不同土地利用方式下土壤質(zhì)地

由表6 可知，園地和林地的土壤質(zhì)地隨著土層深度的增加不變，均為中壤，其枯枝落葉層和腐殖質(zhì)層土壤透水性能好，保水、保肥性強(qiáng)，土溫較穩(wěn)定，故植物根系易于深入和發(fā)展，可汲取土壤中的養(yǎng)分。隨著土層深度的增加，耕地和草地中砂粒含量會(huì)逐漸減少，而黏粒含量會(huì)增加，保水性依次遞增，透氣性依次遞減。

表6 不同土地利用方式下土壤質(zhì)地

3.3.2 不同土地利用方式下土壤容重

由表7 可知，在垂直分布上，耕地、林地和草地土壤容重均在不同土層深度下存在顯著差異（P＜0.05）。4 種不同土地利用方式下，土壤容重為1.19～1.41 g/cm3，平均值排序?yàn)椴莸兀玖值兀緢@地＞耕地（1.31 g/cm3＞1.27 g/cm3＞1.26 g/cm3＞1.24 g/cm3），50～70 cm 土層深度最高。耕地土壤容重均小于其他土地利用方式，原因是人們?cè)诟鲿r(shí)會(huì)松土以增加表層土壤中的氧氣濃度，促進(jìn)植物生長，降低了土壤的緊實(shí)性。

4 結(jié)論與討論

研究得出，4 種土地利用方式下，土壤有機(jī)質(zhì)含量在不同深度下的平均值排序?yàn)榱值兀静莸兀緢@地＞耕地（1.18%＞1.12%＞1.06%＞0.88%），由于林地受人類活動(dòng)的影響最小，故林地的土壤肥力最好；土壤有效磷含量在不同深度下的平均值排序?yàn)椴莸兀玖值兀緢@地＞耕地（5.81 mg/kg＞4.81 mg/kg＞4.62 mg/kg＞3.90 mg/kg）；土壤速效鉀含量在不同深度下的平均值排序?yàn)榱值兀緢@地＞草地＞耕地（119.75 mg/kg＞110.75 mg/kg＞91.25 mg/kg＞87.50 mg/kg）；土壤pH 值在不同深度下的平均值排序?yàn)椴莸兀靖兀緢@地＞林地（7.85＞7.83＞7.82＞7.81），pH 值隨著土層深度的增加沒有明顯規(guī)律；園地和林地的土壤質(zhì)地隨著土層深度的增加不變，均為中壤；耕地和草地由于受人類活動(dòng)的影響較大，因此隨著土層深度的增加，土壤質(zhì)地由中壤轉(zhuǎn)變?yōu)橹厝?。耕地下作物根系主要分布在耕作層，耕作層土壤的黏性較弱，有利于作物根系深入土層汲取養(yǎng)分。土壤容重在不同深度下的平均值排序?yàn)椴莸兀玖值兀緢@地＞耕地（1.31 g/cm3＞1.27 g/cm3＞1.26 g/cm3＞1.24 g/cm3）[16-18]。

卿小燕等（2021）[19]在對(duì)松花壩水源區(qū)土壤理化性質(zhì)的研究中得出，林地土壤中的有機(jī)質(zhì)含量普遍高于農(nóng)田（菜地與玉米地），上述結(jié)果均與本研究結(jié)果一致。除7 月菜地與林地表層土壤有效磷含量無顯著差異外，其他月份及土壤層次下，農(nóng)田（菜地與玉米地）土壤有效磷含量均顯著高于林地土壤，與本研究中林地土壤中有效磷含量高于耕地結(jié)果不一致。

本研究中不同土地利用方式下，土壤速效鉀含量排序?yàn)榱值兀緢@地＞草地＞耕地。徐海軍等（2020）[20]在對(duì)大慶不同土地利用方式下的研究中得出，草甸、農(nóng)田、林地的速效鉀含量呈依次下降趨勢(shì)，與本研究正好相反。

研究土壤pH 值發(fā)現(xiàn)，pH 值隨著土層深度的增加沒有明顯規(guī)律，與古麗波斯坦·巴圖（2018）[21]對(duì)渭-庫綠洲的耕地、林地、草地、鹽漬地中土壤pH 值研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，0～10 cm 園地和草地土壤pH 值最高，10～30 cm 林地土壤pH 值最高，與劉靜（2010）[22]在對(duì)不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)的研究中得出的0～35 cm 土層深度林地土壤pH 值較高的結(jié)果一致。

李志強(qiáng)（2020）[23]對(duì)山西省龐泉溝落葉松林土壤理化性質(zhì)的分析得出，龐泉溝地區(qū)隨著土層深度的增加土壤容重增大，速效鉀含量減少，與本研究林地土壤中速效鉀含量和土壤容重的變化趨勢(shì)基本一致。

5 結(jié)束語

本研究通過對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量、pH 值、土壤質(zhì)地、容重的測(cè)定和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)研究區(qū)不同土地利用方式下土壤的理化性質(zhì)及土壤肥力情況有進(jìn)一步了解，可為礦區(qū)合理利用土地資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)，但也存在一些不足。

在選擇參考指標(biāo)方面，只選擇了有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、pH 值、土壤質(zhì)地、土壤容重等指標(biāo)，對(duì)土壤中的其他微量元素考慮不足。

研究礦區(qū)不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)時(shí)，采樣點(diǎn)的分布范圍較窄，分布密度較低。今后在進(jìn)行采樣時(shí)要更加合理地選擇采樣點(diǎn)，使數(shù)據(jù)更具可靠性。

在分析不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)時(shí)，只考慮了物理和化學(xué)指標(biāo)，忽略了土壤中的生物也會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生影響。今后可以深入研究生物因素對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，使得相關(guān)研究更加全面。