王悅穎,叢海濤,李勇,李青梅,時(shí)鷹,張國平,陳為峰*

新增耕地土壤的理化特征研究

王悅穎1,叢海濤2,李勇2,李青梅2,時(shí)鷹3,張國平3,陳為峰1*

1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 山東 泰安 271018 2. 山東省土地發(fā)展集團(tuán)有限公司, 山東 濟(jì)南 250014 3. 泰安金土地測(cè)繪整理有限公司, 山東 泰安 271600

本文以泰安市六個(gè)縣區(qū)中的34個(gè)項(xiàng)目區(qū)為研究區(qū)域，以土地開發(fā)整理和工礦復(fù)墾項(xiàng)目形成的新增耕地為研究對(duì)象，以各項(xiàng)目相鄰基本農(nóng)田耕地為對(duì)照，分析了土壤pH、土壤養(yǎng)分及部分項(xiàng)目土壤水分物理指標(biāo)。結(jié)果表明，土地開發(fā)整理項(xiàng)目和工礦復(fù)墾項(xiàng)目土壤毛管含水量、田間持水量和毛管孔隙度顯著低于對(duì)照耕地。土地整治未對(duì)土壤pH產(chǎn)生顯著影響，不同土地整治類型對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響較大，兩類土地整治項(xiàng)目的土壤養(yǎng)分含量均顯著低于對(duì)照基本農(nóng)田耕地。對(duì)不同類型土地整治項(xiàng)目耕地土壤養(yǎng)分和水分物理特征進(jìn)行研究，可發(fā)現(xiàn)不同類型整治方式下土壤存在的有關(guān)問題，為采取針對(duì)性土壤質(zhì)量提升措施提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

土地整治; 土壤改良; 土壤性質(zhì)

我國土地面積巨大，但耕地面積較少，由于國土綠化、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和建設(shè)占用等原因，耕地大量流向其他地類，糧食供給不足問題日益嚴(yán)峻[1]。耕地資源關(guān)系到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)發(fā)展問題，對(duì)構(gòu)建穩(wěn)定社會(huì)有重要意義，所以實(shí)施土地整治刻不容緩[2]。土地整治是對(duì)土地資源的再組織和再優(yōu)化，通過針對(duì)性方式和技術(shù)來分配和規(guī)劃土地應(yīng)用結(jié)構(gòu)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)土地資源的科學(xué)合理應(yīng)用，從而提高土地資源的應(yīng)用效率和質(zhì)量，增加耕地質(zhì)量等級(jí)和產(chǎn)出率[3,4]。土地整治是人類干預(yù)土壤質(zhì)量最直接、最重要的活動(dòng)之一，其深刻影響著土壤的理化性狀及其生態(tài)環(huán)境[5]。

土地整治分為土地整理、土地開發(fā)、土地復(fù)墾等類型，土地開發(fā)整理和土地復(fù)墾是新增耕地是重要手段[6]。目前大多數(shù)研究集中在對(duì)林區(qū)和低山丘陵區(qū)土壤質(zhì)量和養(yǎng)分差異的探討，但針對(duì)不同土地整治方式對(duì)土壤理化性狀的影響研究較少[7]。本文以山東省魯中地區(qū)典型區(qū)域—泰安市為例，選擇近3年內(nèi)完成的土地開發(fā)整理和工礦復(fù)墾典型項(xiàng)目形成的新增耕地與對(duì)照耕地土壤理化性狀的差異進(jìn)行分析研究，為新增耕地土壤質(zhì)量定向改善提升提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與樣品采集方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省泰安市（116°20′-117°59′N，北緯35°38′-36°28′E），主要土壤類型為褐土。研究區(qū)屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期，年均溫13.4 °C，年平均降水780 mm，主要種植作物為玉米、小麥、大豆等。

本文選擇對(duì)目前土地整治項(xiàng)目類型中常涉及大規(guī)模土壤重構(gòu)的工礦復(fù)墾項(xiàng)目（GK）和土地開發(fā)整理項(xiàng)目（KF）作為研究對(duì)象，選擇泰安市域內(nèi)6個(gè)縣區(qū)中的34個(gè)項(xiàng)目區(qū)（土地開發(fā)整理項(xiàng)目16個(gè)，工礦復(fù)墾項(xiàng)目18個(gè)）開展土壤養(yǎng)分含量的研究。土壤水分物理特征研究選擇了東平縣和寧陽縣兩個(gè)相鄰縣域中的10個(gè)項(xiàng)目區(qū)（工礦復(fù)墾項(xiàng)目6個(gè)，土地開發(fā)整理項(xiàng)目4個(gè)）作為研究對(duì)象。本文工礦復(fù)墾項(xiàng)目均為廢棄采石場(chǎng)上方客土回填重構(gòu)土壤造地，回填土層大于60 cm，底部為母巖層；土地開發(fā)整理項(xiàng)目是指在殘次林地和荒草地原土壤基礎(chǔ)上進(jìn)行土地深翻、平整而成。

在研究區(qū)內(nèi)用五點(diǎn)采樣法采集0～20 cm土層土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后過篩備用。用環(huán)刀取原狀土帶回室內(nèi)以備土壤容重、田間持水量、毛管孔隙度和毛管含水量的測(cè)定。同時(shí)，取項(xiàng)目區(qū)附近的永久基本農(nóng)田土壤作為對(duì)照（CK）。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

采用電位法測(cè)定土壤pH值；重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）；半微量凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮（TN）；碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷（AP）；醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀（AK）；環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、田間持水量、毛管孔隙度和毛管含水量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016（Microsoft，美國）軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析，使用SPSS 22.0（IBM，美國）對(duì)土壤理化性狀進(jìn)行相關(guān)性和差異檢驗(yàn)，使用origin 2019b（Origin Lab，美國）繪制統(tǒng)計(jì)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型土地整治項(xiàng)目新增耕地及對(duì)照耕地土壤物理性狀

土壤物理特征如表1，KF土壤容重為1.23～1.83 g·cm-3（表1），GK土壤容重為1.35～1.86 g·cm-3，CK土壤容重為1.26～2.12 g·cm-3，其中CK土壤容重變異系數(shù)最大，為11.09%，GK土壤容重變異系數(shù)最小為8.33%。KF土壤毛管孔隙度為26～29.22%，GK土壤毛管孔隙度為22.42～26%，CK土壤毛管孔隙度為26.86～34.71%，從標(biāo)準(zhǔn)差來看，CK土壤田間持水量差異最大，KF土壤田間持水量差異最小。土壤毛管含水量平均值表現(xiàn)為CK

高于GK土壤，高出14.15%，同時(shí)顯著低于對(duì)照耕地9.40%。

圖 1 新增耕地和對(duì)照耕地土壤物理指標(biāo)含量對(duì)比

注：不同小寫字母表示不同類型土地整治項(xiàng)目土壤指標(biāo)存在顯著差異（<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences in soil indicators for different types of land remediation projects (<0.05).

2.2 不同類型土地整治項(xiàng)目新增耕地及對(duì)照耕地土壤養(yǎng)分含量

土壤養(yǎng)分特征如表1，KF、GK和CK土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為4.67～7.70 g·kg-1、5.54～8.54 g·kg-1、8.71～14.58 g·kg-1，依據(jù)全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，KF和GK土壤有機(jī)質(zhì)含量均值分別為6.59 g·kg-1和6.55 g·kg-1，營養(yǎng)等級(jí)均為5級(jí)，CK土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為11.29 g·kg-1，營養(yǎng)等級(jí)為4級(jí)。KF和GK和對(duì)照耕地土壤全氮含量的變異系數(shù)低，分別為2.7%、2.81%、3.04%，KF項(xiàng)目與CK的土壤全氮含量均值為0.76 g·kg-1和0.91 g·kg-1，營養(yǎng)級(jí)為4級(jí)，而GK土壤全氮含量均值為0.74 g·kg-1，營養(yǎng)級(jí)別為5級(jí)。KF土壤速效磷含量變化范圍為19.45～23.34 mg·kg-1，營養(yǎng)級(jí)別為3級(jí)，營養(yǎng)級(jí)別為5級(jí)，GK土壤速效磷含量變化范圍為6.27～17.36 mg·kg-1，營養(yǎng)級(jí)別為6級(jí)，CK土壤速效磷含量均值為35.36 mg·kg-1，營養(yǎng)級(jí)別為2級(jí)。KF和GK和CK土壤速效鉀含量均值分別為123.44 mg·kg-1、128.44 mg·kg-1、166.22 mg·kg-1，營養(yǎng)等級(jí)分別為3級(jí)、3級(jí)、2級(jí)。

表 1 土壤理化特征

土地整治未對(duì)土壤pH產(chǎn)生顯著影響（圖2）。不同土地整治類型對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響較大，兩類土地整治項(xiàng)目的土壤養(yǎng)分含量均顯著低于對(duì)照基本農(nóng)田耕地，其中KF土壤全氮和速效磷含量顯著高于GK。KF和GK土壤有機(jī)質(zhì)差異不顯著，二者分別低于CK 76.2%和77.3%；土壤全氮含量分別為0.78 g·kg-1和0.74 g·kg-1，低于CK 16.7%和23%；土壤速效磷含量分別為19.45 mg·kg-1和8.37 mg·kg-1，較CK低15.77 mg·kg-1和26.85 mg·kg-1；土壤速效鉀含量分別為123 mg·kg-1和128 mg·kg-1，較CK低34.1%和28.9%。

圖 2 新增耕地和對(duì)照耕地土壤化學(xué)指標(biāo)含量對(duì)比

注：不同小寫字母表示不同類型土地整治項(xiàng)目土壤指標(biāo)存在顯著差異（<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences in soil indicators for different types of land remediation projects (<0.05).

2.3 耕地土壤理化性狀相關(guān)性分析

對(duì)研究區(qū)的對(duì)照耕地、兩種土地整治類型新增耕地土壤的主要理化指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析（表4）。土壤有機(jī)質(zhì)含量與全氮、速效磷、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)（<0.01），與土壤容重顯著負(fù)相關(guān)（<0.05）。土壤全氮含量與速效磷和速效鉀含量也具有極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.895和0.774。土壤容重與速效磷含量顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.267。

表 4 土壤容重和養(yǎng)分之間相關(guān)性分析

注：**表示在0.01水平上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

Note: **indicates a significant correlation at the 0.01 level, * indicates a significant correlation at the 0.05 level.

3 討論與結(jié)論

土地整治不僅會(huì)改變土地的利用方式和結(jié)構(gòu)，同時(shí)會(huì)對(duì)土壤的基本理化性質(zhì)產(chǎn)生影響。土地整治過程中采取的深挖、搬運(yùn)、回填等工程措施都會(huì)影響到土壤的理化性質(zhì)及環(huán)境[8]。本研究通過對(duì)不同整治類型下新增耕地與對(duì)照耕地養(yǎng)分含量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，土地開發(fā)整理項(xiàng)目耕地土壤養(yǎng)分含量高于工礦復(fù)墾項(xiàng)目，但顯著低于對(duì)照耕地。整體來看，不同類型土地整治土壤pH與對(duì)照耕地差異不大，這是由于土壤pH大小主要受成土母質(zhì)的影響，本研究中不同土地整治項(xiàng)目新增土壤均來自周邊農(nóng)田，因此差異不顯著。兩種類型土地整治項(xiàng)目土壤有機(jī)質(zhì)含量參照土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)皆為低，對(duì)照耕地也位于中下水平，這與泰安市土壤有機(jī)質(zhì)背景值及農(nóng)作過程中施肥方式和用量的不同有關(guān)[9,10]。本文中土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤全氮、速效磷、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)，鄒勇軍[11]認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源，通過微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的礦化作用，能夠促進(jìn)一些養(yǎng)分的有效化，因此在培肥土壤時(shí)，應(yīng)將有機(jī)質(zhì)含量的提高作為重要環(huán)節(jié)，有機(jī)無機(jī)肥配合施用，實(shí)現(xiàn)新增耕地的可持續(xù)利用[12]。土地復(fù)墾項(xiàng)目新增耕地土壤有效磷含量處于中到低水平，這是由于復(fù)墾項(xiàng)目客土多以未經(jīng)種植或施肥改良的生土為主；開發(fā)整理項(xiàng)目土壤有效磷含量處于高水平，這是由于該類項(xiàng)目主要整治對(duì)象是殘次林地和草地，土壤以原有表層土壤為主，表層含磷礦物風(fēng)化以及植物枯落物返還有益于土壤速效磷的提高[13]。新增耕地土壤速效鉀含量與對(duì)照耕地存在顯著差異，但含量均處于高和中上水平，且兩種整治類型項(xiàng)目差異不明顯，這可能是由于本區(qū)背景土壤鉀含量相對(duì)較高所致[9,10]。

本研究中土壤容重大小依次為工礦復(fù)墾項(xiàng)目、土地開發(fā)整理項(xiàng)目、對(duì)照耕地，而孔隙度則表現(xiàn)出相反的規(guī)律，這主要是由于工礦廢棄區(qū)土壤在復(fù)墾過程中受到大型機(jī)械的碾壓，土壤顆粒重塑而導(dǎo)致土壤緊實(shí)度增加，土壤容重增大，孔隙度變小[14]。土地開發(fā)整理項(xiàng)目區(qū)在整治過程中受機(jī)械碾壓的影響較小，較工礦復(fù)墾項(xiàng)目區(qū)土壤重塑程度低，但由于其較耕作年限較短，土體緊實(shí)，容重大于對(duì)照耕地。土壤容重與土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與前人研究相同[15-17]。工礦復(fù)墾項(xiàng)目區(qū)和土地開發(fā)整理項(xiàng)目土壤孔隙度小于對(duì)照耕地，這可能是由于在整治過程中受到人為擾動(dòng)和機(jī)械碾壓，土壤比耕地緊實(shí)[18]。此外，土壤孔隙大小與有機(jī)質(zhì)在土壤中的累積量有關(guān)[19]，植被及動(dòng)植物殘?bào)w是有機(jī)質(zhì)主要來源之一[20]，項(xiàng)目區(qū)土壤種植年限短，有機(jī)質(zhì)累積量少，因此土壤毛管孔隙度較低。王修康等[21]在對(duì)不同土地利用方式下土壤結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)土壤持水性的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與粘粒含量、土壤顆粒比表面積具有較好的相關(guān)關(guān)系，說明土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤粘粒保持與土壤團(tuán)聚體的形成具有重要作用。在本研究中，工礦復(fù)墾土壤和占補(bǔ)平衡土壤田間持水量、毛管含水量顯著低于對(duì)照耕地，這可能是由于照耕地較土地整治新增耕地土壤有更高有機(jī)質(zhì)含量，因此持水容量較大、保水能力較強(qiáng)。

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Study on the Soil Physicochemical Characteristics of Newly Cultivated Farmland in Tai’an City

WANG Yue-ying1, CONG Hai-tao2, LI Yong2, LI Qing-mei2, SHI Ying3, ZHANG Guo-ping3, CHEN Wei-feng1*

1.271018,2.250014,3.271018,

In this paper, 34 project areas in six counties and districts of Tai'an City were used as the study area, and the new cropland formed by the land development and industrial and mining reclamation projects was used as the object, and the adjacent basic farmland cropland of each project was used as the control, and soil pH, soil nutrients and physical indexes of soil moisture of some projects were analyzed. The results showed that the soil capillary water content, field water holding capacity and capillary porosity of the land development and industrial and mining reclamation projects were significantly lower than those of the control cropland. Land remediation did not have a significant effect on soil pH, and different types of land remediation had a greater impact on soil nutrient content, and the soil nutrient content of both types of land remediation projects was significantly lower than that of the control basic farmland cropland. The study on the physical characteristics of soil nutrients and water in different types of land remediation projects can identify the relevant problems of soil under different types of remediation methods, and provide data support and theoretical basis for taking targeted soil quality improvement measures.

Land remediation; soil reclamation; soil characteristics

S281

A

1000-2324(2022)06-0845-05

2022-08-14

2022-09-20

山東省土地發(fā)展集團(tuán)科研基金(202107-YJYJS-016);山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2021CXGC010704);泰安金土地測(cè)繪整理有限公司基金

王悅穎(1998-),女,碩士研究生,主要從事土壤生態(tài)修復(fù)方面的研究. E-mail:18854882085@163.com

Author for coreespondence. E-mail:chwf@sdau.edu.cn

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.06.005